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Schneidwerkzeug
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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit austauschbaren Schneideinsätzen,
die an einem Schneidkopf befestigbar sind.
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Sie bezieht sich insbesondere auf ein Fräswerkzeug sowie auf Einsätze
zur Verwendung bei solchen Schneidwerkzeugen.
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Das Fräsen von Werkstücken aus einem relativ weichen Material wie
Holz, Kunststoff und Aluminium, erfolgt gewöhnlich unter Verwendung von ein oder
mehreren sich drehenden Schneidwerkzeugen,
wobei ein oder mehrere
Schneideinsätze längs dessen Umfang befestigt sind und in Arbeitsstellung zum Werkstück
stehen.
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Die Konfiguration der mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Teile
der Schneideinsätze oder die kommulative Konfiguration von Schneideinsätzen bei
Verwendung einer Vielzahl von Schneidwerkzeugen bestimmt das am Werkstück gebildete
Profil.
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Demzufolge gibt es eine fast unbegrenzte Vielzahl von Schneideinsatzformen.
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Gewöhnlich,und wie nachfolgend im Detailnähererläutert wird, ist der
Schneideinsatz nahe dem Umfang eines Schneidwerkzeugs befestigt und wird an dem
Schneidwerkzeug durch Sitz in einer Ausnehmung an der gewünschten Stellung gehalten.
Die im Schneidkopf ausgebildete Ausnehmung entspricht der Form des Einsatzes.
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Da Schneideinsätze dieser Bauart im allgemeinen indizierbar ausgebildet
sind, um die Lebensdauer des Einsatzes zu vergrössern, müssen die Sitzbereiche und
freiliegenden Bereiche der Einsätze identisch ausgebildet werden, damit sie untereinander
austauschbar sind. Daher muss die in dem Schneidkopf ausgebildete Ausnehmung speziell
auf die jeweilige Einsatzkonfiguration abgestimmt sein. Für jede spezielle Schneideinsatzform
musste bislang somit ein entsprechendes Schneidwerkzeug mit geeignet geformter aufnehmender
Ausnehmung vorgesehen werden, und infolge hiervon musste ein Bereich von Schneidwerkzeugen
entsprechend dem gesamten Bereich an erforderlichen Schneideinsätzen bereitgestellt
werden. Ferner erfordert der Austausch der Schneideinsätze an einem Schneidwerkzeug
durch Einsätze anderer Konfiguration einen Austausch des gesamten Schneidwerkzeugs.
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Eine weitere, mit der konventionellen Befestigung der Schneideinsätze
an den Schneidköpfen verbundene Schwierigkeit beruht darin, dass die Einsätze nicht
ausreichend fest auf dem Schneidkopf angebracht waren, so dass die durch die hohe
Drehzahl des
Schneidwerkzeugs hervorgerufene Zentrifugalbeschleunigung
dazu führen konnte, dass der Schneideinsatz ausser Eingriff mit dem Schneidkopf
kam,und damit diese Art der Befestigung die potentielle Gefahr für Verletzung und
Beschädigung beinhaltet.
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Per Gesetz wird in wenigstens einem Land gefordert, dass ein Haltestift
im Schneidkopf vorgesehen wird, der sich in eine im Schneideinsatz ausgebildete
Ausnehmung erstreckt und ein Abfallen des Schneideinsatzes verhindert, wenn dieser
sich in einem losen Befestigungszustand befindet. In der Praxis ist die im Schneideinsatz
vorgesehene Ausnehmung beträchtlich grösser als der Stift,# so dass der Stift nur
als Sicherheitseinrichtung wirkt und keinen Beitrag hinsichtlich der Ausrichtung
des Einsatzes liefert. Die Ausrichtfunktion wird in jedem Fall bislang von der zuvor
beschriebenen Sitzausnehmung vorgenommen.
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Zusammengefasst zeigen die bekannten Vorrichtungen zum Befestigen
bzw. Anbringen von untereinander austauschbaren Schneideinsätzen an Schneidköpfen#zwei
Nachteile: für Schneideinsätze mit anderer als rechteckförmiger Konfiguration muss
der Schneidkopf speziell auf die Form des Schneideinsatzes abgestimmt sein.
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Durch die Sitzanordnung ist keine versagenssichere Befestigung des
Schneideinsatzes geschaffen, was zu der weiteren Notwendigkeit führt, dass eine
Kombination aus Haltestiftu.diesbezügl.
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Ausnehmung -vorzusehen ist.
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Ein mehrteiliges Befestigungssystem für indizierbare Einsätze wird
in der US-Patentschrift 3 121 939 vorgeschlagen und weist eine relativ komplizierte
Vorrichtung auf, die Eindreher enthält, die in Eingriff mit Ausnehmungen sowohl
im Schneidkopf als auch Einsatz stehen. Die Vorrichtung erscheint schwerfällig und
offensichtlich keine Annahme auf dem Markt gefunden zu haben.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Befestigungsanordnung für
Schneideinsätze geschaffen werden, bei der es nicht erforderlich ist, dass der Schneidkopf
speziell auf jede einzelne Schneideinsatzkonfiguration abgestimmt wird. Die Befestigungsanordnung
soll vielmehr universell für Schneideinsätze unterschiedlicher Formen verwendbar
sein, so dass ein einzelner Schneidkopf für eine Vielzahl von unterschiedlich gestalteten
Schneideinsätzen vorgesehen werden braucht. Als Folge hiervon lässt sich eine grosse
Kosteneinsparung infolge der verringerten Anzahl an bereitzuhaltenden Schneidköpfen
erhalten. Desweiteren kann der Austausch von Schneideinsätzen einer Form durch Einsätze
mit einer anderen Form ohne Austausch des Schneidkopfes häufig erfolgen und somit,
ohne dass der Schneidkopf von der Fräsmaschine entfernt werden muss.
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Das erfindungsgemässe Schneidwerkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass
auf dem Schneideinsatz wenigstens ein erstes Lokalisierungselement ausgebildet ist
und dass der Werkzeuggrundkörper ein Befestigungsauflagerfür den Schneideinsatz
bildet, auf dem Schneideinsätze mit unterschiedlichen Umfangsformen und Abmessungen
befestigbar sind, und auf dem wenigstens ein zweites Lokalisierungselement ausgebildet
ist, wobei das erste und das zweite Lokalisierungselement so gestaltet sind, dass
sie ineinander einsetzbar sind, so dass der Einsatz und das Auflager in einer bestimmten
gewählten, relativen Ausrichtung zueinander festgelegt sind, und eine relative Verschiebung
zwischen Einsatz und Auflager verhindert ist, wenn Einsatz und Auflager fest miteinander
verklemmt sind.
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Desweiteren ist erfindungsgemäss ein Schneideinsatz vorgesehen, der
in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Befestigungsauflager verwendet wird. Desweiteren
ist ein Befestigungsauflager
vorgesehen, das in Verbindung mit
dem zuvor beschriebenen Schneideinsatz verwendet wird.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass hebelartige Klemmeinrichtungen vorgesehen sind, wobei jede Klemmeinrichtung
enthält: einen Schwenkbereich, der in einer im Grundkörper des Schneidwerkzeugs
ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist, einen ersten, mit dem Schneideinsatz in
Eingriff stehenden Arm, einen zweiten Arm und eine Gewindeschraubeinrichtung, die
drehbar in einer Gewindeausnehmung im Grundkörper des Schneidwerkzeugs gehalten
und unter dem zweiten Arm angeordnet ist, wobei die Schraubeinrichtung aus der Gewindeausnehmung
einstellbar herausbewegbar ist, um den zweiten Arm abzulenken und damit die Klemmeinrichtung
zu verschwenken, wodurch auf den Schneideinsatz ein Klemmdruck ausgeübt wird, der
den Einsatz gegen die Auflagefläche klemmt.
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Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
das erste Lokalisierungselement ein oder mehrere Vorsprünge in Form von z.B Zylindern,
Vierecken, Dreiecken oder anderen quadratischen, abgeschrägten oder sonstwie konditionierten
Konfigurationen auf, und besitzt das zweite Lokalisierungselement Ausnehmungen,
die dem ersten Lokalisierungselement entsprechen und mit diesem dergestalt zusammenwirken,
dass zwischen den Lokalisierungselementen eine genaue ineinanderpassende Eingriffnahme
vorliegt.
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Eine alternative Weite#rbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass die ersten Lokalisierungselemente Ausnehmungen und die zweiten Lokalisierungselemente
Vorsprünge aufweisen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäss aufgebautes und
arbeitendes Schneidwerkzeug, Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht
mit Darstellung der Eingriffnahme eines Schneideinsatzes mit der Befestigungsfläche
des in Fig. 1 gezeigten Schneidwerkzeugs, Fig. 3 eine Ausführung der Lokalisierelemente
auf einem Schneideinsatz, Fig. 4 eine andere Ausführung der Lokalisierungselemente
auf einem Schneideinsatz.
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In Fig.1 ist ein Schneidwerkzeug 10 mit einem Werkzeuggrundkörper
11 gezeigt, der auf einer nicht gezeigten Welle befestigt werden kann. Die Welle
lässt sich durch die Befestigungsöffnung 12 im Grundkörper einsetzen, so dass das
Werkzeug um die Achse der Welle in einer allgemein durch den Pfeil 14 angegebenen
Richtung gedreht werden kann.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel für das Schneidwerkzeug und
wie bei den meisten konventionellen Fräswerkzeugen zum Einsatz bei relativ weichem
Material, wie Holz, Kunststoff, Aluminium oder anderen relativ weichen Metallen,
ist ein Paar Schneideinsätze 16 entfernbar an den gegenüberliegenden Umfangskanten
des Schneidwerkzeuges gegen betreffende Halteauflager 28 befestigt. Die Schneideinsätze
16 weisen jeweils eine Schneidfläche 18, eine Umfangsfläche 26 unter einem Freiwinkel
zum Umfang
des Werkzeugs und eine Schneidkante 22 auf.
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Die Schneideinsätze 16 werden auf den Auflagern 28 mittels mit Hebeln
versehenen Klemmeinrichtungen 30 und 32 befestigt.
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Die Klemmeinrichtungen 30 und 32 weisen jeweils einen ersten Arm 42
auf, der eine Druckfläche 44 zur Eingriffnahme mit dem Schneideinsatz 16 bildet,
und einen zweiten Arm 46. Die Rlemmeinsätze sind drehbar auf dem Werkzeuggrundkörper
11 mittels betreffender Schwenkbereiche 34 und 36 gehalten, die in den zugehörigen
und im Werkzeuggrundkörper ausgebildeten Ausnehmungen 38 und 40 sitzen.
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In der teilweise auseinandergezogenen Ansicht nach Fig. 2 ist weiter
im Detail die sichere feste, ausrichtende Anordnung des Schneideinsatzes 16 auf
dem Befestigungsauf lager 28 wiedergegeben. Diese sichere Befestigung wird durch
Vorsehen von einem zusammenwirkenden Satz von lokalisierenden Vorsprüngen 64 und
Ausnehmungen 66 an der betreffenden unteren Oberfläche 60 des Einsatzes 16 und an
der dieser zugewandten Oberfläche 62 des Auflagers 28 gewährleistet. Bei dem in
Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Vorsprünge 64 die Form eines Kreuzes
und sind gestrichelt wiedergegeben. Wenn der Schneideinsatz 16 auf dem Auflager
18 so angeordnet wird, dass die Flächen 60 und 162 aufeinander zu liegen kommen,
sitzen die Vorsprünge 64 in den entsprechenden, damit zusammenwirkenden und an der
Oberfläche 62 ausgebildeten Ausnehmungen 66. Die miteinander zusammenwirkenden Vorsprünge
und Ausnehmungen können irgendeine Konfiguration haben, die in nicht zweideutiger
Weise in der durch die Flächen 60 und 62 definierten Ebene die relative Lage von
Einsatz und Befestigungsauflager in ein oder mehreren ausgewählten indexmässig veränderbaren
Relativausrichtungen
festlegt. Wie ferner aus Fig. 3 und 4 hervorgeht,
kann die Anordnung aus Vorsprüngen 64 eine Vielzahl von Formen, wie Kreuze, Zylinder,
kegelstumpfförmigen Abschnitten und dergleichen haben. Eine entsprechende Anordnung
an Ausnehmungen 66 ist so ausgebildet, dass sie sicher zu den entsprechenden Vorsprüngen
passt und eine sichere Befestigung schafft, die im wesentlichen keine Relativbewegung
oder Drehung zwischen Schneideinsatz 16 und Auflager 18 in der durch die Flächen
60 und 62 definierten Ebene ermöglicht, solange die einander zugewandten Flächen
60 und 62 miteinander verklemmt sind. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung
brauchen die Flächen 60 und 62 nicht flach zu sein, sondern können irgendeine geeignete
Konfiguration haben, die eine sichere feste Anbringung von einem Schneidwerkzeug
ermöglicht.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sind die Schneideinsätze 16 zumeist
universell so ausgelegt, dass sie schrittweise verdreht werden können und somit
wenigstens zwei Schneidkanten haben, die längs des Umfangs des Einsatzes ausgebildet
sind.
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Die Vorsprünge 64 und zugehörigen Ausnehmungen 66 sind daher so ausgerichtet,
dass ein index-oder schrittweises Verdrehen des Schneideinsatzes 16 in Bezug auf
das Befestigungsauflager 28 möglich ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können anstelle der
an den Schneideinsätzen vorgesehenen Vorsprünge 64 und an der Auflagerfläche 62
vorgesehenen Ausnehmungen die Vorsprünge an der Fläche 62 und die damit zusammenwirkenden
Ausnehmungen an der unteren Oberfläche 60 der Schneideinsätze 16 ausgebildet sein.
Als weitere Alternative kann sowohl die untere Oberfläche des Schneideinsatzes 60
und die Oberfläche 62
eine Kombination von Ausnehmungen und Vorsprüngen
aufweisen, die so angeordnet sind, dass eine genaue und nicht zweideutige Lokalisierung
von einem Schneideinsatz an der Auflagerfläche 62 in einer der beabsichtigten indexierbaren
Einsatzstellungen möglich ist.
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Wie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt, ist der Schwenkbereich
36 der Klemmeinrichtung 30 drehbar in einer Ausnehmung 40 im Grundkörper des Werkzeugs
10 aufgenommen. Nahe der Ausnehmung 40 ist eine Schraubenfeder 50 vorgesehen, die
in einer flachen Ausnehmung 55 in einer freien Oberfläche 48 des Werkzeuggrundkörpers
sitzt und von der Ausnehmung nach oben absteht. Eine Schraube 52 ist so angeordnet,
dass sie vollkommen in einer Fassung 53 im Grundkörper des Werkzeugs 10 eingesetzt
werden kann. Ein Herausragen des Schraubenkopfes 52 über die Fläche 48 hinaus erfolgt
durch Drehen der Schraube. Der Zugang zum Schraubenkopf'der unter dem Arm 46 liegt,
erfolgt über eine Zugangsöffnung 47 im Arm 46. Wenn die Schraube 52 voll in der
Fassung 53 sitzt, drückt die Feder 50 den Arm 42 der Klemmeinrichtung 30 weg von
der Oberfläche 62, so dass der Einsatz 16 zum Zwecke der indexmässigen Verdrehung
oder des Austausches zugänglich wird. Eine Drehung der Schraube 52 drückt den Arm
46 weg von der zugewandten Oberfläche 48, wodurch die Klemmeinrichtung 30 in der
Ausnehmung 40 gegen die Kraft der Feder 50 verdreht wird und damit die Fläche 44
am Arm 42 in Berührung mit dem Einsatz 16 kommt und diesen in Eingriff mit dem Auflager
28 festhält.
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Ein Hauptmerkmal der erfindungsgemäss aufgebauten und arbeitenden
Befestigungsvorrichtung liegt in der relativen Universalität des Werkzeuggrundkörpers
10 und insbesondere der
Auflagerfläche 62 des Befestigungsauflagers
58. Eine grosse Vielzahl von unterschiedlich gestalteten Schneideinsätzen 16 kann
untereinander vertauschbar befestigt und sicher in Eingriff mit dem Auflager 28
gehalten werden, vorausgesetzt, dass ihre grundsätzliche Umfangskonfiguration der
Umfangskonfiguration der Fläche 62 entspricht. Wie zuvor erwähnt, stammt diese Universalität
aus dem Umstand, dass im Gegensatz zu bekannten Befestigungsvorrichtungen,bei denen
ein Schneideinsatz in einer Ausnehmung gehalten wird, die entsprechend der wirksamen
Umfangsgestalt des Schneideinsatzes ausgelegt ist, bei der Erfindung der Schneideinsatz
abgestützt auf einer im wesentlichen undefinierten Oberfläche an seinem inneren
Ende und nicht gegen eine vorbestimmte genau definierte Ausnehmung gehalten wird.
Die genaue Lokalisierung des Schneideinsatzes auf der Oberfläche erfolgt durch die
zusammenwirkenden und ineinanderpassenden Vorsprünge und Ausnehmungen, die für einen
weiten Bereich von Schneideinsätzen unabhängig von deren Arbeitskonfigurationen
standardisiert werden können. Die zuvor beschriebene Befestigungsvorrichtung schafft
ferner eine extrem sichere und lösbare Halterung für den Schneideinsatz, die'wie
zuvor erwähnt, aus Gründen der Sicherheit, insbesondere beimHochgeschwindigkeitsfräsenEerforderlich
ist.
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Für den Fachmann versteht es sich, dass die vorausgehend beschriebenen
und gezeigten speziellen Ausführungsbeispiele für die Lokalisierelemente lediglich
exemplarischer Natur sind und dass alternative Ausführungsformen der Erfindung andere
Arten an lösbaren Lokalisiereinrichtungen enthalten können, die nicht aus einer
Kombination von Ausnehmungen und Vorsprüngen bestehen. In gleicher Weise sind die
Konfigurationen
der gezeigten und beschriebenen Schneideinsätze
nur exemplarisch für eine grosse Vielzahl von Einsätzen, die für eine grosse Vielzahl
von Anwendungsfällen auf Werkstücke mit in grossem Umfang sich ändernden Härten
und Eigenschaften geeignet sein können.