Maschinenwerkzeug mit verstellbarer Schneidplatte
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Maschinenwerkzeug mit einem eine Drehachse aufweisenden Grundkörper, mit mindestens einer in den Grundkörper eingeformten Tasche und mit mindestens einem eine Schneidplatte tragenden Schneidenträger, wobei der Schneidenträger mit zwei einen Winkel miteinander einschließenden Seitenflächen gegen je eine Seitenstützfläche und mit ihrem Boden gegen eine Bodenstützfläche der Tasche anliegt und mit einem Spannelement lösbar in der Tasche eingespannt ist, und wobei die Schneidplatte mit einer wirksamen Schneide über den Schneidenträger und den Grundkörper frei nach außen übersteht.
Die einen Sitz für den Schneidenträger bildende Tasche sorgt dafür, dass der Schneidenträger und damit die Schneidplatte in ihrer Lage innerhalb des Grundkörpers bestimmt ist. Bei gegebener Geometrie des Schneidenträgers und der Schneidplatte bestimmt die Lage der Taschen im Grundkörper den Schneidradius. Um Herstellungstoleranzen ausgleichen zu können, ist es bereits bekannt, die Schneidplatten verstellbar im Grundkörper anzuordnen. Zu diesem Zweck ist der Schneidenträger gegenüber dem Grundkörper verstellbar angeordnet.
Weiter ist es bei einem Maschinenwerkzeug, bei welchem die Schneidplatte unmittelbar, also ohne Schneidenträger, in einem Plattensitz mit zwei Kantenstützflächen und einer Bodenstützfläche abgestützt ist, an sich bekannt (DE-A-10 108 103), dass eine der beiden Kantenstützflächen als an einem gegenüber dem Grundkörper längs einer Verschiebeachse verschiebbaren Stellkörper angeordnete, mit der Verschiebeachse einen spitzen Winkel ein- schließende Keilfläche ausgebildet ist, gegen die die Schneidplatte mit ihrer der wirksamen Schneide gegenüberliegenden, parallel zur Keilfläche ausge-
richteten Plattenkante anliegt, und dass die andere Kantenstützfläche senkrecht zur Verschiebeachse des Verstellkörpers ausgerichtet ist, wobei die Verschiebeachse des Stellkörpers parallel zur Bodenstützfläche des zugehörigen Plattensitzes ausgerichtet ist. Zum Justieren der Schneidplatte wird dort die Kopfschraube an der Schneidplatte etwas gelöst. Sobald der richtige Bohrdurchmesser eingestellt ist, wird die Kopfschraube wieder angezogen. Dabei wird auch der Stellkörper am Grundkörper festgelegt. Die bekannte Verstellvorrichtung eignet sich nur zur Verstellung von radial am Grundkörper ausgerichteten Schneidplatten. Die Verstellung erfolgt stets senkrecht zur Feststellschraube der Schneidplatte im Grundkörper, die zum Zweck der Verstellung leicht gelöst werden muss. Die Verstellung von Tangential- Schneidplatten parallel zu deren Feststellschraube ist mit dem bekannten Verstellmechanismus nicht möglich.
Ausgehend hiervon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Maschinenwerkzeug der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass auch eine Feinverstellung von Tangential-Schneidplatten im Grundkörper möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt vor allem der Gedanke zugrunde, dass die Bodenstützfläche für den Schneidenträger eine an einem gegenüber dem Grundkörper längs einer Verschiebeachse verschiebbaren Stellkörper angeordnete, mit der Verschiebeachse einen spitzen Winkel einschließende
Keilfläche bildet, gegen die der Schneidenträger mit seinem als Gegenkeil ausgebildeten Boden anliegt, und dass die beiden Seitenstützflächen zugleich im Wesentlichen senkrecht zur Verschiebeachse des Stellkörpers ausgerichtete Führungsflächen für den Schneidenträger bei einem durch
Verschieben des Stellkörpers ausgeführten Verstellvorgang bilden. Die Verschiebeachse des Stellkörpers ist dabei zweckmäßig parallel zur Drehachse des Grundkörpers ausgerichtet.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht also darin, dass die Schneidplatte nicht direkt, sondern über ihren Schneidenträger gegenüber dem Grundkörper verstellt wird. Dies ist notwendig, um die Schneidplatte parallel zu ihrer Befestigungsrichtung am Grundkörper verstellen zu können. Mit diesen Maßnahmen ist es auch möglich, dass die Schneidplatte ohne nochmalige Feinjustierung gewendet oder ausgetauscht werden kann. Letzteres ist möglich, weil die Schneidplatte auf dem Schneidenträger fixiert wird und der Verstell Vorgang allein über den Schneidenträger erfolgt. Der Schneidenträger muss seinerseits in der Tasche des Grundkörpers durch geeignete Spann- oder Klemmelemente dreidimensional fixiert werden. Um dies zu er- reichen, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Schneidenträger an einer dritten Seitenfläche eine mit den beiden gegen die Seitenstützflächen anliegenden Seitenflächen und mit dem Boden je einen Winkel einschließende Keilfläche bildet, gegen die ein Gegenkeil des relativ zum Grundkörper mit einem Verstellorgan unter Aus- Übung je einer in Richtung der beiden Seitenstützflächen und der Bodenstützfläche weisenden Kraftkomponente verschiebbaren Spannelements anliegt.
Die Schneidplatte ist zweckmäßig mittels eines Spann- oder Klemmele- ments, insbesondere mittels einer Klemmschraube, starr mit dem Schneidenträger verbunden. Der Schneidenträger kann als Kassette ausgebildet sein, der einen Plattensitz für eine als Wendeschneideplatte ausgebildete Schneidplatte aufweist. Um den gleichen Verstellmechanismus für unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge einsetzen zu können, ist zweckmäßig eine Gruppe von mindestens zwei am Grundkörper gegeneinander aus-
tauschbaren Schneidenträgern vorgesehen, die Plattensitze für unterschiedliche Schneidplattenformen aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verstellmechanismus sieht vor, dass der Stellkörper mittels eines im Grundkörper angeordneten KeN- und/oder Gewindetriebs relativ zum Grundkörper verschiebbar ist. Andererseits kann auch das Spannelement zum Festlegen des Schneidenträgers im Grundkörper mittels eines im Grundkörper angeordneten Keil- und/oder Gewindetriebs betätigt werden. Der Keil- und/oder Gewindetrieb kann in beiden Fällen eine Schraube oder eine Differentialschraube umfassen, die mit einem Gewindeteil in ein Innengewinde des Grundkörpers eingreift und mit einem Keil, Konus oder einem weiteren Gewindeteil gegen den Stellkörper oder das Spannelement einwirkt.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante weist die Schraube eine gegen den Stellkörper anliegende Konusspitze auf.
Eine zweite Ausführungsvariante sieht vor, dass die Differentialschraube eine Gewindehülse trägt, die eine gegen den Stellkörper anliegende Keilflä- che aufweist. Der Stellkörper kann dabei entgegen der Kraft mindestens einer Rückstellfeder verschiebbar sein.
Eine dritte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Differentialschraube mit ihrem einen Gewindeteil in ein Innengewinde des Stellkörpers oder des Spannelements und mit ihrem anderen Gewindeteil in ein Innengewinde des Grundkörpers eingreift.
Die erfindungsgemäßen Werkzeuge, die mit radial verstellbaren Tangential- Wendeschneidplatten bestückt sind, können beispielsweise zum Feinbear- beiten von Innenbohrungen oder zum Finishen bei der Fräsbearbeitung verändert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in sche- matischer Weise dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Feinbohrwerkzeug mit vier über den Umfang verteilt angeordneten, tangential ausgerichteten mit je einem Verstellmechanismus zur Radialverstellung versehenen Wendeschneidplatten;
Fig. 2a und b eine erste Ausführungsvariante eines Verstellmechanismus für das Werkzeug nach Fig. 1 im Zusammenbauzustand und in einer Explosionsdarstellung, jeweils in schaubildlicher Darstellung;
Fig. 2c bis f eine Seitenansicht, eine Draufsicht eines Schneidplattenträgers nach Fig. 2a sowie je eine schaubildliche Darstellung des Schneidplattenträgers ohne und mit Schneidplatte;
Fig. 2g der federunterstützte Stellkörper mit keilförmiger Bodenstützfläche der Verstellmechanismus nach Fig. 2a;
Fig. 2h eine Verstellschraube mit Konusspitze zur Verstellung des
Stellkörpers nach Fig. 2g in schaubildlicher Darstellung;
Fig.2i eine schaubildliche Darstellung des Spannelements zum
Einspannen des Schneidenträgers nach Fig. 2a, 3a, 4a und 5a in der Grundkörpertasche;
Fig. 2j eine Differentialschraube zur Verstellung des Spannelements nach Fig. 2i;
Fig. 3a und b eine zweite Ausführungsvariante eines Verstellmechanismus für das Werkzeug nach Fig. 1 im Zusammenbauzustand und in einer Explosionsdarstellung, jeweils in schaubildlicher Darstellung;
Fig. 3c bis f eine Seitenansicht, eine Draufsicht eines Schneidplattenträgers nach Fig. 3a sowie je eine schaubildliche Darstellung des Schneidplattenträgers ohne und mit Schneidplatte;
Fig. 3g der federunterstützte Stellkörper mit keilförmiger Bodenstützfläche der Verstellvariante nach Fig. 3a;
Fig. 3h eine Gewindehülse mit gegen den Stellkörper nach Fig. 3g anliegender Keilfläche;
Fig. 4a und b eine dritte Ausführungsvariante eines Verstellmechanismus für das Werkzeug nach Fig. 1 im Zusammenbauzustand und in einer Explosionsdarstellung, jeweils in schaubildlicher Darstellung;
Fig. 4c bis f eine Seitenansicht, eine Draufsicht eines Schneidplattenträgers nach Fig. 4a sowie je eine schaubildliche Darstellung des Schneidplattenträgers ohne und mit Schneidplatte;
Fig. 4g ein Stellkörper mit keilförmiger Bodenstützfläche der Verstellvariante nach Fig. 4a;
Fig. 4h eine Differentialschraube zur Verstellung des Stellkörpers nach Fig. 4g;
Fig. 5a und b eine vierte Ausführungsvariante eines Verstellmechanismus für das Werkzeug nach Fig. 1 im Zusammenbauzustand und in einer Explosionsdarstellung, jeweils in schaubildlicher Darstellung.;
Fig. 5c bis f eine Seitenansicht, eine Draufsicht eines Schneidplattenträgers nach Fig. 5 sowie je eine schaubildliche Darstellung des Schneidplattenträgers ohne und mit Schneidplatte;
Fig. 6a und b je schaubildliche Darstellung des Verstell Systems nach Fig.
4a mit austauschbaren Schneidenträgern für eine quadratische und eine rhombische Wendeschneidplatte.
Das in Fig. 1 dargestellte rundlaufende Werkzeug ist für den Einsatz in Werkzeugmaschinen bestimmt. Es ist als vierschneidiges Aufbohrwerkzeug ausgebildet, dessen Drehachse mit 10 bezeichnet ist. Der Grundkörper 12 des Maschinenwerkzeugs weist einen Schaft 14 für den Anschluss an eine Maschinenspindel und einen Werkzeugskopf 16 mit vier über den Umfang verteilt angeordneten Schneidplatten 18 auf. Die Schneidplatten 18 sind in tangential stehender Ausrichtung an den kassettenartigen Schneidenträgern 20 angeordnet und dort mittels Klemmschrauben 22 fixiert. Sie stehen mit einer wirksamen Schneide 23 über den Schneidenträger 20 und den Grundkörper 12 nach außen über. Die Schneidenträger 20 greifen in je eine Tasche 24 des Grundkörpers 12 ein und sind dort mittels eines Verstellmecha- nismus 26', 26", 26 , 26IV in radialer Richtung verstellbar und in der gewählten Einstellung mittels eines Spannelements 28 festlegbar.
Zur Verstellung der Schneidplatten 18 des Maschinenwerkzeugs nach Fig. 1 werden vier verschiedene Varianten eines Verstellmechanismus 26', 26", 26'", 26IV vorgeschlagen, die in Fig. 1 symbolhaft und in den Fig. 2, 3, 4 und 5 in ihren Details genauer dargestellt sind.
Bei allen vier Ausführungsvarianten weisen die Schneidenträger 20 jeweils zwei einen rechten Winkel miteinander einschließende Seitenflächen 30, 32 auf, mit denen sie gegen je eine Seitenstützfläche 34, 36 innerhalb der Ta- sehe 24 anliegen. Außerdem stützen sich die Schneidenträger 20 mit ihrem Boden 38 gegen eine Bodenstützfläche 40 ab. An einer dritten Seitenfläche 42 bilden die Schneidenträger 20 eine mit den beiden gegen die Seitenstützfläche 34, 36 anliegenden Seitenfläche 30, 32 und mit dem Boden 38 je einen Winkel einschließende Keilfläche 44, gegen die ein Gegenkeil 46 des relativ zum Grundkörper unter Ausübung einer Spannkraft mit in Richtung der beiden Seitenstützflächen 34, 36 und der Bodenstützfläche 40 weisenden Kraftkomponenten verschiebbaren Spannelements 28 anliegt. Die Betätigung des Spannelements 28 erfolgt bei allen Ausführungsvarianten mit Hilfe einer Differentialschraube 48, deren eines Gewindeteil 50 in ein Innenge- winde des Grundkörpers 12 und deren anderes Gewindeteil 52 mit anderer Gewindesteigung in ein Innengewinde 54 des Spannelements 28 eingreift. Die Keilflächen 46, 44 am Spannelement 28 und an der Seitenfläche 42 des Schneidenträgers sind so parallel zueinander ausgerichtet, dass es durch Verstellen der Differentialschraube 48 zu einer Einspannung des Schneiden- trägers 20 in der Tasche 24 kommt. Zur Betätigung des Verstellmechanismus 26' bis 26IV muss zuvor das Spannelement 28 durch Betätigen der Differentialschraube 48 von seiner Einspannstellung gelöst werden.
Die Radialverstellung des Schneidenträgers 20 und der damit verbundenen Wendeschneidplatte 18 erfolgt in allen Verstellvarianten über die Bodenstützfläche 40. Die Bodenstützfläche 40 bildet zu diesem Zweck eine an einem gegenüber dem Grundkörper 12 längs einer Verschiebeachse 56 verschiebbaren Stellkörper 58 angeordnete, mit der Verschiebeachse 56 einen spitzen Winkel einschließende Keilfläche, gegen die der Schneidenträger 20 mit seinem als Gegenkeil ausgebildeten Boden 38 anliegt. Die beiden Seitenstützflächen 30, 32 bilden zugleich im Wesentlichen senkrecht zur Ver-
schiebeachse 56 des Stellkörpers 58 ausgerichtete Führungsflächen für den Schneidenträger 20, wenn dieser durch Verschieben des Stellkörpers 58 einen Verstell Vorgang ausführt.
Im Falle der Ausführungsvarianten 1 und 2 des Verstellmechanismus 26', 26" (Fig. 2 und 3) erfolgt die Verstellung des Stellkörpers 58 in Richtung Verschiebeachse 56 entgegen der Kraft der Druckfedern 60 mit Hilfe eines radial betätigbaren Keil- und Gewindetriebs 62. Im Falle der Ausführungsvariante 1 (Verstellmechanismus 26') ist der Keil- und Gewindetrieb als eine in ein Innengewinde des Grundkörpers 12 eingreifende Schraube 64 mit einer Konusspitze 66 ausgebildet (Fig. 2a, b und h), deren Konusspitze 66 gegen eine Keilfläche 68 des Stellkörpers 58 anliegt. Die Keilfläche 68 ist auf der den Druckfedern 60 gegenüberliegenden Seite des Stellkörpers 58 angeordnet. Die Verschiebebewegung des Stellkörpers 58 wird über die als Keilfläche ausgebildete Bodenstützfläche 40 in eine radial zum Grundkörper 18 ausgerichtete Verschiebebewegung des Schneidenträgers 20 umgesetzt. Nach Erreichen des gewünschten Flugkreisdurchmessers der zugehörigen Schneidplatte 18 wird das Spannelement 28 über den Keil- und Gewindetrieb 62 gegen die Seitenfläche 42 des Schneidenträgers 20 verschoben, wodurch der Schneidenträger 20 so in der Tasche 24 festgeklemmt wird, dass eine weitere Betätigung des Keil- und Gewindetriebs 62 nicht mehr möglich ist.
Der Verstellmechanismus 26" der Ausführungsvariante 2 unterscheidet sich vom Verstellmechanismus 26' der Ausführungsvariante 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Keil- und Gewindetrieb 62 eine Differentialschraube 70 aufweist, deren eines Gewindeteil 72 in ein Innengewinde des Grundkörpers eingreift und deren anderes Gewindeteil 74 eine Gewindehülse 76 mit angeformter Keilfläche 78 trägt. Die Gewindehülle 76 liegt mit ihrer Keilfläche 78 gegen die Keilfläche 68 des Stellkörpers 58 so an, dass dieser durch Betätigen der Differentialschraube 70 entgegen der Kraft der Druckfeder 60 in
Richtung der Verschiebeachse 56 verschiebbar ist. Die durch die Bodenstützfläche 40 aufgespannte Keilfläche ist in diesem Fall zweigeteilt. Ebenso weist der Boden 38 des Schneidenträgers 20 eine zweigeteilte Gegenkeilflä- che auf. Beim Betätigen der Differentialschraube 70 erfolgt wie im Falle der Ausführungsvariante 1 eine Radialverstellung des Schneidenträgers 20 mit seiner Schneidplatte 18. Nach Erreichen des gewünschten Flugkreisdurchmessers wird der Schneidenträger 20 über das Spannelement 28 in der Tasche 24 des Grundkörpers 12 festgelegt.
Die Verstellmechanismen 26'" und 24IV der Ausführungsvarianten 3 und 4 gemäß Fig. 4 und 5 unterscheiden sich von den Ausführungsvarianten 1 und 2 gemäß Fig. 2 und 3 im Wesentlichen dadurch, dass die Betätigung des Stellkörpers 58 von oben her in axialer Richtung erfolgt. Der Stellkörper 58 weist zu diesem Zweck ein Innengewinde 80 zur Aufnahme des einen Ge- windeteils 86 einer Differentialschraube 84 auf, deren zweites Gewindeteil 82 in ein Innengewinde des Grundkörpers 12 eingreift. Die Gewindesteigungen der beiden Gewindeteile 82, 86 sind dabei so gewählt, dass der Stellkörper 58 in Richtung der Verschiebeachse 56 mit einer vorgegebenen Untersetzung in die eine oder andere Richtung verschoben wird. Einer zusätz- liehen Druckfeder 60 bedarf es hierbei nicht. Die Verschiebung des Stellkörpers 58 wird umgesetzt in eine Radialverschiebung des die Schneidplatte 18 tragende Schneidenträger 20.
Die Ausführungsvariante 3 (Fig. 4) und Ausführungsvariante 4 (Fig. 5) un- terscheiden sich nur in der Ausbildung des Schneidenträgers 20, der im Falle der Ausführungsvariante 3 nach Art einer Kassette mit zwei Seitenwänden für die Abstützung der Schneidplatte 18 versehen ist (Fig. 4c - f), während im Falle der Ausführungsvariante 4 der Schneidenträger 20 als wandloser Quader ausgebildet ist (Fig. 5c - f). Im letzteren Falle erfolgt die Abstützung der Schneidplatte 18 zusammen mit dem Schneidenträger 20 an den Seitenstützflächen 34, 36 der Tasche 24 des Grundkörpers 12.
In Fig. 6a und b ist für den Fall der Ausführungsvariante 3 erkennbar, dass in ein und demselben Maschinenwerkzeug Schneidenträger 20 für unterschiedliche Schneidplattenformen (z.B. mit quadratischem oder rhombi- schem Umriss) und damit für verschiedene Anwendungsfälle eingesetzt werden können.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf ein Maschinenwerkzeug mit verstellbarer Schneidplatte. Das rundlaufende Maschinenwerkzeug umfasst im Wesentlichen einen eine Drehachse 10 aufweisenden Grundkörper 12, mindestens eine in den Grundkörper 12 eingeformte Tasche 24 und mindestens einen eine Schneidplatte 18 tragenden Schneidenträger 20. Der Schneidenträger 20 liegt mit zwei einen Winkel miteinander einschließenden Seitenflächen 30, 32 gegen je eine Seiten- Stützfläche 34, 36 und mit ihrem Boden 38 gegen eine Bodenstützfläche 40 der Tasche 24 an und ist mit einem Spannelement 28 lösbar in der Tasche 24 eingespannt. Die Schneidplatte 18 steht mit einer wirksamen Schneide 23 über den Schneidenträger 20 und den Grundkörper 12 nach außen über. Um eine Feinverstellung auch von Tangential-Schneidplatten im Grundkör- per zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Bodenstützfläche 40 eine an einem gegenüber dem Grundkörper 12 längs einer Verschiebeachse 56 verschiebbaren Stellkörper 58 angeordnete, mit der Verschiebeachse 56 einen spitzen Winkel einschließende Keilfläche bildet, gegen die der Schneidenträger 20 mit seinem als Gegenkeil ausgebildeten Boden 38 anliegt. Außerdem bilden die beiden Seitenstützflächen 34, 36 im Wesentlichen senkrecht zur Verschiebeachse 56 des Stellkörpers 58 ausgerichtete Führungsflächen für den Schneidenträger 20, wenn dieser durch Verschieben des Stellkörpers 58 einen Verstellvorgang ausführt.