DE10144735B4

DE10144735B4 - Schneideinsätze und Rotations-Umfangsfräser mit austauschbaren Schneideinsätzen

Info

Publication number: DE10144735B4
Application number: DE10144735A
Authority: DE
Inventors: Harald Maier; Siegfried Dietz
Original assignee: MAIER GmbH
Current assignee: DMT GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10144735C5; DE10144735A1

Abstract

Schneideinsatz (20) für einen rotierenden Umfangsfräser (10) zum Seitwärtsfräsen und Bohren mit einem den Schneideinsatz austauschbar aufnehmenden Halter (11), wobei der Schneideinsatz (20) mit mindestens einer Schneidkante (21) ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche (22) und einer Freiflankenfläche (23) des Schneideinsatzes (20) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) entlang einer dreidimensionälen Raumkurve (30) gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve (43) zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper (41, 42) ist, wobei der erste Körper ein Zylinder (41) ist, der durch die Umdrehungsfläche (12) der Schneidkante (21) am rotierenden Umfangsfräser (10) definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für einen rotierenden Umfangsfräser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruchs 9 sowie einen Rotations-Umfangsfräser mit austauschbaren Schneideinsätzen nach dem Oberbegriff des Anspruches 22.
Derartige Schneideinsätze und Rotations-Umfangsfräser kommen in modernen computergesteuerten Fräswerkzeugen, oftmals mit CNC-rechnik, zum Einsatz. Es werden bei modernen Fräsern nicht mehr die Fräsköpfe aus einem Stück hergestellt, was nach deren Verschleiß ein Auswechseln des gesamten Kopfes notwendig machen würde, sondern die tatsächlich wirkenden Schneidkanten werden an an einem Halter zu befestigenden Schneideinsätzen (auch Schneidplatten genannt) ausgebildet. Diese Schneideinsätze sind dann mit wenigen Handgriffen bei sich aufzeigendem Verschleiß auszuwechseln. Jedoch haben sich bisherige Fräser bzw. deren Schneideinsätze hierbei durch eine zum Teil unbefriedigende Standzeit im Dauereinsatz ausgezeichnet; was unter anderem durch eine teilweise einseitige Abnutzung an den dem Werkstück nächsten Bereichen der Schneidkanten lag. So sind beispielsweise Fräsköpfe mit Schneideinsätzen bekannt, bei denen die zum Einsatz kommende Schneidkante an einer planen Platte ausgebildet ist. Weiterhin sind räumlich geformte Schneideinsätze bekannt, bei denen die Schneidkante wiederum in einer Ebene liegend ausgeformt ist. Eben diese bekannten Schneikantengeometrien zeigen die nachteilige einseitige Abnutzung. Auch sind die Leistungsaufnahmen der Schneidplatten häufig so groß, dass Leistungsschwächere Fräsmaschinen nicht mehr zum Einsatz kommen können. Die Leistung muss insbesondere bei höherer Zustellung, also bei stärkrem Vorschub des Fräsers in das Material hinein, deutlich erhöht werden, was das Anwendungsspektrum der brauchbaren Fräsmaschinen stark verringert. Jedoch sind gera de die Leistungsschwächeren Maschinen deutlich billiger in der Anschaffung.

Aus der DE 43 42 557 C2 ist ein Fräsbohrwerkzeug bekannt geworden, bei dem in einem Arbeitsgang eine Bohrung mit nur einem Fräswerkzeug vorgenommen werden kann. Ferner ist das Fräsbohrwerkzeug mit auswechselbaren Schneidplatten versehen, welche auch einen oder mehrere Gewindeschneidzähne aufwesen können, wodurch das schneiden eines Gewindes ins volle Material möglich ist. Jedoch haben die beschriebenen Schneidplatten wieder die bekannten Schneidengeometrien, wodurch die Leistungsaufnahme wiederum so hoch ist, dass der Verschleiß oder die zu geringe Schneidleistung wieder nachteilig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Standzeit und Leistungsaufnahme verbesserte Schneidplatte und einen Umfangsfräser zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1 und Anspruch 9, sowie durch einen Rotations-Umfangsfräser nach Anspruch 28 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schneidkante entlang einer dreidimensionalen Raumkurve gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper ist, wobei der erste Körper ein Zylinder ist, der durch die Umdrehungsfläche der Schneidkante am rotierenden Umfangsfräser definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist. Durch diese neuartige Schneidkantengestaltung eines Schneideinsatzes wird die einseitige Abnutzung der Schneidkante an einigen Stellen, welche insbesondere an der den Werkstücken zugewandten Enden beobachtet werden konnte, vermieden werden, da durch eine geeignete Wahl der Raumkurve bzw. der die Raumkurve bestimmenden Körper eine gleichmäßige Abnutzung gewährleistet wird.

Hierdurch wird weiterhin die Standzeit der Schneidplatte verlängert, was eine erhebliche Kostenersparnis darstellt. Weiterhin wird durch eine entsprechende Wahl der Körper eine Raumkurve vorgegeben, durch welche ein gleichmäßiges Abtragen von Material entlang der gesamten Schneidkante gewährleistet wird, wodurch die dem Werkzeug zugeführte Arbeitsleistung optimal ausgenutzt wird. Durch die verbesserte Spanabfuhr wird ebenfalls durch die neue Schneidplatte die Wärmeabfuhr der durch den Fräs- bzw. Bohrvorgang erzeugten Joulchen Wärme optimal vom Werkstück weggeführt, wodurch eine nachteilige Erwärmung des Werkstückes fast vollständig verhindert wird.

Eine besonders vorteilhafte und daher bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Körper ein Zylinderkörper mit ellipsenförmiger Querschnittsfläche oder ein Zylinderkörper mit kreisförmiger Querschnittsfläche (Kreiszylinder) ist. Hierdurch werden besonders vorteilhafte, wirksame Raumkurven geschaffen, nach denen die Schneidkanten geformt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Axialeinsatzspanwinkel, der zwischen der lokalen, zur Radialen rechwinkligen Tangente an der Schneidkante und der Rotationsachse des Umdrehungs-Kreiszylinders definiert ist, entsprechend der durch den zweiten Zylinderkörper geformten Raumkurve im wesentlichen veränderlich über der Länge der Schneide ist. Durch den kontinuierlich veränderlichen Axialeinsatzspanwinkel ist eine besonders gleichmäßige Belastung – und dadurch gleichmäßige Abnutzung – der Schneidkante gegeben, wodurch die Standzeit wiederum erhöht ist. Bisher bekannte gestufte oder mit Knicken versehene Schneidkanten haben hier punktuell hohen Verschleiß gezeigt, wodurch Schneideinsätze vorzeitig auszuwechseln waren, obwohl noch große Bereiche der Schneikante nicht nennenswert abgenutzt waren.

Der Keilwinkel, welcher der durch die Schneidspanfläche und Freiflankenfläche eingeschlossenen Winkel am Ort der Schneidkante ist (90° – Freiwinkel – Spanwinkel), ist nach einer vorteilhaften und daher besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im wesentlichen veränderlich über die Länge der Schneide. Durch diese Ausgestaltung des Keilwinkels wird wiederum ein optimierte Schneidkanteneinsatz über die volle Länge der Schneidkante gewährleistet, und ebenfalls der Dynamik der Spanabfuhr Rechnung getragen. Oftmals kommen die Schneidplatten gerade auch beim Bohrfräsen zum Einsatz, wodurch anders als beim Seitwärtsfräsen verbessert abgeführt werden kann. Durch eine solche Wahl des Keilwinkels wird zudem die Leistungsaufnahme gerade im oberen Leistungsbereich, etwa bei sehr starker Zustellung – also starkem Vorschub beim Fräsen, hierdurch verringert, was auch Leistungsschwächere Fräsmaschinen zum Einsatz kommen lässt wo normalerweise schon leistungsstärkere Maschinen notwendig wären.

Dem folgend wird gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Keilwinkel im Verlauf der Schneide über deren Länge kleiner.

Der Spanwinkel, der der zwischen der Drehzylinderradialen und der Schneidspanfläche eingeschlossene Winkel ist, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Verlauf der Schneide über deren Länge größer. Hierbei seinen beispielsweise kontinuierliche Winkeländerungen von 12° auf 15° genannt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Freiwinkel, der der zwischen der Drehzylindertangente und der Freiflankenfläche eingeschlossene Winkel ist, im Verlauf der Schneide über deren Länge größer wird. Hierbei seinen beispielsweise kontinuierliche Winkeländerungen von 7° auf 10° genannt. Hierdurch wird auch gerade beim Bohrfräsen eine erhöhte Wärmeabfuhr ermöglicht, da der größer werdende Freiwinkel eine verstärkte Wärmeabstrahlung des Werkstücks in die Bohrung hinein ermöglicht. Das Werkstück wird so kaum noch nennenswert erwärmt. Sonst aufwendige Kühlmaßnahmen werden überflüssig oder auf ein Minimum reduzierbar. Der Arbeitsgang wird so beschleunigt und Arbeitsschritte eingespart.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schneideinsatz für einen rotierenden Umfangsfräser mit einem den Schneideinsatz austauschbar aufnehmenden Halter, wobei der Schneideinsatz mit mindestens einer Schneidkante ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche und einer Freiflankenfläche des Schneideinsatzes definiert ist, wobei der Keilwinkel, welcher der durch die Schneidspanfläche und Freiflankenfläche einge schlossenen Winkel am Ort der Schneidkante ist, im Verlauf der Schneide über deren Länge kleiner wird. Hierdurch wird wieder der oben beschriebene Vorteilhafte Effekt erzielt, dass insbesondere durch verringerte Leistungsaufnahme das Anwendungsspektrum der Schneideinsätze auch auf Leistungsschwächere Fräsmaschinen ausgedehnt wird, wodurch die Schneiplatte in wesentlich mehr Fällen zum Einsatz kommen kann.

Wiederum von Vorteil wird der Spanwinkel und oder der Freiwinkel im Verlauf der Schneide über deren Länge größer.

Bevorzugter Weise weist der Schneideinsatz nach der ersten oder zweiten Variante mehrere Schneidkanten auf, wobei der Schneideinsatz wendbar ausgeführt ist, sodass durch verschiedene vorgesehene Montagelagen des Schneideinsatzes jeweils eine andere Schneidkante zum Einsatz kommt. Hierdurch werden sogenannte Wendeplatten bzw. Wendeschneideinsätze ermöglicht, die einen optimalen Einsatz des Materials erlauben, da ein verschlissener Schneideinsatz nicht gleich weggeworfen zu werden braucht, sondern durch einfaches Ummontieren nochmals mit einer neuerlichen Schneidkante zum Einsatz kommt. Hierdurch werden wiederum erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht.

Von Vorteil weist der Schneideinsatz Ausricht- und Zentriermittel auf, die eine definierte Lage im montierten Zustand gewähren. Das ermöglicht eine eindeutige Montagepositionierung, die schnell auch durch ungeschultes Personal montiert werden kann. Um die Platte am Halter verdrehsicher, sowie auf Umschlag exakt gleich und positionsgenau befestigen zu können, kann vorgesehen werden, die Schneideinsätze mit mindestens einer Nut bzw. mit zwei Nuten und mehr auszustatten, wobei diese in Kreuzform angebracht sein können. Den Nutausnehmungen sind als Ausricht- und Haltemittel am Halter entsprechende Wülste zugeordnet. Auch sind andere Formen oder Kanten denkbar. Beispielsweise halbkugelförmige Ausnehmungen mit deren Entsprechungen oder der Halter ist entsprechend der Außenform des Schneideinsatzes exakt geformt, sodass eine exakte Anlagefläche entsteht. Somit ist die Außenform das Ausrichtmittel.

Eine besonders vorteilhafte und daher bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schneideinsatz zum Erzeugen einer Kernlochbohrung weitere, der Schneidkante zugeordnete Stirnschneiden an der dem zu bearbeitenden Werkstück zugewandten, an die Schneidkante anschließenden Stirn-Seite aufweist.

Vorteilhafter Weise bilden die Stirnschneiden zusammen einen V-förmigen oder kreisförmigen Verlauf.

Ebenso vorteilhafter Weise weist die Stirnseite mehrere Stirnschneidenpaare auf. Hierdurch können auch großflächig direkt in die Tiefe gefräste Ausnehmungen bzw. Bohrlöcher mit großen Durchmessern erzeugt werden.

Als weitere Ausgestaltung demnach vorgeschlagen, den Schneideinsatz (auch in Form einer Wendeplatte) in einer breiteren Form zu fertigen, wobei dieser dann mehr als zwei Stirnschneiden der eingangs erwähnten Schneidengeometrie aufweist. Dabei ist ferner vorgesehen, mehrere Schneideinsätze an einem Halter mit unterschiedlicher Breite einzusetzen, um auch im inneren Bereich des Fräsbohrwerkzeugs einen ausreichenden Freiraum für die anfallende Späne zur Verfügung zu haben. Dabei können die sich in ihrer Breite abwechselnden Platten z.B. einmal zwei zu drei oder zwei zu vier oder drei zu vier oder drei oder vier zu fünf usw. Stirnschneiden aufweisen. Ferner kann es bei breiteren Schneidernsätzen vorteilhaft sein, die Anbringung von mehreren Schneidernsätzen auf einer Schneidenbreite vorzusehen. In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, dass, falls eine Sacklochausnehmung erstellt werden soll, alle Stirnschneiden auf einer Ebene liegen müssen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stirnschneiden zu den Schneidflächen einen abgerundeten, insbesondere kreisbogenförmigen Verlauf als Übergang aufweisen.

Eine ebenso bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stirnschneiden an ihrem Übergang zu den Schneidkanten eine weitere, in einer anderen Richtung orientierte Übergangsschneide aufweisen.

Von Vorteil ist die Seitenfläche der Schneideinsatzes, an dem die Schneidkante angeordnet ist, in einen mit der Schneidkante versehenen schneidenden Teil und einen nicht schneidenden Teil unterteilt.

Bevorzugter Weise ist der schneidende und der nicht schneidende Teil der Seitenfläche des Schneideinsatzes durch eine Querschneide unterteilt, wobei die Querschneide einen solchen Verlauf hat, dass der durch die Schneidkante gebildete schneidende Teil und der nicht schneidende Teil einen Versatz zueinander aufweisen.

Es wird demnach vorgeschlagen, dass die zum Einsatzkommende, Schneidkante des Schneideinsatzes mittels einer Querschneide in zwei gegeneinander geringfügig versetzte Schneidenabschnitte unterteilt ist. Dabei ist die obere – also dem Werkstück entferntere – Hälfte der Schneidkante nach innen versetzt, sodass sie nicht in Schneideingriff kommt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schneidkante in zwei Teil-Schneidkanten ausgebildet ist, wobei zwischen diesen eine Schneidenquerschneide vorgesehen ist.

Vorteilhafter Weise besitzt die Schneidenquerschneide einen von den Teil-Schneidkanten verschiedenen Verlauf, sodass die Teil-Schneidkanten einen geringen Versatz zueinander aufwei sen. Hierbei kann die Schneidenquerschneide die Schneidkante in ihrem Verlauf nur Unterbrechen, oder aber beide Teile der Schneidkante folgen jeweils der oben beschriebenen vorteilhaften Raumkurve.

Es wird demnach vorgeschlagen, den Schneidenbereich – also die Schneidkante – zu unterteilen, und zwar im vorderen, dem Werkstück zugewandten Bereich, als Schruppschneide und im hinteren Bereich als durch eine Schneidenquerschneide abgeteilte und leicht nach außen vorstehend angebrachte Schlichtschneide. Dabei können die solcherart aufgeteilten Schneiden, zum einen als Schruppschneide mit einer für den Schruppeinsatz idealen, teilweise bekannten Schneidgeometrie gestaltet sein, und die sich anschließenden Schlichtschneiden zum anderen eine für diesen Einsatz ausgerichtete Schneidengeometrie aufweisen. Um eine idealen Schruppschneideneffekt zu erreichen wird vorgeschlagen, die Schruppschneide mit einer Hohlkehle zu versehen, derart, dass diese wie an sich bekannt einen positiven Spänabtrag bewirkt. Zugleich kann dadurch erreicht werden, dass die mit diesen Schruppschneiden erzeugten Späne nicht mit den sich an die Schruppschneiden anschließenden Schlichtschneiden in Berührung kommen.

Beim Einsatz des Schneideinsatzes beim Gewindebohren weist die Seitenfläche des Schneideinsatzes gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, an dem die Schneidkante angeordnet ist, in einem an die Schneidkante angrenzenden Bereich einen Gewindeschneidzahn auf, wodurch bei einer Kernlochbohrung sogleich ein Gewinde in das Werkstück eingebracht wird. Hierdurch kann in einem Arbeitsgang beim Fräs-Bohren sogleich mit einem Fräswerkzeug ein Gewinde in das Werkstück eingebracht werden. Hierdurch werden einige Arbeitsgänge (Fräser/Bohrer herausfahren, Werkzeugwechsel, erneutes Positionieren, einfräsen des Gewindes...) eingespart bzw. beschleunigt, was wiederum die Kosten bei der Herstellung von Gewinden in das volle Material erheblich senkt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein zwischen dem Gewindeschneidzahn und der Schneidkante angeordneter Gewindevorschneidzahn vorgesehen ist, der in seinen räumlichen Dimensionen gegenüber dem Gewindezahn reduziert ausgebildet ist. Hierdurch kann das Gewinde in zwei Arbeitsgängen entsprechend dem Vorschub des Fräskopfes in das Werkstück eingebracht werden, wobei durch den kleiner ausgestalteten Gewindevorschneidzahn nicht das volle Material aus dem Gewinde herausgeschnitten werden muss, was eine Leistungsverteilung in optimierter Weise auf zwei Gewindeschneidzähne ermöglicht. Hier sind auch weitere in der Größe gestaffelte Gewindezähne denkbar.

Die Erfindung betrifft ferner einen Rotations-Umfangsfräser mit einem wenigstens einen Schneideinsatz austauschbar aufnehmenden Halter, wobei der Schneideinsatz mit mindestens einer Schneidkante ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche und einer Freiflankenfläche des Schneideinsatzes definiert ist, wobei die Schneidkante entlang einer dreidimensionalen Raumkurve gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper ist, wobei der erste Körper ein Zylinder ist, der durch die Umdrehungsfläche der Schneidkante am rotierenden Umfangsfräser definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist.

Eine besonders vorteilhafte und daher bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Schneidkante in zwei Teil-Schneidkanten ausgebildet ist, wobei zwischen diesen eine Schneidenquerschneide vorgesehen ist, wobei die Schneidenquerschneide einen von den Teil-Schneidkanten verschiedenen Verlauf besitzt, sodass die Teil-Schneidkanten einen geringen Versatz zueinander aufweisen.

Von Vorteil weist die Stirnseite des Schneideinsatzes mehrere Stirnschneidenpaare auf.

Wiederum von Vorteil ist wenigstens ein Gewindeschneidzahn in einem an die Schneidkante angrenzenden Bereich an der Seitenfläche des Schneidansatzes angeordnet.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in.
1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Rotations-Umfangsfräser mit erfindungsgemäßen Schneideinsätzen,
2 eine schematische Darstellung des Umlaufzylinders der einzelnen Schneidkanten der Schneideinsätze am Fräser,
3 eine Konstruktionszeichnung der Raumkurve, welche die Schneidkantenverläufe definiert, wobei eine Durchdringung von zwei Zylindern gezeigt ist,
4 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Schneidplatte,
5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schneidplatte,
6 eine direkte Aufsicht von oben auf eine erfindungsgemäße Schneidplatte,
7 eine schematische Darstellung der Axialeinsatzspanwinkel an verschiedenen Orten der dreidimensionalen Raumkurve bzw. der Schneidkante,
8 ein schematisches Diagramm, in dem die Axialeinsatzspanwinkel über einer Raumrichtung aufgetragen,
9a bis 9c mehrere Querschnitte an verschiedenen Stellen durch die Schneidplatte an der Schneidkante, wodurch Spanwinkel, Freiwinkel und der Keilwinkel dargestellt werden,
10 ein schematisches Diagramm, in dem die Leistung über der Zustellung des Fräsers aufgetragen ist;
11 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schneidplatte, bei der ein schneidender und nicht schneidender Teil sowie Seitenschneider,
12 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schneidplatte mit in Teil-Schneidkanten ausgebildeten Schneidkanten, wobei diese durch eine Seitenquerschneide unterteilt werde, und
13 eine weitere erfindungsgemäße Schneidplatte, bei der in ihren räumlichen Dimensionen unterschiedlich große Gewindeschneidzähne vorgesehen sind.
Die in den Figuren gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotations-Umfangsfräser 10 mit einem erfindungsgemäße Schneideinsätze 20 aufnehmenden Halter 11, wobei die Schneideinsätze vermittels Schrauben am Halter 11 in einer bestimmten Montagelage befestigt sind, so dass von jedem Schneideinsatz 20 jeweils eine Schneidkante 21 wirksam zum Einsatz kommt.
In 2 ist wieder der Rotations-Umfangsfräser 10 aus 1 gezeigt, wobei der durch die Schneidkanten 21 bei Rotation des Umfangsfräsers 10 um die Achse a definierte Umlaufzylinder 41 eingezeichnet ist. Sämtliche Schneidkanten 21 befinden sich auf der Mantelfläche des Umlaufzylinders 41.
3 zeigt eine Konstruktionszeichnung für die dreidimensionale Raumkurve 30 der die Schneidkante 21 im Verlauf folgt. Gezeigt ist eine Durchdringung der Mantelflächen zweier Zylinder 41 und 42, wobei der Zylinder 41 wieder der Umlaufzylinder 41 aus 2 ist, der durch die Schneidkanten bei Rotation derer um die Umfangsfräserachse a definiert wird. Der zweite Zylinderkörper 42, dessen Achse c orthogonal zur Achse a des Umlaufzylinders liegt, weist zu der Achse a in ihrem nächsten Punkt einen Abstand d auf. Die Schnittkurve 43 der sich durchdringenden Mantelflächen der beiden Zylinder 41 und 42 bildet auch die Raumkurve 30, die den Schnittkantenverlauf der Schneidkante 21 festlegt.
Der zweite hier als Kreiszylinder dargestellte Zylinderkörper 42 kann hierbei auch eine ellipsenförmige Grundfläche oder andere geometrische Formen als Grundfläche haben.
Eine Schrägaufsicht auf eine erfindungsgemäße Schneidplatte 20 ist in 4 gezeigt. Hierbei handelt es sich um Wendeplatte die zwei Montagelagen und somit zwei jeweils einzeln zum Einsatz kommende Schneidkanten 21 und 21a aufweist. Die Schneidplatte ist mit einer zentral angeordneten Bohrung 27 zur Festlegung der selben an einem Halter 11 (siehe 1) ausgestattet. Die Schneidkanten 21 und 21a werden jeweils von der Spanfläche 22 bzw. 22a und der Freiflankenfläche 23 bzw. 23a als deren gemeinsame Begrenzung definiert. Die Stirnseiten 28 und 29 sind in dieser Darstellung nicht weiter gestaltet. Bei einer Montage des Schneideinsatzes in einer Lage, dass die Schneidkante 21 zum Einsatz gelangt, ist die Ecke 211 die dem Werkstück zugewandte und nächste Ecke des Schneideinsatzes.
5 zeigt eine Seitenansicht der Wendeplatte aus 4. Zur besseren Verdeutlichung sind hierbei die gegenüberliegende Schneidkante 21a und die begrenzenden Flächen der Stirnseite 29 hier punktiert dargestellt. Schließlich zeigt 6 die gleiche Wendeplatte aus 4 und 5 in einer direkten Aufsicht.
7 zeigt den Umlaufzylinder 41 mit der direkt überstrichenen Umdrehungsfläche 12 (Mantelfläche), welche durch die Schnittkurve 43 bei Rotation des Schneideinsatzes am Halter überstrichen wird. Die von der Zylinderachse a senkrecht nach außen geführten Radialen r₁, r₂, r₃ liegen senkrecht jeweils auf der nach außen geführten Zylinderachse a, welche mit den jeweiligen lokalen Tangenten t₁, t₂, t₃ an der Schnittkurve 43 jeweils den lokalen Axialeinsatzspanwinkel α₁, α₂, α₃ definieren. Die Tangenten t_i sind hierbei auch rechtwinklig zu den Radialen r_i.
In 8 ist schematisch eine Auftragung des Axialeinsatzspanwinkels α über steigendem r – also in Richtung der Rotationsachse des Umlaufzylinders 12 vom Werkstück weg Richtung Fräswerkzeug – dargestellt. Die Koordinate r ist auch in 7 angegeben.
9a bis 9c zeigen jeweilige lokale Schnitte durch die Schneidkante an drei verschiedenen Orten, wie in 6 mit I bis III angegeben. Die Drehzylinderradialen 82 und 83 stehen hierbei senkrecht aufeinander im Schnittpunkt 80 und senkrecht zur nicht dargestellten Zylinderachse a. Die Drehzylindertangente 83 steht wiederum senkrecht auf der Drehzylinderradialen 82. Der zwischen der Drehzylinderradialen 82 und der Spanfläche 22 eingeschlossene Winkel definiert den lokalen Spanwinkel λ_i der zwischen der Schneidspanfläche 22 und der Freiflankenfläche eingeschlossene Winkel definiert den lokalen Keilwinkel β_i. Der zwischen der Freiflankenfläche 23 und der Drehzylindertangente 83 eingeschlossene Winkel definiert den lokalen Freiwinkel ϕ_i. Deutlich zu erkennen ist, wie im Verlauf der Schneidkanten entsprechend der Figurenfolge 9a, 9b, 9c der Spanwinkel λ und der Freiwinkel ? jeweils größer werden und somit der Keilwinkel β kleiner wird. Hierbei werden die Winkel kontinuierlich über den gesamten Schneidkantenverlauf verändert.
In 10 ist eine schematisches Diagramm der Leistungsaufnahme W des Rotationsfräsers bzw. des Schneideinsatzes über dessen Vorschub Z dargestellt. Der Vorschub entspricht hierbei der Bewegung des Fräskopfes in das Werkstück hinein. Für die Zustellung würde sich ein Ähnliches Diagramm ergeben. Die Zustellung entspricht hierbei dem Vorschub des Fräskopfes in Rotationsrichtung in das Werkstück hinein. Ein Fräskopf mit konventionellen Schneideinsätzen würde hierbei ein lineares Leistungsaufnahmeverhalten entsprechend Kurve K₁ zeigen, während der neuartige Fräskopf mit den neuartigen Schneidplatten ein degressives Leistungsaufnahmeverhalten entsprechend Kurve K₂ zeigt. Dementsprechend sind aufgrund der verringerten Leistungsaufnahme nunmehr auf Fräswerkzeuge mit geringerer Leistung dem Einsatz bei höher Fräsleistung eröffnet.
11 zeigt wiederum einen wendbaren Schneideinsatz 20 mit zwei Schneidkanten 21 und 21a. Dieser Schneideinsatz weist zum Erzeugen einer Kernlochbohrung weitere, der Schneidkante 21 zugeordnete Stirnschneiden 28a und 28b an Schneidkante 21 und Stirnschneiden 29a und 29b an Schneidkante 21a in den Stirn-Seiten 28 und 29 auf. Bei Einsatz der Schneidkante 21 ist wiederum der Bereich 211 dem Werkstück am nächsten. Im dargestellten Beispiel bilden die Stirnschneidenpaare 28a, 28b einerseits und 29a, 29b andererseits zusammen einen V-förmigen Verlauf. Hierbei sind aber auch eher kreisbogenförmige Verläufe denkbar und sinnvoll.
Von Vorteil kann auch sein, dass die Stirn-Seite 28 oder 29 mehrere Stirnschneidenpaare aufweist. Dies ist insbesondere bei Bohrungen mit großem Durchmesser oder großvolumigem Abtragen von Material bei Vorschub in Drehachsenrichtung vorteilhaft.
Die Übergänge 211, 211a, 212 und 212a von den Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) zu den Schneidflächen 21 oder 21a zeigen im Beispiel nach 11 einen abgerundeten, stark kreisbogenförmigen Verlauf. Eine solche Schneidengeometrie hat sich in bestimmten Fällen als vorteilhaft gegenüber einem mit Ecke ausgebildeten Übergang erwiesen. Solche Verläufe sind wiederstandsfähiger und zeigen dabei ein verbessertes Abtragungsverhalten.
Der Übergang kann auch als eine eigenständige in einer zu den zu den Schneidkanten 21, 21a in einer anderen Richtung orientierte Übergangsschneide ausgebildet sein.
Weiterhin weist der Schneideinsatz 20 nach 11 an der Seitenfläche, an dem die Schneidkante 21 bzw. 21a angeordnet ist, einen schneidenden Teil S und einen nicht schneidenden Teil N auf. Hierdurch wird weiterhin die Leistungsaufnahme entsprechend der hierdurch relativ verringerten Schnittkräfte herabgesetzt.
Der schneidende Teil S und der nicht schneidende Teil N der Seitenfläche des Schneideinsatzes 20 ist hierbei durch eine Querschneide 51 bzw. 51a unterteilt, wobei die Querschneide einen solchen Verlauf hat, dass der durch die Schneidkante 21 bzw. 21a gebildete schneidende Teil S und der nicht schneidende Teil N einen Versatz zueinander aufweisen.
Beim Bohrfräsen kann so mit einer optimalen Bahnzustellung zum Schruppen gefertigt werden. Die Schlichtschneide (Teil-Schneidkante 62 bzw. 62a) kommt dabei beim Vorlauf nur geringfügig zum Einsatz, was sich auch durch nur geringen Ver schleiß ausprägt. Beim Schlichten im Rückwärtshub (hier wird oft eine helixfömige Bahn gewählt) kommt dann die Teil-Schneidkante 62 bzw. 62a ideal zum Einsatz.
12 zeigt eine vorteilhafte Abwandlung des Schneideinsatzes aus 11. Hierbei ist die Schneidkante 21 bzw. 21a, und damit der zum Schneideinsatz kommende Teil S, jedoch in zwei Teil-Schneidkanten 61 und 62 bzw. 61a und 62a ausgebildet. Die Teil-Schneidkanten weisen dabei zwischen denselben eine Schneidenquerschneide 63 bzw. 63a auf.
Die Schneidenquerschneide 63 bzw. 63a hat dabei einen von den Teil-Schneidkanten 61 und 62 bzw. 61a und 62a verschiedenen Kantenverlauf, sodass die Teil-Schneidkanten einen geringen Versatz 64 bzw. 64a zueinander aufweisen.
Hierdurch arbeitet die dem Werkstück zugewandte Teil-Schneidkante 61 bzw. 61a als Schruppschneide und im anschließenden Teil, also der Teil-Schneidkante 62 bzw. 62a, welcher durch die Schneidenquerschneide 63 bzw. 63a leicht vorstehend ausgebildet ist (mit Versatz 64 bzw. 64a) als Schlichtschneide. Dabei ist im Bereich der Schlichtschneide 62 bzw. 62a eine Spanleitstufe 621 bzw. 621a vorgesehen. Die Schruppschneide 61 bzw. 61a ist mit einer Hohlkehle 611 bzw. 611a belegt, wobei diese verhindern soll, dass beim Spänabtrag die erzeugten Späne mit der sich anschließenden Schlichtschneide 62 bzw. 62a in Berührung kommen.
In 13 ist schließlich eine weitere Abwandlung der Schneidplatte aus 11 gezeigt. Hierbei weist die Seitenfläche des Schneideinsatzes 20, an dem die Schneidkante 21 bzw. 21a angeordnet ist, in einem an die Schneidkante 21 bzw. 21a angrenzenden Bereich einen Gewindeschneidzahn 70 bzw. 70a und einen zwischen dem Gewindeschneidzahn 70 bzw. 70a und der Schneidkante 21 bzw. 21a angeordneten Gewindevorschneidzahn 71 bzw. 71a auf, wodurch bei einer Kernlochbohrung ver mittels des Schneideinsatzes sogleich ein Gewinde in das Werkstück eingebracht wird.
Der Gewindevorschneidzahn ist hierbei in seinen räumlichen Dimensionen gegenüber dem Gewindezahn reduziert ausgebildet, sodass nicht die volle Schneidleistung für das Gewinde vom ersten Vorschneidzahn aufgebracht werden muss.

10: rotierender Umfangsfräser
11: Halter
12: Umdrehungsfläche
20: Schneideinsatz
21: Schneidkante, wirksam in erster Montagelage
21a: Schneidkante, wirksam in zweiter Montagelage
211 bis 212a: Übergang
22: Schneidspanfläche
23: Freiflankenfläche
28,29: Stirn-Seite
28a,28b: Stirnschneidenpaar
29a,29b: Stirnschneidenpaar
30: dreidimensionale Raumkurve
43: Schnittkurve
41: Körper, Zylinder, Umdrehungsfläche
42: Körper, Zylinder, Zylinderkörper
50: nicht schneidender Teil
51: Querschneide
61: Teil-Schneidkante, Schruppschneide
62: Teil-Schneidkante, Schlichtschneide
611,611a: Hohlkehle
621,621a: Spanleitstufe
63: Schneidenquerschneide
64: geringen Versatz
70: Gewindeschneidzahn
71: Gewindevorschneidzahn
a: Rotationsachse des ersten Zylinders
b: Zylinderachse des zweiten Körpers
d: Abstand Rotationsachse zu Zylinderachse
ϕ: Freiwinkel
λ: Spanwinkel
β: Keilwinkel
α: Axialeinsatzspanwinkel
r_i: Radiale
t_i: Tangente
80: Schnittpunkt
81, 82: Drehzylinderradiale
83: Drehzylindertangente
S: schneidender Teil
N: nicht schneidender Teil

Claims

Schneideinsatz (20) für einen rotierenden Umfangsfräser (10) zum Seitwärtsfräsen und Bohren mit einem den Schneideinsatz austauschbar aufnehmenden Halter (11), wobei der Schneideinsatz (20) mit mindestens einer Schneidkante (21) ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche (22) und einer Freiflankenfläche (23) des Schneideinsatzes (20) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) entlang einer dreidimensionälen Raumkurve (30) gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve (43) zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper (41, 42) ist, wobei der erste Körper ein Zylinder (41) ist, der durch die Umdrehungsfläche (12) der Schneidkante (21) am rotierenden Umfangsfräser (10) definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper ein Zylinderkörper mit ellipsenförmiger Querschnittsfläche oder ein Zylinderkörper (42) mit kreisförmiger Querschnittsfläche (Kreiszylinder) ist.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (a) des ersten Zylinders (41) und die Zylinderachse (b) des zweiten Körpers (42) in ihrem zueinander nächsten Punkt einen Abstand (d) zueinander haben.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialeinsatzspanwinkel (α), der zwischen der lokalen, zur Radialen (r_i) rechwinkligen Tangente (t_i) an der Schneidkante (21) und der Rotationsachse (a) des Umdrehungs-Kreiszylinders (41) definiert ist, entsprechend der durch den zweiten Zylinderkörper (42) geformten Raumkurve (30) im wesentlichen veränderlich über der Länge der Schneide ist.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (β), welcher der durch die Schneidspanfläche (22) und Freiflankenfläche (23) eingeschlossenen Winkel am Ort der Schneidkante (21) ist, im wesentlichen veränderlich über der Länge der Schneide ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (β), welcher der durch die Schneidspanfläche (22) und Freiflankenfläche (23) eingeschlossenen Winkel am Ort der Schneidkante (21) ist, im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge kleiner wird.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (λ), der der zwischen der Drehzylinderradialen (82) und der Schneidspanfläche (22) eingeschlossene Winkel ist (90° – β – ϕ), im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge größer wird.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (ϕ), der der zwischen der Drehzylindertangente (83) und der Freiflankenfläche (23) eingeschlossene Winkel ist (90° – β – λ), im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge größer wird.
Schneideinsatz (20) für einen rotierenden Umfangsfräser (10) mit einem den Schneideinsatz austauschbar aufnehmenden Halter (11), wobei der Schneideinsatz (20) mit mindestens einer Schneidkante (21) ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche (22) und einer Freiflankenfläche (23) des Schneideinsatzes (20) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (β), welcher der durch die Schneidspanfläche (22) und Freiflankenfläche (23) eingeschlossenen Winkel am Ort der Schneidkante (21) ist, im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge kleiner wird.
Schneideinsatz Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (λ), der der zwischen der Drehzylinderradialen (82) und der Schneidspanfläche (22) eingeschlossene Winkel ist (90° – β – ϕ), im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge größer wird.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (ϕ), der der zwischen der Drehzylindertangente (83) des Umlaufzylinders (12) der Schneidkante (21) und der Freiflankenfläche (23) eingeschlossene Winkel ist (90° – β – λ), im Verlauf der Schneide (21) über deren Länge größer wird.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) entlang einer dreidimensionalen Raumkurve (30) gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve (43) zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper (41, 42) ist, wobei der erste Körper ein Zylinder (41) ist, der durch die Umdrehungsfläche (12) der Schneidkante (21) am rotierenden Umfangsfräser (10) definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist.
Schneideinsatz Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper ein Zylinderkörper mit ellipsenförmiger Querschnittsfläche oder ein Zylinderkörper (42) mit kreisförmiger Querschnittsfläche (Kreiszylinder) ist.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialeinsatzspanwinkel (α), der zwischen der lokalen, zur Radialen (r_i) rechwinkligen Tangente (t_i) an der Schneidkante (21) und der Rotationsachse (a) des Umdrehungs-Kreiszylinders (41) definiert ist, entsprechend der durch den zweiten Zylinderkörper (42) geformten Raumkurve (30) im wesentlichen veränderlich über der Länge der Schneide ist.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (20) mehrere Schneidkanten (21, 21a) aufweist, wobei der Schneideinsatz wendbar ausgeführt ist, sodass durch verschiedene vorgesehene Montagelagen des Schneideinsatzes jeweils eine andere Schneidkante zum Einsatz kommt.
Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schneideinsatz Ausricht- und Zentriermittel vorgesehen sind, die eine definierte Lage im montierten Zustand gewähren.
Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (20) zum Erzeugen einer Kernlochbohrung weitere, der Schneidkante (21) zugeordnete Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) an der dem zu bearbeitenden Werkstück zugewandten, an die Schneidkante (21) anschließenden Stirn-Seite (28 oder 29) aufweist.
Schneideinsatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) zusammen einen V-förmigen oder kreisförmigen Verlauf bilden.
Schneideinsatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirn-Seite (28 oder 29) mehrere Stirnschneidenpaare (28a und 28b) aufweist.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) zu den Schneidflächen (21, 21a) einen abgerundeten, insbesondere kreisbogenförmigen Verlauf als Übergang (211, 212, 211a, 212a) aufweisen.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) an ihrem Übergang (211, 212, 211a, 212a) zu den Schneidkanten (21, 21a) eine weitere, in einer anderen Richtung orientierte Übergangsschneide aufweisen.
Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche des Schneideinsatzes (20), an dem die Schneidkante (21) angeordnet ist, in einen mit der Schneidkante (21) versehenen schneidenden Teil (S) und einen nicht schneidenden Teil (N) unterteilt ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der schneidende (S) und der nicht schneidende Teil (N) der Seitenfläche des Schneideinsatzes (20) durch eine Querschneide (51) unterteilt ist, wobei die Querschneide einen solchen Verlauf hat, dass der durch die Schneidkante (21) gebildete schneidende Teil (S) und der nicht schneidende Teil (N) einen Versatz zueinander aufweisen.
Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) in zwei Teil-Schneidkanten (61 und 62) ausgebildet ist, wobei zwischen diesen eine Schneidenquerschneide (63) vorgesehen ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenquerschneide (63) einen von den Teil-Schneidkanten (61 und 62) verschiedenen Verlauf besitzt, sodass die Teil-Schneidkanten (61 und 62) einen geringen Versatz (64) zueinander aufweisen.
Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche des Schneideinsatzes (20), an dem die Schneidkante (21) angeordnet ist, in einem an die Schneidkante (21) angrenzenden Bereich einen Gewindeschneidzahn (70) aufweist, wodurch bei einer Kernlochbohrung sogleich ein Gewinde in das Werkstück eingebracht wird.
Schneideinsatz nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Gewindeschneidzahn (70) und der Schneidkante (21) angeordneter Gewindevorschneidzahn (71) vorgesehen ist, der in seinen räumlichen Dimensionen gegenüber dem Gewindezahn (70) reduziert ausgebildet ist.
Rotations-Umfangsfräser (10) mit einem wenigstens einen Schneideinsatz (20) austauschbar aufnehmenden Halter (11), wobei der Schneideinsatz (20) mit mindestens einer Schneidkante (21) ausgebildet ist, die zwischen einer Schneidspanfläche (22) und einer Freiflankenfläche (23) des Schneideinsatzes (20) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) entlang einer dreidimensionalen Raumkurve (30) gekrümmt ist, welche Raumkurve ein Teil einer Schnittkurve (43) zweier Mantelflächen sich durchdringender Körper (41, 42) ist, wobei der erste Körper ein Zylinder (41) ist, der durch die Umdrehungsfläche (12) der Schneidkante (21) am rotierenden Umfangsfräser (10) definiert ist und der zweite Körper ein weiterer Zylinderkörper ist.
Rotations-Umfangsfräser nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (21) in zwei Teil-Schneidkanten (61 und 62) ausgebildet ist, wobei zwischen diesen eine Schneidenquerschneide (63) vorgesehen ist, wobei die Schneidenquerschneide (63) einen von den Teil-Schneidkanten (61 und 62) verschiedenen Verlauf besitzt, sodass die Teil-Schneidkanten (61 und 62) einen geringen Versatz (64) zueinander aufweisen.
Rotations-Umfangsfräser nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirn-Seite (28 oder 29) des Schneideinsatzes (20) mehrere Stirnschneidenpaare (28a und 28b) aufweist.
Rotations-Umfangsfräser nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneiden (28a und 28b, oder 29a und 29b) zu den Schneidflächen (21, 21a) einen abgerundeten, insbesondere kreisbogenförmigen Verlauf als Übergang (211, 212, 211a, 212a) aufweisen.
Rotations-Umfangsfräser nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche des Schneideinsatzes (20), an dem die Schneidkante (21) angeordnet ist, in einem an die Schneidkante (21) angrenzenden Bereich wenigstens einen Gewindeschneidzahn (70) aufweist, wodurch bei einer Kernlochbohrung sogleich ein Gewinde in das Werkstück eingebracht wird.