DE102017108719A1 - Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls und dementsprechend gefertigtes Werkzeug-Systemmodul - Google Patents

Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls und dementsprechend gefertigtes Werkzeug-Systemmodul Download PDF

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme. Um solche Werkzeug-Systemmodule besonders wirtschaftlich herzustellen, wird der Funktionsabschnitt mit einem Grundkörper gepaart wird, der in einer gesonderten Fertigungsstrecke, welche unabhängig von der Gestaltung oder der Fertigungsstrecke des Funktionsabschnitts ist, gefertigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme, und einen entsprechend diesem Verfahren zusammengestellten Werkzeug-Systemmodul.
  • Auch in der Werkzeugtechnik bzw. Werkzeug-Spanntechnik kommen zunehmend Bauteile zum Einsatz, die individuell an die Kundenwünsche bzw. an das spezielle Bearbeitungsproblem angepasst sind. Werkzeug-Systemmodule, wie z.B. komplette Spannfutter, die in verschiedensten Ausführungen wie Schrumpffutter, Hydro-Dehnspannfutter, Präzisions-Kraftspannfutter, Zylinderschaft-Aufnahmen oder Spannzangen-Aufnahmen geordert werden, Spannfutter- und Werkzeugverlängerungen, Reduzierbuchsen usw. müssen demnach in verschiedensten Größen und Geometrien schnell und wirtschaftlich hergestellt werden.
  • Nachdem inzwischen mehr und mehr geeignete Metallpulver hergestellt werden (vgl. z.B. die Aufsätze „Die Vielfalt aus dem Pulver“, erschienen in WB Werkstatt und Betrieb, Heft 9/2016, S. 118 bis 121 und „Digitale Perspektiven“, erschienen in WB Werkstatt und Betrieb, Heft 1-2/2017, S. 57 bis 60), kommen bei der Herstellung von Werkzeug-Spannsystemen auch generative Fertigungsverfahren zum Einsatz. Solche generative Verfahren sind unter den Bezeichnungen Stereolithographie (SL), 3D Drucken, Fused Deposition Modeling (FDM), Selektives Sintern, Selektives Lasersintern (SLS), selektives Laserschmelzen (SLS), Laserauftragsschweißen (Laser-Metal-Deposition, LMD) und Elektronenstrahlschmelzen bekannt. Zur Herstellung der Schichten auf metallischer Basis wird dabei häufig Laserstrahlung verwendet. Beispiele solcher Herstellungsverfahren sind z.B. in den Druckschriften DE 10 2013 103 168 B3 , WO 2015/166068 A1 , EP 1 864 748 B1 , DE 10 2015 117 590 B3 , EP 1 864 748 A1 , WO 2013/098192 A1 und WO 2016/045681 A1 beschrieben. Dabei wird auf die Schnelligkeit und die Flexibilität der generativen Fertigung zurückgegriffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Werkzeug-Systemmoduls bereit zu stellen, mit dem es gelingt, Werkzeug-Systemmodule mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme, noch wirtschaftlicher, schneller und mit größter Flexibilität herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Funktionsabschnitt mit einem Grundkörper erst gepaart wird, wenn letzterer in einer gesonderten Fertigungsstrecke, welche unabhängig von der Gestaltung oder der Fertigungsstrecke des Funktionsabschnitts ist, gefertigt worden ist.
  • Das neue Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass unterschiedlichste Geometrien seitens des Grundkörpers und des Funktionsabschnitts jeweils unabhängig vom Fertigungsverfahren der jeweils anderen Systemmodul-Komponente hergestellt wird, wodurch nicht nur Material eingespart und Zerspanungsvolumen minimiert werden kann, sondern auch beliebige Kombinationen der Systemmodul-Komponenten in kürzester Zeit zusammengestellt werden können. Diese Systemmodul-Komponenten können somit fertigungstechnisch optimiert produziert und sogar unabhängig voneinander auf Lager gehalten werden, so dass es gelingt, Werkzeug-Systemmodule in beliebiger Zusammenstellung in kürzester Zeit dem Kunden zur Verfügung zu stellen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit und der Flexibilität ergibt sich dann, wenn zumindest der Grundkörper zumindest bereichsweise durch generative bzw. additive Fertigung, insbesondere unter Einsatz des Laserstrahlschmelzens, wie des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLS-Verfahren), hergestellt wird. Der Grundkörper mit dem Normschaft hat gewöhnlich ein großes Volumen und Gewicht und eine Form, die regelmäßig ein großes Zerspanungsvolumen mit sich bringt. Mit der von der Herstellung des Funktionsabschnitts entkoppelten generativen Fertigung des Grundköpers wird die Herstellung des Funktionsabschnitts stark vereinfacht, weil auf den Materialabtrag und das Gewicht des Grundkörpers keine Rücksicht mehr genommen werden muss.
  • Dabei kann es von weiterem Vorteil sein, wenn die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente (Grundkörper und/oder Funktionsabschnitt) auf einen zylindrischen Rohling im 3-D-Druck mit oder ohne Stützstruktur aufgebracht bzw. aufgebaut wird. Denn auf diese Weise kann der Rohling für die Bereitstellung des Materials für Verbindung zum Funktionsabschnitt herangezogen werden.
  • Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der generativ gefertigten Systemmodul-Komponente ist es von Vorteil, wenn diese einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Warmauslagerungsprozess, und/oder einer thermochemischen Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich dann, wenn die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente mit dem Funktionsabschnitt bzw. mit dem Grundkörper stoffschlüssig verbunden wird, ohne weiteres eine ausreichende Festigkeit (Biegung und Drehmomentübertragung) bei ausreichender hoher Rundlaufgenauigkeit erzielen lässt.
  • Der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens tut es keinen spürbaren Abbruch, wenn die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente (Grundkörper oder Funktionsabschnitt) einer mechanischen Bearbeitung auf Endmaß unterzogen wird.
  • Vorzugsweise weist die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente bzw. der Grundkörper als wesentlichen Bestandteil Stahl oder Hartstoff auf.
  • Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellter bzw. zusammengestellter Werkzeug-Systemmodul gemäß Anspruch 8. Er zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper zumindest bereichsweise durch generative bzw. additive Fertigung, insbesondere unter Einsatz des Laserstrahlschmelzens, wie des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLS-Verfahren), hergestellt und mit dem Funktionsabschnitt stoffschlüssig verbunden ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 9 bis 14.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht dreier verschiedener Werkzeug-Systemmodule in Form von HSK-Spannfuttern;
    • 2 eine beispielhafte Zusammenstellung eines üblichen Sortiments von Werkzeug-Systemmodulen;
    • 3 eine beispielhafte Werkstattzeichnung eines mit einem Steilkegel ausgestatteten Grundkörpers;
    • 4 eine beispielhafte Werkstattzeichnung eines mit einem Hohlschaftkegel (HSK) ausgestatteten Grundkörpers;
    • 5 A eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fertigungsstrecken für den Grundkörper und für den Funktionsabschnitt; und
    • 5 B eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß zusammengestellten Werkzeug-Systemmoduls.
  • 1 zeigt beispielhaft drei unterschiedliche Werkzeug-Systemmodule in der Ausgestaltung als HSK-Spannfutter mit einem einen HSK-Normschaft 12 und einen Flansch 14 aufweisenden Grundkörper 10 und einem von diesem getragenen Funktionsabschnitt 20-1, 20-2 bzw. 20-3. Im gezeigten Beispiel ist der Funktionsabschnitt 20-1 von einem Hydraulik-Dehnspannfutter, der Funktionsabschnitt 20-2 von einem Präzisions-Spannfutter, und der Funktionsabschnitt 20-3 von einem Schrumpffutter gebildet.
  • 2 verdeutlicht, in welcher Vielfalt derartige Werkzeug-Systemmodule heutzutage angeboten werden. Funktionsabschnitte gleicher Bauart werden mit Spannschäften unterschiedlicher Form, auch mit Norm-Steilkegelschäften, gefertigt. Hinzu kommt, dass diese Systemmodule in verschiedenen Größen seitens des Normschafts (HSK oder Steilkegel) als auch seitens des Funktionsabschnitts zum Spannen von Werkzeugen unterschiedlichster Durchmesser gebraucht und dementsprechend gefertigt werden. Neben Schrumpffuttern zeigt die 2 beispielhaft auch Zylinderschaft-Aufnahmen 20-4 beispielsweise der „Weldon“/„Whistle-Notch“-Bauart , Spannzangen-Aufnahmen 20-5 und Schrumpffutter/Schrumpfverlängerungen 20-6.
  • 3 und 4 zeigen, dass nicht nur der Funktionsabschnitt 20 verhältnismäßig komplex gestaltet ist, sondern dass auch der Grundkörper 10 - auch wenn der Schaft einer Normung unterliegt - nur mit einem erheblichen Fertigungsaufwand hergestellt werden muss. Man erkennt die umfangreiche Bemaßung mit sehr engen Toleranzfeldern nicht nur im Bereich des Normschafts 12, sondern auch im Bereich des sich anschließenden Flanschs 14 mit Greiferrille 16, Codierbohrung 17 und Indexierungsnut 18.
  • Um die Werkzeug-Systemmodule noch wirtschaftlicher, schneller und mit noch größerer Flexibilität herstellen zu können, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass der Funktionsabschnitt 20 mit einem Grundkörper 10 erst gepaart wird, wenn letzterer in einer gesonderten Fertigungsstrecke, welche unabhängig von der Gestaltung oder der Fertigungsstrecke des Funktionsabschnitts ist, gefertigt worden ist. Dies ist in den 5A und 5B schematisch dargestellt:
  • Die Fertigungsstrecken für den Grundkörper und für den Funktionsabschnitt sind getrennt und voneinander unabhängig. Es werden also Grundkörper unterschiedlichster Form und Größe - angedeutet durch die Matrix mit den Spalten 1 bis n und den Zeilen A bis Z entkoppelt von der Herstellung der Funktionsabschnitte 20 - ebenfalls in unterschiedlicher Art und Größe - gefertigt. Die Fertigung kann auch entsprechend einer mehrdimensionalen Matrix erfolgen. Die individuell gefertigten Systemmodul-Komponenten 10, 20 können auch auf Abruf zwischengelagert werden.
  • Je nachdem, in welcher Konfiguration der Kunde den Systemmodul wünscht, werden die passenden Grundkörper und Funktionsabschnitte gepaart und fest zusammengefügt, beispielsweise geklebt oder verschweißt. In 5 ist beispielsweise der Grundköper G3C mit dem Funktionsabschnitt F5Y gepaart, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden.
  • Auf diese Weise können unterschiedlichste Geometrien seitens des Grundkörpers und des Funktionsabschnitts jeweils unabhängig vom Fertigungsverfahren der jeweils anderen Systemmodul-Komponente hergestellt werden. Somit wird nicht nur Material eingespart und Zerspanungsvolumen minimiert, sondern es können auch beliebige Kombinationen der Systemmodul-Komponenten in kürzester Zeit zusammengestellt werden. Diese Systemmodul-Komponenten können somit fertigungstechnisch optimiert produziert und sogar unabhängig voneinander auf Lager gehalten werden, so dass es gelingt, Werkzeug-Systemmodule in beliebiger Zusammenstellung in kürzester Zeit dem Kunden zur Verfügung zu stellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lasen sich alle gängigen Werkzeug-Systemmodule herstellen, bei denen Normschäfte mit unterschiedlichsten Funktionsabschnitten gepaart sind, wie z.B. mit einem Werkzeugträgerschaft, einem Werkzeugschaft oder einer Werkzeugaufnahme in der Ausgestaltung als Hydraulik-Dehnspannfutter, Schrumpffutter, Kraftspannfutter, Zylinderschaft-Aufnahme „Weldon“/„Whistle-Notch“ oder Spannzangen-Aufnahme.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zumindest der Grundkörper 10, der als wesentlichen Bestandteil Stahl oder Hartstoff aufweisen kann, zumindest bereichsweise durch generative bzw. additive Fertigung, insbesondere unter Einsatz des Laserstrahlschmelzens, wie des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLS-Verfahren), hergestellt. Dabei kann jedwede bislang bekannte bzw. sich in der Entwicklung befindliche Art der additiven Fertigung Anwendung finden, wie sie unter den Bezeichnungen Stereolithographie (SL), 3D Drucken, Fused Deposition Modeling (FDM), Selektives Sintern, Selektives Lasersintern (SLS), selektives Laserschmelzen (SLS), Laserauftragsschweißen (Laser-Metal-Deposition, LMD) und Elektronenstrahlschmelzen bekannt sind.
  • Die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente (Grundkörper 10 und/oder Funktionsabschnitt 20) kann auch auf einem zylindrischen Rohling im 3-D-Druck mit oder ohne Stützstruktur aufgebracht werden. Vorteilhafterweise wird die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente (Grundkörper 10 und/oder Funktionsabschnitt 20) dann einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Warmauslagerungsprozess, und/oder einer thermochemischen Oberflächenbehandlung unterzogen.
  • Vorzugsweise wird die generativ gefertigte Systemmodul-Komponente, also der Grundkörper 10 und/oder der Funktionsabschnitt 20, mechanischen auf Endmaß bearbeitet.
  • Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme. Um solche Werkzeug-Systemmodule besonders wirtschaftlich herzustellen, wird der Funktionsabschnitt mit einem Grundkörper gepaart wird, der in einer gesonderten Fertigungsstrecke, welche unabhängig von der Gestaltung oder der Fertigungsstrecke des Funktionsabschnitts ist, gefertigt ist.
  • 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
    • DE 102013103168 B3 [0003]
    • WO 2015/166068 A1 [0003]
    • EP 1864748 B1 [0003]
    • DE 102015117590 B3 [0003]
    • EP 1864748 A1 [0003]
    • WO 2013/098192 A1 [0003]
    • WO 2016/045681 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Zusammenstellung eines Werkzeug-Systemmoduls mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (20) mit einem Grundkörper (10) gepaart wird, der in einer gesonderten Fertigungsstrecke, welche unabhängig von der Gestaltung oder der Fertigungsstrecke des Funktionsabschnitts (20) ist, gefertigt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Grundkörper (10) zumindest bereichsweise durch generative bzw. additive Fertigung, insbesondere unter Einsatz des Laserstrahlschmelzens, wie des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLS-Verfahren), hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Grundkörper (10) auf einen zylindrischen Rohling () im 3-D-Druck mit oder ohne Stützstruktur aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Grundkörper (10) einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Warmauslagerungsprozess, und/oder einer thermochemischen Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) mit dem Funktionsabschnitt (10) stoffschlüssig verbunden wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der generativ gefertigte Grundkörper (10) einer mechanischen Bearbeitung auf Endmaß unterzogen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) als wesentlichen Bestandteil Stahl oder Hartstoff aufweist.
  8. Werkzeug-Systemmodul mit einem einen Norm-Schaft, wie z.B. einen Hohlschaftkegel (HSK)-Schaft, aufweisenden Grundkörper und einem Funktionsabschnitt, wie z.B. einer Werkzeugaufnahme, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) zumindest bereichsweise durch generative bzw. additive Fertigung, insbesondere unter Einsatz des Laserstrahlschmelzens, wie des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLS-Verfahren), hergestellt und mit dem Funktionsabschnitt (20) stoffschlüssig verbunden ist.
  9. Werkzeug-Systemmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) auf einem zylindrischen Rohling im 3-D-Druck mit oder ohne Stützstruktur aufgebracht ist.
  10. Werkzeug-Systemmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Warmauslagerungsprozess, und/oder einer thermochemischen Oberflächenbehandlung unterzogen ist.
  11. Werkzeug-Systemmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einer mechanischen Bearbeitung auf Endmaß unterzogen ist.
  12. Werkzeug-Systemmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) als wesentlichen Bestandteil Stahl oder Hartstoff aufweist.
  13. Werkzeug-Systemmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einen sich an den Normschaft (12) anschließenden Flansch (14) mit Greiferrille (16), Codierbohrung (17) und Indexierungsnut (18) aufweist.
  14. Werkzeug-Systemmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10) einen Werkzeugträgerschaft, einen Werkzeugschaft oder eine Werkzeugaufnahme in der Ausgestaltung als Hydraulik-Dehnspannfutter, Schrumpffutter, Kraftspannfutter, Zylinderschaft-Aufnahme „Weldon“/„Whistle-Notch“ oder Spannzangen-Aufnahme ausbildet.
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