DE3807165A1 - Umstellbarer schneideinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen umstellbaren Schneid­ einsatz für ein drehbares Schneidwerkzeug, wie z.B. ein Kugelstirnfräser, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei drehbaren Schneidwerkzeugen, wie z.B. Kugelstirnfräsern und Bohrern, unterliegt die Schneidkante an ihrem vorderen, benachbart zur Rotationsachse des Schneidkörpers gelegenen Endabschnitt einer großen Schneidlast, da in der Nähe der Rotationsachse die Schneidgeschwindigkeit relativ niedrig ist. Hierdurch neigt der vordere Endabschnitt der Schneid­ kante zu Beschädigungen oder zum Zerspanen. Entsprechend wurden in der vergangenen Zeit verschiedene Schneideinsätze der Art entwickelt, bei denen die Festigkeit der Schneid­ kante durch Ändern der Form des vorderen Endabschnitts ver­ größert wurde. Fig. 1 und 2 zeigen einen derartigen üblichen Schneideinsatz, wie er in der veröffentlichten, geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 59-21 725 beschrieben ist. Der Einsatz 100 umfaßt einen plattenähnlichen Körper, der durch eine vordere Fläche 102, eine hintere Fläche 104 und eine zwischen der vorderen und hinteren Fläche 102 und 104 liegende Umfangsseite begrenzt wird. Ein Paar gegenüberlie­ gender Kerben 106 von im allgemeinen V-förmiger Ausbildung ist in der Umfangsseite ausgebildet, um die Umfangsseite zur Schaffung eines Paares gegenüberliegender Seitenflächen 108 zu unterbrechen. Jede der V-förmigen Kerben 106 erstreckt sich von der vorderen Fläche 102 zur hinteren Fläche 104 und wird durch ein Paar erster und zweiter gegenüberliegender Wände 110 und 112 begrenzt. Die erste Wand 110 ist flach und verläuft senkrecht zur vorderen Fläche 102, während die zwei­ te Wand 112 konvex gekrümmt ist, gesehen in einer Richtung senkrecht zur ersten Wand 110. Jede der Seitenflächen 108 weist eine im allgemeinen quadrantische Form auf, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 102, und wirkt mit der vorderen Fläche 102 und der zweiten Wand 110 der Kerbe 106 zusammen, um eine Schneidkante 114 auszubilden, die, gesehen in der gleichen Richtung, konvex bogenförmig ist. Ein Randabschnitt der vorderen Fläche 102 und der zwei­ ten Wand 112, der benachbart und längs jeder Schneidkante 114 verlaufend angeordnet ist, dient als Schneidbrust. Jede bogenförmig konvexe Seitenfläche 108 dient als Flanke für die Schneidkante 114 und ist nach innen in einer Richtung von der vorderen Fläche 102 weg geneigt, so daß der Frei­ winkel α für die Flanke positiv ist.

Wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt, ist der Einsatz 100 entfernbar mittels einer Klemmschraube 116 an einem Körper 118 des Kugelstirnfräsers befestigt, wobei die hintere Flä­ che 104 mit einer ausgesparten Sitzfläche 120 zusammenpaßt, so daß eine eingestellte Schneidkante 114 so angeordnet ist, daß sie sich über das vordere Ende und den Außenumfang des Stirnfräserkörpers 118 erstreckt, und daß der vordere Endab­ schnitt 114 a der eingestellten Schneidkante 114, die benach­ bart zu einer Achse O des Stirnfräserkörpers 118 angeordnet ist, konvex gekrümmt ist, gesehen in axialer Richtung des Stirnfräserkörpers 118. Dabei ist der axiale Schneidbrust­ winkel R für die eingestellte Schneidkante 114 positiv.

Bei dem oben beschriebenen Schneideinsatz tritt zuerst der vordere Endabschnitt 114 a der eingestellten Schneidkante 114 mit dem Werkstück in Eingriff, woraufhin dann die anderen Abschnitte der Schneidkante 114 mit dem Werkstück in Eingriff treten, wenn sich der Stirnfräserkörper 118 dreht. Entspre­ chend nimmt die Schneidlast beim Fortschreiten des Fräsvor­ gangs allmählich zu, so daß auf die eingestellte Schneidkante 114 zu keinem Zeitpunkt eine große Belastung ausgeübt wird, so daß die Schneidkante 114 weniger zu einem Bruch neigt.

Bei einem derartigen bekannten Schneideinsatz ist es jedoch unmöglich, da ein positiver Freiwinkel α an jeder bogen­ förmig konvexen Flanke 108 vorliegt, weitere Schneidkanten an den Randabschnitten der hinteren Fläche 104 auszubilden, so daß ein derartiger Einsatz unwirtschaftlich ist. Da weiter, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Winkel β, der durch ein vorderes Ende der zweiten Wand 112 und eine Tangente an das vordere Ende der Schneidkante 114 begrenzt wird, kleiner als 90° ist, ist die Festigkeit der Schneidkante 114 an ihrem vorderen Ende nicht ausreichend hoch. Weiter verhindert die ebene Wand 112 der V-förmigen Kerbe 106 eine glatte Abführung der Späne während des Fräsens und bewirkt damit einen Stau oder ein Verkeilen der Späne, so daß die Schneidkante 114 zu einer Beschädigung neigt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine größere Anzahl einstellbarer Schneidkanten als der be­ kannte Schneideinsatz aufweist, und wobei jede Schneidkante, auch an ihrem vorderen Ende, weniger zu Beschädigungen neigt, und wobei eine glatte Abführung der Späne sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst, d.h. durch einen umstellbaren Schneidein­ satz für ein drehbares Schneidwerkzeug mit einer durch eine vordere Fläche, eine im allgemeinen parallel zur vorderen Fläche angeordnete hintere Fläche und mehreren Paaren, ab­ wechselnd zueinander angeordneter und zwischen den vorderen und hinteren Flächen liegender erster und zweiter Seitenflä­ chen begrenzten Platte, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jede der ersten und zweiten Seitenflächen sich im allgemeinen senkrecht zu der vorderen und hinteren Fläche erstreckt, daß jede der ersten Seitenflächen länger als jede der zweiten Seitenflächen und im allgemeinen bogenförmig konvex, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche, ist, wäh­ rend jede der zweiten Seitenflächen im allgemeinen eben ist, daß die Platte mehrere im allgemeinen bogenförmige, konvexe, vordere Schneidkanten aufweist, die jeweils durch den Schnitt einer der entsprechenden ersten Seitenflächen mit der vorde­ ren Fläche bestimmt werden, und mehrere im allgemeinen bogen­ förmige, konvexe, hintere Schneidkanten aufweist, die jeweils durch den Schnitt einer der entsprechenden ersten Seitenflä­ chen mit der hinteren Fläche bestimmt werden, daß ein vorde­ rer Randflächenabschnitt der vorderen Fläche, benachbart zu und sich längs jeder zweiten Seitenfläche erstreckend, konvex gekrümmt ist, so daß er in Richtung der hinteren Fläche zur zweiten Seitenfläche hin geneigt ist, während ein hinterer Randflächenabschnitt der hinteren Fläche, benachbart zu und sich längs jeder zweiten Seitenfläche erstreckend, konvex gekrümmt ist, so daß er in Richtung der vorderen Fläche zur zweiten Seitenfläche hin geneigt ist.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines üblichen Schneideinsatzes;

Fig. 2 eine Aufsicht des in Fig. 1 dargestellten Einsatzes;

Fig. 3 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers mit dem Ein­ satz gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teils des Stirnfräsers gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Endansicht des Stirnfräsers gemäß Fig. 3;

Fig. 6 eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Schneidein­ satzes;

Fig. 7 eine Seitenansicht des in Fig. 6 dargestellten Schneideinsatzes;

Fig. 8 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers mit dem Ein­ satz gemäß Fig. 6;

Fig. 9 eine Endansicht des Stirnfräsers gemäß Fig. 8;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Teils des Stirnfräsers gemäß Fig. 8;

Fig. 11 eine Aufsicht eines abgeänderten Schneideinsatzes; und

Fig. 12 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes gemäß Fig. 11.

In Fig. 6 und 7 ist ein einstellbarer Schneideinsatz 10 dar­ gestellt, der eine im allgemeinen elliptische Platte umfaßt, die durch eine vordere Fläche 12, eine im allgemeinen paral­ lel zur vorderen Fläche 12 angeordnete hintere Fläche 14 und zwei Paaren, abwechselnd zueinander angeordneter und zwischen den vorderen und hinteren Flächen 12, 14 liegender erster und zweiter Seitenflächen 16, 18 begrenzt ist, wobei jede Seitenfläche 16, 18 sich senkrecht zu den vorderen und hinteren Flächen 12 und 14 erstreckt. Jede der ersten Seiten­ flächen 16 ist länger als jede der zweiten Seitenflächen 18, und ist, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 12, konvex gekrümmt. Jede der zweiten Seitenflächen 18 ist eben und schneidet die ersten Seitenflächen 16 so, daß ein durch die zweite Seitenfläche 18 und eine zur ersten Seitenfläche 16 an ihrem Ende verlaufende Tangentenebene be­ grenzter Winkel β ₁ stumpf ist. Die Platte weist ein Paar im allgemeinen bogenförmig konvexer vorderer Schneidkanten 20 auf, die jeweils durch den Schnitt einer entsprechenden ersten Seitenfläche 16 mit der vorderen Fläche 12 gebildet werden, und weist weiter ein Paar im allgemeinen bogenförmig konvexer hinterer Schneidkanten 22 auf, die jeweils durch den Schnitt einer entsprechenden ersten Seitenfläche 16 mit der hinteren Fläche 14 gebildet werden. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt jede erste Seitenfläche 16 einen bogenförmigen Flächenabschnitt 16 a, der im allgemeinen quadrantisch ausgebildet ist und einen Zentrumswinkel δ von ein wenig weniger als 90°, gesehen in einer Richtung senk­ recht zur vorderen Fläche, aufweist, und ein Paar ebener Flächenabschnitte 16 b, die sich von dem bogenförmigen Flä­ chenabschnitt 16 a tangential an gegenüberliegenden Enden des­ selben erstrecken. Somit umfaßt jede Schneidkante 20, 22 einen ersten bogenförmigen Schneidkantenabschnitt 20 a, 22 a von einer im allgemeinen quadrantischen Form, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche, und ein Paar zweiter Schneidkantenabschnitte 20 b, 22 b, die jeweils gerade sind, gesehen in der gleichen Richtung.

Ein vorderer Randflächenabschnitt 24 der vorderen Fläche 12, der benachbart zu jeder zweiten Seitenfläche 18 angeordnet ist und sich längs derselben erstreckt, ist so konvex ge­ krümmt, daß er in Richtung der hinteren Fläche 14 zur zwei­ ten Seitenfläche 18 hin geneigt ist, wobei der zweite gerade Schneidkantenabschnitt 20 b der vorderen Schneidkante 20, ge­ sehen in einer Seitenansicht, konvex gekrümmt ist. Ähnlich ist ein hinterer Randflächenabschnitt 26 der hinteren Fläche 14, der benachbart zu jeder zweiten Seitenfläche 18 angeord­ net ist und sich längs derselben erstreckt, so konvex ge­ krümmt, daß er in Richtung der vorderen Fläche 12 zur zweiten Seitenfläche 18 hin geneigt ist, wobei der zweite gerade Schneidkantenabschnitt 22 b der hinteren Schneidkante 22 eben­ falls, gesehen in einer Seitenansicht, konvex gekrümmt ist. Die Einsatzplatte weist eine durchgehende mittlere Öffnung 28 auf.

Wie in den Fig. 8 bis 10 dargestellt, ist der Schneideinsatz 10 lösbar an einem Körper 30 eines Kugelstirnfräsers mittels einer Klemmschraube 32, die durch die mittlere Öffnung 28 hindurchgeht, im Körper 30 befestigt. In einem vorderen End­ abschnitt des Körpers 30 ist eine Spantasche ausgebildet, die eine ausgesparte flache Sitzfläche 34 aufweist, die ein wenig in bezug auf eine Rotationsachse des Körpers 30, ge­ sehen von der Seite des Einsatzes, geneigt ist. Der Einsatz 10 ist am Körper 30 mit der mit der Sitzfläche 34 zusammen­ passenden hinteren Fläche 14 so angebracht, daß eine der vorderen Schneidkanten 20 in eine Arbeitsstellung einge­ stellt ist, so daß sie sich ein wenig über den vorderen End­ abschnitt des Körpers 30 nach außen erstreckt, und wobei der axiale Schneidbrustwinkel R ₁ für die eingestellte Schneid­ kante negativ ist. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist der vorde­ re, benachbart zur Achse O des Körpers angeordnete Randab­ schnitt 24 in bezug auf die Achse O des Körpers 30 um einen vorbestimmten Winkel y, gesehen in einer Frontansicht des Stirnfräsers, geneigt, so daß einer der zweiten Schneidkan­ tenabschnitte 20 b der Schneidkante 20 so angeordnet ist, daß er als vorderer Endabschnitt derselben dient.

Wie oben beschrieben, ist der Schneideinsatz 10, da die hin­ teren Schneidkanten 22 an den Rändern der hinteren Fläche 14 vorgesehen sind, verglichen mit einem bekannten Einsatz, sehr wirtschaftlich. Aufgrund des konvex gekrümmten vorderen Ab­ schnitts 20 b nimmt weiter die Schneidlast beim Fortschreiten des Fräsvorgangs allmählich zu, so daß keine große Schneid­ last zu irgendeinem Zeitpunkt auf die Schneidkante 20 ausge­ übt wird. Bei dem oben beschriebenen Einsatz ist weiter der durch die zweite Seitenfläche 18 und die gerade Tangente an das vordere Ende der Schneidkante 20 begrenzte Winkel b ₁ stumpf, so daß die Festigkeit der Schneidkante wesentlich an ihrem vorderen Ende vergrößert wird. Somit neigt die Schneidkante 20, auch wenn eine große Last auf das vordere Ende der Schneidkante 20 ausgeübt wird, weniger zu einer Beschädigung. Der Einsatz 10 umfaßt keine wandähnliche, fla­ che Wand 110, wie der bekannte Einsatz 100, so daß eine ent­ sprechende saubere Abführung der Späne sichergestellt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die eingestell­ te, konvex gekrümmte Schneidkante 20 die zweiten Schneidkan­ tenabschnitte 20 b, die, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 12, gerade sind, jedoch, gesehen in einer Richtung längs der zweiten Seitenfläche 18, konvex ge­ krümmt sind, wobei der Einsatz 10 am Körper 30 mit dem nega­ tiven axialen Winkel R ₁ angebracht ist. Mit dieser Konstruk­ tion kann der zweite Abschnitt 20 b der Schneidkante 20 eine im allgemeinen halbkugelförmige Kontur erzeugen, wenn sich der Stirnfräserkörper 30 um seine Achse O dreht. Der Einsatz 10 kann somit ein Werkstück mit einer höheren Genauigkeit be­ oder verarbeiten.

Fig. 11 und 12 zeigen einen abgeänderten Schneideinsatz 40 gemäß der vorliegenden Erfindung, der sich von der vorheri­ gen Ausführungsform darin unterscheidet, daß die Platte im allgemeinen kreisförmig ist. Die zwischen den vorderen und hinteren Flächen 42 und 44 liegende Umfangsseite besteht aus drei Paaren erster, längerer, konvex gekrümmter Seitenflä­ chen 46 und zweiten, flachen, kürzeren Seitenflächen 47. Der Einsatz 40 umfaßt drei konvex gekrümmte vordere Schneidkan­ ten 48 und drei konvex gekrümmte hintere Schneidkanten 50. Jede erste Seitenfläche 46 umfaßt einen bogenförmigen Flä­ chenabschnitt 46 a von im allgemeinen quadrantischer Form und ein Paar ebener Flächenabschnitte 46 b, die sich von dem ersten Flächenabschnitt an gegenüberliegenden Enden erstrec­ ken. Somit besteht jede Schneidkante 48, 50 aus einem bogen­ förmigen Schneidkantenabschnitt 48 a, 50 a von im allgemeinen quadrantischer Form mit einem Zentrumswinkel δ, und einem Paar zweiter Schneidkantenabschnitte 48 b, 50 b, die jeweils, gesehen in einer Ebene, gerade sind.

Wie bei der vorherigen Ausführungsform, sind die Randflä­ chenabschnitte 5 der vorderen und hinteren Flächen 42 und 44, die benachbart zu jeder Seitenfläche 47 angeordnet sind und sich längs derselben erstrecken, konvex gekrümmt, gese­ hen in einer Seitenansicht längs der zweiten Seitenfläche 47, so daß der zweite Randabschnitt 48 b, 50 b, gesehen in einer Seitenansicht, konvex gekrümmt ist.

Bei dem oben beschriebenen Einsatz 40 ist der Winkel β _2, der durch die zweite Seitenfläche 47 und die Schneidkante 48, 50 begrenzt wird, größer als der Winkel β ₁ des in Fig. 6 und 7 gezeigten Schneideinsatzes. Entsprechend wird die Festigkeit des vorderen Endes der Schneidkante weiter verstärkt.

Änderungen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung sind aufgrund der obigen Ausführungen möglich. Es sollen daher ebenfalls Ausführungsformen der Erfindung, die sich von den speziell beschriebenen unterscheiden, in den Umfang der An­ sprüche fallen.

Claims (5)

1. Umstellbarer Schneideinsatz für ein drehbares Schneid­ werkzeug mit einer durch eine vordere Fläche (12), eine im allgemeinen parallel zur vorderen Fläche (12) angeordnete hintere Fläche (14) und mehreren Paaren, abwechselnd zuein­ ander angeordneter und zwischen den vorderen und hinteren Flächen (12, 14) liegender erster und zweiter Seitenflächen (16, 18) begrenzten Platte, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Seitenflächen (16, 18) sich im allge­ meinen senkrecht zu der vorderen und hinteren Fläche (12, 14) erstreckt, daß jede der ersten Seitenflächen (16) länger als jede der zweiten Seitenflächen (18) und im allgemeinen bogen­ förmig konvex, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vor­ deren Fläche (12), ist, während jede der zweiten Seitenflä­ chen (18) im allgemeinen eben ist, daß die Platte mehrere im allgemeinen bogenförmige, konvexe, vordere Schneidkanten (20) aufweist, die jeweils durch den Schnitt einer der entspre­ chenden ersten Seitenflächen (16) mit der vorderen Fläche (12) bestimmt werden, und mehrere im allgemeinen bogenförmi­ ge, konvexe, hintere Schneidkanten (22) aufweist, die jeweils durch den Schnitt einer der entsprechenden ersten Seiten­ flächen (16) mit der hinteren Fläche (14) bestimmt werden, daß ein vorderer Randflächenabschnitt (24) der vorderen Fläche (12), benachbart zu und sich längs jeder zweiten Seitenfläche (18) erstreckenend, konvex gekrümmt ist, so daß er in Richtung der hinteren Fläche (14) zur zweiten Seiten­ fläche (18) hin geneigt ist, während ein hinterer Randflä­ chenabschnitt (26) der hinteren Fläche (14), benachbart zu und sich längs jeder zweiten Seitenfläche (18) erstreckend, konvex gekrümmt ist, so daß er in Richtung der vorderen Fläche (12) zur zweiten Seitenfläche (18) hin geneigt ist.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine im allgemeinen elliptische Form aufweist, so daß zwei Paare der ersten und zweiten Seitenflächen (16, 18) vorgesehen sind.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte im allgemeinen kreisförmig ausgebildet ist, so daß sie drei Paare erster und zweiter Seitenflächen (16, 18) aufweist.

4. Schneideinsatz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der ersten Seitenflächen (16) einen bogen­ förmigen Oberflächenabschnitt (16 a) von einer im allgemeinen quadrantischen Form, gesehen in der Richtung senkrecht zur vorderen Fläche (12), und ein Paar ebener Oberflächenab­ schnitte (16 b), die sich von dem bogenförmigen Oberflächen­ abschnitt (16 a) tangential an gegenüberliegenden Enden des­ selben erstrecken, umfaßt, wobei die Schneidkante (20, 22) aus einem ersten Schneidkantenabschnitt (20 a, 22 a) von im allgemeinen quadrantischer Form, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche (12), und einem Paar zweiter Schneidkantenabschnitte (20 b, 22 b) besteht, die, gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche (12), gerade, jedoch in einer Seitenansicht des Einsatzes konvex gekrümmt verlaufen.

5. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch eine gerade Tangente an einem Ende der Schneid­ kante (20, 22) und die zweite Seitenfläche (18) begrenzter Winkel stumpf ist.