DE10052160B4

DE10052160B4 - Schneidwerkzeugeinheit

Info

Publication number: DE10052160B4
Application number: DE10052160.6A
Authority: DE
Inventors: Guy Hanoch
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: IL132526A; IL132526A0; KR20010051152A; DE10052160A1; US6390482B1; JP4806115B2; KR100617422B1; JP2001157927A

Abstract

Werkzeugeinheit (10) mit einem Einsteckelement (12) und einem Aufnahmeelement (14), wobei in einem nicht zusammengesetzten Zustand: das Einsteckelement (12) eine Längsachse B und einen hinteren zylindrischen Abschnitt (18) mit einem Durchmesser D1 aufweist; das Aufnahmeelement (14) eine Längsachse C und eine sich von einem vorderen Ende (26) des Aufnahmeelements (14) aus nach hinten erstreckende Bohrung (28) mit variablem Durchmesser aufweist, wobei die Bohrung (28) mit variablem Durchmesser ein vorderes und ein hinteres Ende (30, 32) aufweist, wobei das vordere Ende (30) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser einen vorderen Durchmesser D2 und das hintere Ende (32) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser einen hinteren Durchmesser D3 aufweist, wobei D3 größer ist als D2 und D1 größer ist als D2 und größer als D3; und wobei in einem zusammengesetzten Zustand: der hintere zylindrische Abschnitt (18) des Einsteckelements (12) mindestens teilweise im Aufnahmeelement (14) gehalten wird und durch die im Aufnahmeelement (14) ausgebildete Bohrung (28) mit variablem Durchmesser so gehalten wird, daß der vordere Durchmesser D2 und der hintere Durchmesser D3 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser dem Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Abschnitts (18) des Einsteckelements (12) im wesentlichen gleich sind und die Achse B mit der Achse C zusammenfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsteck-/Aufnahmekupplungsmechanismus, durch den ein Einsteck- und ein Aufnahmeelement durch einen Wärmeschrumpfungsprozeß lösbar und starr miteinander verbunden werden.
Zusammengesetzte Werkzeuge bzw. Werkzeuganordnungen oder Werkzeugeinheiten mit Einsteck- und Aufnahmeelementen, die durch Wärmeschrumpfung miteinander verbunden werden, sind bekannt. Eine solche Werkzeugeinheit ist beispielsweise in der US 5 311 654 A dargestellt. Wie in 4 der US 5 311 654 A dargestellt ist, wird ein Werkzeugschaft in einer Montageöffnung aufgenommen, wenn ein Buchsen- oder Büchsenelement durch eine Wärmequelle, z. B. eine Hochfrequenzheizeinrichtung, erwärmt wird. Durch die Wärme wird veranlaßt, daß sich der effektive Durchmesser der Montageöffnung in ausreichendem Maß erweitert, um zu ermöglichen, daß der Werkzeugschaft gleitend darin eingeführt werden kann. Nachdem die Wärmequelle entfernt wurde, wird durch thermische Kontraktion veranlaßt, daß die Montageöffnung eine starre Grenzfläche, z. B. einen Metall-Metall-Preßsitz, zwischen dem Büchsenelement und dem Werkzeugschaft bildet.
Durch eine solche Anordnung wird das Schneidwerkzeug starr und konzentrisch im Büchsenelement gehalten. Die auf den Werkzeugschaft ausgeübte Haltekraft ist jedoch am hinteren Ende der Montageöffnung größer als am vorderen Ende der Montageöffnung, weil das Büchsenelement an seinem vorderen Ende weniger starr ist als an seinem hinteren Ende.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zusammengesetztes Werkzeug bzw. eine Werkzeugeinheit bereitzustellen, durch die unter anderem die vorstehend erwähnten Nachteile wesentlich reduziert oder eliminiert werden.
Erfindungsgemäß wird eine Werkzeugeinheit mit einem Einsteck- und einem Aufnahmeelement bereitgestellt, wobei in einem demontierten oder nicht zusammengesetzten Zustand:
das Einsteckelement eine Längsachse B und einen hinteren zylindrischen Abschnitt mit einem Durchmesser D1 aufweist;
das Aufnahmeelement eine Längsachse C und eine sich von einem vorderen Ende des Aufnahmeelements aus nach hinten erstreckende Bohrung mit sich veränderndem bzw. variablem Durchmesser aufweist, wobei die Bohrung mit variablem Durchmesser ein vorderes und ein hinteres Ende aufweist, wobei das vordere Ende der Bohrung mit variablem Durchmesser einen vorderen Durchmesser D2 und das hintere Ende der Bohrung mit variablem Durchmesser einen hinteren Durchmesser D3 aufweist, wobei D3 größer ist als D2 und D1 größer ist als D2 und größer als D3;
und wobei in einem montierten oder zusammengesetzten Zustand:
der hintere zylindrische Abschnitt des Einsteckelements mindestens teilweise im Aufnahmeelement gehalten wird und durch die im Aufnahmeelement ausgebildete Bohrung mit variablem Durchmesser so gehalten wird, daß der vordere Durchmesser D2 und der hintere Durchmesser D3 der Bohrung mit variablem Durchmesser dem Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Abschnitts des Einsteckelements gleich sind und die Achse B mit der Achse C übereinstimmt bzw. damit zusammenfällt.
Vorzugsweise verjüngt sich die Bohrung mit variablem Durchmesser nach vorne zum vorderen Ende des Aufnahmeelements hin.
Gemäß einer spezifischen Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht das Aufnahmeelement aus Stahl und das Einsteckelement aus hartem bzw. festem Karbid, und in einem nicht zusammengesetzten Zustand ist der Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Abschnitts des Einsteckelements 0,017 mm größer als der vordere Durchmesser D2 der Bohrung mit variablem Durchmesser und 0,012 mm größer als der hintere Durchmesser D3 der Bohrung mit variablem Durchmesser.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem nicht zusammengesetzten Zustand der vordere Durchmesser D2 der Bohrung mit variablem Durchmesser 0,005 mm kleiner als der hintere Durchmesser D3 der Bohrung mit variablem Durchmesser.
Gemäß einer spezifischen Anwendung hat die Bohrung mit variablem Durchmesser eine Länge L und einen Durchmesser D, wobei das Verhältnis L/D gleich 3 ist.
Das Einsteckelement ist typischerweise ein Schneidwerkzeug aus hartem Karbid.
Vorzugsweise sind der hintere zylindrische Abschnitt des Einsteckelements und die im Aufnahmeelement ausgebildete Bohrung mit variablem Durchmesser geschliffen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Aufnahmeelement außerdem einen Positionierungsabschnitt mit einer Schraubengewindebohrung auf, der sich vom hinteren Ende der Bohrung mit variablem Durchmesser nach hinten erstreckt und dessen Durchmesser größer ist als der hintere Durchmesser der Bohrung mit variablem Durchmesser, wobei in der Schraubengewindebohrung eine Positionierungschraube zum Fixieren der axialen Position des hinteren zylindrischen Abschnitts des Einsteckelements vorgesehen ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Aufnahmeelement ferner eine am hinteren Ende der Bohrung mit variablem Durchmesser angeordnete hintere Wand auf.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese realisiert werden kann, wird nachstehend auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind; es zeigen:
1 eine Seitenquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in einem nicht zusammengesetzten Zustand;
2 eine Seitenquerschnittansicht der Werkzeugeinheit von 1 in einem zusammengesetzten Zustand;
3 eine schematische Teil-Querschnittansicht des Aufnahmeelements einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit;
4 eine schematische Teil-Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmeelements; und
5 eine schematische Teil-Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmeelements.
Zunächst wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Eine Schneidwerkzeugeinheit 10 weist ein Schneidwerkzeug 12 auf, das ein Einsteckelement bildet, und eine Spannbüchse oder Spannzange 14, die ein Aufnahmeelement bildet. Das Schneidwerkzeug 12 weist eine Längsachse B und einen vorderen Schneidabschnitt 16 und einen hinteren Schaft 18 mit zylindrischem Querschnitt mit einem Durchmesser D1 auf. Das Schneidwerkzeug besteht im allgemeinen aus hartem Karbid, und vorzugsweise sind sowohl der Schneidabschnitt 16 als auch der Schaftabschnitt 18 geschliffen.
Die Spannzange 14 weist eine Längsachse C und einen vorderen Abschnitt 20 zum Aufnehmen des Schneidwerkzeugs 12 auf. Die Spannzange 14 weist einen hinteren Abschnitt 22 auf, der dazu vorgesehen ist, in einem Spannzangenfutter bzw. einem Futterring aufgenommen zu werden. Der hintere Abschnitt 22 wird nicht ausführlich beschrieben, weil er kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
Der vordere Abschnitt 20 der Spannzange 14 weist eine Umfangsfläche 24 auf, die sich vorzugsweise nach vorne zum vorderen Ende 26 der Spannzange 14 hin verjüngt. Eine Schaftaufnahmebohrung 28 mit variablem Durchmesser erstreckt sich vom vorderen Ende 26 der Spannzange nach hinten. Die Schaftaufnahmebohrung 28 weist ein vorderes Ende 30 und ein hinteres Ende 32 auf. Das vordere Ende 30 der Schaftaufnahmebohrung 28 weist einen vorderen Durchmesser D2 und das hintere Ende 32 der Schaftaufnahmebohrung 28 einen hinteren Durchmesser D3 auf. In einem nicht zusammengesetzten Zustand der Schneidwerkzeugeinheit ist D3 größer als D2, und D1 ist größer als D2 und größer als D3. Die Schaftaufnahmebohrung 28 ist typischerweise geschliffen.
Die Schaftaufnahmebohrung 28 verjüngt sich vorzugsweise nach vorne zum vorderen Ende 26 der Spannzange 14 hin. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Schafts 18 des Einsteckelements 12 in einem nicht zusammengesetzten Zustand 0,017 mm größer als der vordere Durchmesser D2 der Schaftaufnahmebohrung 28, und D1 ist 0,012 mm größer als der hintere Durchmesser D3 der Bohrung 28 mit variablem Durchmesser.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der vordere Durchmesser D2 der Schaftaufnahmebohrung in einem nicht zusammengesetzten Zustand 0,005 mm kleiner als der hintere Durchmesser D3 der Schaftaufnahmebohrung.
Das hintere Ende 32 der Schaftaufnahmebohrung 28 ist mit einer zylindrischen Bohrung 34 mit einem Gewindeabschnitt 36 verbunden, in den eine Schraube 38 geschraubt ist. Das vordere Ende 40 der Schraube 38 bildet eine hintere Positionierungsfläche für das Schneidwerkzeug 12. Daher kann durch Ändern der Position der Schraube 38 die axiale Position des Schneidwerkzeugs 12 in der Spannzange 14 geändert werden. Wenn die axiale Position des Schneidwerkzeugs 12 bezüglich der Spannzange 14 nicht besonders wichtig ist, kann das Aufnahmeelement ohne die Schraube 38 bereitgestellt werden. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist, wie in 3 dargestellt, das hintere Ende 32 der Schaftaufnahmebohrung 28 eine hintere Wand 42 auf, die als feste hintere Positionierungsfläche für das Schneidwerkzeug 12 dient.
Die Schneidwerkzeugeinheit wird unter Verwendung eines Wärmeschrumpfungsverfahrens montiert. Dem vorderen Abschnitt 20 der Spannzange 14 wird Wärme von einer externen Wärmequelle zugeführt. Die Wärme veranlaßt, daß der vordere Abschnitt der Spannzange und damit die Schaftaufnahmebohrung sich erweitern. In einer bestimmten Phase nimmt der vordere Durchmesser D2 der Schaftaufnahmebohrung 28 um ein ausreichendes Maß zu, so daß der Schaft 18 des Schneidwerkzeugs 12 gleitend darin eingeführt werden kann. In dieser Phase wird der Schaft 18 des Schneidwerkzeugs gleitend in die Schaftaufnahmebohrung 28 eingeführt, bis er mit der Schraube 38 in Eingriff kommt. Nachdem die Wärmequelle entfernt worden ist, kühlt die Spannzange 14 ab, und die Schaftaufnahmebohrung 28 zieht sich durch thermische Kontraktion zusammen und bildet eine starre Grenzfläche, d. h. einen Flächen-Flächen-Preßsitz, zwischen der Schaftaufnahmebohrung 28 und dem Schaft 18 des Schneidwerkzeugs 12, wobei die Oberfläche der Schaftaufnahmebohrung 28 am Schaft 18 anliegt. Weil die Oberflächen der Schaftaufnahmebohrung 28 und des Schafts 18 nun aneinander anliegen, sind der vordere Durchmesser D2 und der hintere Durchmesser D3 der Schaftaufnahmebohrung 28 dem Durchmesser D1 des Schafts 18 des Schneidwerkzeugs 12 gleich. Das Schneidwerkzeug 12 ist nun mit der Spannzange 14 konzentrisch und starr verbunden, und die Achsen B und C stimmen miteinander überein.
Für herkömmliche Spannzangen mit Aufnahmebohrungen mit konstantem Durchmesser wird ein durch die Spannzange gehaltenes Schneidwerkzeug am hinteren Ende der Spannzange durch eine größere Haltekraft gehalten als am vorderen Ende. Weil erfindungsgemäß die Schaftaufnahmebohrung sich zum vorderen Ende der Spannzange hin verjüngt, ist die Haltekraft am vorderen Ende größer als die bei einer Schaftaufnahmebohrung mit konstantem Durchmesser erhaltene Haltekraft, wodurch bei spanabhebenden Bearbeitungen eine bessere Stabilität und eine bessere Drehmomentübertragung erhalten wird.
Der hintere Durchmesser der erfindungsgemäßen Schaftaufnahmebohrung mit variablem Durchmesser muß größer sein als der vordere Durchmesser, die Aufnahmebohrung muß sich jedoch nicht notwendigerweise verjüngen. Die 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausführungsformen. In 4 nimmt der Querschnitt einer Bohrung 28' mit variablem Durchmesser einer Kurve, z. B. einer Parabel, folgend von einem Durchmesser D3 auf einen kleineren Durchmesser D2 nach vorne ab. In 5 ist der sich verjüngende Querschnitt einer Bohrung 28' mit variablem Durchmesser durch eine umfangsmäßig symmetrisch angeordnete Nut 44 unterbrochen, wodurch zwei voneinander beabstandete Haltebereiche, ein vorderer Haltebereich 46 und ein hinterer Haltebereich 48, gebildet werden.
Vorstehend wurde beschrieben, daß das erfindungsgemäße Einsteckelement aus hartem Karbid hergestellt ist. Eine vorstehend beschriebene Kupplung zwischen einem Einsteck- und einem Aufnahmeelement kann jedoch auch hergestellt werden, wenn das Einsteckelement aus dem gleichen Material besteht wie das Aufnahmeelement, z. B. aus Werkzeugstahl. In einem solchen Fall könnte das Einsteckelement jedoch durch Erwärmen des Aufnahmeelements nicht vom Aufnahmeelement entfernt werden, weil sowohl das Einsteckelement als auch das Aufnahmeelement den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Eine vorstehend beschriebene Kupplung zwischen einem Einsteck- und einem Aufnahmeelement kann auch zum axialen Verbinden von mehr als zwei Elementen verwendet werden.

Claims

Werkzeugeinheit (10) mit einem Einsteckelement (12) und einem Aufnahmeelement (14), wobei in einem nicht zusammengesetzten Zustand: das Einsteckelement (12) eine Längsachse B und einen hinteren zylindrischen Abschnitt (18) mit einem Durchmesser D1 aufweist; das Aufnahmeelement (14) eine Längsachse C und eine sich von einem vorderen Ende (26) des Aufnahmeelements (14) aus nach hinten erstreckende Bohrung (28) mit variablem Durchmesser aufweist, wobei die Bohrung (28) mit variablem Durchmesser ein vorderes und ein hinteres Ende (30, 32) aufweist, wobei das vordere Ende (30) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser einen vorderen Durchmesser D2 und das hintere Ende (32) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser einen hinteren Durchmesser D3 aufweist, wobei D3 größer ist als D2 und D1 größer ist als D2 und größer als D3; und wobei in einem zusammengesetzten Zustand: der hintere zylindrische Abschnitt (18) des Einsteckelements (12) mindestens teilweise im Aufnahmeelement (14) gehalten wird und durch die im Aufnahmeelement (14) ausgebildete Bohrung (28) mit variablem Durchmesser so gehalten wird, daß der vordere Durchmesser D2 und der hintere Durchmesser D3 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser dem Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Abschnitts (18) des Einsteckelements (12) im wesentlichen gleich sind und die Achse B mit der Achse C zusammenfällt.
Werkzeugeinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die im Aufnahmeelement (14) ausgebildete Bohrung (28) mit variablem Durchmesser sich nach vorne zum vorderen Ende (30) des Aufnahmeelements (14) hin verjüngt.
Werkzeugeinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aufnahmeelement (14) aus Stahl und das Einsteckelement (12) aus hartem Karbid besteht, und wobei in einem nicht zusammengesetzten Zustand der Durchmesser D1 des hinteren zylindrischen Abschnitts (18) des Einsteckelements (12) 0,017 mm größer ist als der vordere Durchmesser D2 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser und 0,012 mm größer als der hintere Durchmesser D3 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem nicht zusammengesetzten Zustand der Durchmesser D2 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser 0,005 mm kleiner ist als der hintere Durchmesser D3 der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bohrung (28) mit variablem Durchmesser eine Länge L und einen Durchmesser D hat, und wobei das Verhältnis L/D gleich 3 ist.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einsteckelement ein Schneidwerkzeug (12) aus festem Karbid ist.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der hintere zylindrische Abschnitt (18) des Einsteckelements (12) und die im Aufnahmeelement (14) ausgebildete Bohrung (28) mit variablem Durchmesser geschliffen sind.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmeelement (14) ferner einen Positionierungsabschnitt mit einem Schraubengewindeloch (36) aufweist, der sich vom hinteren Ende (32) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser nach hinten erstreckt und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der hintere Durchmesser der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser, wobei das Schraubengewindeloch (36) mit einer Positionierungsschraube zum Fixieren der axialen Position des hinteren zylindrischen Abschnitts (18) des Einsteckelements (12) hergestellt ist.
Werkzeugeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aufnahmeelement (14) ferner eine am hinteren Ende (32) der Bohrung (28) mit variablem Durchmesser angeordnete hintere Wand (42) aufweist.