DE102015104057A1

DE102015104057A1 - Spanabhebendes Werkzeug

Info

Publication number: DE102015104057A1
Application number: DE102015104057.3A
Authority: DE
Inventors: Rudolf J. Nagel
Original assignee: Hartmetall Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Current assignee: Hartmetall Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, mit einem Schneideinsatz (14) mit zumindest einer Schneide (36), einem Werkzeughalter (12), welcher sich im Wesentlichen entlang einer Halterlängsachse (20) erstreckt und an einem stirnseitigen Ende (22) zur Aufnahme des Schneideinsatzes (14) eine Schneideinsatzaufnahme (24) aufweist, welche als topfförmige Ausnehmung im Werkzeughalter (12) ausgestaltet ist. Das Werkzeug weist zudem ein im Wesentlichen keilförmiges Klemmelement (16) auf, welches zum Verklemmen des Schneideinsatzes (14) im Werkzeughalter (12) in der Schneideinsatzaufnahme (24) befestigbar ist, sowie ein Befestigungselement (18) zum Befestigen des Klemmelements (16) in der Schneideinsatzaufnahme (24) und gleichzeitigen Verklemmen des Schneideinsatzes (14) im Werkzeughalter (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein spanabhebendes Werkzeug mit einem Werkzeughalter und einem im Werkzeughalter auswechselbar angeordneten Schneideinsatz mit zumindest einer Schneide. Der Werkzeughalter erstreckt sich im Wesentlichen entlang Halterlängsachse und weist an einem stirnseitigen Ende eine Schneideinsatzaufnahme zur Aufnahme des Schneideinsatzes auf, wobei die Schneideinsatzaufnahme als eine topfförmige Ausnehmung im Werkzeughalter ausgestaltet ist.
Gattungsgemäße Werkzeuge werden von der Anmelderin bereits seit mehreren Jahren unter dem Namen ”Horn Supermini^®” vertrieben (siehe beispielsweise: www.phorn.co.uk/fileamin/user_upload/de/pdf/kataloge/alt/KPMINI100DE_gesamtkatalog.pdf). Dieses Werkzeugsystem bietet die Möglichkeit, je nach Anwendung Schneideinsätze verschiedenster Art im Werkzeughalter zu befestigen. Das Werkzeugsystem eignet sich sowohl zum Einstechdrehen als auch zum Ausdrehen von Bohrungen sowie zum Axialeinstechdrehen und Gewindedrehen. Aufgrund der Geometrie und Größe des Schneideinsatzes sowie des Werkzeughalters eignet sich das genannte Werkzeugsystem insbesondere für die Bearbeitung von kleinen Bohrungen, bereits ab einem Durchmesser von 0,2 mm.
Das genannte Werkzeug bzw. Werkzeugsystem zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass der Schneideinsatz ein Einspannabschnitt aufweist, welcher in die Schneideinsatzaufnahme im Werkzeughalter einführbar ist und mittels einer Klemmschraube am Werkzeughalter fixierbar ist. Bei der bisher bekannten Lösung wird die Klemmschraube von oben, senkrecht zur Längsrichtung des Halters und des Schneideinsatzes in den Werkzeughalter eingeführt. In montiertem Zustand des Werkzeugs drückt die Klemmschraube von oben direkt auf den Schneideinsatz und fixiert diesen dabei in der Schneideinsatzaufnahme des Werkzeughalters. Ein Lösen des Schneideinsatzes vom Werkzeughalter lässt sich auf sehr einfache Art und Weise durch Lösen der Klemmschraube bewerkstelligen, so dass ein Austausch des Schneideinsatzes relativ einfach und in kurzer Zeit vonstatten gehen kann.
Im Gegensatz zu ”üblichen” Drehwerkzeugen ist die im Werkzeughalter vorgesehene Schneideinsatzaufnahme bei dem Werkzeug der oben genannten Art als eine Art Sackloch bzw. topfförmige Ausnehmung ausgebildet. Der Schneideinsatz wird also nicht wie bei den meisten bekannten Drehwerkzeugen zwischen zwei aufspreizbaren Klemmfingern eingespannt, sondern in eine Ausnehmung eingesetzt und mittels der oben genannten Spannschraube am Werkzeughalter fixiert. In montiertem Zustand des Werkzeugs ist der Einspannabschnitt des Schneideinsatzes quer zu dessen Längsrichtung daher vorzugsweise vollständig entlang des gesamten Umfangs vom Werkzeughalter umgeben.
Um optimal Zerspanungseigenschaften zu gewährleisten, ist ein aus mechanischer Sicht stabiler Plattensitz, also eine mechanisch stabile Aufnahme des Schneideinsatzes innerhalb des Werkzeughalters, von immenser Wichtigkeit. Ein weiterer wichtiger Aspekt, den es zu gewährleisten gilt, ist eine einfache und schnelle Austauschbarkeit des Schneideinsatzes, da dieser aufgrund von Verschleiß häufig ausgetauscht werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein spanabhebendes Werkzeug der oben genannten Art bereitzustellen, wobei die Einspannung des Schneideinsatzes im Werkzeughalter im Vergleich zu den bisher bekannten Lösungen auf alternative Art und Weise gelöst wird. Die Art der Einspannung sollte sich insbesondere für den Einsatz bei hohen Bearbeitungskräften eignen. Zudem sollte die Art der Einspannung eine einfache Austauschbarkeit des Schneideinsatzes gewährleisten sowie aus fertigungstechnischer Sicht einfach herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Werkzeug ein im Wesentlichen keilförmiges Klemmelement aufweist, welches zum Verklemmen des Schneideinsatzes im Werkzeughalter in der Schneideinsatzaufnahme befestigbar ist, wobei das Werkzeug ferner ein Befestigungselement aufweist zum Befestigen des Klemmelements in der Schneideinsatzaufnahme und gleichzeitigen Verklemmen des Schneideinsatzes im Werkzeughalter.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Werkzeugen dieser Art wird erfindungsgemäß also ein keilförmiges Klemmelement verwendet, welches mit Hilfe eines Befestigungselements in der Schneideinsatzaufnahme des Werkzeughalters befestigbar ist. Dieses keilförmige Klemmelement dient dem Verklemmen des Schneideinsatzes im Werkzeughalter. Das keilförmige Klemmelement ist ein separates Bauteil, welches gemeinsam mit dem Schneideinsatz in der Schneideinsatzaufnahme des Werkzeughalters befestigbar ist. Der Schneideinsatz selbst ist mit dem keilförmigen Klemmelement nicht fest verbunden. Zum Austauschen des Schneideinsatzes lässt sich das Klemmelement durch Lösen des Befestigungsmittels vom Werkzeughalter trennen, wodurch auch die Einspannung des Schneideinsatzes zwischen Klemmelement und Werkzeughalter gelöst wird und das Klemmelement von Hand oder maschinell entnehmbar ist.
Das Klemmelement des erfindungsgemäßen Werkzeugs wird vorliegend als ”im Wesentlichen keilförmig” beschrieben, was sich insbesondere auf dessen geometrische Ausgestaltung in der Seitenansicht betrachtet bezieht. Das Klemmelement ist in seiner Gesamtgeometrie vorzugsweise prismatisch ausgestaltet und in der Seitenansicht bzw. im Längsquerschnitt trapezförmig bzw. keilförmig.
Die erfindungsgemäße Verklemmung des Schneideinsatzes im Werkzeughalter mit Hilfe des keilförmigen Klemmelements erweist sich insbesondere aus folgenden Gründen als vorteilhaft: Zum einen wird durch diese Art der Verklemmung ein extrem stabiler Plattensitz realisiert. Zum anderen lässt sich das Werkzeug inklusive Werkzeughalter, Schneideinsatz und keilförmigem Klemmelement fertigungstechnisch relativ einfach und kostengünstig herstellen. Der Schneideinsatz lässt sich zudem nach Verschleiß oder aus sonstigen Gründen relativ einfach mit wenigen Handgriffen vom Werkzeughalter lösen. Werkzeughalter, keilförmiges Klemmelement und Befestigungselement lassen sich dagegen unabhängig vom Schneideinsatz mehrfach verwenden.
Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich das Klemmelement ausgehend von einem vorderen Ende entlang einer Längsachse des Klemmelements hin zu einem hinteren Ende, wobei die Längsachse des Klemmelements in montiertem Zustand des Werkzeugs parallel zur Halterlängsachse ausgerichtet ist und das hintere Ende auf einen Grund der Schneideinsatzaufnahme zuweist, und wobei sich das Klemmelement in seiner Höhe senkrecht zur Längsachse des Klemmelements zum hinteren Ende hin keilförmig verjüngt.
Die Breite des Klemmelements, welche ebenfalls senkrecht zur Längsachse des Klemmelements gemessen wird, ist vorzugsweise konstant entlang der gesamten Längsachse des Klemmelements. Die Höhe des Klemmelements welche senkrecht zur Längsachse des Klemmelements und senkrecht zur Breite des Klemmelements gemessen wird, nimmt ausgehend vom vorderen Ende hin zum hinteren Ende des Klemmelements vorzugsweise stetig ab. Hierdurch entsteht während des Befestigens des Klemmelements in der Schneideinsatzaufnahme eine Art Verkeilung des Schneideinsatzes, welches zum Verklemmen des Schneideinsatzes im Werkzeughalter führt. Während des Befestigens des Klemmelements wird das Klemmelement immer weiter in die Schneideinsatzaufnahme hineingezogen, wodurch die auf den Schneideinsatz ausgeübte Klemmkraft zunehmen erhöht wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Höhe des Klemmelements ausgehend von dem vorderen Ende hin zum hinteren Ende des Klemmelements nicht notwendigerweise stetig abnehmen muss. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass sich das Klemmelement nur abschnittsweise entlang der Längsachse des Klemmelements in Richtung zu seinem hinteren Ende hin verjüngt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Klemmelement derart an die Form der Schneideinsatzaufnahme angepasst, dass es in montiertem Zustand des Werkzeugs vollständig im Werkzeughalter versenkt ist.
Das Klemmelement ist in montiertem Zustand des Werkzeugs also vorzugsweise vollständig in der als topfförmigen Ausnehmung ausgebildeten Schneideinsatzaufnahme eingesetzt und steht somit nicht mehr aus dem Werkzeughalter hervor. Hierdurch werden Kollisionen, insbesondere mit dem Werkstück, effektiv vermieden. Dies ist insbesondere bei der beabsichtigten spanenden Bearbeitung von sehr kleinen Bohrlöchern mit Durchmessern im Bereich weniger Millimeter, bis zu minimalen Durchmessern von 0,2 mm von großem Vorteil.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Schneideinsatz einen Einspannabschnitt auf, welcher in montiertem Zustand des Werkzeugs zumindest teilweise innerhalb der Schneideinsatzaufnahme angeordnet ist, wobei eine Unterseite des Einspannabschnitts in montiertem Zustand des Werkzeugs am Werkzeughalter anliegt und eine Oberseite des Einspannabschnitts in montiertem Zustand des Werkzeugs an einer Unterseite des Klemmelements anliegt.
Das Klemmelement ist also vorzugsweise oberhalb des Schneideinsatzes in der Schneideinsatzaufnahme angeordnet. Dies erweist sich insbesondere in Bezug auf die Stabilität des Plattensitzes von Vorteil.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Klemmelement an seiner Unterseite eine parallel zur Längsachse des Klemmelements verlaufende, längliche Vertiefung auf, die in montiertem Zustand des Werkzeugs zumindest bereichsweise an der Oberseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes anliegt, und wobei die Oberseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes zumindest bereichsweise an die Form der länglichen Vertiefung angepasst ist.
Diese längliche Vertiefung stabilisiert den Schneideinsatz auch seitlich, wodurch der Plattensitz weiterhin verbessert wird. Die längliche Vertiefung verläuft parallel zur Längsachse des Klemmelements, also in montiertem Zustand des Werkzeugs auch parallel zur Halterlängsachse. Es sei darauf hingewiesen, dass unter einer ”länglichen Vertiefung” vorliegend nicht nur eine im Querschnitt winklige Vertiefung (nutförmige Vertiefung), sondern auch im Querschnitt runde oder elliptische Vertiefungen verstanden werden soll. Die längliche Vertiefung kann daher im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Klemmelements betrachtet sowohl rechteckig, V-förmig, prismatisch also auch rund oder elliptisch sein. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hat die längliche Vertiefung einen runden Querschnitt und bildet einen Teilkreis.
Die die Unterseite des Klemmelements im montierten Zustand des Werkzeugs kontaktierende Oberseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes ist vorzugsweise an die Form der länglichen Vertiefung im Klemmelement angepasst. Die Oberseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes ist vorzugsweise konvex gekrümmt, wobei unter ”konvex” allgemein ”aus der Ebene hervorstehend” bzw. ”nach außen gebaucht” verstanden werden soll. Die Querschnittsform der konvexen Oberseite des Schneideinsatzes muss somit nicht zwingend notwendigerweise rund, elliptisch bzw. halbkreisförmig sein, sondern kann auch winklig bzw. einen nicht stetig differenzierbaren Verlauf aufweisen. In jedem Fall ist sie jedoch an die Form der länglichen Vertiefung angepasst, welche auf der Unterseite des Klemmelements vorgesehen ist, so dass die Oberseite des Schneideinsatzes und die Unterseite des Klemmelements in der Art einer Nut-Feder-Verbindung zusammenwirken.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Oberseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes konvex gekrümmt, wobei die Unterseite des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes zumindest drei Teilflächen aufweist, eine erste konvex gekrümmte Teilfläche, welche der Oberseite gegenüberliegt, sowie eine zweite und eine dritte Teilfläche, welche einander gegenüberliegen, die Oberseite mit der ersten Teilfläche verbinden und als Planflächen ausgestaltet sind, mit der der Schneideinsatz in montiertem Zustand des Werkzeugs am Werkzeughalter anliegt, und wobei die erste Teilfläche der Unterseite eine größere Krümmung hat als die Oberseite.
Der Querschnitt des Einspannabschnitts des Schneideinsatzes ist gemäß dieser Ausgestaltung also im Wesentlichen tropfenförmig. Die Anlage des Schneideinsatzes am Werkzeughalter erfolgt über zwei Planflächen, die an zwei entsprechend korrespondierenden Planflächen anliegen, welche am Werkzeughalter vorgesehen sind. Generell ist dabei sowohl eine flächenmäßige Anlage als auch eine Linienanlage möglich. Die der Oberseite des Einspannabschnitts gegenüberliegende erste Teilfläche der Unterseite des Einspannabschnitts hat in eingespanntem Zustand des Werkzeugs vorzugsweise keinen Kontakt mit dem Werkzeughalter. Diese erste Teilfläche der Unterseite des Einspannabschnitts weist eine größere Krümmung, also einen kleineren Krümmungsradius, auf als die Oberseite des Einspannabschnitts. Die erste Teilfläche der Unterseite geht vorzugsweise tangential in die zweite und in die dritte Teilfläche der Unterseite des Einspannabschnitts über. Die zweite und die dritte Teilfläche der Unterseite des Einspannabschnitts können generell auch als linke und rechte Seitenfläche des Einspannabschnitts bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Schneideinsatzaufnahme eine Klemmfläche auf, welche unter einem Winkel kleiner 15° in Bezug auf die Halterlängsachse geneigt ist, wobei eine Oberseite des Klemmelements in montiertem Zustand des Werkzeugs an der Klemmfläche anliegt.
Das Klemmelement weist dazu vorzugsweise eine zweite Klemmelement auf, welche mit der in der Schneideinsatzaufnahme vorgesehenen Klemmelement korrespondiert. Diese, an der Oberseite des Klemmelements vorgesehene zweite Klemmfläche ist vorzugsweise ebenfalls unter einem Winkel kleiner 15° in Bezug auf die Längsachse des Klemmelements geneigt.
Eine derartige Neigung der beiden, miteinander korrespondierenden Klemmflächen hat insbesondere den Vorteil, dass es zwischen dem Klemmelement und dem Werkzeughalter zu einer sog. Selbsthemmung kommt. Diese Selbsthemmung führt dazu, dass das Klemmelement samt Schneideinsatz in vollständig montiertem Zustand des Werkzeugs sich nicht ohne weiteres von dem Werkzeughalter lösen lässt. Zur Realisierung dieser Selbsthemmung ist insbesondere ein Winkel im Bereich von 5°–10° erwünscht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schneideinsatz einen Einspannabschnitt auf, welcher in montiertem Zustand des Werkzeugs zumindest teilweise innerhalb der Schneideinsatzaufnahme angeordnet ist, sowie ferner einen Schneidkopf und einen den Einspannabschnitt mit dem Schneidkopf verbindenden Auskragarm auf, wobei der Auskragarm einen kleineren Querschnitt hat als der Einspannabschnitt.
Der Schneidkopf selbst kann je nach Anwendung individuell geformt sein. Ebenso ist die Länge des Auskragarms an die entsprechende Anwendung angepasst. Der vergrößerte Querschnitt des Einspannabschnitts im Vergleich zum Auskragarm ermöglicht eine extrem stabile Einspannung des Schneideinsatzes im Werkzeughalter.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Schneideinsatzaufnahme einen oberen Bereich zur Aufnahme des Klemmelements und einen unteren Bereich zur Aufnahme des Schneideinsatzes auf, wobei die Schneideinsatzaufnahme, quer zur Halterlängsachse betrachtet, in dem oberen Bereich einen größeren Querschnitt hat als in dem unteren Bereich.
Im oberen Bereich der Schneideinsatzaufnahme ist, wie oben bereits erwähnt, das Klemmelement angeordnet. Im unteren Bereich der Schneideinsatzaufnahme ist der Schneideinsatz angeordnet. Das Klemmelement hat daher vorzugsweise einen größeren Querschnitt als der Einspannabschnitt des Schneideinsatzes. Dies wirkt sich wiederum vorteilhaft auf die Stabilität des Plattensitzes aus. Quer- und Scherkräfte können somit wirksam aufgenommen werden, ohne dass es während der Bearbeitung eines Werkstücks zu einem unerwünschten Herauslösen des Schneideinsatzes und/oder des Klemmelements aus der Schneideinsatzaufnahme kommen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Befestigungselement eine Schraube, wobei das Klemmelement eine Durchgangsbohrung aufweist und der Werkzeughalter ein Innengewinde aufweist, in welches die Schraube in montiertem Zustand des Werkzeugs durch die Durchgangsbohrung hindurch eingreift.
Die Schraube ist in montiertem Zustand des Werkzeugs vorzugsweise parallel zur Halterlängsachse ausgerichtet.
Die Schraube lässt sich somit relativ einfach durch das Klemmelement hindurch in den Werkzeughalter einsetzen und festschrauben, um den Schneideinsatz mit Hilfe des Klemmelements im Werkzeughalter zu verklemmen. Das Klemmelement weist hierzu eine Bohrung auf, deren Bohrungsachse in montiertem Zustand vorzugsweise parallel zur Halterlängsachse ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Schraube ausgehend von einer ersten Seite des Klemmelements durch die Durchgangsbohrung hindurchgeführt, wobei das Werkzeug ferner ein Sicherungselement aufweist, welches auf der Schraube derart montierbar ist, dass es entlang der Längsachse der Schraube fixiert ist und in montiertem Zustand des Werkzeugs auf einer zweiten Seite der Durchgangsbohrung angeordnet ist, welche der ersten Seite des Klemmelements gegenüberliegt.
Dieses Sicherungselement ist vorzugsweise als Sicherungsring bzw. Sicherungsscheibe ausgestaltet. Das Sicherungselement hat die Funktion, das Klemmelement beim Rausdrehen bzw. Lösen der Schraube vom Werkzeughalter zu lösen. Ohne das Sicherungselement würde das Klemmelement ansonsten aufgrund der oben genannten Selbsthemmung im Werkzeughalter stecken blieben, was nicht gewünscht ist. Das Sicherungselement ist daher auf der dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Seite (zweite Seite) des Klemmelements angeordnet. Das Sicherungselement bietet insbesondere den Vorteil, dass sich die Kräfte über das Klemmelement und nicht über die Schraube abstützen, letztendlich das Klemmelement aber beim Lösen der Schraube herausgezogen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Schraube ein Schraubenkopf auf, wobei die im Klemmelement vorgesehene Durchgangsbohrung als Stufenbohrung ausgebildet ist und/oder derart angefast ist, dass der Schraubenkopf in montiertem Zustand des Werkzeugs vollständig im Klemmelement versenkt ist.
In eingespanntem Zustand des Werkzeugs ist die Schraube somit zwar zum Lösen frei zugänglich, jedoch kann diese nicht mit dem Werkstück oder anderen Elementen kollidieren, da sie vollständig im Werkzeughalter bzw. im Klemmelement versenkt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind das Klemmelement und der Werkzeughalter aus Stahl hergestellt, und der Schneideinsatz aus Hartmetall hergestellt. Hierdurch wird die Stabilität der Verbindung zwischen Werkzeughalter, Schneideinsatz und Klemmelement verbessert.
Der Werkzeughalter ist zumindest in einem die Schneideinsatzaufnahme umgebenden Bereich im Wesentlichen starr ausgebildet.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
2 eine Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
3 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
4 ein Längsschnitt des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
5 ein Längsschnitt des Werkzeughalters des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
6 ein Längsschnitt (6A) sowie Querschnitt (6B) des Schneideinsatzes des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
7 eine perspektivische Ansicht (7A) sowie ein Querschnitt (7B) des Klemmelements des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs; und
8 eine schematische Draufsicht von vorne auf das erfindungsgemäße Werkzeug gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels (8A), eines zweiten Ausführungsbeispiels (8B) und eines dritten Ausführungsbeispiels (8C).
Die 1–4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugs in einer perspektivischen Ansicht, einer Explosionsdarstellung, einer Seitenansicht, sowie in einer Längsschnittansicht. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die 1, 3 und 4 zeigen das Werkzeug 10 in seinem montierten Zustand.
Das Werkzeug 10 weist einen Werkzeughalter 12 und einen austauschbaren Schneideinsatz 14 auf, welcher mit Hilfe eines im Wesentlichen keilförmigen Klemmelements 16 im bzw. am Werkzeughalter 12 befestigbar ist. Das Klemmelement 16 wiederum wird mit Hilfe eines Befestigungselements 18 im bzw. am Werkzeughalter 12 befestigt.
Der Schneideinsatz 14 wird zwischen Klemmelement 16 und Werkzeughalter 12 eingeklemmt.
Der Werkzeughalter 12 erstreckt im Wesentlichen entlang einer Halterlängsachse 20 und weist an einem stirnseitigen Ende 22 eine Schneideinsatzaufnahme 24 auf (siehe 2 und 5). Wenngleich diese Aufnahme der Einfachheit halber vorliegend als ”Schneideinsatzaufnahme 24” bezeichnet wird, dient diese erfindungsgemäß nicht nur zur Aufnahme des Schneideinsatzes 14, sondern auch zur Aufnahme des Klemmelements 16.
Die Schneideinsatzaufnahme 24 ist in Form einer topfförmigen Ausnehmung in den Werkzeughalter 12 eingebracht. Diese topfförmige Ausnehmung bildet eine Art Sackloch im Werkzeughalter 12.
Der Begriff ”topfförmige Ausnehmung” wird vorliegend dazu verwendet, um klarzustellen, dass es sich bei der die Schneideinsatzaufnahme 24 bildenden Ausnehmung um eine Aushöhlung im Werkzeughalter 12 handelt, welche eine in Bezug auf die Halterlängsachse 20 umlaufende, geschlossene Umfangswand aufweist und zur Stirnseite 22 des Werkezughalters 12 hin offen ist. Die topfförmige Ausnehmung ist mit anderen Worten in den Werkzeughalter 12 eingebracht und wird ringsherum um die Halterlängsachse 20 vom Werkzeughalter 12 umgeben. Der Begriff ”topfförmige Ausnehmung” soll jedoch nicht auf eine spezielle Querschnittsform beschränkt sein. Der Querschnitt dieser Ausnehmung kann durchaus komplex geformt sein. Die als Schneideinsatzaufnahme 24 dienende topfförmige Ausnehmung besitzt zwar im Inneren des Werkzeughalters 12 einen Grund bzw. inneren Anschlag. Dieser Grund bzw. innere Anschlag muss jedoch keine geschlossene Wandung sein. Wie weiter unten noch erläutert wird, können sich bspw. eine oder mehrere Bohrungen im Inneren des Werkzeughalters 12 an die topfförmige Ausnehmung bzw. die Schneideinsatzaufnahme 24 anschließen.
Die Schneideinsatzaufnahme 24 weist einen oberen Bereich 26 und einen unteren Bereich 28 auf (siehe 5). Der obere Bereich 26 dient der Aufnahme des keilförmigen Klemmelements 16. Der untere Bereich 28 dient der Aufnahme des Schneideinsatzes 14. Beide Bereiche 26, 28 sind offen zueinander, also nicht durch Wandungen voneinander getrennt. Die beiden Bereiche 26, 28 bilden zusammen die vorher erwähnte topfförmige Ausnehmung im Werkzeughalter 12. Der obere Bereich 26 hat, quer zur Halterlängsachse 20 betrachtet, vorzugsweise einen größeren Querschnitt als der untere Bereich 28. Dementsprechend weist auch das Klemmelement 16 vorzugsweise einen größeren Querschnitt auf als der Schneideinsatz 14.
Der Schneideinsatz 14, welcher separat in einer Längsschnittansicht (siehe 6A) und einer Querschnittansicht (siehe 6B) gezeigt ist, weist einen Schneidkopf 30, einen Auskragarm 32 sowie einen Einspannabschnitt 34 auf. Mit dem Schneidkopf 30 wird das Werkstück bearbeitet. Der Schneidkopf 30 weist dazu eine oder mehrere Schneiden bzw. Schneidkanten 36 auf. Der Auskragarm 32 verbindet den Schneidkopf 30 mit dem Einspannabschnitt 34. Der Einspannabschnitt 34 dient der Einspannung des Schneideinsatzes 14 im Werkzeughalter 12.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 10 zeichnet sich im Wesentlichen durch die spezielle Art der Einspannung des Schneideinsatzes 14 im Werkzeughalter 12 aus. Zur Einspannung des Schneideinsatzes 14 wird erfindungsgemäß das Klemmelement 16 verwendet. Sowohl der Schneideinsatz 14 als auch das Klemmelement 16 werden als separate austauschbare Teile bereitgestellt, welche nicht fest bzw. dauerhaft miteinander verbunden sind.
Das im Wesentlichen keilförmige Klemmelement 16 lässt sich mit Hilfe des Befestigungselements 18 in der Schneideinsatzaufnahme 24 des Werkzeughalters 12 anbringen bzw. befestigen. Das Befestigungselement 18 ist vorzugsweise als Schraube ausgestaltet. Generell wären jedoch auch andere Arten von Befestigungselementen denkbar.
In montierten Zustand des Werkzeugs 10 ist das Klemmelement 16 oberhalb des Schneideinsatzes 14 in der Schneideinsatzaufnahme 24 angeordnet. Zur Befestigung des Klemmelements 16 und damit auch des Schneideinsatzes 14 im Werkzeughalter 12 wird die Schraube 18 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels durch das Klemmelement hindurch in den Werkzeughalter 12 eingeschraubt. Das Klemmelement 16 besitzt dazu eine Durchgangsbohrung 38, welche symmetrische zur Längsachse 40 des Klemmelements 16 verläuft (siehe 2, 7A und 7B). Die Schraube 18 greift dabei in ein Innengewinde 46 ein, welches im Inneren des Werkzeughalters 12 vorgesehen ist. Dieses Innengewinde 46 verläuft vorzugsweise parallel zur Halterlängsachse 20 (siehe 4). Dementsprechend ist auch die Schraube 18 in montiertem Zustand des Werkzeugs 10 parallel zur Halterlängsachse 20 ausgerichtet.
Das keilförmige Klemmelement 16 ist im Detail in den 7A und 7B in einer perspektivischen Ansicht sowie einer Schnittansicht dargestellt. Ausgehend von einem vorderen Ende 42 verjüngt sich das Klemmelement 16 in seiner Höhe senkrecht zur Längsachse 40 betrachtet zum hinteren Ende 44 hin keilförmig. An seiner Oberseite 48 weist es eine Planfläche 50 auf, welche mit einer im Werkzeughalter 12 bzw. in der Schneideinsatzaufnahme 24 vorgesehenen Planfläche 52 (siehe 5) korrespondiert und diese in montiertem Zustand des Werkzeugs 10 kontaktiert. Die Planflächen 50, 52 fungieren also als Klemmflächen. Zur Unterscheidung dieser beiden Flächen wird die zum Werkzeughalter 12 gehörige Fläche 52 vorliegend als erste Klemmfläche bezeichnet und die auf der Oberseite 48 des Klemmelements 16 vorgesehene Fläche 50 als zweite Klemmfläche bezeichnet. Beide Klemmflächen 50, 52 verlaufen vorzugsweise unter einem Winkel von kleiner 15° zur Längsachse 40 des Klemmelements 16 bzw. zur Halterlängsachse 20, besonders bevorzugt unter einem Winkel von 5°–10°. Dies führt zu einer Selbsthemmung.
Zum Lösen des Klemmelements 16 vom Werkzeughalter 12 ist zusätzlich ein Sicherungselement 72 vorgesehen, welches vorzugsweise als Sicherungsscheibe ausgestaltet ist. Diese Sicherungselement 72 lässt sich auf der Schraube 18 montieren, und zwar auf der Seite des Klemmelements 16, welche in montiertem Zustand dem Grund der Schneideinsatzaufnahme 24 zugewandt ist. Beim Lösen der Schraube 18 zieht das Sicherungselement 72 somit das Klemmelement 16 automatisch entgegen der Selbsthemmung aus der Schneideinsatzaufnahme 24 mit heraus.
Auf der der Oberseite 48 gegenüberliegenden Unterseite 54 weist das Klemmelement 16 eine längliche Vertiefung 56 auf, welche sich parallel zur Längsachse 40 des Klemmelements 16 erstreckt. Die Form dieser Vertiefung 56 ist an die Kontur der Oberseite 58 des Einspannabschnitts 34 des Schneideinsatzes 14 angepasst (vgl. 6B und 7B). Die Oberseite 58 des Einspannabschnitts 34 wie auch die in das Klemmelement 16 eingebrachte Vertiefung 56 sind im Querschnitt betrachtet gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel rund bzw. teilkreisförmig. Grundsätzlich sind an dieser Stelle jedoch auch elliptische, winklige oder prismatische Querschnittsformen denkbar, wie dies prinzipiell in den 8A–8C beispielhaft dargestellt ist. Die Oberseite 58 und die Vertiefung 56 können also unterschiedliche Querschnitte aufweisen, solange diese aneinander angepasst sind bzw. zumindest bereichsweise einander entsprechen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Einspannabschnitt 34 des Schneideinsatzes 14 eine im Wesentlichen tropfenförmige Querschnittsform (siehe 6B). Die Oberseite 58 des Einspannabschnitts 34 ist konvex gekrümmt. Die der Oberseite 58 gegenüberliegende Unterseite 60 des Einspannabschnitts 34 ist in drei Teilflächen 62, 64, 66 unterteilt. Die erste Teilfläche 62 liegt der Oberseite 58 gegenüber und ist ebenfalls konvex gekrümmt. Die zweite und die dritte Teilfläche 64, 66 liegen einander gegenüber und verbinden die Oberseite 58 mit der ersten Teilfläche 62. Diese zweite und dritte Teilflächen 64, 66 sind jeweils als Planflächen ausgestaltet. In montiertem Zustand des Werkzeugs 10 liegt der Einspannabschnitt 34 mit seiner Unterseite 60 vorzugsweise nicht vollflächig am Werkzeughalter 12 an. Die Anlage am Werkzeughalter 12 erfolgt über die beiden Planflächen 64, 66, wohingegen die erste Teilfläche 62 der Unterseite 60 keinen direkten Kontakt zum Werkzeughalter 12 hat. Die beiden Planflächen 64, 66 können sowohl vollflächig als auch lediglich linienförmig, also entlang einer Linie bzw. Gerade, am Werkzeughalter 12 bzw. den Innenwänden der topfförmigen Schneideinsatzaufnahme 24 anliegen.
In montiertem Zustand des Werkzeugs 10 ist das Klemmelement 16 vorzugsweise vollständig in der Schneideinsatzaufnahme 24 versenkt. Ebenso ist die Schraube 18 vorzugsweise vollständig im Klemmelement 16 versenkt. Die Durchgangsbohrung 38 des Klemmelements 16 ist dazu vorzugsweise als Stufenbohrung ausgestaltet. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, diese derart anzufasen, dass der Kopf der Schraube 18 vollständig im Klemmelement 16 versenkbar ist.
Den 4–6 lässt sich noch ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Werkzeugs 10 entnehmen. Dies betrifft eine interne Kühlmittelzufuhr vom Werkzeughalter 12 bis hin zum Schneidkopf 30 des Schneideinsatzes 14. Im Werkzeughalter 12 sind dazu mehrere, ineinander übergehende Kühlmittelbohrungen 68a, 68b, 68c vorgesehen. Die Kühlmittelbohrung 68c mündet derart in die Schneideinsatzaufnahme 24, dass das Kühlmittel in montiertem Zustand des Werkzeugs 10 aus dem Kühlmittelkanal 68c direkt in einen, im Inneren des Schneideinsatzes 14 vorgesehenen Kühlmittelkanal 70 übergeben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.phorn.co.uk/fileamin/user_upload/de/pdf/kataloge/alt/KPMINI100DE_gesamtkatalog.pdf [0002]

Claims

Werkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, mit: – einem Schneideinsatz (14) mit zumindest einer Schneide (36), – einem Werkzeughalter (12), welcher sich im Wesentlichen entlang einer Halterlängsachse (20) erstreckt und an einem stirnseitigen Ende (22) zur Aufnahme des Schneideinsatzes (14) eine Schneideinsatzaufnahme (24) aufweist, welche als topfförmige Ausnehmung im Werkzeughalter (12) ausgestaltet ist; – einem im Wesentlichen keilförmigen Klemmelement (16), welches zum Verklemmen des Schneideinsatzes (14) im Werkzeughalter (12) in der Schneideinsatzaufnahme (24) befestigbar ist, und – einem Befestigungselement (18) zum Befestigen des Klemmelements (16) in der Schneideinsatzaufnahme (24) und gleichzeitigen Verklemmen des Schneideinsatzes (14) im Werkzeughalter (12).
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei das Klemmelement (16) sich ausgehend von einem vorderen Ende (42) entlang einer Längsachse (40) des Klemmelements (16) hin zu einem hinteren Ende (44) erstreckt, wobei die Längsachse (40) des Klemmelements (16) in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) parallel zur Halterlängsachse (20) ausgerichtet ist und das hintere Ende (42) auf einen Grund der Schneideinsatzaufnahme (24) zuweist, und wobei sich das Klemmelement (16) in seiner Höhe senkrecht zur Längsachse (20) des Klemmelements (16) zum hinteren Ende (44) hin keilförmig verjüngt.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Klemmelement (16) derart an die Form der Schneideinsatzaufnahme (24) angepasst ist, dass es in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) vollständig im Werkzeughalter (12) versenkt ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schneideinsatz (14) einen Einspannabschnitt (34) aufweist, welcher in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) zumindest teilweise innerhalb der Schneideinsatzaufnahme (24) angeordnet ist, wobei eine Unterseite (60) des Einspannabschnitts (34) in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) am Werkzeughalter (12) anliegt und eine Oberseite (58) des Einspannabschnitts (34) in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) an einer Unterseite (54) des Klemmelements (16) anliegt.
Werkzeug nach Anspruch 4, wobei das Klemmelement (16) an seiner Unterseite (54) eine parallel zur Längsachse (40) des Klemmelements (16) verlaufende, längliche Vertiefung (56) aufweist, die in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) zumindest bereichsweise an der Oberseite (58) des Einspannabschnitts (34) des Schneideinsatzes (14) anliegt, und wobei die Oberseite (58) des Einspannabschnitts (34) des Schneideinsatzes (14) zumindest bereichsweise an die Form der länglichen Vertiefung (56) angepasst ist.
Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Oberseite (58) des Einspannabschnitts (34) des Schneideinsatzes (14) konvex gekrümmt ist, wobei die Unterseite (60) des Einspannabschnitts (34) des Schneideinsatzes (14) zumindest drei Teilflächen aufweist, eine erste konvex gekrümmte Teilfläche (62), welche der Oberseite (58) gegenüberliegt, sowie eine zweite und eine dritte Teilfläche (64, 66), welche einander gegenüberliegen, die Oberseite (58) mit der ersten Teilfläche (62) verbinden und als Planflächen ausgestaltet sind, mit der der Schneideinsatz (14) in montiertem Zustand des Werkzeugs am Werkzeughalter (12) anliegt.
Werkzeug nach Anspruch 6, wobei die erste Teilfläche (62) der Unterseite (60) des Einspannabschnitts (34) eine größere Krümmung hat als die Oberseite (58) des Einspannabschnitts (34).
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schneideinsatzaufnahme (24) eine Klemmfläche (52) aufweist, welche unter einem Winkel kleiner 15° in Bezug auf die Halterlängsachse (20) geneigt ist, wobei eine Oberseite (48) des Klemmelements (16) in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) an der Klemmfläche (52) anliegt.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schneideinsatz (14) einen Einspannabschnitt (34) aufweist, welcher in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) zumindest teilweise innerhalb der Schneideinsatzaufnahme (24) angeordnet ist, sowie einen Schneidkopf (30) und einen den Einspannabschnitt (34) mit dem Schneidkopf (30) verbindenden Auskragarm (32) aufweist, wobei der Auskragarm (32) einen kleineren Querschnitt hat als der Einspannabschnitt (34).
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schneideinsatzaufnahme (24) einen oberen Bereich (26) zur Aufnahme des Klemmelements (16) und einen unteren Bereich (28) zur Aufnahme des Schneideinsatzes (14) aufweist, und wobei die Schneideinsatzaufnahme (24), quer zur Halterlängsachse (20) betrachtet, in dem oberen Bereich (26) einen größeren Querschnitt hat als in dem unteren Bereich (28).
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselement (18) eine Schraube ist, wobei das Klemmelement (16) eine Durchgangsbohrung (38) aufweist und der Werkzeughalter (12) ein Innengewinde (46) aufweist, in welches die Schraube in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) durch die Durchgangsbohrung (38) hindurch eingreift.
Werkzeug nach Anspruch 11, wobei die Schraube ausgehend von einer ersten Seite des Klemmelements (16) durch die Durchgangsbohrung (38) hindurchgeführt wird, und wobei das Werkzeug ferner ein Sicherungselement (72) aufweist, welches auf der Schraube derart montierbar ist, dass es entlang der Längsachse der Schraube fixiert ist und in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) auf einer zweiten Seite des Klemmelements (16) angeordnet ist, welche der ersten Seite gegenüberliegt.
Werkzeug nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Schraube ein Schraubenkopf aufweist, und wobei die im Klemmelement (16) vorgesehene Durchgangsbohrung (38) als Stufenbohrung ausgebildet ist und/oder derart angefast ist, dass der Schraubenkopf in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) vollständig im Klemmelement (16) versenkt ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Schraube in montiertem Zustand des Werkzeugs (10) parallel zur Halterlängsachse (20) ausgerichtet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klemmelement (16) und der Werkzeughalter (12) aus Stahl sind, und der Schneideinsatz (14) aus Hartmetall ist.