-
Die Erfindung betrifft einen Adapter für Bearbeitungswerkzeuge, der es ermöglicht, den Schaft eines Bearbeitungswerkzeugs auf einfache Art zu modifizieren, um speziell das Ausziehen des Werkzeugs aus und das Durchrutschen in der Aufnahmevorrichtung der Werkzeugmaschine zu verhindern und um die Geometrie des Schafts zu verändern.
-
Adapter für Bearbeitungswerkzeuge finden in der Technik häufig Anwendung, um Bearbeitungswerkzeuge in den Arbeitsspindeln von Werkzeugamschinen zu befestigen. Zumeist werden die Adapter verwendet, um beispielsweise Kühl- und Schmiermittel an die Werkzeugspitze zu leiten, thermische Isolierungen auszuführen, eine Dämpfung zwischen Werkzeug und Arbeitsspindel zu erreichen oder um Werkzeuge zu verlängern.
-
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anwendungen bekannt.
-
Im Patent
DE 693 31 325 T2 wird ausführlich der Aufbau einer Verbindung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine beschrieben. Die spezielle Aufgabe der Verbindung liegt in der zusätzlichen Verteilung der Kühlflüssigkeit von der Arbeitspindel zur Werkzeugspitze. Die Einheit besteht generell aus einem allgemein einsetzbaren Werkzeughalter und einem werkzeugspezifischen Muffenelement. Die Verbindung der Bauteile Werkzeug, Muffenelement und Werkzeughalter erfolgt jeweils kraftschlüssig mittels einer Presspassung. Das Übermaß der Presspassung ist dabei so gewählt, dass die Montage der Bauteile nur durch Erwärmung des jeweiligen Bohrungselements erfolgen kann.
-
Aus Patent
DE 103 09 015 A1 ist eine Werkzeugschrumpfaufnahme bekannt, die dazu dient, die Spannkraft zu erhöhen und die Rundlaufeigenschaften zu verbessern. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Aufnahmebohrung für das Werkzeug und der Einspannbereich in der Spindel in axialer Richtung überschneiden. Durch Erwärmen der Schrumpfaufnahme und eventuelles gleichzeitiges Abkühlen des Werkzeugs kann daß Werkzeug in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden. Nach dem Abkühlen der Aufnahme wird das Werkzeug in der Aufnahmebohrung eingespannt. Das Werkzeug und die Schrumpfaufnahme sind so ausgelegt, dass sie sich durch erneutes Erwärmen der Aufnahme trennen lassen.
-
Das Patent
US 6,260,858 B1 zeigt eine weitere Anwendung eines Adapters zwischen Werkzeugaufnahme und Werkzeug. Wobei diese Bauform des Adapters als fester Einsatz in der Werkzeugaufnahme ausgeführt ist. Der Einsatz hat die Aufgabe, eine thermisch isolierende Schicht zwischen Werkzeughalter und Werkzeug auszuführen. Diese Isolierschicht dient dazu, beim Trennen von Werkzeug und Werkzeugaufnahme einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Bauteilen Werkzeug und Werkzeughalter zu erzeugen und somit durch die höhere Temperatur im Werkzeughalter eine größere Ausdehnung der Bohrung des Halters als die Ausdehnung des Schafts des Werkzeugs zu erreichen. Somit lässt sich das Werkzeug einfacher aus der Schrumpfaufnahme entfernen.
-
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Systeme bekannt, die verhindern, dass die Werkzeuge aus dem Werkzeughalter im Betrieb durch die auftretenden Kräfte herausgezogen werden. Zusätzlich haben diese Systeme auch die Aufgabe, das Durchrutschen des Werkzeugs in der Aufnahme zu verhindern. Diese Systeme benötigen eine nicht zylindrische Geometrie des Einspannbereichs des Werkzeugs. Durch eine zusätzliche Bearbeitung werden zum Beispiel Nuten, Abflachungen oder elliptische Querschnitte des Einspannbereichs am standardmäßigen zylindrischen Schaft des Werkzeugs erzeugt, die der kraftschlüssigen Verbindung durch Einspannen einen Formschluss überlagern.
-
-
Als nachteilig muss bei den beschriebenen Anwendungen zum einen betrachtet werden, dass durch das Aufschrumpfen des Werkzeughalters auf den zylindrischen Schaft des Werkzeugs in der praktischen Anwendung keine ausreichende Kraft erzeugt werden kann, die ein Ausziehen des Werkzeugs aus der Aufnahme verhindern und ein vollständige Übertragung des Drehmoments ohne einen Schlupf ermöglicht und dabei eine spätere Demontage des Werkzeugs und der Aufnahme erlaubt. Der Temperaturunterschied zwischen Werkzeug und Aufnahme und dadurch der notwendige Größenunterschied zwischen Schaft und Bohrung lassen sich auch bei der Verwendung von Isolierschichten nicht realisieren. In der Folge läßt sich das durch den Einsatz verschlissene Werkzeug und die Aufnahme nicht trennen. Ein sicheres Fixieren des Werkzeugs in der Aufnahme wird nur durch eine aufwendige und dadurch kostenintensive Bearbeitung des Werkzeugschafts erreicht, da hierdurch eine zusätzliche formschlüssige Verbindung erreicht wird.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung insoweit die Aufgabe zugrunde, einen „Adapter für Bearbeitungswerkzeuge“ anzugeben, welcher ein sicheres Fixieren des Werkzeugs in der Aufnahmevorrichtung ermöglicht, ohne dabei den zylindrischen Schaft des Werkzeugs ändern zu müssen und dadurch die Qualität der Bearbeitung von Werkstücken zu verbessern und die Prozessgeschwindigkeiten zu erhöhen und Kosten einzusparen.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Adapter mit den Merkmalen des Patentspruches 1 gelöst. Dabei wird auf dem Schaft des Werkzeugs eine Hülse aufgeschrumpft wird, bei der die Presspassung einen großen Übergangsbereich aufweist und sich dadurch die Hülse und das Werkzeug nur mit einem sehr großen Temperaturunterschied montieren, und die sich deshalb eine nahezu vollkommen feste Verbindung zwischen Werkzeug und Adapter realisieren lässt. Die Hülse ist als einfaches Bauteil ausgeführt und kann dadurch am durch den Betrieb verschlissenen Werkzeug als Einwegteil verbleiben und muss nicht mehr demontiert werden. Als universell einsetzbarer Adapter, der in großen Stückzahlen herstellbar ist, lassen sich geometrische Anpassungen der Außenkontur an verschiedene Aufnahmesysteme kostengünstig herstellen.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Der erfindungsgemäße „Adapter für Bearbeitungswerkzeuge“ wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigt:
- 1 Eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“.
- 2 Eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“.
- 3 Eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit zusätzlichen Abflachungen.
- 4 Eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“.
- 5 Eine Schnittansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ in Kombination mit einem Werkzeughalter.
- 6 Eine perspektivische Explosionsansicht eines Werkzeughalters in Kombination mit einem „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“.
- 7 Ein perspektivisches Detail einer Explosionsansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit einer Verstiftung.
- 8 Eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit Einrichtungen zur Verteilung von Kühl- und / oder Schmiermitteln.
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“. Auf dem zylindrischen Schaft 2 eines Bearbeitungswerkzeugs 1 wird ein Ring 3 aufgebracht. Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ring 3 aufgeschrumpft wird. Um eine besonders feste Verbindung zwischen Ring 3 und Werkzeug 1 zu erreichen, wird eine Presspassung mit einem maximalen Übermaßbereich gewählt. Die Montage des Rings ist nur durch Erwärmen des Rings und gegebenenfalls zusätzlichem Abkühlen des Werkzeugs möglich. Der Pressverbund ist so zu wählen, dass nach dem Abkühlen die Verformung des Rings im elastischen Bereich des Werkstoffs liegt. Ebenso ist darauf zu achten, dass die Festigkeitsgrenzen des Rings und des Werkzeugs nicht überschritten werden. Der Ring 3 als Adapter ist ein besonders einfaches Bauteil. Es ist dadurch möglich, das Werkzeug 1 auf einfache und dadurch kostengünstige Weise zu modifizieren. Der Nachteil bei Systemen nach dem Stand der Technik, dass Werkzeughalterkomponente und Werkzeug bei einem verschlissenen Werkzeug wieder getrennt werden müssen, da diese Werkzeughalterkomponente kostenintensive Bauteile sind, entfällt bei der vorliegenden Erfindung. Der Ring 3 ermöglicht es, zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen Werkzeughalter und Werkzeug einen zusätzlichen Formschluss zu erreichen. Der erfindungsgemäße Ring 3 ist besonders geeignet, zum Beispiel durch eine Überwurfmutter, Bewegungen in axialer Richtung zu verhindern. Der Ring 3 kann überdies als Anschlag eingesetzt werden.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“. Der auf den zylindrischen Schaft 2 des Werkzeug 1 aufgeschrumpfte Ring 4 ist besonders geeignet, um eine Ausgleichsbohrung 5 einzubringen, mit der es möglich ist, die Kombination aus Werkzeug 1 und Ring 4 auszuwuchten, um einen besonders ruhigen Lauf des Werkzeugs zu erreichen. Die Ausgleichsbohrung im Bereich des Rings 4 zu setzen, ist einfacher als den Schaft des Werkzeugs 1 zu bearbeiten, da Bearbeitungswerkzeuge aus hochwertigen und besonders verschleißfesten Werkstoffen hergestellt sind. Der Ring 4 hingegen muss diese Materialeigenschaften des Werkzeugs nicht haben und kann deshalb einfach bearbeitet werden. Bei im Werkzeughalter eingeschrumpften Werkzeugen wird das Auswuchten der Kombination aus Werkzeug und Werkzeughalter am Werkzeughalter vorgenommen. Der Werkzeughalter wird durch die Auswuchtbohrungen mit der Zeit verschlissen. Es ist deshalb erfindungsgemäß vorteilhaft, zum Auswuchten der Kombination aus Werkzeug und Werkzeughalter einen zusätzlichen Ring 4 zum Auswuchten aufzubringen. Auch dieser Ring 4 kann bei der Demontage des verschlissenen Werkzeugs am Werkzeug verbleiben.
-
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit zusätzlichen Abflachungen. Die Abbildung zeigt Werkzeug 1 und Adapter 6 im montierten und demontierten Zustand. Der Adapter 6 ist besonders geeignet, das Drehmoment der Werkzeugmaschine über den Werkzeughalter auf das Werkzeug 1 zu übertragen. Zum einen ist die Länge der Zylinderfläche 7 des Adapters 6 länger als die der Ringe 3 und 4, zum anderen ist der Adapter 6 mit Abflachungen 8 versehen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines einfachen, kostengünstigen Adapters, der als Einwegkomponente am verschlissenen Werkzeug verbleiben kann, ist es möglich, einen besonders festen Pressverband herzustellen, der nicht mehr demontierbar ist, und somit ein maximales Drehmoment zu übertragen. Es ist zudem möglich, eine beliebige Bearbeitung des Adapters 6 auf kostengünstige Weise vorzunehmen und nicht das Werkzeug 1 zu bearbeiten. Anstelle der Abflachungen 8 sind auch andere Geometrien auf einfache Art herzustellen, die eine Kombination mit unterschiedlichen Werkzeugsystemkomponenten nach dem Stand der Technik ermöglichen. So sind Nuten, Spiralen oder Einstiche vorstellbar.
-
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“. Der Adapter 9 in dieser erfindungsgemäßen Version ist ein Ring, ähnlich dem Ring aus 1 und 2. Jedoch ist eine Aussparung 10 für eine formschlüssige Verbindung zur Übertragung des Drehmoments der Werkzeugmaschine auf das Werkzeug 1 vorgesehen. Für Werkzeughalter, die bereits eine gute Drehmomentübertragung auf das Werkzeug ermöglichen, da zum Beispiel der Schaftdurchmesser 2 des Werkzeugs einen großen Durchmesser besitzt, dient der Ring nur als zusätzlich Absicherung, die über den zusätzlichen Formschluss ein Durchrutschen und Herausziehen im Mikro-Bereich verhindert.
-
5 zeigt eine Schnittansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ in Kombination mit einem Werkzeughalter. Die Kombination besteht aus den Komponenten Werkzeughalter 11, Werkzeug 1 mit Ring 4 und einer Überwurfmutter 12. Die vormontierten Bauteile Werkzeug 1 und Ring 4 werden in einem herkömmlichen Werkzeughalter eingeschrumpft. Der Ring 4 auf dem Werkzeug 1 ist derart positioniert, dass der Ring 4 als Anschlag dient. Dadurch kann erreicht werden, dass das Schaftende 13 des Werkzeugs 1 am Boden 14 der Aufnahme 15 ansteht. Das Spannen des Werkzeugs 1 im Werkzeughalter 11 kann auch mittels anderer Technologien nach dem Stand der Technik erfolgen. So ist es vorstellbar, dass das Werkzeug 1 mittels Hydraulikdruck oder einer Spannzange gehalten wird. Der Verbund aus Werkzeughalter 11, Werkzeug 1 und Ring 4 kann auf einfache Weise ausgewuchtet werden, um einen exakten Rundlauf zu erreichen. Hierzu kann der Ring 4 mit mindestens einer Auswuchtbohrung 5 versehen werden. Um das Herausziehen des Werkzeugs 1 aus dem Werkzeughalter 11 zu verhindern, wird in dieser besonders geeigneten Ausführung der Ring 4 in axialer Richtung mittels einer Überwurfmutter 12 gegen den Werkzeughalter 11 gepresst. Besonders vorteilhaft ist es, die Überwurfmutter 12 auszuwuchten und somit den Gesamtrundlauf zu erhalten. Um den Rundlauf weiter zu verbessern ist es denkbar, den Ring 4 und die Aufnahme 15 mit einem Konus 16 zu versehen.
-
6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Werkzeughalters in Kombination mit einem „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“. Die vormontierte Einheit aus Werkzeug 1 und Ring 9 wird in die Aufnahmebohrung 15 im Werkzeughalter 17 eingesetzt. Die Drehmomentübertragung vom Werkzeughalter 17 auf das Werkzeug 1 erfolgt durch eine Presspassung. Die Übertragung des Drehmoments wird durch den Formschluss über die Nut 18a im Werkzeughalter 17 und der Aussparung 10 im Ring 9 erreicht. Mittels der Überwurfmutter 12 wird zusätzlich ein Ausziehen des Werkzeugs 1 aus der Aufnahmebohrung 15 verhindert. Der Ring 9 übernimmt in dieser erfindungsgemäßen besonders vorteilhaften Ausführung die Funktionen Tiefenanschlag, Drehmomentübertragung und Auszugsverhinderung. Weitere Vorteile bietet der Einsatz von speziellen Werkstoffen. So ist es möglich, durch Verwendung von Hartmetall oder Schwermetall deren schwingungsdämpfende Eigenschaften zu nutzen und Vibrationen zu reduzieren, wenn nicht sogar zu vermeiden. Es sind aber auch andere vorteilhafte Eigenschaften bestimmter Materialen, wie zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit, einsetzbar.
-
7 zeigt ein perspektivisches Detail einer Explosionsansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit einer Verstiftung. Im Adapter 3 sind Bohrungen 18 eingebracht. Die Bohrungen sind passend zu den in der Stirnfläche 19 des im Werkzeughalter 20 eingebrachten Stifte 21. Es ist mindestens ein Stift 20 notwendig, um einen zusätzlichen Formschluss zwischen Adapter 3 und Werkzeughalter 20 zu erreichen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein Stift 21 schräg gestellt, wobei die Mittelachse des Stifts 21 parallel zur Mantelfläche ist. Durch die schräge Anordnung der Stifte 21 wird erreicht, dass der Adapter 3 durch die Schnittkräfte am Werkzeug 1 gegen die Stirnfläche 19 des Werkzeughalters 20 gedrückt wird und dadurch ein Ausziehen des Werkzeugs 1 aus dem Werkzeughalter 20 verhindert wird.
-
8 zeigt eine Ansicht eines „Adapters für Bearbeitungswerkzeuge“ mit Einrichtungen zur Verteilung von Kühl- und / oder Schmiermitteln. In diesem speziellen Adapter 23 sind verschiedene Einrichtungen zur Verteilung von Kühl- und / oder Schmiermittel eingebracht. Für eine Verteilung des Kühl- und / oder Schmiermittels ist in dieser Ausführung in die Stirnfläche 24 eine Ringnut 25 eingearbeitet. Mit dieser Ringnut 25 kann das Kühl- und / oder Schmiermittel zu Bohrungen 26 geleitet werden. In dieser Ausführung sind die Bohrungen 26 mit einem besonders kleinen Durchmesser ausgeführt, um ein Vernebeln der Flüssigkeit zu erreichen. Über die Durchbrüche 27 und die Nuten 28 kann das Kühl- und / oder Schmiermittel entlang des Schafts des Werkzeugs geleitet werden. Es ist vorstellbar, auch andere Geometrien des Verteilsystems in den Adapter 23 einzubringen, um das Kühl- und / oder Schmiermittel dem Werkzeug zuzuführen.
-
Es ist des Weiteren vorstellbar, dass mehrere Adapter mit einander kombiniert werden, um neben der Verbesserung der Übertragung des Drehmoments und des Auszugs des Werkzeugs aus dem Halter auch weitere Funktionen integriert werden. So zum Beispiel die eben beschriebene Verteilung von Kühl-/Schmiermittel. Es ist aber auch denkbar, einen Ring mit einer Codierung zu versehen, um das Werkzeug zu identifizieren. Die Codierung kann passiv über einen Barcode oder auch aktiv über einen Sender sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Werkzeug
- 2
- Schaft
- 3
- Ring
- 4
- Ring
- 5
- Ausgleichsbohrung
- 6
- Adapter
- 7
- Zylinderfläche
- 8
- Abflachung
- 9
- Adapter
- 10
- Aussparung
- 11
- Werkzeughalter
- 12
- Überwurfmutter
- 13
- Schaftende
- 14
- Boden
- 15
- Aufnahme
- 16
- Konus
- 17
- Werkzeughalter
- 18
- Bohrung
- 18a
- Nut
- 19
- Stirnfläche
- 20
- Werkzeughalter
- 21
- Stift
- 23
- Adapter
- 24
- Stirnflächen
- 25
- Ringnut
- 26
- Bohrung
- 27
- Durchbrüche
- 28
- Nuten
