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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug für spanabhebende Bearbeitung
von Werkstücken,
insbesondere einen Drehmeißel
für das
Innendrehen.
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Drehmeißel sind,
auch wenn ihre Schneiden aus Hartmetall oder anderen Hartwerkstoffen
bestehen, einem starken Verschleiß ausgesetzt und müssen häufig nachgeschliffen
und/oder ausgewechselt werden. Daher ist es bekannt, Drehmeißelhalter
mit Schneidplättchen
zu bestücken,
die mehrere Schneiden haben, ggf. auch auf beiden Seiten der Platte, die
dann durch Wenden in Einsatz gebracht werden. Bei sehr kleinen Abmessungen
ist dies problematisch, da auf die Werkzeuge recht große Kräfte einwirken.
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Besondere
Probleme machen Werkzeuge für
das Innendrehen, weil sie meist einen sehr langen Schaft brauchen,
der das Werkzeug instabil und schwingungsgefährdet macht.
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Es
ist bereits ein Werkzeug vorgeschlagen worden, das von einem mittigen
Spannabschnitt nach beiden Seiten ausgehend Meißelschäfte hat, an deren Enden seitlich
herausragend eine Werkzeugschneide, insbesondere eine Profilschneide
für das Innengewindedrehen,
aufweist. Dieses Werkstück wird
an seinem Spannabschnitt eingespannt, nach dem Stumpfwerden ausgespannt
und umgekehrt wieder eingespannt.
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Aufgabe und
Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Werkzeug der eingangs beschriebenen Art
zu schaffen, das leicht herzustellen ist und eine lange Standzeit
bei guter Ausnutzung des Schneidwerkstoffes ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
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Durch
die sternförmige
Anordnung der Schneidvorsprünge
mit daran vorgesehenen Schneiden ist es möglich, nach dem Stumpfwerden
einer Schneide eine andere in Eingriff zu bringen, indem das Werkzeug
um seine Mittel-Längsachse
um einen Winkel verdreht wird, der der Sternform entspricht, also
bei vier Schneid-Vorsprüngen
in regelmäßigem Winkelabstand
um 90° oder
bei drei Vorsprüngen
um 120°.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn ein Einspannschaftabschnitt, der vorzugsweise
einstückig mit
einem den Meißelkopf
tragenden Meißelschaft ausgebildet
ist, in der Zahl und Anordnung der Schneiden entsprechende Spannflächen aufweist, beispielsweise
mehrkantig ist. Dazu kann er, vorzugsweise einschließlich Meißelkopf,
-schaft und Einspann-Schaftabschnitt, aus einem Stück Hartwerkstoff
ausgebildet sein, das insbesondere eine Mehrkant-Profilstange ist.
Wenn deren Profilflächen-Anzahl
der Zahl der Schneiden entspricht bzw. ein ganzzahliges Vielfaches
davon ist, dann kann der Einspann-Schaftabschnitt praktisch unbearbeitet bleiben,
während
im übrigen
die für
Hartmetallwerkstoffe normalerweise notwendige Schleifbearbeitung den
Meißelkopf
und den Meißelschaft
herausarbeitet. Dies kann zum Teil durch eine V-förmige Nut
geschehen, deren Schenkel je eine Vor- und Rückseite aneinander angrenzender
Schneidvorsprünge
bildet.
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Obwohl
es möglich
wäre, die
Schneidvorsprünge
nach Art von Wendeplättchen
mit Schneiden auf beiden Seiten auszubilden, ist es bevorzugt, wenn
an jedem Schneidvorsprung nur eine Schneide vorgesehen ist. Dadurch
kann die Schneidengeometrie (Span-, Freiwinkel etc.) gegenüber einer
Wendeplatte individueller gestaltet werden.
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Das
Werkzeug ist insgesamt gesehen vorteilhaft. Der Meißelkopf
kann, vorzugsweise einstückig,
an einem relativ langen Meißelschaft
vorgesehen sein, der dann in den Einspann-Schaftabschnitt übergeht.
Dieser ist in einem Werkzeughalter aufgenommen, der dem Profil des
Einspann-Schaftabschnittes
angepasst ist und, wie beschrieben, durch entsprechende „Weiterdrehung" passgenau in Bezug auf
die nächste
Schneide wieder gespannt werden kann. Ein großer Vorteil ist, dass das Werkzeug
als Mehrfach-Werkzeug einfach aus einem Mehrkant-Formteil, beispielsweise
einem Abschnitt einer Mehrkantprofilstange, durch Schleifen herstellbar
ist. Da das Werkzeug besonders für
Profilschneiden geeignet ist, beispielsweise das Gewindeschneiden, kann
dieses Profil, beispielsweise ein etwa dreieckiges Profil, durch
eine entsprechende Profilschleifscheibe hergestellt werden. Die
Unterbrechungen zwischen den einzelnen Schneidvorsprüngen können durch
einen etwa in Achsrichtung verlaufenden Schleifvorgang mit einer
Schleifscheibe mit V-förmigem Profil
hergestellt werden. Dabei ist es allerdings möglich, durch eine Abweichung
von der Achsrichtung die Spanfläche
und Freifläche
etwas schräg
zu stellen, so dass sie den durch den Vorschub zwischen Werkstück und Werkzeug
abweichenden Auftreffwinkel berücksichtigen.
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Obwohl
es bevorzugt ist, z.B. drei oder vier Schneiden am Meißelkopf
mit gleichem Schneidprofil zu versehen, so dass sie bei einer Weiterschaltung wieder
die gleiche Bearbeitung vornehmen können, wäre es auch möglich, die
Schneidvorsprünge
mit unterschiedlichen Profilen auszustatten, beispielsweise für das Vor-
und Nachschneiden von Gewinden. Dazu könnte auch der Werkzeughalter
nach Art einer Indexierung weitergeschaltet werden. Obwohl das Werkzeug
einem Fräser ähnlich sieht,
ist es nicht vorgesehen, die Bearbeitung durch Drehung um die Längsmittelachse
vorzunehmen, sondern eine Drehung nur zur Weiterschaltung auf eine
neue Schneide einzurichten.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
der Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in
einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Teil-Seitenansicht eines Werkzeugs und eines Werkzeughalters, sowie
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2 und 3 perspektivische
Ansichten zweier Werkzeuge mit unterschiedlicher Zahl von Schneidvorsprüngen.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
ein Werkzeug 11, im dargestellten Beispiels einen Drehmeißel für das Innendrehen von
meist metallischen Werkstücken.
Es weist einen Meißelkopf 12,
einen Meißelschaft 13 und
einen Einspann-Schaftabschnitt 14 auf.
Der Einspann-Schaftabschnitt 14 ist in einem Werkzeughalter 15 aufgenommen,
der z.B. Teil einer Drehmaschine sein kann und das Werkzeug mittels
nicht dargestellter üblicher Spannvorrichtungen
positionsgenau festspannt.
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Der
Werkzeugkopf ist über
den relativ langgestreckten Schaft 13 mit dem Einspann-Schaftabschnitt 14 verbunden.
Er ist im vorliegenden Fall kreisförmig im Querschnitt und in
Richtung der längsten
Mittelachse 16 sehr langgestreckt. Seine Querschnittsabmessungen
sind geringer als die des Meißelkopfes 12 und
des Einspann-Schaftabschnitts 14.
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Der
Meißelkopf 12 hat,
wie aus den 2 und 3 zu erkennen
ist, vier bzw. drei Schneidvorsprünge 17, die sich im
wesentlichen radial zur Längsmittelachse 16 nach
außen
erstrecken und jeweils im gleichen Winkelabstand voneinander sternförmig angeordnet
sind. Diese Schneidvorsprünge oder
Zähne 17 sind,
wie die Zeichnungen zeigen, entsprechend dem Verwendungszweck profiliert.
Sie haben beispielsweise für
das Gewindeschneiden eine entsprechende dreiecksförmige Gestalt.
Jeder Schneidvorsprung 17 hat eine entsprechend der Profilform
des Schneidvorsprunges gestaltete Schneide 18, die auf
einer Seite von einer Spanfläche 19 und andererseits
von einer sich über
den „Rücken" des Schneidvorsprungs
erstreckenden Freifläche 20 begrenzt
ist. Auf der der Spanfläche 19 gegenüberliegenden
Seite sind die Schneidvorsprünge
durch eine Rückseite 21 begrenzt.
Die Spanfläche 19 und
die Rückseite 20 werden
durch die beiden Seitenschenkel einer V-förmigen Nut 22 gebildet,
die durch Schleifen mit einer entsprechenden profilierten Schleifscheibe
in den Meißelkopf
eingearbeitet ist. 1 zeigt, dass die Nut, d.h.,
die Richtung, in der die Schleifscheibe bei der Bearbeitung bewegt
wurde, zwar im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse verläuft, jedoch
um einen kleinen Winkel a davon abweicht. Dadurch bekommt insbesondere
die Spanfläche
eine sich nach vorn öffnende
Neigung, die z.B. dem entsprechenden Bewegungsvektor beim Schneidvorgang
entspricht, der sich aus der Umfangs- und Vorschubgeschwindigkeit
zusammensetzt.
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Es
ist auch zu erkennen, dass die Spanfläche nicht unbedingt radial
zur Mittelachse ausgerichtet ist, sondern unter Umständen auch
etwas sägezahnartig
nach vorn geneigt sein kann. Durch die V-Form der Nut ist die Rückseite
des Schneidvorsprungs durchaus nicht radial, sondern tangential
an einen relativ großen
gedachten Kreis 23 um die Längsmittelachse angelegt. Der
Schneidvorsprung ist daher unsymmetrisch.
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Entsprechend
dem Verwendungszweck können
am Schneidkopf 12 auch in Längsrichtung hintereinander
mehrere Schneidvorsprünge,
beispielsweise entsprechend einer Vor- und Nachbearbeitung von Gewindegängen angeordnet
sein. Ihre Schneiden werden im Sinne der Erfindung als eine einheitliche
Schneide 18 bezeichnet. Die Ausbildung als Gewinde, Form-,
Abstechmeißel
etc. ist möglich.
Die Zahl der Schneidvorsprünge
ergibt sich aus der vorgesehenen Werkstückgeometrie. Sie ist beispielsweise
in engen Bohrungen begrenzt, damit jeweils nur ein Zahn bzw. eine
längs angeordnete
Schneidengruppe arbeitet. Die Zahl von vier Schneidvorsprüngen ist
für die
meisten Zwecke ideal.
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3 zeigt
eine Ausführung
mit drei Schneidvorsprüngen,
die bei im übrigen
gleicher Grund-Ausbildung sehr kräftig sind. Dort schließt sich an
die Freifläche 20 noch
eine Übergangsfläche 24 an,
die ein zu starkes Vorspringen des an die Rückseite angrenzenden Bereichs
vermeidet.
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Das
Profil der Schneide und damit die Querschnittsform der Schneidvorsprünge ist
bei den dargestellten Beispielen gerade. Der Scheitel 25 des Schneidenprofils
verläuft
etwa in Umfangsrichtung, kann jedoch von dieser auch abweichen,
beispielsweise von der Schneide aus nach innen zurückversetzt
sein. Die dadurch und durch die Bemessung und Ausrichtung der V-Nut 22 vorzugebende
Gestaltung der Span- und Frei-Flächen 19, 20 ermöglicht eine
ideale Anpassung der die Schneidgeometrie bestimmenden Winkel (Span-,
Keil-, Freiwinkel etc.). Wenn es die Geometrie erlaubt, könnten die
Freiflächen
auch genau in Umfangsrichtung verlaufen, so dass der Schliff der
Freiflächen
unter Drehung des Werkzeugs um die Längsmittelachse erfolgen könnte. Es
wäre dann
sichergestellt, dass sich das Profil der Schneide bei einem Nachschleifen
nicht ändert. Das
Nachschleifen kann jederzeit durch eine Schleifscheibe erfolgen,
die entsprechend der die V-Nut bilden Schleifscheibe gestaltet und
geführt
ist.
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Der
Einspann-Schaftabschnitt 14 hat im Falle der 2,
d.h. bei vier Schneidvorsprüngen,
eine grundsätzlich
vierkantige Gestalt, dessen Hauptflächen 26 die Spannflächen bilden.
Die Ecken des Vierecks sind großzügig durch
Fasen 27 abgekantet. Es ist zu erkennen, dass im Bereich
des Übergangs des
Einspann-Schaftabschnittes 14 in den Meißelschaft 13 im
Bereich der Fasen Ausschleifungen 28 entstanden sind, die
von der die V-Nut schleifenden Schleifscheibe stammen.
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Das
gilt auch für
die 3, bei der der Einspann-Schaft-Abschnitt 14 eine
gleichmäßig dreikantige
Querschnittsform hat, ebenfalls mit großzügigen Fasen 27. Es
könnte
hier auch ein regelmäßiger Sechskant
vorgesehen sein.
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In
jedem Falle lässt
sich das Werkstück
aus einem entsprechend stangenförmigen
Rohling mit sechs- oder achtkantiger Querschnittsform herstellen,
aus dem bei kaum nachzuarbeitendem Einspann- Schaftabschnitt 14 der Meißelkopf
und -schaft durch Schleifen herausgearbeitet wird. Das Werkzeug
ist gänzlich
aus einem Stück
Hartwerkstoff, beispielsweise Hartmetall oder Keramik, hergestellt.
Es ist aufgrund seiner weitgehenden Symmetrie rentabel und präzise herzustellen
und ist aufgrund seiner Formgestaltung und der Starrheit und der
schwingungsdämpfenden
Eigenschaften des Hartwerkstoffs schwingungsarm, und sehr formsteif,
was insbesondere bei langen Meißelschäften 13 wichtig
ist.
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Im
Einsatz wird das Werkzeug in einen entsprechend ausgebildeten Werkzeughalter 15 eingesetzt,
der innere Spannflächen
hat, die der Querschnittsform des Einspann-Schaftabschnitts 14 angepasst
sind. Das Werkzeug wird darin auf übliche Weise eingespannt. Es
wird dann an das Werkstück herangebracht,
beispielsweise in eine vorgebohrte Bohrung hinein gefahren und arbeitet
dort spanabhebend. Dabei ist jeweils nur eine Schneide 18,
d.h. ein Schneidvorsprung, im Einsatz. Wenn es erforderlich wird,
beispielsweise nach Verschleiß der
bisherigen Schneide, oder im Falle eines Indexwerkzeuges, wenn eine
andere Schneidenform gewünscht
ist, wird das Werkzeug, nachdem es außer Schneideingriff gebracht
wurde, um einen der Schneidvorsprungs-Anzahl entsprechenden Winkel (90° in 2 und
120° in 3)
weiter gedreht. Dazu kann es aus dem Werkzeughalter ausgespannt
und nach entsprechender Drehung wieder festgespannt werden oder
es könnte
der Werkzeughalter 15 selbst um den entsprechenden Winkel
weiter geschaltet werden, so dass eine andere Schneide des Sterns
zum Einsatz kommt.
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Es
ist also zu erkennen, dass mit dem Werkzeug nach der Erfindung eine
Zahl von nacheinander in Einsatz zu bringenden Schneiden zur Verfügung stehen,
die der Zahl der „Strahlen" des Sterns entsprechen.
Durch bloßes
Drehen des Werkzeugs um die Längsmittelachse 16 können sie
nacheinander in Eingriff gebracht werden. Auch bei Ausbildung des gesamten
Werkzeuges aus Hartwerkstoff wird somit eine gute Ausnutzung dieses
teuren Werkstoffs erreicht. Die Herstellung ist aus einem einfachen
Rohling durch relativ geringen Schleifaufwand möglich, was noch verringert
wird, wenn ein entsprechend vorgeformtes Sinterteil verwendet wird.
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Nach
Ausnutzung sämtlicher
Schneiden kann das Werkzeug durch vier einfache Schleifvorgänge nachgeschärft werden.
Es ist hervorragend zum Einsatz in numerisch gesteuerten Maschinen geeignet.