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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Schneideinsatz, der an einem Werkzeughalter lösbar befestigt sein kann, um ein Werkstück zu schneiden, und insbesondere einen Schneideinsatz mit einer gezahnten Topografie, der regeneratives Rattern während eines Schneidvorgangs verringert oder beseitigt und gleichzeitig auch den Werkzeugdruck senkt.
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In herkömmlichen runden Schneideinsätzen wird regeneratives Rattern durch die Wiederholung der Schneidkanten verursacht, die während eines Schneidvorgangs eine Frequenz erzeugt. Dieses regenerative Rattern kann zu einer vorzeitigen Abnutzung und Versagen des Einsatzes sowie zu einer mangelhaften Oberflächenendbearbeitung führen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das Problem des regenerativen Ratterns wird durch Bereitstellen eines Schneideinsatzes mit einer oberen Oberfläche mit mehreren Verzahnungen gelöst, die sich von der Schneidkante radial nach innen erstrecken.
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Ein Zweck der Verzahnungen der Erfindung ist es, die Wiederholung der Schneidkanten aufzubrechen und dadurch die Frequenz zu unterbrechen. Dies erfolgt durch Drehen der Verzahnungen in dem Fräserkörper eines Schneidwerkzeugs auf bestimmte Art und Weise. Die Verzahnungsposition des ersten Schneideinsatzes liegt bei null (0) Grad. Die Verzahnungsposition des zweiten Schneideinsatzes wird um 1/2 von 360 Grad dividiert durch die Gesamtanzahl der Verzahnungen (die je nach Ausführung variieren kann) in Bezug auf den ersten Schneideinsatz gedreht. Die Verzahnungsposition des dritten Schneideinsatzes wird um 1/4 von 360 Grad dividiert durch die Gesamtanzahl der Verzahnungen in Bezug auf den ersten Schneideinsatz gedreht.
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Die Positionen können je nach der Anzahl der Taschen in dem Fräserkörper des Schneidwerkzeugs variieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verzahnungsposition des dritten Schneideinsatzes nur an Fräserkörpern mit einer ungeraden Anzahl von Taschen verwendet werden kann. Anders ausgedrückt können diese unterschiedlichen Verzahnungspositionen aufgrund der verzahnten Schneidkanten als Phasenverschiebung bzw. phasenverschobene Wellen bezeichnet werden.
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In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Schneideinsatz mit einer gezahnten Topografie eine obere Oberfläche, die in einer kreisförmigen Schneidkante endet, eine untere Oberfläche und eine kegelstumpfförmige Seitenwand, die die obere Oberfläche und die untere Oberfläche miteinander verbindet; und mehrere Verzahnungen, die auf der oberen Oberfläche gleichmäßig angeordnet sind und sich von der Schneidkante radial derart nach innen erstrecken, dass eine Halbierende durch jede Verzahnung durch eine Mittelachse des Schneideinsatzes geht, wobei die mehreren Verzahnungen regeneratives Rattern während eines Schneidvorgangs verringern.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verringern von regenerativem Rattern in einem Schneidwerkzeug, das mehrere Schneideinsätze mit mehreren Verzahnungen auf einer oberen Oberfläche aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Anordnen eines ersten Schneideinsatzes der mehreren Schneideinsätze an einer ersten Verzahnungsposition von 0 Grad; und
Anordnen eines zweiten Schneideinsatzes der mehreren Schneideinsätze an einer zweiten Verzahnungsposition durch Drehen des zweiten Schneideinsatzes in Bezug auf den ersten Schneideinsatz um 1/2 (360/(die Gesamtanzahl von Verzahnungen)) Grad.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in Verbindung mit der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen ähnliche Zeichen für ähnliche Teile stehen, besser verständlich. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht eines runden Schneideinsatzes mit einer gezahnten Topografie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes aus 1;
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3 eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes entlang der Linie 3-3 aus 2;
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4 eine schematische Ansicht der Wellen durch Drehen der gezahnten Schneidkanten des Schneideinsatzes aus 1 in der ersten, zweiten und dritten Verzahnungsposition aus der Sicht des Werkstücks gemäß der Erfindung;
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5 eine schematische Ansicht der Wellen durch Drehen der gezahnten Schneidkanten des Schneideinsatzes aus 1 in der ersten und der zweiten Verzahnungsposition aus der Sicht des Werkstücks gemäß der Erfindung;
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6 eine schematische Ansicht der Wellen durch Drehen der gezahnten Schneidkanten des Schneideinsatzes mit glatten Wänden in der ersten und der zweiten Verzahnungsposition aus der Sicht des Werkstücks gemäß der Erfindung;
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7 eine Draufsicht eines runden Schneideinsatzes mit einer gezahnten Topografie gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
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8 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes aus 7.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Bezug auf 1 bis 3 ist ein runder Schneideinsatz 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Allgemeinen weist der Einsatz 10 eine obere Oberfläche 12, die in einer kreisförmigen Schneidkante 14 endet, eine Mittelachse 15 und eine untere Oberfläche 16 auf, die einen Boden einer Tasche in Eingriff bringt, wenn der Einsatz 10 an einem Fräserkörper eines Schneidwerkzeugs (nicht dargestellt) befestigt ist. Die obere Oberfläche 12 fungiert während eines Schneidvorgangs als eine Spanoberfläche. Der Einsatz 10 weist ferner eine kegelstumpfförmige Seitenwand 18 auf, die die obere Oberfläche 12 und die untere Oberfläche 16 miteinander verbindet. Ein Schraubenloch 20 ist durch den Körper des Einsatzes 10 zentral angeordnet, um einen Gewindeschaft einer Klemmschraube (nicht dargestellt) aufzunehmen.
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Mehrere gekrümmte Anschlagsflächen 22 sind regelmäßig um die kegelstumpfförmige Seitenwand 18 des Einsatzes 10 angeordnet. Jede der gekrümmten Anschlagsflächen 22 in der Seitenwand 18 des Einsatzes 10 weist ein Paar spiegelsymmetrische schiefe Eingriffsabschnitte 22a, 22b auf, um eine Pressverbindung mit einer im Wesentlichen komplementär gekrümmten Drehschutzoberfläche an der Tasche des Fräsers (nicht dargestellt) zu bilden. Diese Pressverbindung, die zwischen den Anschlagsflächen 22 und der Drehschutzoberfläche an der Tasche ausgebildet ist, bildet einen Drehschutzmechanismus, um eine Drehung des Schneideinsatzes 10 in der Tasche zu verhindern.
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Die Ober- und Untergrenze jeder Anschlagsfläche 22 ist durch ein oberes Ende 24 und ein unteres Ende 26 definiert. Der zentrale Abschnitt 28 jeder Anschlagsfläche 22 ist leicht verjüngt, sodass die Tiefe der Anschlagsfläche 22 zwischen dem oberen und dem unteren Ende 24, 26 leicht zunimmt. Eine solche Verjüngung reduziert vorteilhaft die Materialmenge, die von dem Körper des Einsatzes 10 entfernt werden muss, um die Anschlagsflächen 22 zu bilden. Schließlich ist jede der Anschlagsflächen 22 durch Seitenkanten 30a, 30b definiert, die durch spiegelsymmetrische S-förmige Krümmungen zwischen dem oberen und dem unteren Ende 24, 26 jeder Oberfläche 22 ausgebildet sind. Aufgrund der gleichförmigen Bemessung und des Winkelabstands der Anschlagsflächen 22 erzeugt eine Kombination der spiegelsymmetrischen S-Krümmungen, die die Seitenkanten 30a, 30b der Anschlagsflächen 22 bilden, eine kontinuierliche sinusförmige Kurve um den Umfang der Seitenwand 18 des Einsatzes 10.
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Ein Aspekt der Erfindung ist, dass die Topografie der oberen Oberfläche 12 mehrere Verzahnungen umfasst, die im Allgemeinen bei 32 dargestellt sind, auf der oberen Oberfläche 12 umfasst, die sich von der Schneidkante 14 radial nach innen erstreckt, sodass eine Halbierende 31 durch jede Verzahnung 32 durch die Mittelachse 15 des Schneideinsatzes 10 geht. Jede Verzahnung 32 ist durch eine im Wesentlichen planare Vertiefungsoberfläche 33 getrennt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verzahnungen 32 gleichmäßig um die kreisförmige Schneidkante 14 angeordnet und bilden eine ringförmige Anordnung, wenn der Schneideinsatz 10 von oben betrachtet wird, wie in 1 dargestellt. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Verzahnungen 32 von der Schneidkante 14 zu einer im Wesentlichen planaren, ringförmigen Oberfläche 34 benachbart des Schraubenlochs 20. Es sei darauf hingewiesen, dass die ringförmige Oberfläche 34 im Aufriss etwas höher sein kann als die Schneidkante 14 und die Verzahnungen 32, wie in 2 dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Profilform jeder Verzahnung 32 im Wesentlichen identisch. Allerdings ist es möglich, dass die Verzahnungen 32 nicht die gleiche Profilform aufweisen.
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In Bezug auf 3 weist jede Verzahnung 32 eine gekrümmte untere Oberfläche 32a mit einer Tiefe 36 in Bezug auf die ringförmige Oberfläche 34 auf, die von der Schneidkante 14 zu der Oberfläche 34 allmählich zunimmt. Außerdem weist jede Verzahnung 32 eine Breite 38 auf, die nahe der Schneidkante 14 am größten ist und von der Schneidkante 14 zu der Oberfläche 34 allmählich abnimmt.
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In herkömmlichen runden Schneideinsätzen wird regeneratives Rattern durch die gleiche identische Wiederholung der Schneidkanten der Schneideinsätze verursacht, die in den Taschen des Schneidwerkzeugs befestigt sind, sodass während eines Schneidvorgangs eine Frequenz erzeugt wird. Die Verzahnungen 32 der Erfindung dienen dazu, die Wiederholung der Schneidkanten 14 aufzubrechen, sodass die Frequenz unterbrochen wird, die durch die Wiederholung der Schneidkanten während eines Schneidvorgangs verursacht wird. Dies wird durch spezielles Anordnen der Verzahnungen 32 auf den Schneideinsätzen 10 in den Taschen des Schneidwerkzeugs erzielt. Die Position des ersten Schneideinsatzes 10 (erste Verzahnungsposition) liegt bei null (0) Grad. Der zweite Schneideinsatz 10 (zweite Verzahnungsposition zwei) wird um ½ von 360 Grad dividiert durch die Gesamtanzahl der Verzahnungen 32 in Bezug auf den ersten Schneideinsatz 10 (der je nach Ausführung variieren kann) gedreht. Der dritte Schneideinsatz 10 (dritte Verzahnungsposition) wird um ¼ von 360 Grad dividiert durch die Gesamtanzahl der Verzahnungen 32 in Bezug auf den ersten Schneideinsatz 10 gedreht.
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Die Positionen der Schneideinsätze 10 variieren je nach der Anzahl von Taschen des Fräsers. Die dritte Verzahnungsposition wird nur an Fräserkörpern mit einer ungeraden Anzahl von Taschen verwendet. Somit ist die Reihenfolge für Fräserkörper mit einer geraden Anzahl von Taschen die erste Verzahnungsposition, gefolgt von der zweiten Verzahnungsposition und so weiter. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge für Fräserkörper mit einer ungeraden Anzahl von Taschen die erste Verzahnungsposition, gefolgt von der zweiten Verzahnungsposition und dann gefolgt von der dritten Verzahnungsposition und so weiter.
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Anders ausgedrückt können diese unterschiedlichen Verzahnungspositionen aufgrund der verzahnten Topografie des Schneideinsatzes 10 als Phasenverschiebung bzw. phasenverschobene Wellen bezeichnet werden. Diese Wellen der gezahnten Schneidkante 14 an den Schneideinsätzen 10 sind aus der Sicht auf das Werkstück in 4 bis 6 dargestellt.
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In einem Beispiel geht man davon aus, dass der Schneideinsatz 10 in der dargestellten Ausführungsform eine Gesamtanzahl von dreißig (30) Verzahnungen 32 aufweist und in einem Fräserkörper mit einer ungeraden Anzahl von Taschen befestigt ist. Wie in 4 dargestellt, liegt die erste Verzahnungsposition bei 0 Grad, die zweite Verzahnungsposition wird um ½ (360/12) in Bezug auf den ersten Schneideinsatz 10 gedreht, was fünfzehn (15) Grad entspricht, und die dritte Verzahnungsposition wird um ¼ (360/12) in Bezug auf den ersten Schneideinsatz 10 gedreht, was 7,5 Grad entspricht. Die Wellen 40, 42, 44 für die erste, zweite bzw. dritte Verzahnungsposition sind in 4 dargestellt. Man wird zu schätzen wissen, dass die dritte Position für einen Fräserkörper mit einer ungeraden Anzahl von Einsatztaschen größer als drei, zum Beispiel fünf, sieben, neun und dergleichen sein kann. Diese unterschiedlichen Drehungen der Schneideinsätze 10 zueinander in den Taschen brechen die Wiederholung der Schneidkanten 14 auf und unterbrechen somit die Frequenz, bei der regeneratives Rattern erzeugt wird.
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In einem anderen Beispiel geht man davon aus, dass der Schneideinsatz 10 in der dargestellten Ausführungsform eine Gesamtanzahl von dreißig (30) Verzahnungen 32 aufweist und in einem Fräserkörper mit einer geraden Anzahl von Taschen befestigt ist. In diesem Fall liegt die erste Verzahnungsposition bei 0 Grad und die zweite Verzahnungsposition wird um ½ (360/12) in Bezug auf den ersten Schneideinsatz 10 gedreht, was fünfzehn (15) Grad entspricht. Die Wellen 46, 48 für die erste bzw. zweite Verzahnungsposition sind in 5 dargestellt. Man wird zu schätzen wissen, dass die erste und die zweite Position für einen Fräserkörper mit einer geraden Anzahl von Einsatztaschen von mehr als zwei wiederholt werden. 6 stellt die Wellen 46', 48' für einen Fräserkörper mit einer geraden Anzahl von Taschen dar, wobei jedoch der Schneideinsatz 10 Verzahnungen 32 mit breiteren Vertiefungen 33 aufweist. Diese unterschiedlichen Drehungen der Schneideinsätze 10 brechen die Wiederholung der Schneidkanten 14 auf und unterbrechen somit die Frequenz, die regeneratives Rattern erzeugt.
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Neben einer erheblichen Verringerung oder Beseitigung von regenerativem Rattern dienen die Verzahnungen 32 in der oberen Oberfläche 12 des Schneideinsatzes 10 der Erfindung zur Verringerung des Werkzeugdrucks. Dies erfolgt durch Verringern der Menge des Oberflächenkontakts zwischen dem Werkstück und der Schneidkante 14 des Einsatzes 10. Es wurde festgestellt, dass diese Verringerung der Menge des Oberflächenkontakts während eines Schneidvorgangs auch einzelne kleinere Späne anstatt eines großen Spans erzeugt.
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Man wird zu schätzen wissen, dass die Erfindung nicht durch eine spezifische Profilform der Verzahnungen 32 eingeschränkt ist und dass die Prinzipien der Erfindung mit Verzahnungen umgesetzt werden können, die eine beliebige gewünschte Profilform aufweisen. In Bezug auf 7 und 8 ist ein Schneideinsatz 10' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform weisen die Verzahnungen 32 eine größere Tiefe 36 als in dem Schneideinsatz 10 auf. Außerdem weisen die Verzahnungen 32 eine größere Breite 38 als in dem Schneideinsatz 10 auf. Daher weist der Schneideinsatz 10' eine geringere Gesamtanzahl von Verzahnungen 32 auf als in dem Schneideinsatz 10.
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Der runde Schneideinsatz mit gezahnter Topografie der Erfindung hat im Vergleich zu herkömmlichen runden Schneideinsätzen verschiedene Vorteile. Zum Beispiel macht die Anordnung der Verzahnungen 32 auf der oberen Oberfläche 12 des Schneideinsatzes 10 der Erfindung keine kostenintensive maschinelle Bearbeitung des Werkzeughalters im Vergleich zu herkömmlichen runden Einsätzen mit Verzahnungen an der Seitenwand des Einsatzes erforderlich. Darüber hinaus reduziert der minimale Kontakt zwischen der gezahnten Topografie der Erfindung und den Spänen die Reibung, die während des Bearbeitungsvorgangs erzeugt wird. Ferner kann die gezahnte Topografie der Erfindung verwendet werden, um der Schneidkante ein Kühlmittel bereitzustellen.
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Die hierin genannten Dokumente, Patentschriften und Patentanmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme in das vorliegende Schriftstück aufgenommen.
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Wenngleich die Erfindung spezifisch in Verbindung mit bestimmten spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird man verstehen, dass dies zu erläuternden und nicht einschränkenden Zwecken erfolgt ist, wobei der Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche im weitest möglichen Sinne, wie es der Stand der Technik zulässt, zu verstehen ist.
