DE29800958U1 - Cutting inserts - Google Patents
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Description
Neue GebrauchsmusteranmeldungNew utility model application
ISCAR, LTD.ISCAR, LTD.
Iscar Center, P.O. Box 11Iscar Center, P.O. Box 11
Tefen 24959, IsraelTel Aviv 24959, Israel
U.Z.: 124-6/rfU.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.The present invention relates to indexable cutting inserts for cutting operations and, in particular, it relates to the geometry of peripheral relief surfaces of such inserts. The present invention also relates to cutting tool holders and assemblies employing inserts of this type.
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.The use of differently shaped tools equipped with interchangeable cutting inserts to cut metals is well known. To prevent rubbing of the insert against the workpiece, referred to as "heal-dragging", which causes unnecessary wear and heating, it is necessary to provide a clearance angle between the relief surface of the insert behind the cutting edge and the machined surface.
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 ocR und der axiale Freiwinkel aA (nur ccR 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.As shown schematically in Figures 1 and 2, common cutting inserts can be roughly divided into two classes: negative inserts, where the radial clearance angle oc R and the axial clearance angle a A (only cc R is shown) depend on the "double tilting" of the insert with respect to the cut surfaces; and positive inserts, where the inherent geometry of the insert with built-in positive relief angles provides sufficient clearance angles, thereby offering the possibility of placing the cutting insert rake face perpendicular to the cut surfaces.
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 aR und aA (nur aR ist gezeigt) zu erzeugen.Figure 1 schematically shows a cutting tool assembly which uses a negative insert 10 mounted in a tool holder 12 to cut a rotating workpiece 14. The insert 10 is referred to as "negative" because the inherent relief angle is not greater than 0°. This requires negatively angling the insert mounting surfaces of the tool holder 12 so as to produce the required clearance angles a R and a A (only a R is shown).
Weiterhin sind in Figur 1 die typischen in einer Ebene liegenden Abschnitte der Schneidkräfte gezeigt, wobei FT 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 FR 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 FT viel größer als entweder die Radialkraft FR oder die Axialkraft FA (nicht gezeigt).Also shown in Figure 1 are the typical in-plane portions of the cutting forces, where F T represents the tangential portion of the cutting forces, namely the force generated in the first cutting direction corresponding to the first direction of relative motion between the insert 10 and the workpiece 14, and F R represents the radial portion of the cutting forces, which reaches a significant magnitude primarily during plunge grooving or similar processes. Under almost all machining conditions, the tangential force F T is much larger than either the radial force F R or the axial force F A (not shown).
Als Folge der Ausrichtung der Widerlagerflächen des Werkzeughalters 12 wird der der Tangentialkraft Fx nächstgelegene Teil des Werkzeughalters 12 lateral versetzt über eine Entfernung dj von der Wirkungslinie der Tangentialkraft FT. 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 FT 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 FT beiträgt.As a result of the orientation of the abutment surfaces of the tool holder 12, the part of the tool holder 12 nearest the tangential force F x is laterally displaced a distance dj from the line of action of the tangential force F T . This displacement results in a large bending moment acting on the insert corner, thus imposing significant bending stress which is additive to the oblique shear stress (combined, for example, via Tresca's failure hypothesis), both stresses being directly proportional to F T. In practical terms, this means that two independent measures can be used to reduce the combined stress: 1) providing a chip-forming groove in the rake face behind the cutting edge, and 2) angling the main cutting edge from the cutting corner toward the base of the insert. These measures cause the simple rake angle (defined below) to be less negative, thus producing an acute cutting edge wedge angle, all of which contributes to reducing F T .
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.An obvious advantage of negative inserts is the simple rectangular geometry of the base and side abutment surfaces of the insert-receiving pocket of the tool holder. Another advantage of negative inserts derives from the fact that the insert is naturally constrained by upright rear abutment surfaces of the insert-receiving pocket from being uprighted due to the bending moment mentioned above.
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 ocR und ccA bereitstellen, wenn der Einsatz 10 in einem Werkzeughalter mit einer Grundflächen-Widerlagerfläche angebracht ist, die senkrecht zur primärenFigure 2 schematically shows a cutting tool assembly showing a positive insert 16 mounted in a tool holder 18 for cutting a rotating workpiece 14. The insert 10 is referred to as "positive" because its inherent relief angles are positive, thereby providing sufficient clearance angles oc R and cc A when the insert 10 is mounted in a tool holder having a base abutment surface perpendicular to the primary
Schneidrichtung verläuft. Im Fall eines positiven Einsatzes müssen die hinteren Widerlagerflächen der Einsatz-aufnehmenden Tasche in entsprechender Weise nach außen geneigt sein.cutting direction. In the case of a positive insert, the rear abutment surfaces of the insert-receiving pocket must be inclined outwards accordingly.
Weiterhin sind in Figur 2 die typischen in einer Ebene liegenden Komponenten der Schneidkräfte gezeigt. In diesem Fall wird das der Tangentialkraft FT nächstgelegene Teil des Werkzeughalters 18 lateral über die Entfernung d2 von der Wirkungslinie der Tangentialkraft Fx 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.Further, in Figure 2, the typical in-plane components of the cutting forces are shown. In this case, the part of the tool holder 18 nearest the tangential force F T is displaced laterally by the distance d 2 from the line of action of the tangential force F x . For the hypothetical situation where the clearance angle and height of the insert are those for the negative insert shown in Figure 1, it is obvious that d 2 is equal to dj. Such a case actually exists where a relief angle of a positive insert corresponds to the inclination angle of a negative insert tool holder at about 6°. Thus, it appears that the loading problem is shared by positive inserts. In fact, the positive rake angles of positive inserts tend to improve the cutting forces. However, another problem is created by the resulting bending moment which tends to turn the insert on edge. Since the outwardly inclined rear abutment surfaces of the insert receiving pocket are ineffective in resisting this edgewise setting torque, severe pressure is placed on the clamping mechanism. As a result, more practical clamping techniques such as bottom lever clamping are typically inadequate, and thus clamping from the top of the insert, eg by screw clamping (as shown) becomes necessary.
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.Reference is made below to two particular published documents, namely EP-A2-160 278 and GB-A-2,156,254. In order not to confuse the reader, it should be pointed out that these references do not represent particularly important prior art over the present invention. However, they are cited here because of a superficial similarity to the present invention and for the sake of highlighting the clear differences between the structures described therein and those of the present invention.
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 freieReferring first to the European patent application, it is concerned with controlling the axial run-out of a cutting insert for a face milling cutter by grinding a relief side surface of the insert. Reference is made to a "conventional insert" where the periphery of the insert comprises a relief surface of the standard positive type adjacent to the cutting edge and a "rear portion... offset inwardly over the entire periphery thereof to provide a free portion". This free
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.section allows grinding operation to be performed only on the front relief surfaces, saving time and labor. However, offsetting the rear side surface creates an unnecessary overhang of the cutting edge, thus reducing the structural support of the cutting edge compared to a corresponding standard positive insert.
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.Turning now to the British patent application, this relates to a cutter in which the inserts are mounted tangentially or "on edge" as opposed to being arranged radially in the usual way. The insert is secured by a screw passing through a hole in the relief side face. Unlike inserts mounted in the usual way, here the radial rake angle is determined by the configuration of the peripheral edge surfaces. In abutting relation to a pair of oppositely arranged cutting edges are connected rake surfaces having two surface portions, the first, adjacent to the base, being perpendicular to the base, and the second, adjacent to the cutting edge, having a positive rake angle. The superficial similarity of this insert structure to that of the present invention is only to the extent that the eye is misled by a cross-sectional view of the insert to interpret the bonded chip surfaces as relief surfaces and vice versa. However, upon closer inspection, it will be clear to those skilled in the art that neither the conceptual considerations nor the structural features of the chip surface of the above-mentioned British patent application bear any relation to the relief side surface structures of the present invention.
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.There is therefore a need for a relief face geometry that provides sufficient cutting edge clearance to mount the insert with zero radial and axial inclination angles, while providing improved structural integrity and support of the cutting edge. It would also be advantageous to have a cutting tool arrangement that allows the insert to be mounted with zero radial and axial inclination angles, while allowing the use of an insert receiving pocket with simple perpendicular arrangement of the abutment surfaces and facilitating the use of the bottom lever clamp.
Die vorliegende Erfindung ist eine Schneideinsatz-Struktur, in der die Umfangs-Seitenflächen ausreichend Schneidkanten-Freiheit bereitstellen, um das Befestigen des Einsatzes mit radialenThe present invention is a cutting insert structure in which the peripheral side surfaces provide sufficient cutting edge clearance to facilitate securing the insert with radial
und axialen Neigungswinkeln von Null zu gestatten, und gleichzeitig verbesserte strukturelle Integrität und Unterstützung der Schneidkante bereitstellen.and zero axial inclination angles, while providing improved structural integrity and cutting edge support.
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.According to the teachings of the present invention, there is provided a cutting insert having an upper chip surface, peripheral side surfaces, a base surface, a rotationally symmetric central axis, wherein the line of intersection between the upper chip surface and the peripheral side surfaces form at least one cutting edge, and the cutting insert is characterized in that the peripheral side surfaces comprise: (a) a first side surface portion, partially bounded by the cutting edge and partially by a lower boundary, the first side surface portion having a primary positive relief angle; and (b) a second side surface portion extending from the lower boundary to the base surface, the second side surface portion having a relief angle of no greater than about zero.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der positive Relief-Winkel weniger als etwa 30°.According to another feature of the present invention, the positive relief angle is less than about 30°.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der positive Relief-Winkel zwischen
etwa 4° und etwa 20°.
20According to another feature of the present invention, the positive relief angle is between about 4° and about 20°.
20
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung hat der zweite Seitenflächen-Abschnitt einen Relief-Winkel, der im wesentlichen gleich Null ist.According to a further feature of the present invention, the second side surface portion has a relief angle that is substantially equal to zero.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist die obere Span-Oberfläche mit wenigstens einem Merkmal zur Span-Kontrolle ausgebildet.According to a further feature of the present invention, the upper chip surface is formed with at least one chip control feature.
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.According to another feature of the present invention, the peripheral side surfaces further comprise a third side surface portion extending adjacent to the second side surface portion toward the base surface, and wherein the third side surface portion has a secondary positive relief angle.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der sekundäre positive Relief-Winkel größer als etwa 10°.According to another feature of the present invention, the secondary positive relief angle is greater than about 10°.
Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der Schneideinsatz symmetrisch bei Drehungen von 360°/«, wobei &eegr; wenigstens 3 ist.According to a further feature of the present invention, the cutting insert is symmetrical in rotations of 360°/«, where η is at least 3.
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.According to a further feature of the present invention, the first side surface portion is formed such that a cross section of the cutting insert that is perpendicular to the central axis and adjacent to at least one cutting edge has η corners, wherein η is at least 3 and wherein each of the corners is formed between two substantially straight lines, and wherein the inner angle between the substantially straight lines is less than (180°-3607").
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.According to another feature of the present invention, there is provided a cutting tool assembly comprising: (a) the cutting insert described above; and (b) a tool holder having at least one insert-receiving pocket for receiving the cutting insert, the insert-receiving pocket having a base abutment surface and a first rear abutment surface perpendicular to the base abutment surface.
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.According to another feature of the present invention, the insert-receiving pocket further comprises a second rear abutment surface that is perpendicular to the base abutment surface and forms an open angle of less than about 120° with the first rear abutment surface.
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.According to a further feature of the present invention, the second rear abutment surface forms an open angle of no more than about 90° with the first rear abutment surface.
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.According to a further feature of the present invention, the second rear abutment surface forms an open angle of less than 90° with the first rear abutment surface.
Es wird weiterhin gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ein Werkzeughalter zum Aufnehmen eines Schneideinsatzes, der einen oberen Seitenflächen-Abschnitt mit einem positivenThere is further provided in accordance with the teachings of the present invention a tool holder for receiving a cutting insert having an upper side surface portion with a positive
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.relief angle adjacent to a cutting edge and a lower side surface portion with a relief angle of zero, the tool holder comprising: (a) at least one datum feature for defining a plane corresponding to a plane having an axial and radial inclination angle of zero when the tool holder is in use; and (b) at least one insert-receiving pocket, the insert-receiving pocket having a base abutment surface substantially parallel to the plane and a first rear abutment surface perpendicular to the base abutment surface for adjacent to the lower side surface portion of the insert.
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.According to another feature of the present invention, the insert-receiving pocket further comprises a second rear abutment surface that is perpendicular to the base abutment surface and forms an open angle of less than about 120° with the first rear abutment surface.
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.According to a further feature of the present invention, the second rear abutment surface forms an open angle of no more than about 90° with the first rear abutment surface.
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.According to a further feature of the present invention, the second rear abutment surface forms an open angle of less than 90° with the first rear abutment surface.
Lediglich beispielhaft wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, in denen:
25By way of example only, the invention will now be described with reference to the drawings in which:
25
FIG. 1 ein schematischer Seitenquerschnitt eines üblichen Schneidwerkzeugs, das einen negativen Schneideinsatz umfaßt, der zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks verwendet wird, ist;FIG. 1 is a schematic side cross-section of a conventional cutting tool including a negative cutting insert used for cutting a rotating workpiece;
FIG. 2 ein schematischer Seitenquerschnitt eines üblichen Schneidwerkzeugs ist, das einen positiven Schneideinsatz einschließt, der zum Schneiden eines rotierenden Werkstücks verwendet wird;FIG. 2 is a schematic side cross-section of a conventional cutting tool including a positive cutting insert used for cutting a rotating workpiece ;
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. 3 is a schematic side cross-section of a first preferred embodiment of a cutting tool assembly made and operative in accordance with the teachings of the present invention and used for cutting a rotating workpiece;
FIG. 4 eine isometrische Ansicht eines Schneideinsatzes der Anordnung von Figur 3 ist;FIG. 4 is an isometric view of a cutting insert of the arrangement of Figure 3;
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. 5 is a schematic side cross-sectional view of a second preferred embodiment of a cutting tool assembly made and operative in accordance with the teachings of the present invention and illustrating additional features for cutting an inner surface of a rotating workpiece;
FIG. 6 eine isometrische Ansicht eines Schneideinsatzes der Anordnung von Figur 5 ist;FIG. 6 is an isometric view of a cutting insert of the arrangement of FIG. 5;
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. 7A is an isometric view of a cutting insert for use in a third preferred embodiment of a cutting tool assembly made and operative in accordance with the teachings of the present invention;
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. 7B is a plan view of the cutting insert of FIG. 7A;
FIG. 7C is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7B;
FIG. 7D is a side view of the cutting insert of FIG. 7A;
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. 8A is a side view of the third preferred embodiment of a cutting tool assembly made and operative in accordance with the teachings of the present invention, with the insert of FIG. 7A mounted in a tool holder;
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. 8B is a front view of the cutting tool assembly of FIG. 8A;
FIG. 8C is a plan view of the cutting tool assembly of FIG. 8A;
FIG. 9A is a side view of the tool holder of FIG. 8A;
FIG. 9B eine Frontansicht des Werkzeughalters von Figur 8A ist; und
FIG. 9C eine Draufsicht des Werkzeughalters aus Figur 8 A ist.FIG. 9B is a front view of the tool holder of FIG. 8A; and
FIG. 9C is a plan view of the tool holder of Figure 8A.
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.The present invention is a cutting insert structure in which the peripheral side surfaces provide sufficient cutting edge clearance to allow the insert to be mounted with zero axial and radial inclination angles while providing improved structural integrity and support for the cutting edge. The invention further provides a tool holder for use with such an insert structure having an insert pocket having zero axial and radial inclination angles and further having a simple rectangular definition of its abutment surfaces.
Die Prinzipien sowie die Arbeitsweise der Schneideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung kann man besser durch Bezugnahme auf die Zeichnungen und die Beschreibung verstehen.The principles and operation of the cutting inserts according to the present invention can be better understood by reference to the drawings and description.
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.Before proceeding with the detailed description of the preferred embodiments of the present invention, it is helpful to define certain terminology used in the specification and claims for referring to various angles. In this connection, it should be noted that wherever reference is made to an angle between a line and a plane, the angle in question is hereby defined as the angle between the line and its own perpendicular projection into the plane, unless otherwise specified.
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.
'.First, with respect to the inherent geometry of a cutting insert considered independent of a particular cutting tool arrangement, reference is made to a rotationally symmetric central axis about which the entire insert, including its one or more cutting edges, has η-fold rotational symmetry, where η is at least 2. For ease of reference, the rotationally symmetric central axis of an insert is referred to as "the central axis" of the insert.
'.
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-WinkelThe "relief angle" α of a portion of a side surface of an insert is then defined as the angle between the central axis and the plane of the side surface. In the case of a non-planar side surface (as is always the case with circular inserts) the relief angle is
.ift .:. ■ · · ·.ift .:. ■ · · ·
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.
5estimated using a plane defined by the local rise of the side surface at a given point. The sign of the relief angle is defined as positive for a surface that moves away from the central axis in an upward direction from the base to the surface of the insert.
5
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 yR 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 aR 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 ocA 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.When referring to the rise of surfaces of a cutting insert mounted in a tool holder, the inclination and clearance angles are defined relative to the axial and radial directions defined by the relative motion of the tool and the workpiece. Specifically, the axial direction is defined parallel to a main axis of rotation of either the workpiece or a rotating cutting tool (e.g. used for milling or drilling). The radial direction is the connection between this axis and the surface in question. Consequently, the radial and axial tool inclination angles y R and γ α of an upper chip surface are defined as the angles between the chip surface and the aforementioned radial and axial directions, respectively. With respect to the clearance angles, the radial clearance angle a R of a portion of a chip side surface oriented in the axial direction is defined as the angle between a straight line perpendicular to both the radial and axial directions and (a radial projection of the straight line onto) the portion of the side surface. Similarly, the axial clearance angle oc A of a portion of a side surface oriented in the radial direction is defined as the angle between a straight line perpendicular to both the radial and axial directions and (an axial projection of the straight line onto) the portion of the side surface.
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.It is further noted that the inclination angle referred to in connection with the present description is that of the overall arrangement of the surface of a cutting insert, independent of the detailed geometric shape adjacent to the cutting edge. Consequently, and thus as a consequence of the rotational symmetry of the cutting inserts in question, the plane of the chip surface is defined perpendicular to the central axis. Furthermore, it follows from the same symmetry that the predominant plane of the base of the cutting insert and hence the rise of a base abutment surface of a tool holder is also parallel to the chip surface. The axial and radial inclination angle is thus a direct indication of the rise of a base abutment surface of a tool holder in both directions.
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. -Referring now to the drawings, Figure 3 schematically illustrates a first embodiment of a cutting tool assembly, generally designated 20, made and operative in accordance with the teachings of the present invention and employing a cutting insert 22 mounted in a tool holder 24 for cutting a rotating workpiece 26. -
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.The cutting insert 22 is shown separately in detail in Figure 4. Generally, the relief side surface of the cutting insert 22 has a relatively small first side portion 28 adjacent to the cutting edge and having a positive relief angle, and a second side portion 30 further recessed from the cutting edge and having a non-positive relief angle. The first side portion 28 ensures that there is sufficient clearance under the cutting insert when the cutting insert 22 is mounted with zero axial and radial rise, as long as the side wear is within acceptable limits. Once sufficient clearance is ensured, the second side portion 30 serves to provide the maximum possible support to the cutting edge.
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 FT wirken könnte, seitlich um die Entfernung d3 gegenüber der Wirkungslinie der Tangentialkraft FT versetzt ist. Für die gleichen Freiwinkel ocR und aA (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.Comparing Figure 3 with the prior art cutting tools of Figures 1 and 2, it is noted that the nearest portion of the tool holder 24 upon which the tangential force F T could act is laterally offset by the distance d 3 from the line of action of the tangential force F T . For the same clearance angles oc R and a A (not shown), this displacement is much less than the displacements U 1 and d 2 of the corresponding prior art cutting tools and thus the bending moment on the insert, the resulting load and the righting moment are greatly reduced.
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.The non-positive relief angle of the second side portion 30 also provides significant advantages for clamping cutting insert 22 into the tool holder 24. The resulting edgeward rear abutment surfaces of the insert-receiving pocket provide effective retention against significant uprighting moments. This allows the use of the most common bottom lever clamp to clamp the insert 22. Furthermore, in a preferred embodiment in which the second side portion 30 has a relief angle substantially equal to 0°, the rear abutment surfaces and the base surface of the insert-receiving pocket are perpendicular to each other, thereby facilitating manufacture and improving the precision of the tool holder.
ja.Yes.
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).It should be noted that although the present invention is exemplified in connection with an insert having 90° rotational symmetry, it can be applied to cutting inserts and corresponding tools of other symmetry in the same way. Generally speaking, cutting inserts of the present invention are symmetrical at rotations of 360°/«, where η preferably has a value of at least 3 and typically at least 4. Furthermore, inserts having circular symmetry («—>oo) are within the scope of the present invention.
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.Figure 5 illustrates a second embodiment of a cutting tool assembly, generally designated 32, that is made and operates in accordance with the teachings of the present invention and is particularly advantageous for cutting an inner surface of the rotating workpiece 38. Generally, the cutting tool assembly 32, which includes a cutting insert 34 mounted in a tool holder 36, is similar to the cutting tool assembly 20 and corresponding features are designated accordingly. In addition, the cutting insert 34 has a third relief side portion 40 that is disposed below the second relief side portion 30 and that has a positive relief angle. The third relief side portion 40 provides additional clearance to accommodate the inner curvature of the workpiece 38. At the same time, the third relief side portion 40 allows the use of a large transition at the junction between the base surface and each of the rear abutment surfaces, which preferably results in reducing concentrations of stresses. The cutting insert 34 is shown separately in more detail in Figure 6.
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 derReferring now to Figures 7A-7D, there is shown a third preferred embodiment of a cutting insert, generally designated 50, made in accordance with the teachings of
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.
30made and operative in accordance with the present invention. Generally, the cutting insert 50 is similar to the cutting insert 34 described above, but is formed with recessed side edges. This embodiment is particularly advantageous for cutting relatively shallow square heels.
30
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 bildetConsequently, the cutting insert 50 has an upper chip surface 52, peripheral side surfaces 54, a base surface 56 and a rotationally symmetrical central axis 58 (Figure 7D). The connection between the upper chip surface 52 and the peripheral side surfaces 54 forms
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.a cutting edge 60. The upper chip surface 52 is preferably formed with at least one feature for chip control and is exemplified here by the chipbreaking groove 53.
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.The peripheral side surfaces 54 include a first side surface portion 62 that is partially bounded by the cutting edge 60 and partially by a lower boundary 64. The peripheral side surfaces 54 include a second side surface portion 66 that extends from the lower boundary 64 toward the base surface 56. A third side surface portion 68 is provided around a portion of the periphery of the cutting insert 50 that extends adjacent the second side surface portion 66 toward the base surface 56.
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.As shown in Figure 7C, the first side surface portion 62 has a primary positive relief angle α. The relief angle α is preferably less than about 30° and typically between about 4° and about 20°. The second side surface portion 66 has a relief angle of no more than about zero, and typically is substantially zero. The third side surface portion 68 has a secondary positive relief angle β which is typically greater than about 10°.
Wie vorstehend erwähnt, weist der Schneideinsatz 50 vorzugsweise ausgesparte Seitenkanten auf, die besonders vorteilhaft zum Schneiden von relativ flachen quadratischen Absätzen sind.As mentioned above, the cutting insert 50 preferably has recessed side edges which are particularly advantageous for cutting relatively flat square heels.
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.Specifically, the first side portion 62 is preferably shaped such that a cross-section of the cutting insert 50 taken perpendicular to the central axis 58 near the cutting edge 60 has four outwardly projecting corners 70, each formed between two approximately straight lines 72 and 74. The lines 72 and 74 lie within an imaginary line 76 between adjacent corners 70, such that these sides are referred to as "recessed".
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.The consequence of this structure is that the angle formed between lines 72 and 74 at each corner is less than 90°. This provides clearance for the non-working cutting edges of cutting insert 50 during the cutting of flat square shoulders over a range of cutting operations including, but not limited to, longitudinal turning.
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,As mentioned above, the present invention can be applied to a number of geometries with different rotational symmetry. Thus, generally speaking, it can be assumed that the cutting insert has 50 η corners, where η is at least 3,
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«).and each of the corners is formed between two substantially straight lines. In this general case, the interior angle between the lines at each corner is less than (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.It should be noted that reference is made to a cross-section through the first side portion 62 rather than to the shape of the cutting edge 60 itself. Typically, the geometry of the cutting edge 60 and the first side portion 62 is the same so that differentiation is not critical. Differentiation is nevertheless made to encompass cases in which the cutting edge is serrated or otherwise irregular.
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.Referring now to Figures 8A-8C, there is shown a cutting tool assembly, generally designated 80, made and operative in accordance with the teachings of the present invention, and in which the cutting insert 50 is mounted in a tool holder 82. The tool holder 82 is shown separately in Figures 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.As best seen in Figures 9A-9C, the tool holder 82 includes an insert receiving pocket 84 formed with a plurality of abutment surfaces for receiving the cutting insert 50. Specifically, the insert receiving pocket 84 has a base abutment surface 86 and a number of rear abutment surfaces 88, 90, 92 and 94, each of which is perpendicular to the base abutment surface 86. The upper end of each rear abutment surface is provided with an inclined recess surface 96 for receiving the positive relief side portion of the cutting insert 50. A bottom lever recess 98 is provided in the base abutment surface 86 for receiving a lever for lever clamping.
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.It should be noted that the present invention provides significant advantages when applied to cutting tools having a wide range of axial and radial tool-to-chip angles. For any tool-to-chip angle, the vertical abutment surfaces provide a simpler and more precise structure and stronger restraint against uprighting than a similarly mounted conventional positive insert. At the same time, the present invention provides larger clearance angles than a similarly mounted conventional negative insert.
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.In addition to these general advantages, certain preferred embodiments of the present invention utilize this unique combination of features to simultaneously utilize vertical abutment surfaces along with zero axial and radial tool chip angles. Thus, in this case, the base abutment surface 86 is parallel to a plane having zero axial and radial tool chip angles as defined by reference features such as the surface of the shank of the tool holder 82. It will be appreciated that this combination of features is impossible with conventional insert geometries since positive inserts require non-vertical abutment surfaces and negative inserts require negative axial and radial chip angles to provide the clearance angles.
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.The geometry of the rear abutment surfaces 88, 90, 92 and 94 is complementary to the surfaces of the second side surface portion 66 along two adjacent recessed sides. To provide effective retention against a number of cutting forces that may be encountered, the rear abutment surfaces preferably comprise at least two non-parallel surfaces that form an open angle therebetween of less than about 120°. Preferably, for effective retention of rotational moments, at least two of the surfaces form an open angle therebetween of no more than about 90°. It is noted that in the illustrated embodiment, the rear abutment surfaces 90 and 92 form an angle therebetween of less than 90°, thereby providing particularly secure retention.
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.It is to be understood that the foregoing descriptions are merely exemplary in nature and that many other embodiments are possible within the spirit and scope of the present invention .
Claims (17)
2010. Cutting tool assembly comprising:
20
Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=11069757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29800958U Expired - Lifetime DE29800958U1 (en) | 1997-02-03 | 1998-01-21 | Cutting inserts |
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Legal Events
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| R207 | Utility model specification |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010206 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
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| R071 | Expiry of right |