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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter zur Aufnahme eines Werkzeugkopfes.
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Ein solcher Werkzeughalter dient insbesondere dazu, einen Werkzeugkopf, beispielsweise einen Fräser oder Bohrer, fest mit einer Werkzeugmaschine zu verbinden. Zu diesem Zweck kann der Werkzeughalter mit einer der Werkzeugaufnahme entgegengesetzten Seite an der Werkzeugmaschine montiert sein.
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Werkzeugmaschinen mit einem Werkzeughalter dieser Art werden für die Präzisionsbearbeitung von zylindrischen Bohrungen mit dem Ziel einer hohen Genauigkeit verwendet. Dabei sind eine möglichst genaue Koaxialität des Werkzeugkopfes zur Rotationsachse und eine hohe Rundlaufgenauigkeit entscheidend. Eine weitere Anforderung besteht darin, das Werkzeug so einzuspannen, dass möglichst keinerlei Kerbwirkungen am Aufnahmeende des Werkzeughalters erzeugt werden. Eine solche Kerbwirkung kann langfristig zu einem vorzeitigen Versagen des Werkzeugs führen. Gleichzeitig muss eine zuverlässige Befestigung des Werkzeugkopfes an dem Werkzeughalter gegeben sein, wobei der Werkzeughalter in axialer Richtung jedoch möglichst kompakt sein soll.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeughalter bereitzustellen, der eine hohe Präzision ermöglicht und gleichzeitig kostengünstig ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Werkzeughalter zur Aufnahme eines Werkzeugkopfes, mit einem Werkzeughalterkörper, in dem eine Aufnahmeöffnung für einen Fortsatz des Werkzeugkopfes ausgebildet ist, einem radialen Spannmittel, das mindestens eine Spannkammer aufweist, die die Aufnahmeöffnung umgibt und mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, einem axialen Spannmittel und einer axialen Anlagefläche für den Werkzeugkopf, wobei das axiale Spannmittel ausgebildet ist, um den Werkzeugkopf in axialer Richtung gegen die Anlagefläche zu beaufschlagen.
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Durch die Kombination eines radialen Spannmittels mit einem axialen Spannmittel hat der Werkzeughalter den Vorteil, dass eine hohe Präzision, insbesondere eine hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht und gleichzeitig eine zuverlässige Befestigung eines Werkzeugkopfes bei einer kompakten Bauweise verwirklicht werden kann. Insbesondere liegt eine Rundlaufgenauigkeit innerhalb von 3 µm. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkzeugkopf eine hohe Steifigkeit aufweist.
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Außerdem kann der Werkzeugkopf einfach am Werkzeughalter befestigt werden.
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Der Werkzeughalterkörper kann durch Verfahren hergestellt sein, wie sie zum dreidimensionalen Drucken bekannt sind, wobei als Werkstoff Metall verwendet wird, das in dünnen Schichten zu einem dreidimensionalen Körper aufgebaut wird. Durch ein derartiges Verfahren können die radialen Spannmittel, insbesondere die die Aufnahmeöffnung umgebende Spannkammer, in den Werkzeugkörper eingebracht werden. Insbesondere sind bei derartigen Druckverfahren Hinterschnitte und Hohlräume im Werkstück möglich.
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Nach der Herstellung des Werkzeughalterkörpers durch das Druckverfahren kann die Oberfläche in einem anschließenden Schritt weiter bearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen. Dadurch kann eine hohe Maßgenauigkeit an den Stellen des Werkzeugkörpers erreicht werden, wo nur geringe Toleranzabweichungen erlaubt sind, beispielsweise in der Aufnahmeöffnung oder an der axialen Anlagefläche.
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Die Aufnahmeöffnung kann als zylinderförmige Vertiefung ausgebildet sein, in die der Fortsatz des Werkzeugkopfes eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das axiale Spannmittel eine Spannschraube auf, die in eine Gewindebohrung im Werkzeughalterkörper eingeschraubt werden kann. Die Gewindebohrung erstreckt sich vorzugsweise entlang der Längsachse des Werkzeughalters. Mit der Spannschraube kann der Werkzeugkopf auf einfache und kostengünstige Art und Weise in einer definierten axialen Position relativ zum Werkzeughalter fixiert werden. Insbesondere wird der Werkzeugkopf von der Spannschraube gegen die axiale Anlagefläche des Werkzeughalters beaufschlagt. Der Werkzeugkopf kann zu diesem Zweck eine korrespondierende Anlagefläche aufweisen, die beispielsweise durch eine umlaufende Stufe gebildet ist.
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Die Anlagefläche ist vorzugsweise ringförmig. Dadurch ist die Anlagefläche an die Geometrie des Werkzeughalters und des Werkzeugkopfes angepasst. Insbesondere ist die Anlagefläche koaxial zu einer Längsachse des Werkzeughalters ausgebildet. Dies trägt zur Vermeidung von Unwuchten bei.
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Die Anlagefläche bildet vorzugsweise eine Stirnfläche des Werkzeughalterkörpers. Dies hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Werkzeughalters die Anlagefläche des Werkzeughalterkörpers einfach abgefräst oder plangeschliffen werden kann. Insbesondere ist die Stirnfläche für einen Fräser oder eine Schleifscheibe leicht zugänglich. Das Abfräsen dient dazu, Unebenheiten in der Anlagefläche zu beseitigen, sodass der Werkzeugkopf plan an der Anlagefläche anliegen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Stirnfläche Teil eines zylindrischen Vorsprungs sein, an dessen Innenseite eine Drehmomentübertragungsgestaltung ausgebildet ist, die mit dem Werkzeugkopf zusammenwirken kann. Auf diese Weise kann eine kompakte Bauweise des Werkzeughalters verwirklicht werden. Die Drehmomentübertragungsgestaltung verhindert, dass sich der Werkzeugkopf relativ zum Werkzeughalter verdreht, wenn ein Drehmoment beispielsweise von einer Werkzeugmaschine auf den Werkzeugkopf übertragen wird.
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Die Drehmomentübertragungsgestaltung weist beispielsweise eine Verzahnung auf, die in eine entsprechende Gegenverzahnung des Werkzeugkopfes eingreift.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Drehmomentübertragungsgestaltung einen radialen Vorsprung oder eine radiale Ausnehmung aufweisen. Der Werkzeugkopf kann entsprechend eine radiale Ausnehmung oder einen radialen Vorsprung aufweisen, die bzw. der mit dem Vorsprung oder der Ausnehmung des Werkzeughalterkörpers zusammenwirken kann.
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Vorzugsweise weist der Werkzeughalterkörper einen Kühlkanal auf, der entlang einer Längsachse des Werkzeughalters verläuft. Der Kühlkanal kann als Fortsetzung der Gewindebohrung ausgebildet sein, in der die Spannschraube eingeschraubt werden kann. Durch den Kühlkanal kann ein Kühlmittel zu einem zu bearbeitenden Schnittbereich gleitet werden, sodass eine bei einem Arbeitsvorgang entstehende Wärme abgeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Betätigungsöffnung für einen Spannkolben vorgesehen, der mit der Spannkammer in hydraulischer Verbindung steht, wobei die Betätigungsöffnung in eine Stirnseite des Werkzeughalterkörpers mündet, die zu der Stirnseite entgegengesetzt ist, die mit der Anlagefläche versehen ist. Auf der Rückseite des Werkzeughalterkörpers ist der Spannkolben gut geschützt, beispielsweise vor Beschädigung oder Verschmutzung.
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Durch die Aktivierung des radialen Spannmittels kann ein Werkzeugkopf mit hoher Genauigkeit konzentrisch im Werkzeughalter ausgerichtet werden. Insbesondere kann der Werkzeugkopf durch das radiale Spannmittel in der Aufnahmeöffnung eingespannt und ausgerichtet werden.
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Durch eine Betätigung des Spannkolbens kann ein Druck in der Spannkammer erhöht werden. Diese Druckerhöhung dient dazu, eine Innenwand der Aufnahmeöffnung gegen den Fortsatz des Werkzeugkopfes zu beaufschlagen.
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Beispielsweise weist das radiale Spannmittel einen von der radialen Spannkammer wegführenden Kanal auf, der zu einem Reservoir führt. Der Kanal und das Reservoir sind vorzugsweise ebenfalls mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Der Spannkolben steht beispielsweise mit dem Reservoir derart in Verbindung, dass ein Volumen des Reservoirs durch eine Betätigung des Spannkolbens vergrößert oder verkleinert werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der nachfolgenden einzigen Zeichnung. Diese zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters mit einem daran befestigten Werkzeugkopf.
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In der Figur ist ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter 10 mit einem daran befestigten Werkzeugkopf 12 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Werkzeughalter 10 weist einen Werkzeughalterkörper 14 auf, in dem eine Aufnahmeöffnung 16 für einen Fortsatz 18 des Werkzeugkopfes 12 ausgebildet ist.
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Um den Werkzeugkopf 12 im Werkzeughalter 10 möglichst präzise auszurichten, weist der Werkzeughalter 10 ein radiales Spannmittel 20 auf. Das radiale Spannmittel 20 weist eine Spannkammer 22 auf, die die Aufnahmeöffnung 16 umgibt und die mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist. Von der Spannkammer 22 ausgehend verläuft ein Kanal 24 zu einem Reservoir 26, wobei das Reservoir 26 über den Kanal 24 mit der Spannkammer 22 hydraulisch in Verbindung steht. Der Kanal 24 und das Reservoir 26 sind ebenfalls mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt.
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Das radiale Spannmittel 20 weist darüber hinaus einen Spannkolben 27 auf. Der Spannkolben 27 umfasst einen Metallstift 29 und eine Dichtung 25. Der Spannkolben 27 steht in direkter Verbindung mit dem Reservoir 26 und kann von einem Anwender mittels einer Spannschraube 28 betätigt werden, um einen Druck in der Spannkammer 22 zu erhöhen oder zu verringern. Entsprechend ändert sich der Druck in der Spannkammer 22. Auf diese Weise kann das radiale Spannmittel 20 betätigt werden.
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Im Bereich des Spannkolbens 27 beziehungsweise der Spannschraube 28 weist der Werkzeughalterkörper 24 eine Betätigungsöffnung 30 auf, sodass die Spannschraube 28 mit einem Werkzeug, beispielsweise einem Innensechskant, zugänglich ist. Die Betätigungsöffnung 30 mündet in eine Stirnseite 31 des Werkzeughalterkörpers 14.
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Die Spannkammer 22 ist in einem geringen Abstand zur Aufnahmeöffnung 16 angeordnet, beispielsweise in einem Abstand von weniger als 1 mm. Wird der Druck in der Spannkammer 22 erhöht, dann wird eine Innenwand 32 der Aufnahmeöffnung 16 gegen den Fortsatz 18 des Werkzeugkopfes 12 beaufschlagt. Insbesondere wölbt sich die Innenwand 32 der Aufnahmeöffnung 16 leicht nach innen, also in die Aufnahmeöffnung 16 hinein. Dadurch wird der Werkzeugkopf 12 mit einer hohen Genauigkeit konzentrisch im Werkzeughalter 10 ausgerichtet.
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Um den Werkzeugkopf 12 möglichst zuverlässig im Werkzeughalter 10 zu befestigen, weist der Werkzeughalter 10 ein axiales Spannmittel 36 auf. Das axiale Spannmittel 36 ist insbesondere ausgebildet, um den Werkzeugkopf 12, insbesondere eine Anlagefläche 37 des Werkzeugkopfes, in axialer Richtung gegen eine axiale Anlagefläche 38 zu beaufschlagen.
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Zu diesem Zweck weist das axiale Spannmittel 36 eine Spannschraube 40 auf, die in eine Gewindebohrung 42 des Werkzeughalterkörpers 14 eingeschraubt werden kann. Der Werkzeugkopf 12 weist eine entsprechende Bohrung 44 auf, durch die die Spannschraube 40 durchgesteckt werden kann. An einem vom Werkzeughalter 10 weggerichteten Ende weist der Werkzeugkopf 12 einen konischen Abschnitt 46 auf, wobei ein Kopf 48 der Spannschraube 40 an dem konischen Abschnitt 46 anliegen kann. Dadurch wird der Werkzeugkopf 12 zwischen der axialen Anlagefläche 38 und dem Kopf 48 der Spannschraube 40 eingespannt.
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Die axiale Anlagefläche 38 ist ringförmig ausgebildet und bildet eine Stirnfläche 50 des Werkzeughalterkörpers 14. Die Stirnfläche 50 ist insbesondere Teil eines zylindrischen Vorsprungs 52. Durch den Vorsprung 52 verbleibt außerhalb der axialen Anlagefläche 38 ein Spalt 54 zwischen dem Werkzeugkopf 12 und dem Werkzeughalter 10, wenn der Werkzeugkopf 12 an dem Werkzeughalter 10 montiert ist. Dadurch spielen Toleranzen im Werkzeughalter 10 und im Werkzeugkopf 12 eine geringere Rolle, lediglich die entsprechenden Anlageflächen müssen mit einer hohen Maßgenauigkeit gefertigt werden.
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An einer Innenseite 56 des zylindrischen Vorsprungs 52 ist des Weiteren eine Drehmomentübertragungsgestaltung 58 angeordnet, die ausgebildet ist, um mit dem Werkzeugkopf 12 zusammenzuwirken, insbesondere um ein Drehmoment auf den Werkzeugkopf 12 zu übertragen. Die Drehmomentübertragungsgestaltung 58 kann beispielsweise eine Verzahnung aufweisen. Alternativ kann die Drehmomentübertragungsgestaltung 58 einen radialen Vorsprung oder eine radiale Ausnehmung aufweisen. Durch die Drehmomentübertragungsgestaltung 58 kann ein hohes Drehmoment von einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine über dem Werkzeughalter 10 auf den Werkzeugkopf 12 übertragen werden.
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Des Weiteren weist der Werkzeughalterkörper 14 einen Kühlkanal 60 auf, der sich entlang der Längsachse des Werkzeughalterkörpers 14 erstreckt. Der Kühlkörper 60 ist als Fortsatz der Gewindebohrung 42 ausgebildet und erstreckt sich bis zur Stirnseite 31 des Werkzeughalterkörpers 14.
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Die Spannschraube 40 weist ebenfalls einen Kühlkanal 62 auf, der sich entlang der Längsachse des Werkzeughalterkörpers 14 erstreckt, wenn die Spannschraube 40 in die Gewindebohrung 42 eingeschraubt ist. Der Kühlkanal 62 erstreckt sich über die gesamte Länge der Spannschraube 40. Dadurch kann ein Kühlmittel zum Werkzeugkopf 12 geleitet werden und im Betrieb für eine Kühlung des Werkzeugkopfes 12 und des zu bearbeitenden Werkstücks sorgen.
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Der Werkzeugkopf 12 kann beispielsweise als Fräser, Bohrer, Hon-Werkzeug, Gleitschleifer oder ähnliches ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Werkzeugkopf genutzt werden, um Laufflächen von Zylinderbohrungen in einem Motor zu schleifen.
