DE29800958U1

DE29800958U1 - Schneideinsätze

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Publication number: DE29800958U1
Application number: DE29800958U
Authority: DE
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2008-01-22
Also published as: ZA9711040B; AR011380A1; IL120137A0; JP3050537U; AU4963597A; WO1998033615A1

Description

Neue Gebrauchsmusteranmeldung

ISCAR, LTD.

Iscar Center, P.O. Box 11

Tefen 24959, Israel

U.Z.: 124-6/rf

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf wendbare Schneideinsätze für Schneid-Operationen und, insbesondere, betrifft sie die Geometrie von Umfangs-Relief-Oberflächen (peripheral relief surfaces) solcher Einsätze. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Schneidwerkzeug-Halter und Anordnungen, die Einsätze dieses Typs anwenden.

Die Verwendung von unterschiedlich geformten Werkzeugen, die mit austauschbaren Schneideinsätzen ausgestattet sind, um Metalle zu schneiden, ist bekannt. Um das Reiben des Einsatzes gegen das Werkstück zu verhindern, bezeichnet als "heal-dragging", das unnötigen Verschleiß und Erhitzung verursacht, ist es notwendig, einen Freiwinkel zwischen der Relief-Oberfläche des Einsatzes hinter der Schneidkante und der bearbeiteten Oberfläche bereitzustellen.

Wie schematisch in den Figuren 1 und 2 gezeigt, können übliche Schneideinsätze grob in zwei Klassen eingeteilt werden: negative Einsätze, bei denen der radiale Freiwinkel oc_R und der axiale Freiwinkel a_A (nur cc_R ist gezeigt) von dem "Doppelkippen" ("double tilting") des Einsatzes in bezug auf die geschnittenen Oberflächen abhängen; und positive Einsätze, bei denen die inhärente Geometrie des Einsatzes mit eingebauten positiven Relief-Winkeln ausreichende Freiwinkel bereitstellt, und dadurch die Möglichkeit bietet, die Schneideinsatz-Spanfläche senkrecht zu den geschnittenen Oberflächen anzubringen.

Figur 1 zeigt schematiseh eine Schneidwerkzeug-Anordnung, die einen in einem Werkzeughalter 12 angebrachten negativen Einsatz 10 verwendet, um ein rotierendes Werkstück 14 zu schneiden. Der Einsatz 10 wird als "negativ" bezeichnet, da der inhärente Relief-Winkel nicht größer als 0° ist. Dies erfordert das negative Anwinkeln der Einsatz-Befestigungsflächen des Werkzeughalters 12, um so die erforderlichen Freiwinkel a_R und a_A (nur a_R ist gezeigt) zu erzeugen.

Weiterhin sind in Figur 1 die typischen in einer Ebene liegenden Abschnitte der Schneidkräfte gezeigt, wobei F_T den Tangentialanteil der Schneidkräfte darstellt, nämlich die in der ersten Schneidrichtung erzeugte Kraft, die der ersten Richtung der relativen Bewegung zwischen dem Einsatz 10 und dem Werkstück 14 entspricht, und wobei F_R den Radialanteil der Schneidkräfte darstellt, der eine bedeutende Größe erreicht hauptsächlich während des Rillenschleifens (plunge grooving) oder ähnlicher Verfahren. Bei annähernd allen Bearbeitungsbedingungen ist die Tangentialkraft F_T viel größer als entweder die Radialkraft F_R oder die Axialkraft F_A (nicht gezeigt).

Als Folge der Ausrichtung der Widerlagerflächen des Werkzeughalters 12 wird der der Tangentialkraft F_x nächstgelegene Teil des Werkzeughalters 12 lateral versetzt über eine Entfernung dj von der Wirkungslinie der Tangentialkraft F_T. Diese Versetzung führt zu einem großen Biegungsmoment, das auf die Einsatzecke wirkt, und so bedeutende Biegungsbelastung ausübt, die additiv ist zur schrägverlaufenden Scherbelastung (kombiniert, beispielsweise, über Trescas Fehlerhypothese [Tresca's failure hypothesis]), wobei beide Belastungen direkt proportional zu F_T sind. Praktisch bedeutet das, daß zwei voneinander unabhängige Maßnahmen verwendet werden können, um die kombinierte Belastung zu verringern: 1) Bereitstellen einer Span (chip)-ausbildenden Nut in der Spanfläche hinter der Schneidkante und 2) Anstellen der Haupt-Schneidkante von der Schneidecke zur Grundfläche des Einsatzes hin. Diese Maßnahmen bewirken, daß der einfache Spanwinkel (Definition nachstehend) weniger negativ ist, und erzeugen so einen spitzen Schneidkanten-Keilwinkel, wobei alles zur Verringerung von F_T beiträgt.

Ein offensichtlicher Vorteil negativer Einsätze ist die einfache rechtwinklige Geometrie der Grundfläche und der Seiten-Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche des Werkzeughalters. Ein weiterer Vorteil negativer Einsätze leitet sich ab von der Tatsache, daß der Einsatz natürlich durch aufrechte hintere Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche gegenüber dem Aufrichten aufgrund des vorstehend erwähnten Biegungsmoments eingeschränkt ist.

Figur 2 zeigt schematisch eine Schneidwerkzeug-Anordnung, die einen in einem Werkzeughalter 18 angebrachten positiven Einsatz 16 zeigt, um ein rotierendes Werkstück 14 zu schneiden. Der Einsatz 10 wird als "positiv" bezeichnet, da seine inhärenten Relief-Winkel positiv sind, und dadurch ausreichende Frei winkel oc_R und cc_A bereitstellen, wenn der Einsatz 10 in einem Werkzeughalter mit einer Grundflächen-Widerlagerfläche angebracht ist, die senkrecht zur primären

Schneidrichtung verläuft. Im Fall eines positiven Einsatzes müssen die hinteren Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche in entsprechender Weise nach außen geneigt sein.

Weiterhin sind in Figur 2 die typischen in einer Ebene liegenden Komponenten der Schneidkräfte gezeigt. In diesem Fall wird das der Tangentialkraft F_T nächstgelegene Teil des Werkzeughalters 18 lateral über die Entfernung d₂ von der Wirkungslinie der Tangentialkraft F_x versetzt. Für die hypothetische Situation, in der der Frei winkel und die Höhe des Einsatzes jenen für den in Figur 1 gezeigten negativen Einsatz entsprechen, ergibt sich selbstverständlich, daß d₂ gleich dj ist. Solch ein Fall liegt tatsächlich vor, bei dem ein Relief-Winkel eines positiven Einsatzes dem Neigungswinkel eines negativen Einsatz-Werkzeughalters bei etwa 6° entspricht. So erscheint es, daß das Belastungsproblem von positiven Einsätzen geteilt wird. Tatsächlich haben die positiven Span-Winkel positiver Einsätze die Neigung, die Schneidkräfte zu verbessern. Jedoch wird ein anderes Problem erzeugt durch das resultierende Biegungsmoment, das dazu neigt, den Einsatz hochkant zu stellen. Da die auswärts geneigten hinteren Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche unwirksam beim Widerstand gegen dieses Hochkant-Stellmoment sind, wird ein schwerer Druck auf den Klemm-Mechanismus ausgeübt. Als Folge davon sind praktischere Klemm-Techniken wie Bodenhebel-Klemmung (bottom lever clamping) typischerweise unzureichend, und somit wird das Klemmen von der Oberseite des Einsatzes, z.B. durch Schrauben-Klemmung (wie gezeigt) notwendig.

Es wird nachstehend auf zwei besondere Offenlegungsschriften, nämlich EP-A2-160 278 und GB-A-2,156,254 bezug genommen. Um den Leser nicht zu verwirren, sollte herausgestellt werden, daß diese Referenzen keinen besonders wichtigen Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Erfindung darstellen. Jedoch werden sie hier zitiert aufgrund einer oberflächlichen Ähn-Hchkeit mit der vorliegenden Erfindung und aus Gründen der Herausstellung der klaren Unterschiede zwischen den darin beschriebenen Strukturen und jenen der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend zunächst auf die europäische Offenlegungsschrift, so befaßt sich diese mit der Kontrolle des axialen Auslaufs eines Schneideinsatzes für einen Flächenfräser durch Einschleifen einer Relief-Seitenfläche des Einsatzes. Es wird bezug genommen auf einen "üblichen Einsatz", wobei der Umfang des Einsatzes eine an die Schneidkante angrenzende Relief-Oberfläche vom Standard-positiven Typ umfaßt, und einen "rückwärtigen Abschnitt ... über den gesamten Umfang davon nach innen versetzt, um einen freien Abschnitt bereitzustellen". Dieser freie

Abschnitt gestattet es, eine Schleif-Operation ausschließlich auf den vorderen Relief-Oberflächen durchzuführen, und so Zeit und Arbeit zu sparen. Jedoch erzeugt das Versetzen der rückwärtigen Seitenfläche einen unnötigen Überhang der Schneidkante, und verringert so die strukturelle Unterstützung der Schneidkante im Vergleich zu einem entsprechenden Standard-positiven Einsatz.

Wenden wir uns nun der britischen Offenlegungsschrift zu, diese betrifft einen Fräser, in dem die Einsätze tangential oder "auf Kante" angebracht sind im Gegensatz zur radialen Anordnung in der üblichen Weise. Der Einsatz ist befestigt durch eine Schraube, die durch ein Loch in der Relief-Seitenfläche hindurchtritt. Ungleich zu in üblicher Weise angebrachten Einsätzen wird hier der radiale Span-Winkel durch die Ausgestaltung der Umfangskanten-Oberflächen bestimmt. In anstoßender Beziehung zu einem Paar entgegengesetzt angeordneter Schneidkanten sind verbundene Span-Oberflächen mit zwei Oberflächenabschnitten, wobei der erste, der an die Grundfläche angrenzt, senkrecht zu der Grundfläche ist, und der zweite, der an die Schneidkante angrenzt, einen positiven Span-Winkel hat. Die oberflächliche Ähnlichkeit dieser Einsatzstruktur mit jener der vorliegenden Erfindung besteht nur in dem Ausmaß, daß das Auge durch eine Querschnittsansicht des Einsatzes fehlgeleitet wird, um die verbundenen Span-Oberflächen als Relief-Oberflächen und umgekehrt zu interpretieren. Jedoch ist dem Fachmann bei näherer Betrachtung klar, daß weder die konzeptionellen Betrachtungen noch die strukturellen Merkmale der Span-Oberfläche der vorstehend erwähnten britischen Offenlegungsschrift in irgendeinem Zusammenhang zu den Relief-Seitenfläche-Strukturen der vorliegenden Erfindung stehen.

Es besteht deshalb ein Bedürfnis für eine Relief-Seitenflächen-Geometrie, die ausreichend Schneidkanten-Freiheit bereitstellt, um den Einsatz mit radialen und axialen Neigungswinkeln von Null zu befestigen, und gleichzeitig verbesserte strukturelle Integrität und Unterstützung der Schneidkante bereitzustellen. Es wäre auch vorteilhaft, eine Schneidwerkzeug-Anordnung zu haben, die das Befestigen des Einsatzes mit radialen und axialen Neigungswinkeln von Null gestattet, und gleichzeitig die Verwendung einer Einsatz-aufnehmenden Tasche mit einfacher rechtwinkliger Anordnung der Widerlagerflächen und das Erleichtern der Verwendung der Bodenhebel-Klemmung erlaubt.

Die vorliegende Erfindung ist eine Schneideinsatz-Struktur, in der die Umfangs-Seitenflächen ausreichend Schneidkanten-Freiheit bereitstellen, um das Befestigen des Einsatzes mit radialen

und axialen Neigungswinkeln von Null zu gestatten, und gleichzeitig verbesserte strukturelle Integrität und Unterstützung der Schneidkante bereitstellen.

Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Schneideinsatz mit einer oberen Span-Oberfläche, Umfangs-Seitenflächen, einer Grundfläche, einer rotationssymmetrischen Mittelachse bereitgestellt, wobei die Schnittlinie zwischen der oberen Span-Oberfläche und den Umfangs-Seitenflächen wenigstens eine Schneidkante bilden, und der Schneideinsatz dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umfangs-Seitenflächen umfassen: (a) einen ersten Seitenflächen-Abschnitt, der teilweise durch die Schneidkante und teilweise durch eine untere Begrenzung begrenzt ist, wobei der erste Seitenflächen-Abschnitt einen primären positiven Relief-Winkel hat; und (b) einen zweiten Seitenflächen-Abschnitt, der sich von der unteren Begrenzung zur Grundfläche hin erstreckt, und wobei der zweite Seitenflächen-Abschnitt einen Relief-Winkel von nicht größer als etwa Null hat.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der positive Relief-Winkel weniger als etwa 30°.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der positive Relief-Winkel zwischen etwa 4° und etwa 20°.
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Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung hat der zweite Seitenflächen-Abschnitt einen Relief-Winkel, der im wesentlichen gleich Null ist.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist die obere Span-Oberfläche mit wenigstens einem Merkmal zur Span-Kontrolle ausgebildet.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung umfassen die Umfangs-Seitenflächen weiterhin einen dritten Seitenflächen-Abschnitt, der sich angrenzend an den zweiten Seitenflächen-Abschnitt hin zur Grundfläche erstreckt, und wobei der dritte Seitenflächen-Abschnitt einen sekundären positiven Relief-Winkel hat.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der sekundäre positive Relief-Winkel größer als etwa 10°.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der Schneideinsatz symmetrisch bei Drehungen von 360°/«, wobei &eegr; wenigstens 3 ist.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der erste Seitenflächen-Abschnitt derart ausgebildet, daß ein Querschnitt des Schneideinsatzes, der senkrecht zur Mittelachse und angrenzend an wenigstens eine Schneidkante ist, &eegr; Ecken aufweist, wobei &eegr; wenigstens 3 ist und wobei jede der Ecken zwischen zwei im wesentlichen geraden Linien ausgebildet ist, und wobei der innere Winkel zwischen den im wesentlichen geraden Linien weniger als (180°-3607«) ist.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung wird eine Schneidwerkzeug-Anordnung bereitgestellt, die umfaßt: (a) den vorstehend beschriebenen Schneideinsatz; und (b) einen Werkzeughalter mit wenigstens einer Einsatz-aufnehmenden Tasche zur Aufnahme des Schneideinsatzes, wobei die Einsatz-aufnehmende Tasche eine Grundflächen-Widerlagerfläche hat, und eine erste hintere Widerlagerfläche, die senkrecht zur Grundflächen-Widerlagerfläche ist.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einsatz-aufnehmende Tasche weiterhin eine zweite hintere Widerlagerfläche, die senkrecht ist zur Grundflächen-Widerlagerfläche und einen offenen Winkel von weniger als etwa 120° mit der ersten hinteren Widerlagerfläche ausbildet.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung bildet die zweite hintere Widerlagerfläche einen offenen Winkel von nicht mehr als etwa 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläche aus.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung bildet die zweite hintere Widerlagerfläche einen offenen Winkel von weniger als 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläche aus.

Es wird weiterhin gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ein Werkzeughalter zum Aufnehmen eines Schneideinsatzes, der einen oberen Seitenflächen-Abschnitt mit einem positiven

Relief-Winkel hat, der an eine Schneidkante angrenzt, und einen unteren Seitenflächen-Abschnitt mit einem Relief-Winkel von Null bereitgestellt, wobei der Werkzeughalter umfaßt: (a) wenigstens ein Bezugsmerkmal zum Definieren einer Ebene, die einer Ebene mit einem Axial- und Radial-Neigungwinkel von Null entspricht, wenn der Werkzeughalter in Gebrauch ist; und (b) wenigstens eine Einsatz-aufhehmende Tasche, wobei die Einsatz-aufhehmende Tasche eine Grundflächen-Widerlagerfläche hat, die im wesentlichen parallel zu der Ebene ist, und eine erste hintere Widerlagerfläche, die senkrecht zur Grundflächen-Widerlagerfläche zum Angrenzen an den unteren Seitenflächen-Abschnitt des Einsatzes ist.

Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einsatz-aufnehmende Tasche weiterhin eine zweite hintere Widerlagerfläche, die senkrecht zur Grundflächen-Widerlagerfläche ist, und einen offenen Winkel von weniger als etwa 120° mit der ersten hinteren Widerlagerfläche ausbildet.

Lediglich beispielhaft wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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FIG. 1 ein schematischer Seitenquerschnitt eines üblichen Schneidwerkzeugs, das einen negativen Schneideinsatz umfaßt, der zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks verwendet wird, ist;

FIG. 2 ein schematischer Seitenquerschnitt eines üblichen Schneidwerkzeugs ist, das einen positiven Schneideinsatz einschließt, der zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks verwendet wird;

FIG. 3 ein schematischer Seitenquerschnitt einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Schneidwerkzeug-Anordnung ist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet, und die zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks verwendet wird;

FIG. 4 eine isometrische Ansicht eines Schneideinsatzes der Anordnung von Figur 3 ist;

FIG. 5 ein schematischer Seitenquerschnitt einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Schneidwerkzeug-Anordnung, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet, und die zusätzliche Merkmale zum Schneiden einer inneren Oberfläche eines rotierenden Werkstücks veranschaulicht;

FIG. 6 eine isometrische Ansicht eines Schneideinsatzes der Anordnung von Figur 5 ist;

FIG. 7A eine isometrische Ansicht eines Schneideinsatzes zur Verwendung in einer dritten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Schneidwerkzeug-Anordnung ist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet;

FIG. 7B eine Draufsicht des Schneideinsatzes von Figur 7A ist;
FIG. 7C ein Teilquerschnitt ist, und zwar entlang der Linie A-A von Figur 7B;
FIG. 7D eine Seitenansicht des Schneideinsatzes von Figur 7A ist;

FIG. 8A eine Seitenansicht der dritten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Schneidwerkzeug-Anordnung ist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet, wobei der Einsatz von Figur 7A in einem Werkzeughalter befestigt ist;

FIG. 8B eine Frontansicht der Schneid werkzeug-Anordnung von Figur 8A ist;
FIG. 8C eine Draufsicht der Schneidwerkzeug-Anordnung von Figur 8A ist;
FIG. 9A eine Seitenansicht des Werkzeughalters von Figur 8A ist;

FIG. 9B eine Frontansicht des Werkzeughalters von Figur 8A ist; und
FIG. 9C eine Draufsicht des Werkzeughalters aus Figur 8 A ist.

Die vorliegende Erfindung ist eine Schneideinsatz-Struktur, in der die Umfangs-Seitenflächen genügend Schneidkanten-Freiheit bereitstellen, um zu erlauben, daß der Einsatz mit einem Axial- und Radial-Neigungswinkel von Null befestigt wird, und gleichzeitig eine verbesserte strukturelle Integrität und Unterstützung für die Schneidkante bereitgestellt wird. Die Erfindung stellt weiterhin einen Werkzeughalter zur Verwendung mit solch einer Einsatz-Struktur bereit, der eine Einsatz-Tasche hat, die einen Axial- und Radial-Neigungswinkel von Null aufweist, und weiterhin eine einfache rechtwinklige Definition ihrer Widerlagerflächen hat.

Die Prinzipien sowie die Arbeitsweise der Schneideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung kann man besser durch Bezugnahme auf die Zeichnungen und die Beschreibung verstehen.

Bevor die ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung fortgesetzt wird, ist es hilfreich, eine bestimmte Terminologie zu definieren, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, und zwar zur Bezugnahme auf verschiedene Winkel. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß, wo auch immer eine Bezugnahme auf einen Winkel zwischen einer Geraden und einer Ebene stattfindet, der betreffende Winkel hierdurch als der Winkel zwischen der Geraden und ihrer eigenen senkrechten Projektion in die Ebene definiert wird, sofern nicht anders angegeben.

Erstens, in bezug auf die als unabhängig von einer speziellen Schneidwerkzeug-Anordnung angesehene inhärente Geometrie eines Schneideinsatzes wird Bezug genommen auf eine rotationssymmetrische Mittelachse, über der der gesamte Einsatz, einschließlich seiner einen oder mehreren Schneidkanten «-fache Rotationssymmetrie besitzt, wobei &eegr; wenigstens 2 ist. Zur Erleichterung der Bezugnahme wird die rotationssymmetrische Mittelachse eines Einsatzes als "die Mittelachse" des Einsatzes bezeichnet.
'.

Der "Relief-Winkel" &agr; eines Abschnitts einer Seitenfläche eines Einsatzes wird sodann definiert als der Winkel zwischen der Mittelachse und der Ebene der Seitenfläche. Im Fall einer nicht ebenen Seitenfläche (wie es immer bei kreisförmigen Einsätzen der Fall ist) wird der Relief-Winkel

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abgeschätzt unter Verwendung einer Ebene, die durch den lokalen Anstieg der Seitenfläche in einem gegebenen Punkt definiert wird. Das Vorzeichen des Relief-Winkels wird als positiv definiert für eine Oberfläche, die sich von der Mittelachse in Aufwärtsrichtung von der Grundfläche zur Oberfläche des Einsatzes hin entfernt.
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Wenn auf den Anstieg von Oberflächen eines in einem Werkzeughalter befestigten Schneideinsatzes Bezug genommen wird, werden die Neigungs- und Freiwinkel relativ zu den axialen und radialen Richtungen definiert, die durch die relative Bewegung des Werkzeugs und des Werkstücks definiert sind. Speziell ist die axiale Richtung parallel zu einer Hauptrotationsachse entweder des Werkstücks oder eines rotierenden Schneidwerkzeugs (z.B. verwendet zum Mahlen oder Bohren) definiert. Die radiale Richtung ist die Verbindung zwischen dieser Achse und der betreffenden Oberfläche. Folglich werden der radiale und axiale Werkzeug-Neigungswinkel y_R und &ggr;_&Agr; einer oberen Span-Oberfläche als die Winkel zwischen der Span-Oberfläche und der vorstehend erwähnten radialen bzw. axialen Richtung definiert. In bezug auf die Freiwinkel wird der radiale Freiwinkel a_R eines Abschnitts einer Span-Seitenfläche, die in axialer Richtung ausgerichtet ist, definiert als der Winkel zwischen einer Geraden, die sowohl zur radialen als auch zur axialen Richtung senkrecht verläuft, und (eine radiale Projektion der Geraden auf) den Abschnitt der Seitenfläche. In ähnlicher Weise wird der axiale Freiwinkel oc_A eines Abschnitts einer Seitenfläche, die in radialer Richtung ausgerichtet ist, definiert als der Winkel zwischen einer Geraden, die sowohl zur radialen als auch zur axialen Richtung senkrecht verläuft, und (eine axiale Projektion der Geraden auf) den Abschnitt der Seitenfläche.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß der Neigungswinkel, auf den in Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, derjenige der Gesamtanordnung der Oberfläche eines Schneideinsatzes ist, unabhängig von der detaillierten geometrischen Form, die angrenzend an die Schneidkante ist. Folglich, und damit als Folge der Rotationssymmetrie der in Frage stehenden Schneideinsätze, ist die Ebene der Span-Oberfläche senkrecht zur Mittelachse definiert. Weiterhin folgt aus der gleichen Symmetrie, daß die vorherrschende Ebene der Grundfläche des Schneideinsatzes und somit der Anstieg einer Grundflächen-Widerlagerfläche eines Werkzeughalters auch parallel zur Span-Oberfläche ist. Der Axial- und Radial-Neigungswinkel ist somit ein direkter Hinweis auf den Anstieg einer Grundflächen-Widerlagerfläche eines Werkzeughalters in beiden Richtungen.

Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen, veranschaulicht Figur 3 schematisch eine erste Ausführungsforai einer Schneidwerkzeug-Anordnung, die allgemein mit 20 bezeichnet wird, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet und einen Schneideinsatz 22 verwendet, der in einem Werkzeughalter 24 zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks 26 befestigt ist. -

Der Schneideinsatz 22 wird separat ausführlich in Figur 4 gezeigt. Allgemein hat die Relief-Seitenfläche des Schneideinsatzes 22 einen relativ kleinen ersten Seitenabschnitt 28, der an die Schneidkante angrenzt und einen positiven Relief-Winkel aufweist, und einen zweiten Seitenabschnitt 30, der weiter von der Schneidkante zurückgesetzt ist und einen nicht-positiven Relief-Winkel hat. Der erste Seitenabschnitt 28 stellt sicher, daß genügend Freiheit unter dem Schneideinsatz ist, wenn der Schneideinsatz 22 mit einem axialen und radialen Anstieg von Null befestigt ist, solange der Seitenverschleiß innerhalb akzeptabler Grenzen ist. Sobald ausreichend Freiheit sichergestellt ist, dient der zweite Seitenabschnitt 30 zur Bereitstellung der maximal möglichen Unterstützung der Schneidkante.

Beim Vergleich von Figur 3 mit den vorveröffentlichten Schneidwerkzeugen der Figuren 1 und 2 stellt man fest, daß der nächstgelegene Abschnitt des Werkzeughalters 24, auf den die Tangentialkraft F_T wirken könnte, seitlich um die Entfernung d₃ gegenüber der Wirkungslinie der Tangentialkraft F_T versetzt ist. Für die gleichen Freiwinkel oc_R und a_A (nicht gezeigt) ist diese Verschiebung viel geringer als die Verschiebungen U₁ und d₂ der entsprechenden vorveröffentlichten Schneidwerkzeuge und somit wird das Biegungsmoment auf den Einsatz, die resultierende Belastung und das Aufrichtungsmoment stark verringert.

Der nicht-positive Relief-Winkel des zweiten Seitenabschnitts 30 stellt auch beträchtliche Vorteile zum Festklemmen von Schneideinsatz 22 in den Werkzeughalter 24 bereit. Die resultierenden hochkanten hinteren Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche stellen eine wirksame Rückhaltewirkung gegenüber beträchtlichen Aufrichtungsmomenten bereit. Dies erlaubt die Verwendung der meist gebräuchlichen Bodenhebel-Klemmung, um den Einsatz 22 festzuklemmen. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausfuhrungsform, in der der zweite Seitenabschnitt 30 einen Relief-Winkel aufweist, der im wesentlichen gleich 0° ist, die hinteren Widerlagerflächen und die Grundfläche der Einsatz-aufnehmenden Tasche senkrecht zueinander und erleichtern dadurch die Herstellung und die Verbesserung der Präzision des Werkzeughalters.

ja.

Es sollte angemerkt werden, daß, obwohl die vorliegende Erfindung beispielhaft in Zusammenhang mit einem Einsatz mit 90° Rotationssymmetrie veranschaulicht wird, sie auch auf Schneideinsätze und entsprechende Werkzeuge anderer Symmetrie in gleicher Weise angewendet werden kann. Allgemein ausgedrückt, sind Schneideinsätze der vorliegenden Erfindung symmetrisch bei Rotationen von 360°/«, wobei &eegr; vorzugsweise einen Wert von wenigstens 3 und typischerweise wenigstens 4 hat. Weiterhin liegen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung Einsätze mit kreisförmiger Symmetrie («—>oo).

Figur 5 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer Schneidwerkzeug-Anordnung, die allgemein mit 32 bezeichnet wird, und die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet, und die insbesondere vorteilhaft zum Schneiden einer inneren Oberfläche des rotierenden Werkstücks 38 ist. Allgemein ist die Schneidwerkzeug-Anordnung 32, die einen in einem Werkzeughalter 36 befestigten Schneideinsatz 34 umfaßt, ähnlich zu der Schneidwerkzeug-Anordnung 20 und entsprechende Merkmale sind entsprechend bezeichnet. Zusätzlich weist der Schneideinsatz 34 einen dritten Relief-Seitenabschnitt 40 auf, der unterhalb des zweiten Relief-Seitenabschnitts 30 angeordnet ist, und der einen positiven Relief-Winkel hat. Der dritte Relief-Seitenabschnitt 40 stellt zusätzliche Freiheit bereit, um die innere Krümmung des Werkstücks 38 aufzunehmen. Gleichzeitig erlaubt der dritte Relief-Seitenabschnitt 40 die V erwendung eines großen Übergangs an der Verbindung zwischen der Grundfläche und jeder der hinteren Widerlagerflächen, was bevorzugt dazu führt, Konzentrationen von Belastungen zu verringern. Der Schneideinsatz 34 ist separat ausführlicher in Figur 6 gezeigt.

Bezugnehmend nun auf die Figuren 7A-7D, zeigen diese eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Schneideinsatzes, der allgemein mit 50 bezeichnet ist, und der gemäß den Lehren der

vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet. Allgemein ist der Schneideinsatz 50 ähnlich dem vorstehend beschriebenen Schneideinsatz 34, jedoch ist er mit ausgesparten Seitenkanten ausgebildet. Diese Ausführungsform ist speziell vorteilhaft zum Schneiden relativ flacher quadratischer Absätze.
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Folglich weist der Schneideinsatz 50 eine obere Span-Oberfläche 52, Umfangs-Seitenflächen 54, eine Grundfläche 56 und eine rotationssymmetrische Mittelachse 58 (Figur 7D) auf. Die Verbindung zwischen der oberen Span-Oberfläche 52 und den Umfangs-Seitenflächen 54 bildet

eine Schneidkante 60. Die obere Span-Oberfläche 52 ist vorzugsweise mit wenigstens einem Merkmal zur Span-Kontrolle ausgebildet und wird hier durch die Span-brechende Rille (chipbreaking groove) 53 beispielhaft dargestellt.

Die Umfangs-Seitenflächen 54 umfassen einen ersten Seitenflächen-Abschnitt 62, der teilweise durch die Schneidkante 60 und teilweise durch eine untere Begrenzung 64 begrenzt wird. Die Umfangs-Seitenflächen 54 umfassen einen zweiten Seitenflächen-Abschnitt 66, der sich von der unteren Begrenzung 64 zur Grundfläche 56 hin erstreckt. Ein dritter Seitenflächen-Abschnitt 68 wird um einen Teil der Umgebung des Schneideinsatzes 50 bereitgestellt, der sich angrenzend an den zweiten Seitenflächen-Abschnitt 66 hin zur Grundfläche 56 erstreckt.

Wie in Figur 7C gezeigt, hat der erste Seitenflächen-Abschnitt 62 einen primären positiven Relief-Winkel &agr;. Der Relief-Winkel &agr; ist vorzugsweise geringer als etwa 30° und typischerweise zwischen etwa 4° und etwa 20°. Der zweite Seitenflächen-Abschnitt 66 hat einen Relief-Winkel von nicht mehr als etwa Null, und typischerweise ist er im wesentlichen gleich Null. Der dritte Seitenflächen-Abschnitt 68 hat einen sekundären positiven Relief-Winkel ß, der typischerweise größer als etwa 10° ist.

Wie vorstehend erwähnt, weist der Schneideinsatz 50 vorzugsweise ausgesparte Seitenkanten auf, die besonders vorteilhaft zum Schneiden von relativ flachen quadratischen Absätzen sind.

Speziell ist der erste Seitenabschnitt 62 vorzugsweise derart ausgeformt, daß ein senkrecht zur Mittelachse 58 nahe der Schneidkante 60 aufgenommener Querschnitt des Schneideinsatzes 50 vier nach außen hervorstehende Ecken 70 hat, wobei jede zwischen zwei etwa geraden Linien 72 und 74 ausgebildet ist. Die Linien 72 und 74 liegen innerhalb einer gedachten Linie 76 zwischen aneinandergrenzenden Ecken 70, derart, daß diese Seiten als "ausgespart" bezeichnet werden.

Die Folge dieser Struktur ist, daß der zwischen den Linien 72 und 74 an jeder Ecke ausgebildete Winkel geringer ist als 90°. Dies stellt Freiheit bereit für die nicht arbeitenden Schneidkanten des Schneideinsatzes 50 während des Schneidens flacher quadratischer Absätze über einen Bereich von Schneidvorgängen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Drehen in Längsrichtung.

Wie vorstehend erwähnt, kann die vorliegende Erfindung auf eine Anzahl an Geometrien mit unterschiedlicher Rotationssymmetrie angewendet werden. Folglich kann, allgemein ausgedrückt, angenommen werden, daß der Schneideinsatz 50 &eegr; Ecken hat, wobei &eegr; wenigstens 3 ist,

und jede der Ecken zwischen zwei im wesentlichen geraden Linien ausgebildet ist. In diesem allgemeinen Fall ist der innere Winkel zwischen den Linien an jeder Ecke weniger als (180°- 3607«).

Es sollte erwähnt werden, daß eher Bezug auf einen Querschnitt durch den ersten Seitenabschnitt 62 genommen wird als auf die Form von Schneidkante 60 selbst. Typischerweise ist die Geometrie der Schneidkante 60 und des ersten Seitenabschnitts 62 gleich, so daß eine Differenzierung nicht kritisch ist. Die Differenzierung erfolgt gleichwohl, um Fallgestaltungen zu umfassen, in denen die Schneidkante sägeartig gezahnt oder in anderer Weise unregelmäßig ist.

Bezugnehmend nun auf die Figuren 8A-8C, zeigen diese eine Schneidwerkzeug-Anordnung, die allgemein mit 80 bezeichnet ist, und die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und arbeitet, und in der der Schneideinsatz 50 in einem Werkzeughalter 82 befestigt ist. Der Werkzeughalter 82 ist separat gezeigt in den Figuren 9A-9C.

Wie man am besten aus den Figuren 9A-9C erkennt, weist der Werkzeughalter 82 eine Einsatzaufnehmende Tasche 84 auf, die mit einer Vielzahl an Widerlagerflächen zum Aufnehmen des Schneideinsatzes 50 ausgebildet ist. Speziell hat die Einsatz-aufnehmende Tasche 84 eine Grundflächen-Widerlagerfläche 86 und eine Anzahl an hinteren Widerlagerflächen 88, 90, 92 und 94, wobei jede von ihnen senkrecht zur Grundflächen-Widerlagerfläche 86 ist. Das obere Ende jeder hinteren Widerlagerfläche wird mit einer geneigten Aussparungsfläche 96 bereitgestellt, um den positiven Relief-Seitenabschnitt des Schneideinsatzes 50 aufzunehmen. Eine Bodenhebel-Aussparung 98 ist in der Grundflächen-Widerlagerfläche 86 bereitgestellt, um einen Hebel zum Hebel-Klemmen aufzunehmen.

Man sollte bemerken, daß die vorliegende Erfindung deutliche Vorteile bereitstellt, wenn sie auf Schneidwerkzeuge mit einem großen Bereich an axialen und radialen Werkzeug-Span-Winkeln angewendet wird. Für beliebige Werkzeug-Span-Winkel stellen die senkrechten Widerlagerflächen eine einfachere und präzisere Struktur und stärkeren Rückhalt gegen Aufrichten bereit, als ein in ähnlicher Weise angebrachter üblicher positiver Einsatz. Gleichzeitig stellt die vorliegende Erfindung größere Freiwinkel bereit, als ein in ähnlicher Weise angeordneter üblicher negativer Einsatz.

Zusätzlich zu diesen allgemeinen Vorteilen nutzen bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diese einzigartige Kombination an Merkmalen dazu, um gleichzeitig senkrechte Widerlagerflächen neben axialen und radialen Werkzeug-Span-Winkeln von Null zu verwenden. Folglich ist, in diesem Fall, die Grundflächen-Widerlagerfläche 86 parallel zu einer Ebene mit axialen und radialen Werkzeug-Span-Winkeln von Null, wie durch Bezugsmerkmale wie die Oberfläche des Schafts des Werkzeughalters 82 definiert. Man erkennt, daß diese Kombination von Merkmalen mit üblichen Einsatz-Geometrien unmöglich ist, da positive Einsätze nicht-senkrechte Widerlagerflächen und negative Einsätze negative axiale und radiale Span-Winkel erfordern, um die Freiwinkel bereitzustellen.

Die Geometrie der hinteren Widerlagerflächen 88, 90, 92 und 94 ist komplementär zu den Oberflächen des zweiten Seitenflächen-Abschnitts 66 entlang zweier aneinandergrenzender ausgesparter Seiten. Um wirksamen Rückhalt gegen eine Anzahl an Schneidkräften, die auftreten können, bereitzustellen, umfassen die hinteren Widerlagerflächen vorzugsweise wenigstens zwei nicht-parallele Flächen, die zwischen sich einen offenen Winkel von weniger als etwa 120° ausbilden. Vorzugsweise, und zwar zum wirksamen Rückhalt von Rotationsmomenten, bilden wenigstens zwei der Flächen zwischen sich einen offenen Winkel von nicht mehr als etwa 90° aus. Man bemerkt, daß in der veranschaulichten Ausführungsform die hinteren Widerlagerflächen 90 und 92 zwischen sich einen Winkel von weniger als 90° ausbilden, und dadurch einen besonders sicheren Rückhalt bereitstellen.

Es liegt auf der Hand, daß die vorstehenden Beschreibungen lediglich beispielhaften Charakter haben und daß viele andere Ausführungsformen innerhalb des Geistes der vorliegenden Erfindung und deren Schutzumfang möglich sind.

Claims

Neue Gebrauchsmusteranmeldung ISCAR, LTD. Iscar Center, P.O. Box 11 Tefen 24959, Israel U.Z.: 124-6/rf ANSPRUCHE

1. Schneideinsatz, der eine obere Span-Fläche, Umfangs-Seitenflächen, eine Grundfläche und eine rotationssymmetrische Mittelachse aufweist, und die Verbindung zwischen der oberen Span-Fläche und den Umfangs-Seitenflächen wenigstens eine Schneidkante ausbildet, wobei der Schneideinsatz dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umfangs-Seitenflächen einschließen:

(a) einen ersten Seitenflächen-Abschnitt, der teilweise durch die Schneidkante und teilweise durch eine untere Begrenzung begrenzt ist, wobei der erste Seitenflächen-Abschnitt einen primären positiven Relief-Winkel aufweist; und

(b) einen zweiten Seitenflächen-Abschnitt, der sich von der unteren Begrenzung zur Grundfläche hin erstreckt, wobei der zweite Seitenflächen-Abschnitt einen Relief-Winkel aufweist, der nicht größer als etwa Null ist.

2. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei der positive Relief-Winkel geringer als etwa 30° ist. .

3. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei der positive Relief-Winkel zwischen etwa 4° und etwa 20° liegt.

4. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Seitenflächen-Abschnitt einen Relief-Winkel aufweist, der im wesentlichen gleich Null ist.

5. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei die obere Span-Fläche mit wenigstens einem Merkmal zur Span-Kontrolle ausgebildet ist.

6. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei die Umfangs-Seitenflächen weiterhin einen dritten Seitenflächen-Abschnitt einschließen, der sich angrenzend an den zweiten Seitenflächen-Abschnitt hin zur Grundfläche erstreckt, und wobei der dritte Seitenflächen-Abschnitt einen sekundären positiven Relief-Winkel aufweist.

7. Schneideinsatz gemäß Anspruch 6, wobei der sekundäre positive Relief-Winkel größer als etwa 10° ist.

8. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Schneideinsatz symmetrisch bei Rotationen von 360°/« ist, wobei &eegr; wenigstens 3 ist.

9. Schneideinsatz gemäß Anspruch 1, wobei der primäre Seitenflächen-Abschnitt ausgebildet ist, so daß ein Querschnitt des Schneideinsatzes, und zwar senkrecht zur Mittelachse angrenzend an wenigstens einer Schneidkante &eegr; Ecken aufweist, wobei &eegr; wenigstens 3 ist, und wobei jede der Ecken zwischen zwei im wesentlichen geraden Linien ausgebildet ist, und wobei der innere Winkel zwischen den im wesentlichen geraden Linien geringer ist als (180°-360°/n).

10. Schneidwerkzeug-Anordnung, die umfaßt:
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(a) den Schneideinsatz gemäß Anspruch 1; und

(b) einen Werkzeughalter, der wenigstens eine Einsatz-aufnehmende Tasche zum Aufnehmen des Schneideinsatzes aufweist, und wobei die Einsatz-aufnehmende Tasche eine Grundflächen-Widerlagerfläche und eine erste hintere Widerlagerfläche senkrecht zu der Grundflächen-Widerlagerfläche aufweist.

11. Schneideinsatz gemäß Anspruch 10, wobei die Einsatz-aufnehmende Tasche weiterhin eine zweite hintere Widerlagerfläche aufweist, die senkrecht zur hinteren Widerlagerfläche ist, und die einen offenen Winkel von weniger als etwa 120° mit der ersten hinteren Widerlagerfläche ausbildet.

12. Schneidwerkzeug-Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die zweite hintere Widerlagerfläehe einen offenen Winkel von nicht mehr als etwa 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläehe ausbildet.

13. Schneid werkzeug-Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die zweite hintere Widerlagerfläehe einen offenen Winkel von weniger als 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläehe ausbildet.

14. Werkzeughalter zum Aufnehmen eines Schneideinsatzes, der einen oberen Seitenflächen-Abschnitt mit einem positiven Relief-Winkel angrenzend zu einer Schneidkante aufweist, und einen unteren Seitenflächen-Abschnitt mit einem Relief-Winkel von Null, und wobei der Werkzeughalter umfaßt:

(a) wenigstens ein Bezugsmerkmal zur Bestimmung einer Ebene, die einer Ebene mit einem Axial- und Radial-Neigungswinkel von Null entspricht, wenn der Werkzeughalter in Gebrauch ist; und

(b) wenigstens eine Einsatz-aufnehmende Tasche, wobei die Einsatz-aufnehmende Tasche eine Grundflächen-Widerlagerfläehe aufweist, die im wesentlichen parallel zu der Ebene ist, und eine erste hintere Widerlagerfläehe, die senkrecht ist zu der Grundflächen-Widerlagerfläche zum Anstoßen mit dem unteren Seitenflächen-Abschnitt des Einsatzes.

15. Werkzeughalter gemäß Anspruch 14, wobei die Einsatz-aufnehmende Tasche weiterhin eine zweite hintere Widerlagerfläehe einschließt, die rechtwinklig zu der Grundflächen-Widerlagerfläche ist, und einen offenen Winkel von weniger als etwa 120° mit der ersten hinteren Widerlagerfläehe ausbildet.

16. Werkzeughalter gemäß Anspruch 15, wobei die zweite hintere Widerlagerfläehe einen offenen Winkel von nicht mehr als etwa 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläehe ausbildet.

17. Werkzeughalter gemäß Anspruch 15, wobei die zweite hintere Widerlagerfläehe einen offenen Winkel von weniger als 90° mit der ersten hinteren Widerlagerfläehe ausbildet.