DE69608965T2

DE69608965T2 - Schneidewerkzeug mit wendeplattenspannvorrichtung

Info

Publication number: DE69608965T2
Application number: DE69608965T
Authority: DE
Inventors: A. Erickson; E. Oshnock
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: MX9802110A; KR19990044242A; RU2135329C1; DE69608965D1; ATE193987T1; US5719859A; KR100272500B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Schneidwerkzeug mit einem Klemm-Mechanismus zum elastischen Halten eines auswechselbaren Schneideinsatzes, und sie betrifft insbesondere ein solches Werkzeug, das Abschneid-, Nut-, Stoß- und Nachformfräsarbeiten ausführen kann, wobei der Schneideinsatz und der Klemm- Mechanismus komplementäre Sitz- und Taschenabschnitte für eine verbesserte Klemmstabilität aufweisen. Eine Schneidwerkzeug- Baugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der US-A-50 85 541 bekannt.
Schneidwerkzeuge mit einem lösbar an einem Werkzeughalter befestigten Schneideinsatz sind im Stand der Technik wohlbekannt. Solche Werkzeuge können bei Bearbeitungsvorgängen verwendet werden, wo das Werkstück relativ zu dem Schneideinsatz gedreht wird, um das Werkstück mit Nuten oder Schlitzen zu versehen, durch Nachformfräsen zu bearbeiten oder sogar abzuschneiden, indem die Schneidkante des Einsatzes kräftig mit dem sich drehenden Werkstück in Eingriff gebracht wird. Um bei solchen Bearbeitungsvorgängen ein hohes Maß an Genauigkeit beizubehalten, ist es notwendig, beim Einbau den Einsatz an seinem Platz in dem Werkzeughalter fest zu positionieren und den Einsatz während eines Bearbeitungsvorgangs sicher an seinem Platz zu halten. Dazu wird manchmal eine Halteschraube verwendet, die sich durch eine Bohrung in dem Einsatz erstreckt. Alternativ kann ein durch eine Schraube betätigter Klemm- Mechanismus verwendet werden, der den Einsatz mittels einer schraubstockartigen Struktur befestigt.
Solche Schrauben und Klemm-Mechanismen sind zwar sicherlich in der Lage, einen Einsatz angemessen an einem solchen Werkzeughalter zu befestigen, sie können jedoch bei bestimmten Schneidvorgängen, wie z. B. dem Rillen, stören, wo es notwendig ist, daß sich der Körper des Einsatzes innerhalb des Schnittes, der in dem Werkstück angebracht wird, erstreckt. Bei einem solchen Vorgang, wo die Halteschraube oder der Klemm-Mechanismus die Breite der Schneidkante des Einsatzes überschreitet, wird es zu einer mechanischen Störung kommen, da die Schraube oder der Klemm-Mechanismus nicht in den Schnitt passen kann, der in das Werkstück gemacht wird. Außerdem macht es die Verwendung solcher Halteschrauben und Klemm-Mechanismen schwierig, einen Schneideinsatz in dem Werkzeughalter schnell durch einen anderen zu ersetzen. Dies ist ein bedeutender Nachteil, da der Einsatz wegen Verschleiß regelmäßig ausgewechselt werden muß.
Aufgrund dieser Nachteile wurden mit Klemm-Mechanismen arbeitende Werkzeughalter-Baugruppen entwickelt. Solche Werkzeughalter-Baugruppen umfassen typischerweise einen klingenartigen Werkzeughalter mit einer Breite, die geringer ist als die der Schneidkante des Einsatzes, damit sich der Einsatz ohne Störung tief in das sich drehende Werkstück erstrecken kann. Ein Paar von einstückig ausgebildeten Klemmbacken hält die obere und untere Kante eines Einsatzes elastisch fest, ohne daß Schrauben benötigt werden. Bei solchen Vorrichtungen kann der Schneideinsatz schnell in den Klemm- Mechanismus eingesetzt oder aus diesem entfernt werden, indem der Einsatz von Hand zwischen die Backen des Mechanismus eingesetzt oder aus diesen entfernt wird. Während eines Bearbeitungsvorgangs wird die Haltekraft zwischen dem Einsatz und den Backen durch den Druck, der durch das Werkstück auf den Einsatz ausgeübt wird und der die Tendenz hat, den Einsatz innerhalb der Backen des Klemm-Mechanismus weiter nach unten zu drücken, verbessert.
Solche Klemmschneidwerkzeuge haben sich zwar als nützlich erwiesen, weil sie die Schnittiefe vergrößern und das Verfahren zum Auswechseln von Schneideinsätzen in dem Werkzeughaltemechanismus enorm beschleunigen, doch haben die Erfinder mindestens zwei Einschränkungen bei solchen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik festgestellt, durch die sie nicht ihr gesamtes Potential verwirklichen konnten. Da solche Vorrichtungen erstens eine Art von Vorkehrung haben müssen, um sicher zu verhindern, daß der Einsatz innerhalb der Klemmbacken weiterrutscht, nachdem er bis zu dem gewünschten Ausmaß zwischen die Backen geschoben wurde, haben die Erfinder festgestellt, daß die relative Größe der für diesen Zweck gedachten Anschlagflächen zwischen dem Einsatz und den Backen im Verhältnis zu der gesamten Übergangsfläche zwischen dem Einsatz und den Backen oft klein ist. Die Verwendung solcher kleinen Anschlagflächen kann wiederum die Fähigkeit des Klemm-Mechanismus, den Einsatz an einem gewünschten Punkt entlang des Weges seines Einschubs festzuhalten, beeinträchtigen, was wiederum die Qualität und Genauigkeit der resultierenden Schnitte in dem Werkstück verschlechtern kann.
Zweitens haben die Erfinder festgestellt, daß solche Klemm- Mechanismen nach dem Stand der Technik manchmal den Einsatz nicht hinreichend zwischen den Klemmbacken befestigen können, wenn große seitliche Kräfte auf den Einsatz einwirken, wie dies zum Beispiel im Zusammenhang mit dem Nachformfräsen der Fall sein kann. Bei manchen Ausführungen nach dem Stand der Technik wurde versucht, die gewünschte Seitenstabilität durch Vorsehen von ineinanderpassenden V-förmigen Nuten und Schienen zwischen den Klemmbacken und den Taschenflächen der Einsätze zu erreichen. Die Gesamtlänge der ineinanderpassenden V-Schienen und -Nuten ist jedoch einfach nicht geeignet, um die gewünschte Seitenstabilität beizubehalten, wenn bestimmte Schneidvorgänge durchgeführt werden. Bei anderen Ausführungen nach dem Stand der Technik wurde versucht, die Seitenstabilität (oder "Querschub-Steifigkeit", wie sie in der Technik bekannt ist) durch Vorsehen von ineinanderpassenden V-Nuten und -Schienen zwischen der rückwärtigen Fläche des Einsatzes und der Rückseite der Backen zu erhöhen. Während eine solche Ausführung die Querschub-Steifigkeit des Einsatzes innerhalb des Klemm- Mechanismus erhöht, weil die Rückseite nun die rückwärtige Fläche des Einsatzes berühren muß, fällt die "C"-förmige Ausnehmung, die sich normalerweise am Grund der Backen befindet, weg und die Elastizität der oberen und unteren Backe wird verringert. Diese verringerte Elastizität macht es schwierig, den Einsatz von Hand zwischen die Backen einzusetzen oder aus diesen zu entfernen und verlängert außerdem die Zeit, die zum Auswechseln des Einsatzes notwendig ist. Noch schlechter ist, daß die durch das Auswechseln des Einsatzes in dem Klemm-Mechanismus erzeugten Spannungen zu einem Springen und einem Defekt des Metalls führen können, das die obere und untere Backe zusammenhält.
Das US-Patent Nr. 5,085,541 mit dem Titel "Metal Cutting Insert" betrifft einen Schneideinsatz, der in einem Werkzeughalter angebracht ist, wodurch die untere Fläche der Klemmbacke des Werkzeughalters so abgeschrägt ist, daß Kräfte, die auf die Spitze des Schneideinsatzes wirken, den Einsatz gegen die Rückwand des Werkzeughalters drücken. Auch wenn diese Anordnung eine feste Anschlagfläche zwischen dem Einsatz und der Klemmbacke aufweist, läßt eine Schnittkraft, die auf den Schneideinsatz wirkt, sobald der feste Anschlag berührt wurde, keine zusätzliche Klemmkraft auf den Einsatz wirken.
Es besteht eindeutig ein Bedarf für ein verbessertes Klemmschneidwerkzeug, das eine feste Anschlagfläche zwischen dem Einsatz und den Klemmbacken vorsieht, um zu verhindern, daß die Genauigkeit der resultierenden Schnitte beeinträchtigt wird. Idealerweise sollte ein solches verbessertes Schneidwerkzeug dem Einsatz zwischen den Klemmbacken eine ausreichende Querschub-Steifigkeit verleihen, so daß er sich auch während des Nachformfräsens, wo der Einsatz ungewöhnlich großen Seitenkräften ausgesetzt ist, nicht relativ zu den Klemmbacken bewegt. Schließlich sollte eine solche Querschub-Steifigkeit ohne Verringerung der Elastizität zwischen der oberen und der unteren Backe des Klemm-Mechanismus erreicht werden, so daß der Einsatz von Hand eingesetzt oder entfernt werden kann, ohne daß dabei eventuell schädliche Spannungen auf den Klemm-Mechanismus wirken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:

Allgemein handelt es sich bei der Erfindung um eine Schneidwerkzeug-Baugruppe zur Durchführung von Abschneid-, Nut-, Stoß- und Nachformfräsarbeiten mit dem Werkzeug an einem sich drehenden Werkstück mit einem Klemm-Mechanismus zum elastischen Halten von auswechselbaren Schneideinsätzen, die die obengenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Die Schneidwerkzeug-Baugruppe der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Die Schneidwerkzeug-Baugruppe umfaßt einen polygonalen Einsatz mit einer vorderen Fläche und einer oberen Fläche, die an ihrer Schnittstelle eine Schneidkante bilden, mit einer rückwärtigen Fläche und mit aneinander angrenzenden proximalen und distalen unteren Flächen, die zu der vorderen und der rückwärtigen Fläche benachbart sind und einen gewinkelten unteren Sitzabschnitt bilden, und einen Klemm- Mechanismus mit einer oberen und einer unteren Klemmbacke zur elastischen Aufnahme und Befestigung des Einsatzes. Die untere Klemmbacke umfaßt eine proximale und eine distale Taschenfläche, die einen komplementären winkeligen Backenabschnitt zur Aufnahme des gewinkelten unteren Sitzabschnitts des Einsatzes bilden.
Die distale Taschenfläche ist quer zu der Kraft ausgerichtet, die während eines Schneidvorgangs auf die Schneidkante des Einsatzes ausgeübt wird, und stellt einen Anschlag zur Begrenzung des Ausmaßes bereit, bis zu dem der Einsatz in den Klemmbacken aufgenommen werden kann. Da die Länge der distalen unteren Fläche des Einsatzes zwischen 60% und 80% der proximalen unteren Fläche beträgt, stellt die distale Taschenfläche eine wesentliche Anschlagkraft zwischen dem Einsatz und dem Klemm-Mechanismus bereit.
Der relative Winkel zwischen der distalen Taschenfläche und der proximalen Taschenfläche wird so gewählt, daß er eine Komponente der Schnittkraft auf den oberen Abschnitt des Einsatzes umleitet, um die obere Fläche des Einsatzes verkeilt mit einer in der oberen Klemmbacke befindlichen Taschenfläche in Eingriff zu bringen, um dadurch die seitlichen Klemmkräfte zu verbessern, die die Backen auf den Einsatz ausüben.
Um die seitlichen Klemmkräfte zwischen dem Schneideinsatz und dem Klemm-Mechanismus weiter zu erhöhen, sind komplementär geformte V-Nuten und -Schienen zwischen allen drei Taschenflächen der oberen und unteren Klemmbacke und der oberen und unteren Fläche des Schneideinsatzes vorgesehen. Durch die resultierende Querschub-Steifigkeit des Einsatzes ist die Werkzeug-Baugruppe der Erfindung besonders geeignet zur Durchführung des Nachformfräsens, bei dem relativ große Seitenkräfte zwischen dem Einsatz und dem umgebenden Klemm- Mechanismus entstehen.
Ein ausgeschnittener Abschnitt ist zwischen der Verbindung der oberen und der unteren Klemmbacke vorgesehen, um eine verbesserte Elastizität der Backen zu erreichen. Die verbesserte Elastizität, die der ausgeschnittene Abschnitt den Klemmbacken verleiht, ermöglicht eine feste Klemmwirkung zwischen diesen Komponenten der Werkzeug-Baugruppe durch Ausübung einer geringen manuellen Kraft auf den Einsatz.
Die Taschenfläche der oberen Klemmbacke kann zwischen etwa 2º und 10º in Bezug auf die proximale Taschenfläche der unteren Klemmbacke geneigt sein, so daß die obere und die untere Klemmbacke den Einsatz verkeilt zwischen sich befestigen, wenn der Einsatz von Hand zwischen die elastischen Backen geschoben wird. Schließlich umfaßt die obere Klemmbacke ein konisch zulaufendes proximales Ende zur leichteren Spanabfuhr sowie zum leichteren Zugang von Kühlmittel zu der Übergangsfläche zwischen der Schneidkante und einem sich bewegenden Werkstück.

KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN FIGUREN:

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der die Erfindung verkörpernden Schneidwerkzeug-Baugruppe, die veranschaulicht, wie ein Schneideinsatz zwischen der oberen und unteren Backe des Klemm-Mechanismus aufgenommen ist;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Schneideinsatzes, der bei der die Erfindung verkörpernden Schneidwerkzeug-Baugruppe verwendet wird;
Fig. 3 ist eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 2 veranschaulichten Einsatz entlang der Linie 3-3;
Fig. 4 ist eine Draufsicht von unten auf den in Fig. 2 veranschaulichten Einsatz entlang der Linie 4-4;
Fig. 5 ist eine Vorderansicht des in Fig. 2 veranschaulichten Einsatzes entlang der Linie 5-5;
Fig. 6 ist eine Rückansicht des in Fig. 2 veranschaulichten Einsatzes entlang der Linie 6-6;
Fig. 7A ist eine Draufsicht von oben auf eine erste Ausführungsform des Klemm-Mechanismus der Schneidwerkzeug-Baugruppe;
Fig. 7B ist eine Seitenansicht des in Fig. 7A veranschaulichten Klemm-Mechanismus;
Fig. 8A ist eine Draufsicht von oben auf eine zweite Ausführungsform des bei der Schneidwerkzeug-Baugruppe der Erfindung verwendeten Klemm-Mechanismus;
Fig. 8B ist eine Seitenansicht des in Fig. 5A veranschaulichten Klemm-Mechanismus;
Fig. 9 ist eine vergrößerte seitliche Schnittansicht des proximalen Abschnitts der oberen Fläche des Schneideinsatzes, die das Profil der Spanbrechernut hinter der Schneidkante des Einsatzes veranschaulicht; und
Fig. 10 ist eine Seitenansicht der Schneidwerkzeug-Baugruppe der Erfindung, die veranschaulicht, wie der Schneideinsatz zwischen die obere und die untere Backe des Klemm-Mechanismus paßt, und die ferner den Winkelbereich einer Schnittkraft veranschaulicht, die während eines Schneidvorgangs relativ zu der distalen Taschenfläche der unteren Backe des Klemm- Mechanismus ausgeübt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf Fig. 1, wobei in allen verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen die gleichen Bestandteile darstellen, umfaßt die Schneidwerkzeug-Baugruppe 1 der Erfindung im allgemeinen einen polygonal geformten Schneideinsatz 3, der in einem Klemm-Mechanismus 5 aufgenommen und aus diesem entfernt werden kann. Wie später ausführlicher erläutert werden wird, wird der Einsatz sicher und elastisch zwischen einer oberen Hacke 7 und einer unteren Backe 9 des Klemm-Mechanismus 5 gehalten, ohne daß Klemmschrauben oder durch Schrauben betätigte Einsatzklemmen verwendet werden müssen.
Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 umfaßt der Schneideinsatz 3 der Erfindung eine vordere Fläche 13 und eine obere Fläche 15 mit einem proximalen Abschnitt 17, der wie gezeigt nach vorne abgeschrägt ist, sowie einen distalen Abschnitt 19, der nach hinten abgeschrägt ist. Eine Schneidkante 21 ist zwischen dem proximalen Abschnitt 17 der oberen Fläche 15 und der vorderen Fläche 13 gebildet. Der distale Abschnitt 19 der oberen Fläche 15 umfaßt eine flache V-förmige Nut 23, deren Profil am besten in Fig. 6 zu sehen ist. Die V-förmige Nut 23 erstreckt sich zwischen dem proximalen Abschnitt 17 der oberen Fläche 15 und der rückwärtigen Fläche 25 des Einsatzes 3.
Der Einsatz 3 umfaßt ferner eine proximale untere Fläche 27, die mit einer distalen unteren Fläche 29 verbunden ist, um einen vorstehenden gewinkelten Sitzabschnitt 30 zu bilden. Die entgegengesetzten Enden der proximalen und der distalen unteren Fläche 27 und 29 grenzen an die vordere Fläche 13 bzw. die rückwärtige Fläche 25 an. Wie der zuvor erläuterte distale Abschnitt der oberen Fläche 15 umfassen die proximale und die distale untere Fläche 27 und 29 jeweils flache V-förmige Nuten 31 bzw. 33. Die Profile dieser Nuten 31, 33 sind am besten in Fig. 5 bzw. Fig. 6 zu sehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel A zwischen der proximalen und der distalen unteren Fläche 27 und 29 zwischen etwa 100º und 160º und am meisten bevorzugt beträgt er zwischen etwa 125º und 135º. Um sicherzustellen, daß eine erforderliche Größe der gesamten unteren Fläche als Anschlagfläche dienen kann, beträgt darüberhinaus die Länge der distalen unteren Fläche 29 zwischen etwa 50% und 100% der Länge der proximalen unteren Fläche 27 und beträgt noch mehr bevorzugt zwischen etwa 60% und 80% dieser Länge. Bei dieser besonderen bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der distalen unteren Fläche 29 ungefähr 70% der Länge der proximalen unteren Fläche 27. Die vordere Fläche 13, die obere Fläche 15, die rückwärtige Fläche 25 und die unteren Flächen 27, 29 sind alle durch im wesentlichen ebene Seitenflächen 35a,b miteinander verbunden, wie gezeigt. Wenngleich der distale Abschnitt 19 der oberen Fläche 15 und die proximale untere Fläche 27 des Einsatzes als parallel erscheinen können, sind sie zueinander um 5º gekippt angeordnet, um genauer in den Klemm-Mechanismus 5 zu passen.
Mit Bezug auf die Fig. 1, 7A und 7B umfaßt nun die erste Ausführungsform des Klemm-Mechanismus 5 der Erfindung einen klingenartigen Einsatzhalteabschnitt 40 an einem Ende und einen Verbindungsblock 42 an seinem anderen Ende. Der Verbindungsblock 42 befestigt die Schneidwerkzeug-Baugruppe an einem weiteren Werkzeug (nicht gezeigt), das den Einsatz 3 auf ein sich drehendes Werkstück (ebenfalls nicht gezeigt) zu und von diesem wieder weg bewegt.
Die obere Klemmbacke 7 umfaßt eine obere Taschenfläche 45 mit einer V-förmigen Schiene 46, deren Seiten in ihrer Form komplementär sind zu der V-Nut 23, die in die obere Fläche 15 des Einsatzes 3 eingebracht ist. Die V-förmige Schiene 46 kann einen mittig angeordneten flachen Abschnitt 48 aufweisen, um einen Messer-Kanten-Kontakt zwischen der Mitte der Schiene 46 und dem Scheitelpunkt der entsprechenden V-Nut 23 zu verhindern. Genauer ausgedrückt wird durch den vorhandenen flachen Abschnitt 48 ein Flächenkontakt zwischen den Seiten der V- förmigen Schiene 46 und den Seiten der oberen V-förmigen Nut 23 sichergestellt, wenn der Einsatz in dem Halteabschnitt 40 des Klemm-Mechanismus 5 aufgenommen ist. Die Innenkante der oberen Taschenfläche 45 endet in einem C-förmigen ausgeschnittenen Abschnitt 50, dessen Gegenwart die Elastizität zwischen den integral miteinander verbundenen oberen und unteren Backen 7 und 9 erhöht. Die Außenkante der oberen Taschenfläche 45 endet in dem äußeren Abschnitt 54 der oberen Backe 7. Der äußere Backenabschnitt 54 ist gemäß Fig. 7B verjüngt, um die Bildung und das Brechen von aus einem Bearbeitungsvorgang resultierenden Spänen oder das Aufbringen eines Kühlmittelstromes (nicht gezeigt) auf die Übergangsfläche zwischen der Schneidkante 21 des Einsatzes 3 und einem sich drehenden Werkstück nicht zu beeinträchtigen.
Die untere Klemmbacke 9 des Klemm-Mechanismus 5 umfaßt eine proximale Taschenfläche 59, die eine V-förmige Schiene 61 mit einem längs ausgerichteten flachen Abschnitt 63 für den gleichen Zweck, wie er in Bezug auf die Schiene 46 der oberen Taschenfläche 45 erläutert wurde, umfaßt. Die proximale Taschenfläche 59 ist in einem Winkel "C" zur vorderen Fläche 66 angeordnet, der vorzugsweise kleiner ist als 90º. Das innere Ende der proximalen Taschenfläche 59 endet in einer konisch zulaufenden Einführung 65 (am besten zu sehen in Fig. 1), während das äußere Ende der Oberfläche in der vorderen Fläche 66 des Einsatzhalteabschnitts 40 des Klemm-Mechanismus 5 endet.
Die untere Klemmbacke 9 umfaßt ferner eine distale Taschenfläche 67, die ebenfalls eine V-förmige Schiene 69 mit einem sich längs erstreckenden flachen Abschnitt 71 aus all den in Bezug auf die V-förmige Schiene 46 genannten Gründen umfaßt. Die Seiten der V-förmigen Schiene 69 sind natürlich in ihrer Form komplementär zu der V-Nut 33 der distalen unteren Fläche 29 des Einsatzes 3. Das äußere Ende der V-förmigen Schiene 69 endet in einer konisch zulaufenden Einführung 73 (am besten zu sehen in Fig. 1), während das äußere Ende dieser Schiene 69 an der Unterseite des C-förmigen ausgeschnittenen Abschnitts 50 endet. Wie in den Fig. 1 und 7B deutlich gezeigt, ist eine bogenförmige Ausnehmung 75 zwischen der proximalen und der distalen Taschenfläche 59 und 67 angeordnet, um die Herstellung der unteren Backe 9 zu erleichtern und um einen Freiwinkel bereitzustellen. Die proximale und die distale Taschenfläche 59 und 67 bilden zusammen eine Ausnehmung in der unteren Backe 9, die in ihrer Form komplementär ist zu dem winkelig hervorstehenden Abschnitt 30 des Einsatzes 3. Wenngleich die Nuten und Schienen bei dieser bevorzugten Ausführungsform als V- förmig beschrieben wurden, kann jede beliebige aus der Anzahl von verschieden geformten Schienen und Nuten, wie z. B. ineinandergreifende konvex und konkav gebogene Formen, genauso vorteilhaft verwendet werden.
Die Ausführungsform des Klemm-Mechanismus 5, der in den Figuren SA und 8B veranschaulicht ist, ist dieselbe wie die des Klemm- Mechanismus 5, der in Bezug auf die Fig. 1, 7A und 7B beschrieben ist, jedoch mit zwei Ausnahmen. Zunächst umfaßt die in den Fig. 8A und 8B veranschaulichte Ausführungsform anstelle des zuvor beschriebenen C-förmigen ausgeschnittenen Abschnitts 50 zwischen der oberen und der unteren Klemmbacke 7 und 9 einen langgestreckten Schlitzabschnitt 52, der sich in den Verbindungsblock 43 erstreckt. Zweitens ist in dem Verbindungsblock 43 über den langgestreckten Schlitzabschnitt 52 hinweg eine Spannschraube 76 vorgesehen, um die Klemmkraft, die die Backen 7, 9 auf den Einsatz 3 ausüben, einzustellen. Die Ausführungsform des Klemm-Mechanismus 5 der Fig. 8A und 8B ist geeignet, relativ flache Nuten oder Schnitte in einem Werkstück anzubringen. Während das Vorsehen einer Spannschraube 76 es den Backen 7, 9 ermöglicht, einen Einsatz 3 fester zu greifen als die Backen 7, 9 des in den Fig. 7A und 7B veranschaulichten Klemm-Mechanismus 5, begrenzt es auch die Strecke, bis zu der der Einsatz 3 in einen Schnitt in einem Werkstück eingeführt werden kann.
Bei beiden Ausführungsformen des Klemm-Mechanismus 5, die in den Fig. 7A, 7B, 8A und 8B veranschaulicht sind, sollte angemerkt werden, daß die obere Taschenfläche 45 nicht parallel zu der proximalen Taschenfläche 59 ist, sondern statt dessen in einem kleinen Winkel B zu dieser Fläche gekippt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel B zwischen 2º und 10º und mehr bevorzugt etwa 4º. Das Vorliegen eines kleinen Winkels zwischen der oberen Taschenfläche 45 der oberen Backe 7 und der proximalen Taschenfläche 59 der unteren Klemmbacke 9 ermöglicht es den elastischen Backen 7 und 9, in den distalen Abschnitt 19 der oberen Fläche 15 und die proximale untere Fläche 27 des Einsatzes 3 verkeilt und unter Reibung einzugreifen, wenn er von Hand in den Einsatzhalteabschnitt 40 des Mechanismus 5 eingesetzt wird. Um aus einem solchen verkeilten Eingriff unter Reibung vollen Nutzen zu ziehen, sind der distale Abschnitt 19 der oberen Fläche 15 des Einsatzes und die proximale untere Fläche 27 des Einsatzes 3 ebenfalls in einem Winkel geneigt, der vorzugsweise zwischen etwa 2º und 10º von der Parallelen, und am meisten bevorzugt etwa 5º beträgt (oder 1º größer ist als der Winkel B zwischen den Taschenflächen der Backen 7 und 9). Eine solche Winkelung resultiert in einem sicheren Kontakt zwischen der oberen und der unteren Backe 7, 9 und dem Schneideinsatz 3, wenn sich die Backen 7, 9 bei Aufnahme des Einsatzes 3 elastisch auseinanderspreizen.
Mit Bezug auf Fig. 9 umfaßt der Einsatz 3 nun vorzugsweise einen Schneidrücken 79 direkt hinter der Schneidkante 21, um eine Spanfläche zu bilden, und eine Spanbrechernut 81 unmittelbar hinter dem Schneidrücken 79. Die rückwärtige Kante der Spannut 81 endet in einer Spanbrecherwand 83, die in Bezug auf die Schneidkante 21 erhöht ist. Während eines Schneidvorgangs leitet die von der Schneidkante 21 und dem Schneidrücken 79 gebildete Spanfläche einen Metallspan in die Spannut 81, die ihn wiederum nach oben über die Spanbrecherwand 83 kräuselt. Das resultierende Kräuseln und die Kaltverfestigung des den Span bildenden Metalls führt dazu, daß der Span in kleine Teile zerbricht, die den Schneidvorgang des Einsatzes 3 nicht beeinträchtigen. Die Klemmanordnung der vorliegenden Erfindung wäre jedoch bei vielen Schneidkanten- und Spanführungsgeometrien gleichermaßen wirksam, und diese Konfiguration wird nur als ein Beispiel für viele mögliche Konfigurationen vorgestellt.
Die Funktionsweise der Schneidwerkzeug-Baugruppe 1 der Erfindung wird am besten anhand von Fig. 10 verständlich. Vor dem Bearbeitungsvorgang wird ein Einsatz 3 von Hand zwischen die obere und die untere Backe 7 und 9 des Klemm-Mechanismus 5 geschoben. Ein armartiges Werkzeug (nicht gezeigt), das schwenkbar an einem Ende in ein Loch 78 eingesetzt werden kann, kann für diesen Zweck bei der Ausführungsform des Klemm- Mechanismus 5 der Fig. 7A und 7B verwendet werden. Die Spannschraube 76 kann bei der Ausführungsform des Klemm- Mechanismus 5 der Fig. 8A-8B gelöst werden, um ein solches Einsetzen von Hand zu erleichtern. Die Elastizität der integral miteinander verbundenen oberen und unteren Backen 7, 9, verbunden mit der Verkeilungswirkung, die der zuvor erläuterte Winkel B zwischen der oberen Taschenfläche 45 und der proximalen Taschenfläche 59 vorsieht, klemmt den Einsatz sicher in die Backen 7, 9 ein. Diese Klemmkraft wird bei der Ausführungsform des Klemm-Mechanismus 5 der Fig. 8A-8B durch Anziehen der Spannschraube 76 noch weiter erhöht. Zusätzlich hilft die Wechselwirkung zwischen den im wesentlichen komplementär geformten oberen und proximalen V-Nuten 23, 31 mit der Schiene in den oberen und proximalen unteren Taschenflächen 45 und 59 bei der Sicherung des Einsatzes 3 gegen Seitenkräfte, die zwischen dem Einsatz 3 und dem Klemm-Mechanismus 5 im Zusammenhang mit einem Schneidvorgang auftreten.
Der Einsatz 3 kann unter Verwendung desselben armartigen Werkzeugs aus dem Klemm-Mechanismus 5 entfernt werden. Der Einsatz 3 kann aus dem Klemm-Mechanismus 5 entfernt werden, indem die Spannschraube 76 bei der Ausführungsform der Fig. 8A-8B gelöst wird.
Wenn der Einsatz 3 bis zu dem maximalen gewünschten Ausmaß zwischen die obere und die untere Backe 7, 9 geschoben wird, kommt die distale untere Fläche 29 bei beiden Ausführungsformen in starken und festen Eingriff mit der distalen Taschenfläche 67 der unteren Backe, wie in Fig. 10 veranschaulicht ist. Wenn die Schneidkante 21 mit einem sich drehenden Werkstück in Eingriff kommt, wird eine durch den Vektor F dargestellte Kraft erzeugt. Diese Kraft wird auf die Schneidkante 21 in einer Richtung von zwischen etwa 15º bis 45º von der vorderen Fläche 66 des Klemm-Mechanismus 5 ausgeübt. Die üblichsten Richtungen der Kraft sind etwa 26º von der vorderen Fläche 66. Der Winkel zwischen der oberen Taschenfläche 45 und der distalen unteren Fläche 29 kann optimiert werden, um einen festen Anschlag zu bilden, wobei jedoch gleichzeitig die Komponente der Kraft den Einsatz 3 wirksam in den Klemm-Mechanismus 5 drücken kann. Dieser Winkel D beträgt zwischen 22º und 90º und beträgt mehr bevorzugt zwischen etwa 45º und 65º. Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel 55º. Die durch den Schneidvorgang erzeugte Kraft hat auf diese Weise die Tendenz, den Einsatz 3 in dem Klemm-Mechanismus 5 noch weiter zu sichern.
Die Ausrichtung der proximalen Taschenfläche 59 der unteren Backe 9 ist derart, daß die auf den Einsatz wirkende Schnittkraft den Einsatz 3 nach unten und in die Tasche gegen die distale Taschenfläche 67 schiebt. Der Winkel E zwischen der proximalen Taschenfläche 59 und der distalen Taschenfläche 67 beträgt zwischen 100º und 160º. Er beträgt vorzugsweise zwischen 125º und 135º. Der am meisten bevorzugte Winkel beträgt 130º.
Die Winkeligkeit zwischen den Flächen 27 und 29 bewirkt, daß der Einsatz 3 nach oben abgelenkt wird, wodurch der distale Abschnitt 19 der vorderen Fläche 13 des Einsatzes noch fester mit der oberen Taschenfläche 45 der oberen Backe 7 in Eingriff gebracht wird. Somit wirkt die distale Taschenfläche 67 der unteren Backe 9 gleichzeitig als feste und breit dimensionierte Anschlagfläche für den Einsatz 3 unter Ablenkung einer Komponente der resultierenden Kraft F in eine engere und festere Klemmkraft zwischen dem oberen Abschnitt 19 des Einsatzes und der oberen Tasche 45.

Claims

1. Schneidwerkzeug-Baugruppe (1) zur Durchführung von Schneidevorgängen, mit:

einem Schneideinsatz (3) mit einer vorderen Fläche (13) und einer oberen Fläche (15), die an ihrer Schnittstelle eine Schneidkante bilden, und einer rückwärtigen Fläche (25);

einem Klemm-Mechanismus (5) mit einer oberen Klemmbacke (7) und einer unteren Klemmbacke (9) zur Aufnahme und elastischen Befestigung des Einsatzes (3),

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schneideinsatz (3) eine proximale untere Fläche (27) und eine distale untere Fläche (29) umfaßt, die aneinander angrenzen und zu der vorderen Fläche (13) bzw. der rückwärtigen Fläche (25) benachbart sind und die einen gewinkelten unteren Sitzabschnitt (30) bilden;

wobei die untere Klemmbacke (9) des Klemm-Mechanismus (5) eine proximale Taschenfläche (59) und eine distale Taschenfläche (67) umfaßt, die einen winklig vertieften Backenabschnitt zur Aufnahme der proximalen (27) und der distalen (29) unteren Fläche bilden, die den gewinkelten unteren Sitzabschnitt (30) des Einsatzes (3) bilden,

wobei die Länge der distalen unteren Fläche (29) des Einsatzes (3) zwischen etwa 50% und 100% der Länge der proximalen unteren Fläche (27) beträgt, und

wobei die distale Taschenfläche (29) einen Anschlag zur Begrenzung des Bereichs bildet, in dem der Einsatz (3) in die Klemmbacken (7, 9) aufgenommen ist.

2. Schneidwerkzeug-Baugruppe (1) nach Anspruch 1, bei der die obere Klemmbacke (7) eine obere Taschenfläche (45) zur Aufnahme der oberen Fläche (15) des Einsatzes (3) umfaßt, und eine oder beide der Taschenflächen der Klemmbacken (7, 9) oder die obere oder die untere Fläche des Einsatzes (3) mindestens eine Rille (23) umfaßt, und eine oder beide der Taschenflächen der Klemmbacken (7, 9) oder die obere oder die untere Fläche des Einsatzes (3) mindestens eine Schiene (46) umfaßt, die in der Rille aufgenommen werden kann, um dem Einsatz (3) im Klemm- Mechanismus (5) seitliche Stabilität zu verleihen.

3. Schneidwerkzeug-Baugruppe (1) nach Anspruch 2, bei der die mindestens eine Rille (23) und die mindestens eine Schiene (46) in der Querschnittsansicht V-förmig sind.

4. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die obere Klemmbacke (7) eine Taschenfläche (45) umfaßt, die bezüglich der proximalen Taschenfläche (27) der unteren Klemmbacke (9) zwischen etwa 2º und 10º geneigt ist, so daß die obere und die untere Klemmbacke (7, 9) den Einsatz (3) dazwischen sicher festklemmen.

5. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die distale Taschenfläche (67) bezüglich der proximalen Taschenfläche (59) abgewinkelt ist, um eine Komponente der Schnittkraft zum sicheren Festklemmen der oberen Fläche (15) des Einsatzes (3) gegen eine Taschenfläche (45) in der oberen Klemmbacke (7) umzuleiten.

6. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der winklig vertiefte Backenabschnitt (59, 67) des Klemm- Mechanismus (5) zur Form des gewinkelten unteren Sitzabschnitts (30) des Einsatzes im wesentlichen komplementär ist.

7. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die untere Klemmbacke (9) zwischen der proximalen und der distalen Taschenfläche (59, 67) eine gerundete Vertiefung (75) umfaßt.

8. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der Klemm-Mechanismus (5) ferner einen ausgeschnittenen Abschnitt (50) zwischen der distalen Taschenfläche (67) der unteren Klemmbacke (9) und der oberen Taschenfläche (45) der oberen Klemmbacke (7) umfaßt, um zwischen den Backen (7, 9) eine gesteigerte Elastizität vorzusehen.

9. Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die obere Klemmbacke (7) ein proximales, konisch zulaufendes Ende aufweist, um das mit einem Schneidevorgang einhergehende Entfernen von Spänen und die Kühlmittelzugängigkeit zu erleichtern.

10. . Schneidwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die untere Klemmbacke (9) eine vordere Fläche (66) aufweist, die während eines Schneidevorgangs im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist, und bei der die proximale Taschenfläche (59) zu der vorderen Fläche (66) benachbart und in einem Winkel von etwa 75º bis 85º dazu ausgerichtet ist.