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Die Erfindung betrifft eine scheiben- oder klingenförmige
Schneidwerkzeuganordnung, die mindestens einen geklemmten Schneideinsatz und einen Schneideinsatzhalter mit Halterausnehmungen und Klemmeinrichtungen umfasst, wobei - jeweils in Ansicht auf die Werkzeugbreitseite - der im Wesentlichen scheiben-, oder klingenförmige Schneideinsatz eine, zur Verbindungsstrecke zwischen zwei Randpunkten A und B im Wesentlichen symmetrische erste Teilfläche mit zonal konvex gekrümmter Randlinie, sowie eine an die erste Teilfläche seitlich angrenzende, zweite Teilfläche mit auf dieser ausgestalteten Schneidkanten aufweist und wobei die eine Symmetriehälfte und ein darüber hinausgehender Flächenbereich der ersten Teilfläche längs der konvex gekrümmten Randlinie über Punktanlage mit der Begrenzungslinie einer konkav geformten Halterausnehmung formschlüssig verbunden ist.
Schneideinsätzen werden in Schneidwerkzeuganordnungen üblicherweise mittels verschraubter oder alternativ mittels elastisch spreizbarer Klemmbacken befestigen.
Schneideinsätze in scheiben- oder klingenförmigen Schneidwerkzeuganordnungen werden vielfach zumindest dann mittels elastischer Klemmbacken befestigt, wenn eine nur geringe Scheiben- oder Klingendicke die Verschraubung der Klemmbacke in
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der Halterschmalseite ausschliesst oder nur technisch unbefriedigend umzusetzen erlaubt. Die eine Klemmkraft erzeugende Spreizung der Klemmbacke erfolgt entweder mit dem Einbringen des Schneideinsatzes in eine schlitzartige, meist leicht keilförmige Ausnehmung oder die Klemmbacke wird mittels eines Spreizwerkzeuges vor dem Einbringen des Schneideinsatzes in eine dafür ausgestaltete
Halterausnehmung ausgelenkt und die Klemmkraft ergibt sich aus der nur teilweisen
Rückstellung der Klemmbacke.
In beiden Fällen entspricht die Klemmkraft auf die Kontaktflächen zwischen
Schneideinsatz und Halter der Federkraft der in Klemmstellung elastisch ausgelenkten Klemmbacke. Diese Federkraft ist konstruktions- und werkstoffbedingt in ihrer Grösse beschränkt. Entsprechend lassen sich am Schneideinsatz auftretende
Schnittkräfte, ebenso wie die Fliehkräfte bei rundlaufenden Werkzeugen, nur bis zu dieser Grenze über Klemmung mittels Federkraft beherrschen.
In Rücksichtnahme auf die geforderten Parameter für Werkzeugzustellung und
Schneidengeometrie werden scheiben-, oder klingenförmige Werkzeuganordnungen bis heute üblicherweise mit einer solchen Anordnung der elastisch ausspreizbaren Klemmflächen zwischen Schneideinsatz und Halterwandversehen, dass deren Flächenormale überwiegend senkrecht zur Radialrichtung eines rundlaufenden Werkzeuges und senkrecht zur Zustellrichtung eines klingenförmigen, stehenden Werkzeugs ausgerichtet ist.
Von Vorteil wären jedoch Klemmflächen mit Normalenrichtungen in Radial- bzw.
Zustellrichtung und gleichzeitig ein fester Anschlag einer Schneideinsatzfläche gegen eine Halterfläche parallel zu dieser Klemmfläche. Da bei bekannten Ausführungen Letzteres nicht erfüllt ist, bestimmten die Fliehkräfte am geklemmten Schneideinsatz
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im rundlaufenden Werkzeug und die Ausziehkräfte am geklemmten Schneideinsatz in feststehenden Klingenwerkzeugen die Einsatzgrenzen beim Zerspanen.
Die oben beschriebenen Werkzeuge werden alternativ mit oder ohne einen
Fixanschlag für den zu klemmenden Schneideinsatz im rückwärtigen Teil der
Halterausnehmung verwendet. Der Fixanschlag bedeutet eine Positionierungshilfe bei der Klemmung eines Schneideinsatzes in für die Schneidkante vorbestimmter
Lage im Werkzeug. Beide Alternativen haben jedoch aufgrund unvermeidbarer fertigungsbedingter Masstoleranzen am Scheideinsatz und am Halter Nachteile hinsichtlich exakter Positionierung der Schneidkanten in der Werkzeuganordnung und hinsichtlich Einhaltung einer vorgewählten Grösse für die Klemm- bzw.
Federkraft. Untermass bei der Höhe des Schneideinsatzes bedeutet für Halter mit
Fixanschlag geringere Klemmkraft, für Halter ohne Fixanschlag ein Sollmass an
Klemmkraft erst bei tieferliegender Position des Schneideinsatzes im
Aufnahmeschlitz als vorbestimmt. Ein zu weites Einschlagen des Schneideinsatzes in Halterausnehmungen ohne rückwärtigen Fixanschlag birgt die Gefahr des
Verkeilens und schlechter anschliessender Lösbarkeit des Schneideinsatzes im
Halter, aber auch die Gefahr einer Spreizung der Klemmbacke über die
Elastizitätsgrenze hinaus.
Die WO 93/20972 beschreibt als eine alternative Schneidwerkzeuganordnung einen Werkzeughalter mit bogenförmigem Sitz, d. h. mit gekrümmter Halterausnehmung und mit darauf angepasster Form der Schneideinsätze. Der scheibenförmige Schneideinsatz weist eine erste und eine angrenzende zweite Teilfläche auf und die erste Teilfläche mit kreisbogenförmiger Randlinie ist in einer dazu kongruent geformten Halterausnehmung gelagert, wobei die Halterausnehmung in Form eines
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Teilkreises einen Bogen grösser 180 umschliesst, bezogen auf 360 für den Vollkreis, vorzugsweise einen Bogen zwischen 190 und 255 .
Die erste Teilfläche des
Schneideinsatzes hat die Form einer Kreisfläche, verkleinert um einen so gross dimensionierten Sehnenanschnitt, dass der Schneideinsatz, wenn gegen seine
Endlage um etwa 90 gekippt, in den 190 bis 255 umschliessenden Bogen der
Halterausnehmung eingeführt und bis zu einer Anschlagfläche im Bereich der zweiten Teilfläche in die Endlage gedreht werden kann. Der Bogen der
Halterausnehmung ist so ausgerichtet, dass der Schneideinsatz eine Stützfläche im
Halter senkrecht zur Radialenrichtung eines rundlaufenden Werkzeuges vorfindet.
Wahlweise ist in der Halterausnehmung in Form einer Halbschale eine elastische
Zunge angebracht, die beim Eindrehen des Schneideinsatzes in die
Halterausnehmung einrastet und diesen gegen unerwünschtes Verdrehen sichert.
Diese Werkzeugausgestaltung bietet dem Schneideinsatz somit eine Anlagefläche im Halter mit Normalenrichtung in Radial-, oder Zustellrichtung - siehe vorn - und gewährleistet damit praktisch unbegrenzte Auszugssicherheit.
Die identischen oder wahlweise höchstens minimal voneinander abweichenden
Sollradien für die Kreisfläche im Schneideinsatz und die kreisförmige Ausnehmung im Halter verhindern nicht, dass wegen in der Praxis unvermeidlicher Massfertigungstoleranzen sowohl die Güte der mechanischen Fixierung im Halterung, als auch die tatsächliche Lage der Berührungspunkte innerhalb der beiden Kreisbogen jeweils von einem Halter - Schneideinsatz - Paar zum nächsten nachteilig variieren.
Das notwendigerweise in Kippstellung erfolgende Einführen des Schneideinsatzes in die Halterausnehmung macht einen wenig befriedigenden Kompromiss zwischen mechanischer Steifheit des Schneideinsatzes bezüglich der die Schneidkante tragenden zweiten Teilfläche einerseits und der Begrenzung des nutzbaren Bogenwinkels der Halterausnehmung über die 180 Halbschale hinaus
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erforderlich. Um eine gegen Verklemmen gesicherte Austauschbarkeit des
Schneideinsatzes zu gewährleisten, wird in der dortigen Werkzeuganordnung auf eine zuverlässige Dreipunktanlage in den Sollpunkten und gleichzeitig auf eine
Klemmung des Schneideinsatzes im Halter verzichtet, die den Begriff .wirksamen mechanischen Klemmung" rechtfertigt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, die Nachteile, der vorne genannten, bekannten Schneidwerkzeuganordnungen zu vermeiden und vor allern nicht auf solche Konstruktionselemente zurückzugreifen, die systembedingt nur sehr begrenzte Auszugssicherheit für mit elastischer Klemmbacke gehaltene
Schneideinsätze bieten. Aufbauend auf der letztgenannten unter den bekannten
Ausführung, sollen mittels der vorzuschlagenden Schneidwerkzeuganordnung neben hoher Schneideinsatz-Auszugssicherheit, zusätzlich eine mechanisch gut stabilisierte, tatsächlich in den Sollanlagepunkten stattfindende
Schneideinsatzklemmung gegeben sein. Die Sollposition der Schneidkante in der Werkzeuganordnung soll von den Fertigungstoleranzen der einzelnen Werkzeugkomponenten zumindest weitgehend unbeeinflusst sein.
Weiterhin soll ein störungssicheres, verschleissfreies und einfaches Austauschen der Schneideinsätze im Halter gegeben sein.
Diese Aufgabe wird für eine Werkzeuganordnung der eingangs genannten Art mittels der Merkmale im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Werkzeuganordnung.
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Unter dem Begriff scheibenförmige Schneidwerkzeuganordnung sind die rundlaufenden Schneidwerkzeuge, wie Kreissägen und Scheibenfräser mit einer
Vielzahl von geklemmten Schneideinsätzen zu verstehen. Der Begriff klingenförmige
Schneidwerkzeuganordnung umfasst vor allem stehende Drehwerkzeuge zum Ab- und Einstechen von/in Werkstücke (n). gehören zum Beispiel auch quaderförmige, einstückige Werkzeughalter, die sich im Bereich der
Halterausnehmung für den Schneideinsatz zu einer schmalen Klinge hin verjüngen.
Die Dimensionen, Formen und geometrischen Ausrichtungen der ersten und zweiten
Teilfläche eines erfindungsgemässen Schneideinsatzes zueinander sind über die im
Hauptanspruch als zwingend aufgeführten Funktionsmerkmale hinaus innerhalb weiter Bereiche auf die jeweils gestellte Zerspanungsaufgabe hin frei ausgestaltbar.
Die zonal konvex gekrümmte Randlinie der ersten Teilfläche des Schneideinsatzes kann - in Ansicht auf die Werkzeugbreitseite - neben Kreissegmenten auch andersartig gekrümmte und auch gerade Abschnitte aufweisen. Die erste Teilfläche kann eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische Grundform, mit oder ohne Ausnehmungen für den Eingriff von Manipulationswerkzeugen aufweisen.
Erfindungswesentlich ist die Erstreckung der gekrümmten Rand- bzw.
Begrenzungslinie der ersten Teilfläche des Schneideinsatzes, sowie der Halterausnehmung längs eines Bogens über einen Winkelbereich grösser 180 hinaus, bei 360 für den Vollkreis. Ein bevorzugter Winkel bereich liegt zwischen 190 und 270 .
In der Schneidwerkzeuganordnung greifen die erste Teilfläche des Schneideinsatzes und die Halterausnehmung über Punktanlage innerhalb der Anlageflächen ineinander ein, wobei die Anlageflächen - in Seitenansicht - von der zonal konvex
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gekrümmten Randlinie des Schneideinsatzes mit mindestens drei Kreissegmenten der Radien Rx und von der Begrenzungslinie der zonal konkav gekrümmten
Halterausnehmung mit mindestens drei Kreissegmenten der Radien ry gebildet werden.
Die Randlinie der ersten Teilfläche enthält die zwei, dadurch ausgezeichnete
Randpunkte A und B, dass deren Verbindungstrecke die Symmetrielinie für die im
Wesentlichen symmetrische erste Teilfläche bildet. Die gekrümmte Randlinie weist in den Zonen mit den Randpunkten A und B die Radien RxA und RxB auf, die erfindungsgemäss kleiner sind als die Radien in jedem weiteren Kreissegment der
Randlinie und die damit die Krümmungsscheitel der Randlinie markieren.
Die Länge der Verbindungsstrecke zwischen den Randpunkten A und B ist um einen
Differenzbetrag "e" grösser als die entsprechende Öffnungsweite der
Halterausnehmung, gemessen in vergleichbarer Lage und Ausrichtung bei nicht ausgelenkter Klemmbacke. Diese Strecke "e" entspricht somit der verbleibenden
Auslenkung der Klemmbacke im Klemmzustand. Im Klemmzustand ist eine
Punktanlage von Schneideinsatz und Halter in den Randpunkten A und B des
Schneideinsatzes oder in deren nächster Umgebung sichergestellt. Die Position dieser zwei Anlagepunkte wird dann geringfügig von denjenigen der Randpunkten A und B abweichen, wenn im Falle einer üblichen Dreipunktanlage der vorbestimmte, dritte Anlagepunkt des Schneideinsatzes im Halter auf einer entsprechend ausgestalteten Stützfläche der zweiten Teilfläche des Schneideinsatzes gegenüber der Schneidkante liegt.
Die Übereinstimmung der tatsächlich gegebenen Ist Anlagepunkte in der Werkzeuganordnung mit den Randpunkten A und B bzw. mit davon geringfügig beabstandeten, vorbestimmten Punkten auf der Randlinie, ist selbst bei den üblichen Toleranzbreiten der Fertigungsmasse von Halter und
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Schneideinsatz gewährleistet. Ausschlaggebend dafür sind die beiden
Erfindungsmerkmale, wonach zum Einen jeder der beiden Krümmungsscheitel RxA und RxB der Randlinie, das sind die Kreissegmente der Randlinie mit den beiden
Randpunkten A und B, kleiner ist als der jeweils auf der Begrenzungslinie der
Halterausnehmung gegenüberliegende Radius ry und weil zum Anderen die Radien
RxA und RxB kleiner sind als jeder der übrigen Radien Rx auf der Randlinie eines
Schneideinsatzes.
Weiter vorne wurde ausgeführt, dass bei rundlaufenden und damit kreissymmetrischen Werkzeugen die Radialenrichtung bezüglich Schneideinsatz
Auszugssicherheit eine Sonderstellung einnimmt, vergleichbar der
Werkzeugzustellrichtung bei klingenförmigen Drehwerkzeugen.
Die erfindungsgemässe Werkzeuganordnung erlaubt die Ausgestaltung eines
Flächenbereiches auf der konkav gekrümmten Begrenzungslinie der
Halterausnehmung, dessen Normale in Radialrichtung bzw. Zustellrichtung liegt. Der
Flächenbereich ist vorzugsweise so gestaltet, dass sich dessen Begrenzungslinie nach beiden Richtungen über die Krümmungsscheitel in den Randpunkten A und B hinaus erstreckt. Damit ist Auszugssicherheit für den Schneideinsatz sichergestellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Richtung der Verbindungslinie durch die Randpunkte A und B mit der Radial- bzw. Zustellrichtung identisch (L2 = L1). Vorzugsweise weist die Richtung der Verbindungslinie mit der Radialenrichtung einen Winkel kleiner 60 auf, was in der Halterausnehmung uneingeschränkt die Ausgestaltung einer Anlagefläche mit einer Normalen etwa parallel zur Radialrichtung erlaubt, genauer gesagt mit Normalenrichtung etwa um 180 entgegengesetzt zur Radialrichtung.
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Die erfindungsgemässe Schneidwerkzeuganordnung erfüllt die in der Aufgabenstellung genannten Leistungsmerkmale in hervorragender Weise. Die technisch mögliche Beschränkung der Erfindung auf Ausgestaltungen mit Anlagepunkten für die Schneideinsätze in Flächenbereichen der Halterausnehmung mit Normalenrichtung zumindest angenähert in Radial- bzw. Zustellrichtung, vermeidet das Problem der Schneideinsatz Auszugssicherheit.
Gegenüber dem bekannten, nächstliegenden Stand der Technik ist die permanent gegebene Leistungsanforderung, das ist eine mechanisch stabile Schneideinsatzklemmung an vorgegebenen Soll-Anlagepunkten, sprunghaft verbessert erfüllt. Die Erfindung erlaubt eine von Fertigungstoleranzen nur unwesentlich beeinflusste Positionierung von Anlagepunkte in der Nachbarschaft zur Schneidkante mit der Folge einer vergleichsweise exakten Übereinstimmung von Ist - und Solllage der Schneidkante im Halter.
Mit der Klemmung der Schneideinsätze mittels elastischer Klemmbacke gemäss Erfindung werden der Komfort des Schneideinsatzaustausches und die Klemmsicherheit auch gegenüber solchen bekannten Ausführungen wesentlich verbessert, die ebenfalls Anlagepunkte für den Schneideinsatz in einer Halterausnehmung mit einem Flächenbereich bieten, dessen Normale eine Ausrichtung um etwa 180 entgegengesetzt zur Radial- oder Zustellrichtung aufweist.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt den Ausschnitt einer erfindungsgemässen, rundlaufenden und damit kreissymmetrischen Schneidwerkzeuganordnung im Schnitt, parallel zur Werkzeugbreitseite. Der Ausschnitt umfasst einen
Schneideinsatz, geklemmt in eine Halterausnehmung im
Werkzeughalter.
Fig. 2 zeigt die Schneidwerkzeuganordnung im Schnitt entlang einer Linie, welche die Verbindungsstrecke zwischen den Randpunkten A und B mit einschliesst.
Der Ausschnitt einer Schneidwerkzeuganordnung nach Fig. 1 umfasst einen
Schneideinsatz -1- mit einer ersten Teilfläche -3- und mit einer seitlich angrenzenden, zweiten Teilfläche -4-, in welcher die Schneidkante-10- bzw. die
Hauptschneidkante senkrecht zur Werkzeugbreitseite angeordnet ist.
Der Werkzeug- bzw. Schneideinsatzhalter -2- besitzt eine Ausnehmung, die den
Bereich einer konkav gekrümmten Halterausnehmung -6- mit einschliesst.
Zur Halterausnehmung gehört weiterhin eine im Schnitt als gerade Linie dargestellte Stützfläche-11- für die Abstützung der zweiten Teilfläche des Schneideinsatzes über Punktanlage, sowie ein Freiraum zum möglichst ungehindertes Aufrollen und Abfliessen des geschnittenen Spanes in direktem räumlichen Anschluss an den vom Schneideinsatz ausgefüllten Raum.
Die erste Teilfläche -3- des Schneideinsatzes-1- von etwa elliptischer Grundform zeigt eine konvex gekrümmte Randlinie -5-, in deren Krümmungsscheitel die Randpunkte A und B auf Kreissegmenten mit den Radien RAx und BBx liegen.
Die Gerade-L2- mit den beiden Randpunkte A und B schliesst mit der Geraden in Radialrichtung -L1- der Schneidwerkzeuganordnung einen Winkel W2 ein. Der
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Winkel W2 ist in der dargestellten, bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung grösser als der Winkel W1. den die Gerade -L3 durch die Stützfläche -11- mit der Geraden in
Radialrichtung -L1- einschliesst.
Die Klemmung des Schneideinsatzes -1- im Schneideinsatzhalter -2- erfolgt über
Ausspreizung der Klemmbacke -8- um die Strecke-e-. Zum Austausch eines
Schneideinsatzes werden zwei stiftförmigen Klauen eines Spreizwerkzeugschlüssels in die Öffnungen bzw. Löcher-12- und-13- im nicht elastischen Teil des
Werkzeughalters und in der spreizbaren Klemmbacke-8- eingeführt und die
Klemmbacke wird bis zu einem Fixanschlag im Werkzeugschlüssel so weit ausgespreizt, dass ein reibungs- und kräftefreier Schneideinsatzaustausch möglich ist.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 kann der Schneideinsatz in seiner ersten
Teilfläche wahlweise eine zentrale Öffnung bzw. ein Loch geeigneter Dimension zur
Einführung eines weiteren Werkzeugschlüssels enthalten, mit dessen Hilfe der
Schneideinsatzwechsel vor allem bei kleinen Schneideinsatzabmessungen erleichtert wird. Mit der zeichnerischen Andeutung eines sichtbaren Abstandes von
Randlinie -5- und Begrenzungslinie -6- werden die erfindungswesentlichen Grössenunterschiede der Radien Rx auf der Randlinie des Schneideinsatzes und der Radien ry auf der konkav gekrümmten Begrenzungslinie der Halterausnehmung dargestellt.
Im Schnitt durch die Werkzeuganordnung nach Fig. 2, das heisst in einer Schnittebene senkrecht zur Werkzeugbreitseite, wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Anlageflächen von Schneideinsatz und Halterausnehmung im Detail dargestellt.
Die Anlageflächen beider angrenzenden Werkzeugteile sind konvex bzw. konkav gekrümmt, mit im Wesentlichen identischen bzw. leicht voneinander abweichenden
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Krümmungsprofilen. Die Profile erstrecken sich über die gesamten konvex/konkav gekrümmten Segmente von Rand- und Begrenzungslinie und setzen sich regelmässig in den Bereich der geraden Stützfläche-11- fort.
Die Ausgestaltung der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren und in der vorausgegangenen Beschreibung genannten Ausführungen beschränkt.
Vielmehr sollen alle durch die Merkmale des Hauptanspruches gedeckten Ausführungen mit eingeschlossen sein.