WO2011006804A2 - Zweiteiliges werkzeug für spanende bearbeitung mit schraubkupplung - Google Patents

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WO2011006804A2
WO2011006804A2 PCT/EP2010/059669 EP2010059669W WO2011006804A2 WO 2011006804 A2 WO2011006804 A2 WO 2011006804A2 EP 2010059669 W EP2010059669 W EP 2010059669W WO 2011006804 A2 WO2011006804 A2 WO 2011006804A2
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holder
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Hans Schaefer
Rudolf J. Nagel
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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn Gmbh
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    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
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Definitions

  • the present invention relates to a tool for machining a workpiece with a holder having a frontally arranged receiving opening with an internal thread and a cutting head with an end arranged on the werk Westernseiti- end head element with at least one cutting element and with a arranged at the holder end coupling element with a with the internal thread of the receiving opening corresponding external thread.
  • the invention further relates to a holder and a cutting head for such a tool.
  • the invention relates to the threaded coupling between the holder and the cutting head.
  • Tools with replaceable cutting heads in which the cutting head can be easily replaced without removing the holder from the tool holder of the corresponding machine tool, are basically known, for example from DE 10 237 772 Al.
  • the cutting head described therein has two or three cantilevered locking lands arranged end-to-end on a longer shank which are inserted into corresponding grooves with retaining projections in a receiving opening in the holder and then rotated, thereby securing the cutting head in the holder.
  • a separate clamping device e.g. Clamping screws, to attach the cutting head to the holder is not required there.
  • the present invention has for its object to provide an improved tool with a threaded coupling for machining a workpiece, which is easier to install and has a higher rigidity.
  • a tool according to claim 1 which is characterized in that the threads of the external thread and the internal thread are each interrupted in at least a predetermined angular range along the outer circumference of the coupling element or the inner circumference of the receiving opening of a thread-free surface.
  • the task is also solved by a suitably designed cutting head and holder.
  • the cutting head according to the invention can be partially or almost completely plug into the receiving opening of the holder and then only has to be rotated by a relatively small angle range to firm and to be securely mounted in the holder.
  • the cutting head no longer has to be screwed into the holder by several turns, as in known tools, until a firm position is reached.
  • the assembly and disassembly of the cutting head when used in the tool holder of a machine tool holder can thus be accomplished much easier and faster than in known tools.
  • thread in the present context is understood to mean only threads in which at least two threads, viewed at least at one point in the longitudinal direction of the coupling element, lie one above the other.
  • Two or three opposing protruding latching webs as known from DE 102 37 772 A1, are therefore not understood as threads in the sense of the present invention.
  • the core diameter of the thread Compared with the solution described in DE 102 37 772 Al can be kept larger in the inventive solution, the core diameter of the thread, since according to the invention a plurality of threads one behind the other (ie in the longitudinal direction of the coupling element) are present, and thus the thread depth can be reduced without one to get high surface pressure in the thread.
  • the invention provides that on the outer circumference of the coupling element and the inner circumference of the receiving opening in each case two, three or four thread-breaking thread-free surfaces are arranged. This makes it possible to achieve even faster and easier assembly, since the cutting head can basically be plugged into the receiving opening in different positions.
  • the invention provides that the at least one unthreaded surface, seen in the longitudinal direction of the cutting head, extends over the entire longitudinal region, in which the threads are arranged on the coupling element or the receiving opening. As a result, the cutting head can be inserted very far into the receiving opening, for example almost to the bottom of the receiving opening, so that the cutting head only has to be twisted a little for attachment.
  • three thread-free surfaces for example, a rotation of 60 ° to 90 ° is sufficient, in preferred embodiments even less.
  • the at least one thread-free surface is a flat surface or a curved surface with the same curvature as the threads.
  • the remaining cross section is larger in the case of the thread core diameter.
  • Preferred sizes of the at least one angular range are between 10 ° and 90 °, in particular between 30 ° and 60 °.
  • the size of the angle range is chosen in particular depending on the number of threads, the dimensions of the respective components and the assembly simplification to be achieved. Since a thread basically can absorb axial forces essentially, to achieve a higher rigidity of the coupling between the cutting head and holder is preferably provided that at the holder end of the coupling element a fitting element with a smaller diameter than the threads and the bottom of the receiving opening a fitting recess for snug recording of the fitting element are arranged.
  • the internal thread and the external thread are each two- or more continuous and have an identical thread number.
  • Two or more threads are basically known. These are understood to mean threads in which, in planes perpendicular to the direction of longitudinal extent of the thread, that is to say of the coupling element or the receiving opening, are two or more points of intersection with the thread, more precisely with different threads.
  • Such two- or multi-start thread thus have a higher pitch than a comparable catchy thread.
  • a secure fixation of the cutting head can already be achieved.
  • the embodiment with a double-threaded thread has the particular advantage that the same number of thread segments is always arranged exactly opposite one another.
  • the cutting head can be formed in one piece, for example completely made of steel with soldered cutting elements or entirely of hard metal.
  • the head element of the cutting head made of hard metal and the coupling element made of steel or hard metal, in which case the head element is soldered to the coupling element and welded.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a holder according to the invention in various views
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a cutting head according to the invention in various views
  • FIG. 6 shows a second embodiment of a holder according to the invention in various views
  • Fig. 7 shows the second embodiment of the cutting tool according to the invention in the entry situation
  • Fig. 8 shows the second embodiment of the cutting tool according to the invention in the clamping situation.
  • FIG. 1A shows a perspective view
  • FIG. 1B shows a side view
  • FIG. IC shows a sectional view along the sectional plane AA
  • FIG. ID shows a sectional view along the sectional plane CC in the direction of view IE of the cutting elements
  • IE is a plan view
  • FIG. IF is a sectional view along the sectional plane BB.
  • the cutting head 10 has at its workpiece end a head element 12 with at least one cutting element 14 and at its holder-side end a coupling element 16 with a mounted on its outer circumference thread 18.
  • the cutting head 12 is for example completely made of hard metal and on the coupling element 16, which consists for cost reasons, for example made of steel, but in principle can also be made of hard metal, soldered.
  • the cutting head 12 can basically also consist of steel with soldered cutting edges 14 made of hard metal.
  • the thread 18 is not continuously attached to the holder-side end of the coupling element 16, but is in the present case interrupted at two points by thread-free surfaces 20.
  • the threads of the external thread 18 thus do not run continuously, but are taken away in certain angular ranges on the outer circumference of the coupling element 16, so that in these angular ranges, the thread-free surfaces 20 are formed.
  • two thread-free surfaces 20 are each provided in an angular range of approximately 60 °, so that a total of approximately at an angular range of 240 ° along the outer circumference threads are formed.
  • the two unthreaded surfaces 20, seen in the circumferential direction, the same size, and the unthreaded surfaces 20 are arranged opposite, so that the threaded surfaces 19 a, 19 b of the thread 18 are equal in size and opposite.
  • the thread 18 is designed as a double-threaded thread. This means that each plane transverse to the longitudinal direction (line AA in Fig. IB) is cut by two threads. This can be seen, for example, in FIG. 1D, which shows a section through the sectional plane CC, viewed in the direction of the head element 12, in which the two threads 18a and 18b which intersect this cross-sectional plane are shown. These two threads 18a, 18b are in different threaded surfaces 19a, 19b (also referred to as thread segments), between which thread-free surfaces 20a, 20b are located. As can be seen in particular in FIG.
  • the thread-free surfaces 20a, 20b and the threaded surfaces 19a, 19b in each case have the same size in each case.
  • the thread-free surfaces 20a, 20b each extend in an angular range of 80 ° and the threaded surfaces 19a, 19b each in an angular range of 70 °.
  • transition regions 21a, 21b, 21c, 21d in each case 15 ° present) in which the threads start or expire, which could therefore also be calculated to the threaded surfaces (in which the threads are completely formed in the radial direction).
  • the unthreaded surfaces 20 in the present case are curved with the same curvature as the thread 18 itself. It is also conceivable, however, for the unthreaded surfaces 20 to have a different curvature or to be configured in the same way.
  • a fitting element 22 is further provided, which has a smaller diameter than the thread 18 and the unthreaded surfaces 20. This fitting element 22 is used for accurate registration in a corresponding fitting recess in the bottom of the receiving opening of the holder, as below is explained in more detail.
  • the cutting head 10 also has other elements, such as coolant channels 24, 26, which are well known and will not be explained in detail here. The same applies to the at the workpiece side end of the coupling element 16 arranged coupling head 28, which has a larger diameter than the thread 18 and applied to the head member 12 in a known manner, for example, soldered or welded, is. Alternatively, the entire cutting head 10 may also be integrally formed from hard metal.
  • FIG. 2 shows various views of a holder 30 according to the invention, which is designed to receive the cutting head 10 shown in FIG. 1.
  • FIG. 2A shows a side view
  • FIG. 2B a sectional view along the sectional plane BB
  • FIG. 2C a plan view
  • FIG. 2D a sectional view along the sectional plane AA.
  • the holder 30 has at its workpiece-side end a receiving opening 32 for receiving the threaded portion of the coupling element 16 of the cutting head 10.
  • internal thread 34 is formed, which is also interrupted in certain angular ranges of thread-free surfaces 36.
  • the thread-free surfaces 36 are configured in the circumferential direction of the same size and sized (in the present example, each 110 °, as shown by way of example in Fig. 2B) that the threaded surfaces 19a, 19b of the cutting head 10 pass through, so that the cutting head 10 at least can be inserted in a position in the receiving opening 32.
  • An exact positioning in the radial direction is also achieved by the fitting recess 38, in which the fitting element 22 can be inserted with a precise fit.
  • FIG. 3A is a side view
  • FIG. 3B is a plan view
  • FIG. 3C is a sectional view taken along the section plane A-A
  • FIG. 3D is a sectional view taken along the section plane B-B.
  • the cutting head 10 can thus be very easily and quickly mounted or dismounted on the holder.
  • the cylindrical (one or more) thread ensures a high position accuracy and a fast and firm installation, since a tight fit of the cutting head 10 is achieved in the holder 30 after a small Vermosweg.
  • the fit at the base of the receiving opening 32 also contributes to a high rigidity and position accuracy, since the thread receives substantially axial forces, while the fit also absorbs radial forces.
  • 5 to 8 show a further embodiment of a cutting tool according to the invention, wherein in Fig. 5 again different views of a cutting head 10 according to the invention, in Fig. 6 different views of a holder according to the invention, in Fig.
  • FIG. 7 the cutting tool in the Einfahrsituation and in FIG. 8 the cutting tool are shown in the clamping situation.
  • the same elements with the same reference numerals as in Figs. 1 to 4 are designated. In the following, essentially the differences from the embodiment shown in FIG. 1 will be explained.
  • the thread 18 is formed as a single-thread, as can be seen in particular in Fig. 5D.
  • the cross-section shown therein shows that, although in two places, i. in two thread segments 19a, 19b, this cross-sectional area is cut by the thread 18.
  • these interfaces all belong to the same single thread 18, which can also be recognized by the fact that the interfaces have different cross sections (in contrast to the interfaces with identical cross sections shown in FIG. ID).
  • the thread 18 is presently interrupted by three thread-free surfaces 20a, 20b, 20c, which are either equally distributed and arranged in the circumferential direction of the same size on the coupling element 16, each three are configured differently large or, as shown in Fig. 5D, of which two thread-free surfaces are different sizes.
  • At least two of the threaded surfaces 19a, 19b, 19c are of different sizes (but it can also be all three thread surfaces of different sizes or the same size), so that the cutting head 10 can be inserted as possible only in a single position to the holder 30.
  • the holder 30 is constructed accordingly and also has three thread-free surfaces 36 in the receiving opening 32, which interrupt the internal thread 34 provided there. Otherwise, the structure substantially corresponds to the structure of the cutting tool according to the first embodiment, although in this embodiment, at least two of the unthreaded portions 36 are selected to be different sizes, so that the cutting head due to the different sizes Threaded surfaces 19 a, 19 b, 19 c can be inserted only in one position in the holder 30.
  • the cutting head can be mounted quickly and easily with high position accuracy and rigidity. Due to the catchy thread, however, the Verdusweg for attachment of the cutting head 10 to the holder 30 is slightly larger than in the first embodiment. In this embodiment, with three thread segments distributed around the circumference, the system stabilizes or centers better when tightened.
  • the thread count may also be chosen differently, and it may be used instead of a right-handed thread and a left-handed thread.
  • three- or four-start or more multi-threaded threads are conceivable.
  • the thread-free surfaces 20, 36 on the cutting head 10 and the holder 30 may also have different sizes, so that the cutting head can be inserted only in a certain position in the holder.
  • the angular ranges of the unthreaded areas 36 in the receiving opening 32 of the holder 30 must of course be adapted to the angular ranges of the threaded surfaces on the cutting head 10 to ensure at all insertion.
  • angular ranges of the thread-free surfaces or the threaded surfaces may differ from the presently indicated sizes of the angular ranges. In principle, for example, angle ranges between 20 ° and 90 °, in particular in two thread-free surfaces, or between 30 ° and 120 °, in particular in two thread-free surfaces, conceivable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug für die spanende Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Halter (30) mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahmeöffnung (32) mit einem Innengewinde (34) und einem Schneidkopf (10) mit einem an dem werkstückseitigen Ende angeordneten Kopfelement (12) mit mindestens einem Schneidelement (14) und mit einem an dem halterseitigen Ende angeordneten Kupplungselement (16) mit einem mit dem Innengewinde (34) der Aufnahmeöffnung (32) korrespondieren Außengewinde (18). Dabei ist vorgesehen, dass die Gewindegänge des Außengewindes (18) und des Innengewindes (34) jeweils in mindestens einem vorgegebenen Winkelbereich entlang des Außenumfangs des Kupplungselements (16) bzw. des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung (32) von einer gewindefreien Fläche (20, 36) unterbrochen sind.

Description

Zweiteiliges Werkzeug für spanende Bearbeitung mit Schraubkupplung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug für spanende Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Halter mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahmeöffnung mit einem Innengewinde und einem Schneidkopf mit einem an dem werkstückseiti- gen Ende angeordneten Kopfelement mit mindestens einem Schneidelement und mit einem an dem halterseitigen Ende angeordneten Kupplungselement mit einem mit dem Innengewinde der Aufnahmeöffnung korrespondierenden Außengewinde. Die Erfindung betrifft ferner einen Halter und einen Schneidkopf für ein solches Werkzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Schraubkupplung zwischen Halter und Schneidkopf.
Werkzeuge mit auswechselbaren Schneidköpfen, bei denen der Schneidkopf einfach ausgetauscht werden kann, ohne den Halter aus der Werkzeugaufnahme der entsprechenden Werkzeugmaschine auszubauen, sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 237 772 Al. Der darin beschriebene Schneidkopf weist zwei oder drei am Ende an eines längeren Schaftes verteilt angeordnete auskragende Verrastungsste- ge auf, die in entsprechende Nuten mit Haltevorsprüngen in einer Aufnahmeöffnung in dem Halter eingesetzt und dann verdreht werden und dadurch den Schneidkopf in dem Halter befestigen. Eine gesonderte Klemmeinrichtung, z.B. Klemmschrauben, zur Befestigung des Schneidkopfes an dem Halter ist dort nicht erforderlich.
Werkzeuge mit auswechselbaren Schneidköpfen, die über eine Schraubkupplung zum Einschrauben des Schneidkopfes verfügen, sind ebenfalls bekannt. Solche Schraubkupplungen werden beispielsweise von der Firma Sandvik bei dem Schaftfräser CoroMill 316 eingesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Werkzeug mit einer Schraubkupplung für spanende Bearbeitung eines Werkstücks vorzusehen, das einfacher montierbar ist und eine höhere Steifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gewindegänge des Außengewindes und des Innengewindes jeweils in mindestens einem vorgegebenen Winkelbereich entlang des Außenumfangs des Kupplungselements bzw. des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung von einer gewindefreien Fläche unterbrochen sind.
Die Aufgabe wird jeweils auch gelöst durch einen entsprechend ausgestalteten Schneidkopf und Halter. Dadurch, dass die Gewindegänge des Außengewindes und des Innengewindes erfindungsgemäß nicht durchgängig, sondern bereichsweise durchbrochen sind, lässt sich der erfindungsgemäße Schneidkopf zum Teil oder nahezu ganz in die Aufnahmeöffnung des Halters einstecken und muss dann nur um einen verhältnismäßig geringen Winkelbereich verdreht werden, um fest und sicher in dem Halter montiert zu werden. Der Schneidkopf muss also nicht mehr, wie bei bekannten Werkzeugen, um mehrere Umdrehungen in den Halter eingeschraubt werden, bis eine feste Lage erreicht ist. Die Montage sowie die Demontage des Schneidkopfes bei in die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine eingesetztem Halter lässt sich somit deutlich einfacher und schneller als bei bekannten Werkzeugen bewerkstelligen.
Unter "Gewinde" im Sinne der vorliegenden Erfindung werden vorliegend nur Gewinde verstanden, bei denen an mindestens einer Stelle in Längsrichtung des Kupplungselements gesehen mindestens zwei Gewindegänge übereinander liegen. Zwei oder drei gegenüberliegend angeordnete vorstehende Verrastungsstege, wie sie aus der DE 102 37 772 Al bekannt sind, werden somit nicht als Gewinde im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden.
Gegenüber der in der DE 102 37 772 Al beschriebenen Lösung kann bei der erfindungsgemäßen Lösung der Kerndurchmesser des Gewindes größer gehalten werden, da erfindungsgemäß mehrere Gewindegänge hintereinander (also in Längsrichtung des Kupplungselements) vorhanden sind, und somit die Gewindetiefe verringert werden kann, ohne eine zu hohe Flächenpressung im Gewinde zu bekommen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem Außenumfang des Kupplungselements und dem Innenumfang der Aufnahmeöffnung jeweils zwei, drei oder vier die Gewindegänge unterbrechende gewindefreie Flächen angeordnet sind. Damit lässt sich eine noch schnellere und leichtere Montage erzielen, da der Schneidkopf grundsätzlich in unterschiedlichen Stellungen in die Aufnahmeöffnung eingesteckt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine gewindefreie Fläche sich, in Längsrichtung des Schneidkopfes gesehen, über den gesamten Längsbereich erstreckt, in dem die Gewindegänge an dem Kupplungselement bzw. der Aufnahmeöffnung angeordnet sind. Dadurch lässt sich der Schneidkopf sehr weit in die Aufnahmeöffnung, beispielsweise fast bis zum Grund der Aufnahmeöffnung, einstecken, so dass der Schneidkopf nur noch wenig zur Befestigung verdreht werden muss. Bei drei gewindefreien Flächen reicht somit beispielsweise eine Verdrehung um 60° bis 90°, in bevorzugten Ausgestaltungen sogar noch weniger, aus.
Bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die mindestens eine gewindefreie Fläche eine ebene Fläche oder eine gewölbte Fläche mit derselben Krümmung wie die Gewindegänge ist. Bei der gewölbten Fläche analog dem Kerndurchmesser ist der verbleibende Querschnitt beim Gewinde-Kerndurchmesser größer.
Weiter ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Gewindegänge des Außengewindes und des Innengewindes in mindestens zwei, insbesondere zwei oder drei, vorgegebenen Winkelbereichen entlang des Außenumfangs des Kupplungselements bzw. des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung von jeweils einer gewindefreien Fläche unterbrochen sind und dass die mindestens zwei Winkelbereiche unterschiedlich groß sind. Die unterschiedliche Ausgestaltung der Größe der Winkelbereiche bewirkt, dass der Schneidkopf nur in einer bestimmten Position in die Aufnahmeöffnung eingeführt werden kann. Dies trägt zur Erhöhung der Positionsgenauigkeit und damit der Bearbeitungsgenauigkeit bei, da dadurch immer eine exakt definierte Lage des Schneidkopfes in Bezug auf den Halter erreicht werden kann.
Bevorzugte Größen des mindestens einen Winkelbereichs liegen zwischen 10° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 60°. Die Größe des Winkelbereichs wird dabei insbesondere abhängig von der Anzahl der Gewindegänge, der Abmessungen der jeweiligen Bauelemente und der zu erzielenden Montagevereinfachung gewählt werden. Da ein Gewinde grundsätzlich im Wesentlichen Axialkräfte aufnehmen kann, ist zur Erzielung einer höheren Steifigkeit der Kupplung zwischen Schneidkopf und Halter bevorzugt vorgesehen, dass am halterseitigen Ende des Kupplungselements ein Passelement mit einem geringeren Durchmesser als die Gewindegänge und im Grund der Aufnahmeöffnung eine Passvertiefung zur passgenauen Aufnahme des Passelements angeordnet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass das Innengewinde und das Außengewinde jeweils zwei- oder mehrgängig sind und eine identische Gewindegangzahl aufweisen. Dadurch lässt sich eine noch leichtere Montage und höhere Steifigkeit sowie Montagegenauigkeit erzielen. Zwei- oder mehrgängige Gewinde sind grundsätzlich bekannt. Darunter werden Gewinde verstanden, bei denen in Ebenen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Gewindes, also des Kupplungselements bzw. der Aufnahmeöffnung, jeweils zwei oder mehr Schnittpunkte mit dem Gewinde, genauer gesagt mit unterschiedlichen Gewindegängen, liegen. Solche zwei- oder mehrgängigen Gewinde haben somit eine höhere Steigung als ein vergleichbares eingängiges Gewinde. Durch eine geringe Verdrehung lässt sich dabei schon eine sichere Fixierung des Schneidkopfes erreichen. Bei zwei gewindefreien Flächen hat die Ausgestaltung mit einem zweigängigen Gewinde insbesondere den Vorteil, dass die gleiche Anzahl von Gewindesegmenten immer genau gegenüberliegend angeordnet ist.
Grundsätzlich kann der Schneidkopf einstückig ausgebildet sein, beispielsweise vollständig aus Stahl mit aufgelöteten Schneidelementen oder vollständig aus Hartmetall. Alternativ kann das Kopfelement des Schneidkopfes aus Hartmetall und das Kupplungselement aus Stahl oder Hartmetall bestehen, wobei dann das Kopfelement auf das Kupplungselement aufgelötet und aufgeschweißt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, die verschiedene Ausführungsbeispiele zeigen, auf die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes in verschiedenen Ansichten,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halters in verschiedenen Ansichten,
Fig. 3 die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs in der Einfahrsituation,
Fig. 4 die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs in der Spannsituation,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes in verschiedenen Ansichten,
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halters in verschiedenen Ansichten,
Fig. 7 die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs in der Einfahrsituation, und
Fig. 8 die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs in der Spannsituation.
Fig. 1 zeigt verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes 10. Dabei zeigen Fig. IA eine perspektivische Ansicht, Fig. IB eine Seitenansicht, Fig. IC eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A, Fig. ID eine Schnittansicht entlang der Schnittebene C-C in Blickrichtung der Schneidelemente, Fig. IE eine Draufsicht und Fig. IF eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B. Der Schneidkopf 10 weist an seinem werkstückseitigen Ende ein Kopfelement 12 mit mindestens einem Schneidelement 14 und an seinem halterseitigen Ende ein Kupplungselement 16 mit einem an seinem Außenumfang angebrachten Gewinde 18 auf. Der Schneidkopf 12 ist beispielsweise vollständig aus Hartmetall und auf das Kupplungselement 16, welches aus Kostengründen beispielsweise aus Stahl besteht, grundsätzlich aber auch aus Hartmetall bestehen kann, aufgelötet. Der Schneidkopf 12 kann grundsätzlich aber auch aus Stahl mit aufgelöteten Schneidkanten 14 aus Hartmetall bestehen.
Wie insbesondere in den Fig. IA, ID und IF zu erkennen ist, ist das Gewinde 18 nicht durchgängig am halterseitigen Ende des Kupplungselements 16 angebracht, sondern ist vorliegend an zwei Stellen von gewindefreien Flächen 20 unterbrochen. Die Gewindegänge des Außengewindes 18 verlaufen also nicht durchgängig, sondern sind in bestimmten Winkelbereichen am Außenumfang des Kupplungselements 16 weggenommen, so dass in diesen Winkelbereichen die gewindefreien Flächen 20 gebildet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform des Schneidkopfes 10 sind beispielhaft zwei gewindefreie Flächen 20 jeweils in einem Winkelbereich von etwa 60° vorgesehen, so dass insgesamt etwa in einem Winkelbereich von 240° entlang des Außenumfangs Gewindegänge gebildet sind. Vorliegend sind also die beiden gewindefreien Flächen 20, in Umfangsrichtung gesehen, gleich groß, und die gewindefreien Flächen 20 sind gegenüberliegend angeordnet, so dass auch die Gewindeflächen 19a, 19b des Gewindes 18 gleich groß und gegenüber liegend angeordnet sind.
Bei der gezeigten Ausführungsform des Schneidkopfes 10 ist das Gewinde 18 als zweigängiges Gewinde ausgestaltet. Das bedeutet, dass jede Ebene quer zur Längsrichtung (Linie A-A in Fig. IB) von zwei Gewindegängen geschnitten wird. Dies ist beispielsweise in Fig. ID erkennbar, die einen Schnitt durch die Schnittebene C-C, in Blickrichtung zu dem Kopfelement 12 zeigt, in der die zwei diese Querschnittsebene schneidenden Gewindegänge 18a und 18b gezeigt sind. Diese beiden Gewindegänge 18a, 18b liegen in unterschiedlichen Gewindeflächen 19a, 19b (auch als Gewindesegmenten bezeichnet), zwischen denen gewindefreie Flächen 20a, 20b liegen. Wie insbesondere in Fig. ID zu erkennen ist, sind jeweils die gewindefreien Flächen 20a, 20b und die Gewindeflächen 19a, 19b bei dieser Ausführungsform gleich groß ausgestaltet. In dem gezeigten Beispiel verlaufen die gewindefreien Flächen 20a, 20b jeweils in einem Winkelbereich von 80° und die Gewindeflächen 19a, 19b jeweils in einem Winkelbereich von 70°. Dazwischen liegen Übergangsbereiche 21a, 21b, 21c, 21d (von jeweils 15° vorliegend), in denen die Gewindegänge beginnen bzw. auslaufen, die also auch zu den Gewindeflächen (in denen die Gewindegänge in radialer Richtung vollständig ausgebildet sind) gerechnet werden könnten.
Ferner sind die gewindefreien Flächen 20 vorliegend mit der gleichen Krümmung gewölbt wie das Gewinde 18 selbst. Denkbar ist aber auch, dass die gewindefreien Flächen 20 eine andere Krümmung aufweisen oder eben ausgestaltet sind.
Ganz am halterseitigen Ende des Kupplungselements 16 ist ferner ein Passelement 22 vorgesehen, das einen geringeren Durchmesser aufweist als das Gewinde 18 und die gewindefreien Flächen 20. Dieses Passelement 22 dient zur passgenauen Aufnahme in einer entsprechenden Passvertiefung im Grund der Aufnahmeöffnung des Halters, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Der Schneidkopf 10 weist ferner weitere Elemente auf, wie beispielsweise Kühlmittelkanäle 24, 26, die jedoch allgemein bekannt sind und an dieser Stelle nicht näher erläutert werden sollen. Gleiches gilt für den am werkstückseitigen Ende des Kupplungselements 16 angeordneten Kupplungskopf 28, der einen größeren Durchmesser aufweist als das Gewinde 18 und auf den das Kopfelement 12 in bekannter Weise aufgebracht, beispielsweise aufgelötet oder aufgeschweißt, ist. Alternativ kann der gesamte Schneidkopf 10 auch einstückig aus Hartmetall ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Halters 30, der zur Aufnahme des in Fig. 1 gezeigten Schneidkopfes 10 ausgestaltet ist. Dabei zeigen Fig. 2A eine Seitenansicht, Fig. 2B eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B, Fig. 2C eine Draufsicht und Fig. 2D eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A. Der Halter 30 weist an seinem werkstückseitigen Ende eine Aufnahmeöffnung 32 zur Aufnahme des Gewindeabschnitts des Kupplungselements 16 des Schneidkopfes 10 auf. In der Aufnahmeöffnung 32 ist ein mit dem Außengewinde 18 des Schneidkopfes 10 korrespondierendes Innengewinde 34 gebildet, das ebenfalls in bestimmten Winkelbereichen von gewindefreien Flächen 36 unterbrochen ist. Die gewindefreien Flächen 36 sind dabei in Umfangsrichtung gleich groß ausgestaltet und so groß bemessen (vorliegend beispielsweise jeweils 110°, wie beispielhaft in Fig. 2B gezeigt ist), dass die Gewindeflächen 19a, 19b des Schneidkopfes 10 hindurchpassen, so dass sich der Schneidkopf 10 mindestens in einer Stellung in die Aufnahmeöffnung 32 einstecken lässt. Eine genaue Positionierung in radialer Richtung wird dabei auch durch die Passvertiefung 38 erreicht, in die das Passelement 22 passgenau einsteckbar ist.
Diese Einfahrsituation ist in verschiedenen Ansichten in Fig. 3 näher gezeigt. Dabei zeigen Fig. 3A eine Seitenansicht, Fig. 3B eine Draufsicht, Fig. 3C eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A und Fig. 3D eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B. Erkennbar ist dabei, wie weit der Schneidkopf 10 in den Halter 30 eingesteckt werden kann, ohne dass, wie bei bekannten Schneidwerkzeugen, der Schneidkopf eingedreht werden muss. Das Passelement 22 steckt bereits teilweise in der Passvertiefung 38. Erst in diesem Zustand muss dann der Schneidkopf durch Verdrehen in die in Fig. 4 gezeigte Spannsituation gebracht werden, bei der eine Plananlage zwischen Stirnseite 40 des Halters und halterseitiger ringförmig umlaufender Unterseite 29 des Kupplungskopfes 28 erreicht ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung lässt sich der Schneidkopf 10 somit sehr leicht und schnell an dem Halter montieren bzw. demontieren. Das zylindrische (ein- oder) mehrgängige Gewinde gewährleistet eine hohe Positionsgenauigkeit sowie eine schnelle und feste Montage, da ein fester Sitz des Schneidkopfes 10 in dem Halter 30 schon nach geringem Verdrehweg erreicht wird. Die Passung im Grunde der Aufnahmeöffnung 32 trägt zudem zu einer hohen Steifigkeit und Positionsgenauigkeit bei, da das Gewinde im Wesentlichen Axialkräfte aufnimmt, während die Passung auch Radialkräfte aufnimmt. Die Fig. 5 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs, wobei in Fig. 5 wiederum verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes 10, in Fig. 6 verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Halters, in Fig. 7 das Schneidwerkzeug in der Einfahrsituation und in Fig. 8 das Schneidwerkzeug in der Spannsituation gezeigt sind. Dabei sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 4 bezeichnet. Nachfolgend sollen im Wesentlichen die Unterschiede zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erläutert werden.
Bei dieser Ausführungsform ist zunächst das Gewinde 18 als eingängiges Gewinde ausgebildet, wie insbesondere in Fig. 5D zu erkennen ist. Der darin gezeigte Querschnitt lässt erkennen, dass zwar an zwei Stellen, d.h. in zwei Gewindesegmenten 19a, 19b, diese Querschnittsfläche von dem Gewinde 18 geschnitten wird. Diese Schnittstellen gehören aber alle zu dem gleichen eingängigen Gewinde 18, was auch daran zu erkennen ist, dass die Schnittstellen unterschiedlich einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen (im Gegensatz zu den in Fig. ID gezeigten Schnittstellen mit identischen Querschnitten). Das Gewinde 18 ist vorliegend durch drei gewindefreie Flächen 20a, 20b, 20c unterbrochen, die entweder gleich verteilt und mit in Umfangsrichtung gleicher Größe an dem Kupplungselement 16 angeordnet sind, jeweils alle drei unterschiedlich groß ausgestaltet sind oder, wie in Fig. 5D gezeigt ist, von denen zwei gewindefreie Flächen unterschiedlich groß sind. Auch mindestens zwei der Gewindeflächen 19a, 19b, 19c sind unterschiedlich groß (es können aber auch all drei Gewindeflächen unterschiedlich groß oder gleich groß sein), damit der Schneidkopf 10 möglichst nur in einer einzigen Stellung an den Halter 30 eingeschoben werden kann.
Der Halter 30 ist entsprechend aufgebaut und weist ebenso drei gewindefreie Flächen 36 in der Aufnahmeöffnung 32 auf, die das dort vorgesehene Innengewinde 34 unterbrechen. Ansonsten entspricht der Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des Schneidwerkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform, wobei allerdings bei dieser Ausführungsform zumindest zwei der gewindefreien Bereiche 36 unterschiedlich groß gewählt sind, damit der Schneidkopf aufgrund der unterschiedlich großen Gewindeflächen 19a, 19b, 19c nur in einer Position in den Halter 30 eingesteckt werden kann.
Auch bei dieser zweiten Ausführungsform lässt sich der Schneidkopf schnell und einfach bei hoher Positionsgenauigkeit und Steifigkeit montieren. Aufgrund des eingängigen Gewindes ist allerdings der Verdrehweg zur Befestigung des Schneidkopfes 10 an dem Halter 30 etwas größer als bei der ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform mit drei Gewindesegmenten am Umfang verteilt sind, stabilisiert bzw. zentriert sich das System beim Anziehen besser.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Insbesondere kann die Gewindegangzahl auch anders gewählt sein, und es kann statt eines rechtsdrehenden Gewindes auch ein linksdrehendes Gewinde verwendet werden. Beispielsweise sind auch drei- oder viergängige oder noch mehrgängigere Gewinde denkbar. Ferner können die gewindefreien Flächen 20, 36 an dem Schneidkopf 10 bzw. dem Halter 30 auch unterschiedliche Größen aufweisen, so dass der Schneidkopf nur in einer bestimmten Position in den Halter eingesteckt werden kann. Die Winkelbereiche der gewindefreien Bereiche 36 in der Aufnahmeöffnung 32 des Halters 30 müssen dabei natürlich auf die Winkelbereiche der Gewindeflächen am Schneidkopf 10 angepasst sein, um überhaupt ein Einstecken zu gewährleisten.
Ferner können auch mehr als zwei oder drei gewindefreie Flächen jeweils an dem Schneidkopf bzw. in der Aufnahmeöffnung vorgesehen sein. Auch die Winkelbereiche der gewindefreien Flächen bzw. der Gewindeflächen können von den vorliegend angegebenen Größen der Winkelbereiche abweichen. Grundsätzlich sind beispielsweise Winkelbereiche zwischen 20° und 90°, insbesondere bei zwei gewindefreien Flächen, oder zwischen 30° und 120°, insbesondere bei zwei gewindefreien Flächen, denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeug für spanende Bearbeitung eines Werkstücks mit:
einem Halter (30) mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahmeöffnung (32) mit einem Innengewinde (34) und
einem Schneidkopf (10) mit einem an dem werkstückseitigen Ende angeordneten Kopfelement (12) mit mindestens einem Schneidelement (14) und mit einem an dem halterseitigen Ende angeordneten Kupplungselement (16) mit einem mit dem Innengewinde (34) der Aufnahmeöffnung (32) korrespondieren Außengewinde (18),
dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge des Außengewindes (18) und des Innengewindes (34) jeweils in mindestens einem vorgegebenen Winkelbereich entlang des Außenumfangs des Kupplungselements (16) bzw. des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung (32) von einer gewindefreien Fläche (20, 36) unterbrochen sind.
2. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenumfang des Kupplungselements (16) und dem Innenumfang der Aufnahmeöffnung (32) jeweils zwei, drei oder vier die Gewindegänge unterbrechende gewindefreie Flächen (20, 36) angeordnet sind.
3. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gewindefreie Fläche (20, 36) sich, in Längsrichtung des Schneidkopfes (10) gesehen, über den gesamten Längsbereich erstreckt, in dem die Gewindegänge an dem Kupplungselement (16) bzw. der Aufnahmeöffnung (32) angeordnet sind.
4. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gewindefreie Fläche (20, 36) eine ebene Fläche oder eine gewölbte Fläche mit derselben Krümmung wie die Gewindegänge ist.
5. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge des Außengewindes (18) und des Innengewindes (34) in mindestens zwei, insbesondere zwei oder drei, vorgegebenen Winkelbereichen entlang des Außenumfangs des Kupplungselements (16) bzw. des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung (32) von jeweils einer gewindefreien Fläche (20, 36) unterbrochen sind und dass die mindestens zwei Winkelbereiche unterschiedlich groß sind.
6. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Winkelbereich, insbesondere bei zwei gewindefreien Flächen, zwischen 20° und 90°, oder, insbesondere bei drei gewindefreien Flächen, zwischen 30° und 120° groß ist.
7. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass am halterseitigen Ende des Kupplungselements (16) ein Passelement (22) mit einem geringeren Durchmesser als die Gewindegänge und im Grund der Aufnahmeöffnung (32) eine Passvertiefung (38) zur passgenauen Aufnahme des Passelements angeordnet sind.
8. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (34) und das Außengewinde (18) jeweils zwei- oder mehrgängig sind und eine identische Gewindegangzahl aufweisen.
9. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfelement (12) des Schneidkopfes (10) aus Hartmetall und das Kupplungselement (16) des Schneidkopfes (10) aus Stahl oder Hartmetall besteht, und dass das Kopfelement (12) auf das Kupplungselement (16) aufgelötet oder aufgeschweißt ist.
10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) einstückig aus Hartmetall gebildet ist.
11. Schneidkopf (10) für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für spanende Bearbeitung eines Werkstücks, wobei das Werkzeug einen Halter (30) mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahmeöffnung (32) mit einem Innengewinde (34) aufweist und wobei der Schneidkopf (10) ein an dem werkstückseitigen Ende angeordnetes Kopfelement (12) mit mindestens einem Schneidelement (14) und ein an dem halterseitigen Ende angeordnetes Kupplungselement (16) mit einem mit dem Innengewinde (34) der Aufnahmeöffnung (32) korrespondieren Außengewinde (18) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge des Außengewindes (18) in mindestens einem vorgegebenen Winkelbereich entlang des Außenumfangs des Kupplungselements (16) von einer gewindefreien Fläche (20, 36) unterbrochen sind.
12. Halter für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für spanende Bearbeitung eines Werkstücks mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahmeöffnung mit einem Innengewinde, wobei das Innengewinde mit einem Außengewinde korrespondiert, das an einem Kupplungselement eines Schneidkopfes angeordnet ist, wobei an dem werkstückseitigen Ende des Schneidkopfes ein Kopfelement mit mindestens einem Schneidelement und an dem halterseitigen Ende das Kupplungselement angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge des Innengewindes in mindestens einem vorgegebenen Winkelbereich entlang des Innenumfangs der Aufnahmeöffnung von einer gewindefreien Fläche unterbrochen sind.
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