DE69930449T2 - Drehendes Schneidwerkzeug mit Wendeschneideinsatz - Google Patents

Drehendes Schneidwerkzeug mit Wendeschneideinsatz Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein drehbares Wende-Schneidwerkzeug.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein drehbares Wende-Schneidwerkzeug nach den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 2 ist zum Beispiel aus EP-A-0 207 914 bekannt.
  • Bislang werden vorwiegend drehbare Wende-Schneidwerkzeuge mit Wende-Einsätzen benutzt, die eine dreieckige, rechteckige, rhombische oder ähnliche Form aufweisen. Bei diesen Werkzeugen ist die Hauptschneidkante gerade. Als allgemeine Schneidbedingung ist ein Vorschub pro Zahn von 0,1 bis 0,5 mm/Zahn beim Schneiden von Gussstücken und von 0,1 bis 0,3 mm/Zahn beim Schneiden von Stahlwerkstücken üblich, obwohl der Vorschub je nach Tiefe und Breite des Schnitts variiert. Jetzt tauchen Beispiele auf, bei denen durch Verwendung eines drehbaren Wende-Schneidwerkzeugs mit einem Knopf-Einsatz der Bearbeitungsvorgang mit einem Vorschub ausgeführt wird, der mindestens etwa zweimal so groß ist wie eine gerade Schneidkante, was eine Erhöhung der Arbeitsleistung bewirkt. Dieses drehbare Wende-Schneidwerkzeug weist formschlüssige Knopf-Einsätze in verschiedenen Größen von 8 bis 20 mm Durchmesser auf. Die dafür erforderlichen Klemmmechanismen lassen sich im Wesentlichen in zwei Kategorien einordnen, wobei einer so ausgebildet ist, dass er den Einsatz mit Teilen eines Keils und einer Stütze fixiert, und der andere so beschaffen ist, dass er den Einsatz mit einer Befestigungsschraube fixiert, die in ein in der Mitte des Einsatzes vorgesehenes Stiftloch eingedreht wird.
  • Außerdem weist der Knopf-Einsatz aufgrund seiner formabhängigen Eigenschaften einen etwas erhöhten Schnittwiderstand auf, besitzt aber eine längere Schneidkante als die gerade Schneidkante und zudem eine hohe Festigkeit; dadurch ergeben sich viele Vorteile für das Schneiden von hochfesten Werkstoffen und somit eine Verlängerung der Lebensdauer des Einsatzes usw. Als Beispiel mit einem derartigen Knopf-Einsatz wurden Schneidwerkzeuge in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften (Kokai) 9-225724 und 10-118901 beschrieben.
  • In letzter Zeit treten bei der Hochleistungs-Bearbeitung (Umriss- oder Formbearbeitung) Fälle auf, bei denen während des Schneidens der Kantenbereiche und Nuten Ratterschwingungen auftreten, wodurch die Einsätze schließlich beschädigt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung die Unterdrückung der Ratterschwingung während des Schneidens der Kantenbereiche und Nuten, um somit eine stabile und effiziente Bearbeitung (Umriss- oder Formbearbeitung) sicherzustellen.
  • Zur Erreichung des oben genannten Ziels wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das in Anspruch 1 definierte drehbare Wende-Schneidwerkzeug bereitgestellt.
  • Darüber hinaus wird nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung das in Anspruch 2 definierte drehbare Wende-Schneidwerkzeug bereitgestellt.
  • Nach der Erfindung bleibt die eigentliche Länge der Schneidkante während eines Schneidvorgangs im Wesentlichen konstant, was ein sauberes Plandrehen und Fräsen (ausnehmendes Bearbeiten) erlaubt und somit eine Hochleistungs-Bearbeitung ermöglicht. Dies führt zu einer höheren Effizienz bei der Umriss- oder Formbearbeitung.
  • Bei dem drehbaren Wende-Schneidwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung dient die untere Kante als Hauptschneidkante. Die Hauptschneidkante liegt in einem Bereich von 3 bis 35 Grad des Schneidkantenwinkels und ist in einem bestimmten Radius abgerundet. Dieses Werkzeug schneidet nur in einem abgerundeten Bereich nahe seiner Spitze und ist somit in Bezug auf die Länge der Schneidkante kürzer als der herkömmliche Knopf-Einsatz. Dadurch wird eine wesentliche Länge der Schneidkante verkürzt, über die sie beim Schneiden der Kantenbereiche und Nuten, die zwar im Entwurf der Form klein, im Hinblick auf den abzutragenden Werkstoff aber groß sind, mit dem zu schneidenden Werkstoff in Kontakt kommt, wodurch das Auftreten von Ratterschwingungen verhindert und somit eine gleichmäßige und störungsfreie Nutzung des Werkzeugs sichergestellt wird. Je kleiner der Schneidkantenwinkel der Hauptschneidkante, desto glatter die Schnittfläche. Beträgt der Schneidkantenwinkel unter 3 Grad, verringert sich die Schnitttiefe in axialer Richtung, was zu einer Leistungsminderung und Behinderung der praktischen Anwendung führt. Übersteigt der Schneidkantenwinkel andererseits 35 Grad, wird die Hauptschneidkante erheblich verkürzt, was wiederum zu einer kürzeren Lebensdauer des Einsatzes führt. Der Schneidkantenwinkel liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 und 30 Grad.
  • Die Hauptschneidkante weist vorzugsweise eine Länge zwischen 3 und 7 mm auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Einsatz zum Beispiel in einem Fall, bei dem der zu schneidende Werkstoff, entsprechend Kohlenstoffstahl S50C, mit einem Vorschub pro Zahn (fz) von 1 bis 1,2 mm/Zahn geschnitten wird, vermutlich beschädigt wird, wenn die Länge weniger als 3 mm beträgt, und somit die Lebensdauer des Einsatzes verkürzt wird, während der Schnittwiderstand erheblich steigt, wenn die Länge über 7 mm liegt. Daher empfiehlt es sich, den Krümmungsradius R zu erhöhen und die Länge auf 3 bis 7 mm festzulegen.
  • Im Allgemeinen wird empfohlen, die Länge der Hauptschneidkante auf 20 bis 60% des Durchmessers des Inkreises im Einsatz festzulegen. Außerdem hat die Hauptschneidkante, wenn sie die Form einer Gerade hat, im Wesentlichen dieselbe Eigenschaft, solange sie an beiden Enden abgerundet ist. Daher kann der Einsatz, wenn die Hauptschneidkante als gerade Linie geformt und in geeignetem Maße an beiden Enden abgerundet ist, kostengünstig hergestellt werden, wenn auch mit einer leicht verkürzten Lebensdauer.
  • Darüber hinaus schneidet bei dem für dieses Werkzeug benutzten Wende-Einsatz ein Liniensegment, das von der Bogenmitte der Hauptschneidkante (Bogenbereich) 7 zum Verbindungspunkt zwischen der Hauptschneidkante 7 und einer inneren Umfangsschneidkante (linearer Bereich) 8 verläuft, die innere Umfangsschneidkante 8 vorzugsweise unter einem Winkel von weniger als 90 Grad (α in 2 und 4). Dies ist darin begründet, dass es bei einem Winkel von über 90 Grad schwierig ist, die Hauptschneidkante in einem Bereich von 3 bis 35 Grad des Schneidkantenwinkels festzulegen und die innere Umfangsschneidkante beim Einsetzen des Einsatzes in den Halter in einem geeigneten Winkel anzuordnen.
  • Bei dem Einsatz kann es sich um einen Wende-Einsatz handeln, der eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, wobei zwei Kanten benutzt werden, und der bezogen auf den Mittelpunkt des Stiftlochs punktsymmetrisch geformt ist (siehe 2). Außerdem kann der Einsatz ein Wende-Einsatz sein, der eine im Wesentlichen dreieckige Form aufweist, wobei alle drei Kanten benutzt werden, und der den linearen Bereich 8 und den Bogenbereich 7 aufweist (siehe 4).
  • Die oben genannten und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser verständlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen Teilquerschnitt eines drehbaren Wende-Schneidwerkzeugs 1 nach der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Vorderansicht eines Wende-Einsatzes, der auf dem Spitzenabschnitt des in 1 gezeigten drehbaren Wende-Schneidwerkzeugs 1 montiert ist.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht des Wende-Einsatzes.
  • 4 zeigt eine Vorderansicht eines weiteren Wende-Einsatzes, der ebenfalls für die Verwendung in dem Werkzeug nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
  • 5 zeigt eine Vorderansicht eines Schneidwerkzeugs mit einem Wende-Einsatz nach einem herkömmlichen Beispiel.
  • 6 zeigt eine Ansicht, die den Unterschied zwischen dem Werkzeug nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Beispiel verdeutlicht, wobei beide Werkzeuge für ein wiederholtes Schneiden bei der Umriss- oder Formbearbeitung vorgesehen sind.
  • 7 zeigt eine Ansicht, die eine Art der Durchführung der Umriss- oder Formbearbeitung mit der Ausführungsform nach der Erfindung verdeutlicht.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das die Schneidergebnisse der Ausführungsform der Erfindung und des herkömmlichen Beispiels verdeutlicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt ein Werkzeug-Hauptteil 1, an dem ein Einsatz 3 montiert ist, und 2 zeigt einen im Wesentlichen rechteckigen Einsatz 3, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 3 zeigt eine Seitenansicht des in 2 gezeigten Einsatzes 3.
  • Wie in 1 gezeigt, wird der in 2 gezeigte rechteckige Einsatz 3 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung am distalen Endabschnitt 2 des in 1 gezeig ten Werkzeug-Hauptteils 1 durch Eindrehen einer Stellschraube 4 durch ein Stiftloch des Einsatzes befestigt. Alternativ kann ein Festklemmen des Einsatzes 3 mit einem Keil genauso wirksam sein wie das Befestigen des Einsatzes 3 mit der Stellschraube 4.
  • Wie in 1 gezeigt, weist der Einsatz 3 nach der ersten Ausführungsform eine Hauptschneidkante 7 und eine äußere Umfangsschneidkante 9 auf. Die Hauptschneidkante 7 ist in einer bogenartigen oder im Wesentlichen bogenartigen Form ausgebildet, so dass der entstehende Schneidkantenwinkel (κ) im Bereich von 3 bis 35 Grad liegt. Die äußere Umfangsschneidkante 9 ist in einer geraden, bogenartigen oder im Wesentlichen bogenartigen Form so ausgebildet, dass sie gegenüber der Mittelachse des Werkzeugs eingeschrägt ist.
  • Außerdem ist der Wende-Einsatz 3 nach dieser Ausführungsform im Hinblick auf den Mittelpunkt seines Stiftlochs punktsymmetrisch geformt, so dass zwei Kanten des Einsatzes benutzt werden. Zwei im Hinblick auf den Mittelpunkt des Stiftlochs symmetrische Seiten 9 von den vier Seiten, die die im Wesentlichen rechteckige Form bilden, sind jeweils als gerade Linie, bogenartig oder im Wesentlichen bogenartig ausgebildet. Die anderen Seiten weisen jeweils einen Bogenbereich (Hauptschneidkante) 7, der bogenartig oder im Wesentlichen bogenartig geformt ist, und einen linearen Bereich 8 auf, der von dem Bogenbereich ausgeht. Wie in 2 gezeigt, schneidet ein Liniensegment, das vom Mittelpunkt der Bogenmitte des Bogenbereichs 7 zum Verbindungspunkt zwischen dem Bogenbereich 7 und dem linearen Bereich 8 verläuft, den linearen Bereich 8 unter einem Winkel (α) von weniger als 90 Grad.
  • Die Länge der Hauptschneidkante 7 beträgt vorzugsweise 3 bis 7 mm, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Außerdem ist die Hauptschneidkante 7, wenn sie als gerade Linie ausgebildet ist, an beiden Enden in geeignetem Maße abgerundet.
  • Darüber hinaus zeigt 4 einen im Wesentlichen dreieckigen Einsatz 6, der in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
  • Die drei die im Wesentlichen dreieckige Form bildenden Seiten weisen jeweils einen Bogenbereich 7, der bogenartig oder im Wesentlichen bogenartig geformt ist, und einen linearen Bereich 8 auf, der von dem Bogenbereich 7 ausgeht. Bei dieser Ausführungsform schneidet ein Liniensegment, das von der Bogenmitte des Bogenbereichs zum Verbindungspunkt zwischen dem Bogenbereich und dem linearen Bereich verläuft, den linearen Bereich unter einem Winkel (α) von weniger als 90 Grad.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau des Einsatzes 6 nach der zweiten Ausführungsform ergibt einen Wende-Einsatz, bei dem alle drei Kanten benutzt werden.
  • 5 zeigt ein Radius-Schneidwerkzeug mit einem herkömmlichen Knopf-Einsatz. 6 zeigt eine Ansicht, die den Unterschied zwischen einem herkömmlichen Knopf-Einsatz und dem rechteckigen Einsatz nach der ersten Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht.
  • Als Nächstes wurde eine Vergleichsprüfung unter der Bedingung durchgeführt, dass entsprechend den in 7 gezeigten Pfeilen Umrisslinien geschnitten wurden. Ein Werkzeug von 80 mm Durchmesser wurde an einem Fräsdorn befestigt, während die über eine Bezugslinie überhängende Länge L auf 270 mm festgelegt wurde, um leichter Ratterschwingungen hervorrufen zu können. Weiter wurde der Werkstoff abwechselnd nach den Verfahren des Schulter- und Nutenfräsens bearbeitet, um die Bearbeitungsbedingung zu schaffen, bei der der Einsatz beim Schneiden der Nut leicht beschädigt wird. Ferner waren folgende Prüfbedingungen gegeben: Der zu schneidende Werkstoff bestand aus S50C wie bei Schneidprüfung 1, die Schnittgeschwindigkeit V wurde auf 200 m/min (Drehzahl N = 800 rpm), die Schnitttiefe Ad auf 1,5 mm, die Schnittbreite Rd auf 40 (Schulterfräsen) bis 80 (Nutenfräsen) und das Schneidverfahren auf Trockenschneiden festge legt. Unter Beobachtung des Schnittzustands wurde der Vorschub pro Zahn (fz) erhöht. Das bedeutet, dass der Vorschub pro Zahn (fz) jeweils in der Größenordnung von 0,25, 0,5, 0,75 und 1,0 mm/Zahn erhöht wurde, während der Schnittzustand unter dem Aspekt der Schwingung beurteilt wurde. Außerdem summieren sich diese fz-Werte auf 1.000, 2.000, 3.000 und 4.000 mm/min im Hinblick auf den Tischvorschub F.
  • Die Prüfungsergebnisse sind in 8 zusammengefasst, wobei ein „o" „gut", ein „Δ" „passabel" und ein „x" „Schneiden nicht möglich" bedeutet. 8 zeigt, dass die Umriss- oder Formbearbeitung bei dem herkömmlichen Beispiel in der Anfangsphase problemlos verläuft, dass in der zweiten und den nachfolgenden Phasen allerdings die Ratterschwingung zunimmt (die Schnitttiefe Ad beträgt mindestens 3 mm (Schnitttiefe pro Phase 1,5 mm × 2) und die Bearbeitung nicht möglich ist, wenn der Vorschub pro Zahn 0,75 mm beträgt. Die dritte Phase zeigte dasselbe Ergebnis wie die zweite Phase. Dagegen wurde der Werkstoff mit den Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung über den gesamten Bereich des Vorschubs pro Zahn fz von 0,25 bis 1,00 mm in der ersten Phase mit zufrieden stellendem Ergebnis bearbeitet, und auch in der zweiten, dritten und sogar der vierten Phase wurde er einer guten ausnehmenden Bearbeitung ohne Ratterschwingung unterzogen.
  • Der Grund für ein derart zufrieden stellendes Ergebnis wird nachstehend unter Bezugnahme auf die schematische Ansicht in 6 erläutert.
  • Beim herkömmlichen Knopf-Einsatz 5 nimmt die Länge der Schneidkante, mit der diese mit dem zu schneidenden Werkstoff in Kontakt kommt, mit der jeweils um 1,5 mm erhöhten Schnitttiefe (Ad) zu. Mit anderen Worten, beim herkömmlichen Beispiel nimmt die Länge der Hauptschneidkante, die mit dem Werkstoff in Kontakt kommt, in dem Maße zu, wie die Schnitttiefe Ad bei der Umriss- oder Formbearbeitung um das n-Fache erhöht wird (Anzahl der Schneidvorgänge bzw. Phasen).
  • Dagegen ist bei den Ausführungsformen nach der Erfindung die Länge der Hauptschneidkante 7 auf einen Wert festgelegt, der in etwa der Schnitttiefe Ad für eine Phase entspricht, so dass die Hauptschneidkante den Werkstoff ohne Änderung ihrer Länge in der zweiten und den nachfolgenden Phasen schneiden kann. Mit anderen Worten, bei der Ausführungsform nach der Erfindung wird auf die Länge der Hauptschneidkante Wert gelegt, die so eingestellt wird, dass in der ersten Phase keine Ratterschwingung verursacht wird, und diese Länge der Hauptschneidkante wird festgelegt. Daher treten selbst bei wiederholter ausnehmender Bearbeitung keine Ratterschwingungen auf, und somit ist ein gutes Bearbeitungsergebnis möglich.
  • In konkreten Zahlen ausgedrückt könnte, solange die erforderliche Maschinenleistung auch bei kleinerem Schneideinsatz vorhanden ist, beim Schneiden des Werkstoffs S50C unter der Bedingung, dass fünf Zähne von 80 mm Durchmesser vorgesehen sind, die Schnittgeschwindigkeit V 180 m/min (Drehzahl N entspricht 720 rpm) beträgt, die Schnitttiefe Ad auf 1,5 mm festgelegt ist, die Schnittbreite Rd für Nutenfräsen eingestellt ist und der Vorschub pro Zahn fz auf 1 mm/Zahn festgelegt ist, ein Werkzeug bereitgestellt werden, das sich durch eine bestimmte Leistung auszeichnet, wie den Tischvorschub F von 3.600 mm/min und die maximale Zerspanleistung von 432 cm3/min, und unter der Bedingung, dass der Vorschub pro Zahn 2 mm/Zahn beträgt, könnte ein Werkzeug bereitgestellt werden, das sich durch Eigenschaften wie einen Tischvorschub F von 7.200 mm/min und eine maximale Zerspanleistung von 864 cm3/min auszeichnet. Weil ein derartiger Schneidvorgang, bei dem die Zerspanleistung einen Wert von 200 cm3/min überschreitet, normalerweise als „Hochleistungsschneiden (Hochleistungsbearbeitung)" bezeichnet wird, zeigt sich die Überlegenheit der Ausführungsformen nach der Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Beispiel, da die Zerspanleistung zweimal 200 cm3/min überschreiten kann.
  • Nach der Erfindung bleibt die eigentliche Länge der Schneidkante während eines Schneidvorgangs im Wesentlichen konstant, was ein sauberes Plandrehen und Fräsen (ausnehmendes Bearbeiten) erlaubt und somit eine Hochleistungs-Bearbeitung ermöglicht. Dies führt zu einer höheren Effizienz bei der Umriss- oder Formbearbeitung.

Claims (5)

  1. Drehbares Wende-Schneidwerkzeug (1) mit mindestens einem Wende-Einsatz (3), der in im wesentlichen rechteckiger Form mit einem Stiftloch ausgebildet ist, wobei von den vier den Wende-Einsatz (3) bildenden Seiten jeweils zwei an symmetrischen Positionen angeordnete Seiten linear sind, von denen eine als äußere Umfangsschneidkante (9) dient, und die anderen beiden an symmetrischen Positionen angeordneten Seiten jeweils einen bogenartig oder im wesentlichen bogenartig oder als gerade Linie, deren beide Enden abgerundet sind, geformten Bereich, von denen einer als Hauptschneidkante (7) dient, und einen linearen Bereich, der von der Hauptschneidkante (7) ausgeht und als innere Umfangsschneidkante (8) dient, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsschneidkante gegenüber der Mittelachse des Werkzeugs eingeschrägt ist und die Hauptschneidkante (7) so ausgebildet ist, daß sie in einem Bereich von 3 bis 35° des Schneidkantenwinkels (K) liegt und eine Länge aufweist, über die sie in Kontakt mit einem Werkstück kommt und die auch bei wiederholter ausnehmender Bearbeitung im wesentlichen unverändert bleibt.
  2. Drehendes Wende-Schneidwerkzeug (1) mit mindestens einem Wende-Einsatz (6), der in im wesentlichen dreieckiger Form mit einem Stiftloch ausgebildet ist, wobei die drei den Wendeeinsatz (6) bildenden Seiten jeweils einen bogenartig oder im wesentlichen bogenartig oder als gerade Linie, deren beide Enden abgerundet sind, geformten Bereich, von denen einer als Hauptschneidkante (7) dient, und einen linearen Bereich, der von der Hauptschneidkante (7) ausgeht und als innere Umfangsschneidkante (8) dient, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidkante (7) so ausgebildet ist, daß sie in einem Bereich von 3 bis 35° des Schneidkantenwinkels (K) liegt und eine Länge aufweist, über die sie in Kontakt mit einem Werkstück kommt und die auch bei wiederholter ausnehmender Bearbeitung im wesentlichen unverändert bleibt.
  3. Werkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Länge der Hauptschneidkante auf 3 mm bis 7 mm festgelegt ist.
  4. Werkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptschneidkante (7) bogenförmig ist und ein Liniensegment, das von der Bogenmitte des Bogenbereichs zum Verbindungspunkt zwischen der Hauptschneidkante (7) und der inneren Umfangsschneidkante (8) verläuft, die innere Umfangsschneidkante (8) unter einem Winkel (α) von weniger als 90° schneidet.
  5. Werkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Teil des Bogenbereichs der Hauptschneidkante (7) linear ist und der Verbindungspunkt zwischen der Hauptschneidkante (7) und der inneren Umfangsschneidkante (8) sowie der Verbindungspunkt zwischen der Hauptschneidkante (7) und der äußeren Umfangsschneidkante (9) abgerundet sind.
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