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Spanabhebendes Werkzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf ein spanabhebendes Werkzeug, insbesondere
Drehuerkzeug, Ausbohrwerkzeug od.dgl., mit einem Schaft und wenigstens einem Schneidelement.
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Obgleich Werkzeuge dieser Art in verschiedenen Ausführungen entwickelt
worden sind, bleiben hinsichtlich. des praktischen Einsatzes und des Arbeitsverhaltens
immer noch Wünsche offen.
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Dies gilt u.a. mit Bezug auf die Gegebenheiten bei modernen Werkzeugmaschinen,
namentlich NC- bzw. CNC-#aschinen, und die Durchführung von mehr oder weniger verwickelten
Bearheitungsprogrammen mlt einer möglichst geringen Zahl von Werkzeugwechseln bzw.
Umschaltvorgängen des Werkzeugträgers od.dgl.
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sowie ferner bezüglich eines möglichst schwingungsfreien Ablaufs der
jeweiligen Bearbeitungsoperation.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten
zu überwinden und ein spanabhebendes Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen,
das sich. außer anderen Vorteilen durch günstige Arbeitseigenschaften und vielseitige
Verwendbarkeit
bzw. leichte Anpaßbarkeit an unterschiedliche Einsatzbedingungen auszeichnet. Mit
alledem in Verbindung stehende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt,
ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
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Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich das einen Schaft und wenigstens
ein Schneidelement aufweisende Werkzeug dadurch, daß der Schaft längsgeteilt ist
und daß den Schaft bildende Teile jeweils auf ihrer Anlageseite ein in Längsrichtung
verlaufendes Zahnprofil aufweisen und durch Schrauben miteinander verspannbar sind.
Mit der Anlageseite ist dabei diejenige Seite jedes Schaftteiles bezeichnet, die
beim Zusammensetzen der entsprechenden Seite des anderen Schaftteiles gegenüber
zu liegen kommt.
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Beim Zusammenfügen der Schaftteile greifen die Zahnprofile mit Flankenanlage
ineinander, so. daß sich durch das Verspannen beider Teile mittels der Schrauben
ein einheitlicher kompakter Körper ergibt.
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Die Trennungsebene der Schaftteile, d.h. die gedachte, quer durch
das Zahnprofil gelegte Ebene, liegt zweckmäßig im wesentlichen in einer Längsmittelebene
oder einer dazu p rallelen Ebene des Schaftes. Die Schaftteile können etwa gleich
dick sein oder aber auch Querschnitte von verschiedener Größe haben. Die Außenkontur
des Schaftes bzw. jedes Schaftteiles ist zweckmäßig rund, kann aber auch eckig sein.
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Mit der Erfindung ist ein Werkzeug geschaffen, das eine Reihe besonders
vorteilhafter Eigenschaften besitzt. So lassen sich Schaftteile gleicher oder unterschiedlicher
Art und Bestückung miteinander in vielfältiger Weise kombinieren, wodurch den verschiedensten
Bearbeitungsaufgaben Rechnung getragen werden kann. Wenn in der vorliegenden Beschreibung
und in den Ansprüchen generell von ~Schneidelement" gesprochen wird, so sollen im
Rahmen der Erfindung darunter sowohl unmittelbar auf dem Schaftteil befestigte oder
leicht lösbar festgelegte Elemente als auch mittelbar, z.B. über zusätzliche Träger,
Kassetten od.dgl., angebrachte Elemente verstanden werden.
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Es kann jeweils nur einer der beiden Schaftteile oder insbesondere
jeder von beiden ein Schneidelement aufweisen, beispielsweise ein aufgelötetes Hartmetallplättchen,
ein durch Klemmung festlegbares Keramikpl#ttchen oder einen geeigneten Träger für
Schneidwerkstoff.
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Dabei ist es möglich, einen Schaftteil zum rechtsseitigen Arbeiten
und den anderen Schaftteil zum linksseitigen Arbeiten oder beide Schaftteile zum
gleichsinnigen Arbeiten (z.B. rechtsseitig oder linksseitig) auszubilden bzw. einzurichten.
Dementsprechend ist insbesondere an oder auf dem betreffenden Schaftteil der Sitz
oder die Aufnahme für das Schneidelement so angeordnet und gestaltet, wie es der
jeweils durchzuführende Zerspanungsvorgang erfordert. Die verwendeten Schneidelemente,
z.B.
Wendeschneidplatten, können ungeachtet dessen je nach den Gegebenheiten verschieden
oder gleich sein. Die Erfindung schließt mit den genannten Fällen auch solche ein,
bei denen etwa bei einem Ausbohrwerkzeug ein Schaftteil bzw. Schneidelement zum
in radialer Richtung äußeren Arbeiten eingerichtet ist, während der andere Schaftteil
bzw. ein an diesem befindliches Schneidelement zum inneren oder zentrischen Arbeiten
vorgesehen ist. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß bei alledem die Ausführung so
getroffen, daß beim Zusammenfügen der Schaftteile mit dem Eingriff der Verzahnungen
immer eine in sich geschlossene oder regelmäßige Außenform des gesamten Schaftes
entsteht, ungeachtet der Lage und Anordnung von Schneidelementen auf den Schaftteilen,
derart, daß das gesamte Werkzeug in den üblichen Aufnahmen von Werkzeugmaschinen
ohne Schwierigkeiten einspannbar ist.
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In allen Fällen kann der betreffende Schaftteil auch. mehr als ein
Schneidelement aufweisen. Weiterhin läßt sich die Ausbildung und Anordnung so treffen,
daß die Schneide eines Schneidelementes an einem Schaftteil der Schneide eines Schneidelements
an dem anderen Schaftteil beim Arbeiten voreilt, wie es bei verschiedenen flearbeitun#erationen
endischt ist.
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Die zu einem Schaft zusammenzufügenden Schaftteile sind vorteilhaft
in Längsrichtung relativ zueinander einstellbar.
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Dies läßt sich auf verschiedene Weise erreichen. Insbesondere sind
jeweils in dem einen Schaftteil zum Durchtritt der Spannschrauben Langlöcher vorgesehen.
Die Längsverschiebbarkeit in Richtung des Zahnprofils kann sowohl der Einstellung
von Schneidelementen relativ zueinander dienen als auch zu weiteren Zwecken von
Nutzen sein, z.B. im Hinblick auf die Anpassung an räumliche Gegebenheiten und auf
eine Abstimmung des Werkzeuges in schwingungstechnischer Hinsicht.
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Wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, kann das erfindungsgemäße
Werkzeug ohne Schwierigkeiten den unterschiedlichsten Einsatzfällen entsprechend
ausgebildet werden.
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Es lassen sich dabei auch Anforderungen auf einfache Weise erfüllen,
denen man bisher nicht oder nur mit erheblich größerem Aufwand gerecht werden konnte.
Das erfindungsgemäße Werkzeug läßt sich als Seitendrehwerkzeug, Werkzeug zum Planen,
als Ausbohrwerkzeug, Gewindeschneidwerkzeug usw. ausbilden und einsetzen, insbesondere
als Systemwerkzeug für die NC-Technik, wobei es wegen seiner kompakten Gestaltungsmöglichkeit
und seiner Vielseitigkeit auch kompliziertere Bewegungsabläufe bei NC- bzw. CNC-Maschinen
ausführen kann, die bisher mit einem einzigen Werkzeug nicht möglich waren, wie
z.B. Stufenbohrungen od.dgl. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
lassen
sich somit Werkzeugplätze bzw. Werkzeugwechselvorgänge und damit Nebenzeiten einsparen.
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Bei alledem zeichnet sich das erfindungsgemäße Werkzeug auch durch
Vorteile in seinem Arbeitsverhalten aus. Die Bildung des Schaftes aus zwei miteinander
verspannbaren Teilen mindert die Schwingungsneigung des Werkzeuges. Die Anlage zwischen
beiden Schaftteilen bildet einen Reibschluß, der bei auftretender äußerer Erregerkraft
energieverzehrend wirkt und dadurch die Ausbildung von Schwingungen hindert. Darüber
hinaus können ohne Beeinträchtigung der erläuterten vielseitigen Ausbildungs- und
Einsatzmöglichkeiten weitere Maßnahmen zur Schwingungabekämpfung getroffen werden.
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So können die Schaftteile aus Werkstoffen mit unter#chiedlichem Elaatizitäts-
bzw. Dgmpfungsserhalten bestehen. Es lassen sich u.a. für beide Teile Stahlwerkstoffe
mit verschiedenen Eigenschaften vorsehen. Weiterhin können für die Schaftteile Kombinationen
aus unterschiedlichen Werkstoffen wie insbesondere Stahl und/oder hochfester Gußwerkstoff
unaloaer Bronzewerkatoff und/oder Schwermetall gewählt werden. Unter Schwermetall
ist u.a. ein Material mit Bestandteilen zu verstehen, wie sie beispielsweise bei
Hartmetallen üblich sind.
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Derartige Werkstoffe sind als Material für aus einem Stück bestehende
Werkzeugschäfte an sich bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug braucht nur
eine Hälfte des Schaftes aus einem solchen, meist kostspieligen Material zu bestehen,
während die andere Hälfte beispielsweise aus Stahl ist.
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Abgesehen von allem anderen kann auch durch die Orientierung der Trennungsebene
der Schaftteile, d.h. durch die Richtung, welche diese Ebene mit Bezug auf das betreffende
Schneidelement hat, eine für das Schwingungsverhalten günstige Ausbildung erzielt
werden.
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Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß zwischen den Schaftteilen eine
schwingungsdämpfende Lage vorhanden ist. Eine solche kann beim Zusammensetzen der
Schaftteile jeweils eingefügt werden. Vorteilhaft wird die Lage durch einen wenigstens
an einem Schaftteil auf dessen Anlageseite angebrachten schwingungsdämpfenden Belag
gebildet. Die Zwischenlage bzw.
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der Belag kann aus einem einheitlichen Material oder aus einer Kombination
von Werkstoffen bestehen und insbesondere ein mehrschichtiges Material sein, namentlich
ein Belag aus einer metallischen Folie, etwa einer Stahlfolie, und einem Material
von hoher Werkstoffdämpfung. Ungeachtet von der Ausbildung des Belages im einzelnen
kommt als Dämpfungswerkstoff vorteilhaft ein nicht voll aushärtender bzw. viskoelastischer
Kunststoff in Betracht, z.B. ein Kunstharz, der zweckmäßig zugleich als Kleber wirkt
und damit an dem betreffenden Schaftteil unmittelbar haftet. Wenn ein solches Material
nicht noch durch eine weitere Schicht abgedeckt sein soll, wird seine Beschaffenheit
zweckmäßig so gewählt, daß es außenseitig eine im wesentlichen feste Oberfläche
bilden kann.
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Zum Verspannen beider Schaftteile miteinander können zwei oder ggfs.
auch mehr Schrauben vorgesehen sein. Vorteilhaft ist
wenigstens
einer Spannschraube, namentlich der am weitesten nach vorne, d.S. zum Arbeitsende
des Werkzeuges hin gelegenen Schraube, eine im Übertragungsweg der Spannkraft liegende
Feder zugeordnet. Dadurch ist es möglich, eine Spannkraft von jeweils gewünschter
Größe zu erzeugen und diejenigen Bedingungen herzustellen, die im Hinblick auf ein
möglichst schwingungsfreies Arbeiten des Werkzeuges am günstigsten sind.
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Die Feder ist zweckmäßig unter dem Kopf der Spannschraube angeordnet,
so daß sie leicht zugänglich ist und bei Bedarf auch schnell gegen eine solche mit
anderen Eigenschaften ausgewechselt werden kann. Bei der Feder kann es sich um einen
Federring, eine Tellerfeder oder um ein anderes geeignetes Federelement handeln.
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An einem Schaftteil oder ggfs. auch an beiden läßt sich im Bereich
zwischen dem vorderen Ende des Werkzeuges und der ersten Spannschraube eine Abdrückschraube
vorsehen, die u.a.
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dazu dienen kann, einen Schneidelement-Verschleiß zu kompensieren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen
Zeichnung und aus den Ansprüche. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführung des Werkzeuges
in Ansicht, Fig. 2 eine Stirnansicht zu Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Ausführung des
Werkzeuges in Ansicht,
Fig. 4 eine Stirnansicht zu Fig. 3, Fig.
5 den vorderen Teil einer weiteren Ausführung des Werkzeuges, Fig. 6 eine Einzelheit
eines Werkzeuges in vergrößerter Teilansi.cht,teils im Schnitt, Fig. 7 einen Teil
einer Anlageseite eines Schaftteiles in Draufsicht, Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt,
im wesentlichen nach der Linie VIII - YIII in Fig. 1, Fig. 9 einen etwa der Fig.
8 entsprechenden Schnitt bei.
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einer anderen Ausführungsform und Fig. 10 einen vergrößerten Teilschnitt
durch eine Ausführung eines Belages.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Drehwerkzeug weist einen Schaft
S auf, der aus zwei Teilen 1 und 2 zusammengesetzt ist.
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Jeder Schaftteil weist auf seiner dem anderen Teil zugekehrten Anlageseite
A (vgl. Fig. 7) ein in Längsrichtung verlaufendes Zahnprofil 3 bzw. 4 auf. Die Form
des Zahnprofiles ist so gewählt, z.B. mit in Flächen 7, 8 endenden Zähnen 5, 6 (Fig.
8), daß sich beim gegenseitigen Eingriff eine reine Anlage an den Zahnflanken ergibt.
Das Zahnprofil kann jeweils über die ganze Länge der Schaftteile durchgehend sein
oder aber z.B. auch nur in Bereichen nahe der Enden der Schaftteile vorhanden sein,
wobei ein dazwischenliegender Teil (in Fig. 7 durch strichpunktierte
Linien
angedeutet) eben sein kann oder abgesetzt ist.
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Als Trennungsebene E der Schaftteile 1, 2 ist die im wesentlichen
durch das Zahnprofil 3, 4 gelegte Ebene bezeichnet.
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Diese liegt bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel in einer Längsmittelebene
des Schaftes S. Die Trennungsebene kann nicht nur, wie gezeigt, etwa unter einem
rechten Winkel zur Schneidelement-Ebene verlaufen, sondern auch unter einem anderen
Winkel.
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Die Schaftteile können abweichend von der gezeigten Ausführung auch
unterschiedliche Querschnitte haben. Ungeachtet der Ausbildung im einzelnen läßt
sich für jeweils zu einem Werkzeug zusammenzusetzenden Schaftteile gleicher oder
verschiedener Werkstoff bzw. Werkstoff mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften
vorsehen, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert ist.
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Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist der Schaftteil 1 mit zwei Gewindebohrungen
9 zur Aufnahme von Spannschrauben 10, z.B. mit Innenmehrkant, versehen, die Langlöcher
11 in dem anderen Schaftteil 2 durchgreifen und deren Köpfe in langlochartigen Ausnehmungen
12 zu liegen kommen.
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Das Vorderende des Schaftteiles 1 ist unter Bildung eines etwas verbreiterten
Kopfteiles 1a abgesetzt und weist einen Sitz 13 für ein Schneidelement L1 auf, z.B.
in Form einer Wendeschneidplatte, die in bekannter Weise auf ihrem Sitz Lösbar befestigt
ist, etwa mit Spannpratze, Deckplatte,
Spanbrecheraufsatz od.dgl.
In Fig. 1 ist lediglich schematisch eine Klemmschraube 15 für das Schneidelement
angedeutet. Es kann auch eine aufgelötete Hartmetallplatte oder ein in einem zusätzlichen
Träger, einer Kassette od.dgl. gehaltenes Schneidelement vorgesehen sein. Im letztgenannten
Fall ist dann die Kassette auf dem Kopfteil 1a des Schaftteiles 1 lösbar und zweckmäßig
einstellbar befestigt.
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Der andere Schaftteil 2 ist am vorderen Ende ähnlich ausgebildet,
d.h. er weist einen abgesetzten Kopfteil 2a mit Sitz 14 für ein Schneidelement R1
auf, wobei das vorstehend zum Schaftteil 1 Gesagte hier sinngemäß und entsprechend
gilt.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 trägt der Schaftteil 1 somit
ein linkes, d.h. linksseitig arbeitendes Schneidelement L1 und der Schaftteil 2
ein rechtes, d.h. rechtsseitig arbeitendes Schneidelement R2. Darüber hinaus bestehen
noch vielfältige andere Möglichkeiten der Art und Anordnung von Schneidelementen
auf den Schaftteilen. So zeigen die Fig. 3 und 4 eine Werkzeugausführung, bei der
ein Schaftteil 1 mit einem linken Schneidelement L1 identisch mit dem entsprechenden
Schaftteil der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 ist. Der andere Schaftteil 21 unterscheidet
sich von dem Schaftteil 2 gemäß Fig. 1 und 2 nur darin, daß er einen dem Schaftteil
2 entsprechenden Kopfteil 21a mit einem ebenfalls linken Schneidelement L2 aufweist,
während seine sonstige Ausbildung mit der des Schaftteiles 2 übereinstimmt.
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Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist ein ein linkes Schneidelement L1
aufweisender Schaftteil 1 mit einem Schaftteil 22 kombiniert, dessen Kopfteil 22a
einen Sitz 16 für ein rechtes Schneidelement R2' von im Vergleich zu Fig. 1 anderer
Art aufweist, wie es z.B. zum Drehen von abgesetzten Flächen, Schultern od.dgl.
benötigt wird.
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Aus den erläuterten Beispielen ergibt sich, daß es möglich ist, eine
Vielzahl von Schaftteilen gewissermaßen im Sinne von Einzelwerkzeugen mit verschiedenartigsten
Schneidelementen auszurüsten und dann durch Zusammenfügen entsprechender Schaftteile
zu Werkzeugen zu gelangen, die dem jeweiligen Bearbeitungsproblem optimal angepaßt
sind und die Durchführung auch schwieriger Arbeitsaufgaben gestatten, namentlich
auf Werkzeug maschinen mit modernen Steuerungen. Abgesehen davon besteht erfindungsgemäß
die Möglichkeit, nur einen der Schaftteile mit einem Schneidelement auszurüsten.
Auch dies ist allein wegen der grundsätzlichen Ausbildung des Werkzeuges in zahlreichen
Fällen von Vorteil. Mit der Erfindung ist somit ein vielseitig verwendbares Werkzeugsystem
geschaffen.
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Das gesamte zusammengesetzte Werkzeug kann in der jeweils gewünschten
Weise in einem Grundhalter, einem Support oder einem sonstigen Werkzeugträger einer
Werkzeugmaschine eingespannt werden.
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Beim Verspannen zweier Schaftteile miteinander können die Köpfe der
Schrauben 10 zur festen Anlage auf dem Grund der
Ausnehmungen 12
kommen (Fig. 1 und 2). Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des Werkzeuges,
wie sie Fig. 6 veranschaulicht, ist zumindest einer Spannschraube 10, vorzugsweise
der den vorderen Enden oder Kopfteile der Schaftteile 1, 2' am nächsten befindlichen
Schraube (z.B. linke Schraube 10 in Fig. 1), eine im Kraftfluß liegende Druckfeder
17 zugeordnet, z.B. eine Ringfeder, ein Tellerfederpaket od.dgl. Bei der Ausführung
nach Fig. 6 sitzt die Feder 17 zwischen dem Kopf 10a der Schraube 10 und dem Grund
12a der Ausnehmung 12. Durch entsprechendes Drehen der Schraube 10 läßt sich die
Kraft, mit der die beiden Schaftteile 1, 2' verspannt werden, auf einen jeweils
günstigen Wert einstellen. Damit kann eine optimale Abstimmung des Verhaltens des
Werkzeuges auf die jeweiligen Bedingungen erfolgen. In Fig. 6 ist außerdem dargestellt,
daß das Werkzeug mit einer Abdrückschraube 18 versehen sein kann, die sich in einer
Gewindebohrung 19 des Schaftteiles 2' befindet und mit ihrer Stirnfläche an der
Anlageseite des anderen Schaftteiles g zum Angriff gebracht werden kann, sei es
an der Oberseite des z.B. abgeflachten Zahnprofils 3, sei es an einer dort vorgesehenen
Planfläche, an der das Zahnprofil abgearbeitet ist. Mit der Abdrückschraube 18 können
zusätzliche Einstellungen bewirkt werden, u.a. zur Kompensierung von Schneidelement-Verschleiß
und ggfs. auch zur Beeinflussung der Verspannung der Schaftteile miteinander.
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Anstelle einer unmittelbaren Anlage der Flankenpartien der Zahnprofile
an den Schaftteilen (Fig. 8) ist bei einer vorteilhaften
weiteren
Ausführung zwischen den Schaftteilen 1, 2 -eine schwingungsdämpfende Lage vorgesehen.
Dies kann insbesondere ein auf die Anlageseite wenigstens eines Schaftteiles 1 aufgebrachter
Belag B sein, wie ihn Fig. 9 erkennen läßt. Dieser Belag B kann beim Auseinandernehmen
des Werkzeuges auf dem Schaftteil 1 verbleiben. Der Belag B besteht bei einer zweckmäßigen
Ausführung, die vergrößert in Fig. 10 veranschaulicht ist, aus einer viskoelastischen
Kunstharzschicht 25, die außer dem gewünschten Dämpfungsverhalten auch ein Haften
auf dem Zahnprofil des Schaftteiles sichernde Klebereigenschafte hat. Auf dieser
Schicht 25 und an dieser ebenfalls haftend befindet sich eine dünne Stahlfolie 26
als Abschluß. Die gesamte Dicke a des Belages B liegt zweckmäßig in der Größenordnung
von Bruchteilen eines MillimetPrs und beträgt insbesondere etwa 0,1 mm.
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Wenn in der vorstehenden Erläuterung der Figuren von einem -linken
bzw. linksseitig arbeitenden oder rechten bzw. rechtsseitig arbeitenden Schneidelement
gesprochen wurde, so ist damit generell auch die Anordnung des betreffenden Schneidelements
auf dem Schaftteil und die Ausbildung des letzteren zum Arbeiten in dem genannten
Sinne gemeint. Die Schneidelemente selbst können verschieden oder gleich sein. So
kann es sich z.B. bei der Ausführung nach Fig. 1 bei den Schneidelementen L1 und
R2 um keramische Wendeschneidplatten gleicher oder gleichartiger Ausbildung handeln,
die auf den unterschiedlichen Kopfteilen der Schaftteile 1 und 2 mit den
verschieden
liegenden Sitzen 13 und 14 wahlweise und austauschbar festzuspannen sind. Ungeachtet
der Ausgestaltung der Schaftteile hinsichtlich des Sitzes oder der Aufnahme für
ein Schneidelement ist vorteilhaft die Ausbildung im übrigen so getroffen, daß sich
beim Zusammenfügen beliebiger Kombinationen von unterschiedlichen Schaftteilen deren
Teilquerschnitte immer zu einem geschlossenen runden bzw.
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kreisförmigen oder auch eckigen Gesamtquerschnitt des Schaftes ergänzen,
insbesondere zu einem stangenförmigen Schaft (vgl. Fig. 2 und 4), der in den Aufnahmebohrungen
von Werkzeugträgern moderner Werkzeugmaschinen in üblicher Weise gespannt werden
kann.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung
dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt,
für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen
werden.