DE69719348T2

DE69719348T2 - Fräser mit schneideinsatz

Info

Publication number: DE69719348T2
Application number: DE69719348T
Authority: DE
Inventors: Kjell Andersson
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: CN1086326C; SE9603817L; EP1181999B1; DE69732385T2; KR20000049257A; EP1181999A3; DE69732385D1; WO1998016341A1; JP2001502250A; SE511550C2; CN1233201A; KR100487470B1; SE9603817D0; DE69719348D1; EP1181999A2; EP0932468A1; EP0932468B1; US6196771B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug und einen Schneideinsatz für das Stirnfräsen, wie in dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches beschrieben ist.

Stand der Technik

Durch die UK 951 624 sind ein Werkzeug und ein Schneideinsatz im wesentlichen der vorstehend beschriebenen Art bekannt, wobei das Werkzeug so vorgesehen ist, daß alle Schneidkanten in dem aktiven Eckenabschnitt des Schneideinsatzes mit dem Werkstück während der Bearbeitung in Eingriff kommen. Dies bedeutet, daß alle Schneidkanten in dem Eckenabschnitt gleichzeitig dem Abrieb unterworfen sind, und deshalb kann z. B. ein tetragonaler Schneideinsatz höchstens auf 8 Positionen mit neuen Schneidkanten umgesetzt werden. US-A-4,616,962 beschreibt einen Fräseinsatz mit vier Schneidkanten.

Aufgaben der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Werkzeuges für das Stirnfräsen, wobei mindestens 16 neue Schneidkanten verwendet werden können.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schneideinsatzes zum Stirnfräsen mit vielen Schneidkanten, wodurch die Verwendung ökonomisch vorteilhaft gemacht wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schneideinsatzes gemäß einer alternativen Ausführungsform, der entwickelt ist, um den Span dazu zu bringen, sich in einer Richtung zu biegen, welche eine kleine Kontaktfläche und folglich einen niedrigen Reibkoeffizienten zwischen dem Span und dem Schneideinsatz zur Folge hat.
Diese und andere Aufgaben erreicht man durch ein Werkzeug und einen Schneideinsatz für das Stirnfräsen gemäß den nachfolgenden Ansprüchen unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen tetragonalen Schneideinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
Fig. 2 zeigt den Schneideinsatz in einer Seitenansicht.
Fig. 3A zeigt den Schneideinsatz in einem Querschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1, und
Fig. 3B zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer Schneidecke in Fig. 3A.
Fig. 4 zeigt den Schneideinsatz im Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines tetragonalen Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
Fig. 6 zeigt den alternativen Schneideinsatz in einer Seitenansicht.
Fig. 7 zeigt den alternativen Schneideinsatz in einem Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 5.
Fig. 8 zeigt ein Werkzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Vergrößerungen der aktiven Ecke des Werkzeuges für die zwei Alternativen, wenn man auf die Ebene der aktiven Seitenflächen des Schneideinsatzes blickt.
Fig. 11 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform eines Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 und 9 ist ein Schneideinsatz 11 für das Stirnfräsen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schneideinsatz besteht aus einer Matrix aus gesintertem, vorzugsweise beschichtetem Sinterkarbid und hat eine polygonale Grundgestalt, in diesem Falle eine tetragonale Grundgestalt. Der Schneideinsatz kann alternativ pentagonal oder hexagonal sein. Der Schneideinsatz 11 weist zwei im wesentlichen parallele Seitenflächen 12, 13 sowie diese vereinigende Kantenflächen 14A-14D auf. Die Seitenfläche 13 ist identisch der Seitenfläche 12, und deshalb wird nachfolgend nur eine Seitenfläche beschrieben. Der Schneideinsatz 11 hat eine negative Geometrie, d. h. die Kantenflächen verbinden senkrecht die Seitenflächen. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch möglich, daß der Schneideinsatz eine doppelpositive Geometrie hat, d. h. jede Kantenfläche bildet einen spitzen Winkel mit den verbundenen Seitenflächen dadurch, daß eine mittige Umfangsausnehmung in den Kantenflächen 14A-14D vorgesehen ist. Schneidkanten 15, 16 sind im Bereich des Schnittes der Seitenfläche 12 mit der Kantenfläche 14 gebildet. In der Schneidecke 17 zwischen zwei benachbarten Kantenflächen, z. B. 14A und 14B, sind im wesentlichen ebene oder etwas gewölbte Fasenflächen 18A und 18B vorgesehen. Die Kanten, die im Bereich des Schnittes der Seitenfläche 12 mit der entsprechenden Fasenfläche 18 um die Winkelhalbierende B der Schneidecke 17 herum angeordnet sind, werden Nebenschneidkanten 16 genannt. Diese Kanten erzeugen die Oberfläche auf dem Werkstück 40 während des Stirnfräsens dadurch, daß sie parallel zu der Fläche des Werkstückes angeordnet sind, welches senkrecht zur Drehachse des Fräswerkzeuges erzeugt oder angeordnet werden soll. Die verbleibenden Kanten, die vorgesehen sind, um den Hauptteil des Materials in der Form von Spänen zu schneiden, werden Hauptschneidkanten 15 genannt. Nur eine Hauptschneidkante und eine Nebenschneidkante müssen gleichzeitig in Eingriff stehen, und dadurch arbeiten diese zwei Kanten paarweise. Die Nebenschneidkante 16 bildet einen spitzen Außenwinkel α mit der zugeordneten Hauptschneidkante 15. Der Winkel α liegt im Bereich von 38º bis 42º und beträgt vorzugsweise rund 40º.
Die Hauptschneidkante 15 steht einwärts mit einer Spanstauchfläche oder primären Fase 19, Fig. 3B, in Verbindung, welche den äußersten Umfangsteil der Seitenfläche 12 bildet. Die Primärfase ist negativ angewinkelt und erstreckt sich nicht längs der Schneidecke 17, denn die Nebenschneidkante 16 muß so scharf wie möglich sein und so leicht wie möglich schneiden, statt dessen wird aber ein geeigneter Kantenradius auf der Schneidkante 16 gewählt. Eine erste Spanbildungsfläche 20 ist innerhalb der Spanstauchfläche 19 angeordnet. Eine zweite Spanbildungsfläche 21 ist innerhalb der Nebenschneidkante in der Schneidecke angeordnet. Die zweite Spanbildungsfläche 21, Fig. 4, ist seichter als die erste Spanbildungsfläche 20, um während des Stirnfräsens die Späne zu formen. Ein Bereich 22 ist in der Seitenfläche 12 symmetrisch um die Winkelhalbierende B vorgesehen, um ferner günstige Späne zu bilden und um am besten die Schneidecke zu stützen.
Aus der Seitenansicht ist ersichtlich, daß die Nebenschneidkanten 16 in Ebenen parallel zu den Seitenflächen aber etwas unter der zugehörigen Seitenfläche vorgesehen sind. Die Nebenschneidkante 16 steht mit der zugehörigen Hauptschneidkante 15 über einen Radius R1 in Verbindung. Alternativ kann der Radius R1 durch eine Anzahl von ebenen Facetten ersetzt sein. Mit dem Ausdruck "zugehörige Hauptschneidkante und Nebenschneidkante" ist hier gemeint, daß nur diese Schneidkanten während des Fräsens zusammenwirken und daß sie möglicherweise über einen Radius körperlich miteinander verbunden sind. Verbindungsnebenschneidkanten 16 bilden einen stumpfen Innenwinkel &epsi;, der in der Größenordnung von 170º liegt, und die Nebenschneidkanten sind um die Winkelhalbierende B spiegelbildlich angeordnet. Jede Nebenschneidkante schafft eine Verbindung mit einer im wesentlichen ebenen Fasenfläche auf der Freifläche.
Benachbarte Fasenflächen schaffen die Verbindung längs einer Linie E, die mit der Ebene der Winkelhalbierenden zusammenfällt. Die Hauptschneidkante 15 ist mit einem Radius R2 konkav gekrümmt mit der Absicht, einen etwas positiven Axialwinkel zu bilden, obwohl der Schneideinsatz negativ in dem Fräskörper angebracht wurde. Der Radius R2 ist größer als die Länge der Seite L des Schneideinsatzes. Der größte Abstand zwischen der Hauptschneidkante und der Ebene der verbundenen Seitenfläche befindet sich in der Mitte M der Hauptschneidkante, wobei dieser Abstand kleiner als 1 mm aber größer als 0,4 mm ist.
Um in der Lage zu sein, alle 16 Schneidkantenpaare auf die zweckmäßigste Weise zu verwenden, sollte die Hauptschneidkante 15 auf nicht mehr als der Hälfte ihrer Längserstreckung benutzt werden, d. h. zur Mitte des Schneideinsatzes. Dies bedeutet, daß die Schneidtiefe A die Hälfte der Länge der Seite L des Schneideinsatzes nicht überschreiten sollte, d. h. die Schneidtiefe sollte maximal sein A = L/2·sin K, wobei K der Einstellwinkel ist.
Wenn wir nun auf die Fig. 5 bis 7 Bezug nehmen, so ist dort eine alternative Ausführungsform eines Schneideinsatzes 11' gemäß der vorliegenden Erfindung für das Stirnfräsen gezeigt. Dieselben Einzelheiten bei der alternativen Ausführungsform haben dieselben Bezugszahlen. Der Schneideinsatz 11' wurde gegenüber dem früher beschriebenen Schneideinsatz insofern verändert, als er außer den Eckenabschnitten des Schneideinsatzes 11' eine Anzahl von Ausnehmungen 23' in der Spanbildungsfläche 20' aufweist, wobei diese Ausnehmungen längs der zugehörigen Hauptschneidkante 15' getrennt sind und sich im wesentlichen quer zu der zugehörigen Hauptschneidkante 15' erstrecken. Die Ausnehmungen sind in Gruppen von sieben Stück oder dergleichen um die Mittellinie M des Schneideinsatzes vorgesehen. Maxima bzw. Kopfflächen 24' sind in der Spanbildungsfläche 20' zwischen den Ausnehmungen 23' angeordnet und überbrücken die Ausnehmung 23' in einer Richtung längs der zugehörigen Hauptschneidkante 15'. Die Ausnehmungen 23' erstrecken sich nicht senkrecht zu der Schneidkante 15', sie bilden aber einen spitzen Winkel β mit einer Linie senkrecht zu der zugehörigen Schneidkante 15', wie man in Fig. 5 sieht. Der Winkel β liegt im Bereich von 5º bis 55º, vorzugsweise im Bereich von 10º bis 20º. Ein bevorzugter Wert für den Winkel β liegt in der Größenordnung von 15º. Ein Vorteil dieser Art von Spanbildungseinrichtung liegt darin, daß relativ gesehen wenig Wärme von dem Span zu dem Schneideinsatz überführt wird und deshalb Probleme, die mit hohen Temperaturen in der Schneidkante 15' zusammenhängen, wie z. B. plastische Verformung und/oder diffuser Abrief, vermieden sind. Dies führt zu einem beschränkten Abrieb der Schneidkante und folglich zu einer besseren Werkzeuglebensdauer auch bei hohen Temperaturen. Eine solche Art von Spanbildung ist näher in der US-A-5,074,720 beschrieben, welche hiermit bezüglich der Spanbildung zum Teil der Beschreibung gemacht wird.
In Fig. 8 ist eine Stirnfrässchneideinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, einschließlich einem Fräskörper 30, der dafür vorgesehen ist, in einer Fräsmaschine gedreht zu werden. Der Fräskörper weist eine Anzahl von Sitzen für die Aufnahme von tetragonalen, pentagonalen oder hexagonalen Schneideinsätzen auf. Eine Einstellvorrichtung 31 ist vorgesehen, um eine Feineinstellung des Schneideinsatzes in der Tasche für diesen zu ermöglichen. Der Schneideinsatz ist so vorgesehen, daß er in bekannter Weise mit einer Klemmeinrichtung nach der Feineinstellung festgeklemmt wird. Man erkennt aus der Figur, daß die zugehörige Hauptschneidkante 15 und Nebenschneidkante 16 auf ein und derselben Seite der Winkelhalbierenden B vorgesehen sind und zwei Nebenschneidkanten in der Winkelhalbierenden oder in enger Nachbarschaft zu dieser miteinander in Verbindung stehen. Die aktive Nebenschneidkante 16 ist im wesentlichen senkrecht zur Drehachse CL der Stirnfrässchneideinrichtung angeordnet. Eine Nebenschneidkante 16A erzeugt die Oberfläche des Werkstückes, während die andere Nebenschneidkante 16B in einem Abstand von der Werkstückoberfläche unter Bilden eines Freiwinkels mit dieser Oberfläche vorgesehen ist. Das Werkzeug hat einen Einstellwinkel K, der maximal 42º beträgt. Die Hauptschneidkante 15 ist vorgesehen, um den Hauptteil des Materials, welches bearbeitet werden soll, in Form von Spänen zu schneiden und sollte daher mittels der Spanstauchungsfläche 19 verstärkt werden, während die Nebenschneidkante 16A eine Schlichtschneidkante bildet und deshalb schärfer sein sollte als die Hauptschneidkante 15.
In den Fig. 8 und 10 sind die Schneideinsätze 11 bzw. 11' mit dem Werkstück 40 in Eingriff gezeigt. Das Werkzeug arbeitet mit einem Einstellwinkel K, K' von etwa 40º.
Fig. 11 zeigt einen pentagonalen Schneideinsatz 11", wobei der Einstellwinkel K" so gewählt ist, daß er im Bereich von 15º bis 30º, vorzugsweise zwischen 20º und 25º liegt. Der Schneideinsatz 11" hat zwei Paare von Schneidkanten.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Werkzeug und einen Schneideinsatz zum Stirnfräsen, wobei mindestens 16 neue Schneidkanten verwendet werden können. Der Schneideinsatz hat mindestens 8 Paare von Schneidkanten, die in einer Drehrichtung benutzt werden sollen, und mindestens 8 Paare von Schneidkanten, die in einer entgegengesetzten Drehrichtung benutzt werden sollen, wodurch die Benutzung ökonomisch vorteilhaft wird.
Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann die Grundform des Schneideinsatzes pentagonal oder hexagonal sein. Außerdem können die Ausnehmungen 23' durch Vorsprünge oder ähnliche Gestaltungen ersetzt werden. Auch in anderer Beziehung kann die Erfindung innerhalb der Grenzen der anliegenden Ansprüche frei variiert werden.

Claims

1. Stirnfräswerkzeug mit einem Fräskörper (30), der dafür vorgesehen ist, in einer Fräsmaschine gedreht zu werden, wobei der Fräskörper eine Anzahl von Sitzen aufweist für die Aufnahme tetragonaler, pentagonaler oder hexagonaler Schneideinsätze (11; 11'; 11"), wobei der Schneideinsatz zwei im wesentlichen parallele Seitenflächen (12, 13; 12', 13') sowie diese vereinigende Kantenflächen (14A-14D; 14A'-14D') aufweist und ferner eine Anzahl von Schneidkantenpaaren aufweist, die in einem Übergang zwischen einer Seitenfläche (12, 13; 12'13') und einer Kantenfläche (14A-14D; 14A'-14D') des Schneideinsatzes gebildet sind, die Seitenfläche eine Spanfläche bildet und die Kantenfläche eine Freifläche bildet, jedes der Schneidkantenpaare eine Hauptschneidkante (15; 15') und eine Nebenschneidkante (16; 16') aufweist, die sich im Bereich einer Schneidecke (17; 17') treffen, die Ecke eine Winkelhalbierende (B; B') hat, die Nebenschneidkante vorgesehen ist, um eine Fläche auf einem Werkstück (40) zu erzeugen, und die Nebenschneidkante (16; 16') im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (CL) des Stirnfräswerkzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Hauptschneidkante (15; 15') und Nebenschneidkante (16; 16') auf ein und derselben Seite der Winkelhalbierenden (B; B') vorgesehen sind und daß zwei Nebenschneidkanten an oder in der Nachbarschaft der Winkelhalbierenden (B; B') in Verbindung zueinander stehen und daß der Schneideinsatz (11; 11'; 11") mindestens 16 Schneidkantenpaare aufweist.

2. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen Einstellwinkel (K; K'; K") hat, der maximal 42º beträgt.

3. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander in Verbindung stehende Nebenschneidkanten (16; 16') einen stumpfen inneren Winkel (&epsi;; &epsi;') bilden, wobei eine der Nebenschneidkanten eine Fläche auf dem Werkstück erzeugt, während die andere Nebenschneidkante in einem Abstand von dieser Fläche des Werkstücks vorgesehen ist durch Bilden eines Freiwinkels mit der Fläche.

4. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidkante (15; 15') vorgesehen ist, um den Hauptteil des zu schneidenden Materials in der Form von Spänen zu schneiden, und daß die Nebenschneidkante (16; 16') schärfer als die Hauptschneidkante (15; 15') ist.

5. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von zueinander separaten, längs und innerhalb der Schneidkante angeordneten Ausnehmungen (23') oder Vorsprüngen in oder auf der ersten konkaven spanformenden Fläche (20') vorgesehen ist und daß die Ausnehmungen (23') oder die Vorsprünge eine Längserstreckung in einer Richtung haben, welche einen gewissen Winkel (β) mit einer Linie bilden, die senkrecht zu der zugeordneten Schneidkante (15') liegt, und daß der Winkel (β) in dem Intervall von 5º- 55º liegt, vorzugsweise in dem Intervall von 10º-20º liegt und am meisten bevorzugt etwa 15º beträgt.