DE102011107789A1

DE102011107789A1 - Schneideinsatz, insbesondere für Zahnradfräser

Info

Publication number: DE102011107789A1
Application number: DE102011107789A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Friedrich Gesell; Rene Schumann
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: GB2493089A; ITMI20121208A1; GB201212731D0; CN102886572A; DE102011107789B4; US9427812B2; US20130022417A1; FR2978071A1; CN102886572B; BR102012017680A2; JP2013022727A

Abstract

Ein Schneideinsatz (18), insbesondere für Zahnradfräser, umfasst einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper. Der Grundkörper weist zwei Deckflächen (20) auf einander entgegengesetzten Seiten auf. Der Grundkörper weist ferner vier Umfangsflächen (22) auf, die sich jeweils von einem Randabschnitt der einen Deckfläche (20) zu einem Randabschnitt der anderen Deckfläche (20) erstrecken. Gemäß der Erfindung ist wenigstens an einem Übergang von jeder Umfangsfläche (22) zu einer der Deckflächen (20) eine Schneidkante (26) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, insbesondere für Zahnradfräser.
Zahnradfräser sind Fräswerkzeuge, mit denen eine Außen- oder Innenverzahnung an einem Werkstück hergestellt werden kann. Zahnradfräser mit auswechselbaren Schneideinsätzen erlauben eine große Variabilität in der Form der Verzahnung.
Aufgrund des schnellen Verschleißes der Schneidkanten ist die Zahl der benötigten Schneideinsätze relativ hoch, was zu erhöhten Kosten führt. Es besteht daher ein Bedarf an einer besseren Verwertung der Schneideinsätze.
Aus der WO 2010/073681 A1 ist ein Schneideinsatz mit einem plattenförmigen Grundkörper und einer Schneidkante bekannt, die am Übergang von einer seitlichen Schneidfläche zu einer oberen Deckfläche des Grundkörpers gebildet ist. Die Schneidkante beschreibt bei seitlicher Betrachtung des Grundkörpers eine Evolvente. Die Schneidfläche neigt sich von der oberen zur unteren Deckfläche des Grundkörpers nach innen, wobei ein am Außenumfang vorstehender Flächenabschnitt des Grundkörpers als konkave Fläche ausgebildet ist. Diese Fläche entspricht einem Abschnitt der Mantelfläche eines Konus.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schneideinsatz, insbesondere für Zahnradfräser bereitzustellen, der effizienter genutzt werden kann als die bislang bekannten Schneideinsätze.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schneideinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Schneideinsatz ist insbesondere für Zahnradfräser vorgesehen und umfasst einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper. Der Grundkörper weist zwei Deckflächen auf einander entgegengesetzten Seiten auf. Der Grundkörper weist ferner vier Umfangsflächen auf, die sich jeweils von einem Randabschnitt der einen Deckfläche zu einem Randabschnitt der anderen Deckfläche erstrecken. Gemäß der Erfindung ist wenigstens an einem Übergang von jeder Umfangsfläche zu einer der Deckflächen eine Schneidkante gebildet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass nicht nur an einer oder an zwei Umfangsflächen eines quaderförmigen Grundkörpers Schneidkanten vorgesehen werden können, sondern an allen vier Umfangsflächen. Die erhöhte Zahl an nutzbaren Schneidkanten pro Schneideinsatz erlaubt eine rationellere und damit wirtschaftlichere Nutzung der Schneideinsätze.
Damit alle Schneidkanten des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes ohne großen Zusatzaufwand nacheinander genutzt werden können, ist eine Gestaltung des Schneideinsatzes vorteilhaft, bei der der Grundkörper eine quadratische Grundfläche hat. Der Schneideinsatz muss dann nach Verschleiß einer Schneidkante nur um 90° gedreht werden, damit die nächste Schneidkante zum Einsatz kommt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes ist an jedem Übergang von einer Umfangsfläche zu einer Deckfläche eine Schneidkante gebildet, sodass der Schneideinsatz insgesamt acht Schneidkanten aufweist. Durch Wenden und 90°-Drehungen können nacheinander alle acht Schneidkanten des Schneideinsatzes zum Einsatz gebracht werden.
Vorzugsweise haben beide Deckflächen jeweils vier Randabschnitte gleicher Länge, wobei insbesondere die Winkel zwischen zwei benachbarten Randabschnitten jeweils gleich sind.
Für bestimmte Anwendungen sind gerade Schneidkanten weniger oder gar nicht geeignet. Deshalb ist gemäß einer bevorzugten Gestaltung des Schneideinsatzes vorgesehen, dass die Deckflächen zu den zugehörigen Schneidkanten hin so abfallen, dass die Schneidkanten gekrümmt sind.
Vorzugsweise haben die Schneidkanten einen Radius im Bereich von etwa 90 mm bis etwa 500 mm.
Zur Effizienz von Schneideinsätzen trägt nicht nur die mehrfache Verwendbarkeit durch Vorsehen mehrerer Schneidkanten bei, sondern auch die Herstellung der Schneideinsätze. Insbesondere das Formen der Schneidkanten sollte mit möglichst wenigen Arbeitsschritten durchführbar sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes erstreckt sich eine Durchgangsöffnung von der einen Deckfläche zu der anderen Deckfläche, und die Deckflächen weisen einen konischen Flächenabschnitt auf, wobei die Mittelachse des Konus mit der Mittelachse der Durchgangsöffnung zusammenfällt und der konische Flächenabschnitt in Umfangsrichtung bezogen auf die Mittelachse des Konus nicht unterbrochen ist. Eine solche vorteilhafte Gestaltung erlaubt es, alle einer Deckfläche zugeordneten Schneidkanten in einem einzigen Arbeitsschritt herzustellen. Hierzu wird der Schneideinsatz mithilfe der zentralen Durchgangsöffnung so in ein Schleifwerkzeug eingespannt, dass er um die Mittelachse der Durchgangsöffnung gedreht werden kann. So kann der gesamte konische Flächenabschnitt mit allen zugehörigen Schneidkanten geschliffen werden, indem der Schneideinsatz gegenüber einer leicht schräg gestellten Schleiffläche um wenigstens 360° gedreht wird, ohne dass der Schneideinsatz aus dem Werkzeug genommen und neu eingespannt werden muss. Lediglich für die Herstellung des konischen Flächenabschnitts und der Schneidkanten auf der entgegengesetzten Seite des Grundkörpers muss der Schneideinsatz einmal gewendet werden.
Je nach Neigung des konischen Flächenabschnitts lassen sich verschiedene Schnittkonturen realisieren. Bevorzugte Schneidengeometrien ergeben sich bei einer Neigung des konischen Flächenabschnitts gegenüber einer Ebene, die senkrecht auf der Mittelachse der Durchgangsöffnung steht, unter einem Winkel von maximal etwa 5°.
Für die meisten beabsichtigten Anwendungen ist ein Neigungswinkel von maximal 3° ausreichend; vorzugsweise liegt er in der Größenordnung von 2°.
Für die Ausbildung des Schneideinsatzes als Wendeplatte ist es vorteilhaft, dass beide Deckflächen einen ebenen Auflageabschnitt aufweisen, der die Durchgangsöffnung umgibt. Dank der zwei Auflageabschnitte kann der Schneideinsatz auch nach dem Wenden gegen einen Sitz im Zahnradfräser gespannt werden.
Eine weitere bevorzugte Gestaltung des Schneideinsatzes sieht vor, dass die Schneidkanten gegenüber der zugehörigen Umfangsfläche zurückgesetzt sind, vorzugsweise um etwa 0,1 mm.
Eine spezielle Bearbeitung der Kanten zwischen den Umfangsflächen, bei der zwischen zwei benachbarten Schneidkanten eine Facettenfläche gebildet wird, die im Winkel von 45° zu den zugehörigen Umfangsflächen ausgerichtet ist, erlaubt ein geordnetes Überlappen mehrerer hintereinander angeordneter Schneideinsätze im Zahnradfräser für eine hohe Schnittgenauigkeit und Oberflächenqualität.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Zahnradfräsers mit erfindungsgemäßen Schneideinsätzen in Seitenansicht;
2 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie T-T in 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes; und
4 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes aus 3.
In 1 ist ein repräsentativer Sektor eines im Wesentlichen scheibenförmigen Zahnradfräsers 10 dargestellt. Wie auch aus 2 hervorgeht, weisen beide Seitenwände 12 des Zahnradfräsers 10 als Aufnahmetaschen 14 ausgebildete Sitze zur Aufnahme von Schneideinsätzen auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung des Zahnradfräsers 10 sowohl Zahnkopfbearbeitungsschneideinsätze 16 als auch Zahnflankenbearbeitungsschneideinsätze 18 angeordnet, die jeweils schräg zur Mittellebene des Zahnradfräsers 10 gestellt sind.
Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich nur auf die Schneideinsätze 18 zur Zahnflankenbearbeitung, von denen ein Schneideinsatz 18 in den 3 und 4 einzeln dargestellt ist.
Der Schneideinsatz 18 hat einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper mit einer quadratischen Grundfläche. Der Grundkörper ist begrenzt durch zwei Deckflächen 20 auf einander entgegengesetzten Seiten und vier Umfangsflächen 22. Jede Umfangsfläche 22 erstreckt sich von einem Randabschnitt 24 der einen Deckfläche 20 zu einem Randabschnitt 24 der anderen Deckfläche 20. Wenigstens an einem Übergang von jeder Umfangsfläche zu 22 einer der Deckflächen 20 ist eine Schneidkante 26 gebildet, d. h. jede Umfangsfläche 22 grenzt an eine oder zwei Schneidkanten 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder solche Übergang als Schneidkante 26 ausgebildet, sodass der Schneideinsatz 18 insgesamt acht Schneidkanten aufweist.
Eine zentrale Durchgangsöffnung 28 erstreckt sich von der einen Deckfläche 20 vollständig durch den Grundkörper des Schneideinsatzes 18 bis zur anderen Deckfläche 20. Durch die Durchgangsöffnung 28 kann ein Spannstift oder eine Spannschraube gesteckt werden, um den Schneideinsatz 18 am Zahnradfräser 10 zu befestigen.
Die Durchgangsöffnung 28 umgibt auf beiden Seiten des Schneideinsatz-Grundkörpers einen planen Auflageabschnitt 30. Mit einem der beiden Auflageabschnitte 30 liegt der Schneideinsatz 18 im montierten Zustand mit seiner inaktiven Seite am Boden der Aufnahmetasche 14 an. Dieser Auflageabschnitt 30 stützt somit den Schneideinsatz 18 gegenüber der Aufnahmetasche 14 ab. Da auf beiden Seiten des Grundkörpers ein Auflageabschnitt 30 vorgesehen ist, kann der Schneideinsatz 18 auch so montiert werden, dass der andere Auflageabschnitt 30 am Boden der Aufnahmetasche 18 anliegt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schneideinsatz 18 punktsymmetrisch bezüglich seines Mittelpunkts. Insbesondere haben die vier Randabschnitte 24 der Deckflächen 20 jeweils die gleiche Länge, und die Winkel zwischen zwei benachbarten Randabschnitten 24 sind alle gleich.
Eine Besonderheit bei beiden Deckflächen 20 besteht darin, dass sie einen nicht planen Flächenabschnitt 32 haben, der sich vom Auflageabschnitt 30 zu allen Randabschnitten 24 der Deckfläche 20 erstreckt. Der Flächenabschnitt 32 fällt zu den zugehörigen vier Schneidkanten 26 hin so ab, dass die Schneidkanten 26 einen gekrümmten Verlauf haben. Der Radius der Schneidkanten 26 liegt in einem Bereich von etwa 90 mm bis etwa 500 mm.
Der Flächenabschnitt 32 wird durch Abschleifen der Deckfläche 20 mittels einer bezüglich des Auflageabschnitts 30 leicht schräg gestellten Schleiffläche hergestellt, indem der Schneideinsatz 18 um seine durch die Durchgangsöffnung 28 verlaufende Mittelachse A gedreht wird. Dadurch erhält der Flächenabschnitt 32 eine konische Form, d. h. der Flächenabschnitt 32 entspricht der Mantelfläche eines Kegelstumpfs, dessen Mittelachse mit der Mittelachse A der Durchgangsöffnung 28 zusammenfällt. Der konische Flächenabschnitt 32 ist bezüglich der Mittelachsen in Umfangsrichtung nicht unterbrachen.
Gegenüber einer Ebene, die senkrecht auf der Mittelachse A der Durchgangsöffnung steht, ist der konische Flächenabschnitt 32 unter einem Winkel α von maximal etwa 5° geneigt. Diese Neigung des konischen Flächenabschnitts 32 ist insbesondere aus 4 ersichtlich. Der Neigungswinkel α entspricht dem Winkel zwischen der Grundfläche und der Mantelfläche des zuvor erwähnten virtuellen Kegelstumpfs. Bei den bevorzugten Ausführungsformen des Schneideinsatzes 18 beträgt der Winkel α maximal 3° und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 2°.
Im Bereich der Umfangsflächen 22 sind jeweils angrenzend an die Schneidkanten 26 Spanstufen 34 in den Grundkörper eingeformt, insbesondere durch Pressen. Gegenüber der verbleibenden Umfangsfläche 22 sind die zugehörigen Schneidkanten 26 um etwa 0,1 mm zurückgesetzt.
Außerdem ist zwischen zwei benachbarten Schneidkanten 26 jeweils eine Facettenfläche 36 vorgesehen, die im Winkel von 45° zu den beiden angrenzenden Umfangsflächen 22 ausgerichtet ist.
Aufgrund des quaderförmigen Grundkörpers mit quadratischer Grundfläche und den nahezu quadratischen Deckflächen 20 und der Ausbildung als Wendeplatte mit zwei Auflageabschnitten 30 auf entgegengesetzten Seiten kann der Schneideinsatz 18 mit seiner positiven Spangeometrie sowohl gewendet als auch in um jeweils 90° um die Mittelachse A gedrehten Orientierungen montiert werden, sodass nacheinander alle acht Schneidkanten 26 zum Einsatz gebracht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/073681 A1 [0004]

Claims

Schneideinsatz (18), insbesondere für Zahnradfräser (10), mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper, der zwei Deckflächen (20) auf einander entgegengesetzten Seiten und vier Umfangsflächen (22) aufweist, die sich jeweils von einem Randabschnitt (24) der einen Deckfläche (20) zu einem Randabschnitt (24) der anderen Deckfläche (20) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einem Übergang von jeder Umfangsfläche (22) zu einer der Deckflächen (20) eine Schneidkante (26) gebildet ist.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine quadratische Grundfläche hat.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Übergang von einer Umfangsfläche (22) zu einer Deckfläche (20) eine Schneidkante (26) gebildet ist, sodass der Schneideinsatz (18) insgesamt acht Schneidkanten (26) aufweist.
Schneideinsatz (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Deckflächen (20) jeweils vier Randabschnitte (24) gleicher Länge haben, wobei insbesondere die Winkel zwischen zwei benachbarten Randabschnitten (24) jeweils gleich sind.
Schneideinsatz (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckflächen (20) zu den zugehörigen Schneidkanten (26) hin so abfallen, dass die Schneidkanten (26) gekrümmt sind.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (26) einen Radius im Bereich von etwa 90 mm bis etwa 500 mm haben.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Durchgangsöffnung (28) von der einen Deckfläche (20) zu der anderen Deckfläche (20) erstreckt, und dass die Deckflächen (20) einen konischen Flächenabschnitt (32) aufweisen, wobei die Mittelachse des Konus mit der Mittelachse A der Durchgangsöffnung (28) zusammenfällt und der konische Flächenabschnitt (32) in Umfangsrichtung bezogen auf die Mittelachse des Konus nicht unterbrochen ist.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Flächenabschnitt (32) gegenüber einer Ebene, die senkrecht auf der Mittelachse A der Durchgangsöffnung (28) steht, unter einem Winkel von maximal etwa 5° geneigt ist.
Schneideinsatz (18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel maximal 3° beträgt und vorzugsweise in der Größenordnung von 2° liegt.
Schneideinsatz (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckflächen (20) einen ebenen Auflageabschnitt (30) aufweisen, der die Durchgangsöffnung (28) umgibt.
Schneideinsatz (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (26) gegenüber der zugehörigen Umfangsfläche (22) zurückgesetzt sind, vorzugsweise um etwa 0,1 mm.
Schneideinsatz (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Schneidkanten (26) eine Facettenfläche (36) vorgesehen ist, die im Winkel von 45° zu den zugehörigen Umfangsflächen (22) ausgerichtet ist.