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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für rotierende Werkzeuge oder kurz eine Werkzeugaufnahme. Als Spannfutter bezeichnet man ganz allgemein eine Vorrichtung, mit deren Hilfe ein Werkstück oder ein Werkzeug durch Klemmwirkung lösbar an einem Arbeitstisch oder an einer Werkzeugmaschine befestigt werden kann. Im hier vorliegenden Fall handelt es sich um ein Spannfutter, welches als Bindeglied zwischen einer Werkzeugmaschine, insbesondere einem Spindelkopf, und einem rotierenden Werkzeug oder Werkzeugeinsatz, beispielsweise einem Bohrer oder einer Reibahle, dient. Aus dem Stand der Technik sind bereits diverse Spannfutter bekannt. Sie unterscheiden sich in erster Linie hinsichtlich der Klemmung des Werkzeugs.
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Für die Feinbearbeitung müssen die im Spannfutter der Werkzeugmaschine gespannten rotierenden Werkzeuge eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweisen. Zur Realisierung einer derartigen hohen Rundlaufgenauigkeit sind sogenannte Dehnspannfutter oder Schrumpfspannfutter bekannt. Bei diesen Spannfuttern wird das jeweilige Werkzeug bzw. der jeweilige Werkzeugeinsatz zunächst im Spannfutter gespannt und hinsichtlich seiner Rotationsachse und damit Rotationsgenauigkeit exakt ausgerichtet und ausbalanciert. Das so ausbalancierte Spannfutter wird zur Bearbeitung des Werkstücks mit der Hauptspindel der Werkzeugmaschine gekoppelt. Hierbei können sich noch im Spannfutter vorhandene Restrundlaufungenauigkeiten mit Rundlaufungenauigkeiten der Werkzeugmaschine addieren. Eine auf kleiner oder gleich 3 μm eingestellte Rundlaufgenauigkeit kann sich so wieder auf einen Wert kleiner oder gleich 5 μm verschlechtern. Die mit Hilfe der Vorjustierung des Werkzeugs oder des Werkzeugeinsatzes im Spannfutter erzielte Rundlaufgenauigkeit kann durch die Rundlaufungenauigkeiten der Werkzeugmaschinen somit wieder zunichte gemacht werden.
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Ein Schrumpfspannfutter ist aus der
DE 10121743 A1 bekannt. Dort ist eine in Axialrichtung verlaufende Aufnahmekammer vorgesehen. Das Volumen und insbesondere die radiale Ausdehnung der Aufnahmekammer werden durch gezielte Wärmeausdehnung und Wärmeschrumpfung in einem kleinen Bereich variiert. Im Ausgangszustand ist die radiale Ausdehnung der Aufnahmekammer geringfügig kleiner als die radiale Ausdehnung des Werkzeugschafts. Nach der thermischen Expansion, die in der Regel mittels induzierter Ringströme hervorgerufen wird, haben sich die Verhältnisse umgekehrt und der Werkzeugschaft kann in die Aufnahmekammer eingeführt werden. Anschließend erfolgt die meist durch Wärmeaustausch mit der Umgebung bedingte Wärmeschrumpfung der Aufnahmekammer. Auf diese Weise wird der Werkzeugschaft formgenau und kraftschlüssig in der Aufnahmekammer eingeklemmt. Die Genauigkeit der Positionierung des Werkzeuges in der Aufnahmekammer entspricht somit der sehr hohen Fertigungsgenauigkeit der beiden zueinander komplementären Elemente.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Spannfutter mit hoher Rundlaufgenauigkeit in der Werkzeugmaschine zu realisieren.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die Unteransprüche beinhalten teilweise zweckmäßige und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Bei einem erfindungsgemäßen Spannfutter ist eine in Axialrichtung verlaufende und einseitig offene Aufnahmekammer für den Schaft eines zu fixierenden Werkzeugs vorgesehen. Diese Aufnahmekammer ist, entsprechend der üblichen Schaftform von rotierenden Werkzeugen, vorzugsweise zylinderförmig, kann jedoch bei Bedarf auch einen davon abweichenden, also beispielsweise quadratischen, Querschnitt aufweisen. Im dem sich an die Kammer- oder Einführöffnung anschließenden Bereich der Aufnahmekammer ist eine aus einer Anzahl von Spannelementen aufgebaute Klemmvorrichtung positioniert. Die Spannelemente dieser Klemmvorrichtung ragen in einem variabel einstellbaren Maß radial in die Aufnahmekammer hinein und spannen so einen in die Aufnahmekammer eingeführten Werkzeugschaft ein. Das der Einführöffnung abgewandte Ende der Aufnahmekammer ist hohlkegelförmig, bzw. pyramidenförmig bei quadratischem Aufnahmekammerquerschnitt, ausgemuldet und fungiert als Anschlag für die Stirnfläche eines Werkzeugschafts. Aufgrund dieser speziellen Ausgestaltung des Anschlages wird ein Werkzeugschaft, der mit seiner Stirnfläche gegen den Anschlag gepresst wird, in der Aufnahmekammer radial zentriert. Damit ist eine präzise Positionierung des rotierenden Werkzeuges in der Aufnahmekammer und damit eine hohe Güte der Rundlaufeigenschaften auf einfache Weise zu realisieren.
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Mit dem erfindungsmäßigen Spannfutter ist es möglich, das Werkzeug zunächst in einem Voreinstellgerät zu spannen und die Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugs im Voreinstellgerät exakt zu justieren. Mit Hilfe der Spannelemente ist es weiterhin möglich, dass so im Voreinstellgerät voreingestellte Spannfutter in der Werkzeugmaschine nachzujustieren. Mit Hilfe der Spannelemente ist es also möglich, aus Rundlauffehlern der Werkzeugmaschine resultierende Rundlauffehler des Werkzeugs durch Nachjustierung auszugleichen und zu eliminieren.
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Einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend wird der Anschlag als zylinderartiger Einsatz mit hohlkegelförmiger Ausnehmung gefertigt und an dem der Einführöffnung abgewandten Ende der Aufnahmekammer positioniert. Dadurch ist es unter anderem möglich, ansonsten ähnlich gestaltete und bereits genutzte Spannfutter mit einem erfindungsgemäßen Anschlag nachzurüsten.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist auf der der hohlkegelförmigen Ausnehmung abgewandten Seite des als Einsatz ausgebildeten Anschlags ein Fortsatz vorgesehen. Jener Fortsatz wird in eine sich an das Ende der Aufnahmekammer anschließende und in Axialrichtung verlaufende Aufnahmebohrung eingepresst.
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Dies erlaubt eine technisch sehr einfache Fixierung des Einsatzes am Ende der Aufnahmekammer.
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In weiterer Ausgestaltung ist der Einsatz in der Aufnahmekammer längsverstellbar gelagert. Auf diese Weise ist eine Längenverstellung für das in der Aufnahmekammer einliegende Werkzeug in Axialrichtung realisiert. Vorzugsweise erfolgt diese Längsverstellung über ein am Fortsatz des Einsatzes eingeformtes Feingewinde. Der Einsatz ist in der Aufnahmekammer dann stufenlos feineinstellbar gelagert.
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Für rotierende Werkzeuge mit integrierten Kühl- und/oder Schmiermittelkanälen ist es zweckmäßig, eine zentrale Kühl- und/oder Schmiermittelbohrung in den Einsatz nebst, falls vorhanden, Fortsatz einzuarbeiten, sofern die Zuführung des Kühl- und/oder Schmiermittels an der Stirnfläche des Schaftendes erfolgt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Klemmvorrichtung sind vier Spannelemente oder Spannschrauben nach Art einer Gleichteilung umfangseitig um die Aufnahmekammer verteilt und ragen radial in diese hinein. Durch diese symmetrische Anordnung der Spannschrauben ist die Feinjustierung des Spannschafts mit dem Ziel einer guten Rundlaufeigenschaft des Werkzeugs realisiert. Die Rundlaufgenauigkeit soll kleiner oder gleich 1 μm liegen. Vorteilhaft verlaufen die Spannschrauben oder Spannelemente in einem von 90° verschiedenen Winkel zur Mittellängsachse der Aufnahmekammer. Die Spannelemente oder Spannschrauben sowie deren Schraubkanäle verlaufen somit schräg zum Werkzeugschaft. Auf diese Weise wird die Fixierung des Werkzeugschafts in der Aufnahmekammer stabilisiert. Der Kraftvektor der Spannelemente oder Spannschrauben verläuft dann nämlich in Richtung des Innenraums der Aufnahmekammer und drückt so gleichsam den Werkzeugschaft in die Aufnahmekammer und damit auch in den hohlkegelförmig ausgemuldeten Anschlag am Ende der Aufnahmekammer hinein. Dies begünstigt einen stabilen Sitz des Werkzeugs im Werkzeugspannfutter über die gesamte Bearbeitungszeit.
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Vorteilhaft ist es, am Werkzeug speziell an die Spannelemente oder Spannschrauben angepasste Anlageflächen auf den Schaftmantel vorzusehen. Dies begünstigt eine stabile Spannung des Werkzeugs im Spannfutter.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung der Anlageflächen nach Art von Anlagetaschen. Diese Anlagetaschen sind im Gegensatz zum zylinderförmigen Außenmantel des Werkzeugschafts eben bzw. plan ausgebildet. Auf diese Weise liegen die ebenfalls planen Stirnflächen der Spannschrauben an den Anlageflächen der Anlagetaschen an. Die Spannschrauben wirken somit nicht punktförmig auf den Außenmantel des Werkzeugschafts, sondern nach Art von Spannbacken flächig. Auf diese Weise ist eine besonders gute Krafteinleitung in den Werkzeugschaft realisiert.
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Beschreibung der Figuren
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Anhand des Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf das Werkzeugspannfutter mit einer gespannten Reibahle als Werkzeug,
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2 die geschnittene Darstellung des in 1 dargestellten Spannfutters in vergrößerter Darstellung lediglich mit dem Schaft der Reibahle aus 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Übersichtsdarstellung in 1 zeigt einen Spindelkopf 1 einer Werkzeugmaschine mit dem erfindungsmäßigen Spannfutter 2 und einer im Spannfutter 2 gespannten Reibahle 3 als rotierendem Werkzeug. Die Reibahle 3 besteht ihrerseits aus dem Schneidkopf 4 und dem Werkzeugschaft 5. Die Reibahle 3 ist im Spannfutter 2 mit Hilfe der Spannschrauben 6 fixiert.
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Aus der Schnittdarstellung der 2 ist erkennbar, dass der Werkzeugschaft 5 in einer sich in Axialrichtung 7 erstreckenden und achsensymmetrisch zur Mittellängsachse 8 verlaufenden Aufnahmekammer 9 einliegt. Die Aufnahmekammer 9 weist ihrerseits eine Einführöffnung 10 und an ihrem der Einführöffnung 10 in Axialrichtung 7 abgewandten Ende einen hohlkegelförmig ausgemuldeten Anschlag 11 auf.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Anschlag 11 am Ende der Aufnahmekammer 9 aus dem Vollen gearbeitet. Der Anschlage 11 ist somit fester Bestandteil der der Werkzeugmaschine zugewandten Rückwand der Aufnahmekammer 9.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 hingegen ist der Anschlag 11 Bestandteil eines Einsatzes 12. Der Einsatz 12 ist mit Hilfe eines der Aufnahmekammer 9 abgewandten Fortsatzes 13 im Spannfutter 2 gelagert. Der Fortsatz 13 ist hierfür in eine Aufnahmebohrung 14 an dem der Einführöffnung 10 in Axialrichtung 7 abgewandten Aufnahmekammerende in das Spannfutter 2 eingesetzt. Der Einsatz 12 ist mittels eines im Fortsatz 13 eingeformten Feingewindes in Axialrichtung 7 feineinstellbar in der Aufnahme 9 gelagert. Der Einsatz 12 und der Fortsatz 13 sind schließlich von einer Kühl- und Schmiermittelbohrung 15 in Axialrichtung 7 durchsetzt.
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In die Mantelfläche des Werkzeugschafts 5 sind jeweils in einem Abstand von 90° Anlagetaschen 16 eingeformt. Die Anlagetaschen 16 weisen schräg zur Mittellängsachse 8 verlaufende plane Taschenböden 10 auf. Analog hierzu verlaufen die Spannschrauben 6 und die die Spannschrauben 6 aufnehmenden Schraubkanäle im Spannfutter 2 ebenfalls schräg zur Mittellängsachse 8 des Spannfutters 2. Aufgrund dieses Schrägverlaufs sowohl der Spannschrauben 6 als auch der Taschenböden 17 liegen die Spannschrauben 6 mit ihren Stirnflächen bündig an den Taschenböden 17 an. Die Kraftvektoren der Spannschrauben 6 verlaufen somit ebenfalls in einem von 90° verschiedenen Winkel, also schräg zur Mittellängsachse 8 des Spannfutters 2. Auf diese Weise verlaufen die Kraftvektoren in Richtung auf den Innenraum der Aufnahmekammer 9 und sorgen somit für einen soliden Halt des Werkzeugschafts 5 während der Bearbeitung in der Aufnahmekammer 9.
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Das dem Schneidkopf 4 abgewandte Ende des Werkzeugschafts 5 ist im Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgestaltet. Das dem Schneidkopf 4 in Axialrichtung 7 abgewandte Ende des Werkzeugschafts 5 kann auch kegelstumpfförmig ausgestaltet sein. Wichtig ist, die Ausmuldung im Anschlag 11 und das dem Schneidkopf 4 in Axialrichtung 7 abgewandte Ende des Werkzeugschafts 5 komplementär und damit ineinanderpassend auszugestalten.
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Die Funktionsweise des Spannfutters 2 ist folgende:
Beim Spannen des Werkzeugschafts 5 gleitet das kegelförmig ausgestaltete Ende des Werkzeugschafts 5 in die komplementär ausgebildete Ausnehmung des Anschlags 11. Auf diese Weise wird die gesamte Reibahle 3 gegenüber dem Spannfutter 2 zentriert. Mit Hilfe der Spannschrauben 6 wird der Werkzeugschaft 5 der Reibahle 3 sodann im Spannfutter 2 gespannt, wobei eine Feinjustierung der Reibahle 3 in der Aufnahmekammer 9 möglich ist. Mit Hilfe der Spannschrauben 6 ist es möglich, den Werkzeugschaft 5 im Spannfutter 2 so zu justieren, dass ein exakter Rundlauf um die Mittellängsachse 8 herum gewährleistet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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