WO1999004921A1 - Bohr- oder fräswerkzeug und verfahren zur ermittlung der absoluten freiwinkel der freiflächenbereiche eines schneideinsatzes - Google Patents

Bohr- oder fräswerkzeug und verfahren zur ermittlung der absoluten freiwinkel der freiflächenbereiche eines schneideinsatzes Download PDF

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WO1999004921A1
WO1999004921A1 PCT/DE1998/001990 DE9801990W WO9904921A1 WO 1999004921 A1 WO1999004921 A1 WO 1999004921A1 DE 9801990 W DE9801990 W DE 9801990W WO 9904921 A1 WO9904921 A1 WO 9904921A1
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WO
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cutting edge
clearance angle
drilling
cutting
milling
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Application number
PCT/DE1998/001990
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French (fr)
Inventor
Markus Heinloth
Reinhold Gesell
Klaus Ramold
Original Assignee
Widia Gmbh
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines

Definitions

  • the invention relates to a drilling or milling tool with a tool holder and at least two cutting inserts arranged in a recess on the front side of the tool holder with a rake face which is delimited by cutting edges, at least one cutting insert, at least one broken cutting edge formed by a protuberance, one Has contact surface and lateral free surfaces, which are arranged at a positive clearance angle, each point of an active cutting edge of a cutting insert arranged on the front side with a predetermined axial drilling or milling feed (f z ) describes a helical space curve.
  • the invention further relates to a method for determining the absolute clearance angle of the flank areas which adjoin the active cutting edge of a cutting insert in a drilling or milling tool of the aforementioned type.
  • drilling tools suitable for drilling in solid material which have a shank with at least two cutting inserts arranged in corresponding cutouts and offset by 180 °.
  • the cutting inserts are arranged at different radial distances on the shaft, so that their working areas partially overlap and are adjacent to one another. If necessary, more than two cutting inserts can also be arranged on the end face at different radial distances. The same also applies to face milling cutters with cutting inserts arranged on the face.
  • the cutting inserts used in each case are available in multiple basic shapes, such as hexagonal, octagonal, pentagonal, triangular, rhombic and rectangular cutting inserts, some of them also with an enlarged cutting corner angle.
  • the trigonal or rhombus-shaped cutting inserts known from EP 0 088 505 AI are used in particular, which have three or four roof-shaped cutting edges, so that two cutting edge halves enclosing an obtuse angle are formed for each cutting edge, both of which engage in a cutting process stand.
  • cutting inserts for drilling which have at least three cutting corners delimiting the rake face and cutting edges lying between two adjacent cutting corners, of which at least one of the cutting edges has at least two protruding cutting tips.
  • All cutting inserts used for drilling or milling on the front of the tool holder have a positive plate geometry to ensure a sufficient clearance angle of the free surface.
  • the disadvantage of the described cutting inserts known from the prior art is that the clearance angle which effectively forms between the drilling or milling base and the free surface is reduced in accordance with the axial feed, since the drilling or milling base does not represent a plane with axial feed. This affects active, i.e. in cutting engagement on the drilling or milling base cutting edge tips or the adjoining free surface disadvantageous, namely by increased wear there.
  • a method for determining the absolute angle of the free-space areas adjacent to the active cutting edge is also to be specified.
  • the task to be solved should relate to all cutting insert geometries that can be used on the face of a drill or milling cutter, regardless of where the active cutting edge the protuberance (cutting edge nose) is arranged.
  • the pressure on the free surface that arises during drilling should be kept as low as possible.
  • the task will have to be solved in particular with shoulder milling cutters with a large axial angle.
  • the drilling or milling tool of the type mentioned at the beginning is proposed, which is characterized in that at least the area of the free surface adjoining the active cutting edge is formed from a family of straight lines perpendicular to the cutting edge, each of which is inclined at an effective positive (free) angle with respect to the space curve developed to an inclined straight line corresponding to the drilling or milling feed.
  • each free surface of the cutting inserts arranged on the end face along the entire cutting edge, in particular in the region of cutting edge tips is adapted to the removed surface resulting from the drill rotation and the axial feed, namely the drilling or milling base, in such a way that one is located at any location effective actual positive clearance angle results.
  • This effective positive clearance angle is preferably less than 15 °, in particular 5 ° to 9 °.
  • the present invention encompasses both such cutting inserts in which only the free area directly adjacent to the active cutting edge is formed according to the aforementioned measure, in contrast to which the adjoining free area area is different, in particular larger Can have clearance angles, as well as such free space design, in which each cut perpendicular to the cutting edge results in a straight line over the entire free area.
  • This measure extends the lifespan of the active cutting edge because it is considerably stabilized.
  • the effective clearance angle of the cutting insert is between 4 ° and 20 °, preferably between 7 ° and 15 °.
  • the angle of the insert seat namely the angle between the bottom of the cutting insert and the adjacent open area is between 6 ° and 20 °, preferably 11 ° and 15 °.
  • Every point of an active cutting edge of a orderly cutting insert describes a helical curve in the axial direction during drilling or milling feed with centered drill alignment, the drilling or milling base resulting from the totality of these curves. If you turn each of these helical curves by a desired clearance angle that the free area area adjoining the cutting edge is supposed to have, a further group of helical space curves results which, in contrast to the untwisted respective helical curve, a distance or clearance angle between the drilling or milling base creates.
  • a spiral shape deviating from the helix shape results when the drill with an effective cutting edge is used not only for the specified nominal diameter, but also for drilling slightly larger or smaller drill diameters, the drill axis being reduced by a correspondingly small amount e.g. is deflected from the borehole axis by a few 1/10 mm.
  • the effective loss of clearance angle which results from the spiral instead of the spiral path of a cutting edge point, must be compensated for by a corresponding compression of the spiral shape around a circular path to form a spiral.
  • the described method can be used for any axial feed or for any desired actual clearance angle, the feed used in each case then being regarded as the maximum permissible feed for the drill or milling cutter.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of the illustrations. Show it
  • FIG. 2 is a plan view of a spiral space curve that passes through a cutting edge point of a cutting insert with the drill axis slightly deflected
  • FIG. 8 is a perspective view of a drilling tool
  • FIG. 8 is an end plan view of the drilling tool of FIG. 8,
  • Fig. 10 is a schematic sectional view through a
  • Fig. 11 is a plan view of the rake face
  • FIG. 12 is a partial sectional view showing the positive cutting geometry or the arrangement of the free area and
  • Each point of an active cutting edge of a cutting insert on a rotating drill bit which is not in the center of the drill hole or on the longitudinal axis of the drill, describes a path lying in one plane when the drill is rotated without a feed, as is shown by the cutting insert 20 and by the circle 21 certain plane, through which the point 22 of the cutting edge passes, can be seen from FIG. 4. If one takes into account the feed of the drill or the cutting insert during drilling, a helical space curve 23 results which describes a helical shape in the case of an exactly centered drill, ie when drilling a nominal diameter.
  • Deviations from the helix shape result when the drill is deflected by a few tenths of a millimeter out of the borehole axis for drilling smaller or larger diameters than the nominal diameter.
  • the corresponding spiral shape as a projection of the helix 23 into one plane can be seen from FIG. 3.
  • the developed spatial curve 23 corresponds to the horizontally represented baseline in FIG. 1.
  • the point lying on a perpendicular to the cutting edge is the free surface lying below the cutting edge or the tangent 24 lying at this point, which likewise follows a corresponding spatial curve, by the clearance angle ⁇ inclined.
  • this clearance angle setting is only retained as long as no drill feed occurs.
  • the cutting insert 10 shown in FIG. 11 has an essentially rhombic basic shape with a rake face 11, a bottom face and intermediate free areas which are each angled to free area sections 12 and 13 (cf. also FIG. 12).
  • a hole 14 is also provided for fastening the cutting insert.
  • the cutting insert has a positive cutting edge geometry, in the present case forming a flank angle ⁇ _ or ⁇ for the respective flank sections 12 and 13.
  • the rake face is formed by two opposing concave cutting edges 20 and convex cutting edges 30.
  • the straight cutting edge sections 21 and 22 of the convex cutting edge 20 form an obtuse angle ⁇ _ of (preferably 150 ° to 180 °).
  • the concave cutting edge 30 is essentially formed by cutting edge sections 31, 32 and 34, the cutting edge sections 31 and 32 enclose an angle S2 of approximately 200 °, i.e. the complementary angle 360 ° -82 corresponds approximately to the angle ⁇ _. However, different sizes ⁇ _ and 360 ° -S2 can be selected.
  • the cutting edge 30 has a cutting edge section 33 which forms an angle 83 of 145 ° with the cutting edge section 31 adjoining here.
  • a further flat 34 which forms an angle 84 of 165 ° with the adjacent cutting edge section 32.
  • the cutting edge sections 21, 22 are of equal length, whereas the cutting edge section 32 is approximately two to four times twice as long as the cutting edge section 31.
  • the connecting line of the cutting corners 15 and 16 in the region of the cutting edge 20 is at least as large as the connecting line in question in the region of the concave cutting edge 30, preferably the length shown is greater than I2, where I] _ / l2 is between 1 and 1.2 .
  • the cutting corners 15, 16 and the transition regions between the cutting edge sections 21, 22; 31, 32; 32, 34 are each rounded off.
  • the drilling tool known in principle according to the prior art and shown in FIGS. 8 and 9 has a shank 40 with interchangeable cutting inserts 41, 42 each arranged in recesses and having a plurality of cutting edges, of which the first cutting insert 41 radially on the outside and the second cutting insert 42 is arranged radially inside.
  • the cutting inserts or the correspondingly shaped recesses correspond in geometry to the above-described cutting insert, the active cutting edge 43 of the cutting insert 42 being convex and the active cutting edge 44 of the cutting insert 41 being concave, as can be seen in FIG. 10.
  • the cutting edge sections 31, 33 and the radius 48 create a guide bore groove during drilling.
  • the division of the active cutting edges 43 and 44 into several sections creates the advantage during drilling that narrow short chips are generated, the removal of which is easily possible.
  • fzmax + clearance angle denotes the maximum drilling or milling feed at a predefined clearance angle, i.e. with a drilling or milling feed of 0.14 mm (with WSP size 1) you get exactly one clearance angle (in the machining direction) of 7 °. If the feed fzmax is undershot, the clearance angle inevitably increases to values> 7 °, if the feed fzmax is exceeded, the clearance angle becomes ⁇ 7 °.
  • the distinction between clearance angle inside and outside relates to the inner cutting insert 41 and the outer cutting insert 42 (see FIGS. 9, 10).
  • the radial clearance angle outside is the clearance angle that is radially outside during drilling, i.e. opposite the borehole wall 45.
  • the adjustment inside or outside relates to the difference in radius that the circle 20 has with respect to the spiral helix 23 according to FIG. 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bohr- oder Fräswerkzeug, dessen Werkzeugträger mindestens zwei an der Stirnseite angeordnete Schneideinsätze aufweist. Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung des Freiwinkels für jeden Punkt einer aktiven Schneidkante eines an der Stirnseite angeordneten Schneideinsatzes für den fest vorgegebenen maximalen axialen Bohr- oder Fräsvorschub die spiral- oder wendelförmige Raumkurve ermittelt, zu einer Gerade abgewickelt und auch aus der Neigung dieser Gerade relativ zu einer senkrechten Ebene zum Bohr- oder Fräsvorschub zuzüglich des effektiven Freiwinkels der absolute Freiwinkel für jeden unterhalb des genannten Punktes auf der Schneidkante liegenden Freiflächenbereich ermittelt. Der ermittelte Freiwinkel ist derjenige mindestens eines der Schneideinsätze eines Bohr- oder Fräswerkzeuges.

Description

Beschreibung
Bohr- oder Fräswerkzeug und Verfahren zur Ermittlung der absoluten Freiwinkel der Freiflächenbereiche eines Schneideinsatzes
Die Erfindung betrifft ein Bohr- oder Fräswerkzeug mit einem Werkzeugträger und mindestens zwei an der Stirnseite des Werkzeugträgers in je einer Aussparung angeordneten Schneideinsätzen mit einer Spanfläche, die durch Schneidkanten begrenzt wird, wobei mindestens ein Schneideinsatz, mindestens eine durch eine Ausstülpung gebildete gebrochene Schneidkante, eine Auflagefläche und seitliche Freiflächen aufweist, die unter einem positiven Freiwinkel angeordnet sind, wobei jeder Punkt einer aktiven Schneidkante eines an der Stirnseite angeordneten Schneideinsatzes bei fest vorgegebenem axialen Bohr- oder Fräsvorschub (fz) eine wendeiförmige Raumkurve beschreibt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ermittlung der absoluten Freiwinkel der Freiflächenbereiche, die sich an die aktive Schneidkante eines Schneideinsatzes in einem Bohr- oder Fräswerkzeug der vorgenannten Art anschließen.
Nach dem Stand der Technik sind für Bohrungen in Vollmaterial geeignete Bohrwerkzeuge bekannt, die einen Schaft mit mindestens zwei in entsprechenden Aussparungen angeordnete, um 180° versetzte Schneideinsätze aufweisen. Die Schneideinsätze sind in verschiedenem Radialabstand am Schaft angeordnet, so daß sich ihre Arbeitsbereiche teilweise überlappen und im übrigen aneinander angrenzen. Gegebenenfalls können an der Stirnseite in unterschiedlichem radialen Abstand auch mehr als zwei Schneideinsätze angeordnet sein. Entsprechendes gilt auch für Planfräser mit stirnseitig angeordneten Schneideinsätzen.
Die jeweils verwendeten Schneideinsätze gibt es in vielfachen Grundformen, so z.B. als sechseckige, achteckige, fünfeckige, dreieckige, rhombische und rechteckige Schneidplatten, z.T. auch mit vergrößertem Schneideckenwinkel. Zum Bohren oder Fräsen werden insbesondere die aus der EP 0 088 505 AI bekannten trigon- oder rhombusförmigen Schneideinsätze verwendet, die drei bzw. vier dachförmig ausgebildete Schneidkanten aufweisen, so daß pro Schneidkante zwei einen stumpfen Winkel einschließende Schneidkantenhälften gebildet werden, die beide spanend in Eingriff stehen. Die Verwendung trigonförmiger Schneidplatten in einem Bohrwerkzeug wird beispielsweise in der DE 27 30 418 C2 vorgeschlagen, wobei die Schneidplatten an je einer Aussparung des Bohrerschaftes so angeordnet sind, daß die Winkelhalbierenden der in Eingriff stehenden Schneidplatten jeder Wendeschneidplatte zur Bohrerachse parallel oder unter einer geringfügigen Kippung von maximal 2° angeordnet sind.
Aus der WO 93/0 28 24 sind auch Schneideinsätze zum Bohren bekannt, die mindestens drei die Spanfläche begrenzende Schneidecken und zwischen zwei benachbarten Schneidecken liegende Schneidkanten aufweisen, von denen mindestens eine der Schneidkanten mindestens zwei vorstehende Schneidspitzen aufweist .
Alle zum Bohren oder Fräsen stirnseitig des Werkzeughalters verwendete Schneideinsätze haben eine positive Plattengeometrie, um einen ausreichenden Freiwinkel der Freifläche zu gewährleisten. Der Nachteil der beschriebenen, nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsätze liegt darin, daß sich der effektiv zwischen dem Bohr- oder Fräsgrund und der Freifläche bildende Freiwinkel entsprechend dem axialen Vorschub verringert, da der Bohr- oder Fräsgrund bei axialem Vorschub keine Ebene darstellt. Dies wirkt sich bei aktiven, d.h. in spanendem Eingriff am Bohr- oder Fräsgrund befindlichen Schneidkantenspitzen bzw. die hieran angrenzende Freifläche nachteilig aus, nämlich durch einen dortigen erhöhten Verschleiß.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Bohr- oder Fräswerkzeug durch eine bessere Stabilisierung des zwischen der Spanfläche und der Freifläche gebildeten Keils zu optimieren. Hierzu soll auch ein Verfahren zur Ermittlung des absoluten Winkels der sich an die aktive Schneidkante angrenzenden Freiflächenbereiche angegeben werden. Die zu lösende Aufgabe soll sich auf alle Schneideinsatzgeometrien beziehen, die stirnseitig an einem Bohrer oder Fräser einsetzbar sind, gleichgültig an welcher Stelle der aktiven Schneidkante die Ausstülpung (Schneidkantennase) angeordnet ist. Vor allem bei solchen Schneideinsätzen, die im Mittenbereich eines Bohrers eingesetzt werden sollen, soll der beim Bohren entstehende Druck auf die Freifläche so gering wie möglich gehalten werden. Beim Fräsen wird die Aufgabe insbesondere bei Eckfräsern mit großem axialen Winkel zu lösen sein.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird das im Anspruch 1 beschriebene Bohr- oder Fräswerkzeug der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens der sich an die aktive Schneidkante anschließende Bereich der Freifläche aus einer Schar von senkrecht zur Schneidkante liegenden Geraden gebildet wird, von denen jede in Bezug auf die zu einer entsprechend dem Bohr- oder Fräsvorschub zu einer geneigten Geraden abgewickelte Raumkurve unter einem effektiven positiven (Frei-) Winkel geneigt ist. Durch diese Maßnahme wird jede Freifläche der stirnseitig angeordneten Schneideinsätze entlang der gesamten Schneidkante, insbesondere im Bereich von Schneidkantenspitzen, dem sich aus der Bohrerrotation und dem axialen Vorschub ergebenden abgetragenen Fläche, nämlich dem Bohr- oder Fräsgrund, derart angepaßt, daß sich an jedem Ort ein effektiver tatsächlicher positiver Freiwinkel ergibt. Vorzugsweise ist dieser effektive positive Freiwinkel kleiner 15°, insbesondere 5° bis 9°.
Die vorliegende Erfindung umfaßt sowohl solche Schneideinsätze, bei denen nur der unmittelbar an die aktive Schneidkante angrenzende Freiflächenbereich nach der vorgenannten Maßnahme ausgebildet ist, demgegenüber die sich daran anschließenden Freiflächenbereich unterschiedliche, insbesondere größere Freiwinkel aufweisen können, als auch solche Freiflächenausbildung, bei denen jeder senkrecht zur Schneidkante gelegte Schnitt eine Gerade über die gesamte Freifläche ergibt. Durch diese Maßnahme verlängert sich die Lebensdauer der jeweils aktiven Schneidkante, da diese erheblich stabilisiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt der effektive Freiwinkel des Schneideinsatzes zwischen 4° und 20°, vorzugsweise zwischen 7° und 15°.
Der Winkel des Plattensitzes, nämlich der Winkel zwischen dem Boden des Schneideinsatzes und dem angrenzenden Freiflächenbereich liegt zwischen 6° und 20°, vorzugsweise 11° und 15°.
Die jeweilige Ermittlung der absoluten Freiwinkel der Freiflächenbereiche, die sich an die aktive Schneidkante eines Schneideinsatzes in einem Bohr- oder Fräswerkzeug der vorbeschriebenen Art anschließen, erfolgt nach dem im Anspruch β beschriebenen Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß für jeden Punkt einer aktiven Schneidkante eines an der Stirnseite angeordneten Schneideinsatzes für den fest vorgegebenen maximalen axialen Bohr- oder Fräsvorschub die wendeiförmige Raumkurve ermittelt wird, die anschließend zu einer Geraden (in einer Ebene) abgewickelt wird, welche relativ zu einer senkrechten Ebene zum Bohr- oder Fräsvorschub liegt. Durch jeweilige Drehung dieser Geraden um den gewünschten Freiwinkel, den die an die aktive Schneidkante angrenzende Freifläche gegenüber dem Bohr- oder Fräslochgrund haben soll, erhält man jeweils im Anschluß an einen auf der aktiven Schneidkante liegenden Grenzpunkt den dortigen Freiflächenverlauf. Die Schar der jeweiligen Freiflächenverläufe ergibt dann die gesamte, an die aktive Schneidkante angrenzende Freifläche bzw. einen Teilbereich derselben.
Zur weiteren Erläuterung dient folgende Überlegung:
Jeder Punkt einer aktiven Schneidkante eines stirnseitig ange- ordneten Schneideinsatzes beschreibt beim Bohr- oder Fräsvorschub bei zentrierter Bohrerausrichtung in axialer Richtung eine wendeiförmige (helixförmige) Kurve, wobei sich aus der Gesamtheit dieser Kurven der Bohr- oder Fräsgrund ergibt. Dreht man jede dieser wendeiförmigen Kurve um einen gewünschten Freiwinkel, den der sich an die Schneidkante anschließende Freiflächenbereich haben soll, ergibt sich eine weitere Gruppe von wendeiförmigen Raumkurven, die im Gegensatz zu ungedrehten jeweiligen wendeiförmigen Kurve einen Abstand bzw. Freiwinkel zwischen dem Bohr- oder Fräsgrund entstehen läßt. Da der Radius eines Punktes auf der aktiven Schneidkante in Draufsicht betrachtet vom Bohr- oder Fräszentrum gesehen nach außen größer wird, ergeben sich bei der Abwicklung der jeweiligen wendeiförmigen Raumkurven Geraden unterschiedlicher Länge, wodurch sich auch erklärt, daß die jeweiligen Freiwinkel entlang der Schneidkante unterschiedlich groß sind. Die um den gewünschten tatsächlichen Freiwinkel verdrehte Helixschar dient somit als Stütz- oder Hüllkurve für die zu schaffende Freifläche.
Eine von der Wendelform abweichende Spiralform ergibt sich dann, wenn der Bohrer mit einer effektiven Schneide nicht nur bei dem angegebenen Nenndurchmesser, sondern auch zum Bohren von geringfügig größeren oder kleineren Bohrdurchmessern eingesetzt wird, wobei die Bohrerachse um ein entsprechend geringes Maß z.B. von einigen 1/10 mm aus der Bohrlochachse ausgelenkt wird. Um auch in diesem Fall einen entsprechenden effektiven Freiwinkel einstellen zu können, muß der effektive Freiwinkelverlust, der sich durch die Spiral- statt der Wendelbahn eines Schneidkantenpunktes ergibt, durch eine entsprechende Stauchung der Wendelform um eine Kreisbahn zu einer Spirale kompensiert werden.
Das geschilderte Verfahren läßt sich für jeden axialen Vorschub bzw. für jeden gewünschten tatsächlichen Freiwinkel anwenden, wobei der jeweils zugrunde gelegte Vorschub dann als der maximal zulässige Vorschub für den Bohrer oder Fräser anzusehen ist . Die Erfindung wird im folgenden anhand der Darstellungen weiter erläutert. Es zeigen
Fig. 1 auf eine Ebene abgewickelte Raumkurven, die unter alleiniger Berücksichtigung des Freiwinkels und unter gemeinsamer Berücksichtigung der Summe aus dem Freiwinkel und dem Vorschub des Werkzeuges ergeben,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine spiralförmige Raumkurve, die einen Schneidkantenpunkt eines Schneideinsatzes bei geringfügig exzentrisch ausgelenkter Bohrerachse durchläuft,
Fig. 3, 4 eine jeweils um 90° versetzte Ansicht der spiralförmigen Raumkurve nach Fig. 2,
Fig. 5 einen exemplarischen Schneideinsatz in schema- tischer Darstellung,
Fig. 6, 7 jeweils einen Schnitt in Schnittebenen VI und
VII,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Bohrwerkzeuges,
Fig. 9 eine stirnseitige Draufsicht auf das Bohrwerkzeug nach Fig. 8,
Fig. 10 eine schematische Schnitt-Darstellung durch ein
Bohrloch mit zwei Schneideinsätzen des Bohrers nach Fig. 8 und 9 beim Schneiden,
Fig. 11 eine Draufsicht auf die Spanfläche eines
Schneideinsatzes, Fig. 12 eine Teilschnittansicht zur Darstellung der positiven Schneidgeometrie bzw. der Anordnung der Freifläche und
Fig. 13 eine Detailansicht einer spitzen Schneidecke eines Schneideinsatzes nach Fig. 11, 12.
Jeder Punkt einer aktiv schneidenden Kante eines Schneideinsatzes an einem rotierenden Bohrer, der nicht im Bohrlochzentrum bzw. auf der Bohrerlängsachse liegt, beschreibt bei einer Bohrerdrehung ohne einen Vorschub eine in einer Ebene liegende Bahn, wie dies anhand des Schneideinsatzes 20 und der durch den Kreis 21 bestimmten Ebene, welche der Punkt 22 der Schneidkante durchläuft, aus Fig. 4 ersichtlich ist. Berücksichtigt man den Vorschub des Bohrers bzw. des Schneideinsatzes beim Bohren, ergibt sich eine helixartige Raumkurve 23, die bei exakt zentriertem Bohrer, d.h. beim Bohren eines Nenndurchmessers, eine Wendelform beschreibt. Abweichungen aus der Wendelform ergeben sich dann, wenn zum Bohren kleinerer oder größerer Durchmesser als dem Nenndurchmesser der Bohrer um einige zehntel Millimeter aus der Bohrlochachse ausgelenkt wird. Die diesbezügliche Spiralform als Projektion der Helix 23 in eine Ebene ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die abgewickelte Raumkurve 23 entsprechend der waagerecht dargestellten Grundlinie in Fig. 1. Demgegenüber ist der auf einer Senkrechten zur Schneidkante liegende Punkt der unterhalb der Schneidkante liegenden Freifläche bzw. die an diesem Punkt anliegende Tangente 24, welcher ebenfalls einer entsprechenden Raumkurve folgt, um den Freiwinkel α geneigt. Diese Freiwinkeleinstellung bleibt jedoch nur so lange erhalten, wie kein Bohrervorschub auftritt. Um einen effektiven Freiwinkel α2 zu erhalten, ist somit der sich aus dem Bohrervorschub ergebende "Freiwinkelverlust" auszugleichen, was durch Gerade 25 verdeutlicht wird, welche den in bezug auf den ruhenden Schneideinsatz objektiven Freiwinkel α2 für jeden Freiwinkelteil unterhalb eines Schneidkantenpunktes zeigt. Beim fortschreitenden Bohrereinsatz kann so ein effektiver Freiwinkel der gewünschten Art bezogen auf den Vorschub unabhängig von der Freiflächenkontur des Schneideinsatzes 20 jeweils ermittelt werden. Die aus Fig. 5 jeweils erhaltenen Schnitte VI und VII zeigen unterschiedliche Konturen 26 der Freifläche unterhalb des Schneidkantenpunktes 22.
Der in Fig. 11 dargestellte Schneideinsatz 10 besitzt eine im wesentlichen rhombische Grundform mit einer Spanfläche 11, einer Bodenfläche sowie dazwischenliegenden Freiflächen, die jeweils zu Freiflächenabschnitten 12 und 13 (vgl. auch Fig. 12) abgewinkelt sind. Zur Befestigung des Schneideinsatzes ist ferner ein Loch 14 vorgesehen. Der Schneideinsatz besitzt eine positive Schneidengeometrie, im vorliegenden Fall unter Bildung von einem Freiflächenwinkel αι_ bzw. α für die jeweiligen Freiflächenabschnitte 12 und 13. Die Spanfläche wird durch jeweils zwei gegenüberliegende konkave Schneidkanten 20 sowie konvexe Schneidkanten 30 gebildet. Die geradlinigen Schneidkantenabschnitte 21 und 22 der konvexen Schneidkante 20 bilden einen stumpfen Winkel ει_ von (vorzugsweise 150° bis 180°). Die konkave Schneidkante 30 wird im wesentlichen durch Schneidkantenabschnitte 31, 32 und 34 gebildet, die Schneidkantenabschnitte 31 und 32 schließen einen Winkel S2 von etwa 200° ein, d.h. der Komplementärwinkel 360° -82 entspricht in etwa dem Winkel ει_ . Es können jedoch auch verschieden große Winkel ει_ und 360° -S2 gewählt werden.
Im Anschluß an die Schneidecke 15 entsprechend der spitzwinkligen Ecke der rhombischen Grundform besitzt die Schneidkante 30 einen Schneidkantenabschnitt 33, der mit dem hier angrenzenden Schneidkantenabschnitt 31 einen Winkel 83 von 145° bildet. Am anderen Ende der Schneidkante ist eine weitere Abflachung 34 angeordnet, die mit dem angrenzenden Schneidkantenabschnitt 32 einen Winkel 84 von 165° bildet. Die Schneidkantenabschnitte 21, 22 sind gleich lang, wohingegen der Schneidkantenabschnitt 32 etwa zwei- bis viermal doppelt so lang wie der Schneidkantenabschnitt 31 ausgebildet ist. Der Abschnitt 33 der konkaven Hauptschneide ist verhältnismäßig kurz zum Abschnitt 34 und bildet mit Abschnitt 31 einen Radius 48 von R = 1,5 mm. Der Abschnitt 34 ist etwa halb so lang wie Abschnitt 32.
Die Verbindungslinie der Schneidecken 15 und 16 im Bereich der Schneidkante 20 ist mindestens so groß wie die betreffende Verbindungslinie im Bereich der konkaven Schneidkante 30, vorzugsweise ist die dargestellte Länge lι_ größer als I2, wobei l]_/l2 zwischen 1 und 1,2 liegt. Die Schneidecken 15, 16 sowie die Übergangsbereiche zwischen den Schneidkantenabschnitten 21, 22; 31, 32; 32, 34 sind jeweils abgerundet.
Das im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte und in Fig. 8 und 9 dargestellte Bohrwerkzeug besitzt einen Schaft 40 mit jeweils in Aussparungen angeordneten, mehrere Schneidkanten aufweisenden auswechselbaren Schneideinsätzen 41, 42, von denen der erste Schneideinsatz 41 radial außen und der zweite Schneideinsatz 42 radial innen angeordnet ist. Die Schneideinsätze bzw. die dementsprechend ausgeformten Ausnehmungen entsprechen in der Geometrie dem vorbeschriebenen Schneideinsatz, wobei - wie aus Fig. 10 ersichtlich - die aktive Schneidkante 43 des Schneideinsatzes 42 konvex und die aktive Schneidkante 44 des Schneideinsatzes 41 konkav sind. Durch die Schneidkantenabschnitte 31, 33 und dem Radius 48 wird beim Bohren eine Anführbohrungsrille geschaffen. Die Aufteilung der aktiven Schneiden 43 und 44 in mehrere Teilbereiche schafft beim Bohren den Vorteil, daß schmale Kurzspäne erzeugt werden, deren Abführung leicht möglich ist.
Im Rahmen konkreter Ausführungsbeispiele sind unterschiedliche Bohrer getestet worden. In einer ersten Versuchsreihe A sind zähe und harte Werkstoffe bearbeitet worden, in einer Versuchsreihe B weiche Werkstoffe.
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"fzmax + Freiwinkel" benennt den maximalen Bohr- oder Fräsvorschub bei einem vordefinierten Freiwinkel, d.h. bei einem Bohroder Fräsvorschub von 0,14 mm (bei WSP Gr. 1) erhält man genau einen Freiwinkel (in Bearbeitungsrichtung) von 7°. Wird der Vorschub fzmax unterschritten, erhöht sich der Freiwinkel zwangsläufig auf Werte > 7°, bei einer Überschreitung des Vorschubes fzmax wird der Freiwinkel < 7°. Die Unterscheidung Freiwinkel innen bzw. außen bezieht sich auf den inneren Schneideinsatz 41 bzw. den äußeren Schneideinsatz 42 (siehe Fig. 9, 10) . Als radialer Freiwinkel außen wird der Freiwinkel bezeichnet, der beim Bohren radial außen, d.h. der Bohrlochwand 45 gegenüber, liegt. Die Verstellung innen bzw. außen bezieht sich auf den Radiusunterschied, den der Kreis 20 gegenüber der Spiralhelix 23 gemäß Fig. 23 aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Bohr- oder Fräswerkzeug mit einem Werkzeugträger und mindestens zwei an der Stirnseite des Werkzeugträgers in je einer Aussparung angeordneten Schneideinsätzen mit einer Spanfläche, die durch Schneidkanten begrenzt wird, wobei mindestens ein Schneideinsatz mindestens eine durch eine Ausstülpung gebildete gebrochene Schneidkante, eine Auflagefläche und seitliche Freiflächen aufweist, die unter einem positiven Freiwinkel angeordnet sind, wobei jeder Punkt einer aktiven Schneidkante eines an der Stirnseite angeordneten Schneideinsatzes bei fest vorgegebenem axialem Bohr- oder Fräsvorschub (fz) eine spiral- oder wendeiförmige Raumkurve beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der sich an diese aktive Schneidkante anschließende Bereich der Freifläche aus einer Schar von senkrecht zur Schneidkante liegenden Geraden gebildet wird, von denen jede in bezug auf die zu einer entsprechend dem Bohr- oder Fräsvorschub (fz) zu einer geneigten Gerade abgewickelten Raumkurve unter einem effektiven positiven (Frei-) Winkel (α2) geneigt ist.
2. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Freiwinkel 4° < (α2) < 20° ist, vorzugsweise zwischen 7° und 15° liegt.
3. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines an die Schneidkante angrenzenden Freiflächenbereiches mindestens ein weiterer Freiflächenbereich unter einem größeren Freiwinkel (cxi) als dem absoluten Freiwinkel des ersten Freiflächenbereiches angeordnet ist.
4. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel (αi) zwischen 6° und 20°, vorzugsweise zwischen 11° und 15°, liegt. Verfahren zur Ermittlung der absoluten Freiwinkel der Freiflächenbereiche, die sich an die aktive Schneidkante eines Schneideinsatzes in einem Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1 bis 4 anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Punkt einer aktiven Schneidkante eines an der Stirnseite angeordneten Schneideinsatzes für den fest vorgegebenen maximalen axialen Bohr- oder Fräsvorschub (fz) die spiral- oder wendeiförmige Raumkurve ermittelt, zu einer Geraden abgewickelt und auch aus der Neigung dieser Geraden relativ zu einer senkrechten Ebene zum Bohroder Fräsvorschub (fz) zuzüglich des effektiven Freiwinkels der absolute Freiwinkel für jeden unterhalb des genannten Punktes auf der Schneidkante liegende Freiflächenbereich ermittelt wird.
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