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Dokumentenidentifikation DE102005050210A1 26.04.2007
Titel Schneideinsatz und Fräser
Anmelder Kennametal Widia Produktions GmbH & Co. KG, 45145 Essen, DE
Erfinder Bär, Jürgen Thomas, 90765 Fürth, DE;
Hecht, Jochen, 91522 Ansbach, DE
Vertreter Vomberg, F., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 42653 Solingen
DE-Anmeldedatum 20.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050210
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse B23B 27/16(2006.01)A, F, I, 20051020, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23C 5/08(2006.01)A, L, I, 20051020, B, H, DE   B23C 5/20(2006.01)A, L, I, 20051020, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper mit zwei größeren beabstandeten Längsflächen (10, 11), die durch zwei kleinere Querflächen (12, 13) und zwei kleinere als Spanflächen ausgebildete Längsflächen (14) miteinander verbunden sind, wobei die kleineren Längsflächen (14) mit den angrenzenden Flächen jeweils eine umlaufende, geschlossene Schnittlinie besitzen, die Schneidkanten und abgrundete Schneidecken bildet, und die größere Längsfläche (10, 11) jeweils beidseitig über abgerundete Kanten in die kleinere Querfläche (12, 13) übergeht und eine der abgerundeten Schneidecken gegenüber einer Grundform, die durch die beidseitigen Schnittlinien der größeren Längsflächen (10, 11) mit den kleineren Längsflächen (14) bestimmt wird, vorspringend ausgebildet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper mit zwei größeren beabstandeten Längsflächen, die durch zwei kleinere Querflächen und zwei kleinere als Spanflächen ausgebildete Längsflächen miteinander verbunden sind, wobei die kleineren Längsflächen mit den angrenzenden Flächen jeweils eine umlaufende, geschlossene Schnittlinie besitzen, die Schneidkanten und abgerundete Schneidecken bildet, und wobei die größere Längsfläche jeweils beidseitig über abgerundete Kanten in die kleinere Querfläche übergeht.

Die Erfindung betrifft ferner einen Fräser mit einem linear oder scheibenförmig ausgebildeten Grundkörper, an dem radial und tangential Scheideinsätze eingespannt sind.

Bereits in der DE 197 43 971 A1 wird erläutert, dass bei Zerspanungsarbeiten, bei denen Schneideinsätze gleichzeitig rotierend wie auch senkrecht zur Rotationsachse vorwärts bewegt werden, auf einem Werkzeugträger, insbesondere einem Scheibenfräser, peripher mehrere Schneideinsätze in wechselnder lateraler und tangentialer Anordnung vorgesehen sind. Unter einer tangentialen Anordnung ist zu verstehen, dass der Schneideinsatz umfangsseitig des Scheibenfräsers angeordnet ist und in Richtung des Fräswerkzeugmittelpunktes befestigt wird, wohingegen in einer lateralen Anordnung der Schneideinsatz seitlich am Fräswerkzeug angeordnet ist und in axialer Richtung befestigt wird, wobei die Schneidkante radial ausgerichtet ist. Je nach gewünschter Schnittbreite des auf einem Träger und mehreren Schneideinsätzen bestehenden Werkzeuges sind nebeneinander entsprechend viele Schneideinsätze vorgesehen. Wegen des nicht unerheblichen Schneideinsatzverschleißes kommen Wendeschneidplatten mit mehreren nutzbaren Schneiden zum Einsatz. Die Zahl der nutzbaren Schneiden wird durch die Grundform des Schneideinsatzes festgelegt, wobei sich bei einem Quader auf jeder Seite maximal vier Schneidkanten ergeben. Die strenge Quaderform eines Schneideinsatzes, bei der die größeren Längsflächen über abgerundete Kanten in kleineren Querflächen übergeht, liefert auf gegenüberliegenden Seiten zwei Spanflächen mit jeweils vier Schneidecken, die jeweils durch eine kürzere und eine längere Schneidkante gebildet werden. Solche Schneideinsätze sind bei einer Kurbelwellenbearbeitung im Wesentlichen zur Bearbeitung der seitlichen Wangen, der Hublager und der Ausformung eines Ölbundes geeignet.

Für sog. Unterstich-Bearbeitungen wird hingegen ein Schneideinsatz verwendet, der unterschiedlich lange größere Längsflächen besitzt, die durch jeweils schrägwinklig angeordnete Querflächen miteinander verbunden sind, so dass durch diese Querflächen sowie die entsprechende Kantenabrundungen eine spitzwinklig, aber asymmetrisch ausgebildete Schneidecke an jedem der vier Quaderenden entsteht.

Mit Schneideinsätzen nach der DE 197 43 971 A1 wird eine Schneideinsatzvariante beschrieben, bei der die längeren Schneidkanten eines quaderförmigen Schneideinsatzes durch Freimachungen unterbrochen sind, so dass die jeweils langen Schneidkanten in zwei kurze Schneidkantenabschnitte aufgeteilt werden.

Weitere Erläuterungen für Verfahren zur Bearbeitung von Kurbelwellen durch das Außenfräsen werden beispielsweise in der EP 0 830 228 B1 gegeben. Alternativ zu dem dort verwendeten Scheibenfräser können Kurbelwellen auch durch sog. Dreh-Räum- oder Dreh-Dreh-Räum-Werkzeuge bearbeitet werden. Hierunter versteht man ein lineares Werkzeug, dass in radialer Richtung auf das zu bearbeitende rotierende Werkzeug zugestellt wird. Auf einem Teilkreisumfang des scheibenförmig ausgebildeten Werkzeugträgers sind mehrere aufeinander folgende Schneideinsätze angeordnet, die schrittweise kontinuierlich längs eines ersten Abschnittes des Scheibenumfanges zunehmen. Dieses Werkzeug wird entlang eines Teilkreisbogens in radialer Richtung auf das rotierend bewegte Werkstück eingeschwenkt, was prinzipiell in der EP 0 313 644 B1 oder der EP 0 286 771 A1 beschrieben wird. Auch auf solchen leistenförmigen oder scheibenförmigen Werkzeugträgern werden geometrisch unterschiedliche Schneideinsatztypen für die Zapfenbearbeitung und die Fertigung des Unterstiches verwendet.

Neben den vorgenannten Verfahren ist auch das sog. Innenfräsen bekannt, bei dem ebenfalls mit einem scheibenförmigen Fräswerkzeug gearbeitet wird, allerdings mit der Maßgabe, dass die Schneideinsätze an der Innenmantelseite einer Ringscheibe angeordnet sind.

Die Kosten für die Bearbeitung eines Werkstückes, insbesondere einer Kurbelwelle, setzen sich aus mehreren Komponenten zusammen. Neben den reinen Bearbeitungszeiten, die durch die Geometrie sowie das Material der Werkzeuge und hierauf abgestimmte Dreh- oder Fräsgeschwindigkeiten bestimmt werden, wirken sich Leerlauf-Standzeiten, in denen die verwendete Werkzeugmaschine umgerüstet werden muss, kostensteigernd aus. Die Werkzeugkosten lassen sich bekanntlich durch Verwendung von sog. Wendeschneidplatten vermindern, die mehrere nacheinander nutzbare Schneiden besitzen, deren Anzahl aufgrund der verwendeten Geometrie jedoch begrenzt ist.

Nach dem Stand der Technik werden beim Kurbelwellenfräsen Wendeschneidplatten verwendet, in denen die unterschiedlichen Schnittoperationen zur Herstellung des Kurbelwellendurchmessers, der Kurbelwellenflanken, des Ölbundes und des Unterstiches mit speziell hierzu ausgebildeten Schneideinsätzen ausgeführt werden. Im Wesentlichen werden für die Unterstichfertigung sowie die Durchmesserbearbeitung und die Ölbundbearbeitung einer Kurbelwelle unterschiedliche Schneideinsätze benutzt.

Die Optimierung solcher Schneideinsätze für jeweils nur eine Bearbeitungsart, d. h. eine Unterstichfertigung, ist weitgehend ausgereizt, da wegen geometrischer Voraussetzungen die Zahl der verwendbaren Schneidkanten nicht mehr gesteigert werden kann. Allerdings ist es von Nachteil, dass auf den Werkzeugträgern jeweils unterschiedliche Sorten von Schneideinsätzen montiert werden müssen, was zur Verwechslungen während der Montage führen kann. Fehlmontierte Werkzeuge können jedoch ihre Funktion entweder nicht oder nur unzureichend erfüllen, schlimmstenfalls führt ein deplatzierter Schneideinsatz sogar zu einer irreparablen Werkstückschädigung. Darüber hinaus hat eine Vielzahl von Werkzeugen mit unterschiedlichen Geometrien den Nachteil erhöhter Lagerkosten, die ebenfalls bei der Berechnung der Werkstückkosten negativ zu Buche schlagen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz und ein Fräswerkzeug zu schaffen, mit denen die vorstehenden Nachteile beseitigt werden. Insbesondere soll das Schneidwerkzeug möglichst viele unterschiedliche Schnittoperationen, welche bei der Bearbeitung einer Kurbelwelle erforderlich sind, ausführen können.

Diese Aufgabe wird durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1 gelöst. Dieser Schneideinsatz ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der abgerundeten Schneidecken gegenüber einer Grundform, die durch die beidseitigen Schnittlinien der größeren Längsflächen mit der kleineren Längsfläche bestimmt wird, vorspringend ausgebildet ist. Vorzugsweise erstreckt sich dieser vorspringende Bereich über die gesamte Breite der größeren Längsfläche und wird durch eine Wulst gebildet, so dass an beiden Enden der Wulst spiegelsymmetrisch Vorsprünge gebildet werden. Anders als bei einer reinen Quaderform mit abgerundeten Ecken, bei der die kleinste Schnittbreite durch die Höhe der kleineren Querfläche bzw. den Abstand der größeren Längsflächen bestimmt wird, können mit dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz wegen des Vorsprungs auch schmalere Unterstiche gefertigt werden. Da auf einer Spanfläche nur eine Schneidecke vorspringend ausgebildet ist, bleiben an den übrigen drei Ecken die sich aus der Quaderform ergebenden Konturen erhalten, insbesondere steht eine lange Schneidkante zur Verfügung, die beidseitig durch zwei Schneidecken flankiert wird. Diese lange Schneide ist insbesondere für Durchmesser-Bearbeitungen, insbesondere Schrupparbeiten verwendbar. Wie im Einzelnen noch anhand der Beschreibung des Ausführungsbeispiels erläutert werden wird, ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz insgesamt acht nutzbare Schneiden, die in folgender Weise verwendbar sind:

Der Vorsprung sowie die angrenzende lange Schneidkante sind für die Unterstichfertigung und die Durchmesserbearbeitung (insbesondere Unterstichbearbeitung) zu benutzen. Hierzu wird der Schneideinsatz tangential eingespannt.

Ebenfalls in tangentialer Einspannung, allerdings um 180° gedreht, kann ein Zapfendurchmesser zusammen mit einem abgebrochenen Ölbund gefertigt werden. Die dem Vorsprung diametral gegenüberliegende Schneidecke lässt sich zur Schruppbearbeitung eines Ölbundes (bei lateraler bzw. radialer Schneideinsatzausrichtung) verwenden. Schließlich kann die kurze Schneidkante zur Durchmesser-Schruppbearbeitung bei lateraler Einspannung des Schneideinsatzes benutzt werden.

Die Kontur des Vorsprungs bzw. der Wulst wird im Wesentlichen durch die Geometrie des herzustellenden Unterstiches bzw. des Ölbundes bestimmt. Vorzugsweise besitzt jeder Vorsprung eine Anstiegsflanke, die schräg oder rechtwinklig zum benachbarten linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt verläuft, wobei sich dieser Anstiegsflanke vorzugsweise ein Linearstück anschließt, dass in einen gerundeten Eckenbereich übergeht. Der Vorsprung des Schneideinsatzes kann symmetrisch oder asymmetrisch zu einer durch die betreffende Ecke gelegte Winkelhalbierende ausgebildet sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes besitzt der gerundete Eckenbereich des Vorsprungs bzw. vorspringenden Schneidkantenabschnittes einen Radius, der maximal gleich groß, vorzugsweise kleiner ist als die Eckenradien der übrigen Schneidecken. Beispielsweise können drei Schneidecken gleich große Radien von 2,5 mm und der Vorsprung einen Schneideckenradius von 1,8 mm besitzen.

Vorzugsweise ist der Radius des vorspringen ausgebildeten Eckenbereiches maximal 3 mm, weiterhin vorzugsweise 1,7 mm bis 2,5 mm.

Die Übergangsbereiche vom linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt zur Anstiegsflanke sind abgerundet und besitzen nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung einen Radius von 0,5 mm +/- 0,1 mm.

Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch einen Fräser nach Anspruch 7 gelöst. Dieser Fräser ist wenigstens zum Teil mit Schneideinsätzen der vorgeschriebenen Art bestückt, vorzugsweise ausschließlich mit solchen Schneideinsätzen, die abwechselnd in alternierender Folge lateral (radial) und tangential eingespannt sind.

Weitere Vorteile sowie Ausführungsformen werden anhand der Zeichnungen im Folgenden erläutert. Es zeigen

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes,

1a eine Teilansicht des Vorsprungs,

2 eine Draufsicht auf die Spanfläche des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes in einer weiteren Ausführungsform,

3 eine perspektivische schematische Teilansicht eines Werkzeugfräsers in einer ersten Ausführungsform und

4 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugfräsers in einer zweiten Ausführungsform.

Der erfindungsgemäße Schneideinsatz besitzt zwei parallel zueinander angeordnete größere Längsflächen 10 und 11, zwei kleinere Querflächen 12 und 13 sowie zwei gegenüberliegend angeordnete kleinere Längsflächen 14, die als Spanfläche ausgebildet sind. Erfindungsgemäß weist der Schneideinsatz gegenüber der streng geometrischen Quaderform mit abgerundeten Ecken einen Vorsprung 15 auf, der beidseitig auf der Spanfläche als Stirnfläche einer Wulst 16 gebildet wird, die sich über die gesamte Breite des Schneideinsatzes erstreckt. Durch diese Geometrie ergeben sich eine lange Schneidkante 17, die jeweils beidseitig durch Schneidecken 18 und 19 flankiert wird, eine kurze Schneidkante 20, die durch die Schneidecken 18 und 21 flankiert wird sowie eine weitere lange Schneidkante 22, der sich auf einer Seite der Vorsprung 15 und auf der anderen Seite die Schneidkante 21 anschließt. Der Vorsprung 15 besitzt, wie aus 1a zu erkennen ist, einen abgerundeten Bereich 151 sowie zwei sich hieran anschließende Linearstücke 152 und 153, die entweder über eine schräge Anstiegsflanke 154 oder eine rechtwinklig angeordnete Anstiegsflanke 155 flankiert werden, denen sich die Schneidkante 13 bzw. 22 anschließt. Ggf. kann noch ein Freistich 156 vorgesehen sein.

Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, kann wenigstens teilweise entlang der Schneidkanten eine Fase 23 vorgesehen sein, die lediglich im Bereich des Linearstückes 153 und im Bereich des Freistiches 156 unterbrochen wird.

Des Weiteren kann der Schneideinsatz abfallende Flanken 24 besitzen, die unter einem positiven (Span-) Winkel angeordnet sind. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, dass im Bereich der abfallenden Flanken oder in dem mittleren Bereich 25, der durch die abfallenden Flanken 24 umrahmt wird, Spanformelemente in der Gestalt von Erhebungen und/oder Vertiefungen angeordnet sind.

Die Radien in den Schneidecken 18, 19 und 21 betragen nach einer konkreten Ausführungsform 2,5 mm, wohingegen der Eckenradius des Schneideckenbereichs 151 einen kleineren Radius, zum Beispiel von 1,8 mm besitzt. Die Schutzfase 23 sollte möglichst kleiner als 0,1 mm, insbesondere 0,08 mm breit sein. Die kürzere Querfläche 13 wird nicht exakt parallel zur Querfläche 12 ausgerichtet, sondern in einem Winkel von ca. 5° hierzu nach Innen geführt.

Die Schneideinsätze besitzen eine Durchgangsbohrung 26 zur Aufnahme einer Spannschraube.

3 und 4 zeigen mögliche Verwendungen der erfindungsgemäßen Schneideinsätze in einem Scheibenfräser 30. Die erfindungsgemäße Schneideinsätze 31 und 32 sind tangential eingespannt, wobei deren Schneidkanten 22 (siehe 1) in Verbindung mit dem Vorsprung 15 die Fertigung eines Unterstiches mit einer Zapfenbearbeitung, insbesondere als Schlichtbearbeitung dienen. Die lateral eingespannten und nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsätze 33 und 34 besitzen einen im Wesentlichen ausgebildete spitzwinklige Schneidkante, mit der ein Unterstich durch Schruppbearbeitung hergestellt wird. Entsprechend dem vorbeschriebenen Aufgabenbereich sind die Vorsprünge 15 des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes so angeordnet, dass sie die Schneidkanten der Schneidsätze 33 und 34 leicht überragen.

4 zeigt einen Fräser, bei dem ausschließlich erfindungsgemäße Schneideinsätze in lateraler und tangentialer Einspannung verwendet werden. Der tangential eingespannte Schneideinsatz 35 schneidet sowohl einen Zapfendurchmesser als (seitlich) einen Ölbund. Der Schneideinsatz 36 ist lateral am Werkzeugträger 30 befestigt, wobei dessen Schneide 37 als lateraler Hauptschneide benutzt wird.

Der Schneideinsatz 38 dient mit seiner Schneide 39 zur Bearbeitung eines Ölbundes. Sämtliche Schneideinsätze gemäß 4 dienen zum Schruppen (Grobbearbeiten) einer Kurbelwelle, wohingegen die Schneideinsätze 31 und 32 zur Schlichtbearbeitung verwendet werden.

Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Wendeschneidplatte insgesamt acht nutzbare Schneiden besitzt, mit denen folgende vier Bearbeitungsschritte durchgeführt werden können, nämlich die Schlichtfertigung eines Unterstiches in Verbindung mit einer Zapfendurchmesserbearbeitung, die Durchmesserschruppbearbeitung sowie die Bearbeitung eines abgebrochenen Ölbunds, die Ölbundbearbeitung (durch Vorsprung 15) und die Durchmesserschruppbearbeitung in Verbindung mit der Tangentialbearbeitung. Je nach Ausrichtung des Schneideinsatzes auf einem Werkzeugträger (insbesondere einem Scheibenfräser) kann eine Schlicht- oder eine Schrupp-Zerspanung durchgeführt werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Schneideinsätze auch in nach dem Stand der Technik bekannten Kassetten eingespannt und entsprechend ausgerichtet werden.

Mit den erfindungsgemäßen Schneideinsätzen bzw. Fräsern ist die Bearbeitung von Nichteisenmetallen, Eisen, sowie insbesondere Stahl und Guss möglich. Die Schneideinsätze bestehen aus einem Hartmetall oder einem Cermet, der je nach Zerspanungsart und Werkstücksorte auch mit ein- oder mehrlagigen Beschichtungen, z. B. Metallcarbiden, Nitriden oder Carbon-Nitriden oder Aluminiumoxyd beschichtet sein kann.

Die besonderen Vorteile des neuen Schneideinsatzes bestehen darin, dass vier unterschiedliche Schneideinsätze ersetzt werden können, wodurch die Lagerhaltung erheblich vereinfacht wird. Die hieraus resultierenden verminderten Lagerkosten wirken sich auch reduzierend auf die Fertigungskosten aus. Weitere Einsparungen ergeben sich daraus, dass für die Werkzeugfertigung eine geringere Anzahl von Pressen und Schleifwerkzeugen benötigt werden, da anstelle von vier unterschiedlichen Werkzeuggeometrien nur eine einzige Werkzeuggeometrie hergestellt werden muss.


Anspruch[de]
Schneideinsatz mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper mit zwei größeren beabstandeten Längsflächen (10, 11), die durch zwei kleinere Querflächen (12, 13) und zwei kleinere als Spanflächen ausgebildete Längsflächen (14) miteinander verbunden sind, wobei die kleineren Längsflächen (14) mit den angrenzenden Flächen jeweils eine umlaufende, geschlossene Schnittlinie besitzen, die Schneidkanten und abgerundete Schneidecken bildet, und wobei die größere Längsfläche (10, 11) jeweils beidseitig über abgerundete Kanten in die kleinere Querfläche (12, 13) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass eine der abgerundeten Schneidecken gegenüber einer Grundform, die durch die beidseitigen Schnittlinien der größeren Längsflächen (10, 11) mit den kleineren Längsflächen (14) bestimmt wird, vorspringend ausgebildet ist. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Bereich (15) durch eine sich über die gesamte Breite der größeren Längsfläche erstreckende Wulst (16) gebildet wird, so dass an deren Enden spiegelsymmetrische Vorsprünge (15) vorliegen: Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung (15) eine schräg oder rechtwinklig zum benachbarten linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt verlaufende Anstiegsflanke (154, 155) aufweist, der sich vorzugsweise ein Linearstück (152, 153) anschließt, das in einen gerundeten Eckenbereich (151) übergeht. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gerundete Eckenbereich (151) des Vorsprungs (15) einen Radius besitzt, der maximal gleich groß, vorzugsweise kleiner ist als die Eckenradien der übrigen Schneidecken (18, 19, 21). Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des vorspringend ausgebildeten Eckenbereichs (151) maximal 3 mm, vorzugsweise 1,7 mm bis 2,5 mm beträgt. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsbereiche von linear verlaufenden Schneidkantenabschnitten (152, 153) zur Anstiegsflanke (154, 155) abgerundet sind und vorzugsweise einen Radius von 0,5 mm +/- 0,1 mm aufweisen. Fräser mit einem linear oder scheibenförmig ausgebildeten Grundkörper (30), an dem radial wie tangential Schneideinsätze eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schneideinsätze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist. Fräser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze in alternierender Folge radial und tangential eingespannt sind.






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