DE69527424T2

DE69527424T2 - Werkzeughalter für schneideinsätze, mit gerippter spannfläche

Info

Publication number: DE69527424T2
Application number: DE69527424T
Authority: DE
Inventors: Lennart Bystroem; Joergen Wiman
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: CA2188289A1; EP0757603A1; CA2188289C; PL177379B1; AU702747B2; SE504205C2; RU2121905C1; EP0757603B1; JPH09512488A; CN1052930C; ATE220589T1; DE69527424D1; SE9401429D0; KR970702769A; WO1995029026A1; SE9401429L; PL316991A1; MX9604837A; JP3679118B2; AU2422195A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die Befestigung von Schneideinsätzen auf Einsatzhaltern für das schneidende Bearbeiten von in erster Linie Metallen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie zum Beispiel aus der US-A-2,453,464 bekannt ist.
Unterschiedliche Schneideinsätze und Wendeeinsätze werden auf verschiedene, unterschiedliche bekannte Arten auf Werkzeughaltern befestigt. Die üblichste ist diejenige, bei welcher der Einsatz ein durchgehenden Mittenloch hat und die Einsatztasche in dem Halter ein Gewindeloch aufweist. Eine Sperrschraube wird in das Mittenloch des Einsatzes eingeführt und durch ein geeignetes Drehmoment in das Loch des Halters eingeschraubt, wobei ein Abstandsstück mit einem Mittenloch oft auf die Schraube geschraubt wird und zwischen dem Einsatz und der Bodenstützfläche angeordnet ist. Gewöhnlich hat der Schneideinsatz zwei gegenseitig im wesentlichen senkrechte Anschlagoberflächen oder drei Anschlagpunkte zum Anschlagen gegen zwei Seitenoberflächen des Einsatzes. Der Nachteil bei dieser Konstruktion besteht darin, daß leicht nach einer gewissen Zeit der Benutzung eine gewisse Lockerung auftritt. Weiterer Nachteil ist es, daß man leicht die Schraube zu fest anzieht, wodurch sie beschädigt wird oder sogar brechen kann.
Andere bekannte Einsatzhalter haben eine Klemmvorrichtung oder eine ähnliche Befestigungsanordnung, die auf die obere Seite des Einsatzes drückt, um ihn in der Einsatztasche festzuklemmen. Die Druckkraft der Klemmeinrichtung kann durch eine Schraube reguliert werden. Solche Konstruktionen können zum Beispiel für die Befestigung von Schneideinsätzen ohne ein Mittenloch verwendet werden, welches unter anderem für Abstecheinsätze der Fall ist.
Um ein Spiel zu vermeiden und eine stabilere Befestigung eines Schneideinsatzes allgemein zu erhalten, sind Konstruktionen vorgeschlagen worden, nach welchen die untere Seite des Schneideinsatzes und die Bodenstützfläche als gerippte Flächen gebildet wurden, die zueinander passen sollten. Eine solche Konstruktion ist in der US-A-2,140,941 beschrieben und eine andere in der US- A-2,453,464. Ein Nachteil dieser Ausführungsformen ist es jedoch, daß sie eine sehr merkliche Menge an Schleifarbeit der gerippten Oberfläche entweder des Schneideinsatzes oder des Halters oder beider notwendig machen. Ein weiterer Nachteil ist der, daß sogar bei einer Befestigung des Einsatzes in einer Richtung senkrecht zu den Rippen ein vertikales Spiel bei diesen Konstruktionen ebenso leicht auftreten kann wie für zwei ganz ebene Anschlag- bzw. Widerlagerflächen, insbesondere bei Bearbeitungen mit einer Neigung zu Vibrationen.
In der US-A-4,437,802 ist beschrieben, wie ein Schneideinsatz auf einem Bohrer befestigt wird, wobei der Schneideinsatz zwei Nuten aufweist und die Stützoberfläche des Bohrers zwei entsprechende Rippen hat, die genau in die Nuten passen und ihren ganzen Querschnittsbereich einnehmen sollen. Wiederum besteht das Problem darin, daß leicht ein axiales Spiel entstehen kann, insbesondere wenn der Bohrer Vibrationen unterworfen wird. Ferner ist eine erhebliche Schleifarbeit entweder der Rippen oder der Nuten erforderlich, um die notwendige Maßgenauigkeit zu erreichen.
Deshalb ist es die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Erhalten eines stabilen und spielfreien Befestigens von Schneideinsätzen auf Einsatzhaltern vorzusehen, zum Beispiel auch in demjenigen Fall, bei welchem der Schneideinsatz über längere Zeit Vibrationen ausgesetzt wurde.
Ein zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein stabiles und spielfreies Befestigen von Schneideinsätzen auf Einsatzhaltern ohne kostspieliges und zeitaufwendiges Schleifen zu erhalten.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Notwendigkeit von Widerlagerflächen oder -punkten in der Einsatztasche zu vermeiden, welche eine hohe Maßgenauigkeit erfordern.
Diese und andere Aufgabe werden durch Ausbilden der Befestigung des Schneideinsatzes in dem Einsatzhalter gemäß Anspruch 1 gelöst.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 perspektivisch eine Halteanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Blick von schräg oben,
Fig. 2 einen Querschnitt eines Schneideinsatzes und Halters gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 einen Einsatzhalter gemäß der vorliegenden Erfindung gerade von oben,
Fig. 4 denselben Querschnitt des Schneideinsatzes wie in Fig. 2,
Fig. 5 denselben Querschnitt eines Einsatzhalters wie in Fig. 2,
Fig. 6 die Bodenansicht eines Schneideinsatzes, der erfindungsgemäß geformt wurde, in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben, und
Fig. 7 die Oberseite desselben Schneideinsatzes wie in Fig. 6 in perspektivischer Ansicht von schräg oben.
In den Figuren sind ein Schneideinsatz durch die Bezugszahl 1 oder 1' und ein Halter durch 2 oder 2' bezeichnet. Der Schneideinsatz ist aus einem geeigneten harten Material hergestellt, wie zum Beispiel beschichtetem oder nicht beschichtetem Sinterkarbid. Auch Keramik und kubisches Bornitrid können verwendet werden. In erster Linie ist die Erfindung für unterschiedliche Drehanwendungen gedacht, wie zum Beispiel Längsdrehen, Kopieren, Auskehlen und Abstechen, sie kann mit Vorteil aber auch für die Befestigung von Frässchneideinsätzen verwendet werden.
Der obere Vorderteil des Halters 2 ist mit einer ebenen Halteoberfläche 3 versehen. Auf der Halteoberfläche sind längliche Rippen 4 vorgesehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Rippen von der Vorderfläche des Halters nach hinten und im wesentlichen parallel zu der Längserstreckung des Halters. Im Prinzip können die Rippen jedoch jede beliebige Richtung aufweisen, zum Beispiel senkrecht zu der in Fig. 1 gezeigten. Mindestens derjenige Teil der Rippen 4, welcher mit dem Einsatz in Eingriff kommt, hat eine Geometrie mit grundsätzlich konstantem Querschnitt. Diese Geometrie hat die Form eines Trapezes oder genauer die Form eines schräg abgeschnittenen bzw. stumpfen, gleichschenkligen Dreiecks, dessen Gestalt durch zwei Seitenoberflächen 5 und eine obere Fläche 6 definiert ist. Der Übergang zwischen einer Seitenoberfläche 5 und der Halteoberfläche 3 wird entweder längs einer scharfen Bruchlinie oder längs einer Kehle mit einem kleinen Radius gewährleistet, der außerhalb der Berührungsfläche mit dem Schneideinsatz 1, 1' angeordnet sein sollte. Der obere Winkel α der Rippen beträgt in zweckmäßiger Weise zwischen 40 und 80º, vorzugsweise zwischen 50 und 70º und insbesondere zwischen 55 und 65º. Zwischen den Rippen erstrecken sich die Teilflächen 7 der Halteoberfläche 3, die im wesentlichen eben sind und eine Breite W haben, die in zweckmäßiger Weise dem 1 bis 4-fachen der Basisbreite der Rippen entspricht, vorzugsweise dem 1¹/&sub2;- und 2¹/&sub2;-fachen. Die Rippen können sich bis ganz zu der hinteren Grenzlinie der Halteoberfläche erstrecken; aus produktionstechnischen Gründen ist es jedoch zweckmäßig, daß die Rippen in einem Abstand D vor dieser Grenzlinie enden, vorzugsweise über einen kurzen Übergangsteil, wo die Höhe der Rippen allmählich abnimmt und letztlich verschwindet.
Der Schneideinsatz 1, 1' wird durch eine Blockier- bzw. Sperrschraube 8 befestigt, die zuerst durch das Mittenloch 9 des Einsatzes eingeführt und dann in das Gewindeloch 10 des Halters 2 eingeschraubt wird. In zweckmäßigerweise ist die Mittellinie dieses Lochs auf der Längsmittellinie einer Rippe angeordnet. Die Bodenseite dieses Einsatzes ist mit im wesentlichen parallelen Nuten 11 gebildet, welche die Rippen 4 aufnehmen sollen. Ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß diese Nuten 11 direkt vor dem Sintern des Sinterkarbids oder des anderen harten Materials gepreßt und somit nicht geschliffen werden. Sie haben einen Sektorwinkel β, der exakt dem oberen Winkel α der Rippen entspricht oder der etwas kleiner als dieser ist, jedoch nicht um mehr als etwa 2º, vorzugsweise 1º. Aus produktionstechnischen Gründen sind die Böden der Nuten vorzugsweise gerundet; selbstverständlich sollte der gerundete Teil 12 sich nicht auf die Seitenflächen 13 der Rippen hineindrängen oder hineinreichen, wobei die Oberflächen mit den Seitenflächen 5 der Rippen in Berührung kommen. Der Übergang der Nuten zur Bodenseite 14 des Schneideinsatzes erfolgt entweder längs einer scharfen Bruchlinie oder längs eines kleinen Radius. Die Seitenflächen 13 sollten vollständig eben sein, um einen guten Kontakt mit den Seitenflächen 5 der Rippen zu erhalten.
Wie oben erwähnt, sind die Schneideinsätze in ihrer Gesamtheit direkt gepreßt, also auch die Nuten 11. Dadurch hat die Oberflächenstruktur in den Nuten eine gewisse Faltigkeit, die beim Schleifen verschwindet. Die nach dem Sintern und Kühlen erhaltenen Maße werden danach als für die Produktion der Rippen des Halters eingestellte Werte bzw. Größen genommen. Ein gewisses Schleifen dieser Rippen ist nicht kostenaufwendig, da ein einzelner Halter für eine große Menge von Schneideinsätzen verwendet werden kann.
Wenn der Schneideinsatz befestigt wird, wird dieser gemäß den Fig. 1 bis 5 über den Rippen angeordnet und mit der Schraube 8 befestigt. Bei dieser Gelegenheit sei bemerkt, daß es ein wesentlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß zwischen der Bodenseite 14 des Schneideinsatzes und den Teilflächen 7 des Halters kein Kontakt entsteht. Wie man in Fig. 2 sehen kann, befindet sich also ein Spalt s zwischen den Oberflächen 7 und 14. Dieser Spalt kann im Größenbereich > 0 (zum Beispiel 0,02 mm) und 0,2 mm liegen. Weiterhin ist es ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Oberseiten der Rippen die Böden der Nuten nicht erreichen, wie man auch in Fig. 2 sieht. Durch diese zwei wesentlichen Merkmale wird ein Klemmkeileffekt zwischen den Seitenflächen 5 und 13 der Rippen bzw. Nuten ermöglicht, wenn die Sperrschraube 8 festgezogen wird. Diese Keilwirkung führt zu einem Befestigen des Einsatzes mit einer bislang unerreichten Stabilität und Festigkeit. Deshalb werden für die meisten Anwendungen Widerlagerflächen und Widerlagerpunkte überflüssig, wie in den Fig. 1 und 3 zu sehen ist. Dieses vereinfacht die Produktion der Einsatztasche. Außerdem beeinflußt die leichte Oberflächenfaltigkeit der direkt gepreßten Nuten die Festigkeit und Dauerhaftigkeit der Befestigung in wirksamer Weise.
Obwohl es nicht Gegenstand einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, kann der Schneideinsatz auch mit einer geeigneten Klemmanordnung anstelle einer Schraube befestigt werden. In diesem Fall sollte der Druckpunkt der Klemmvorrichtung gerade über der Mittelnut angeordnet werden.
Nachdem eine Schneidkante abgenutzt ist, kann der Einsatz gelöst und um die Mittelachse der Schraube 8 um 180º gedreht werden, um eine neue Schneidkante weiterzuschalten bzw. einzurasten.
Wie man in erster Linie in Fig. 1 sehen kann, ist das Gewindeloch 10 des Halters auf der Mittelrippe angeordnet. Der Grund dafür, daß das Loch auf einer Rippe angeordnet ist statt zum Beispiel auf einer Teilfläche 7 zwischen zwei Rippen, besteht darin, daß der Einsatz einrasten kann, wenn er einer Kraft zwischen zwei Stützlinien ausgesetzt wird. Um dem Einsatz eine symmetrische Befestigungskraft auf beiden Seiten der Mittelnut zuteil werden zu lassen, ist der Einsatz bzw. der Halter mit einer ungeraden Anzahl von Nuten bzw. Rippen ausgestaltet.
Ein Schneideinsatz, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ist gut in der Lage, sowohl axiale als auch radiale Kräfte zu absorbieren. Als Anwendungsbeispiel kann dies ausgenutzt werden, indem man Doppelfunktionseinsätze gemäß den Fig. 3, 6 und 7 herstellt. Durch die gerade Frontschneidkante 14 dieses Einsatzes und die gekrümmte Seitenschneidkante 15 neben beiden Seiten der ersteren kann dieser Einsatz für das Diagonaldrehen und auch für das axiale Kopieren verwendet werden und wie ein Formeinsatz für radiales Drehen. Dadurch kann eine große Anzahl unterschiedlicher Konturen erhalten werden.
Obwohl für gewisse Anwendungen mit sehr großen Radialschneidkräften nicht notwendig, können die Rippen und Nuten gemäß der Erfindung mit einer hinteren Stützfläche für den Schneideinsatz kombiniert werden, wie zum Beispiel die Oberfläche 16 in Fig. 1.

Claims

1. Anordnung für die Befestigung von Schneideinsätzen (1, 1') auf Einsatzhaltern (2, 2') für das schneidende Bearbeiten in erster Linie von Metallen, wobei die Bodenoberfläche (14) des Einsatzes mit gegenseitig im wesentlichen parallelen Nuten (11) und die Halteoberfläche (3, 7) des Halters mit entsprechenden, gegenseitig im wesentlichen parallelen Rippen (4) versehen sind, die vorgesehen sind, in die Nuten (11) zu passen, wobei eine Befestigungsvorrichtung (8) für die Schaffung von Befestigungsmitteln des Einsatzes am Halter verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten Spalt (s) zwischen der Bodenoberfläche (14) des Schneideinsatzes und der Halteoberfläche (7) gibt, wenn der Schneideinsatz in dem Halter montiert ist, daß die Nuten (11) des Schneideinsatzes (1, 1') direkt gepreßt und nicht geschliffen sind, das Verhältnis des Abstandes zwischen zwei benachbarten Nuten (11) senkrecht zu den Nuten (11) und der Breite einer Nut (11) auf einer Höhe mit der Unterseite des Einsatzes (1, 1') zwischen 1 : 1 und 4 : 1 liegt und ähnlich für zwei benachbarte Rippen (4) auf der Halteoberfläche des Werkzeughalters (2, 2') und daß das Befestigungsmittel vorgesehen ist, um eine Kraft im wesentlichen an der Mitte des Schneideinsatzes (1, 1') und im wesentlichen senkrecht zur Bodenoberfläche des Schneideinsatzes (1, 1') in solcher Weise auszuüben, daß der Schneideinsatz (1, 1') gegen die Halteoberfläche des Werkzeughalters gestoßen wird und daß die Oberflächen (3, 7) und die Rippen (4) starr und bezüglich des Werkzeughalters (2) in nicht einstellbarer Lage sind und die Rippen (4) und die Nuten (11) die Form von verjüngten, gleichschenkligen Dreiecken haben mit oberen Winkeln (α) auf den Rippen und Bodenwinkeln (β) in den Nuten zwischen 40 und 80º.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es immer einen zweiten Spalt zwischen den Oberseiten (6) der Rippen (4) und den Böden (12) der Nuten (11) gibt.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteoberfläche (3, 7) des Werkzeughalters (2, 2') ein in diesem gebildetes Gewindeloch (10) aufweist; der Schneideinsatz ein durchgehendes Loch (9) aufweist, welches sich durch diesen hindurch erstreckt; wobei die Kombination eine Befestigungsschraube (8) aufweist, welche sich durch das durchgehende Loch (9) erstreckt und in das Gewindeloch (10) eingeschraubt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine ungerade Zahl von Muten (11) in der Bodenoberfläche des Schneideinsatzes und eine ungerade Zahl von Rippen (4) auf der Halteoberfläche des Werkzeughalters (2, 2') gibt und daß die Befestigungsschraube (8) durch eine mittlere Nut in dem Schneideinsatz (1, 1') in ein Gewindeloch in einer Mittenrippe (10) hindurchgeht.

5. Schneideinsatz für die Befestigung auf einem Einsatzhalter (2, 2') durch die Anordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Bodenoberfläche gegenseitig bzw. paarweise im wesentlichen parallele Nuten (11) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (11) direkt gepreßt und nicht geschliffen sind und daß das Verhältnis des Abstandes zwischen zwei benachbarten Nuten (11) senkrecht zu den Nuten (11) und der Breite einer Nut (11) auf einer Höhe mit der Unterseite des Schneideinsatzes (11, 11') zwischen 1 : 1 und 4 : 1 liegt und daß die Nuten (11) die Form eines verjüngt zulaufenden, gleichschenkligen Dreiecks haben mit einem Bodenwinkel (β) in den Nuten von zwischen 40 und 80º.

6. Einsatzhalter (2, 2') für die Aufnahme und Abstützung eines Schneideinsatzes (1, 1') durch die Anordnungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Halteoberfläche (3, 7) gegenseitig bzw. paarweise im wesentlichen parallele Rippen (4) hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen (7) senkrecht zu den Rippen und der Breite einer Rippe auf einer Höhe mit der Halteoberfläche des Halters (2, 2') zwischen 1 : 1 und 4 : 1 liegt und die Rippen (4) die Form von verjüngt zulaufenden, gleichschenkligen Dreiecken haben mit einem oberen Winkel (α) auf den Rippen von zwischen 40 und 80º.