DE69922613T2

DE69922613T2 - Drehendes Schneidwerkzeug mit einem Schneideinsatz

Info

Publication number: DE69922613T2
Application number: DE69922613T
Authority: DE
Inventors: Ingemar Qvarth
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: EP0997218A3; WO2000024540A1; SE514028C2; RU2221674C2; PL347474A1; JP2000141122A; PL191869B1; CN1108219C; EP0997218A2; CN1324283A; SE9803674L; SE9803674D0; EP0997218B1; US6290436B1; DE69922613D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein sich drehendes Schneidwerkzeug mit einem Schneideinsatz, wie es in dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe z. B. die US 3 887 974 ) beschrieben wird.
Hintergrund der Erfindung
In der Technologie der spanbrechenden Metallbearbeitung mittels (sich) drehender Schneidwerkzeuge gibt es einen Entwicklungstrend, der darauf abzielt, es zu ermöglichen, die Werkzeuge bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten zu betreiben, um insbesondere die für unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge benötigte Zeit auf ein Minimum zu reduzieren. So rechnet man in professionellen Kreisen beim Betreiben z. B. von Fräsern, Bohrern und ähnlichem von Drehgeschwindigkeiten in dem Bereich von bis zu 20000 bis 30000 U/min. Bei modernen Schneidwerkzeugen als Bearbeitungsmittel verwendet man austauschbare Schneideinsätze, die aus extrem harten und verschleißfesten Materialien bestehen, wie etwa Hartmetall, Keramiken oder anderen Zusammensetzungen, z. B. unter Einbeziehung von Diamant und isometrischem Bornitrid. Zum Beispiel werden bei Fräswerkzeugen solche Schneideinsätze oft durch Klemmelemente, vorrangig durch Keile, anstatt mittels Schrauben, an Ort und Stelle gehalten. In den Fällen, wenn der Schneideinsatz in Sitzen befestigt ist, die sich radial nach außen öffnen (d. h. wenn man quadratische Absatzstirnfräser oder Stirnfräser verwendet), stellen die Schneideinsätze ein latentes Sicherheitsrisiko dar, wann immer das Werkzeug bei hoher Drehgeschwindigkeit betrieben wird, bei welcher die Zentrifugalkraft dann groß wird.
Ziele und Merkmale der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das oben erwähnte Sicherheitsrisiko zu beseitigen und einen Schneideinsatz zu erzeugen, welcher auf eine zuverlässige Weise in dem zugehörigen Sitz gehalten wird, selbst wenn derselbe unter extremen Bedingungen dazu neigen würde, sich in Bezug auf den Sitz und das Klemmelement radial nach außen zu bewegen. Ein weiteres Ziel ist es, einen Schneideinsatz zu erzeugen, der aus hartem und manchmal sprödem Materialien bestehen kann, ohne das Risiko des Brechens zu haben, falls derselbe nicht nur hohen Zentrifugalkräften, sondern auch großen Verformungskräften von dem Klemmelement ausgesetzt würde. Es ist ebenfalls ein Ziel, einen Schneideinsatz mit einer einfachen geometrischen Form zu erzeugen, der eine rationale Produktion mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren möglich macht.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die obigen Ziele mittels der Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden weiter in den anhängenden Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung des Standes der Technik
In der US-A-5,658,101 wird ein Fräswerkzeug beschrieben, das für die Bearbeitung von Holz oder ähnlichen Materialien geeignet ist, wobei das Werkzeug eine Reihe von dünnen nachschärfbaren Stahlklingen, die mit Schneidkanten versehen sind, umfaßt, wobei die Klingen einerseits zwischen eine Stützplatte und andererseits ein Klemmelement in Form einer Preßplatte geklemmt werden, die mittels einer Schraube gegen die Klinge preßbar ist. In der Klinge mit der Schneidkante ist ein Durchgangsloch vorgesehen, in welchem ein Einsteckteil in Form eines kurzen Hahns untergebracht ist, der mit der Stützplatte gekoppelt ist. Jedoch ist in diesem Fall das Loch ein Durchgangsloch, etwas, das einen für die Metallbearbeitung vorgesehenen Schneideinsatz auf eine nicht akzeptable Weise schwächen würde, wobei in der Praxis der Einsatz ein solcher Typ ist, der einerseits relativ klein ist und andererseits aus Materialien besteht, die deutlich weniger hart sind als Stahl.
Die US 4,396,315 beschreibt einen Schneideinsatz, welcher auf einer oberen Seite, die zu einem Klemmkeil hin gewandt ist, vollständig ohne Vertiefung ist und welcher auf einer unteren Seite eine kegelförmige Vertiefung zur Aufnahme einer Befestigungsschraube bietet, welche angeordnet ist, um festgezogen zu werden, bis sie den Boden der kegelförmigen Vertiefung erreicht. Der Zweck dieser Befestigungsschraube ist es, den Schneideinsatz selbst nach wiederholtem Schärfen der Kanten des Schneideinsatzes zu positionieren. Als ein Ergebnis der in die Vertiefung eingeschraubten Schraube, wird die Schraube in ihrem Betriebszustand an allen Seiten nicht kleiner als die Vertiefung sein, wie es die vorliegende Erfindung fordert.
Die US 5,558,142 beschreibt einen Schneideinsatz, welcher in einer Oberseite eine Vertiefung hat, die mit einem Vorsprung an einem Klemmkeil zusammenwirkt. Diese Vertiefung hat jedoch keine V-förmige Querschnittsform. Und der Vorsprung ist auch nicht keilförmig, um mit einer schrägen Flanschoberfläche in der durch die vorliegende Erfindung verlangten Weise zusammenzuwirken.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
In den Zeichnungen ist
1 eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung, die einen Teil eines Fräswerkzeugs, insbesondere eines quadratischen Absatzstirnfräsers zeigt, bei welchem eine Reihe von Kurzklemmhaltern und die zugehörigen Schneideinsätze eingeschlossen sind, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden,
2 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen erfindungsgemäßen Schneideinsatzes,
3 eine Ebenen-Oberseitenansicht des Schneideinsatzes gemäß 2,
4 eine Ebenenansicht des gleichen Schneideinsatzes von unten,
5 eine teilweise, schematische Seitenansicht, die einen Kurzklemmhalter, einen Schneideinsatz und einen Klemmkeil in einer ersten Funktionsstufe zeigt,
6 eine mit 5 übereinstimmende Ansicht, die die gleichen Bestandteile in einer zweiten Funktionsstufe zeigt, und
7 eine dritte Ansicht, die eine dritte Funktionsstufe zeigt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 allgemein einen Fräskörper, der um eine (nicht gezeigte) mittige geometrische Achse herum, genauer gesagt, in der Richtung des Pfeils A, drehbar ist. Vertiefungen 3, die sich erfindungsgemäß in einer Mantelfläche 2 befinden, öffnen sich radial nach außen für die Unterbringung eines Kurzklemmhalters 4, zwei Klemmkeilen 5, 5a und eines Schneideinsatzes 6. Die beiden Klemmkeile 5, 5a wirken mit Schrauben 7 zusammen, welche Doppelgewinde haben, von denen eines in einem Loch 8 in dem Boden der Vertiefung 3, und das andere in einem mit Gewinde versehenen Durchgangsloch 9 in dem Klemmkeil festzuziehen ist. Der Kurzklemmhalter 4 hat Sägezähne 10, welche in entsprechende Sägezahneinschnitte 10a in einer Schleppwand der jeweiligen Vertiefung eingreifen. Ein Sitz 11 für die Unterbringung des Schneideinsatzes 6 findet sich an der Führungsseite des Kurzklemmhalters. Der einzige Zweck des Klemmkeils 5a ist das Festklemmen des Kurzklemmhalters 4, während der Klemmkeil 5 den zweifachen Zweck hat, einerseits zu dem Festklemmen des Kurzklemmhalters und andererseits zu dem Festklemmen des Schneideinsatzes 6 in den Sitz 11 beizutragen.
Es wird nun Bezug auf die 2 bis 4 genommen, wo zu sehen ist, daß der Schneideinsatz 6 von einer Oberseite 12, einer Bodenseite 13 und einer oder mehreren Entlastungsoberflächen 14 in der Nähe von Kanten oder Schneidkanten 15 begrenzt wird.
Gemäß der Erfindung, befindet sich eine erste Vertiefung in Form einer Nut 16 mit einem V-förmigen Querschnitt in der Oberseite 12 des Schneideinsatzes, wobei die dem Beispiel entsprechende Nut sich zwischen gegenüberliegenden Enden des Schneideinsatzes erstreckt. Es ist aber auch möglich, die Vertiefung mit einer Länge auszubilden, die geringer ist als die Länge des Schneideinsatzes, wobei die Vertiefung in ihrer Gesamtheit von der ebenen Oberseite oder Oberfläche 12 umgeben ist. Die Nut 16 wird durch zwei ebene Flanschoberflächen 17, 17' begrenzt. Entsprechend dem gezeigten Beispiel beträgt der Winkel zwischen diesen beiden Flanschoberflächen 164°. In der Praxis kann dieser Winkel variieren, sollte aber in dem Bereich von 160 bis 170° liegen. Anzumerken ist auch, daß die Nut 16 sich in einem bestimmten beschränkten Winkel zu den Kanten oder Schneidkanten 15 hin erstreckt. Entsprechend dem Beispiel beträgt der schiefe Winkel zwischen der Nut 16 und den Kanten 15 bis zu etwa 4,5°. Jedoch kann dieser Winkel sowohl nach oben als auch nach unten variieren, wobei der Maximalwert des schrägen Winkels 45° beträgt.
Eine Aufnahmevertiefung 18 endet in der Bodenfläche 13 des Schneideinsatzes, wobei die Vertiefung vorteilhafterweise die Basisform eines Kegelstumpfes oder Kegels hat. Wenn der Schneideinsatz in dem Sitz 11 installiert ist, greift ein Einsteckteil 19 in die Vertiefung 18 ein. Auch das Einsteckteil 19 kann vorteilhafterweise die Form eines Kegelstumpfes oder eines Kegels haben, obwohl das Einsteckteil an allen Seiten kleiner ist als die Vertiefung. Mit anderen Worten, das Einsteckteil hat einen geringeren Durchmesser und eine geringere Höhe als die Vertiefung 18. Daher wird unter normalen Umständen ein freier Spalt zwischen den Außenflächen des Einsteckteils und den Innenflächen der Vertiefung 18 erzeugt. Die Vertiefung 18 hat eine Tiefe, die als solche variieren kann, in der Praxis jedoch nicht die Hälfte der Dicke des Schneideinsatzes übersteigen sollte.
In den 5 bis 7 werden drei verschiedene Funktionsstufen des Klemmkeils 5 gezeigt, der die Funktion des Festklemmens des Schneideinsatzes 6 hat. Wie in allen Figuren zu sehen, hat der Klemmkeil 5 einen Vorsprung 20 mit einem keilförmigen Querschnitt, dessen Funktion es ist, mit dem Schneideinsatz zusammenzuwirken.
In 5 wird der Klemmkeil 5 in einer äußeren Endposition gezeigt, in welcher er sowohl keinen Kontakt mit dem Kurzklemmhalter 4 als auch mit dem Schneideinsatz 6 hat. In 6 wird gezeigt, wie der Klemmkeil mittels der Schraube 7 ein wenig in die Vertiefung 3 gezogen worden ist. In dieser Stufe ist der Kurzklemmhalter 4 festgeklemmt, jedoch nicht der Schneideinsatz 6, so daß der Vorsprung 20 frei über eine Distanz von der Flanschfläche 17 der Nut 16 aus verlaufen kann. In 7 wird der Klemmkeil 5 in einer endgültig festgezogenen Stufe gezeigt, bei der der Vorsprung 20 in Kontakt mit der Flanschfläche 17' gekommen ist und dagegen gepreßt wird. In dieser Stufe ist der Schneideinsatz in dem Sitz 11 des Kurzklemmhalters fixiert. Dadurch werden mechanische Einsteck-/Aufnahmeverbindungen an den beiden entgegengesetzten Seiten des Schneideinsatzes erzeugt. Auf diese Weise bildet der Vorsprung 20 ein Einsteckteil, das in die Aufnahmevertiefung oder Nut 16 in der Oberseite des Schneideinsatzes eingreift. Gleichzeitig greift das Einsteckteil 19 in die Vertiefung 18 in der Bodenseite des Schneideinsatzes ein. Da aber das Einsteckteil 19 kleiner ist als die Vertiefung 18, wird ein Luftzwischenraum 21 zwischen den Außenflächen des Einsteckteils und den Innenflächen der Vertiefung gebildet. Dies bedeutet, daß unter normalen Bedingungen das Einsteckteil nicht in einem aktiven mechanischen Eingriff mit der Vertiefung steht, und daher nicht die Möglichkeit beeinflußt, daß der Schneideinsatz exakt in den Sitz hineinpaßt. Nur wenn der Schneideinsatz unter extremen Bedingungen solch großen Fliehkräften ausgesetzt sein sollte, würde er dazu neigen, sich in Bezug auf den Klemmkeil und den Kurzklemmhalter radial nach außen zu bewe gen, wobei das Einsteckteil in Kontakt mit dem Inneren der Vertiefung kommen wird und den Schneideinsatz daran hindert, aus dem Sitz radial nach außen geschleudert zu werden.
Mögliche Modifikationen der Erfindung
Die Erfindung ist nicht nur auf die oben beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform beschränkt. So kann sich der Sitz für den Schneideinsatz an anderen Teilen eines drehenden Schneidwerkzeugs befinden, als speziell in einem Kurzklemmhalters des in den Zeichnungen beispielhaft wiedergegebenen Typs. Darüber hinaus kann der Schneideinsatz und der dazu gehörige Sitz für andere drehende Schneidwerkzeuge als nur Fräser verwendet werden. Ferner können auch andere Typen von Klemmelementen als nur Klemmkeile für das Fixieren des Schneideinsatzes in dem zugehörigen Sitz verwendet werden. Innerhalb des Rahmens des Erfindung ist es auch möglich, ein Einsteckteil zu verwenden, das in eine größere Aufnahmevertiefung in dem Kurzklemmhalter oder dem Werkzeugteil anstatt in eine Aufnahmevertiefung in der Bodenseite des Schneideinsatzes eingreift. Es ist sogar möglich, die Bodenseite des Schneideinsatzes einerseits mit einer Aufnahmevertiefung und andererseits mit einem Einsteckteil für den Eingriff in ein Einsteckteil beziehungsweise in eine Aufnahmevertiefung des Werkzeugteils auszubilden.

Claims

Drehendes Schneidwerkzeug mit einem Schneideinsatz, wobei das drehende Schneidwerkzeug ein für die Span brechende Bearbeitung Bedachter Typ ist, wobei das Werkzeug einen Teil (4) mit einem Sitz (11), der sich radial nach außen zur Unterbringung des Schneideinsatzes öffnet, wobei der Schneideinsatz (6) von einer oberen Seite (12) begrenzt wird, in deren Nachbarschaft sich eine oder mehrere Schneidkante(n) (15) befinden, eine gegenüberliegende Bodenseite (13) und eine oder mehrere Entlastungsflächen (14), die sich zwischen der oberen Seite und der Bodenseite erstrecken, und wobei der Schneideinsatz so angeordnet ist, daß er mittels eines Klemmelements (5), das man gegen seine obere Seite pressen kann, in dem Sitz zu befestigen ist, eine Aufnahmevertiefung (18) und/oder eine in der Bodenseite (13) gebildete Einsteckvorrichtung für das Zusammenwirken mit einer geeigneten Einsteckvorrichtung (19) und/oder eine Aufnahmevertiefung in dem Werkzeugteil (4) umfaßt, und wobei sich in der oberen Seite (12) eine Vertiefung in Form einer im Querschnitt V-förmigen Nut (16) mit ebenen Flanschflächen (17, 17') befindet, um einen im Querschnitt keilförmigen Vorsprung (20) an dem Klemmelement aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (19) insgesamt kleiner ist als die Aufnahmevertiefung (18), um so unter normalen Bedingungen die Aufnahmevertiefung nicht zu berühren.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Flanschflächen (17, 17') der Nut in dem Bereich von 160° bis 170° liegt.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die obere Seite und die Bodenseite allgemein parallel sind.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz von oben betrachtet eine allgemein eckige Form hat.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Aufnahmevertiefung (18) rund ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Aufnahmevertiefung (18) als ein Kegelstumpf ausgebildet ist.