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Die
Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen mit einem
maschinenseitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil und mit einer
die Halterteile mit radialen Spiel drehfest miteinander verbindenden
Kupplungseinrichtung, die in Axialrichtung beidseitig abgestützt ist
und eine radial bewegbare Kupplungsscheibe mit mindestens zwei senkrecht
zueinander verlaufenden radialen Schlitzen aufweist, wobei in den
einen Schlitz ein axialer Mitnehmer des einen Halterteils und in
den anderen Schlitz ein axialer Mitnehmer des anderen Halterteils eingreift,
wobei die Kupplungseinrichtung in Axialrichtung mindestens zur einen
Seite gegen ein Lagerbauteil abgestützt ist, das in axialem Abstand
zum zugehörigen
Halterteil liegt und eine erste rotationssymmetrische Lagerschale
bildet, und wobei dem zugehörigen
Halterteil eine zweite rotationssymmetrische Lagerschale zugeordnet
ist.
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Ein
derartiger Werkzeughalter ist aus der
DE 40 19 671 C2 bekannt. Dabei dient die
Kupplungseinrichtung, die auch unter der Bezeichnung Oldham-Kupplung
läuft,
dazu, einen Achsversatz zwischen dem Werkzeug und einer zu bearbeitenden Werkstückbohrung
auszugleichen, und zwar unter Ausnutzung des von der Kupplungseinrichtung
gewährleisteten
radialen Spiels zwischen dem an der Werkzeugmaschine befestigten
Halterteil und dem das Werkzeug aufnehmenden Halterteil. Außerdem besteht
die Möglichkeit,
zusätzlich
zu den Radialverstellungen auch Winkelverstellungen zuzulassen. Hierzu
ist die Kupplungseinrichtung in Axialrichtung mindestens zur einen
Seite gegen ein Zwischenbauteil abgestützt, welches winkelverstellbar
an dem zugehörigen
Halterteil angeordnet ist.
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Es
wurde gefunden, dass bei der bekannten Konstruktion die Beweglichkeit
der Winkelverstellungen verbesserungsfähig ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine derartige Verbesserung
zu erzielen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist der Werkzeughalter nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, dass die Lagerschalen einen Aufnahmeraum für mindestens
einen Lagerkörper
begrenzen, der mit je einer sphärisch
gekrümmten
Lagerfläche
an den Lagerschalen anliegt.
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Bezogen
auf den Lagerkörper,
können
also beide Halterteile eine Winkelverstellung durchführen, vergleichbar
mit der Beweglichkeit eines allseitig verstellbaren Kugelgelenks.
Dies steigert erheblich die Leichtgängigkeit der Winkelverstellung,
was sich insbesondere bei der Bearbeitung von Sonderwerkstoffen,
wie zum Beispiel Aluminium, positiv auswirkt. Vor allen Dingen bietet
der erfindungsgemäße Werkzeughalter
die Möglichkeit,
gleichzeitig einen Winkelversatz sowohl der zu bearbeitenden Bohrung
als auch der maschinenseitigen Werkzeughalteraufnahme zu kompensieren,
eine Möglichkeit,
die bei bisherigen Werkzeughaltern nicht gegeben war. Im Verhältnis zum
dem erzielten Vorteil ist der zusätzliche konstruktive Aufwand äußerst gering.
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Der
Lagerkörper
kann vielfältig
gestaltet sein. Anwendbar ist zum Beispiel ein Wälzlagerkäfig mit ein oder zwei Reihen
von Wälzkörpern, bei
denen es sich um Kugeln oder Rollen handeln kann. Denkbar ist ferner
der Einsatz einer einzigen Kugel. Als ganz besonders vorteilhaft
hat es sich erwiesen, den Lagerkörper
kreisringförmig
auszubilden. Dies ist fertigungstechnisch sehr günstig und gewährleistet
darüber
hinaus eine optimale Platzersparnis.
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Dabei
wird, ebenfalls vor allem aus fertigungstechnischen Gründen, in
Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der kreisringförmige Lagerkörper einen
kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Er ist also allseitig von einer sphärisch gekrümmten Lagerfläche mit
einheitlichem Krümmungsradius
umgeben. Lagerflächen
mit unterschiedlichen Krümmungsradien
und/oder unterschiedlichen Krümmungsmittelpunkten
sind gleichermaßen
möglich.
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Die
Seitenwände
der Lagerschalen können ebenfalls
sphärisch
gekrümmt
sein. Eine besonders günstige
Fertigung wird dadurch erzielt, dass die Seitenwände der Lagerschalen einen
Abschnitt des Aufnahmeraums kegelstumpfförmig begrenzen.
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Die
dem zugehörigen
Halterteil zugeordnete zweite Lagerschale kann in diesem Halterteil
ausgebildet sein. Bearbeitungstechnisch einfacher ist es unter Umständen, wenn
die dem zugehörigen
Lagerteil zugeordnete zweite Lagerschale als gesondertes Bauteil
mit dem zugehörigen
Lagerteil verbunden ist.
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Die
Leichtgängigkeit
des Werkzeughalters lässt
sich noch dadurch erhöhen,
dass der werkzeugseitige Halterteil in einer am maschinenseitigen
Halterteil befestigten Hülse
angeordnet ist und sich gegen einen in der Hülse sitzenden Seegering abstützt, und
zwar unter Zwischenschaltung einer Passscheibe und einer zwischen
der Passscheibe und dem werkzeugseitigen Halterteil angeordneten
Reihe von Wälzkörpern, vorzugsweise
von Kugeln.
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Die
Passscheibe kann starr ausgebildet sein, wobei sie dann mit einem
geringfügigen
axialen Spiel montiert wird. Vorteilhafterweise jedoch handelt es sich
bei der Passscheibe um eine beidseitig mit Stahl beschichtete Kunststofffeder.
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Die
Erfindung ist anwendbar auf Kupplungseinrichtungen, bei denen die
Kupplungsscheibe unter Zwischenschaltung von Wälzelementen in Axialrichtung
abgestützt
ist oder auch als Lagerkäfig
von die Abstützung übernehmenden
Wälzelementen
dient. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
hingegen ist die Kupplungsscheibe mit achssenkrechten, planparallelen
Gleitflächen
gegen entsprechende Gegenflächen
abgestützt.
Dies gewährleistet
auch für
die Achsversatzfunktion der Kupplungseinrichtung optimale Gegebenheiten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter
werden die Drehkräfte
von einem Halterteil auf die Kupplungseinrichtung und von dieser
auf den anderen Halterteil übertragen.
Das Lagerbauteil wird von Drehkräften
freigehalten und dient lediglich der axialen Abstützung der
Kupplungseinrichtung. Seine Winkelverstellbarkeit wird also nicht
behindert. Auch lässt
sich die Konstruktion so wählen,
dass eine etwa vorgesehene zentrale Innenkühlung nicht behindert wird.
Der Werkzeughalter eignet sich optimal für den modernen Hochgeschwindigkeitseinsatz.
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Im
Regelfalle wird der Werkzeughalter drehfest gehalten, während das
Werkstück
umläuft.
Sofern die zu bearbeitende Bohrung in der Drehachse des Werkstücks liegt
und diese Drehachse gegenüber
dem Werkzeug winkelversetzt ist, kommt es lediglich zu einer entsprechenden
Schrägstellung
des Werkzeugs. Fluchtet hingegen bei Winkelversatz die Bohrung nicht
mit der Drehachse des Werkstücks,
so wird das Werkzeug zu zyklischen Pendelbewegungen gezwungen. Letzteres
ergibt sich – unter
der Voraussetzung eines Winkelversatzes – immer auch dann, wenn das
Werkstück
drehfest gehalten wird, während
der Werkzeughalter umläuft.
Der erfindungsgemäße Werkzeughalter
ist in der Lage, nicht nur eine Verkantung des Werkzeugs zuzulassen, sondern
auch dessen zyklische Pendelbewegungen zu ermöglichen.
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Der
Werkzeughalter gestattet eine präzise Fertigung
und vermindert die auf ihn einwirkenden Belastungen.
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In
der Regel wird es ausreichen, einen Winkelversatz zwischen der Kupplungseinrichtung
und lediglich einem der beiden Halterteile vorzusehen. Unter Umständen jedoch
kann es auch vorteilhaft sein, die Kupplungseinrichtung zu beiden
Halterteilen hin winkelverstellbar abzustützen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
in:
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1 einen
axialen Längsschnitt
eines Werkzeughalters nach der Erfindung;
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2 eine
vergrößerte Einzelheit
aus 1, gegenüber
dieser allerdings geringfügig
abgewandelt.
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Der
erfindungsgemäße Werkzeughalter nach 1 weist
einen maschinenseitigen Halterteil 1 auf, der drehfest
in eine Werkzeugmaschine eingespannt werden kann. Ferner ist ein
werkzeugseitiger Halterteil 2 vorgesehen, der zur Aufnahme
eines Werkzeugs dient. Mit letzterem wird eine Bohrung eines auf
der Werkzeugmaschine aufgespannten, umlaufenden Werkstücks bearbeitet.
Das Werkzeug kann von beliebiger Art sein. Beispielsweise kann es sich
um eine Reibahle oder einen Gewindebohrer handeln. Zwischen den
Halterteilen 1 und 2 ist eine Kupplungseinrichtung 3 angeordnet,
die die Halterteile drehfest mitein ander verbindet und einen radialen
Achsversatz des Halterteils 2 gegenüber dem Halterteil 1 zulässt. Die
Kupplungseinrichtung 3 ist von einer Hülse 4 umgeben, welche
mit dem Halterteil 1 verschraubt ist und den Halterteil 2 mit
Radialspiel umgibt. Ein Dichtring 5 bildet einen werkstückseitigen
Abschluss der Anordnung. Ferner ist ein Seegerring 6 vorgesehen,
der ein Herausziehen des Halterteils 2 verhindert, und
zwar unter Zwischenschaltung einer Passscheibe 7 und einer
Reihe von Wälzkörpern, im
vorliegenden Fall von Kugeln 8. Diese Konstruktion trägt zur Leichtgängigkeit
des Werkzeughalters bei.
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Die
Kupplungseinrichtung 3 weist eine radial verschiebbare
Kupplungsscheibe 9 auf, die mit zwei senkrecht zueinander
verlaufenden Paaren von radialen Schlitzen versehen ist. Diesbezüglich zeigt
der obere Teil von 1 einen Schnitt, der um 90° gegenüber dem
des unteren Teils versetzt ist. In das eine Paar von radialen Schlitzen
greifen axiale Mitnehmer 10 ein, die aus dem Halterteil 2 vorspringen, siehe
die obere Hälfte
von 1. In die um 90° versetzten
Schlitze greifen axiale Mitnehmer 11 ein, die aus dem Halterteil 1 vorspringen,
siehe die untere Hälfte
von 1. Zur Verminderung der Reibungswiderstände gegenüber der
Kupplungsscheibe 9 sind die Mitnehmer 10 bzw. 11 von
Hülsen 12 umgeben. Die
dargestellte Konstruktion der Kupplungseinrichtung 3 ermöglicht dem
Halterteil 2 gegenüber
dem Halterteil 1 in beliebiger Richtung ein radiales Spiel, welches
durch die Hülse 4 begrenzt
wird.
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Die
Kupplungsscheibe 9 weist achssenkrechte planparallele Gleitflächen auf
und stützt
sich einerseits gegen eine entsprechende Gegenfläche des Halterteils 2 und
andererseits gegen eine entsprechende Gegenfläche eines Lagerbauteils 13 ab. Das
Lagerbauteil 13 liegt in axialem Abstand zum zugehörigen Halterteil 1 und
bildet eine erste rotationssymmetrische Lagerschale für einen
Lagerkörper 14. Eine
zweite rotationssymmetrische Lagerschale für den Lagerkörper 14 wird
vom zugehörigen
Halterteil 1 gebildet. Wie aus 2 ersichtlich,
sind die Seitenwände 15 und 16 der
Lagerschalen kegelstumpfförmig
ausgebildet. An ihnen liegt der Lagerkörper 14 je mit einer sphärisch gekrümmten Lagerfläche an.
Der Lagerkörper 14 ist
im vorliegenden Fall kreisringförmig
ausgebildet.
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Der
Lagerkörper 14 im
Zusammenwirken mit den Seitenfläche 15 und 16 der
Lagerschalen ermöglicht
dem Werkzeughalter einen optimalen Winkelausgleich, und zwar vor
allen Dingen im Hinblick auf die Leichtgängigkeit der Winkelbewegungen
zwischen den Halterteilen 1 und 2. Die Leichtgängigkeit des
Radialausgleichs wird dabei nicht beeinträchtigt. Der Werkzeughalter
eignet sich also für
hohe Schnittgeschwindigkeiten, und zwar insbesondere auf dem Sektor
empfindlicher Sonderwerkstoffe, wie etwa Leichtmetalle. Im Vergleich
mit den erzielten Vorteilen weist der erfindungsgemäße Werkzeughalter eine
einfache und vor allen Dingen platzsparende Konstruktion auf.
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Im
Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben.
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So
kann anstelle des kreisringförmigen
Lagerkörpers
auch ein kugelförmiger
Lagerkörper
Anwendung finden. Gleichermaßen
ist der Einsatz von Wälzlagern
denkbar. Wesentlich ist, dass die Konstruktion eine Winkelbewegbarkeit
beider Halterteile relativ zum Lagerkörper ermöglicht.
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Der
in den 1 und 2 dargestellte Lagerkörper bildet
nur ein Ausführungsbeispiel
für eine kreisringförmige Konstruktion.
Denkbar ist ohne weiteres ein kreisringförmiger Körper mit einem kreisförmigen Querschnitt.
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Ferner
besteht die Möglichkeit,
die beiden Lagerschalen nicht mit kegelstumpfförmigen, sondern mit sphärisch gekrümmten Seitenwänden auszubilden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Seitenwand der zweiten Lagerschale direkt in den maschinenseitigen
Halterteil eingearbeitet. Abweichend hiervon besteht durchaus die
Möglichkeit,
die zweite Lagerschale als gesondertes Bauteil auszubilden und mit
dem maschinenseitigen Halterteil zu verbinden.
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Im übrigen ist
eine abgewandelte Konstruktion auch insoweit denkbar, als die Kupplungsscheibe mit
einer Gegenfläche
des maschinenseitigen Halterteils zusammenarbeitet, während Lagerbauteil
und Lagerkörper
dem werkzeugseitigen Halterteil zugewandt sind.
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Schließlich besteht
die unter Umständen
besonders vorteilhafte Möglichkeit,
die Kupplungsscheibe zu beiden Halterteilen hin über je ein Lagerbauteil mit
zugehörigem
Lagerkörper
abzustützen.