DE3812150A1

DE3812150A1 - Spiralverzahntes zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: DE3812150A1
Application number: DE3812150A
Authority: DE
Inventors: Amram Dotany
Original assignee: Individual
Current assignee: Dotany Amram Kfar Sava Il Cohen Abraham Hod H
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1989-09-14
Also published as: DE8817033U1; IL85606A; US5083887A; IL85606A0

Description

Die Erfindung betrifft ein spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug, insbesondere mit Spiralreihen von Schneideinsätzen, die demontierbar an in das Schneidwerkzeug eingeformten Sitzen angebracht sind.

Die herkömmlichen spiralverzahnten Schneidwerkzeuge dieses Typs weisen üblicherweise eine Mehrzahl von Spiralreihen von Schneideinsätzen auf, bei denen der Steigungswinkel der Spirale zwischen 10° und 25° liegt und damit relativ klein ist und bei denen die Schneidkante eines jeden Einsatzes in axialer Richtung im Abstand von der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes angeordnet ist. Deshalb sind die Einsätze einer jeden Spirale in gestaffelter Anordnung zueinander angebracht, so daß zwei (oder mehr) Reihen von Einsätzen erforderlich sind, um eine vollständige Schneide zu bilden. Demgemäß bildet ein Zerspanungswerkzeug mit vier Spiralreihen von Schneideinsätzen zwei wirkungsmäßig vollständige Schneiden.

In solchen herkömmlichen Zerspanungswerkzeugen befinden sich die Schneidkanten der Einsätze nur zu einem geringen Teil der von dem Werkstück umschlossenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges mit dem Werkstück in direktem Kontakt. So befinden sich zum Beispiel bei einem herkömmlichen spiralverzahnten Zerspanungswerkzeug mit vier Spiralreihen von Einsätzen und einem Steigungswinkel der Spirale von 15° die Schneidkanten der Einsätze nur zu etwa 25% der insgesamt von dem Werkstück umschlossenen halbzylindrischen Fläche des Zerspanungswerkzeuges während des Zerspanungsvorganges in direktem Kontakt mit dem Werkstück. Dies hat bedeutende Erschütterungen, Rattern und Schwingungen während des Schneidvorganges zur Folge. Ferner gestattet dies nur eine geringe Produktionsrate, da diese von der Anzahl der wirksamen vollständigen Schneiden eher beeinflußt wird als von der Anzahl der Spiralreihen von Schneideinsätzen des Werkzeuges.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug bereitzustellen, welches Vorteile in den oben angeführten Hinsichten aufweist.

Gemäß der Erfindung wird ein spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug bereitgestellt, das mit einer Mehrzahl von viereckigen Schneideinsätzen versehen ist, die demontierbar an in das Zerspanungswerkzeug eingeformten Sitzen angebracht sind, und das insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schneideinsätze in einer Spiralreihe angeordnet sind, in welcher die Schneidkante eines jeden Einsatzes, gesehen in Umfangsrichtung, im Abstand zu dem Sitz des nächstbenachbarten Einsatzes angeordnet ist und sich in axialer Richtung mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes überlappt, derart daß die Schneidkanten der Einsätze zusammen eine kontinuierliche, nicht unterbrochene Schneidlinie gestuften Verlaufs bilden. Diese Anordnung ist auch von bekannten Zerspanungswerkzeugen zu unterscheiden, die dreieckige Schneideinsätze mit einander axial überlappenden Schneideinsätzen aufweisen.

Diese Anordnung muß von den bestehenden, herkömmliche viereckige Einsätze verwendenden Zerspanungswerkzeugen unterschieden werden, bei welchen die Schneidkante eines jeden Einsatzes axial im Abstand von dem Sitz des benachbarten Einsatzes angeordnet ist.

Wie weiter unten beschrieben wird, gestattet die neuartige Anordnung, daß die Schneideinsätze derart angeordnet und dimensioniert sein können, daß sich ihre Schneidkanten während des Zerspanungsvorganges zu einem sehr hohen Prozentsatz der jeweils von dem Werkstück umgriffenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges mit dem Werkstück in direktem Kontakt befinden. Beispielsweise befinden sich bei einer herkömmlichen Konstruktion die Schneidkanten der Einsätze zu etwa 25% der von dem Werkstück jeweils umgriffenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges mit dem Werkstück in direktem Kontakt, und bei einem gemäß der Erfindung konstruierten Zerspanungswerkzeug kann dieser Prozentsatz ohne größere Umstände auf etwa 85% der von dem Werkstück jeweils umgriffenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges gesteigert werden. Infolge dieser großen Kontaktfläche der Schneidkanten mit dem Werkstück werden Erschütterungen, Rattern und Schwingungen wesentlich reduziert. Außerdem erlaubt diese Anordnung eine höhere Produktionsrate durch ein größeres Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit.

Diese Anordnung hat auch bedeutende Vorteile gegenüber den bekannten Zerspanungswerkzeugen mit dreieckigen Einsätzen, deren Schneidkanten sich in axialer Richtung überlappen. Bei dieser bekannten Anordnung mit dreieckigen Einsätzen sind die Einsätze verhältnismäßig wenig widerstandsfähig, insbesondere an ihren Ecken, wodurch sie leicht brechen oder splittern. Die Anordnung nach der Erfindung liefert jedoch durch Verwenden viereckiger (z. B. quadratischer oder rhombenförmiger) Einsätze, die jeweils an den gegenüberliegenden Enden der axialen Schneidkante zwei zueinander parallele, sich radial erstreckende Kanten aufweisen, welche sich mit den radialen Kanten des benachbarten Einsatzes überlappen, eine wesentlich widerstandsfähigere Struktur.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Zerspanungswerkzeug liefert darüberhinaus auch noch dadurch eine Anzahl weiterer wichtiger Vorteile gegenüber Zerspanungswerkzeugen mit festen Schneidkanten, daß der Span eine reduzierte Breite aufweist (entsprechend der Breite der Schneideinsätze), wodurch eine geringere Axialkraft auf das Zerspanungswerkzeug ausgeübt wird wie auch eine einfachere Reparatur und Instandhaltung des Zerspanungswerkzeuges ermöglicht wird, da im Bedarfsfalle nur die Schneideinsätze anstatt des gesamten Zerspanungswerkzeuges ausgewechselt werden müssen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden die Einsätze bevorzugt einen Steigungswinkel der Spirale von 40-60°, was bei den herkömmlichen Zerspanungswerkzeugen, deren Schneideinsätze gestaffelt angeordnet sind, nicht anzutreffen ist. Ein derart großer Steigungswinkel gestattet eine höhere Produktionsrate.

Gemäß einem weiteren Merkmal der weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Schneidkanten der Schneideinsätze einen Neigungswinkel von 8-12°, bevorzugt einen Neigungswinkel von etwa 10°, mit der Längsachse des Werkzeuges. Zusätzlich bilden die Schneidkanten eines jeden Schneideinsatzes einen Kippwinkel von 15-35° mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes.

Vorzugsweise sind die Schneideinsätze vom einseitigen Typ, bei dem jeder Schneideinsatz auf der einen Seite mit jeweils vier Schneidkanten und auf der anderen Seite mit einer Grundfläche versehen ist und an seinen vier Seitenflächen ausgehend von den Schneidkanten zu der Grundfläche hin nach innen abgeschrägt ist; und der Abschrägungswinkel beträgt bevorzugt 7-15°. Die Erfindung kann jedoch auch vorteilhaft mit Schneideinsätzen vom doppelseitigen Typ angewendet werden, wobei auf jeder Seite der Schneideinsätze jeweils vier Schneidkanten ausgebildet sind und die Schneidkanten der einen Seite mit den Schneidkanten der anderen Seite über vier geradstehenden Flächen miteinander verbunden sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Die Erfindung wird hierin anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, worin:

Fig. 1 eine gemäß der Erfindung konstruierte Ausführungsform eines spiralverzahnten Zerspanungswerkzeugs veranschaulicht, wobei das Zerspanungswerkzeug eine Linksspirale zum rechtsläufigen Zerspanen aufweist;

Fig. 2 eine Teilansicht darstellt, die ein ähnliches Werkzeug veranschaulicht, welches jedoch mit einer Rechtsspirale zum rechtsläufigen Zerspanen versehen ist;

Fig. 3 eine Stirnansicht darstellt, die die Anordnung der Schneideinsätze in dem Zerspanungswerkzeug nach Fig. 1 graphisch veranschaulicht;

Fig. 4 in einer Abwicklung die Schneideinsätze eines herkömmlichen spiralverzahnten Zerspanungswerkzeuges darstellt, und in Fig. 4a in Form eines Diagramms der relativ geringe Prozentsatz veranschaulicht ist, zu dem sich die Schneidkanten eines derartigen Zerspanungswerkzeugs in direktem Kontakt mit dem das Zerspanungswerkzeug jeweils umgreifenden Werkstück befindet, und

Fig. 5 in einer Abwicklung die Schneideinsätze eines gemäß der Erfindung konstruierten spiralverzahnten Zerspanungswerkzeuges nach Fig. 1 darstellt, und Fig. 5a in Form eines Diagramms den relativ hohen Prozentsatz veranschaulicht, zu dem sich die Schneidkanten in direktem Kontakt mit dem das Zerspanungswerkzeug jeweils umgreifenden Werkstück während des Zerspanungsvorgangs befinden.

In Fig. 1 ist ein spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug 2 dargestellt, das eine Mehrzahl von Reihen von Schneideinsätzen 4 aufweist, die demontierbar mit Schrauben 6 an in das Zerspanungswerkzeug eingeformten Sitzen 8 angebracht sind. Bevorzugt wird eine Distanzscheibe 10 zwischen der Grundfläche eines jeden Einsatzes 4 und seinem entsprechenden Sitz 8 eingesetzt. Ebenso ist eine Kühlbohrung 12 durch das Zerspanungswerkzeug hindurch und an den Sitz 8 angrenzend ausgebildet, um die während des Zerspanungsvorgangs erzeugte Wärme abzuleiten.

Die Schneideinsätze 4 weisen alle eine identische Form auf. Sie haben eine viereckige Gestalt, bevorzugterweise quadratisch, können aber auch rhombenförmig sein. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sie vom einseitigen positiven Typ, wobei auf einer Seite der Schneideinsätze jeweils vier Schneidkanten 4 a und auf der anderen Seite eine Grundfläche 4 b ausgebildet sind und die vier Seitenwände 4 c ausgehend von den Schneidkanten 4 a zu der Grundfläche 4 b hin nach innen abgeschrägt sind. Bevorzugt beträgt der Abschrägungswinkel 7 bis 15°. Obwohl Fig. 1 die Schneideinsätze 4 des einseitigen Typs darstellt, kann auch der doppelseitige Typ angewendet werden, bei dem auf jeder Seite der Schneideinsätze jeweils vier Schneidkanten ausgebildet sind und die Schneidkanten der einen Seite mit den Schneidkanten der anderen Seite über 4 geradstehenden Flächen miteinander verbunden sind.

In Fig. 5 sind die Seiten der Einsätze, die vier Schneidkanten 4 a aufweisen, deutlicher veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß die wirksame Schneidkante, die mit 4 a-1 gekennzeichnet ist, sich in axialer Richtung des Zerspanungswerkzeugs erstreckt und an ihren gegenüberliegenden Enden von zwei zueinander parallelen, sich radial erstreckenden Kanten 4 a-2, 4 a-3 begrenzt wird. Es ist auch ersichtlich, daß sich die radial verlaufenden Kanten 4 a-2, 4 a-3 eines jeden Einsatzes mit den sich radial erstreckenden Kanten der jeweils benachbarten Einsätze überlappen. Wie ebenso in Fig. 5 und auch in Fig. 1 dargestellt ist, ist die wirksame Schneidkante eines jeden Einsatzes in Umfangsrichtung mit Abstand zu dem jeweiligen Sitz 8 der benachbarten Einsätze versetzt angeordnet und die wirksame Schneidkante 4 a-1 überlappt sich in axialer Richtung mit der wirksamen Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes. Die Überlappung in axialer Richtung ist in Fig. 1 durch das Maß "A" charakterisiert und der Abstand in Umfangsrichtung durch das Maß "B".

Durch diese Anordnung der Schneideinsätze wird eine durchgehende, ununterbrochene Schneidlinie mit gestuftem Verlauf und mit einem Steigungswinkel "HA" festgelegt, der in diesem Falle 45° beträgt.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bilden die Schneidkanten 4 a einen Neigungswinkel "IA" von 8-12°, bevorzugt von etwa 10°, mit der Längsachse 14 des Zerspanungswerkzeuges. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, bildet die Schneidkante 4 a eines jeden Einsatzes einen Kippwinkel "TA" von 15-35° mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes. Der gewählte Neigungswinkel "IA" und der gewählte Kippwinkel "TA" hängen größtenteils von dem zu zerspanenden Material ab. Beispielsweise kann der Neigungswinkel "IA" einen Betrag von etwa 10° haben und der Kippwinkel "TA" einen Betrag von etwa 25°.

Fig. 2 veranschaulicht ein spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug ähnlicher Konstruktion wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Schneideinsätze derart angeordnet sind, daß sie eine rechtsgängige Spirale von 45° zum rechtsläufigen Zerspanen anstatt einer linksgängigen Spirale (ebenso von 45°) zum rechtsläufigen Zerspanen bilden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Einige wichtige Vorteile, die durch das spiralverzahnte Zerspanungswerkzeug nach der Erfindung gegenüber den bereits bekannten Werkzeugen erreicht werden, sind durch den Vergleich der sich auf herkömmliche Konstruktionen beziehenden Diagramme der Fig. 4 und 4a mit den Fig. 5 und 5a ersichtlich, die sich auf eine erfindungsgemäße Werkzeugkonstruktion, wie sie in Fig. 1 (oder Fig. 2) dargestellt ist, beziehen. Die Fig. 4 und 5 stellen eine zweidimensionale Abwicklung der Schneideinsatzanordnung eines herkömmlichen Werkzeugs bzw. des neuartigen Werkzeuges nach Fig. 1 dar und die Fig. 4a und 5a stellen Diagramme des Prozentsatzes der von dem Werkstück jeweils umgriffenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges dar, die sich mit dem Werkstück in direktem Kontakt befindet. In beiden Fällen beträgt die Zerspanungstiefe 40 mm, die mit dem Maß "C" bezeichnet ist.

Ein herkömmliches Zerspanungswerkzeug, wie in Fig. 4 und 4a dargestellt, weist vier Spiralreihen H₁-H₄ von Schneideinsätzen 14 auf, wobei die Schneideinsätze jeder Reihe in Umfangsrichtung im Abstand voneinander und zu diesen gestaffelt angeordnet ist, so daß jeweils zwei Reihen von Einsätzen zusammen eine wirksame Schneidlinie bilden; also die vier Reihen von Einsätzen 14 in Fig. 4 zwei Schneidlinien bilden. In Fig. 4 hat jede Spirale einen Steigungswinkel von 15°.

In der neuartigen Konstruktion gemäß Fig. 1, die durch die Diagramme von Fig. 5 und 5a veranschaulicht wird, ist jeder der Schneideinsätze 4 in Umfangsrichtung mit dem Abstand "B" (siehe Fig. 1) von dem Sitz des nächstbenachbarten Einsatzes angeordnet und überlappt sich axial um das Maß "A" (siehe Fig. 1) mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschrieben wurde. In diesem Beispiel liegen drei Spiralen Ha-Hc vor, wobei jede einen Steigungswinkel von 45° aufweist. Der Durchmesser "D" der Zerspanungswerkzeuge beträgt in beiden Fällen 40 mm.

Während des Zerspanungsvorganges umgreift das Werkstück das Zerspanungswerkzeug 2 jeweils um die Hälfte von dessen äußeren Mantelfläche, wie in den Fig. 4a bzw. 5a dargestellt ist. Der schraffierte Teil von Fig. 4a veranschaulicht den Anteil der Schneidkanten der Schneideinsätze 14, die sich bei Verwenden eines herkömmlichen Werkzeugs nach Fig. 4 während des Zerspanungsvorganges jeweils in direktem Kontakt mit dem Werkstück befinden, wohingegen der schraffierte Teil in Diagramm 5 a den Anteil der Schneidkanten veranschaulicht, der sich bei Benutzen des in Fig. 1 (oder Fig. 2) dargestellten und durch Diagramm 5 veranschaulichten Zerspanungswerkzeugs jeweils in direktem Kontakt mit dem Werkstück befinden.

Demgemäß ist ersichtlich, daß bei Verwenden eines herkömmlichen Zerspanungswerkzeuges die Schneidkanten der drei Einsätze 14 der ersten Spiralreihe H₁ sich nur über einen Winkel von 18° mit dem Werkstück im Kontakt befinden, wohingegen die Schneideinsätze der Spiralreihe H₂ sich über einen Winkel von 25° mit dem Werkstück im Kontakt befinden. Infolgedessen befinden sich die Schneidkanten des Zerspanungswerkzeugs, das jeweils um 180° von dem Werkstück umgriffen wird, insgesamt nur über einen Winkel von 43° im Kontakt, was näherungsweise 25% des Gesamtwinkels von 180° ausmacht.

In der überlappenden Anordnung der Schneideinsätze, wie in Fig. 1 dargestellt und durch das Diagramm von Fig. 5 veranschaulicht, befinden sich die Schneideinsätze 4 der Spirale H _a zu näherungsweise 100° in direktem Kontakt mit dem Werkstück und von den verbleibenden 80°, um die das Zerspanungswerkzeug von dem Werkstück umgriffen wird, befinden sich die Schneidkanten der Schneideinsätze der Spirale H _b zu näherungsweise 53° mit dem Werkstück in direktem Kontakt. Infolgedessen befinden sich die Schneidkanten des um 180° von dem Werkstück umgriffenen Zerspanungswerkzeugs zu insgesamt 153° in direktem Eingriff mit dem Werkstück, was näherungsweise 85% des Gesamtwinkels von 180° ausmacht.

Daher ist es offensichtlich, daß die Konstruktion des Zerspanungswerkzeuges, wie in Fig. 1 dargestellt, eine weit größere Kontaktfläche zwischen den Schneidkanten und dem Werkstück liefert. Diese Anordnung reduziert infolgedessen Erschütterungen, Rattern und Schwingungen und gestattet wegen des größeren Zerspanungsvolumens pro Zeiteinheit daher eine höhere Produktionsrate. Es ist ein weiterer Vorteil, daß die Anordnung das Verwenden von identischen Einsätzen gestattet, was die Instandhaltung und Lagerhaltung vereinfacht.

Wenn auch die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, so ist es doch offensichtlich, daß viele Variationen möglich sind. So können z. B. die Schneideinsätze als doppelseitiger Typ ausgestaltet sein und jeweils vier Schneidkanten auf beiden Seiten aufweisen, wobei die Schneidkanten der einen Seite mit den Schneidkanten der anderen Seite über vier geradstehende Flächen miteinander verbunden sind und so die Benutzung beider Seiten möglich ist. Außerdem können die Schneideinsätze statt von quadratischer Gestalt auch rhombenförmig sein. Viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendungen der Erfindung sind ersichtlich.

Claims

1. Spiralverzahntes Zerspanungswerkzeug mit einer Mehrzahl von viereckigen Schneideinsätzen, die demontierbar an in das Zerspanungswerkzeug eingeformten Sitzen angebracht sind, wobei jeder Einsatz eine sich in axialer Richtung erstreckende Schneidkante aufweist, welche an ihren gegenüberliegenden Enden von zwei zueinander parallelen, sich radial erstreckenden Kanten begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze in einer spiralförmigen Reihe angeordnet sind, in welcher die Schneidkante eines jeden Einsatzes gesehen in Umfangsrichtung im Abstand von dem Sitz des nächstbenachbarten Einsatzes angeordnet ist und sich in axialer Richtung mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes überlappt, wobei die sich radial erstreckenden Kanten der jeweils benachbarten Einsätze einander überlappen, so daß die Schneidkanten aller Einsätze zusammen eine kontinuierliche und ununterbrochene Schneidlinie mit gestuftem Verlauf bilden.

2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze einen Spiral-Steigungswinkel von 40-60° bilden.

3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Schneideinsätze einen Neigungswinkel von 8-12° mit der Längsachse des Werkzeugs bilden.

4. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Schneideinsätze einen Neigungswinkel von etwa 10° mit der Längsachse des Werkzeugs bilden.

5. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante eines jeden Schneideinsatzes einen Kippwinkel von 15- 35° mit der Schneidkante des nächstbenachbarten Einsatzes bildet.

6. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze derart angeordnet und dimensioniert sind, daß sich ihre Schneidkanten während des Zerspanungsvorganges über mehr als 50% der von dem Werkstück umschlossene Fläche des Zerspanungswerkzeuges hin mit dem Werkstück im unmittelbaren Kontakt befinden.

7. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze derart angeordnet und dimensioniert sind, daß sich ihre Schneidkanten während des Zerspanungsvorganges über etwa 85% der von dem Werkstück umschlossenen Fläche des Zerspanungswerkzeuges mit dem Werkstück im unmittelbaren Kontakt befinden.

8. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze vom einseitigen Typ sind, wobei auf einer Seite der Schneideinsätze jeweils vier Schneidkanten ausgebildet sind und auf der anderen Seite eine Grundfläche, und die vier Seitenflächen ausgehend von den Schneidkanten zu der Grundfläche nach innen abgeschrägt sind.

9. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschrägungswinkel 7-15° beträgt.

10. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze vom doppelseitigen Typ sind, wobei auf jeder Seite der Schneideinsätze jeweils vier Schneidkanten ausgebildet sind und die Schneidkanten der einen Seite mit den Schneidkanten der anderen Seite über vier gerade Flächen miteinander verbunden sind.