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Die Erfindung betrifft die Befestigung von Werkzeugen für die maschinelle spanabhebende Bearbeitung an der Maschine.
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Bei einer spanabhebenden Materialbearbeitung mit einer entsprechenden Maschine, wie z. B. mit einer Fräs- oder Drehmaschine, wird ein Bearbeitungswerkzeug in der Praxis an einer sogenannten Werkzeugaufnahme angebracht, die das maschinenseitige Werkzeugende drehfest mit der Maschine verbindet. Dabei werden für Werkzeuge unterschiedlicher Größe typischerweise jeweils passende unterschiedliche Werkzeugaufnahmen verwendet.
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Bekannt ist dabei z. B. eine stirnseitige Befestigung eines Werkzeugs an einer Werkzeugaufnahme mithilfe einer zentrischen Schraube oder aber das Einklemmen eines Werkzeugs in einem maschinenseitigen Werkzeug-Halter mittels Klemmschrauben. Ein Wechsel zu einer anderen Maschine mit einem anderen Werkzeugaufnahmetyp, z. B. dem eines anderen Herstellers, erfordert im Allgemeinen auch einen neuen, dazu passenden, Werkzeugsatz.
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Zunehmend verbreitet ist in der Praxis weiterhin eine Maschinensteuerung des Bearbeitungsvorgangs durch einen eingebauten Rechner. Bei einer sogenannten CNC-Maschine (computerized numerical control) überwacht ein Computer die Materialbearbeitung anhand von digitalen Werten für die relative Position des Werkzeugs bezüglich eines Werkstücks.
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Aus dem den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildenden Stand der Technik in der
EP 0 776 728 A1 ist ein Werkzeugsystem für die maschinelle spanabhebende Bearbeitung bekannt, das ein Werkzeug mit einem Schneidkopf sowie einen maschinenseitigen Adapter aufweist, wobei an dem Werkzeug ein Zapfen und an dem Adapter eine Hohlaufnahme mit einer Montageachse zur Befestigung des Werkzeugs an dem Adapter vorgesehen ist. Bei diesem Werkzeugsystem erfolgt die Befestigung des Werkzeugs an dem Adapter durch einen thermisch erzeugten Kraftschluss zwischen dem Zapfen des Werkzeugs und der Hohlaufnahme des Adapters. Gleichzeitig sind an dem Werkzeug und an dem Adapter bezüglich der Montageachse radial außerhalb des Zapfens und der Hohlaufnahme angeordnete, miteinander in Kontakt kommende, geometrisch komplementär ausgebildete Anlageflächen ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zur Befestigung von Werkzeugen für die maschinelle spanabhebende Materialbearbeitung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeugsystem für die maschinelle spanabhebende Bearbeitung gelöst, das eine Mehrzahl Werkzeuge, eine Mehrzahl maschinenseitige Adapter sowie Befestigungsschrauben zum Anpressen der Anlageflächen aneinander und zur Befestigung der Werkzeuge an den Adaptern aufweist, wobei die Adapter jeweils an die Montage an verschiedenen Maschinen unterschiedlich angepasst sind und die Werkzeuge über die Adapter an den verschiedenen Maschinen montierbar sind. Erfindungsgemäß kann dabei je ein Zapfen an jedem Werkzeug und je eine Hohlaufnahme an jedem Adapter oder umgekehrt vorgesehen sein und sind bezüglich der Montageachse radial außerhalb der Hohlaufnahmen und der Zapfen angeordnete, miteinander in Kontakt kommende, geometrisch komplementär ausgebildete Anlageflächen an jedem Werkzeug und an jedem Adapter vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der verschiedenen Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und ergeben sich des Weiteren aus der folgenden Beschreibung. Dabei wird nicht im Einzelnen zwischen Verfahrens-, Verwendungs- und Vorrichtungsmerkmalen der Erfindung unterschieden, sodass die folgende Offenbarung im Hinblick auf alle diese Kategorien zu verstehen ist.
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In der erwähnten Mehrzahl erfindungsgemäßer Werkzeuge können sowohl verschiedenartige Werkzeuge, wie z. B. Dreh- und Fräswerkzeuge, als auch Werkzeuge unterschiedlicher Größe, wie z. B. Bohrstangen mit unterschiedlichen Schaftdurchmessern, vorgesehen sein.
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Die maschinenseitige Schnittstelle ist allerdings bei all den verschiedenen Werkzeugen aus der genannten Mehrzahl erfindungsgemäß entsprechend ausgebildet, sodass jedes dieser Werkzeuge an jedem erfindungsgemäßen Adapter montiert werden kann. Erfindungsgemäß ist ferner eine Mehrzahl verschiedener Adapter vorgesehen, von denen jeder maschinenseitig jeweils zu einem anderen Maschinensystem passend unterschiedlich ausgebildet ist, werkzeugseitig jedoch über eine untereinander entsprechende erfindungsgemäße Schnittstelle verfügt.
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In einem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem kann daher an einer bestimmten Maschine jedes (prinzipiell geeignete) Werkzeug mittels eines und desselben Adapters montiert werden. Dabei kann ein beliebiges Werkzeug aus der genannten Mehrzahl seinerseits prinzipiell an jeder (prinzipiell geeigneten) Maschine zur spanabhebenden Materialbearbeitung über einen maschinenseitig entsprechend angepassten erfindungsgemäßen Adapter montiert werden.
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Erfindungsgemäße Adapter für einen bestimmten Maschinentyp bilden somit jeweils ein Schnittstellenmodul für den jeweiligen Typ maschinenseitigen Aufnahmesystems, beispielsweise VDI20 bis VDI60 für Stabdurchmesser von 20 mm bis 60 mm zur maschinenseitigen Spanneinzugsbefestigung mit Verzahnung an einer CNC-Drehmaschine mit einem Revolver zur Werkzeugaufnahme.
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Neben VDI sind auch weitere Werkzeugaufnahmesysteme wie das des Herstellers ”Parat” mit einem Schwalbenschwanzprofil zur maschinenseitigen Kopplung; ”Multifix” auf Basis einer Verzahnung. auch als Schnellwechsel-Stahlhalter des Herstellers ”Axa” bekannt; SK mit Steilkegeleinzug; HSK als Hohlschaftkegel; PSC; KM etc., für ein erfindungsgemäßes Schnittstellenmodul geeignet.
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In einem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem können natürlich bestimmte Werkzeuge nur für eine bestimmte Maschine oder einen Teil der grundsätzlich verfügbaren Maschinen vorgesehen sein, weil ihre Verwendung an anderen Maschinen nicht von Interesse oder aus technischen Gründen nicht möglich ist. Z. B. können solche Werkzeuge über bestimmte erfindungsgemäße Adapter nur an einen Teil der Maschinen montierbar sein, während andere Werkzeuge über andere Adapter auch an der oder den verbleibenden Maschinen montierbar sind. Es muss also aus technischen Gründen nicht sinnvoll sein, grundsätzlich jedes vorhandene Werkzeug an grundsätzlich jeder vorhandenen Maschine montieren zu können. Es können insoweit auch mit Rücksicht auf bestimmte Erfordernisse bestimmter Werkzeuge angepasste Adapter für eine oder eine Mehrzahl bestimmter Maschinen vorgesehen sein. Jedenfalls soll erfindungsgemäß eine Mehrzahl Werkzeuge über eine Mehrzahl Module flexibel an einer Mehrzahl hinsichtlich des Montagetyps unterschiedlicher Maschinen montierbar sein. Vorzugsweise (wenngleich nicht zwingend) sind dabei allerdings die erfindungsgemäßen Adapter hinsichtlich ihrer werkzeugseitigen Schnittstelle untereinander identisch, also insbesondere auch gleich groß, und ist nur ein einziger solcher Adaptersatz vorgesehen. Dementsprechend sind dann die Werkzeuge hinsichtlich ihrer maschinenseitigen Schnittstelle ebenfalls untereinander identisch.
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Die erfindungsgemäße Schnittstelle zwischen einem Werkzeug und einem Adapter weist einen Zapfen und eine von der Größe her zu dem Zapfen passende Hohlaufnahme mit einer gemeinsamen Montageachse auf, wobei die Hohlaufnahme am Werkzeug und der Zapfen am Adapter angebracht sind oder umgekehrt. Die erfindungsgemäßen geometrisch komplementären Anlageflächen an dem Werkzeug und an dem Adapter, die im montierten Zustand aneinander anliegen, sind bezüglich der Montageachse radial außerhalb der Hohlaufnahme bzw. des Zapfens angeordnet, was sich für im Folgenden genannte mechanische Funktionen als günstig herausstellt, und vorzugsweise großflächig ausgebildet.
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Zum einen tragen die erfindungsgemäßen Anlageflächen zu der Positionierung der Werkzeugachse bezüglich des Adapters und somit bezüglich der Maschine bei. Dabei dienen die Anlageflächen insbesondere einer mechanischen Unterstützung des Werkzeugs während eines Vorgangs der Materialbearbeitung gegen die seitlich wirkenden Kräfte seitens des Werkstücks. In diesem Sinne bilden die Anlageflächen eine Basis, die unter anderem einem seitlichen Wegbiegen des Werkzeugs entgegenwirkt.
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Zum anderen tragen die erfindungsgemäß zueinander komplementär ausgebildeten Anlageflächen bei einem vorliegenden Anpressdruck zwischen diesen Flächen durch einen Reibschluss zu der Übertragung eines Drehmoments von der Maschine auf das Werkzeug bzw. zu dem Abfangen eines Drehmoments, das seitens des Werkstücks auf das Werkzeug wirkt, bei.
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Da ferner die erfindungsgemäße Anordnung der Anlageflächen außerhalb des Zapfens und der Hohlaufnahme bei einer Montage sichtbar und kontrollierbar ist, wird dadurch eine exakte Festlegung eines Abstands zwischen der Maschine und dem Schneidkopf des Werkzeugs in Richtung der Montageachse erleichtert. Der entsprechende, gegebenenfalls von einem Rechner für eine digitale Maschinensteuerung gespeicherte, Wert für die Position des Schneidkopfs dieses Werkzeugs entlang der Montageachse wird dadurch ohne eine weitere Anpassung bzw. Justierung bei einer erneuten Montage von diesem Werkzeug reproduzierbar, muss also nicht jedes Mal neu ausgemessen werden.
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Der bereits erwähnte Anpressdruck zwischen den Anlageflächen kann erfindungsgemäß durch Befestigungsschrauben erzeugt werden, welche das Werkzeug am Adapter befestigen. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen werden vorzugsweise anstelle einer zentrischen Schraube nicht in der Montageachse liegende Befestigungsschrauben verwendet. Insbesondere für kleine Werkzeuge zeigt das aus Platzgründen erhebliche Vorteile. Hierbei lässt sich mit mehr als einer Befestigungsschraube, die vorzugsweise bezüglich der Montageachse symmetrisch angeordnet sind, unter anderem eine diesbezüglich gleichmäßige Druckerzeugung zwischen den Anlageflächen erreichen. Eine Kombination aus z. B. Werkzeugen mit einer zentrischen und anderen mit seitlichen Befestigungsschrauben ist auch denkbar, wie weiter unten zu sehen ist.
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Weiterhin ist bei einer Befestigung der oder bestimmter Werkzeuge am Adapter mit den Befestigungsschrauben vorzugsweise gewährleistet, dass man eine Wahl zwischen zwei um 180° bezüglich der Montageachse verdrehten Winkelpositionen eines Werkzeugs im montierten Zustand hat. Diese Möglichkeit kann beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, bei einer geradzahligen Anzahl bezüglich der Montageachse symmetrisch angeordneter Befestigungsschrauben vorliegen. Entscheidend ist dabei erfindungsgemäß nicht eine Symmetrie der Anordnung von Befestigungsschrauben oder deren Gegenlöchern, sondern allein eine 180°-Symmetrie der Montagemöglichkeit für das Werkzeug.
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Die Freiheit, ein Drehwerkzeug jeweils um 180° um die Montageachse verdreht an der Maschine zu montieren, ermöglicht einem Benutzer einen Wechsel zwischen montagetechnisch entsprechenden Maschinen, bei denen die Materialbearbeitung, z. B. die Außenbearbeitung, auf jeweils anderer Seite bzgl. der sogenannten Drehmitte erfolgt. Hierbei ist die Drehmitte bei einem rotierenden Werkstück durch dessen Rotationsachse definiert. Außerdem erlaubt die Verdrehbarkeit um 180° bei manchen Drehwerkzeugen auch einen Wechsel zwischen Innen- und Außenbearbeitung eines Werkstücks, ohne dass das Werkzeugsystem dafür auf die andere Seite bezüglich der Drehmitte verlegt werden muss.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems sind an der Schnittstelle zwischen einem Werkzeug und einem Adapter zusätzlich zu dem Zapfen und der Hohlaufnahme außerhalb der Montageachse ein weiterer Vorsprung und eine Aufnahme dazu vorgesehen. Der Vorsprung kann dabei besonders bevorzugter Weise als ein in ein Bohrloch in dem zugehörigen Bauteil, also in dem Werkzeug oder in dem Adapter, gesteckter und aus diesem Bauteil über die Schnittstelle hinaus ragender Stift ausgebildet sein. Die Aufnahme für den Vorsprung im komplementären Bauteil (einfacher Zylinder), also im Adapter bzw. im Werkzeug, weist dabei bezüglich einer Drehung des Vorsprungs um die Montageachse erfindungsgemäß gerade nur so viel Spiel auf, wie zu dessen Einführung in die Aufnahme benötigt wird, definiert also eine bestimmte Winkelposition des Werkzeugs relativ zu dem Adapter im montierten Zustand.
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Bei einem solchen Werkzeug liegen also alle drei Koordinaten dessen Schneidkopfs bezüglich eines erfindungsgemäßen Adapters fest, nämlich der oben bereits erwähnte axiale Abstand, die Winkelposition bezüglich der Montageachse sowie der für das Werkzeug eindeutige radiale Abstand des Schneidkopfs von der Montageachse. Der Schneidkopf ist somit vollständig bezüglich der Anlagefläche des Adapters referenziert, da diese Werte bei einer erneuten Montage oder einer Montage an einem weiteren erfindungsgemäßen Adapter reproduzierbar sind. Sie können daher im Fall einer digitalen Steuerung des Bearbeitungsvorgangs für ein solches Werkzeug in einem sogenannten Werkzeugspeicher gespeichert werden und brauchen nicht jedes Mal neu ausgemessen werden.
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Neben der beschriebenen Möglichkeit einer Winkelpositionierung kann das Ensemble aus dem Vorsprung und der zugehörigen Aufnahme durch das beschriebene Ineinandergreifen auch der Unterstützung der oben erwähnten Drehmomentübertragung auf das Werkzeug dienen. Insbesondere können dadurch die Befestigungsschrauben teilweise entlastet werden.
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Vorzugsweise ragt der Vorsprung aus einer Anlagefläche heraus und wird von der in einer komplementären Anlagefläche angeordneten Aufnahme im montierten Zustand des Werkzeugs vollständig aufgenommen. Ferner sind vorzugsweise mehr als ein Vorsprung an jeweils einem selben Adapter bzw. Werkzeug mit zugehörigen Aufnahmen an dem zugehörigen Werkzeug bzw. Adapter vorgesehen. Alternativ ist auch ein Werkzeug-Adapter-Paar mit nur einem Vorsprung und mehreren Aufnahmen denkbar, bei dem unter anderem eine 180°-Drehung des montierten Werkzeugs bezüglich der Montageachse durch diesbezüglich entsprechend verdreht angeordnete Aufnahmen möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind jedoch mindestens zwei bezüglich der Montageachse um 180° verdreht angeordnete Vorsprünge mit zugehörigen Aufnahmen an jeweils einem selben Adapter bzw. Werkzeug vorgesehen. Dies kann beispielsweise für Anwendungen mit besonders großen Drehmomenten vorteilhaft sein, z. B. bei einer Schwerzerspanung.
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Bei mindestens zwei Vorsprüngen und mindestens zwei Aufnahmen pro Werkzeug bzw. Adapter (oder umgekehrt) kann die Möglichkeit einer 180°-Drehung individuell gesteuert werden. Soll eine (im Übrigen baulich mögliche) 180°-Drehung gesperrt werden, so können die Vorsprünge und die Aufnahmen unterschiedliche Höhen bzw. Tiefen aufweisen, und zwar in solcher Weise, dass sie nur in einer bestimmten Orientierung zusammen passen. (Das gilt im Prinzip natürlich auch für ihre Form oder Breite.) Nun können insbesondere bei bestimmten Werkzeugen die dort vorgesehenen Löcher abweichend von diesem Prinzip beide ausreichend tief oder können dort vorgesehene Vorsprünge beide ausreichend flach ausgebildet werden, sodass dieses Werkzeug eine 180°-Drehung erlaubt. Das gilt analog für die Adapter. Bei der schon erwähnten Ausgestaltung der Vorsprünge als eingesteckte Positionsstifte kann ein längerer Stift herausgezogen und durch einen kürzeren ersetzt werden, um den gleichen Effekt zu erzielen.
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In den Ansprüchen ist in diesem Zusammenhang von unterschiedlichen bzw. gleichen Höhen oder Tiefen die Rede. Der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass sich der Begriff ”gleich” hier nur auf die Passung zum Gegenstück auch nach 180°-Drehung bezieht. Da ”zu tiefe” Löcher und ”zu flacher” Vorsprünge die Passung nicht behindern, ist keine quantitative Identität der Tiefe oder Höhe gemeint.
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Insgesamt lassen sich also durch geschickte Ausnutzung der Passungen oder Fehlpassungen von Höhen und/oder Tiefen der Vorsprünge und Aufnahmen gezielt Zwangslagen hinsichtlich des Rotationsfreiheitsgrades um die Montageachse herstellen und, insbesondere hinsichtlich einer 180°-Drehung (grundsätzlich aber auch bezüglich anderer Drehfreiheitsgrade) aufheben.
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Die Normalenvektoren der Anlageflächen der erfindungsgemäßen Werkzeuge bzw. Adapter schließen mit der Montageachse einen Winkel von, in folgender Reihenfolge zunehmend bevorzugt, 0°–45°, 0°–30°, 0°–10° ein. Besonders bevorzugt ist also eine senkrechte Anordnung der Anlageflächen bezüglich der Montageachse.
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Bei einer Montage eines erfindungsgemäßen Werkzeugs an einem erfindungsgemäßen Adapter mithilfe der Befestigungsschrauben werden diese vorzugsweise durch entsprechende Durchgangslöcher in dem die Hohlaufnahme tragenden Bauteil, d. h. jeweils im Werkzeug oder im Adapter, geführt und gegen das jeweils komplementäre Bauteil angezogen. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält dabei das komplementäre Bauteil, d. h. der Adapter bzw. das Werkzeug, Gegenlöcher, in die die Befestigungsschrauben greifen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems schließen Längsachsen der Befestigungsschrauben mit der Montageachse einen Winkel von, in der folgenden Reihenfolge zunehmend bevorzugt, 30°–90°, 45°–90°, 60°–90° ein. Mit anderen Worten besitzen die Befestigungsschraubenachsen im montierten Zustand bei dieser Ausführungsform eine bezüglich der Montageachse radiale Komponente.
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Eine schräge, vorzugsweise senkrechte, Anordnung der Längsachsen der Befestigungsschrauben bezüglich der Montageachse ist besonders vorteilhaft, weil sich damit die radialen Abmessungen reduzieren lassen. Eine senkrechte Anordnung ist dabei sowohl hinsichtlich der Herstellung als auch für die Benutzung des Werkzeugsystems besonders einfach.
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Ein Anpressdruck zwischen den Anlageflächen im montierten Zustand eines solchen Werkzeug-Adapter-Paares kann z. B. dadurch erreicht werden, dass ein geringfügiger Unterschied der relativen Abstände eines jeden Gegenlochs in dem Zapfen und des zugehörigen Durchgangslochs in der Hohlaufnahme von den jeweiligen Anlageflächen bei einem Zusammenfahren des Werkzeugs und des Adapters bis zum Anschlag der beiden Anlageflächen für eine bezüglich der Montageachse axiale Fehlpassung sorgt, durch welche die Anlageflächen bei einem anschließenden Anziehen der mindestens einen Befestigungsschraube angedrückt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Ausführungsform weisen die Gegenlöcher bezüglich der Montageachse schräg angeordnete Anlageflächen für die Befestigungsschrauben auf. Des Weiteren ist dabei zu einer kontrollierten Kraftübertragung und Kraftverteilung beim Anziehen einer jeden Befestigungsschraube deren Spitze vorteilhafterweise geometrisch ungefähr komplementär zu der Schraubenanlagefläche im Gegenloch ausgebildet. Typischerweise sind die Schraubenspitzen zu diesem Zweck kegelförmig, vorzugsweise mit abgeschnittenen Kegelspitzen, ausgebildet, alternativ ist aber auch eine teilkugelförmige Schraubenspitze denkbar.
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Vorzugsweise ist eine Schneide des Schneidkopfs eines Werkzeugs mittig auf die Montageachse referenziert, d. h. sie liegt im montierten Zustand des Werkzeugs in einer Referenzebene, die sowohl die Montageachse als auch die Rotationsachse des Werkstücks enthält. Typischerweise handelt es sich um eine horizontale Ebene. Eine Schneide wird in diesem Kontext formal als eindimensional aufgefasst. und zwar als ein Punkt des Schneidkopfs, der bei einem Drehprozess in unmittelbarer Wechselwirkung mit dem Werkstück steht. Genau genommen wird in der Praxis ein räumlich ausgedehnter Abschnitt einer Wendeschneidplatte oder eines Drehstahlmessers an einem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang unmittelbar beteiligt, wobei die Schneide im obigen Sinne ein Teil dieses Abschnitts ist.
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Eine solche Referenzierung erlaubt unter anderem eine Einschränkung der relativen Bewegung des Werkzeugs und eines um seine Achse rotierenden Werkstücks bei einer spanabheberiden Innen- oder Außenbearbeitung auf die Referenzebene.
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Ferner ist bei einem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem die Mantelfläche der Zapfen vorzugsweise zylinderförmig ausgestaltet. Dies ist gegenüber anderen möglichen Formen der Mantelfläche am einfachsten herzustellen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann bei weiteren Werkzeugen der Anpressdruck zwischen den Anlageflächen auch durch das Aufschrauben der Hohlaufnahme auf den Zapfen mittels eines zentrischen Gewindes erzeugt werden. In einem solchen Fall wird eine Winkelposition des Werkzeugs bezüglich einer Drehung um die Montageachse allein durch die erwähnten Vorsprünge und Aufnahmen oder nur durch den Anschlag der Anlageflächen festgelegt und sollte im letzteren Fall bei den betreffenden Werkzeugen unkritisch sein.
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Somit kann ein erfindungsgemäßer Adapter als eine sogenannte Universalwerkzeugaufnahme ausgebildet sein, d. h. sowohl für eine Verwendung mit Werkzeugen ohne ein zentrisches Gewinde als auch mit Werkzeugen die ein zentrisches Gewinde aufweisen, eingesetzt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugsystem ist jeweils der Zapfen am Adapter und die Hohlaufnahme am Werkzeug angeordnet. Dies hat zum einen den Vorteil, dass Werkzeuge, die in der Praxis oft abmontiert und weggelegt werden müssen, auf deren Hohlaufnahme als eine Art Standfuß auf jeder horizontalen Auflage abgestellt werden können. Das gilt insbesondere für Ausführungen mit Positionieraufnahmen oder einer größeren Zahl Positioniervorsprünge in der Anlagefläche. Es bedarf also nicht unbedingt immer eines Werkzeugkastens oder Halters zum Abstellen der Werkzeuge. Zum anderen ist bei der Verwendung seitlicher Befestigungsschrauben vorzugsweise jeweils ein Innengewinde in den Durchgangslöchern der Hohlaufnahme vorgesehen, das einem Verschleiß unterliegt. Da Werkzeuge an sich einem deutlich stärkeren Verschleiß unterliegen als Adapter und daher viel öfter erneuert werden müssen, ist es praktisch günstig, wenn die Hohlaufnahmen samt deren Gewindelöchern jeweils zusammen mit dem oft benutzten Werkzeug erneuert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die dabei offenbarten Merkmale auch jeweils einzeln für sich und in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können und sich, wie bereits erwähnt, implizit auf alle Kategorien der Erfindung beziehen.
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Im Folgenden zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehwerkzeug-Adapter-Paares in Explosionsdarstellung,
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2a eine Seitenansicht senkrecht zu der Montageachse des Drehwerkzeug-Adapter-Paares aus 1,
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2b eine Schnittdarstellung des Drehwerkzeug-Adapter-Paares aus 1 längs der Montageachse um 90° um diese relativ zu 2a gedreht,
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3a eine Draufsicht auf das Drehwerkzeug-Adapter-Paar aus 1 senkrecht zu der Montageachse,
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3b eine Schnittdarstellung des Drehwerkzeug-Adapter-Paares aus 1 längs der Montageachse um 90° um diese relativ zu 3a gedreht,
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4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeug-Adapter-Paares in Explosionsdarstellung,
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5a eine Seitenansicht senkrecht zu der Montageachse des Fräswerkzeug-Adapter-Paares aus 4,
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5b eine Schnittdarstellung des Fräswerkzeug-Adapter-Paares aus 4 längs der Montageachse um 90° um diese relativ zu 5a gedreht,
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6a eine Draufsicht auf das Fräswerkzeug-Adapter-Paar aus 4 senkrecht zu der Montageachse,
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6b eine Schnittdarstellung des Fräswerkzeug-Adapter-Paares aus 4 längs der Montageachse um 90° um diese relativ zu 6a gedreht.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Drehwerkzeugs 2 mit einer DCMT-Wendeschneidplatte 3, das mittels Befestigungsschrauben 4 an einem Adapter 5 befestigt werden kann, der seinerseits drehfest an einer Drehmaschine (nicht gezeigt) montierbar ist.
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Das Drehwerkzeug 2, in der Praxis auch als ein Bohrstahl oder eine Bohrstange bezeichnet, weist einen zylinderförmigen Schaft 6 mit einem Durchmesser von 32 mm auf, dessen Achse der Montageachse 23 (vgl. 2a) des Drehwerkzeug-Adapter-Paars 1 entspricht. Das maschinenseitige Ende des Werkzeugs 2 ist eine mit dem Schaft 6 koaxial ausgebildete zylinderförmige Hohlaufnahme 7 mit einem Außendurchmesser von 48 mm, wobei die Verjüngung zum Schaft 6 hin mit einem Übergangskonus 8 erfolgt.
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Bei dem Adapter 5 handelt es sich um eine VDI 30-Werkzeugaufnahme, die mittels eines 30 mm dicken Befestigungsstabs 9 mit einer Verzahnung 10 an einer Materialbearbeitungsmaschine, hier an einer CNC-Drehmaschine, durch Spanneinzug montiert werden kann, zum Beispiel an einem sogenannten Revolver mit typischerweise zwölf Revolverplätzen. Dabei erfolgt eine drehfeste Befestigung der Werkzeugaufnahme 5 an der Maschine mittels eines Spannbolzens (nicht gezeigt) mit einer Verzahnung, die in die Verzahnung 10 der VDI 30-Aufnahme 5 greift und somit deren Plananlage 11 gegen eine Revolverplananlage anzieht.
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Der Adapter 5 weist einen Zapfen 12 mit einer zylindrischen Mantelfläche auf, der vollständig und mit wenig Spiel in die Hohlaufnahme 7 des Werkzeugs 2 hineinpasst. Zur Befestigung des Werkzeugs 2 an dem Adapter 5 mittels der Inbusschrauben 4 weist die Hohlaufnahme 7 zwei Durchgangslöcher 13 auf, von denen in 1 nur eins zu sehen ist, jeweils mit einer Senkung 14 und einem Innengewinde (nicht gezeigt), welches zu einem Außengewinde (nicht gezeigt) der Klemmschrauben 4 passt.
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Durch das Aufsetzen der Hohlaufnahme 7 des Drehwerkzeugs 2 auf den Vorsprung 12 des Adapters 5 bis zu einem durch jeweilige Anlageflächen 15, 16 festgelegten Anschlag und durch das anschließende Anziehen der Klemmschrauben 4 wird die oben genannte Montageachse 23 des Werkzeugsystems 1 festgelegt.
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In dem Zapfen 12 sind Gegenlöcher 17 vorgesehen, in die die Schrauben 4 eingreifen. Die Gegenlöcher 17 sind gegenüber den entsprechenden Durchgangslöchern 13 in der Hohlaufnahme 7 mit einer weiter oben bereits erwähnten (bezüglich der Montageachse 23) axialen Fehlpassung angeordnet, sodass Anlageflächen 15, 16 bei angezogenen Klemmschrauben 4 mit einem gewissen Druck aneinander anliegen. Die Fehlpassung, auch als Vorspannung bekannt, beträgt im vorliegenden Beispiel 0,25 mm im demontierten Zustand des Drehwerkzeug-Adapter-Paares 1.
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Eine exakte relative Winkelposition des Werkzeugs 2 und des Adapters 5 bezüglich der Montageachse 23 wird mittels zweier Positionsstifte 25 in der Anlagefläche 16 des Adapters 5 erreicht mit komplementär dazu ausgebildeten Positionslöchern 27 (s. 3b) in der Anlagefläche 15 des Werkzeugs 2. Die Positionsstifte 25 haben einen Durchmesser von 6 mm, sind aus gehärtetem Stahl gefertigt und tragen effektiv zum Abfangen eines bezüglich der Montageachse 23 wirkenden Drehmoments bei.
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Zum Zweck einer 180°-Verdrehbarkeit bei der Montage sind im vorliegenden Beispiel sowohl die Durchgangslöcher 13 und die entsprechenden Gegenlöcher 17 als auch die Positionsstifte 25 und die entsprechenden Positionslöcher 27 bezüglich der Montageachse 23 symmetrisch angeordnet. Die Positionsstifte 25 sind um 90° gegenüber den Gegenlöchern 17 versetzt. Dies trägt weiterhin zu einer Gleichmäßigkeit einer Drehmomentübertragung bezüglich der Montageachse und einer Verteilung des Anpressdrucks zwischen den Anlageflächen 15, 16 bei.
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Weiterhin sind zum Zweck einer kontrollierten Krafteinwirkung zwischen der jeweiligen Schraube 4 und dem entsprechenden Gegenloch 17 hinsichtlich der oben genannten Vorspannung Schraubenspitzen 18 kegelförmig ausgebildet und Seitenwände 19 der Gegenlöcher 17 teilweise komplementär hierzu schräg bezüglich der Montageachse 23 angeordnet.
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Anstelle einer VDI 30-Aufnahme kann im Allgemeinen jeder erfindungsgemäße Adapter wie eingangs spezifiziert zur Montage des Werkzeugs 2 an einer entsprechenden Materialbearbeitungsmaschine eingesetzt werden.
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Weiterhin weist die Werkzeugaufnahme 5 einen mit einer Verschlussschraube 20 verschließbaren Kanal 21 für eine Kühlflüssigkeit auf, die durch ein weiteres Stück des Kanals 21 im Werkzeug 2 und eine Öffnung 22 zu der Wendeschneidplatte 3 gelangen kann.
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Es versteht sich, dass weder die absoluten noch die relativen Abmessungen im vorliegenden Ausführungsbeispiel als einschränkend für ein erfindungsgemäßes Drehwerkzeug-Adapter-Paar 1 verstanden werden sollen. Vielmehr erlaubt die Verwendung von seitlichen Befestigungsschrauben 4 wie in 1 eine flexible Variation der Größe der Werkzeuge 2 und/oder der Adapter 5, je nach Anforderungen der angestrebten Anwendung. Beispielsweise werden zur Innenbearbeitung von tiefen und engen Öffnungen in einem Werkstück entsprechend dimensionierte Bearbeitungswerkzeuge 2 mit einem langen und schlanken Schaft 6 gebraucht.
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In 2a ist das Drehwerkzeug-Adapter-Paar 1 aus 1 in einer horizontalen Seitenansicht mit Blickrichtung senkrecht zu der Montageachse 23 zu sehen. In dieser Darstellung sind die Projektionen der Anlageflächen 15, 16 an der erfindungsgemäßen Schnittstelle sowie die maschinenseitige Plananlage 11 des Adapters 5 zu sehen, jeweils in der genannten Richtung. Weiterhin ist eine werter oben beschriebene mittige Referenzierung der Schneide 24 des Wendeplättchens 3 auf die Montageachse 23 erkennbar.
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In 2b ist ein Schnitt A-A des in 2a dargestellten Drehwerkzeug-Adapter-Paar 1 durch seine Montageachse 23 und um 90° um diese gedreht dargestellt. Hier kann man erneut die mittige Referenzierung der Schneide 24 der Wendeplatte 3 auf die Montageachse 23 erkennen.
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Weiterhin ist eine axiale Bohrung 26 innerhalb des Adapters 5 zu sehen, die entweder eine Gewindestange oder aber ein Innengewinde (beides nicht gezeigt) besitzen kann. Ein solches zentrisches Gewinde in der Bohrung 26 würde eine Verwendung des aus diesem Grund als eine Universalaufnahme bezeichneten Adapters 5 mit einem ein komplementäres Gewinde aufweisenden Werkzeug (nicht gezeigt) ermöglichen, beispielsweise mit einem Bohrer. Eine zur Illustration auch im Drehwerkzeug 2 gezeichnete Sacklochbohrung 28 kann im Fall eines solchen Werkzeugs z. B. ein Innengewinde zum Einschrauben einer kurzen Gewindestange aufweisen, die ihrerseits zu einem Innengewinde in der axialen Bohrung 26 passt. Eine solche zentrische Verschraubung würde die Befestigungsschrauben 4 ersetzen.
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In 3a sind in einer Draufsicht auf das Drehwerkzeug-Adapter-Paar 1 aus 1 die bereits beschriebenen Elemente noch einmal mit Blickrichtung von oben zu erkennen.
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In 3b ist ein Schnitt B-B des in 3a dargestellten Drehwerkzeug-Adapter-Paars 1 durch seine Montageachse 23 und um 90° um diese gedreht zu sehen.
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Hier sind in der Anlagefläche 15 des Werkzeugs 2 die unterschiedlich tiefen Positionslöcher 27 für die Positionsstifte 25 zu erkennen. Im vorliegenden Beispiel sind die Positionsstifte 25 gleich lang und ragen bis zu einer gleichen Höhe aus der Anlagefläche 16, wobei jeder Positionsstift 25 in jedes Positionsloch 27 vollständig hineinpasst.
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Aus den 1 bis 3b ist vor allem ersichtlich, dass das Werkzeug 2 an dem Adapter 5 auch um 180° um die Montageachse 23 verdreht montiert werden kann, wobei die mittige Ausrichtung der Schneide 24 bezüglich der Montageachse 23 dabei erhalten bleibt.
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Soll allerdings diese 180°-Symmetrie für ein Werkzeug 2 verhindert werden, so lässt sich dies durch das Ersetzen eines der in 3b gezeigten Positionsstifte 25 durch einen längeren Positionsstift (nicht gezeigt) erreichen, der nur in das in der selben Figur untere Positionsloch 27 vollständig hineinpassen würde, nicht jedoch in das obere.
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In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fraswerkzeug-Adapter-Paares 1 in Explosionsdarstellung dargestellt.
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Im Unterschied zu dem Drehwerkzeug 2 aus 1 wird hier die Bohrstange 2' rotierend (um die Montageachse 23) eingesetzt und erfüllt die Funktion eines Spindelwerkzeugs. Deren Schneidkopf 3' besitzt hier eine 120°-Symmetrie bezüglich der Montageachse 23, hat insbesondere die Montageachse 23 zur Rotationsachse im Gegensatz zu der seitlich der Montageachse 23 angeordneten Wendeschneidplatte 3 in 1. Der Adapter 5' ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Steilkegel-Werkzeugaufnahme SK 40, die ebenfalls zu einem Betrieb in Rotation ausgelegt ist. Man spricht insgesamt von einem dynamischen (Fräs-)Werkzeug 2' im Gegensatz zu dem statischen (Dreh-)Werkzeug 2 aus 1.
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Die meisten Elemente der erfindungsgemäßen Werkzeug-Adapter-Schnittstelle in den 4 bis 6b entsprechen denen aus den 1 bis 3b und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 5a ist eine Seitenansicht des Fräswerkzeug-Adapter-Paares 1' mit Blickrichtung senkrecht zu der Montageachse 23 aus 4 dargestellt. In der Schnittdarstellung A-A in 5b erkennt man als Unterschied zu 2b, dass hier der Kanal 21 für die Kühlflüssigkeit im Werkzeug 2' axial verläuft.
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In 6a ist eine Draufsicht des Fräswerkzeug-Adapter-Paares 1' mit Blickrichtung senkrecht zu der Montageachse 23 aus 4 dargestellt. In der Schnittdarstellung B-B in 6b erkennt man hier im Gegensatz zu 3b Positionslöcher 27 gleicher Tiefe. Die Möglichkeit einer Aufhebung der weiter oben besprochenen 180°-Verdrehbarkeit um die Montageachse 23 würde nämlich im Fall eines rotierenden Werkzeugs 2' nicht gebraucht.
