DE102019105467A1

DE102019105467A1 - Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeitshaltevorrichtung

Info

Publication number: DE102019105467A1
Application number: DE102019105467.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Chen
Original assignee: Xpole Precision Tools Inc
Current assignee: Xpole Precision Tools Inc
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeits-Haltevorrichtung, der in einer Bearbeitungsmaschine mit einer Spindel verwendbar ist, wobei der Werkzeughalter aufweist: einen Schaft (10), der einen in der Spindel aufgenommenen Konusabschnitt (11) und ein Schaft-Steckerteil (12) besitzt; eine Werkzeugaufnahme (20), die mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung (21) versehen ist, die ein Werkzeug und ein Werkzeugfutter (23) aufnimmt, wobei die Werkzeugaufnahme (20) auch einen zu dem Schaft-Steckerteil (12) passenden Werkzeugaufnahme-Buchsenteil (22) aufweist; und mindestens eine Steifigkeitshaltehülse (30), die aus einem hochsteifen Material hergestellt ist, wobei die Steifigkeitshaltehülse (30) ein zu dem Schaft-Steckerteil (12) passendes Hülsen-Buchsenteil (31) und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil (22) passendes Hülsen-Steckerteil (32) aufweist, wobei der Schaft (10), die Steifigkeitshaltehülse (30) und die Werkzeugaufnahme (20) Ende an Ende verbunden sein können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter, insbesondere einen Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeitshaltevorrichtung.
Gegenwärtig wird bei der hochpräzisen Metallbearbeitung, wie Bohren, Fräsen, Reiben, und Schneiden von Innen- und Außendurchmessern oder Flachschleifen, häufig eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine (Computer Numerical Control, auch CNC-Bearbeitungsmaschine genannt) verwendet, wobei die Bearbeitung gleichzeitig mit verschiedenen Werkzeugen wie einem Bohrer und einem Fräser vorgenommen wird. Jedes dieser Werkzeuge hat eine lange griffähnliche Struktur, die durch einen Werkzeughalter mit der Spindel der CNC-Bearbeitungsmaschine verbunden ist. Die Spindel kann mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, wobei das vom Werkzeughalter gehaltene Werkzeug zur Rotation mit hoher Geschwindigkeit mitgenommen wird, um ein Zielwerkstück zu bearbeiten.
Der Werkzeughalter, der an der Bearbeitungsmaschine montiert ist, erzeugt während des Gebrauchs häufig Vibrationen. Solche Vibrationen stören den Bearbeitungsvorgang und beeinträchtigen die Produktgenauigkeit. In der Praxis werden Vibrationen immer dann erzeugt, wenn verschiedene Teile der Maschine miteinander in Kontakt stehen. Wenn die Maschine immer stärker abgenutzt wird, ändert sich ihre dynamische Leistung. Dies bedeutet, dass während verschiedener Lebenszyklen der Maschine neue Vibrationsformen erzeugt werden. Vibrationen können dazu führen, dass die Oberflächengüte des Werkstücks nachlässt, was wiederum einen erhöhten Verschleiß an Maschinen und Werkzeugen bewirkt und im schlimmsten Fall zu irreparablen Schäden führt.
Jegliche Vibrationsbewegung zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkstück während eines Metallschneidvorgangs kann zu einer unerwünschten Schneidleistung führen, z. B. zu einer schlechten Oberfläche der Werkstückoberfläche und zu bearbeiteten Werkstücken, die die Toleranzen überschreiten. Darüber hinaus können solche Vibrationen den Werkzeughalter oder das Werkzeug beschädigen. Die Vibration des Werkzeughalters während der Bearbeitung ist in etwa proportional zur Länge des Werkzeughalters. Bei länglichen Werkzeughaltern oder bei Kombinationswerkzeughaltern, wie jene, die aus den Patentschriften US 1 520 528 A , US 2 716 030 A und US 8 821 084 B2 bekannt sind, ist es aufgrund der Steifigkeit des Werkzeughaltermaterials schwieriger, eine ausreichende Steifigkeit aufrechtzuerhalten, wodurch der Werkzeughalter und das Werkzeug stärker schwingen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeitshaltevorrichtung zu schaffen, durch die die Steifigkeit des Werkzeughalters verbessert wird, wobei die Vibration des Werkzeughalters und des Werkzeugs, das jener hält, unterdrückt wird, um eine hervorragende Oberflächengüte und die Bearbeitungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeitshaltevorrichtung zu schaffen, die insbesondere zur Verwendung in einem länglichen Werkzeughalter oder einem Kombinationswerkzeughalter geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeitshaltevorrichtung, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeits-Haltevorrichtung bereitgestellt, der in einer Bearbeitungsmaschine mit einer Spindel verwendbar ist, wobei der Werkzeughalter aufweist:

einen Schaft, der einen in der Spindel aufgenommenen Konusabschnitt und ein Schaft-Steckerteil besitzt;
eine Werkzeugaufnahme, die mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung versehen ist, die ein Werkzeug und ein Werkzeugfutter aufnimmt, wobei die Werkzeugaufnahme auch einen zu dem Schaft-Steckerteil passenden Werkzeugaufnahme-Buchsenteil aufweist; und
mindestens eine Steifigkeitshaltehülse, die aus einem hochsteifen Material hergestellt ist, wobei die Steifigkeitshaltehülse ein zu dem Schaft-Steckerteil passendes Hülsen-Buchsenteil und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil passendes Hülsen-Steckerteil aufweist, wobei der Schaft, die Steifigkeitshaltehülse und die Werkzeugaufnahme Ende an Ende verbunden sein können.

Gemäß der Erfindung kann ferner ein Verlängerungshülsenmodul vorgesehen sein, das zwischen dem Schaft, der Steifigkeitshaltehülse und der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung kann das Verlängerungshülsenmodul ein an das Schaft-Steckerteil angepasstes Modul-Buchsenteil und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil passendes Modul-Steckerteil aufweisen, wobei der Schaft, das Verlängerungshülsenmodul, die Steifigkeitshaltehülse und die Werkzeugaufnahme Ende an Ende verbunden sind.
Gemäß der Erfindung kann die Werkzeugaufnahme aus einem hochsteifen Material hergestellt sein.
Gemäß der Erfindung kann der Schaft ferner einen Flansch aufweisen, der zwischen dem Konusabschnitt und dem Schaft-Steckerteil im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, wobei der Flansch mit einer V-Rille versehen ist, die sich um den Umfang des Flansches herum erstreckt.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter und
2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter mit einem Verlängerungshülsenmodul.

Wie aus 1 ersichtlich ist, wird ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter in einer Bearbeitungsmaschine mit einer Spindel [nicht gezeigt] verwendet. Der Werkzeughalter weist einen Schaft 10, der einen in der Spindel aufgenommenen Konusabschnitt 11 und ein Schaft-Steckerteil 12 besitzt, eine Werkzeugaufnahme 20, die optional aus einem hochsteifen Material wie Wolframkarbid besteht, und mindestens eine Steifigkeitshaltehülse 30 aus einem hochsteifen Material wie Wolframkarbid auf. Die Werkzeugaufnahme 20 ist mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung 21 versehen, die ein Werkzeug und ein Werkzeugfutter 23 aufnimmt. Die Werkzeugaufnahme 20 weist auch einen zu dem Schaft-Steckerteil 12 passenden Werkzeugaufnahme-Buchsenteil 22 auf. Die Steifigkeitshaltehülse 30 weist ein zu dem Schaft-Steckerteil 12 passendes Hülsen-Buchsenteil 31 und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil 22 passendes Hülsen-Steckerteil 32 auf. Der Schaft 10, die Steifigkeitshaltehülse 30 und die Werkzeugaufnahme 20 können Ende an Ende verbunden sein.
Der Schaft 10 weist ferner einen Flansch 13 auf, der zwischen dem Konusabschnitt 11 und dem Schaft-Steckerteil 12 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist. Der Flansch 13 ist mit einer V-Rille 14 versehen, die sich um den Umfang des Flansches 13 herum erstreckt, damit der Werkzeughalter in einem automatisierten Werkzeugwechselsystem der Bearbeitungsmaschine verwendet werden kann.
Die Werkzeugaufnahme 20 kann im Wesentlichen ein zylindrisches Bauteil sein. Die Werkzeugaufnahmebohrung 21 ist durch Gewindeverbindung mit dem Werkzeugfutter 23 verbunden. Die Gewindeverbindung stellt jedoch nicht die einzige Option dar. Der Fachmann ist in der Lage, andere Methoden zur Befestigung von Werkzeugen zu verwenden.
Gemäß 2 ist zwischen dem Schaft 10 und der Werkzeugaufnahme 20 ein Verlängerungshülsenmodul 40 vorgesehen, das ein an das Schaft-Steckerteil 12 angepasstes Modul-Buchsenteil 41 und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil 22 passendes Modul-Steckerteil 42 aufweist. Der Schaft 10, das Verlängerungshülsenmodul 40, die Steifigkeitshaltehülse 30 und die Werkzeugaufnahme 20 können Ende an Ende verbunden sein.
Der Benutzer kann die Anzahl der Steifigkeitshaltehülsen 30 und der Verlängerungshülsenmodule 40 auswählen, um die für den Werkzeughalter erforderliche Länge in Abhängigkeit von der Bearbeitungsumgebung einzustellen.
Der erfindungsgemäße Werkzeughalter weist mindestens eine interne Steifigkeitshaltevorrichtung auf, um die Steifigkeit des Werkzeughalters zu verbessern, die Vibration des Werkzeughalters und des durch den Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs zu unterdrücken und eine überragende Oberflächengüte und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks zu gewährleisten.
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die sich aufgrund der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung für einen Fachmann in naheliegender Weise ergeben, sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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

US 1520528 A [0004]
US 2716030 A [0004]
US 8821084 B2 [0004]

Claims

Werkzeughalter mit einer internen Steifigkeits-Haltevorrichtung, der in einer Bearbeitungsmaschine mit einer Spindel verwendbar ist, wobei der Werkzeughalter aufweist: einen Schaft (10), der einen in der Spindel aufgenommenen Konusabschnitt (11) und ein Schaft-Steckerteil (12) besitzt; eine Werkzeugaufnahme (20), die mit einer sich axial erstreckenden Werkzeugaufnahmebohrung (21) versehen ist, die ein Werkzeug und ein Werkzeugfutter (23) aufnimmt, wobei die Werkzeugaufnahme (20) auch einen zu dem Schaft-Steckerteil (12) passenden Werkzeugaufnahme-Buchsenteil (22) aufweist; und mindestens eine Steifigkeitshaltehülse (30), die aus einem hochsteifen Material hergestellt ist, wobei die Steifigkeitshaltehülse (30) ein zu dem Schaft-Steckerteil (12) passendes Hülsen-Buchsenteil (31) und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil (22) passendes Hülsen-Steckerteil (32) aufweist.
Werkzeughalter nach Anspruch 1, wobei der Schaft (10), die Steifigkeitshaltehülse (30) und die Werkzeugaufnahme (20) Ende an Ende verbunden sind.
Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Verlängerungshülsenmodul (40), das zwischen dem Schaft (10), der Steifigkeitshaltehülse (30) und der Werkzeugaufnahme (20) angeordnet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungshülsenmodul (40) ein an das Schaft-Steckerteil (12) angepasstes Modul-Buchsenteil (41) und ein zu dem Werkzeugaufnahme-Buchsenteil (22) passendes Modul-Steckerteil (42) aufweist, wobei der Schaft (10), das Verlängerungshülsenmodul (40), die Steifigkeitshaltehülse (30) und die Werkzeugaufnahme (20) Ende an Ende verbunden sind.
Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (20) aus einem hochsteifen Material hergestellt ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (10) ferner einen Flansch (13) aufweist, der zwischen dem Konusabschnitt (11) und dem Schaft-Steckerteil (12) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, wobei der Flansch (13) mit einer V-Rille (14) versehen ist, die sich um den Umfang des Flansches (13) herum erstreckt.