DE102007031458B4

DE102007031458B4 - Werkzeughalter-Modul

Info

Publication number: DE102007031458B4
Application number: DE102007031458A
Authority: DE
Inventors: Peter Chen
Original assignee: Primetool Manufacturing Inc
Current assignee: Xpole Precision Tools Inc
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: DE102007031458A1

Abstract

Werkzeughalter-Modul umfassend: einen Befestigungssitz (10) zum Anschluss an eine Antriebswelle und eine Werkzeug-Stange (30) zum Einspannen von Werkzeugen verschiedener Ausprägungen, wobei die Werkzeug-Stange (30) mit dem Befestigungssitz (10) verbunden ist, wobei der Befestigungssitz einen Befestigungskopf (20) aufweist, der an einem Ende davon angeordnet ist, wobei die Werkzeug-Stange (30) den Befestigungskopf (20) umschließt, wobei der Befestigungskopf (20) ein Hilfs-Montageloch (21) aufweist, und wobei der Befestigungskopf (20) lösbar in einem ersten Aufnahmeraum (11) des Befestigungssitzes (10) aufgenommen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeughalter-Modul, insbesondere ein Werkzeughalter-Modul, das die Beständigkeit der maschinellen Bearbeitung erhöhen kann.
Hintergrund der Erfindung
Derzeit wird hochpräzise Metallbearbeitung, wie etwa Drillbohren, Bohren auf Bohrwerken, Lochbohren, Gewindefräsen, Bohren von Innen- und Außendurchmessern oder Oberflächenschleifen üblicherweise durch einen CNC-Bearbeitungstisch (Computer Numerical Control) mit verschiedenen Fräsern bzw. Schneideinrichtungen oder Werkzeugen ausgeführt. Ein Fräser oder Werkzeug weist ein langes Griffstück auf, welches von einem Greifer oder einem Greif- bzw. Spannmechanismus gefasst wird, wodurch der Fräser oder das Werkzeug mit einer Antriebswelle eines CNC-Tisches verbunden bzw. verkoppelt werden kann. Somit kann die mit einer hohen Geschwindigkeit rotierende Antriebswelle den Fräser oder das Werkzeug antreiben, welches von dem Greifer bzw. Spannelement erfasst wird, um ein betroffenes Werkstück zu bearbeiten.
Das taiwanesische Patent mit der Nummer M253434 offenbart eine ”lösbare Werkzeug-Befestigung”, welche eine Werkzeug-Stange bzw. -Dorn, ein Greif- bzw. Spannelement und ein Befestigungselement aufweist. Die Werkzeug-Stange hat ein kegelförmiges Loch, welches sich einwärts entlang der Achse von einem Ende davon erstreckt, wobei sich sein Durchmesser schrittweise von der Randzone zum Inneren hin zusammenzieht bzw. verkleinert. Das Kreiselement hat einen konusförmigen Abschnitt an einen Ende davon und einen manschettenförmigen Abschnitt an einem anderen Ende. Der Neigungswinkel des konusförmigen Abschnittes ist identisch mit dem des konusförmigen Loches. Der konusförmige Abschnitt ist innerhalb des konusförmigen Loches angeordnet. Der manschettenförmige Abschnitt hat ein zentrales Loch welches ein Werkzeug mittels einer Erwärmungsmethode fixiert. Das Befestigungselement umhüllt das Greif- bzw. Spannelement und wird mit der Werkzeug-Stange mittels einer Schraubmethode verbunden, und das Greifelement ist somit an der Werkzeug-Stange gesichert. Die Aufgabe der herkömmlichen Technologie ist es, eine einzige Werkzeug-Stange zu verwenden, um Werkzeuge verschiedenartiger Ausprägungen bzw. Spezifikationen zu greifen bzw. einzuspannen. Jedoch weist die herkömmliche Technologie noch einige Probleme auf. In der herkömmlichen Technologie wird das Befestigungselement verwendet, um das Greifelement zu umhüllen und wird mit dem Ende der Werkzeug-Stange mittels einer Schraubmethode verbunden, um die Verbindung zwischen dem Greifelement und der Werkzeug-Stange zu verbessern; wodurch der Benutzer das Befestigungselement beim Zusammensetzen oder beim Auseinandermontieren drehen muss, was wiederum Unbequemlichkeiten für den Nutzer bedeutet.
Aus der DE 101 14 240 A1 , der US 6,923,451 B2 und der DE 1 801 558 A1 sind weitere Werkzeughalter-Module bekannt, die jedoch nicht geeignet sind, Werkzeuge mit verschiedenen Anschlüssen aufzunehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die vordringliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeughalter-Modul bereitzustellen, welches die Beständigkeit der Bearbeitung durch Verbesserung der Verbindungskräfte bzw. Kupplungskräfte und der Mittigkeit zwischen dem Befestigungssitz und der Werkzeug-Stange erhöht und welches somit ein Werkzeug vor Schaden oder vor Verlust der Präzision bewahren kann, wenn das Werkzeug ein betroffenes Metall bzw. Metallteil bearbeitet, wobei gleichzeitig sichergestellt werden soll, dass unterschiedliche Werkzeuge mit verschiedenen Anschlüssen eingesetzt werden können.
Um die oben genannte Aufgabe zu erreichen, schlägt die Erfindung ein Werkzeughalter-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Das Werkzeughalter-Modul umfasst einen hohlen Befestigungssitz (fixture seat) und eine hohle Werkzeug-Stange, um ein Halterungs-Modul zu bilden. Ein Befestigungskopf (fixture head) ist an der Stirnseite des Befestigungssitzes angeordnet und wird von der Werkzeug-Stange umfasst, wodurch das Werkzeughalter-Modul der vorliegenden Erfindung zuverlässiger und robuster wird und die Mittigkeit bzw. konzentrische Ausrichtung zwischen dem Befestigungssitz und der Werkzeug-Stange aufrechterhalten werden kann. Deshalb kann die vorliegende Erfindung das Werkzeug vor Vibration, Beschädigung oder Ausfall bewahren und kann somit die Bearbeitungspräzision erhöhen und die Betriebsdauer (service life) verlängern. Daneben stellt die vorliegende Erfindung auch verschiedene Montage-Anpassteile (assembly interfaces) für verschiedene Befestigungssitze und Werkzeug-Stangen bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch ein Werkzeughalter-Modul gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt, das nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt und
4 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß 3 darstellt.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Unten stehend wird der technische Inhalt der vorliegenden Erfindung im Detail und in Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bzw. 2 zeigen in einer perspektivischen Explosionsansicht und einer Schnittansicht schematisch das Werkzeughalter-Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist mit einer Antriebswelle (nicht in den Zeichnungen dargestellt) verbaut und wird verwendet, um einen Bearbeitungs-Fräser oder Werkzeug, mit einem Bearbeitungstisch (nicht in den Zeichnungen dargestellt) zu verbinden, wobei die Antriebswelle des Bearbeitungstisches den bearbeitenden Fräser oder das Werkzeug antreibt, um mit einer hohen Geschwindigkeit zu rotieren und ein betroffenes Werkstück (nicht in den Zeichnungen dargestellt) zu bearbeiten. Das Werkzeughalter- bzw. Werkzeugaufnahme-Modul der vorliegenden Erfindung umfasst einen Befestigungssitz 10 und eine Werkzeug-Stange 30. Ein etwa säulenförmiger Befestigungskopf 20 ist an dem Verbindungsbereich des Befestigungssitzes 10 und der Werkzeug-Stange 30 angeordnet. Der Befestigungskopf 20 ist in einem ersten Aufnahmeraum 11 des Befestigungssitzes 10 aufgenommen und wird von der Werkzeug-Stange 30 umfasst bzw. umschlossen. Der Befestigungssitz 10 ist fest mit dem Befestigungskopf 20 über erste Verbindungselemente 22 und 22' verbunden und ist fest mit der Werkzeug-Stange 30 über zweite Verbindungselemente 12 und 12' verbunden. Der Befestigungssitz 10, der Befestigungskopf 20 und die Werkzeug-Stange 30 sind fest an den Kontaktstellen (contact interfaces) 13, 14, 15 und 16 verbunden bzw. gekoppelt und der Befestigungskopf 20 wird von der Werkzeug-Stange 30 umfasst. Dadurch wird das Werkzeughalter-Modul der vorliegenden Erfindung sicherer und robuster und kann die konzentrische Ausrichtung zwischen dem Befestigungssitz 10 und der Werkzeug-Stange 30 aufrechterhalten, welche das Entweichen der Werkzeug-Stange 30 aus dem Befestigungssitz 10 vermeiden kann und welche vor einer Verschlechterung der Bearbeitungspräzision verursacht durch Werkzeuglockerung, welche aus unzureichender konzentrischer Ausrichtung oder Kupplungskraft resultiert, bewahren kann.
Der Befestigungskopf 20 kann ein Hilfs-Montageloch 21 (auxiliary installation hole) aufweisen; ein passendes Instrument (nicht in den Zeichnungen dargestellt) kann in das Hilfs-Montageloch 21 eingeführt werden, um die Installation bzw. Montage des Befestigungskopfes 20 im ersten Aufnahmeraum 11 des Befestigungssitzes 10 zu unterstützen. Die ersten Verbindungselemente 22 und 22' bzw. die zweiten Verbindungselemente 12 und 12' können ein zueinander passendes Gewindepaar sein. Das zweite Verbindungselement 12 und 12' kann mindestens ein Gewindeloch 60 aufweisen, und ein Schrauben- bzw. Gewindebolzen 61 kann in das Gewindeloch 60 eingeschraubt werden, um die Verbindungssicherheit zwischen dem Befestigungssitz 10 und der Werkzeug-Stange 30 zu erhöhen. Der Befestigungssitz 10, der Befestigungskopf 20 und die Werkzeug-Stange 30 sind alle innen hohlförmig ausgebildet und darin ist ein Montagetunnel 31 bzw. eine Einbauöffnung ausgebildet, und ein Fräser oder Werkzeug wird in den Montagetunnel 31 zur Installation eingeführt. Die Länge, mit welcher der Fräser oder das Werkzeug aus dem Werkzeughalter-Modul hervortritt, kann über Einstellung der Länge reguliert werden, mit welcher der Fräser oder das Werkzeug in den Montagetunnel 31 eingeführt wird.
Mit Verweis auf die 3 bzw. die 4 sind schematisch eine perspektivische Explosionsansicht bzw. eine Schnittansicht eines Werkzeughalter-Moduls gezeigt, welches nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt. Im Unterschied zur oben genannten Ausführungsform weist dieses Ausführungsbeispiel einen Befestigungssitz 10a und einen Befestigungskopf 20a auf, die als einstückige Komponente hergestellt sind. Der Befestigungssitz 10a kann direkt und fest mit der Werkzeug-Stange 30a durch Verbindung der zweiten Verbindungselemente 12a und 12a' verbunden werden, wodurch der Befestigungskopf 20a von der Werkzeug-Stande 30a umhüllt wird und somit eine sichere und robuste Struktur des Werkzeughalter-Moduls erreicht wird. Dann wird ein Montagetunnel 31 darin ausgebildet, um einen Fräser oder ein Werkzeug darin zu installieren.
Die 5 bzw. 6 zeigen in einer perspektivischen Explosionsansicht bzw. einer Schnittansicht das Werkzeughalter-Modul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 und 6 dargestellt ist, umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die Werkzeug-Stange 30 weiter eine Verlängerungs-Stange 40, ein Greifelement 50 bzw. Spannelement und eine Gewindemutter 70. Der Befestigungssitz 10 ist fest mit dem Befestigungskopf 20 über erste Verbindungselemente 22 und 22' verbunden und ist fest mit einem Ende der Verlängerungs-Stange 40 über die zweiten Verbindungselemente 12 und 12' verbunden; somit umhüllt die Verlängerungs-Stange 40 den Befestigungskopf 20 darin. Das Greifelement 50 ist innerhalb eines zweiten Ausnahmeraumes 73 der Gewindemutter 70 untergebracht. Die Greifkraft bzw. Spann- oder Klemmkraft des Greifelementes 50 wird durch das Zusammenspiel eines ringförmigen Schlitzes 52 des Greifelementes 50 und eines ringförmigen Befestigungselementes 72 der Gewindemutter 70 gesteigert. Das Greifelement 50 hat eine Mehrzahl von Klauenblechen bzw. Klauenflächen (claw plates), die periodisch und ringförmig angeordnet sind, um eine konusförmige Klauenstruktur 51 auszubilden. Das andere Ende der Verlängerungs-Stange 40 ist fest mit der Gewindemutter 70 über dritte Verbindungselemente 41 und 41' verbunden. Somit ist das Greifelement 50 fest darin gesichert und der Verlängerungs-Stange 40 ist fest zwischen dem Befestigungssitz 10 und der Gewindemutter 70 installiert bzw. montiert.
Die dritten Verbindungselemente 41 und 41' können auch ein zueinander passendes Paar von Schraubgewinden sein und können zumindest eine Gewindebohrung 60 aufweisen, und ein Gewindebolzen 61 kann in die Gewindebohrung 60 eingeschraubt werden, um die Verbindungssicherheit zwischen der Verlängerungs-Stange 40 und der Gewindemutter 30 zu erhöhen. Der Befestigungssitz 10, der Befestigungskopf 20, die Verlängerungs-Stange 40, das Greifelement 50 und die Gewindemutter 70 sind alle hohlförmig und der Montagetunnel 71 ist darin ausgebildet, und ein Fräser oder Werkzeug ist zur Installation in den Montagetunnel 71 eingeführt. Die Länge, mit welcher ein Fräser oder Werkzeug aus dem Werkzeughalter-Modul hervortritt, kann über Verstellung der Länge reguliert werden, mit welcher der Fräser oder das Werkzeug in den Montagetunnel 71 eingeführt ist. Dann wird der Fräser oder das Werkzeug durch das Greifelement 50 befestigt bzw. fixiert. Die konusförmige Klauenstruktur 51 stattet das Greifelement 50 mit der Flexibilität aus, um Fräser oder Werkzeuge in verschiedenen Ausprägungen bzw. Spezifikationen zu halten. Wenn ein Fräser oder Werkzeug in die konusförmige Klauenstruktur 51 eingeführt wird, kann der innere Durchmesser der konusförmigen Klauenstruktur 51 entsprechend eingestellt werden, um sich dem Fräser oder Werkzeug anzupassen. Nachdem das Greifelement 50 mit der Verlängerungs-Stange 40 verbunden ist, wird sich die Klauenstruktur 51 nach innen hin zusammenziehen und den Fräser oder das Werkzeug fest greifen, während die Gewindemutter 70 mit der Verlängerungs-Stange 40 verbunden wird, was den Fräser oder das Werkzeug vor einem sich Lösen bei hoher Rotationsgeschwindigkeit bewahrt. Der Fräser oder das Werkzeug wird fest von dem Greifelement 50 gehalten bzw. gegriffen und nur ein kleiner Teil bzw. Abschnitt des Fräsers oder Werkzeuges wird nach außen freigelegt; dadurch wird der Einfluss von externen Kräften reduziert und die Bearbeitungspräzision wird deutlich erhöht, wenn der Fräser oder das Werkzeug ein bestimmtes Werkstück bearbeitet.
Zusammenfassend offenbart die vorliegende Erfindung ein Werkzeughalter-Modul, wobei ein hohlförmiger Befestigungssitz und eine hohlförmige Werkzeug-Stange integriert bzw. eingebaut sind, um ein Halterungs-Modul zu bilden. Ein Befestigungskopf ist an der Vorderseite des Befestigungssitzes angeordnet und wird von der Werkzeug-Stange umhüllt, wodurch das Werkzeughalter-Modul der vorliegenden Erfindung sicherer und robuster wird und die konzentrische Ausrichtung zwischen dem Befestigungssitz und der Werkzeug-Stange beibehalten werden kann. Deshalb kann die vorliegende Erfindung ein Werkzeug vor Vibration, Beschädigung oder Ausfällen, verursacht durch unzureichende konzentrische Ausrichtung oder Verbindungskräfte, bewahren, die sich aus einer zu großen Länge der Werkzeug-Stange ergeben, und kann somit die Bearbeitungspräzision und Wartungszeiten erhöhen. Daneben stellt die vorliegende Erfindung verschiedene Einbau- bzw. Montage-Anpassteile (assembly interfaces) für verschiedene Befestigungssitze und Werkzeug-Stangen bzw. -Dorne bereit.
Das oben Beschriebene gibt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele wieder, um die Erfindung zu veranschaulichen, nicht aber um den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.

Claims

Werkzeughalter-Modul umfassend: einen Befestigungssitz (10) zum Anschluss an eine Antriebswelle und eine Werkzeug-Stange (30) zum Einspannen von Werkzeugen verschiedener Ausprägungen, wobei die Werkzeug-Stange (30) mit dem Befestigungssitz (10) verbunden ist, wobei der Befestigungssitz einen Befestigungskopf (20) aufweist, der an einem Ende davon angeordnet ist, wobei die Werkzeug-Stange (30) den Befestigungskopf (20) umschließt, wobei der Befestigungskopf (20) ein Hilfs-Montageloch (21) aufweist, und wobei der Befestigungskopf (20) lösbar in einem ersten Aufnahmeraum (11) des Befestigungssitzes (10) aufgenommen ist.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 1, wobei der Befestigungssitz (10) fest mit dem Befestigungskopf (20) über erste Verbindungselemente (22, 22') verbunden ist.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 1, wobei der Befestigungssitz (10) fest mit der Werkzeug-Stange (30) über zweite Verbindungselemente (12, 12') verbunden ist.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 1, wobei die Werkzeug-Stange (30) weiterhin eine Verlängerungs-Stange (40), ein Greif- bzw. Spannelement (50) und eine Gewindemutter (70) umfasst.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 4, wobei die Verlängerungs-Stange (40) mit der Gewindemutter (70) über dritte Verbindungselemente (41, 41') verbunden ist.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 4, wobei das Greifelement (50) in einem zweiten Aufnahmeraum (73) der Gewindemutter (70) angeordnet ist.
Werkzeughalter-Modul gemäß Anspruch 4, wobei das Greifelement (50) eine Vielzahl von Klauenflächen aufweist, die periodisch und ringförmig angeordnet sind, um eine konusförmige Klauenstruktur (51) zu bilden.
Werkzeughalter-Modul nach Anspruch 4, wobei die Gewindemutter (70) ein ringförmiges Befestigungselement (72) aufweist, und wobei das Greifelement (50) einen ringförmigen Schlitz (52) passend zu dem Befestigungselement (72) aufweist.