DE69921917T2

DE69921917T2 - Indexierbarer Schneideinsatz für drehende Fräsen

Info

Publication number: DE69921917T2
Application number: DE69921917T
Authority: DE
Inventors: Magnus Aström; Lars-Ola Hansson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: EP0983815A2; AU5894399A; JP4489874B2; WO2000013830A1; JP2000084708A; SE514014C2; DE69921917D1; ATE282497T1; KR20010074934A; BR9913414A; CN1315891A; ZA200101681B; KR100638369B1; US6193446B1; SE9802983L; EP0983815A3; SE9802983D0; AU747443B2; CN1107567C; EP0983815B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Typ polygonaler Schneideinsätze für die Anwendung in drehenden Fräswerkzeugen für die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall. Insbesondere betrifft die Erfindung einen neuen Typ Schneideinsatz mit optimierter Einsatzgeometrie, um sowohl in Schaftfräsern als auch in Fräsern für das Flachfräsen nutzbar zu sein. Ein grundsätzlich ähnlicher Typ an Einsatz ist aus der EP-A-70911 bekannt, die den Stand der Technik wiedergibt.
Fräseinsätze werden im allgemeinen durch das Pressen und Sintern eines das Schneidmaterial bildenden Pulvers hergestellt. Die Entwicklung konzentriert sich heute auf positive Schneidkanten mit positiven Spanwinkeln, da diese die Fähigkeit gezeigt haben, die Schneidkräfte und die Energiezufuhr zu verringern, die man bei einer Werkzeugmaschine braucht, wobei dadurch zugleich unerwünschte Vibrationen vermieden werden können. Häufig wird darauf abgezielt, das Werkzeug mit einer Geometrie auszustatten, die einen positiven axialen Winkel und gleichzeitig einen negativen radialen Winkel impliziert. In bestimmten Fällen kann auch eine Kombination aus positivem axialen Winkel und einem radialen Null-Winkel verwendet werden, um einen spiralförmigen Span zu erzielen, der den besten Spantransport bietet. Der Schneideinsatz wird üblicherweise mit einer zentralen Verschlußschraube festgeklemmt, um die besten Möglichkeiten für den problemlosen Spantransport zu schaffen.
Einer der Nachteile existierender Wendeschneidplatten für Schaftfräser war, daß sie nicht völlig Probleme bei der Spanverwicklung vermeiden. Dieses Problem tritt speziell bei der Bearbeitung von Materialien auf, die zu langen Spänen führen. Als eine Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, einen Schneideinsatz zu verwenden, dessen Schneidkanten spiralförmig gekrümmt sind. Mit solchen Spiral-Schneidkanten kann die Schneidkante leichter in Kontakt mit dem Werkstück mit einer geneigten Kurve der Schneidkraft bis zu einem Maximalwert kommen, der unter dem liegt, den man mit einer geraden Schneidkante erreicht. Das Werkzeug hat auf diese Weise eine etwas bessere Stabilität erhalten, aber das Problem mit der Spanverwicklung ist ungelöst geblieben, wenn man Einsätze mit einem mittigen Loch verwendet, besonders bei der Bearbeitung von Materialien, die lange Späne produzieren.
In Anbetracht dessen ist es ein Zweck der Erfindung, einen modifizierten Schneideinsatz des in der EP-A-707911 beschriebenen Typs mit verbesserter geometrischer Optimierung zu erreichen, der einen konstanten funktionalen Kantenwinkel in Kombination mit einem Stufenabstand entlang einer wellenförmigen Kantenlinie impliziert, der dafür vorgesehen ist, mit einer großen axialen Neigung in dem Werkzeug montiert zu sein wobei gleichzeitig die Spanfläche eine optimiertere Kontur erhält. Die speziellen Merkmale der Erfindung werden genauer in den folgenden Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird nun im Detail in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt wird, in denen
1 eine seitliche Ansicht eines Fräskörpers mit einem festgeklemmten erfindungsgemäßen Schneideinsatz zeigt,
2 eine andere teilweise seitliche Ansicht des Werkzeugs gemäß 1 zeigt,
3 eine Endansicht des Schneideinsatzes gemäß den 1–2 zeigt,
4 eine andere teilweise seitliche Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Einsatzes der Erfindung zeigt,
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4 zeigt,
6 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 4 zeigt,
7 eine Schnittansicht des Schneideinsatzes in 1 zeigt,
8 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 4 zeigt,
9 eine Endansicht des Einsatzes in 2 zeigt,
10 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in 9 zeigt,
11 eine Schnittansicht entlang der Linie F-F in 9 zeigt, und
12 eine Schnittansicht entlang der Linie G-G in 9 zeigt.
In den 1–2 wird eine Ausführungsform eines Schaftfräsers dargestellt, welcher mit einer erfindungsgemäßen prismaförmigen länglichen Wendeschneidplatte 13 ausgestattet ist. Ein solcher Schneideinsatz wird mittels eines direkten Preßverfahrens hergestellt, bei welchem ein Hartmetall bildendes Pulver zuerst eine gewünschte Form in einer Presse verliehen wird und dieses dann in einem Ofen bei einer Temperatur von über 1000°C gesintert wird. Die beim Sintern erzielte Schrumpfung ist etwas, was bei der Dimensionierung der Preßvorrichtung berücksichtigt werden muß. Der Schaftfräser umfaßt einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper 10, dessen (nicht gezeigter) hinterer oberer Teil kegelförmig und dafür vorgesehen ist, in ein Spannfutter oder eine Spindel einer Werkzeugmaschine eingeklemmt zu werden, mittels dessen der Körper um eine mittlere Achse CL herum zum Drehen gebracht werden kann. Der vordere Teil des Schaftfräsers hat eine Reihe von in Abstand angeordneten Vertiefungen 11 um den Umfang herum, von denen jede eine Tasche 12 hat, die von einer Bodenfläche 14 begrenzt wird und eine oder mehrere Stützflächen, die davon aufragen, um eine lösbar festgeklemmte Wendeschneidplatte 13 in einer Arbeitsposition darin aufzunehmen. Alternativ können mehrere Schneideinsätze darüber hinaus axial in entsprechend zusammenpassenden Taschen in dem Fräskörper gestapelt sein.
Die Bodenfläche 14 der Tasche 12 liegt auf einer Längsachse, die einen positiven axialen Winkel α bildet, wobei sie sich gleichzeitig in einem negativen radialen Winkel von einer radialen Ebene befindet. Die Wendeschneidplatte 13 ist bevorzugt dafür vorgesehen, in der Tasche 12 mittels einer (nicht gezeigten) Klemmschraube befestigt zu werden, welche durch eine mittige Öffnung 15 des Einsatzes aufgenommen wird und in Schraubeingriff mit dem Fräskörper 10 steht. Die Achse der Öffnung 15 ist bevorzugt senkrecht zu der Bodenfläche des Einsatzes. Die Größe dieses positiven axialen Winkels α sollte aus dem Bereich von 0–20°, geeigneter Weise 5–15° gewählt werden. Der positive Winkel wird es ermöglichen, die Späne leicht anheben und von dem Werkstück wegwerfen zu können.
Die Wendeschneidplatte 13 ist im wesentlichen als ein Parallelogramm einschließlich zweier im wesentlichen paralleler rechtwinkliger Seitenflächen, obere Fläche 16 und Bodenfläche 17, deren Oberflächen voneinander abgewinkelt sein können, und zwar in der Weise, wie sie in der Schwedischen Patentanmeldung 9801576-1 beschrieben wird. Zwischen den oberen und unteren Seiten erstrecken sich zwei längliche Seitenflächen 18, 19 und zwei Endflächen 20, 21, die im wesentlichen senkrecht von den oberen und unteren Flächen ausgerichtet sind, wobei die Seitenflächen 18, 19 beträchtlich größere Längsausdehnungen haben als die sich seitlich erstreckenden Endflächen 20, 21. Diese Seitenflächen 18, 19 haben in Richtung auf die aktive Schneidecke hin eine zunehmende Breite, während sie allgemein in einem spitzen Winkel zu der oberen Fläche 16 und in einem stumpfen Winkel zu der Bodenfläche 17 geneigt sind. Die sich an diametral entgegengesetzten Ecken befindenden Endflächen liegen an Abschnitten 22, 23, welche axial von dem Rest des Einsatzes hervorragen. Jede der Schnittlinien zwischen den Seitenflächen 18, 19 und der oberen Fläche 16 des Schneideinsatzes bildet eine Hauptschneidkante 24 beziehungsweise 25, wohingegen die Schnittlinien zwischen den Abschnitten 22, 23 und der oberen Fläche 16 Abfasungsflächen 26 und 27 darstellen, die in Bezug auf die Hauptschneidkanten an den hervorragenden Teilen 22 beziehungsweise 23 im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet sind, welche dafür vorgesehen sind, die bearbeitete Oberfläche auszugleichen (zu ebnen) und eine verbesserte Oberflächenglätte zu erreichen. Die Hauptschneidkanten und die Abfasungsflächen werden in jeder Ecke von leicht abgerundeten Eckkanten 28 beziehungsweise 29 getrennt, deren Krümmung so gewählt ist, daß während der Bearbeitung des Werkstücks ein gekrümmter Abschnitt mit einem Radius von 0,4–6,4 mm erzielt wird. Um eine Verstärkung der Kanten zu erreichen, wurde eine dünnere Abfasung 30 entlang der Hauptschneidkanten 24, 25 mit einer passenden Breite geschaffen, während eine etwas breitere Abfasungsfläche 31 entlang der ersten Abfasungsflächen 26, 27 geschaffen wurde, wobei sich die Abfasungsfläche 31 mit im wesentlichen konstanter Breite entlang der gesamten Endfläche 20, 21 erstreckt. Zusätzlich gibt es einen leicht gekrümmten Kantenabschnitt 26a, 27a in der Nähe der Abfasungsfläche 26, 27. Dieser Kantenabschnitt 26a, 27a ist dafür vorgesehen, eine aktive Kante bei der Schaffung axialer schiefer Ebenen und dem Bohren zu sein. Dieser gekrümmte Radius wird mit zunehmender Entfernung der Positionen von der Abfasungsfläche nach und nach größer.
Die Längsseitenflächen 18, 19 sind mit zunehmender Breite in Richtung auf die aktive Schneidecke ausgebildet, so daß die Schneidecke und die gekrümmte Eckkante 28, 29 sich an einem erhöhten Abschnitt des Schneideinsatzes befinden. Der Schneideinsatz wird gleichzeitig so geformt, daß sowohl die Seitenflächen 18, 19 als auch die Endflächen 20, 21 mit einem positiven Freiwinkel entlang der gesamten Schneidkante in Bezug auf die obere Fläche 16 des Schneideinsatzes erscheinen. Darüber hinaus ist kennzeichnend, daß die Längsseitenflächen 18, 19 des Schneideinsatzes mit wellenförmigen ersten Abstandsflächen 32 entlang der gesamten Hauptschneidkante 24 erscheinen (ganz ähnlich entlang der Hauptschneidkante 25), wobei eine große axiale Neigung von einer Kan tenfläche 21 und nach unten zu der anderen Endfläche 20 hin vorliegt. Zu bemerken ist, daß diese erste Abstandsfläche 32 sich an einem Abschnitt befindet, der seitlich von dem Rest des Einsatzes aus hervorragt, über welchen ein Stufenabstand sich mit einem bestimmten Radius in eine zweite spiralförmig gedrehte Abstandsfläche 18 hinein erstreckt, die so geformt ist, daß ihr Abstandswinkel mit zunehmender Scheidtiefe zunimmt. Die erste Abstandsfläche 32 und die benachbarte Hauptschneidkante 24, 25 sind in der Längsrichtung leicht S-förmig gekrümmt. Die erste Abstandsfläche 32 ist mit einer im wesentlichen konstanten Breite entlang ihrer gesamten Länge ausgebildet.
Die detaillierte Form der oberen Fläche 16 des Einsatzes ist am besten in der 2, 4, 8 und den entsprechenden Schnittansichten in den 5–9 und 10–12 zu erkennen. Die obere Fläche hat also eine vertiefte flache mittige Oberfläche 33 rund um das mittige Loch 15 herum. Die umgebenden Oberflächen sind davon erhöht. In der Nähe jeder Schneidkante nahe der Abfasung 30 befinden sich schräg nach unten geneigte Oberflächen 34 und 35, welche in Längsrichtung schraubenförmig sind, um als erste Fräsfreiflächen zu wirken. Diese Fräsfreifläche 34, 35 hat eine konstante Breite entlang der gesamten Hauptschneidkante 24, 25.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform befindet sich ein Abschnitt der Fräsfreiflächen 34, 35 in der Nähe einer nach oben geneigten Oberfläche 36, 37, die dazu dient, als eine zweite spanbrechende Oberfläche mit einer zunehmenden Breite in Richtung auf die axial hervorragenden Abschnitte 22, 23 zu wirken, wobei sich die Breite dann in Richtung auf die Abschnitte 22, 23 verringert. An dem sich bei dem Übergangsbereich zwischen der Abfasung und dem gekrümmten Radius 26a, 27a befindlichen Querschnitt trifft die geneigte Oberfläche 36, 37 auf eine Rippe 36a, 37a in der Nähe einer abwärts geneigten Oberfläche 38, 39, welche eine konvex gekrümmte Form hat und sich über den gesamten Verlauf hinunter zu dem Schnittpunkt mit der gegenüberliegenden Fräsfreifläche 34 erstreckt. Die zweite Spanfläche 36, 37 erstreckt sich in einer Richtung auf die Einsatzmitte hin, um auf eine vertiefte Oberfläche 40, 41 zu treffen, deren Niveau im Vergleich zu der Oberfläche 33 etwas erhöht ist, die sich als eine ringförmige Oberfläche rund um die Öffnung 15 herum erstreckt. Die vertiefte Oberfläche 40, 41 ist auch die Übergangsfläche, die sich zwischen dem mittigen Abschnitt der konvex gekrümmten Oberfläche 38, 39 und dem Zentrum des Einsatzes befindet. Die Neigung der Oberflächen 35 und 37 sollte derart sein, daß der stumpfe Winkel β dazwischen 130–160°, bevorzugt 140–150° beträgt. Der etwas engere Winkelbereich sollte bei der weniger schweren Bearbeitung eines Werkstücks gewählt werden. Der durch die Fräsfreifläche 38 bei der Schnittlinie D-D in Figur geschaffene Spanwinkel γ sollte 0–10° betragen. Wie aus 2, 4 und 9 ersichtlich, sollte der Abschnitt der gekrümmten Oberfläche 34, 35, der sich in der Nähe der gekrümmten Kante 28, 28 befindet, leicht gekrümmt sein und dennoch eine Breite haben, die breiter ist als die Breite der Oberflächen 34, 35, die sich entlang der Hauptschneidkante erstrecken. Als Folge davon wird die Breite der zweiten Spanfläche 36, 37 mit einer verringerten Breite erscheinen, wenn sie an der Abfasungsfläche 26, 27 ankommt.
In den 2 und 9 wird eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der der Einsatz mit einem länglichen Vorsprung 42, 43 versehen ist, der sich parallel zu der Hauptschneidkante 24, 25 erstreckt, wobei der Vorsprung sich auf der nach oben gerichteten Bahn der Oberfläche 36, 37 befindet, während er eine konvexe Querschnittskontur hat. Somit befindet sich der Vorsprung 43 in einem bestimmten Abstand von der Schnittlinie zwischen den Oberflächen 35 und 37, während er parallel zu der Hauptschneidkante 25 ist, und auf die gleiche Weise befindet sich der Vorsprung 42 in einem bestimmten Abstand von dem Schnittpunkt zwischen den Oberflächen 34 und 36, während er sich parallel zu der Hauptschneidkante 24 erstreckt. Die Längsausdehnung des Vorsprungs 42, 43 sollte das 0,8- bis 1,2-fache, bevorzugt das 0,9- bis 1,1-fache des Durchmessers der zentralen Öffnung 15 betragen.
Dank der oben beschriebenen Anordnung wurde ein neuer Einsatz für ein Schneidwerkzeug bereitgestellt, das bei hohen Schneidgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen, wie etwa bei Schlitzschneidern(-fräsern), die lange Späne erzeugende Materialien bearbeiten als auch bei der Schaffung von Steigungen oder Schaftträsvorgängen in solch verschiedenen Materialien nützlich sind. Gleichzeitig ist es möglich, eine sehr hohe Genauigkeit und eine gute Glätte der bearbeiteten Oberfläche zu erreichen. Obwohl der Einsatz als ein prismaförmiger länglicher Einsatz beschrieben wurde, liegt es auf der Hand, daß eine entsprechende Optimierung der ersten und zweiten Fräsfreiflächen als auch der geschaffenen Vorsprünge ähnlich bei anderen polygonalen Formen des Einsatzes, wie etwa eckigen rhombischen oder diamantförmigen Einsätzen angewendet werden könnten.

Claims

Schneideinsatz für die spanabhebende Bearbeitung, welcher einen grundsätzlich polygonalen Körper einschließlich einer oberen Spanoberfläche (16) und einer ebenen Bodenfläche (17), und mehrere Umfangsseitenflächen (18, 19, 20, 21) dazwischen umfaßt, welche Haupt- und Sekundärschneidkanten (24, 25, 26, 27) an dem Schnittpunkt der oberen Fläche bilden, wobei jede Hauptschneidkante mit einer Abfasung (30, 31) und einer ersten spanbildenden Oberfläche (34, 35) erscheint, die sich von der Abfasung (30, 31) aus erstreckt, wobei die sich längs erstreckenden Oberflächen (18, 19) eine Breite haben, die in Richtung auf die aktive Schneidecke hin zunimmt, so daß die Schneidecke sich auf einem erhöhten Abschnitt befindet, und wo es abfallende Oberflächen (37, 39), die sich von der ersten spanbildenden Oberfläche aus nach innen erstrecken und eine oder mehrere obere Spanflächen gibt, die innerhalb der abfallenden Oberflächen angeordnet sind, während sie sich zu der Mitte des Einsatzes hin erstrecken, um so Zonen mit spiralförmigen Spänen dazwischen bereitzustellen, wobei a. die Umfangsflächen in einem spitzen Winkel von der oberen Oberfläche (16) geneigt sind, wodurch der obere Abschnitt der beiden entgegengesetzten Umfangsflächen (18, 19) sich auf einem sich seitlich erstreckenden Abschnitt (32) befindet, wodurch sowohl der Abschnitt und der untere der benachbarten Umfangsfläche mit einer schraubförmigen Kontur entlang ihrer gesamten Längserstreckung ausgestattet sind, b. die erste spanbildende Oberfläche (34, 35), die dafür vorgesehen ist, als erste spanbrechende Oberfläche nahe der Hauptschneidkanten zu wirken, entlang ihrer gesamten Ausdehnung schraubenförmig ist und entlang der gesamten Hauptschneidkante eine konstante Breite hat, c. die erste spanbildende Oberfläche (34, 35) sich nach innen zu einer nach oben geneigten Oberfläche dient, die dafür vorgesehen ist, als ein zweiter Spanbrecher zu wirken, so daß ein V-förmiger spanaufdrehender Hohlraum dazwischen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Schneidkanten sich an Abschnitten (22, 23) befinden, welche axial von dem Rest des Einsatzkörpers hervorragen und wobei die sekundäre spanbildende Oberfläche (36, 37) sich an einer Schnittstelle auf Höhe des Bereiches, wo die sekundäre Schneidkante (26, 27) sich mit dem gekrümmten Kantenabschnitt (26a, 27a) schneidet, in eine Rippe (36a, 37a) hinein erstreckt, die sich bei einer nach unten geneigten Oberfläche (38, 39) mit im wesentlichen konvex gekrümmter Kontur befindet.
Schneideinsatz wie in Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Winkels (β), der die spanbildenden Oberflächen (35, 37) und (34, 36) einschließt, 130–160°, bevorzugt 140–150° beträgt.
Schneideinsatz wie in einem der Ansprüche 1–2 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß ein länglicher Vorsprung (42, 43) an der nach oben geneigten zweiten spanbildenden Oberfläche (36, 37) in einem bestimmten Abstand von der Überschneidung zwischen den ersten und zweiten spanbildenden Oberflächen (34, 35) und (36, 37) geschaffen wurde.
Schneideinsatz wie in Anspruch 3 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausdehnung der Vorsprünge (42, 43) das 8,8- bis 1,2-fache, bevorzugt das 0,9- bis 1,1-fache der Größe des Durchmessers der mittigen Öffnung (15) des Einsatzes beträgt.
Schneideinsatz wie in einem der Ansprüche 3–4 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (42, 43) parallel zu der Hauptschneidkante (24, 25) ausgerichtet sind und daß der Querschnitt des Vorsprungs eine konvex gekrümmte Kontur hat.
Schneideinsatz wie in einem der Ansprüche 1–5 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form eines prismaförmigen länglichen Körpers hat, wobei die Hauptschneidkanten (24, 25) sich in der Längsrichtung des Einsatzes erstrecken.
Schneideinsatz wie in einem der Ansprüche 1–6 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz ein mittiges Loch (15) hat, das sich vollständig durch den Einsatz bevorzugt in einer Richtung hindurch erstreckt, die senkrecht zu der Bodenfläche (17) des Einsatzes ist.