DE69809109T2 - Schneidewerkzeug - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit einem drehbaren Werkzeugkörper mit einer darin befindlichen Ausnehmung und einem Klemmhalter, der einen Schneideinsatz trägt, welcher in der Ausnehmung aufgenommen ist, wobei der Klemmhalter lösbar an dem Werkzeugkörper befestigt ist. Die Erfindung sorgt für neue Mittel, um ein Verschieben des Klemmhalters bezüglich des Werkzeugkörpers zu ermöglichen.
• Drehfräser mit Einstellmitteln sind bekannt, wie zum Beispiel ein exzentrisches Element oder eine Einstellschraube, um die Einstellung der Position des Einsatzes zu gestatten, bevor ein solcher Einsatz in seiner Endposition festgelegt wird. Solche Mittel für die Gewährleistung einer Einstellung leiden oft an den Nachteilen, daß ein exzentrisches Element bei seiner drehbar gelagerten Anbringung nachgeben kann. Ein solches Einstellelement kann jedoch selbst dann nachzugeben beginnen, wenn es axialen Lasten unterworfen wird. Dies kann zu Schwierigkeiten führen, wo eine große Genauigkeit der Endbearbeitung erforderlich ist.
• Ferner sind Fräser mit Einstellkeilen bekannt. Die Verwendung solcher Keile erfordert jedoch bei dem Einsatz axialer Einstellung einen zusätzlichen Raum in axialer Richtung.
• Deshalb besteht ein Bedürfnis nach Drehschneidvorrichtungen mit verbesserten Einstellmitteln, die ein Minimum an Raum erfordern, während sie auf axiale und radiale Belastungen nicht empfindlich sind.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Lösung der vorgenannten Probleme. Die Probleme werden mit einem Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Die Erfindung wird nun in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, bei denen die Fig. 1 bis 4 und 9 nur zu Erläuterungszwecken eingeschlossen und nicht Teil der beanspruchten Erfindung sind.
• Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Fräsers und aufmontierte Klemmhalter, die mit Mitteln für das axiale Einstellen der Klemmhalter versehen sind.
• Fig. 2 ist ein Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Eingriffs zwischen einem Einstellschlüssel und dem Klemmhalter.
• Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Fräsers und aufmontierter Klemmhalter mit Mitteln sowohl für das radiale als auch axiale Einstellen der Klemmhalter.
• Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines scheibenförmigen Fräsers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 6 zeigt eine Endansicht des Fräsers in Fig. 5.
• Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht von Eingriffsflächen eines Schlüsselelementes und eines Klemmhalters wie in Fig. 5.
• Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Profils des Schlüsselelementes in Fig. 7.
• Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf einen Werkzeughalter für ein Stabschälwerkzeug, welches mit einem Klemmhalter ausgestattet ist, der Mittel für das Einstellen des Einsatzes hat, der von dem Klemmhalter getragen ist.
• Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Drehwerkzeugkörper 10 mit einer Vielzahl von um seinen Umfang angeordneten, im allgemeinen sich axial erstreckenden Ausnehmungen 11 für die Aufnahme von Klemmhaltern 12, deren jeder mit einem Schneideinsatz 13 aus abriebfestem Material ausgestattet ist, gewöhnlich Sinterkarbidmaterial oder Keramik. Alternativ könnte jeder Schneideinsatz ein Körper mit einer oder mehreren Spitzen 13a mit einer Schneidkante sein, die aus Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt ist. Der Werkzeugkörper 10 ist angeordnet, um in der Richtung R um seine Mittelachse CL zu rotieren. Die Ausnehmungen 11 sind gleichmäßig um den Umfang des Werkzeugkörpers 10 verteilt. Jede Ausnehmung 11 ist U-förmig und ist durch Führungswandflächen 11a, 11b und 11c begrenzt, die parallel zur Achse CL liegen und im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen mit der Funktion, wirksam den entsprechenden Klemmhalter 12 gegen eine Bewegung in allen Richtungen zu fixieren. Jeder Klemmhalter sitzt gegen seine Führungswände und wird von zwei beabstandeten Befestigungsschrauben 14 und 15 gegen diese gehalten, wobei die Schrauben teilweise mit Gewinde versehen sind und durch entsprechende Löcher 16 und 17 hindurchgehen, die in dem Klemmhalter gebildet sind, um in Gewindebohrungen 18, 19 in dem Werkzeugkörper 10 in Gewindeeingriff zu kommen.
• An einem Zwischenabschnitt des Klemmhalters zwischen der Position der Schrauben 14, 15 ist eine Kerbverzahnung 20 vorgesehen, die sich radial auf einem radial inneren Abschnitt einer Seitenwand 21 des Klemmhalters erstreckt, spezieller an einem Abschnitt derjenigen Seitenwand, die in Flächenkontakt mit der Führungswand 11a der Ausnehmung 11 kommt. Es ist wichtig, einen ausgenommenen Bereich vorzusehen, um dem zylindrischen Abschnitt eines Schlüsselelementes 23 Spiel zu geben, dessen vorderer Endabschnitt eine zahnradförmige Oberfläche für den Eingriff mit der Kerbverzahnung 20 hat. Mit anderen Worten hat der zylindrische Abschnitt des Schlüsselelementes immer einen etwas größeren Durchmesser als der Durchmesser des Kreises, welcher die äußeren Spitzen des zahnradförmigen Profils am vorderen Ende desselben Schlüsselelementes berührt. Diese Kerbverzahnungen 20 erstrecken sich in radialer Richtung senkrecht zu der Längserstreckung des Klemmhalters. Ein Beispiel der Gestalt dieser Kerbverzahnungen 20 ist deutlicher in Fig. 3 gezeigt. Neben dem Ort der Kerbverzahnungen 20 ist eine kreisförmige Ausnehmung 22 in dem Werkzeugkörper 10 derart vorgesehen, daß diese Ausnehmung die Führungswand 11a schneidet.
• Die axiale Position der Ausnehmung 22 sollte etwa dieselbe sein wie die axiale Position der Kerbverzahnungen 20, die auf dem Klemmhalter vorgesehen sind. Zweck der Lage der Kerbverzahnungen und der Ausnehmung ist es, die Aufnahme des Schlüsselelementes 23 mit einem Endabschnitt 24 darin zu ermöglichen, wobei sein Umfang eine Oberflächengestaltung hat, welche der Gestalt der Kerbverzahnungen 20 entspricht.
• Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, spezieller einen Stirnfräser, der mit Klemmhaltern 12 und zugehörigen Keilelementen 25 ausgestattet ist. Spezieller ist ein Keilelement 25 als ein radiales Abstandselement vorgesehen zwischen dem Klemmhalter 12 und dem zugehörigen Werkzeugkörper 10. Der Klemmhalter 12 ist mit ersten Kerbverzahnungen 20 versehen, die sich radial in dem Werkzeugkörper 10 erstrecken, und es gibt eine benachbarte Anpassungsausnehmung 22 in dem Werkzeugkörper 10 ähnlich der Ausführungsform der Fig. 1, aber zusätzlich sind auch zweite Kerbverzahnungen 26 vorgesehen, die radial in einer Seitenfläche des Keilelementes 25 vorgesehen sind. Neben diesen Kerbverzahnungen 26 gibt es eine kreisförmige Ausnehmung 27 in dem Werkzeugkörper, so daß das Einführen und der Eingriff eines Schlüsselelementes 23, wie zum Beispiel eines TORX (Marke der Textron Inc.)-Schlüssels eine Längsverschiebung nach oben oder nach unten hervorruft, wenn man den Schlüssel dreht. Dies ermöglicht eine radiale Einstellung des Klemmhalters und der Position des Schneideinsatzes 13. Zusätzliche Einstellmittel, die als Kerbverzahnungen 28 ausgestaltet sind, sind in einem einen Einsatz tragenden Element 29 vorgesehen, welches in einem Sitz dieses Klemmhalters 12 mittels einer Schraube 30 befestigt ist, die sich durch das Element 29 erstreckt, während sie mit dem Klemmhalter in Gewindeeingriff steht. Durch Einführen eines Schlüsselelementes mit einer zahnradförmigen Umfangsoberfläche, welche zu den Kerbverzahnungen 28 paßt, in einer Ausnehmung auf dem Element 29 wird es möglich, eine Nebeneinstellung des Einsatzes 13 zu erreichen. Dies gewährleistet es für einen Kunden, nicht nur die Schneidkante in axialer und radialer Richtung einzusetzen, sondern auch eine Einstellung der Sekundarschneidkante des Einsatzes bezüglich dem Winkel zu erreichen, der um eine gegebene Mittellinie benötigt wird.
• In den Fig. 5 bis 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die als Stoßschneider ausgestaltet ist. Das Werkzeug weist einen scheibenförmigen Werkzeugkörper 10 auf, der zur Drehung um seine Mittelachse in Richtung R angeordnet und mit einer Anzahl von beabstandeten Ausnehmungen 11 um seinen Umfang versehen ist, wobei jede Ausnehmung durch eine Vorderwand 31, eine Rückwand 32 und eine Bodenwand 33 begrenzt ist. Ein teilweise keilförmiger Klemmhalter 12' ist in jeder dieser Ausnehmungen 11' angeordnet. Die Breite jedes Klemmhalters 11' ist eindeutig kleiner als die Breite des scheibenförmigen Werkzeugkörpers. Jeder Klemmhalter trägt einen Einsatz 13 aus Sinterkarbid oder ähnlich abriebfestem Material. Jeder zweite Einsatz erstreckt sich quer um einen Abschnitt über eine Seitenoberfläche des Werkzeugkörpers, und jeder Einsatz dazwischen erstreckt sich seitlich um einen ähnlichen Abschnitt über die gegenüberliegende Seitenfläche des Werkzeugkörpers 10, wobei sich versteht, daß die Einsätze eine ausreichende Breite haben, daß sie die Mittelebene des Werkzeugkörpers 10 überlappen. Das Klemmittel für den Klemmhalter 12' ist ein Klemmkeil 34, der radial innerhalb des Einsatzes 13 auf dem Klemmhalter 12' angeordnet ist. Der Keil ist zu dem radial inneren Abschnitt des Klemmhalters durch eine Klemmschraube 35 festgezogen, die sich durch den Keil erstreckt und in einer entsprechenden Bohrung in dem Werkzeugkörper in Gewindeeingriff steht. Die Rückwand 32 der Ausnehmung 11 ist längs eines Abschnittes derselben mit axial geraden Kerbverzahnungen 32' und 32" versehen, die vorgesehen sind, um mit entsprechenden Kerbverzahnungen in der Rückwand des Klemmhalters 12' in Eingriff zu kommen. Der Keil wirkt zwischen der Wand der Ausnehmung entfernt von der teilweise gekerbten Wand 32 und dem radial inneren Abschritt des Klemmhalters.
• Der Klemmhalter 12' ist an einer seiner radial innersten Ecken, spezieller der Ecke, die neben der Übergangszone zwischen der Bodenwand 33 und der Rückwand 32 angeordnet ist, mit einer kerbverzahnten Oberfläche 36 versehen, die mit dem inneren Endabschnitt 37 eines Sperrschlüsselelementes 38 in Eingriff kommen soll, welches in einer entsprechenden zylindrischen Bohrung 39 aufgenommen ist, die unter einem geneigten Winkel bezüglich der Richtung der Rückwand 32 der Ausnehmung 11' ausgerichtet ist. Die Drehung des Schlüsselelementes 38 ruft nach seinem Eingriff mit der gekerbten Oberfläche 36 eine axiale Verschiebung des Klemmhalters 12' hervor, wodurch eine axiale Einstellung des Einsatzes 13 bezüglich des Werkzeugkörpers 10 erteilt wird. Diese Ausgestaltung mit geneigter Bohrung 39 für das Schlüsselelement 38 ermöglicht es, hinter dem Klemmhalter eine volle Stützkerbverzahnung zu halten, ohne daß man eine Einführbohrung für das Schlüsselelement haben muß, welche die Steifigkeit und Festigkeit der hinteren Stützwand hinter dem Klemmhalter schwächen könnte. Wie man deutlicher aus Fig. 8 sieht, welche den Endabschnitt des Schlüsselelementes 38 zeigt, wird dieser zum Teil durch eine erste Reihe von sechs beabstandeten, halbzylindrischen Oberflächen 40 bestimmt. Eine zweite Reihe von sechs halbzylindrischen Oberflächen 41 wechselt sich mit den Oberflächen 40 ab und geht fließend und tangential in diese über. Der Krümmungsradius der zweiten Reihe von Oberflächen 41 ist erheblich größer, vorzugsweise etwas mehr als zweimal so groß wie/als der Krümmungsradius der Oberfläche 40. Wie man ferner aus Fig. 8 sieht, ist der maximale Abstand (Hauptdurchmesser) 42 über die Oberflächen der ersten Reihe viel größer als der minimale Durchmesser 43 über die Zwischenoberflächen 41. Der Abstand 44 stellt die Tiefe der Spannuten zwischen den von den Oberflächen 40 gebildeten Erhöhungen bzw. Vorsprüngen dar, und dieser Abstand bildet die Differenz zwischen dem maximalen Radialmaß der Oberflächen 40 und dem minimalen Radialmaß der Oberflächen 41. Diese Differenz beträgt vorzugsweise 20-30% des maximalen Radialmaßes. Es ist bevorzugt, daß dieser Abstand etwa 50% größer sein sollte als der Radius 40 der ersten Reihe von Oberflächen.
• Obwohl die Konfiguration des Profils des Schlüsselelementes 23, 38 oben als eine speziell bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wie in größerer Einzelheit in Fig. 8 gezeigt ist, versteht es sich doch, daß andere Profile des Eingriffsendabschnittes des Schlüsselelementes ausgewählt werden können sowie das Profil des passenden Profils der Seitenfläche des Klemmhalters 12, 12'.
• Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform gibt es einen Werkzeughalter mit einem Klemmhalter 12 und einem Keilelement 25, das an einem Werkzeugkopf befestigt ist, der um eine Achse L rotieren soll, die mit der Längsachse eines zylindrischen Werkstückes A zusammenfällt, mit welchem das Werkzeug in Eingriff kommen soll. Ein solcher Drehwerkzeugkopf ist in der US-Patentschrift 5,353,668 gezeigt. Ein kreisförmig gestalteter Höchstleistungseinsatz 45 ist auf dem Klemmhalter in einem gewissen Abstand axial vor einem Endbearbeitungseinsatz 46 von grundsätzlich dreieckiger Gestalt vorgesehen. Der kreisförmige Einsatz 45 führt bis zu einer gewissen Schneidtiefe in dem Werkstück A Schrupptätigkeiten durch, während der Endbearbeitungseinsatz 46 die Endoberfläche in einem Werkstück A bei einer Schneidtiefe h² erzeugt. Die Gesamtschneidtiefe, welche von den Einsätzen 45, 46 durchgeführt wird, ist mit h&sub1; gezeigt. Die radiale Einstellung der Position der Einsätze ist durch die Schaffung einer kreisförmigen Ausnehmung 47 in dem Klemmhalter derart möglich, daß die Ausnehmung sich mit einer schrägen Seitenwand des Klemmhalters schneidet. Neben dem Ort dieser Ausnehmung 47 gibt es Kerbverzahnungen 48, die in der benachbarten Berührungsfläche des Keilelementes 25 vorgesehen sind. Zweck des Ortes der Kerbverzahnungen und der Ausnehmung ist es, darin die Aufnahme derselben Art von Schlüsselelement 23 mit einem Endabschnitt zu ermöglichen, der auf seinem Umfang eine Oberflächengestaltung hat, die ganz der Gestalt der Kerbverzahnungen 48 entspricht, d. h. mit einer Oberflächengestaltung, wie zum Beispiel in Fig. 3 gezeigt ist. Durch Drehen eines solchen Schlüsselelementes 23, während es in seiner Ausnehmung 47 und den Kerbverzahnungen 48 in Eingriff ist, erfolgt ein radiales Einstellen des Schneideinsatzes als Ergebnis der Längsverschiebung des Keilelementes 25, wenn es durch den Schlüssel betätigt wird.

Claims (7)

1. Schneidwerkzeug zum spanenden Bearbeiten von Metallwerkstücken, mit einem Werkzeugkörper (10) mit einer Längsachse (CL), der in einer Drehrichtung (R) drehbar ist, wobei der Körper eine Anzahl von im Abstand angeordneten Ausnehmungen (11) hat, die sich axial in dem Werkzeugkörper erstrecken, einem Klemmhalter (12), der einen Einsatz (13) trägt und lösbar in der Ausnehmung durch Klemmittel befestigt ist, wobei die Ausnehmung durch Führungswandflächen (11a, 11b, 11c) bestimmt ist, die sich längs in dem Werkzeugkörper erstrecken, wobei das Werkzeug für ein Einstellen der Position des Klemmhalters geeignet ist, eine Seitenfläche des Klemmhalters mit ersten Kerbverzahnungen (36) versehen ist und der Werkzeugkörper (10) eine entsprechend gekrümmte Ausnehmung (27) in Positionen neben den ersten Kerbverzahnungen (36) für die Aufnahme eines Schlüsselelements (23, 38) hat, dessen vorderer Endabschnitt (37) eine Umfangsfläche hat mit zweiten Kerbverzahnungen, welche zu den ersten Kerbverzahnungen des Klemmhalters passen, so daß eine Drehbewegung des Schlüsselelements nach Einführen und in Eingrifftreten mit den ersten Kerbverzahnungen (20) und der Ausnehmung (22) ein Verschieben und dadurch Einstellen des Klemmhalters zum Werkzeugkörper hervorruft, und mit Sperrmitteln (16, 17) zum Blockieren des Klemmhalters in Position nach dem Einstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkörper ein Stoßschneider ist, wobei benachbarte Schneideinsätze (13) angeordnet sind, um aus gegenüberliegenden Seiten des Körpers (10) herauszuragen, und die ersten Kerbverzahnungen (36) auf einem radial inneren Eckenbereich des den Einsatz tragenden Klemmhalters (12) vorgesehen sind und eine benachbarte zylindrische Bohrung (39) angeordnet ist, um die benachbarten ersten Kerbverzahnungen räumlich derart zu begrenzen, daß das Schlüsselelement (23, 38) mit einer passenden, gekerbten Umfangsoberfläche mit den ersten Kerbverzahnungen (36) in Eingriff bringbar wird, und daß sich die das Schlüsselelement aufnehmende Bohrung (39) in einer Richtung schräg zu derjenigen Richtung erstreckt, in welcher sich die hintere Wand (32) der Ausnehmung (11) erstreckt.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klemmhalter einen Sitz hat, in welchem ein den Einsatz tragendes Element (29) vorgesehen ist, welches durch eine Schraube (30) lösbar befestigt ist, die sich durch das Element erstreckt, und mit dem Klemmhalter (12) in Gewindeeingriff bringbar ist, und daß weitere Kerbverzahnungen (28) in einem Umfangsflächenabschnitt des Elements (29) so vorgesehen sind, daß ein Einführen und ein Drehen eines entsprechend gekerbten Schlüsselelements in diesem eine Nebeneinstellung des den Einsatz tragenden Elements (29) hervorruft.

3. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Endabschnittes (37) des Schlüsselelements (23, 38) eine erste Reihe einer geraden Zahl, vorzugsweise sechs, im Abstand angeordneter, halbzylindrischer Oberflächen (40) und eine zweite Reihe von halbzylindrischen Oberflächen (41) aufweist, die sich mit den ersten Oberflächen (40) abwechseln und fließend und tangential in diesen aufgehen, und daß ein Abschnitt einer Seitenfläche jedes Klemmhalters (12, 12) mit Kerbverzahnungen (20, 26. 36) mit einer entsprechend passenden Ausgestaltung versehen ist.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der zweiten Reihe von Flächen (41) um mehr als das Doppelte größer ist als der der ersten Reihe der Flächen (40).

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem maximalen Radialmaß der ersten Reihe von Flächen (40) und dem minimalen Radialmaß der zweiten Reihe von Flächen (41) etwa 50% größer ist als der Radius der ersten Reihe von Flächen.

6. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied (44) zwischen dem maximalen Radialmaß der ersten Reihe von Flächen (40) und dem minimalen Radialmaß der zweiten Gruppe von Flächen (41) 20-30% des maximalen Radialmaßes ist.

7. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmhalter (12) mit einer Ausnehmungsfläche nahe seiner Kerbverzahnungsfläche versehen ist und daß der Durchmesser der Ausnehmungsfläche etwas größer ist als der Durchmesser des Kreises, welcher die äußeren Spitzen des zahnradförmigen vorderen Abschnittes des Schlüsselelements (23, 38) berührt.