WO2007090443A1

WO2007090443A1 - Schneidwerkzeug für spanende bearbeitung

Info

Publication number: WO2007090443A1
Application number: PCT/EP2006/010214
Authority: WO
Inventors: Matthias Luik
Original assignee: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn Gmbh
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2007-08-16
Also published as: EP1981672A1; DE102006005879B3

Abstract

Schneidwerkzeug, Halter und System für spanende Bearbeitung. Ein Schneidwerkzeug (1) für spanende Bearbeitung, das für seine Festlegung an einem Halter (3) an einer von mindestens einem Seitenrand (11 , 13, 14, 16) begrenzten Stirnfläche (7) mit Anlageflächen versehen ist, die abwechselnd Vertiefungen und Vorsprünge bilden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge durch mindestens eine Gruppe von an der Stirnfläche (7) vorstehenden Rippen (19) gebildet ist, wobei die Rippen (19) der jeweiligen Gruppe Kreisringabschnitte bilden. Hier aus ergibt sich eine sichere Selbstzentrierung auf einem zuordenbaren halterseitigen Gegenstück, das als Teil des beanspruchten Gesamtsy stems gleichfalls Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung ist.

Description

Schneidwerkzeug für spanende Bearbeitung

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für spanende Bearbeitung, das für seine Festlegung an einem Halter an einer von mindestens einem Seitenrand begrenzten Stirnfläche mit Anlageflächen versehen ist, die abwechselnd Vertiefungen und Vorsprünge bilden. Außerdem bezieht sich die Er- findung auf einen Halter für ein derartiges Schneidwerkzeug sowie auf ein Werkzeugsystem mit einem derartigen Schneidwerkzeug und einem solchen Halter.

Schneidwerkzeuge dieser Art, die zusammen mit einem betreffenden Halter ein Werkzeugsystem bilden, sind bekannt, vgl. das Dokument DE 695 27 424 12. Diese Druckschrift offenbart ein Schneidwerkzeug in Form eines Schneideinsatzes, der insbesondere für Drehanwendungen vorgesehen ist, wobei der Schneideinsatz an seiner am Werkzeughalter festzulegenden Stirnfläche Vertiefungen zwischen rippenartigen Vorsprüngen aufweist.

Bei derartigen Systemen besteht die Gefahr, dass eine Lockerung der Verbindung zwischen Werkzeug und Halter eintritt, insbesondere bei Bearbeitungen, bei denen Vibrationen auftreten. Dies kann beispielsweise bei Bohrbearbeitung mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten, jedoch auch beim Fräsen, Drehen oder dergleichen der Fall sein.

Im Hinblick hierauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug zur Verfügung zu stellen, das so gestaltet ist, dass es eine besonders betriebssichere, starre und gegen Vibrationen unempfindliche Verbindung mit einem betreffenden Halter ermöglicht.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Schneidwerkzeug gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Vorsprünge durch mindestens eine Gruppe von an der Stirnfläche vorstehenden Rippen gebildet sind, wobei die Rippen der jeweiligen Gruppe Kreisringabschnitte bilden, ergibt sich zum einen eine Selbstzentrierung auf einem zugeordneten halterseitigen Gegenstück und durch den bogenförmi- en Verlauf der Rippen und Nuten ergibt sich zudem eine zu der zu übertragenden Kraft quer verlaufende Erstreckung der Anlageflächen. Eine besonders starre und betriebssichere Verbindung mit einem zugehörigen Halter wird dadurch sichergestellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges sind die Kreisringabschnitte zu je einem, jeder Gruppe eigens zugehörigen Mittelpunkt konzentrisch, was eine besonders einfache Bearbeitung für die Rippengeometrien sicherstellt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges ist jedoch vorgesehen, dass jedem Kreisringabschnitt ein eigener Mittelpunkt zuordenbar ist, von wo aus mit vorzugsweise gleichen Radien die Abschnitte verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass durch die dahingehende Anordnung eine besonders günstige symmetrische Krafteinleitung erreichbar ist. Vorzugsweise sind die Gruppen der Rippen durch eine die Anlageflächen unterbrechende Freifläche voneinander getrennt, wobei sich die Freifläche an der Stirnfläche von einem Seitenrand zu einem gegenüberliegenden Seitenrand durchgehend erstreckt. An der Freifläche kann eine Gestaltsunre- gelmäßigkeit vorgesehen sein, beispielsweise eine dornartige Erhebung, die in Zusammenwirkung mit einer entsprechenden Gestaltung am zugeordneten Halter die Anbringposition des Schneidwerkzeuges definiert und/oder auch als die Drehmomentübertragung begünstigender Mitnehmer dienen kann.

Vorzugsweise sind die Mittelpunkte der beiden Gruppen von Rippen und Nuten außerhalb des Bereichs der Stirnfläche gelegen. Durch Wahl der Position der Mittelpunkte und damit der Größe der Radien läßt sich der für die Kraftübertragung optimale Verlauf der Anlageflächen erzielen.

Vorzugsweise ist die Anordnung hierbei so getroffen, dass die Mittelpunkte der Kreisringform der beiden Gruppen zum Zentralbereich der Freifläche symmetrisch gelegen sind.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Grundform der Rippen und Vertiefungen bei beiden Gruppen gleichartig und dreieckförmig, wobei die die Anlageflächen bildenden Flanken der Rippen vorzugsweise eine leichte ballige Wölbung aufweisen. Bei einer derartigen Formgebung können die Rippen und Nuten bei einem aus Hartmetall gebildeten Schneidwerkzeug ohne spanende Bearbeitung durch ein Formen mit anschließendem Sintern fertig hergestellt werden. Ferner können hier auch moderne Keramikwerkstoffe zum Einsatz kommen. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Halter für ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug, wobei dieser die Merkmale des Patentanspruches 12 in seiner Gesamtheit aufweist.

Wie im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegeben, sind auch an der halterseitigen Stirnfläche die die Anlageflächen bildenden Elemente durch mindestens eine Gruppe vorstehender Rippen gebildet, wobei die Rippen der jeweiligen Gruppe Kreisringabschπitte bilden, die sich um je einen jeder Gruppe eigens zugehörigen Mittelpunkt anordnen, die sich in einem Abstand voneinander befinden, wobei zwischen den Rippen Nuten gebildet sind, die durch die Flanken der Rippen begrenzt sind.

In Entsprechung zur Gestaltung der werkzeugseitigen Stirnfläche können die halterseitigen Gruppen der Rippen und Nuten, die komplementär zu den werkzeugseitigen Gruppen gestaltet sind, durch eine Freifläche voneinander getrennt sein, welche eine Unterbrechung zwischen den halterseitigen Anlageflächen bildet und sich an der Stirnfläche von einem Seitenrand zu einem gegenüberliegenden Seitenrand durchgehend erstreckt.

An dieser Freifläche kann, wiederum in Entsprechung zur werkzeugseitigen Freifläche, eine Gestaltsunregelmäßigkeit vorgesehen sein, die bei der Festlegeposition von Schneidwerkzeug und Halter mit der Gestaltsunregelmäßigkeit an der werkzeugseitigen Freifläche zusammen wirkt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Werkzeugsystem für spanende Bearbeitung, das die Merkmale des Patentanspruches 16 in seiner Gesamtheit aufweist. Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine abgebrochen und gegenüber der praktischen Ausführungs- form vergrößert gezeichnete perspektivische Schrägansicht eines

Schneidwerkzeuges in Form eines Werkzeugkopfes für Bohrbearbeitung, festgelegt an einem Halter in Form eines Bohrerschaftes, von dem lediglich der an den Werkzeugkopf angrenzende Endabschnitt gezeigt ist; - Fig. 2 eine perspektivische Schrägansicht des Werkzeugkopfes von Fig. 1, gesehen auf dessen für die Festlegung am Halter vorgesehene Stirnfläche;

Fig. 3 eine perspektivische Schrägansicht des an den Werkzeugkopf angrenzenden Endabschnittes des durch einen Bohrerschaft gebildeten Halters, gesehen auf dessen für die Festlegung des Werkzeugkopfes vorgesehene Stirnfläche;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die für die Festlegung am zugeordneten Halter dienende Stirnfläche des Werkzeugkopfes von Fig. 1 und 2; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine geänderte Ausführungsform des Schneidwerkzeuges.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges in Form eines Werkzeugkopfes 1 , der als Bohrspitze dient und an einem Halter 3 festgelegt ist, bei dem es sich um einen Bohrerschaft mit äußeren, sich entlang des Schaftes spiralig erstreckenden Wendeln 5 handelt, siehe insbesondere Fig. 3. Entsprechend der durch die Wendeln 5 gebildeten Außenkontur des Bohrerschaftes, die durch den am Halter 3 angebrachten Werkzeugkopf 1 fortgesetzt wird, der in Fig. 2 und 4 gesondert dargestellt ist, ergibt sich für die halterseitige Stirnfläche 9 (Fig. 3), an der der Werkzeugkopf 1 festzulegen ist, sowie für die werkzeugseitige Stirnfläche 7 (Fig. 2 und 4), die bei der Festlegeposition der halterseitigen Stirnfläche 9 zugekehrt ist, jeweils eine Umrißform mit zwei längeren Seitenrän- dem, die beim Werkzeugkopf 1 mit 11 und 13 und beim Halter 3 mit 1 1 ' und 13' bezeichnet sind. Diese längeren Seitenränder sind beim Werkzeugkopf 1 durch teils kreisbogenförmige, kürzere Seitenränder 14 und 16 verbunden. Beim Halter 3 sind diese kürzeren Seitenränder mit 14' und 16' bezeichnet. Wie Fig. 1 zeigt, sind werkzeugseitige Stirnfläche 7 und halter- seitige Stirnfläche 9 deckungsgleich.

Zur Bildung der bei der Festlegeposition miteinander zusammenwirkenden Anlageflächen weisen werkzeugseitige Stirnfläche 7 und halterseitige Stirnfläche 9 ein zueinander komplementäres Gestaltungsmuster auf, jeweils gebildet durch Vorsprünge in Form von Rippen 19, 19', zwischen denen sich Vertiefungen befinden. Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, wo die Stirnfläche 7 des Werkzeugkopfes 1 in Draufsicht dargestellt ist, ist der Verlauf der Rippen 19 und der zwischen diesen befindlichen Vertiefungen jeweils kreisbogenförmig, wobei zwei Gruppen von Kreisbogenabschnitte bildenden Rippen 19 und Vertiefungen vorgesehen sind, die zueinander konzentrisch sowie zu je einem jeder Gruppe eigenen Mittelpunkt konzentrisch sind, wobei diese Mittelpunkte, wie aus Fig. 4 entnehmbar ist, jeweils außerhalb der Stirnfläche 7 gelegen sind. Wie ebenfalls aus Fig. 4 deutlich ersichtlich ist, befindet sich zwischen den den größten Radius besitzenden Rippen 19 beider Gruppen, und beidseits des Zentrums 22 der Stirnfläche 7, eine Unterbrechung zwischen den beiden Gruppen der Rippen 19 in Form einer ebenen Freifläche 21. Die Rippen 19 des Werkzeugkopfes 1 , die zu den Rippen 19' am Halter 3 komplementär sind, besitzen jeweils eine im großen Ganzen dreieckförmi- ge Querschnittsform mit einer Abflachung 25 an ihrem Scheitel. Die entsprechende Abflachung am Scheitel der halterseitigen Rippen 19' ist mit 25' bezeichnet. Am Grund der zwischen den Rippen 19 des Werkzeugkopfes 1 und den Rippen 19' des Halters 3 gebildeten, nutartigen Vertiefungen befindet sich ebenfalls eine Abflachung, die beim Werkzeugkopf 1 mit 27 und beim Halter 3 mit 27' bezeichnet sind. Die Geometrie der Rippen 19 und 19' ist so gewählt, dass als Anlageflächen lediglich die Flanken 29 der Rip- pen 19 des Werkzeugkopfes 1 die Flanken 29' des Halters 3 berühren.

Beim Werkzeugkopf 1 befinden sich die Abflachungen 25 am Scheitel der Rippen 19 in gemeinsamer Ebene mit der Freifläche 21 , während sich am Halter 3 die Abflachungen 27' am Grund der nutartigen Vertiefungen in gemeinsamer Ebene mit der Freifläche 21 ' befinden. Da, wie erwähnt, Ie- diglich die Flanken 29 am Werkzeugkopf 1 und die Flanken 29' am Halter 3 als Anlageflächen miteinander in Berührung sind, befinden sich zwischen den Freiflächen 21 und 21 ' sowie zwischen den Abflachungen 25 und 27' und 27 und 25' jeweils ein Freiraum. In Fig. 1 sind diese Freiräume zwischen den werkzeugseitigen Abflachungen 25 und den halterseitigen Abfla- chungen 27' teilweise kenntlich gemacht. Wie ebenfalls bereits erwähnt, sind die Flanken 29 und 29' der Rippen 19 und 19' leicht ballig gewölbt, wodurch sich eine Linienberührung ergibt und die genaue gegenseitige Zentrierung begünstigt wird.

Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Freiflächen 21 und 21 ' jeweils durchgehend zwischen den längeren Seitenrändern 11 , 13 und 11 ', 13', wobei sich im Zentrum 22 und 22' eine Bohrung 31 bzw. 31 ' befindet. Gegenüber dem Zentrum 22 versetzt befindet sich an der Freifläche 21 des Werkzeugkopfes 1 eine dornartig vorspringende Erhebung 33, die für den Eingriff in eine Vertiefung 35 in der Freifläche 21 ' des Halters 3 vorgesehen ist und für die Anbringung am Halter 3 eine definierte Einbaulage vorgibt. Die zentrale Bohrung 31 des Werkzeugkopfes 1 und die Bohrung 31 ' des Halters 3 können Teil eines Strömungskanales für ein Arbeits- fluidum oder für den Durchtritt einer Spannschraube als Festlegemittel vorgesehen sein. Seitlich des Zentrums 22 und 22' gelegene Bohrungen 37 im Werkzeugkopf 1 und 37' im Halter 3 können für den gleichen Zweck vorgesehen sein.

Die Fig.5 betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuglösung. Hier sind die einzelnen Rippen 19 einer Gruppe nicht konzentrisch um einen Mittelpunkt angeordnet, sondern jede Rippe 19 und mithin jeder eingesetzte Kreisbogenabschnitt hat einen eigenen Mittelpunkt M1 ,M2, von wo aus sich mit einem gleichen Radius die unterschiedlichen Rippen 19 anordnen. Der Radiusabstand zwischen M1 und der in Blickrichtung auf die Fig.5 gesehen unteren Rippe 19 ist mithin derselbe, wie der Radialabstand zwischen M2 und der oberen Rippe 19. Des weiteren befindet sich in Abänderung der vorstehend beschriebenen Lösung nunmehr die Gestaltsunregelmäßigkeit 33 innerhalb einer Gruppe an Rippen. Die Mittelpunkte M1 und M2 erstrecken sich auf einer fiktiven Linie L, die durch den Mittelpunkt der in Blickrichtung auf die Fig.5 gesehen linken Bohrung 37 mittig hindurchgeht und die fiktive Schneidkrafteinleitung SE an einer der aktiven Werkzeugschneiden erfolgt im wesentlichen senkrecht zu der genannten Linie L. Tritt mit demselben Radius ein weiterer Rippenbogenverlauf mit hinzu, bekommt dieser als dritte Rippe (nicht dargestellt) den Mittelpunkt M3 zugewiesen und die Abstände der einzelnen Mittelpunkte M1,M2,M3 zueinander entlang der Linie L sind im wesentlichen gleich. In Abhängigkeit von der Bearbeitungsaufgabe wäre es aber auch denkbar, die einzelnen Mittelpunkte M1 ,M2,M3 gegenüber der Linie L versetzt anzuordnen, so dass die einzelnen Rippen 19 dann zumindest an einem ihrer benachbarten Enden in einem konischen Winkel geringer Neigung aufeinander zulaufen. Die geänderte Radienanordnung nach der Fig.5 findet dann selbstredend ihren entsprechenden Niederschlag am Halter 3 mit seiner korrespondierenden Rippengestaltung. Auch besteht die Möglichkeit, eine jede Rippe 19 von ihrem Kreisbogensegment her zu unterbrechen, so dass dann einzelne Ringsegmente die jeweilige Festlegerippe 19 bilden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Schneidwerkzeug (1) für spanende Bearbeitung, das für seine Festlegung an einem Halter (3) an einer von mindestens einem Seitenrand (11, 13, 14, 16) begrenzten Stirnfläche (7) mit Anlageflächen versehen ist, die abwechselnd Vertiefungen und Vorsprünge bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge durch mindestens eine Gruppe von an der Stirnfläche (7) vorstehenden Rippen (19) gebildet sind, wobei die Rippen (19) der jeweiligen Gruppe Kreisringabschnitte bilden.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringabschnitte zu je einem jeder Gruppe eigens zugehörigen Mittelpunkt konzentrisch sind oder dass jedem Kreisringabschnitt ein eigener Mittelpunkt (M1 ,M2) zuordenbar ist, von wo aus mit vorzugsweise gleichen Radien die Abschnitte verlaufen.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen durch zwischen den Rippen (19) befindliche Nuten gebildet sind, die durch die Flanken (29) der Rippen (19) begrenzt sind.

4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Rippen (19) durch eine die Anlageflächen unterbrechende Freifläche (21) voneinander getrennt sind, die sich an der Stirnfläche (7) von einem Seitenrand (11) zu einem gegenüberliegenden Seitenrand (13) durchgehend erstreckt.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der beiden Gruppen von Rippen (19) und Nuten außerhalb des Bereichs der Stirnfläche (7) gelegen sind.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der Kreisringform der beiden Gruppen zum Zentralbereich (22) der Freifläche (21) symmetrisch gelegen sind.

7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte (M1 ,M2) auf einer gemeinsamen fiktiven Linie (L) angeordnet sind, auf der senkrecht die Schneidkrafteinleitung (SE) an zumindest einer der jeweils aktiven Werkzeugschneiden erfolgt.

8. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Rippen (19) im Scheitelbereich und die Vertiefungen am Grund der Nuten jeweils eine Abflachung (25 bzw. 27) aufweisen und dass die Abflachungen (25, 27) bei beiden durch die Freifläche (21) getrennten Gruppen jeweils in gemeinsamen Ebenen liegen.

9. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform der Rippen (19) und Vertiefungen bei beiden Gruppen gleichartig und dreieckförmig ist und/oder dass die Rippen (19) entlang ihres Verlaufs mit Unterbrechungen versehen sind.

10. Schneidwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Anlageflächen bildenden Flanken (29) der Rippen (19) eine leichte ballige Wölbung aufweisen.

1 1. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Freifläche (21) eine die Anbringposition festlegende und/oder als Mitnehmer für eine Drehmomentübertragung dienende Gestaltsunregelmäßigkeit (33) vorgesehen ist:

12. Halter (3) für ein Schneidwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der an einer von mindestens einem Seitenrand (1 T, 13', 14', 16') begrenzten Stirnfläche (9) mit halterseitigen Anlageflächen versehen ist, die abwechselnd Vertiefungen und Vorsprünge bilden, die in einer Fest- legeposition von Schneidwerkzeug (1) und Halter (3) in Anlage mit werkzeugseitigen Anlageflächen bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge durch mindestens eine Gruppe von an der halterseitigen Stirnfläche (9) vorstehenden Rippen (19') gebildet ist, wobei die Rippen (19') der jeweiligen Gruppe Kreisringabschnitte bilden.

13. Halter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die halterseitigen Gruppen der Rippen (19') und Nuten komplementär zu den werkzeugseitigen Gruppen gestaltet sind und dass die halterseitigen Gruppen durch eine die halterseitigen Anlageflächen unterbrechende Freifläche (2V) voneinander getrennt sind, die sich an der Stirnfläche (9) von einem Seitenrand (1 T) zu einem gegenüberliegenden Seitenrand (13') durchgehend erstreckt.

14. Halter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die halterseiti- gen Rippen (19') im Scheitelbereich und die halterseitigen Vertiefungen am Grund der Nuten jeweils eine Abflachung (25' bzw. 27') aufweisen und dass die halterseitigen Abflachungen (25', 27') bei beiden durch die halterseitige Freifläche (2T) getrennten Gruppen jeweils in gemeinsamen Ebenen liegen.

15. Halter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der halterseitigen Freifläche (2V) eine Gestaltsunregelmäßigkeit (35) vorgesehen ist, die bei der Festlegeposition von Schneidwerkzeug (1 ) und Halter (3) mit der Gestaltsunregelmäßigkeit (33) an der werkzeugseitigen

Freifläche (21) zusammenwirkt.

16. Werkzeugsystem für spanende Bearbeitung, mit einem Schneidwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , mit einem Halter (3) ge- maß einem der Ansprüche 12 bis 15 und mit einem die Stirnflächen (7 und 9) sowohl von Schneidwerkzeug (1) als auch von Halter (3) durchgreifenden Festlegemittel, um die durch die Flanken (29) der werkzeugseitigen Rippen (19) und die Flanken (29') der halterseitigen Rippen (19') gebildeten Anlageflächen unter Bildung eines Zwischenraumes zwischen werkzeugseitiger und halterseitiger Freifläche (21 bzw. 21 ') aneinander anzulegen .