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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme und ein Spannsystem mit einer derartigen Werkzeugaufnahme.
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Moderne Werkzeugaufnahmen weisen in der Regel die Möglichkeit einer inneren Kühlmittelzufuhr auf. Sie enthalten üblicherweise einen zentralen Kühlmittelkanal, durch den ein von einer Arbeitspindel einer Werkzeugmaschine eingeleiteter Kühlschmierstoff zu einer Aufnahmeöffnung für das Werkzeug geführt werden kann. Bei den Kühlschmierstoffen kann es sich um flüssige oder gasförmige Fluide oder auch um Mischformen handeln, wie z. B. einem Strom aus reiner Luft oder ein Nebel aus Luft mit fein verteilten Öltröpfchen. Zwischen dem zentralen Kühlmittelkanal und der Aufnahmeöffnung ist innerhalb des Aufnahmekörpers der Werkzeugaufnahme eine Abstufung mit einer der Aufnahmeöffnung zugewandten Übergangsfläche vorhanden. Wenn der Werkzeugschaft eines Bohrers, Fräser oder dgl. in die Aufnahmeöffnung eingesetzt wird, soll zwischen der Übergangsfläche und dem inneren Ende des Werkzeugschafts ein Spalt verbleiben, über den der Kühlschmierstoff zu der Außenseite des Werkzeugschafts strömen kann. Wenn jedoch der Werkzeugschaft zu weit in die Aufnahmeöffnung eingesteckt wird oder sogar mit seinem inneren Ende zur abdichtenden Anlage an der Übergangsfläche gelangt, besteht die Gefahr, dass eine nicht ausreichende Menge oder sogar gar kein Kühlschmierstoff mehr zu der Werkzeugschneide gelangt. Dies kann zu unerwünschten Brüchen der Werkzeuge führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugaufnahme der eingangs genannten Art und ein Spannsystem mit einer solchen Werkzeugaufnahme zu schaffen, die eine zuverlässige Kühlschmierstoffzufuhr gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch einen Werkzeughalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Spannsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme ist an der inneren Abstufung mindestens ein von dem zentralen Kühlmittelkanal radial abzweigender Verteilerkanal vorgesehen. Radial bedeutet, dass der Kanal zur Drehachse der Werkzeugaufnahme einen Winkel mit einer radialen Komponente einschließt. Über diesen Verteilerkanal kann der Kühlschmierstoff auch dann von dem zentralen inneren Kühlmittelkanal zur Außenseite des Werkzeugschafts und an diesen entlang bis zur Schneide des Werkzeugs geleitet werden, wenn der Werkzeugschaft bis zum Anschlag an der Übergangsfläche in die Aufnahmeöffnung eingesteckt wird. Dadurch kann eine Unterbrechung der Kühlmittelzufuhr und eine dadurch bedingte Schädigung der Werkzeuge vermieden werden.
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In einer fertigungstechnisch einfachen und vorteilhaften Ausführung kann der Verteilerkanal durch eine Nut oder Vertiefung in einer zur Aufnahmeöffnung weisenden Übergangsfläche der Abstufung gebildet sein. Über diese Nut oder Vertiefung kann das Kühlschmiermittel auch dann strömen, wenn der Werkzeugschaft mit seinem inneren Ende zum Anschlag an der Übergangsfläche gelangt. Der Verteilerkanal kann aber auch durch mehrere von der Übergangsfläche vorstehende Stifte oder Erhebungen gebildet werden, über welche die hintere Endfläche an einzelnen Punkten im Abstand von der Übergangsfläche gehalten wird. Zwischen den Stiften oder Erhebungen bilden sich dann ebenfalls Verteilerkanäle, über die der Kühlschmierstoff radial nach außen abgeleitet werden kann. In der Abstufung könnten auch Verbindungsbohrungen zur Verbindung zwischen dem zentralen Kühlmittelkanal und einem Sammelraum oder weiterführender Kühlmittelkanäle vorgesehen sein.
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Eine besonders effektive Verteilung des Kühlschmierstoffs kann durch mehrere über den Umfang verteilte radiale Verteilerkanäle erreicht werden. Die Verteilerkanäle können in einer zweckmäßigen Ausführung sternförmig radial nach außen verlaufend in der Übergangsfläche an der Abstufung zwischen dem zentralen Kühlmittelkanal und der Aufnahmeöffnung angeordnet sein.
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Die Verteilerkanäle können in einen zwischen der Aufnahmeöffnung und dem Werkzeugschaft gebildeten Sammelraum und/oder weitere Kühlmittelkanäle münden. Die Verteilerkanäle können z.B. zunächst in einen Sammelraum münden und von dort an weitere Kühlmittelkanäle geleitet werden. Die Verteilerkanäle können aber auch direkt in weitere Kühlmittelkanäle münden.
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Bei einer fertigungstechnisch einfachen und zweckmäßigen Ausführung können die weiteren Kühlmittelkanäle durch Querbohrungen und Längsbohrungen in dem Aufnahmekörper gebildet sein.
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Die Werkzeugaufnahme kann als Schrumpffutter mit einem durch Erwärmung aufweitbaren vorderen Spannbereich oder als Spannzangenfutter mit einer Spannzange und einer Spannmutter ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme kann aber auch als Dehnspannfutter, als Rollenkraftspannfutter oder als anderes Werkzeugspannsystem ausgeführt sein.
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An der Innenseite der Aufnahmeöffnung kann ein Sperrelement zum formschlüssigen Eingriff in ein entsprechendes Gegenelement am Werkzeugschaft des Werkzeugs angeordnet sein. Über den formschlüssigen Eingriff des Sperrelements in das dazugehörige Gegenelement kann ein axiales Auswandern des Werkzeugs 2 aus der Werkzeugaufnahme 1 verhindert werden. In entsprechender Weise könnte das an der Aufnahmeöffnung vorgesehene Sperrelement aber auch als Vertiefung und das dazugehörige Gegenelement an dem Werkzeug als Vorsprung ausgeführt sein
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Spannsystem mit einer vorstehend beschriebenen Werkzeugaufnahme und einem entsprechenden Werkzeug.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spannsystems mit einer Werkzeugaufnahme und einem Werkzeug in einem Längsschnitt;
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2 eine vergrößerte Detailansicht der Bereichs A von 1;
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3 die Werkzeugaufnahme des Spannsystems von 1 in einem Längsschnitt;
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4 die Werkzeugaufnahme des Spannsystems von 1 in einer Ansicht von vorne;
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5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spannsystems mit einer Werkzeugaufnahme und einem Werkzeug in einem Längsschnitt;
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6 eine vergrößerte Detailansicht der Bereichs A von 5;
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7 die Werkzeugaufnahme des Spannsystems von 5 in einem Längsschnitt und
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8 die Werkzeugaufnahme des Spannsystems von 1 in einer Ansicht von vorne.
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In 1 ist ein Spannsystem mit einer hier als HSK-Werkzeugaufnahme ausgeführten Werkzeugaufnahme 1 und einem z.B. als Bohrer, Fräser oder dgl. ausgebildeten Werkzeug 2 gezeigt. Die Werkzeugaufnahme 1 ist bei der gezeigten Ausführung als Schrumpffutter ausgebildet und enthält einen rotationssymmetrischen Aufnahmekörper 3, der einen konischen hinteren Teil 4 zur Aufnahme in einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, einem zylindrischen mittleren Teil 5 mit einer Greiferrille 6 und einen vorderen Spannbereich 7 mit einer Aufnahmeöffnung 8 für einen Werkzeugschaft 9 des Werkzeugs 2 aufweist. Bei einer derartigen Werkzeugaufnahme 1 wird der vordere Spannbereich 7 z.B. durch induktive Erwärmung erhitzt, wodurch sich der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 8 vergrößert. Im erwärmten Zustand wird in die Aufnahmeöffnung 8 der Werkzeugschaft 9 des Werkzeugs 2 eingesetzt, wobei das Verhältnis des Innendurchmessers der Aufnahmeöffnung 8 zum Außendurchmesser des Werkzeugschafts 9 derart ausgelegt ist, dass das Werkzeug 2 beim anschließenden Abkühlen des Spannbereichs 7 fest in der Werkzeugaufnahme 1 gehalten wird.
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Der Aufnahmekörper 3 ist für eine innere Kühlmittelzufuhr ausgebildet und enthält einen hier als Kühlmittelbohrung ausgebildeten, koaxial zu Längsachse des Aufnahmekörpers 3 verlaufenden, zentralen Kühlmittelkanal 10, durch den ein von der Arbeitsspindel über ein Kühlmittelübergaberohr eingeleiteter Kühlschmierstoff zum Werkzeug 2 geleitet werden kann.
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Wie besonders aus 2 hervorgeht, ist die im vorderen Spannbereich 7 des Aufnahmekörpers 3 angeordnete Aufnahmeöffnung 8 an dem inneren Ende radial erweitert, so dass zwischen dem inneren Ende des Werkzeugschafts 9 und der Aufnahmeöffnung 8 ein Sammelraum 11 für den Kühlschmierstoff gebildet wird. In dem vorderen Spannbereich 7 befinden sich mehrere in Umfangsrichtung verteilte weitere Kühlmittelkanäle 12, die von dem Sammelraum 11 zu einer vorderen Stirnseite 13 des Aufnahmekörpers 3 an dem nach vorne offenen Ende der Aufnahmeöffnung 8 verlaufen. Über die weiteren Kühlmittelkanäle 12 kann der durch die Werkzeugaufnahme 1 in den Sammelraum eingeleitete Kühlschmierstoff entlang des Schafts zu der Schneide des Werkzeugs 2 geführt werden.
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Bei der gezeigten Ausführung werden die Kühlmittelkanäle 12 durch Querbohrungen 14 und drei in Umfangsrichtung gleichwinklig beabstandete Längsbohrungen 15 in dem Aufnahmekörper 3 gebildet. Die Querbohrungen 14 verlaufen von der Außenseite des Aufnahmekörpers 3 bis zum Sammelraum 11 und sind an der Außenseite durch eine Kugel 16 oder einen Stopfen abgedichtet. Die Längsbohrungen 15 verlaufen von der vorderen Stirnseite 13 entlang der Aufnahmeöffnung 8 und münden in die Querbohrungen 14.
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An dem Übergang zwischen dem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 und der Aufnahmeöffnung 8 weist der Aufnahmekörper 3 eine Abstufung 17 mit einer zur Aufnahmeöffnung 8 weisenden inneren Übergangsfläche 18 auf. Da die Aufnahmeöffnung 8 in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Spiralbohrer mit einer Spitze hergestellt wird, ist die Übergangsfläche 18 konisch ausgebildet. In der Übergangsfläche 18 sind mehrere in Figur 4 erkennbare Verteilerkanäle 19 angeordnet, die von dem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 radial abzweigen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verteilerkanäle 19 in Form von drei sternförmig nach außen verlaufenden Vertiefungen oder Nuten in der Übergangsfläche ausgebildet. Über diese Verteilerkanäle 19 kann der Kühlschmierstoff auch dann von dem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 zu dem Sammelraum 11 strömen, wenn der Werkzeugschaft gemäß 2 bis zum Anschlag an der Übergangsfläche in die Aufnahmeöffnung eingesteckt wird.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, kann an der Innenwand des vorderen Teils der Aufnahmeöffnung 8 ein nach innen vorstehendes Sperrelement 20 zum Eingriff in ein entsprechendes Gegenelement an dem Werkzeugschaft 9 des Werkzeugs 2 vorgesehen sein. Durch das in das entsprechende Gegenelement am Werkzeug 2 eingreifende Sperrelement 20 wird eine Auszugssicherung geschaffen, die ein z.B. durch Schwingungen während der Bearbeitung bedingtes axiales Auswandern des Werkzeugs 2 verhindert.
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Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Sperrelement 20 als in Umfangsrichtung wendelförmig verlaufender Vorsprung zum Eingriff in eine entsprechende Vertiefung oder Nut im Werkzeugschaft ausgeführt. Es kann aber auch nur ein Stift, eine Kugel oder ein anderer geeigneter Vorsprung zum formschlüssigen Eingriff in eine entsprechende Nut am Werkzeugschaft vorgesehen sein. Zum Einspannen eines Werkzeugs in den Werkzeughalter 1 muss das Werkzeug beim Einsetzen in den Werkzeughalter 1 zunächst so gedreht werden, so dass das Sperrelement 20 an der Innenseite der Aufnahmeöffnung in Eingriff mit dem entsprechenden Gegenelement am Werkzeug 2 gelangt. Über den formschlüssigen Eingriff des Sperrelements 20 in das dazugehörige Gegenelement kann ein axiales Auswandern des Werkzeugs 2 aus der Werkzeugaufnahme 1 verhindert werden.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannsystems mit einer Werkzeugaufnahme 1 und einem Werkzeugschaft 9 eines z.B. als Fräser oder Bohrer ausgebildeten Werkzeugs 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugaufnahme als Spannzangenfutter mit einem Aufnahmekörper 3, einer Spannzange 21 und einer Spannmutter 22 ausgeführt. Auch hier weist der Aufnahmekörper 3 einen konischen hinteren Teil 4 zur Aufnahme in einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, einen zylindrischen mittleren Teil 5 mit einer Greiferrille 6 und einen vorderen Spannbereich 7 mit einer Aufnahmeöffnung 8 auf. Die Aufnahmeöffnung 8 ist hier nicht nur zur Aufnahme des Werkzeugschafts 9, sondern auch zur Aufnahme der Spannzange 21 ausgeführt.
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Die in an sich bekannter Weise mit mehreren Längsschlitzen versehene Spannzange 21 ist in die Aufnahmeöffnung 8 eingesetzt und kann durch Drehung der auf ein Gewinde 23 auf dem vorderen Spannbereich 7 des Aufnahmekörpers 3 aufgeschraubten Spannmutter 22 zusammengedrückt bzw. entspannt werden. Die Spannzange 21 weist eine äußere Konusfläche 24 zur Anlage an einer inneren Konusfläche 25 der Aufnahmeöffnung 8 auf. Die Konusflächen 24 und 25 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Spannzange 21 durch Anziehen der Spannmutter nach innen zusammengedrückt werden kann und dadurch den Werkzeugschaft 9 des Werkzeugs 2 klemmt.
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Aus 6 geht hervor, dass auch bei dieser Ausführung eine Abstufung 17 mit einer Übergangsfläche 18 zwischen einem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 und der Aufnahmeöffnung 8 vorhanden ist. Wenn der Werkzeugschaft 9 in die Spannzange 21 eingesetzt und mit seinem inneren Ende bis zur Anlage an der Übergangsfläche 18 eingeschoben ist, wird zwischen der Innenwand der Aufnahmeöffnung 8 und der Außenseite des Werkzeugschafts 9 ein durch die Übergangsfläche 18 und eine innere Endfläche 26 der Spannzange 21 begrenzter Sammelraum 11 gebildet.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind in der Übergangsfläche 18 drei in 8 erkennbare Verteilerkanäle 19 eingearbeitet, die von dem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 radial nach außen abzweigen. Über diese Verteilerkanäle 19 kann der Kühlschmierstoff auch hier selbst dann von dem zentralen inneren Kühlmittelkanal 10 zu dem Sammelraum 11 strömen, wenn der Werkzeugschaft 9 gemäß 6 bis zum Anschlag an der Übergangsfläche 18 in die Aufnahmeöffnung 8 eingesteckt wird. Von dem Sammelraum 11 kann der Kühlschmierstoff dann über die Längsschlitze der Spannzange 21 am Werkzeugschaft 9 entlang bis zur Schneide des Werkzeugs geleitet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verteilerkanäle 19 ebenfalls in Form von drei sternförmig nach außen verlaufenden Vertiefungen oder Nuten ausgebildet.
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In weiteren – hier nicht gesondert dargestellten Ausführungen – kann die Werkzeugaufnahme 1 auch als so genanntes Rollenkraftspannfutter, als Dehnspanfutter oder als sonstiges Werkzeugspannsystem ausgebildet sein. Die Erfindung ist selbstverständlich auch nicht auf HSK-Werkzeugaufnahmen beschränkt. An dem Aufnahmekörper 3 können in entsprechender Weise auch SK-, JIS-, BT-, ABS-, Capto- oder andere geeignete Schnittstellen vorgesehen sein.
