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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung, insbesondere ein Fräswerkzeug mit mindestens einem ersten Werkzeug und einem Dorn, der ausgebildet ist, mit der Antriebspindel einer Werkzeugmaschine verbunden zu werden, und einem mit dem Dorn fest verbundenen Flansch, wobei das Werkzeug auf dem Dorn axial so verschiebbar angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Flansch einstellbar ist, und die axiale Verschiebung des Werkzeugs in Richtung des Flansches gegen die Kraft mindestens einer Feder erfolgt.
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Ein solches Werkzeug ist beispielsweise aus der
DE 11 79 080 A bekannt. Bei diesem zweiteiligen Scheibenfräser werden Tellerfedern als Spreizorgan vorgesehen. Die Fräserscheiben, die Tellerfedern und das als Mutter ausgebildete Druckorgan sind auf einer gemeinsamen Hülse angeordnet, die mittels Mitnehmer drehfest mit dem Dorn verbunden ist. Ohne Lösen von Befestigungs- oder Spannteilen kann ein solcher Fräser durch Verdrehen einer Überwurfmutter verstellt werden. An Maschinen mit einem automatischen Werkzeugwechsel ist dieses Werkzeug aber nicht verwendbar.
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Aus der
DE 23 15 719 C2 ist eine Werkzeugvorrichtung mit zwei Werkzeugen bekannt, die auf einem Dorn in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind, sodass der axiale parallele Abstand der beiden Werkzeuge zueinander eingestellt werden kann. Mit dieser Werkzeugvorrichtung, die in eine Werkzeugmaschine eingesetzt wird, können die Kanten von über ihre Dicke unterschiedlichen Verschleiß verursachende Platten gefräst werden. Durch eine symmetrische (gegenläufige) Verstellung der beiden Werkzeuge zueinander kann ohne Stillsetzung der Maschine jeweils ein scharfer, bisher ungenutzter Teil der Schneidenelemente an die Bearbeitungsstelle geführt werden.
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Die
DE 20 2015 003 445 U1 offenbart ein Zerspanwerkzeug mit zwei Rotationswerkzeugen, von denen das erste Rotationswerkzeug unverschiebbar in Axialrichtung festgelegt ist. Zum Verstellen des zweiten Rotationswerkzeuges ist ein außen angreifendes, stufenlos betätigbares Betätigungselement vorgesehen.
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Bei dem aus der
DE 10 2009 022 051 B3 bekannten Schneidwerkzeug erfolgt die Verstellung des zweiten Werkzeugteiles über einen verdrehbaren Einstellring gegen die Kraft von Druckfedern.
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Aus der
EP 1 172 166 A1 ist ein Fräswerkzeug zum Profilieren von Werkstücken mit mindestens drei drehfest und axial übereinander angeordneten Einzelwerkzeugen bekannt, von denen eines ein ortsfest mit der Spannbuchse verbundenes Referenzwerkzeug ist, zu dem die jeweils mindestens zwei anderen Einzelwerkzeuge unabhängig voneinander axial auf der Spannbuchse verschiebbar sind. Hierzu sind elektrisch zur Mitte angeordnete Schrauben vorgesehen.
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Bei dem aus der
DE 299 20 336 U1 bekannten Werkzeugkopf mit zwei axial gegeneinander verstellbaren Werkzeugträgern ist einer der Werkzeugträger elastisch gegen einen Stellring vorgespannt, der mit einem in Bezug auf die Welle axial festen Teil im Gewindeeingriff steht. Dieser Werkzeugträger und der als Mutter ausgebildete Stellring weisen zueinander komplementäre Rastvorsprünge und -vertiefungen auf, die mehrere in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete Rastpositionen für den Stellring definieren.
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Die
CH 409 586 A offenbart einen zweiteiligen Nutenfräser, bei dem die beiden Frässcheiben in entgegengesetzter axialer Richtung durch Federelemente belastet sind, und diese Scheiben werden durch Verdrehen einer Mutter entgegen der Federwirkung relativ zueinander verstellt.
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Um Schneidfasen an den dachförmigen Schneiden Königsfelder-Messer anzuschärfen, ist aus der
DE 24 49 316 A eine Fräsvorrrichtung bekannt, bei der beide Fräser auf ihren einander zugewandten Seiten zumindest im Bereich ihrer Schneiden Erhebungen bzw. Aussparungen aufweisen und die Erhebungen des einen Fräsers in die Vertiefungen des anderen Fräsers zur Herstellung einer abwechselnden Überlappung der Fräserschneiden hineinragen. Durch Verdrehen einer Mutter können die Fräser zueinander verstellt werden.
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Hiervon ausgehend soll eine gattungsgemäße Werkzeugvorrichtung so verbessert werden, dass nicht nur die Lage der Nut in Bezug auf das Werkstück eingestellt werden kann, ohne die Positionierung des Dornes, der mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, zu verändern, sondern es auch möglich ist, dass sich die Werkzeugvorrichtung einfach von der Antriebsspindel lösen lässt, wenn sie über eine HSK-Schnittstelle mit der Antriebsspindel verbunden wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass das erste Werkzeug mit einer Verschiebehülse verbunden ist, die gleitend auf dem Dorn geführt ist, und dadurch dass der Dorn einen zentral angeordneten, in axial Richtung verschiebbaren Stift aufweist, der über einen quer (in Radialrichtung) zur Axialrichtung verlaufenden Bolzen mit der Verschiebehülse gekoppelt ist..
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Das Werkzeug lässt sich in axialer Richtung beliebig positionieren, sodass seine Lage einstellbar ist. Es erfolgt keine feste Positionierung gegen Anschläge, sondern allein durch die Federkraft wird das Werkzeug fixiert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung liegt das Betätigungselement als Verstellorgan nur auf Druck am Werkzeug an. Die Verschiebehülse und der Dorn werden über den Bolzen drehfest miteinander verbunden. Dadurch, dass der Bolzen innenliegend in der Verschiebehülse angeordnet ist, kann der mit dem Hohlschaftkegel versehene Adapter einfach von der Antriebsspindel gelöst werden, weil er mit der Antriebsspindel nur auf Kontakt anliegt.
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Wenn mit dem Flansch ein zweites Werkzeug verbunden ist, kann durch die axiale Verschiebung des ersten Werkzeuges gegenüber dem Flansch der parallele Abstand der beiden Werkzeuge zueinander eingestellt werden. Damit kann die zu fräsende Nut in ihrer Breite auf einfache Art und Weise eingestellt werden, ohne die Werkzeugvorrichtung zu wechseln. Die Werkzeugvorrichtung kann mit einem oder zwei Werkzeugen mit einer herkömmlichen Werkzeugmaschine verbunden werden.
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Vorzugsweise ist der Flansch mit dem Dorn verschraubt. Die Feder ist vorzugsweise eine Druckfeder. Anstatt einer einzigen zentralen Feder können auch mehrere symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnete Federn vorgesehen sein.
Die Verwendung mehrerer Federn anstelle einer zentralen Feder bietet unter Umständen den Vorteil, dass längere Federn eingesetzt werden können. Eine größere Federlänge bietet den Vorteil, dass die Federn im auseinandergefahrenen Zustand beider Werkzeuge ausreichen vorgespannt sind, um eine Haltekraft auf das erste Werkzeug auszuüben. Je länger die Feder ist, umso geringer ist die Differenzkraft in den beiden Endlagen.
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Wenn der Dorn hohl ausgestaltet ist und einen zentral angeordneten, in Axialrichtung verschiebbaren Stift aufweist, der über einen quer zur Axialrichtung verlaufenden Bolzen mit der Verschiebehülse gekoppelt ist, lässt sich die axiale Verschiebung des ersten Werkzeuges leicht über den in der Spindel der Werkzeugmaschine vorgesehenen Maschinen-Dorn realisieren. Vorzugsweise ist der Bolzen mit der Verschiebehülse verschraubt.
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Das zweite Werkzeug kann mit dem Flansch verschraubt oder vernietet sein. Auch eine einteilige Ausbildung mit dem Flansch ist möglich. Flansch und Werkzeug können also aus einem Stück bestehen oder aus mehreren Teilen miteinander verschweißt sein.
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Um einen Staubeintritt nach radial innen (in Richtung der Verschiebemechanik) zu verhindern ist vorzugsweise zwischen den beiden Werkzeugen eine Dichtungseinrichtung, beispielsweise ein O-Ring oder mehrere O-Ringe vorgesehen. Auch eine Labyrinthdichtung ist denkbar. Auch eine Abdichtung zwischen der Verschiebehülse und dem Dorn ist vorteilhaft.
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Zum definierten Einstellen und Referenzieren der minimalen Nutbreite, also zum Kalibrieren der Steuerung, ist es vorteilhaft, wenn insbesondere einstellbare Anschläge vorgesehen sind.
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Mit Hilfe von Zeichnungen soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 - die einfachste Ausführungsform der Werkzeugvorrichtung im Längsschnitt;
- 2 - die perspektivische Darstellung einer Werkzeugvorrichtung mit zwei Werkzeugen;
- 3 - den Schnitt entlang der Linie III-III mit dem ersten Werkzeug in axial äußerer Endstellung;
- 4 - die Darstellung nach 2 mit dem ersten Werkzeug in axial innerer Endstellung;
- 5 - den Schnitt entlang der Linie V-V nach 1;
- 6 - eine Variante der Werkzeugvorrichtung mit einer Abdichtung zwischen den Werkzeugen;
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Die Werkzeugvorrichtung besteht in einer einfachen Ausführungsform aus dem Werkzeug 1, dem Dorn 3 und der gleitend auf dem Dorn 3 angeordneten Verschiebehülse 5, auf der das Werkzeug 1 befestigt ist, und dem Flansch 6, der mit dem Dorn 3 verbunden ist (1). Das Werkzeug 1 ist auf seinem Umfang mit regelmäßig zueinander beabstandeten Zähnen 1.1 versehen, die jeweils eine Schneidplatte 1.2 aufweisen, um eine Nut in ein Werkstück 30, beispielsweise ein Holzbrett, einfräsen zu können. Zwischen dem Flansch 6 und der Verschiebehülse 5 sind - bevorzugt drei oder mehr - Druckfedern 4 angeordnet. Die Verschiebehülse 5 ist über einen in Radialrichtung R verlaufenden Bolzen 7 mit einem Stift 8 verbunden, der konzentrisch durch den Dorn 3 hindurchgeführt ist. Der Flansch 6 ist über Schrauben 9 mit dem Dorn 3 verschraubt und stützt sich über eine zum Stift 8 konzentrisch verlaufende Feder 10 an diesem ab. Über einen Adapter 21 ist die Werkzeugvorrichtung mit der Spindel 20 einer hier nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine verbunden. Die Spindel 20 ist mit einem Maschinen-Dorn 22 versehen, der in Axialrichtung A verschiebbar gelagert ist. Um das Werkzeug 1 in seiner axialen Lage gegenüber dem Werkstück 30 zu positionieren, kann es über die Verschiebehülse 5 in Axialrichtung A verschoben werden. Dabei wird der Abstand a zwischen dem Flansch 6 und dem Werkzeug 1 eingestellt. Die Verschiebebewegung wird über den Maschinen-Dorn 22 der Spindel 20 eingeleitet. Der Maschinen-Dorn 22 greift zentrisch in den Stift 8 ein. Über den Bolzen 7 wird die Bewegung des Stiftes 8 in Axialrichtung A auf die Verschiebehülse 5 übertragen, an der das Werkzeug 1 über Schrauben 11 befestigt ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, die Werkzeugeinrichtung mit einem zweiten Werkzeug 2 zu versehen, das über Schrauben 12 mit dem Flansch 6 verschraubt ist.
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Wie auch das Werkzeug 1 ist das Werkzeug 2 mit einer Mehrzahl über seinen Umfang regelmäßig beabstandeten Zähnen 2.1 und darauf befestigten Schneidplatten 2.2 versehen, die in die Lüken zwischen den Zähnen von Werkzeug 1 eingreifen. Zur Einstellung der Breite der in das Werkstück 30 mittels der Werkzeuge 1, 2 einzufräsenden Nut kann der parallele Abstand b der Werkzeuge 1, 2 bzw. der Schneidplatten 1.1, 2.1 eingestellt werden. 3 zeigt den minimalen Abstand bmin zwischen den Werkzeugen 1, 2, das heißt die Zähne 1.1, 2.1 laufen in derselben Radialebene unmittelbar hintereinander. 4 zeigt die zu fräsende maximale Nutbreite, das heißt die Zähne 1.1, 2.1 laufen in zwei unterschiedlichen Radialebenen, sodass sie sich nur teilweise in axialer Richtung A überdecken. Wird der Maschinen-Dorn 22 in Axialrichtung A verschoben, stellt sich der parallele Abstand zwischen den Werkzeugen 1, 2 ein. Wie die Figuren erkennen lassen, erfolgt die Einstellung des Abstandes a bzw. b nicht über feste Anschläge, sondern die Fixierung erfolgt über die Druckfedern 4. Das Werkzeug 1 ist, solange es nicht am Flansch 6 anliegt (vgl. 3), in axialer Richtung nach außen gegen die Kraft der Druckfedern 4 verschiebbar.
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Nach axial innen ist das Werkzeug 1 durch die Anlage an der Verschiebhülse 5 und damit durch den Maschinen-Dorn 22 der Spindel 20 in seiner Lage fixiert.
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Um das Werkzeug 1 mit der Verschiebehülse 5 zu verbinden, ist diese mit einem radialen Flansch 5.1 versehen, der über seinen Umfang eine Mehrzahl von Gewindebohrungen 5.2 aufweist, sodass das Werkzeug 1 an den Radialflansch 5.1 über die Schrauben 11, 12 angeschraubt werden kann. Die Verschiebehülse 5 ist über ihren Umfang des Weiteren mit einer Mehrzahl von Sackbohrungen 5.3 versehen, in die jeweils eine Druckfeder 4 eingesetzt ist. Die Verschiebehülse gleitet auf einem Dorn 3, der an seinem freien Ende mit einem Adapter 21 versehen ist, um die Werkzeugvorrichtung an eine herkömmliche Spindel 20 einer hier nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine anzukoppeln. Der Flansch 6 ist analog zur Verschiebehülse 5 mit einer Mehrzahl von Sackbohrungen 6.3 versehen, die die Druckfedern 4 an ihren anderen Enden aufnehmen. Über Schrauben 9 ist der Flansch 6 mit dem Dorn 3 verschraubt. Eine Bewegung der Verschiebehülse 5 in axialer Richtung A komprimiert oder dekomprimiert die Federn 4.
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Die Verwendung mehrerer Druckfedern 4 bietet zunächst den Vorteil, dass diese parallel geschaltet sind, wodurch sich die Einzelkräfte addieren und die Federkraft durch die Anzahl der Federn eingestellt werden kann (nicht bloß über die Federkonstante). Dadurch können weichere Federn verwendet werden, die eine bessere Dauerfestigkeit aufweisen. Außerdem können die mehreren Druckfedern in die durch die Sackbohrungen 5.3, 6.3 gebildeten Sacklöcher in der Wandung der Verschiebehülse 5 eingelegt werden. Dadurch sind größere Federlängen möglich als bei der Verwendung einer einzigen konzentrisch angeordneten Feder. Die größere Federlänge bewirkt, dass die Federkraftunterschiede zwischen den Einstellpositionen für die minimale Schnittbreite bmin und die maximale Schnittbreite bmax geringer sind als bei einer kurzen Federlänge und dass bei auseinandergefahrenen Werkzeugen (maximale Schnittbreite bmax eine ausreichend große Haltekraft auf das erste Werkzeug 1 ausgeübt wird. Das Verhältnis zwischen der vorgespannten Federlänge in der Stellung für die maximale Schnittbreite bmax und dem Verstellweg zur minimalen Schnittbreite bmin ist vorzugsweise größer als 3:1.
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Das zweite Werkzeug 2 ist über Schrauben 12 mit dem Flansch 6 verschraubt. Der Bolzen 7, der den konzentrisch zum Dorn 3 angeordneten Stift 8 mit der Verschiebehülse 5 verbindet, ist, wie die Figuren zeigen, eine Schraube, die in eine in radialer Richtung R in der Gehäusewand vorgesehenen Gewindebohrung 5.4 eingeschraubt ist. Wird der in der Spindel 20 vorgesehene Maschinen-Dorn 22 in axialer Richtung A bewegt, wird der parallele Abstand zwischen den Werkzeugen 1, 2 verändert und damit die Nutbreite eingestellt. Die maximale Nutbreite bmax ergibt sich durch den axialen Abstand b der Schneidplatten 1.1, 2.1 zueinander (vgl. 4). Die minimale Nutbreite bmin stellt sich ein, wenn die Schneidplatten 1.1, 2.1 in derselben Radialebene geführt sind (vgl. 3). Zum definierten Einstellen und Referenzieren der minimalen Nutbreite bmin können einstellbare Anschläge 5.6 vorgesehen sein ( 5), die durch weitere in den Radialflansch 5.1 eingebrachte Gewindebolzen 5.5 realisiert werden können. Mittels der Anschläge 5.6 wird der Verschiebeweg begrenzt und damit der minimale Abstand bmin der Werkzeuge 1, 2 zueinander definiert einstellbar.
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Die Verschiebehülse 5 ist über einen O-Ring 13 gegenüber dem Dorn 3 abgedichtet. Um zu verhindern, dass Staub in die Verstellmechanik zwischen die beiden Werkzeuge 1, 2 eindringen kann, ist zwischen den Werkzeugen 1, 2 eine Dichtung 9 vorgesehen (vgl. 6). Diese Dichtung 14 kann im einfachsten Fall ein O-Ring sein. Denkbar ist auch eine Labyrinthdichtung.
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Die Verstellung der Werkzeuge 1, 2 kann stufenlos unter Rotation bei voller Betriebsdrehzahl erfolgen. Wie erläutert ist das verschiebbare Werkzeug 1 in seiner Arbeitsposition nicht auf dem Dorn 3 geklemmt, sondern wird durch die Kraft der Federn 4 über den Bolzen 7 und den Stift 8 gegen den Maschinendorn gedrückt. Anstatt mehrerer auf einem Teilkreis regelmäßig beabstandeter Federn 4 kann auch eine zentrale, koaxial zum Dorn 3 angeordnete Feder vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug
- 1.1
- Zahn
- 1.2
- Schneidplatte
- 2
- Werkzeug
- 2.1
- Zahn
- 2.2.
- Schneidplatte
- 3
- Dorn
- 4
- Feder / Druckfeder
- 5
- Verschiebehülse
- 5.1
- Radialflansch
- 5.2
- Gewindebohrung
- 5.3
- Sackloch
- 5.4
- Gewindebohrung
- 5.5
- Gewindebolzen
- 5.6
- Anschlag
- 6
- Flansch
- 6.3
- Sackbohrung
- 7
- Bolzen / Schraube
- 8
- Stift
- 9
- Schraube
- 10
- Druckfeder
- 11
- Schraube
- 12
- Schraube
- 13
- Dichtung / O-Ring
- 14
- Dichtung / O-Ring
- 20
- Spindel
- 21
- Adapter
- 22
- Maschinen-Dorn
- 30
- Werkstück
- A
- Axialrichtung
- a
- Breite
- bmax
- maximale Nutbreite
- bmin
- minimale Nutbreite
- R
- Radialrichtung
