-
Die
Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen.
-
Derartige
Werkzeughalter werden in weitem Umfang zum Nachbearbeiten von Werkstückbohrungen
verwendet, vor allen Dingen unter Einsatz von Reibahlen. Die Werkzeughalter
weisen einen maschinenseitigen und einen werkzeugseitigen Halterteil
auf, welche drehfest mit radialem Spiel miteinander verbunden sind.
Das radiale Spiel bietet die Möglichkeit,
Fluchtfehler zwischen dem Werkzeug und der zu bearbeitenden Bohrung
auszugleichen.
-
Beispielsweise
beschreibt die
DE
10 2007 011 193 B3 einen Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen,
der ein maschinenseitiges und einen werkzeugseitiges Halterteil
aufweist. Ferner ist eine die Halterteile mit radialem Spiel drehfest
miteinander verbindende Kupplungseinrichtung vorgesehen, 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. Die Kupplungseinrichtung ist in Axialrichtung mindestens
zur einen Seiten gegen ein Lagerbauteil abgestützt, das in axialem Abstand
zum zugehörigen
Halterteil liegt und eine erste rotationssymmetrische Lagerschale
bildet. Ferner ist dem zugehörigen
Halterteil eine zweite rotationssymmetrische Lagerschale zugeordnet.
Die Lagerschalen begrenzen einen Aufnahmeraum für mindestens einen Lagerkörper, der
mit je einer sphärisch
gekrümmten Lagerfläche an den
Lagerschalen anliegt.
-
Die
Weiterentwicklung der Fertigungstechnik stellt immer höhere Anforderungen
an die Produktionsgeschwindigkeit und gleichzeitig auch an die Bearbeitungsqualität. So wurden
neue Schneidwerkstoffe (PKD, CBN) entwickelt, die eine gesteigerte Produktivität, das heißt, eine
Kosten sparende Fertigung gestatten. Dabei handelt es sich um sehr
spröde
und dementsprechend empfindliche Schneidwerkstoffe, die auch bei
gehärteten
Werkstücken
sowie auch bei Aluminium eingesetzt werden können.
-
Ein
Problem stellt das Einfädeln
des Werkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung dar. Zwar gleicht der
Werkzeughalter Fluchtfehler aus, jedoch besteht die Gefahr, dass
dieser Ausgleich beim Einfädeln
des Werkzeugs schlagartig erfolgt. Rattermarken können die
Folge sein. Auch kann es zu Mikroausbrüchen an den Werkzeugschneiden
kommen. Letzteres wirkt sich nachteilig insbesondere bei Mehrschneiden-Reibahlen
aus, da diese entsprechend hochwertig sind.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfädelvorgang des Werkzeugs in
die zu bearbeitende Bohrung problemlos zu ermöglichen.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen mit
- – einem
maschinenseitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil, die axial
verschieblich miteinander verbunden sind,
- – einer
zwischen den Halterteilen angeordneten Kupplungseinrichtung, die
die Halterteile drehfest mit radialem Spiel miteinander verbindet,
- – einer
zwischen den Halterteilen angeordneten Feder, die den werkzeugseitigen
Halterteil in Richtung auf den maschinenseitigen Halterteil verspannt,
und
- – einem
im maschinenseitigen Halterteil arbeitenden Druck stück, das
den werkzeugseitigen Halterteil temporär in Richtung auf die Feder
verspannt.
-
Während des
Reibens einer Bohrung gleicht das zwischen den Halterteilen herrschende
radiale Spiel etwaige Fluchtungsfehler zwischen der Bohrung und
dem Werkzeug aus. Nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wird
das Werkzeug aus der Bohrung herausgezogen. Kurz bevor es die Bohrung verlässt, wird
die Feder aktiviert, um den werkzeugseitigen Halterteil gegen den
maschinenseitigen Halterteil zu klemmen. Das Werkzeug ist also für die nachfolgend
zu bearbeitende Bohrung starr vorzentriert, so dass der Eintritt
in diese Bohrung problemlos erfol gen kann. Steht das Werkzeug zuverlässig mit dieser
Bohrung im Eingriff, wird die Klemmung aufgehoben. Hierzu wird das
im maschinenseitigen Halterteil arbeitende Druckstück gegen
den werkzeugseitigen Halterteil gedrückt, so dass dieser sich vom
maschinenseitigen Halterteil entfernt und das radiale Spiel freigibt,
wobei die Feder stärker
zusammengedrückt
wird. Die Kupplungseinrichtung kann also ihre Ausgleichsfunktion
erfüllen,
bis beim Austritt des Werkzeugs aus der Bohrung der nächste Klemmvorgang
stattfindet.
-
Bei
der Kupplungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine sogenannte
Oldham-Kupplung. Sie weist eine planparallele Kupplungsscheibe auf,
die mit zwei Paaren von senkrecht zueinander verlaufenden, radialen
Schlitzen versehen ist. In das eine Paar greifen axiale Mitnehmer des
einen Halterteils ein und in das andere Paar axiale Mitnehmer des
anderen Halterteils.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist der Werkzeughalter dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungseinrichtung eine Kupplungsscheibe aufweist, die
von der Feder zur temporären
Aufhebung des radialen Spiels zwischen den Halterteilen einspannbar ist.
-
Da
die Kupplungsscheibe in freigegebenem Zustand nicht nur reine Radialbewegungen,
sondern auch Taumelbewegungen durchführen kann, kompensiert der
Werkzeughalter in unverriegeltem Zustand neben radialen Fluchtfehlern
auch Winkelfehler zwischen den Achsen der Bohrung und des Werkzeugs.
Hervorzuheben ist, dass dieser Vorteil ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand
im Bereich der Kupplung erzielt wird.
-
Der
Werkzeughalter eignet sich für
vertikal arbeitende Werkzeugmaschinen, und zwar unabhängig davon,
ob mit drehendem oder stehendem Werkzeug gearbeitet wird.
-
Allerdings
werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Werkzeughalters ganz besonders bei
horizontaler Arbeitsweise wirksam. Hier wirkt die Schwerkraft quer
zur Achse des Werkzeughalters. Werkzeug und werkzeugseitiger Halterteil
werden also nach unten gezogen und verkippt, und zwar letzteres
vor allen Dingen dann, wenn es sich um ein großes, gegebenenfalls mehr schneidiges
Werkzeug handelt. Ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen muss also das Einfädeln des
Werkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung äußerst langsam und behutsam erfolgen.
-
In
dieser Weise wird man bei Bearbeitung der ersten Bohrung auch mit
dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter
vorgehen. Sodann allerdings wird das Werkzeug beim Austritt aus
dieser ersten Bohrung für
den nachfolgenden Arbeitsgang in vorzentrierter Position geklemmt.
Es kann also mit normalem Vorschub und normaler Drehzahl in die nächste zu
bearbeitende Bohrung eingefahren werden, wobei die Klemmung sofort
nach dem Eintritt in die Bohrung aufgehoben wird, so dass der normale Ausgleich
von Versatz und Winkelfehler erfolgen kann.
-
Hauptanwendungsgebiet
der Erfindung sind horizontal arbeitende Drehmaschinen mit drehfestem Werkzeug.
Ermöglicht
werden hohe Schnittgeschwindigkeiten und hohe Rücklaufgeschwindigkeiten, auch
bei sehr empfindlichen Werkstücken.
Einsetzbar sind mehrschneidige Reibahlen ohne Stützleisten oder führungsleistengestützte Werkzeuge.
-
Bei
ungeklemmter Arbeitsweise wird der werkzeugseitige Halterteil in
axialer Richtung gehalten zwischen dem im maschinenseitigen Halterteil
arbeitenden Druckstück
und der zwischen den beiden Halterteilen wirksamen Feder.
-
Um
dennoch eine optimale Leichtgängigkeit zu
erzielen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass
das im maschinenseitigen Halterteil arbeitende Druckstück über ein
Wälzlager
auf den werkzeugseitigen Halterteil einwirkt und dass ferner die
Feder über
eine Scheibe auf den werkzeugseitigen Halterteil einwirkt, wobei
zwischen diesem und der Scheibe ein Wälzlager angeordnet ist.
-
Die
erforderliche Klemmung für
die Vorzentrierung des Werkzeugs hängt ab vom Gewicht des Werkzeugs
und des werkzeugseitigen Halterteils, wobei auch die Massenträgheit beim
Takten des Werkzeugs eine Rolle spielt. Die Klemmung wird daher
individuell über
die Kraft der Feder eingestellt. Um dies in einfacher Weise zu ermöglichen,
wird vorgeschlagen, dass die Feder über ein axial verstellbares
Bauelement gegen den maschinenseitigen Halterteil abgestützt ist.
-
In
diesem Zusammenhang besteht ein besonders vorteilhaftes Merkmal
darin, dass das axial verstellbare Bauelement den Deckel einer mit
dem maschinenseitigen Halterteil verbundenen und mindestens einen
Abschnitt des werkzeugseitigen Halterteils aufnehmenden Buchse bildet.
-
Die
Betätigung
des Druckstücks
kann grundsätzlich
in unterschiedlicher Weise erfolgen, beispielsweise elektromagnetisch.
Besonders vorteilhaft hingegen ist es, das im maschinenseitigen
Halterteil arbeitende Druckstück
als pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Kolben auszubilden,
und zwar dergestalt, dass der Kolben in seiner Ruhestellung die Feder
wirksam werden lässt,
so dass also die beiden Halterteile gegeneinander verspannt sind.
-
Dabei
besteht ein bevorzugtes Merkmal darin, dass der Kolben im maschinenseitigen
Halterteil als einfach wirkender Kolben arbeitet, wobei sein Zylinder
zum werkzeugseitigen Halterteil hin offen ist. Soll die Klemmung
aufgehoben werden, das heißt,
ist das Werkzeug in den Anfangsbereich der zu bearbeitenden Bohrung
eingetreten, wird der Kolben mit Druckfluid beaufschlagt, so dass
er den werkzeugseitigen Halterteil unter weiterem Zusammenpressen der
Feder in Richtung Werkstück
drückt
und damit die Kupplungsscheibe freisetzt. Soll die Klemmung wieder
hergestellt werden, so bedarf es lediglich einer Aufhebung des Fluiddrucks.
Die Feder spannt dann die Kupplungsscheibe zwischen dem maschinenseitigen
und dem werkzeugseitigem Halterteil ein.
-
Der
Zylinder des im maschinenseitigen Halterteil arbeitenden Kolbens
ist nicht nur an eine Druckfluidleitung, sondern vorzugsweise auch
an eine Entlastungsleitung mit einstellbarer Drossel angeschlossen.
Nach Abschalten des Fluiddrucks sorgt die Entlastungsleitung dafür, dass
der Druck im Zylinder hinter dem Kolben rasch soweit abfällt, dass
die Feder eine augenblickliche Klemmung bewirken kann. Die Drossel
ist einstellbar, um das Ansprechen der Klemmung an die gewünschten
Betriebsbedingungen, unter anderem an den Fluiddruck, anzupassen.
-
Als
Druckfluid kommen grundsätzlich
beliebige Fluide in Frage, beispielsweise auch Luft. Besonders vorteilhaft
hingegen ist es, die Druckfluidleitung an das Kühlmittelsystem der Werkzeugmaschine
anzuschließen,
da letzteres ohnehin vorhanden ist und eine ausreichende Druckhöhe zur Verfügung stellt.
-
Wird
dabei die Entlastungsleitung für
den Zylinderraum hinter dem Kolben beibehalten, so wird das austretende
Kühlmittel
aufgefangen und in ein Reservoir geleitet. Die Kühlung des Werkzeugs erfolgt
dabei werkstückseitig.
In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung besteht jedoch auch
die Möglichkeit,
das Werkzeug über
den Werkzeughalter zu kühlen,
wobei dann der im maschinenseitigen Halterteil arbeitende Kolben
zum Durchlassen des Kühlmittels axial
durchbohrt ist. Zum Aufheben der Klemmung wird einfach die Kühlmittelzufuhr
abgeschaltet. Der Zylinderraum hinter dem Kolben entlastet sich
dabei durch den Kolben hindurch in Richtung Werkzeug. Unter diesen
Umständen
kann die an den Zylinder angeschlossene Entlastungsleitung mit einstellbarer Drossel
entfallen.
-
Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe schafft die Erfindung ferner ein Verfahren
zum Betreiben eines Werkzeughalters für Werkzeugmaschinen, der einen
maschinenseitigen und einen werkzeugseitigen Halterteil aufweist,
welche drehfest mit radialem Spiel miteinander verbunden sind, wobei
die Halterteile nach Bearbeitung einer Bohrung kurz vor Austritt des
Werkzeugs aus der Bohrung relativ zueinander verklemmt werden, um
das radiale Spiel zu beseitigen, und wobei die Klemmung kurz nach
Eintritt des Werkzeugs in eine nachfolgende, zu bearbeitende Bohrung
aufgehoben wird.
-
Dabei
besteht ein bevorzugtes Merkmal darin, dass die Klemmung durch Federdruck
bewirkt und gegen die Wirkung der Feder elektromagnetisch oder vorzugsweise
unter der Wirkung eines Fluiddrucks gelöst wird. Vorteilhafterweise
wird der Kühlmitteldruck
der Werkzeugmaschine als Fluiddruck eingesetzt.
-
Zwar
stellt eine Feder ein besonders einfaches Element zur Erzeugung
der Klemmkraft dar, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr
besteht durchaus die Möglichkeit, die
Klemmung magnetisch, elektromagnetisch oder pneumatisch/hydraulisch
zu bewirken.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
in:
-
1 einen
Axialschnitt durch einen Werkzeughalter nach der Erfindung.
-
Der
Werkzeughalter weist einen maschinenseitigen Halterteil 1 auf,
der mit einer Buchse 2 verschraubt ist. Letztere nimmt
einen werkzeugseitigen Halterteil 3 auf.
-
Zwischen
den Halterteilen 1 und 3 ist eine Oldham-Kupplung
angeordnet. Sie weist eine planparallele Kupplungsscheibe 4 auf,
die mit zwei radialen Paaren von rechtwinklig zueinander ausgerichteten
Schlitzen versehen ist. In das eine Paar von Schlitzen greifen Mitnehmer 5 des
maschinenseitigen Halterteils 1 ein, und in das andere
Paar, hier um 90° versetzt
dargestellt, Mitnehmer 6 des werkzeugseitigen Halterteils 3.
-
Die
Buchse 2 ist von einem Deckel 15 verschlossen,
an dem sich eine Feder 7 abstützt. Die Feder 7 greift
an einer Scheibe 8 an, die sich ihrerseits über ein
Kugellager 9 am werkzeugseitigen Halterteil 3 abstützt.
-
Der
maschinenseitige Halterteil 1 bildet einen Zylinder für ein Druckstück in Form
eines Kolbens 9, der über
ein Kugellager 10 auf den werkzeugseitigen Halterteil 3 einwirkt.
Der Kolben 9' arbeitet einfach
wirkend im maschinenseitigen Halterteil 1, wobei sein Zylinder
zum werkzeugseitigen Halterteil 3 offen ist und sein rückwärtiger Zylinderraum
mit einer Druckfluidleitung 11 in Verbindung steht.
-
Während der
Bearbeitung einer Bohrung ist der Kolben 9' aktiv, das heißt, er steht unter der Wirkung
des Druckfluids aus der Leitung 11. Dabei drückt er den
werkzeugseitigen Halterteil 3 nach recht, und zwar unter
Komprimierung der Feder 7. Die Kupplungsscheibe 4 der
Oldham-Kupplung ist frei, so dass sie durch radiale Pendelbewegungen Abstände zwischen
den Achsen der Bohrung und des Werkzeugs kompensieren kann. Neben
ihren Radialbewegungen kann die Kupplungsscheibe 4 ferner
Taumelbewegungen durchführen.
Dies ermöglicht
zusätzlich
die Kom pensation von Winkelabweichungen zwischen den Achsen der
Bohrung und des Werkzeugs.
-
Nach
Beendigung des Bearbeitungsvorgangs verlässt das Werkzeug die bearbeitet
Bohrung. Kurz bevor das Werkzeug aus dem Ende der Bohrung austritt,
vorzugsweise 1 mm vor dem Ende der Bohrung, wird der Fluiddruck
abgestellt. Das Fluid hat die Möglichkeit,
durch eine Entlastungsleitung 12 aus dem Zylinder zu entweichen,
und tut dies unter der Wirkung der Feder 7, die den werkzeugseitigen
Halterteil 3, die Kupplungsscheibe 4 und den Kolben 9' nach links
in 1 verschiebt. Am Ende dieser Bewegung wird die
Kupplungsscheibe 4 zwischen dem werkzeugseitigen Halterteil 3 und
dem maschinenseitigen Halterteil 1 eingespannt. Sie verliert
also jegliche Bewegungsfähigkeit,
so dass der werkzeugseitige Halterteil 3 starr mit dem
maschinenseitigen Halterteil 1 verklemmt ist. Das Werkzeug ist
also auf die Bohrung zentriert und verbleibt in dieser Position
bis zum Eintritt in die nächste
zu bearbeitende Bohrung.
-
Das
Werkzeug beginnt also das Einfädeln
in die nächste
zu bearbeitende Bohrung in der vorzentrierten Position. Sobald es,
vorzugsweise um ca. 1 mm, in diese Bohrung eingefädelt worden
ist, wird die Klemmung der Kupplungsscheibe 4 aufgehoben
und zwar dadurch, dass der Kolben 9' erneut unter Druckfluid gesetzt
wird. Er verschiebt den werkzeugseitigen Halterteil 3 unter
Zwischenschaltung des Wälzlagers 10 nach
rechts, so dass der werkzeugseitige Halterteil unter Zwischenschaltung
des Wälzlagers 9 die
Feder 7 weiter zusammendrückt und damit Platz für Radial-
und Pendelbewegungen der Kupplungsscheibe 4 schafft.
-
Die
Kraft der Feder lässt
sich durch weiteres Ein- oder Ausschrauben des Deckels 15 relativ
zur Buchse 2 einstellen.
-
Die
Druckfluidleitung 11 ist im vorliegenden Fall an das Kühlsystem
der Werkzeugmaschine angeschlossen. Nach Abschalten des Kühlmitteldrucks entlastet
sich der Zylinder des Kolbens 9' über die Entlastungsleitung 12,
wobei diese über
eine verstellbare Drossel 13 verfügt, um die Geschwindigkeit beim
Aufbau der Klemmung einstellen zu können. Bei der dargestellten
Ausführungsform
wird das Werkzeug werkstückseitig
gekühlt.
-
Eine
Kühlung
des Werkzeugs über
den Werkzeughalter ist gleichermaßen möglich. Hierzu ist der Kolben 9' mit einer zentralen
Bohrung 14 versehen, die in der Zeichnung zwar verschlossen
ist, jedoch ohne weiteres geöffnet
werden kann, um das Kühlmittel
dem Werkzeug zuzuführen.
Die Entlastungsleitung 12 samt Drossel 13 kann
unter diesen Umständen
entfallen, da sich beim Abschalten des Kühlmitteldrucks der Zylinderraum
hinter dem Kolben 9' über die Öffnung 14 entlastet.
-
Im
Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann
das Druckstück
elektromagnetisch betätigt
werden, um die Klemmung aufzuheben und das Spiel zwischen den Halterteilen
zu reaktivieren. Auch kann die Feder, die die Klemmkraft erzeugt,
ersetzt werden durch einen magnetischen, elektromagnetischen oder pneumatisch/hydraulischen
Mechanismus. Wird die Klemmung elektromagnetisch oder pneumatisch/hydraulisch
erzeugt, genügt
unter Umständen
die Abschaltung des zugehörigen
Mechanismus, um das Spiel zwischen den Halterteilen zu reaktivieren.