DE102010034889A1 - Werkzeugspannsystem - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugspannsystem zum Einspannen eines Zerspanungswerkzeuges in eine Werkzeugmaschinenspindel, umfassend ein in eine Spindelaufnahme einspannbares Schrumpffutter mit einem Aufnahmestutzen, in dessen Aufnahmebohrung ein Werkzeugschaft mittels Schrumpfung einspannbar ist.
- Schrumpffutter der oben genannten Art sind allgemein bekannt. Zum Einspannen eines Werkzeuges wird der Aufnahmestutzen erwärmt, so dass er sich ausdehnt und das Einführen eines Werkzeugschaftes erlaubt. Beim Abkühlen des Aufnahmestutzens schrumpft dieser, wobei der Werkzeugschaft eingeklemmt und reibschlüssig gehalten wird. Ein Vorteil dieses bekannten Werkzeugspannsystems liegt insbesondere in der hohen, von anderen bekannten Spannsystemen nicht zu erreichenden Rundlaufgenauigkeit. Beispielhaft sind solche Schrumpffutter aus der
DE 10 2007 037 962 A1 , aus derDE 199 44 440 C2 oder aus derDE 100 28 720 C2 bekannt. - Es hat sich jedoch gezeigt, das die möglichen Schnittkräfte und die Zerspanungsleistung insbesondere bei schwer zerspanbaren Materialien wie Titan oder Nickel-Basislegierungen bei einer rein reibschlüssigen Einspannung der Werkzeuge begrenzt sind, so dass das Werkzeug sich unter Umständen im Schrumpffutter verdreht oder aus diesem herausgezogen wird.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeugspannsystem der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, welches bei unverändert hoher Rundlaufgenauigkeit höhere Schnittkräfte und Zerspanungsleistungen ermöglicht.
- Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
- Die Aufgabe wird also erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Wand des Aufnahmestutzens des Schrumpffutters wenigstens eine diese durchsetzende Gewindebohrung mit einer die Achse der Aufnahmebohrung schneidenden, schräg zum spindelseitigen Ende des Schrumpffutters hin gerichteten Achse vorgesehen ist, welche eine gegen eine am Werkzeugschaft ausgebildete Anlagefläche anzulegende Anschlagschraube aufnimmt.
- Durch die gegen die Anlagefläche gegebenenfalls mit geringer Vorspannung anliegende Anschlagschraube wird für den Werkzeugschaft ein diesen in der Aufnahmebohrung haltender Anschlag gebildet, welcher ein Herausziehen des Werkzeuges aus der Aufnahmebohrung verhindert, so dass gegenüber einer rein reibschlüssigen Einspannung höhere Schnittkräfte und damit höhere Zerspanungsleistungen möglich sind. Eine eventuelle radiale Kraftkomponente der Fixierschraube ist ohne Bedeutung und bleibt infolge der engen und radial absolut spielfreien Einspannung des Werkzeugschaftes unwirksam.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugspannsystems wird auch darin gesehen, dass die Fixierschraube zusätzlich ein Walken des Fräserschaftes in der Aufnahmebohrung sicher verhindert.
- Es sind zwar grundsätzlich schon Werkzeugspannsysteme mit im wesentlichen radial gegen den Werkzeugschaft angestellten Fixierschrauben bekannt (Systeme ”Weldon”; ”Whistle Notch”). Dabei handelt es sich jedoch nicht um Schrumpffutter, bei denen sich die Wand der Aufnahmebohrung infolge eines Schrumpfeffektes allseitig gleichmäßig an den Werkzeugschaft anlegt und diesen reibschlüssig hält. Vielmehr wird der Werkzeugschaft zunächst mit einem ein Einsetzen in die Aufnahmebohrung erlaubenden Spiel in diese eingeführt und sodann durch Anziehen der Fixierschraube zwischen dieser und dem dieser gegenüberliegenden Bereich der Innenwand der Aufnahmebohrung geklemmt, Zusätzlich erfolgt beim System ”Weldon” eine formschlüssige Halterung durch die in eine am Werkzeugschaft ausgebildete Ausnehmung eingreifende Fixierschraube und beim System ”Wistle Notch” infolge einer leicht einwärts gerichteten Kraftkomponente der Fixierschraube. Da bei beiden Systemen ein geringes Spiel zwischen der Aufnahmebohrung und dem Werkzeugschaft erforderlich ist, damit dieser in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann, entsteht beim Anziehen der Fixierschraube unvermeidlich eine seitliche Verschiebung des Werkzeugschaftes und damit ein nicht zu vernachlässigender Rundlauffehler.
- Wie bereits ausgeführt wurde, wird bei der vorliegenden Erfindung das Einspannen des Werkzeugschaftes in die Aufnahmebohrung durch den Schrumpfeffekt bewirkt, womit Rundlauffehler weitgehend ausgeschlossen sind, und die Fixierschraube dient als Anschlag, so dass sie im wesentlichen ohne eine größere Vorspannung nur bis zur Anlage an die dafür vorgesehene Anlagefläche eingestellt werden muss.
- Um am Werkzeugschaft eine Anlagefläche für die Fixierschraube zu bilden, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass am Werkzeugschaft eine Ringnut mit wenigstens einer zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche ausgebildet ist, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch genauer dargelegt wird. Eine Ringnut ermöglicht es, das Werkzeug in jeder Drehlage, d. h. ohne eine vorgegebene Drehstellung zu spannen.
- Die Erfindung sieht auch vor, in Verbindung mit einem Schrumpffutter speziell für das Weldon-Spannsystem entwickelte Werkzeuge einzusetzen, bei denen am Werkzeugschaft eine seitliche Mitnahmefläche mit wenigstens einer zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche ausgebildet ist, an die sich die Anschlagschraube anlegen kann. Sowohl bei Werkzeugschäften mit Ringnut als auch bei Werkzeugschäften mit der beschriebenen seitlichen Mitnahmefläche ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Achse der Gewindebohrung mit der Achse der Aufnahmebohrung des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel etwa zwischen 35° und 55°, vorzugsweise von 45° bildet.
- In entsprechender Weise können auch für das Wistle Notch-Spannsystem entwickelte Werkzeuge in Verbindung mit einem Schrumpffutter eingesetzt werden, bei denen am Werkzeugschaft eine seitliche, zur Werkzeugspitze hin einwärts geneigte, zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehende Mitnahmefläche ausgebildet ist. Der Neigungswinkel dieser Mitnahmefläche liegt im Bereich von 2°; demgemäß bildet auch die Gewindebohrung mit der Achse der Aufnahmebohrung des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel von 2°.
- Die Halteschraube ist vorzugsweise als Madenschraube ausgebildet, die vollständig von der Gewindebohrung aufgenommen werden kann, so dass sie nicht seitlich über die Kontur des Aufnahmestutzens übersteht und eine Verletzungsgefahr für den Maschinenbediener bildet.
- Die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfindung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden.
- Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein Werkzeugspannsystem, mit einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Ringnut; -
2 eine Ansicht gemäß der1 , mit einer ersten Variante einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Mitnahmefläche; und -
3 eine Ansicht gemäß den1 und2 , mit einer zweiten Variante einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Mitnahmefläche. - Das in
1 dargestellte Werkzeugspannsystem2 umfasst ein an sich bekanntes Schrumpffutter4 mit einem in eine Spindelaufnahme (nicht dargestellt) einsetzbaren und in dieser festspannbaren Kegelschaft6 , einem Radialflansch8 , an welchem ein Werkzeugwechsler angreifen kann, und einem Aufnahmestutzen10 mit einer Aufnahmebohrung12 für die Aufnahme eines Werkzeuges14 . Ein axial verstellbarer Anschlag16 ermöglicht eine genaue Justierung des Werkzeuges14 in axialer Richtung und verhindert auch bei hohen Zerspanungsleistungen jegliche Verschiebung des Werkzeuges14 einwärts. - In der Wand
18 des Aufnahmestutzens10 ist wenigstens eine diese Wand18 durchsetzende Gewindebohrung20 vorgesehen, die eine Anschlagschraube22 aufnimmt. Die Achse24 der Gewindebohrung20 bildet mit der Achse26 der Aufnahmebohrung12 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 45°. - Am Werkzeugschaft
28 des Werkzeuges14 ist eine Ringnut30 ausgebildet, deren in1 obere Begrenzungsrandfläche32 quer bzw. rechtwinklig zur Achse24 der Gewindebohrung20 steht. Diese Begrenzungsrandfläche32 bildet eine Anlagefläche für die Anschlagschraube22 . Die Anschlagschraube22 bildet auf diese Weise einen zweiten Anschlag für das Werkzeug14 , welcher auch bei hohen Zerspanungsleistungen eine Verschiebung des Werkzeuges14 auswärts sicher verhindert. -
2 zeigt ein Werkzeugspannsystem, welches in wesentlichen Teilen dem Werkzeugspannsystem2 der1 gleicht und deshalb nicht nochmals im einzelnen beschrieben werden muss. In der Wand218 des Aufnahmestutzens210 ist wie beim Ausführungsbeispiel der1 eine Gewindebohrung220 ausgebildet, die eine Anschlagschraube222 aufnimmt. Die Achse224 der Gewindebohrung220 bildet mit der Achse226 der Aufnahmebohrung212 ebenfalls einen Winkel von 45°. - Am Werkzeugschaft
228 das Werkzeuges214 ist im Gegensatz zu dem Werkzeug der1 eine seitliche Mitnahmefläche230 ausgebildet, deren in2 obere Begrenzungsrandfläche232 quer, d. h. rechtwinklig zur Achse224 der Gewindebohrung220 steht und als Anlagefläche für die Anschlagschraube222 dient. Das Werkzeug214 entspricht den für das Weldon-Spannsystem entwickelten Werkzeugen. -
3 zeigt wiederum ein Werkzeugspannsystem ähnlich den1 und2 , welches sich von diesen nur in der Anordnung der Anschlagschraube322 und der damit zusammenwirkenden seitlichen Mitnahmefläche330 unterscheidet. Wie die3 erkennen lässt, ist am Werkzeugschaft328 des Werkzeuges314 eine seitliche, zur Werkzeugspitze hin einwärts geneigte Mitnahmefläche330 ausgebildet, die mit der dieser gegenüberliegenden Innenwand der Aufnahmebohrung312 einen sich einwärts verengenden Spalt bildet. Die Neigung der Mitnahmefläche330 gegenüber der Achse326 der Aufnahmebohrung312 beträgt hier 2°. Die Achse324 der Gewindebohrung320 steht senkrecht auf der Mitnahmefläche330 , d. h. sie ist aus einer zur Achse326 senkrecht stehenden Ebene ebenfalls um 2° nach unten geneigt, wie3 erkennen lässt. Auch hier hat die Anschlagschraube322 keine Spannfunktion, sondern eine Anschlagfunktion. Die Anschlagschraube322 muss im wesentlichen nur mit geringer Vorspannung bis zur Anlage an die Mitnahmefläche330 angezogen werden; die Anschlagfunktion wird dadurch gewährleistet, dass das Werkzeug wegen des sich verengenden Spaltes zwischen Mitnahmefläche330 und Innenwand der Aufnahmebohrung312 sich nach auswärts nicht bewegen kann. - Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwiesen.
- Bezugszeichenliste
-
- 2
- Werkzeugspannsystem
- 4
- Schrumpffutter
- 6
- Kegelschaft
- 8
- Radialflansch
- 10
- Aufnahmestutzen
- 12
- Aufnahmebohrung
- 14
- Werkzeug
- 16
- Anschlag
- 18
- Wand
- 20
- Gewindebohrung
- 22
- Anschlagschraube
- 24
- Achse
- 26
- Achse
- 28
- Werkzeugschaft
- 30
- Ringnut
- 32
- Begrenzungsrandfläche
- 210
- Aufnahmestutzen
- 212
- Aufnahmebohrung
- 214
- Werkzeug
- 218
- Wand
- 220
- Gewindebohrung
- 222
- Anschlagschraube
- 224
- Achse
- 226
- Achse
- 228
- Werkzeugschaft
- 230
- Mitnahmefläche
- 232
- Begrenzungsrandfläche
- 312
- Aufnahmebohrung
- 314
- Werkzeug
- 320
- Gewindebohrung
- 322
- Anschlagschraube
- 324
- Achse
- 326
- Achse
- 328
- Werkzeugschaft
- 330
- Mitnahmefläche
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- DE 19944440 C2 [0002]
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Claims (7)
- Werkzeugspannsystem zum Einspannen eines Zerspanungswerkzeuges in eine Werkzeugmaschinenspindel, umfassend ein in eine Spindelaufnahme einspannbares Schrumpffutter mit einem Aufnahmestutzen, in dessen Aufnahmebohrung ein Werkzeugschaft mittels Schrumpfung einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand (
18 ) des Aufnahmestutzens (10 ) wenigstens eine diese durchsetzende Gewindebohrung (20 ) mit einer die Achse (26 ) der Aufnahmebohrung (12 ) schneidenden, schräg zum spindelseitigen Ende des Schrumpffutters (4 ) hin gerichteten Achse (24 ) vorgesehen ist, welche eine gegen eine am Werkzeugschaft (28 ) ausgebildete Anlagefläche (Begrenzungswandfläche32 ) anzulegende Anschlagschraube (22 ) aufnimmt. - Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (
28 ) eine Ringnut (30 ) mit wenigstens einer zur Achse (26 ) der Gewindebohrung (12 ) rechtwinklig stehenden Begrenzungswandfläche (32 ) ausgebildet ist. - Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (
228 ) eine seitliche Mitnahmefläche (230 ) mit wenigstens einer zur Achse (224 ) der Gewindebohrung (220 ) rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche (232 ) ausgebildet ist. - Werkzeugspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis k3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (
24 ,224 ) der Gewindebohrung (20 ,220 ) mit der Achse (26 ,226 ) der Aufnahmebohrung (12 ,212 ) des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel zwischen 35° und 55°, vorzugsweise 45° bildet. - Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (
328 ) eine seitliche, zur Werkzeugspitze einwärts geneigte, zur Achse (324 ) der Gewindebohrung (320 ) rechtwinklig stehende Mitnahmefläche (330 ) ausgebildet ist. - Werkzeugspannsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmefläche (
330 ) zur Achse (326 ) der Aufnahmebohrung (312 ) einen Winkel von 2° bildet. - Werkzeugspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagschraube (
222 ,322 ) als Madenschraube ausgebildet ist.
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