DE68907006T2

DE68907006T2 - Rotierende nutschneidwerkzeuge, schneideinsaetze und montagenmethode der einsaetze in die werkzeuge.

Info

Publication number: DE68907006T2
Application number: DE8989310688T
Authority: DE
Inventors: David William Scott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: CA2000965C; US5059068A; IN172796B; EP0365299B1; ES2043036T3; CA2000965A1; JP2571288B2; KR900006052A; DE68907006D1; EP0365299A3; EP0365299A2; CN1020180C; BR8905338A; JPH02160409A; AU627779B2; AU4288489A; CN1041897A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Nutschneidwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Rotierende Nutschneidwerkzeuge der Art, wie sie in der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, bestehen aus einem scheibenförmigen Körper mit angebrachten schneideinsätzen, die radial über den Scheibenumfang herausragen. Die schneideinsätze müssen bei ihrer Verwendung fest am Scheibenkörper gehalten werden, müssen jedoch für das Auswechseln, wenn die Schneidkante des Schneideinsatzes stumpf oder gebrochen ist, leicht entfernbar sein.
Es hat viele Vorschläge dazu gegeben, in welcher Weise die Schneideinsätze im Körper gehalten werden. Solche früheren Vorschläge können als generell in zwei Kategorien fallend betrachtet werden. In der ersten Kategorie werden die Schneideinsätze durch verschiedene Formen separater Halteeinrichtungen am Körper gehalten. Typische Formen der Konstruktion, die in diese erste Kategorie fallen, werden in US-A-3,887,975 (Sorice u.a.) und in US-A-4,363,576 (Zweekly) beschrieben. Andere Formen der Konstruktion in dieser Kategorie sind in den US-Patentbeschreibungen US-A-1,618,678 (Rottler) und US-A-1,700,333 (Pond) aufgezeigt. Bei diesen Konstruktionen sind, mit Ausnahme der von Rottler, die Schneideinsätze in Öffnungen im Körper in einer Richtung parallel zur Gehäuseachse eingesetzt.
Die Patente von Pond und Sorice u.a. gehen von Nockenbauteilen aus, die auf entsprechend geformte Bereiche der Schneideinsätze drücken, um ein Spannen zu erreichen. Bei solchen Ausführungen werden die Schnittkräfte, die auf den Einsatz ausgeübt werden, direkt auf die Nockenflächen übertragen, was zu Beschädigungen der Nocken führen kann. Diese Anordnung erfordert auch eine größere Körperdicke in der Nähe des Nockenbauteils. Ein zusätzlicher Nachteil einer solchen Konstruktion ergibt sich aus der Notwendigkeit der Herstellung von Einsätzen mit den entsprechend komplizierten Oberflächen, die mit dem Nockenbauteil zusammenwirken.
Das Zweekly-Patent zeigt eine Nockenausführung, die gegen eine Spannzunge drückt, die wiederum gegen den Einsatz drückt. Diese Zunge ist in den Körper geschweißt, um eine sichere Lage zu gewährleisten. Dieses Schneidwerkzeug erfordert eine Vielzahl von verschiedenen Bauteilen, um eine Spannkraft auf die Einsätze aufzubringen. Ein weiterer Nachteil einer solchen Ausführung ist, daß der Platz, der für die Spann-und Nockenbauteile erforderlich ist, die Anzahl der Einsätze beschränkt, die über den Umfang der Schneidscheibe angeordnet werden können.
In der zweiten Kategorie von Nutschneidwerkzeugen werden die Schneideinsätze durch Bewegung in einer radialen Richtung in Bezug auf die Körperachse eingesetzt und werden ohne Verwendung separater Halteeinrichtungen an ihrem Platz gehalten. Typische Beispiele dieser Konstruktionsart werden in US-A-3590893 (Burkiewicz) und US-A-4492140 (Pano) gefunden. Ein anderes Beispiel dieser zweiten Kategorie wird in EP-A-0059602 offenbart.
Burkiewicz offenbart das Spannen eines Schneideinsatzes mittels flexibler Bereiche des Schneidwerkzeugkörpers. Eine solche Flexibilität wird angeblich durch das Vorsehen zusätzlicher Sägeschnitte oder schlitzartiger Öffnungen im Körper zwischen den Schneidklingentaschen erreicht. Ein Nachteil der Methode von Burkiewicz ist, daß der Einsatz sich lockern und nach innen rutschen würde, wenn die Radialschnittkraft größer als die Reibungshaltekraft ist.
Das Pano-Schneidwerkzeug verwendet Keile für das Halten der Einsätze an ihren Sitzen. Diese Sitze beschränken ebenfalls die Anzahl der Einsätze, die am Umfang des Schneidwerkzeuges angeordnet werden können, mit dem weiteren Nachteil, daß die Haltekraft auf Reibung beruht. Aus diesem Grunde muß die Drehzahl so genau gesteuert werden, daß die Zentrifugalkraft nicht die Keilreibungskraft überschreitet. Ein weiterer Nachteil ist, daß der Einsatz nur eine Schneidkante besitzt.
EP-A-0059602 bezieht sich auf ein Werkzeugsystem, das auswechselbare Schneideinsätze unter Benutzung eines Werkzeughalters mit keilförmigen Aussparungen zum Halten der Einsätze verwendet, die ebenfalls Keilform und Ansätze besitzen, die den Abstand der Schneidkante des Einsatzes, der bei Verwendung des Schneidwerkzeuges vorbestimmt ist, von der Halterung sichern. Die Seiten der keilförmigen Aussparung stellen Backen dar. Der Einsatz wird durch Druckkräfte an seinem Platz gehalten, die durch die Backen ausgeübt werden. Eine solche Ausführung ist jedoch nicht eine so sichere Haltevorrichtung für die Schneideinsätze, wie es gewünscht wird.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein rotierendes Nutschneidwerkzeug zur Verfügung zu stellen, das Einsätze von relativ einfacher Form verwendet und Mittel im Körper der Schneidwerkzeuge, die, bei Einhaltung der genauen Lage, ein sicheres Spannen gewährleisten. Der Körper und die Einsätze können schmal sein. Die einzige Beschränkung hinsichtlich der Breite ist die Festigkeit des Körpers oder des Einsatzes. Somit werden einige der Beschränkungen der früheren Nutschneidwerkzeug-Konstruktionen beseitigt. Ein weiterer Vorteil gegenüber früheren Konstruktionen ist, daß wesentlich mehr Einsätze in jedem Schneidwerkzeugkörper angeordnet werden können. Dadurch kann das Spanvolumen pro Umdrehung proportional zur Anzahl der Einsätze in der Scheibe vergrößert werden und die Drehzahl ist keine Ursache für das Lockern der Einsätze. Ein weiterer Vorteil ist, daß eine Konfiguration des Schneideinsatzes und der Öffnung, in die er eingesetzt ist, ausgeführt werden kann, die zwei Schneidkanten pro Einsatz gestattet.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein rotierendes Nutschneidwerkzeug für das Rotieren in einer Ebene um eine Drehachse vorgesehen, bestehend aus einem kreisringförmigen Körper mit einer Bohrung konzentrisch zur Achse, einem äußeren Umfang und einer ersten und zweiten, relativ dicht beieinanderliegenden Seitenfläche, die im allgemeinen parallel zur Rotationsebene und im allgemeinen senkrecht zur Drehachse angeordnet sind, einer Vielzahl von Öffnungen, verteilt über den äußeren Umfang des Körpers, wobei sich jede Öffnung von einer der Seitenflächen zur anderen erstreckt, mit gegenüberliegenden Stirnflächen und mit einer Öffnung zum Außenumfang des Körpers; aus einem Schneideinsatz in jeder Öffnung, von denen jeder Stirnflächen besitzt, die das Komplement zu den Stirnflächen der jeweiligen Öffnungen bilden, wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen jeder Öffnung sich lediglich durch die elastischen Restkräfte fest mit den Paßflächen des Einsatzes im Eingriff befinden, wobei mindestens eine der gegenüberliegenden Stirnflächen jeder Öffnung sich zur gegenüberliegenden Stirnfläche hin mit radial nach außen wachsender Entfernung verjüngt, der Körper einen ersten Zustand besitzt, wenn eine radiale Expansionskraft nach außen hin auf den Umfang der Bohrung aufgebracht wird und einen zweiten Zustand, wenn die Radialkraft nicht vorhanden ist; und wobei die elastischen Restkräfte, durch die die gegenüberliegenden Stirnflächen jeder Öffnung fest in Eingriff mit den Paßflächen des Einsatzes kommen, während des ersten Zustandes im Körper gespeichert werden und eine Bewegung des Einsatzes in Bezug auf die Körperachse verhindern, wenn sich der Körper in seinem zweiten Zustand befindet und eine Expansionskraft radial nach außen am Umfang der Bohrung des Körpers wirkt, die den Körper dazu veranlaßt, den ersten Zustand anzunehmen mit den gegenüberliegenden Stirnflächen der jeweiligen Öffnung soweit voneinander entfernt, daß ein Entfernen und Ersetzen der Einsätze lediglich in axialer Richtung möglich ist.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Montage von Einsätzen in ein rotierendes Nutschneidwerkzeug wie vorher beschrieben.
Um das Wesen der Erfindung besser verstehen zu können, wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführung durch ein Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Darin ist:
Fig.1 eine Ansicht parallel zur Drehachse eines rotierenden Nutschneidwerkzeuges gemäß vorliegender Erfindung;
Fig.2 eine Ansicht des Werkzeuges von Fig.1 senkrecht zur Drehachse des Körpers;
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Öffnung und eines Einsatzes. Sie zeigt das Wirken der Spreizkraft auf die Bohrung des Schneidwerkzeuges.
Fig.4 eine Ansicht des Einsatzes aus Fig.3 in Richtung des Pfeiles A und
Fig.5 eine Seitenansicht des in Fig.3 gezeigten Einsatzes.
Wie aus der Fig.1 ersichtlich ist, besitzt jeder Einsatz 11 eine Schneidkante 12, die radial über den Körper 10 des Schneidwerkzeuges hinausragt. Jede Schneidkante ist im wesentlichen parallel zur Achse des Schneidwerkzeugkörpers 13 und besitzt mindestens eine Breite wie der Körper des Schneidwerkzeuges.
Der Körper des Schneidwerkzeuges 10 besitzt Scheibenform, hat eine relativ geringe Breite, definiert durch die erste Seitenfläche 14 und die zweite Seitenfläche 15. Sein Umfang wird durch identische, mehr oder weniger rechwinklig ausgebildete Öffnungen, wie z.B. 16 (der Einsatz ist in dieser Öffnung nicht gezeigt), unterbrochen, die im Winkel auf dem äußeren Durchmesser des Körpers angeordnet sind, wobei der Bereich 17 die periphere Haltefläche zwischen jeder der Öffnungen bildet. Die länglichen Löcher 18 befinden sich zwischen jedem benachbarten Satz von Öffnungen. Der Körper 10 besitzt eine Bohrung 21 von relativ großem Durchmesser zentral zur Achse 13.
Die Löcher 18 werden verwendet, um den Körper des Schneidwerkzeuges 10 drehbar anzuordnen und sie wirken als Rotationsantriebsmittel über Stifte (nicht gezeigt), die von einer Werkzeugmaschinenspindel (ebenfalls nicht gezeigt) angetrieben werden. Die Löcher 18 haben eine leicht längliche mehr oder weniger ovale Form, um das Einsetzen der Stifte zu erleichtern, auf die vorher Bezug genommen wurde. Die Einsätze 11 sind je einer in jeder Öffnung 16 angeordnet und fest gehaltert. Der Körper des Schneidwerkzeuges 10 mit den Einsätzen 11 dreht sich in Richtung des Pfeils 22.
Unter Bezugnahme auf Fig.3 ist jede Öffnung 16 in ihrer Geometrie identisch und sie ist bestimmt, den Einsatz 11 an den Stirnflächen der Öffnung 23, 24 und 25 zu verspannen, die das Spannen und Positionieren in Zusammenwirken mit den entsprechenden Stirnflächen 26, 27 und 28 des Einsatzes bewirken. Die Mittel, die eine leichte Montage der Einsätze in den Taschen ermöglichen, sind Mittel, die den Körper unter Verwendung eines Innenspannhülsenwerkzeuges expandieren, um eine radial nach außen gerichtete Spreizkraft 29 in der Bohrung 21 zur Wirkung zu bringen, die den Körper radial expandieren läßt und damit jede der Öffnungen öffnet, wie es durch die gestrichelten Linien 23a, 24 und 25a gezeigt ist. Ein Einsatz wird dann in jeder Öffnung durch eine der Seitenflächen 14 oder 15 positioniert und die Bohrung 21 wird von der Spreizkraft entlastet. Das Metall wird dann versuchen in seine Normalform zurückzukehren und die Stirnflächen der Öffnung kommen mit den Einsätzen in Kontakt und dadurch wird die elastische Restkraft in der Scheibe die Einsätze verspannen und positionieren.
Jede Montage der Einsätze in den Öffnungen kann durch Expandieren des Körpers des Schneidwerkzeuges 10 radial nach außen unter Nutzung der Spreizkräfte 29 in der Bohrung 21 an zwei oder mehreren Punkten neben den Öffnungen 16 erfolgen, wobei die geringste Kraft und die niedrigste hervorgerufene Beanspruchung unter Verwendung einer Spezialspannvorrichtung erreicht wird, die nur zwei solcher diametral gegenüberliegender Spreizkräfte 29 in der Bohrung 21 zur Wirkung bringt, die den Körper an den Kraftangriffspunkten nach außen expandieren und somit gleichermaßen die Öffnungen neben den Kraftangriffspunkten in dem Maße öffnen, wie es durch die Linien 23a, 24 und 25a gezeigt wird. Ein Einsatz wird durch eine der Seitenflächen 14 und 15 in jeder Öffnung positioniert und die Bohrung 21 wird von der Spreizkraft entlastet. Das Metall wird dann versuchen in seine Normalform zurückzukehren und die Stirnflächen der Öffnungen kommen mit den Einsätzen in Kontakt und dadurch wird die elastische Restkraft in der Scheibe die Einsätze verspannen und positionieren. Dieser Arbeitsgang für die Montage der Einsätze in den Öffnungen durch Nutzung einer Spreizkraft an diametral gegenüberliegenden Punkten wird für die restlichen Öffnungen wiederholt, bis alle Einsätze positioniert sind.
Die Einsätze sind so konstruiert, daß sie etwas größer sind als die Öffnungen 16 des Körpers des Schneidwerkzeuges 10 und die Einsatzstirnflächen 26, 27 und 28 und sie können an der Symmetrieachse 44 gespiegelt sein. Somit stehen für den Schneidvorgang mit den Schneidkanten 12 und 12a zwei Schneidkanten zur Verfügung. Die Öffnung besitzt weiterhin eine Fläche 31, die in der Spannposition eine minimale Toleranz zur Stirnfläche des Einsatzes 26 besitzt. Die Fläche 17 ist so ausgebildet, daß sie es ermöglicht, daß das Material in Spanform geschnitten wird und kein Verklemmen während des Schneidvorganges auftritt. An den inneren Ecken der Öffnungen sind die Radien 32 und 33 ausgebildet, die die Spannungskonzentration in diesen Bereichen durch Vergrößerung der Länges des Spannungsweges verringern.
Aus Fig.4 und 5 ist ersichtlich, daß die Einsatzform Seitenreliefs 34, 35, 36 und 37 von etwa 2 Grad besitzt, die den hinteren Teil des Einsatzes während der Schneidarbeitsgänge freihalten.
Um die Einsätze genau axial zu positionieren, können Seitenbleche am Körper des Schneidwerkzeuges verspannt werden. Diese Bleche würden an den Stirnflächen 38 und 39 einen Spanndruck auf den Einsatz aufbringen, um die korrekte axiale Position aufrechtzuerhalten.
Die Vorteile der beschriebenen Erfindung entstehen daraus, daß das Nutschneidwerkzeug keine äußeren Nocken- oder Keileinrichtungen benötigt, um die Einsätze zu haltern und genau zu verspannen. Der Körper des Schneidwerkzeuges selbst arretiert die Einsätze so, daß viele Einsätze im Körper positioniert werden können, wobei trotzdem eine starre Schneideinheit erhalten bleibt. Weiterhin ist auch die Breite der Schneidwerkzeuge nicht begrenzt, weil die Öffnungen und Einsätze mit parallelen Seiten konstruiert sind und somit können Breiten ab unter 1 mm konstruiert werden.

Claims

1. Rotierendes Nutschneidwerkzeug für das Rotieren in einer Ebene um eine Drehachse (13), bestehend aus einem kreisringförmigen Körper (10) mit einer Bohrung (21) konzentrisch zur Achse (13), einem äußeren Umfang und einer ersten und zweiten, relativ dicht beieinanderliegenden Seitenfläche (14) und (15), die im allgemeinen parallel zur Rotationsebene und im allgemeinen senkrecht zur Drehachse (13) angeordnet sind, einer Vielzahl von Öffnungen (16), verteilt über den äußeren Umfang des Körpers (10), wobei sich jede Öffnung (16) von einer der Seitenflächen (14 und 15) zur anderen erstreckt, mit gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) und mit einer Öffnung zum Außenumfang des Körpers (10); einem Schneideinsatz (11) in jeder Öffnung (16), von denen jeder Stirnflächen (26, 27, 28) besitzt, die das Komplement zu den Stirnflächen (23, 24, 25) der jeweiligen Öffnungen (16) bilden, wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) jeder Öffnung (16) sich lediglich durch die elastischen Restkräfte fest mit den Paßflächen (26 und 28) des Einsatzes (11) im Eingriff befinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (23) der gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) jeder Öffnung (16) sich zur gegenüberliegenden Stirnfläche (25) hin mit radial nach außen wachsender Entfernung verjüngt, der Körper (10) einen ersten Zustand besitzt, wenn eine radiale Expansionskraft (29) nach außen hin auf den Umfang der Bohrung (21) aufgebracht wird und einen zweiten Zustand, wenn die Radialkraft (29) nicht vorhanden ist und die elastischen Restkräfte, durch die die gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) jeder Öffnung (16) fest in Eingriff mit den Paßflächen (26 und 28) des Einsatzes (11) kommen, während des ersten Zustandes im Körper (10) gespeichert werden und eine Bewegung des Einsatzes (11) in Bezug auf die Achse (13) des Körpers (10) verhindern, wenn sich der Körper (10) in seinem zweiten Zustand befindet und eine Expansionskraft (29) radial nach außen am Umfang der Bohrung (21) des Körpers (10) wirkt, die den Körper (10) dazu veranlaßt, den ersten Zustand anzunehmen mit den gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) der jeweiligen Öffnung (16) soweit voneinander entfernt, daß ein Entfernen und Ersetzen der Einsätze (11) lediglich in axialer Richtung möglich ist.

2. Rotierendes Nutschneidwerkzeug nach Anspruch 1 mit Öffnungen (18) für das tangentiale Aufbringen der Schneidkraft auf den Körper des Werkzeuges (10) an mindestens einem Punkt radial zwischen dem radial innersten Maß (24) einer Öffnung (16) und dem äußeren Umfang des Körpers (10).

3. Verfahren für das Entfernen und/oder Einsetzen von Einsätzen (11) in ein rotierendes Nutschneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte: Aufbringen einer Expansionskraft (29) radial nach außen auf den Umfang der Bohrung (21) des Körpers (10) unter einer jeweiligen Öffnung (16), um zu bewirken, daß sich die gegenüberliegenden Stirnflächen (23 und 25) der Öffnungen (16) auseinanderspreizen, um eine vollständige Entfernung und ein vollständiges Ersetzen des Einsatzes (11) in der Öffnung in axialer Richtung zu ermöglichen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3 mit dem Schritt der Aufbringung einer Expansionskraft (29) radial nach außen auf den Umfang der Bohrung (21) an zwei diametral entgegengesetzten Punkten, um nur die entgegengesetzten Stirnflächen (23 und 25) neben diesen Punkten zu veranlassen, sich auseinander zu spreizen, des Positionierens eines Einsatzes (11) in jeder der jeweiligen Öffnungen (16), des Aufhebens der aufgebrachten Kräfte 29 und der Wiederholung des Verfahrens für die restlichen Öffnungen (16).