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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter, insbesondere zum Synchron-Gewindeschneiden, mit einem Aufnahmeteil zum maschinenseitigen Antrieb, mit einem Spannteil zum Spannen eines Werkzeugs, mit mindestens einem Rollkörper zur Drehmomentübertragung zwischen dem Aufnahmeteil und Spannteil, mit einem Spiel in Drehrichtung und in Axialrichtung, wobei das Aufnahmeteil mit dem Spannteil über mindestens ein Elastomerelement nachgiebig verbunden ist.
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Beim Synchron-Gewindeschneiden wird eine genaue Synchronisierung der Maschinenspindel-Drehbewegung zum axialen Vorschub als Funktion der Gewindesteigung des eingesetzten Gewindebohrers angestrebt. Bei diesen sogenannten „Rigid Tapping“ hat es sich in der Praxis gezeigt, dass eine genaue Synchronisierung des Vorschubs der Maschinenspindel mit dem vom Gewindeschneidbohrer vorgegebenen Vorschub nur bedingt möglich ist. In der Tat ist der Vorgang beim Synchron-Gewindeschneiden statisch überbestimmt. Zwangsläufig ergeben sich geringfügige Synchronisationsfehler, welche zu axialen Positionsabweichungen führen.
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Wegen dieses Problems ist gemäß der
DE 10 2017 106 409 A1 ein Zwischenteil zwischen einem Antriebsteil und einem Spannteil angeordnet, wobei das Zwischenteil mit dem Antriebsteil über mindestens ein Elastomerelement nachgiebig verbunden ist, und wobei die Federcharakteristik des Elastomerelements veränderbar ist.
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Dadurch, dass die Federcharakteristik des Elastomerelements veränderbar ist, ist eine verbesserte Anpassung auf unterschiedliche Gegebenheiten möglich, die sich beim Schneiden von unterschiedlich großen Gewinden ergeben können. Hierzu ist bevorzugt ein Vorspannelement vorgesehen, das eine Verstellung in Radialrichtung ermöglicht, um so die Federcharakteristik des Elastomerelements anzupassen.
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Zwar ergibt sich durch die Einstellmöglichkeit der Federcharakteristik eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten, jedoch bestehen weiterhin Verbesserungsmöglichkeiten, um einen möglichst präzisen Gewindeschneidvorgang in einfacher Weise zu gewährleisten. Außerdem wird die Verstellmöglichkeit teilweise vom Anwender nicht korrekt eingesetzt, so dass sich anstelle von möglichst optimalen Anpassungen ggf. sogar deutlich verschlechterte Bedingungen beim Gewindeschneiden ergeben können.
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Gemäß der
EP 0 887 135 A1 ist ein Gewindeschneidfutter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, mit einem in einem Futterschaft gehalterten Spannmittel, insbesondere einer Spannzange, für den Gewindebohrer, wobei dem Spannmittel und dem Futterschaft ein Aufnahmeteil zwischengeordnet ist, das in Drehrichtung spielfrei im Futterschaft gehaltert ist und in axialer Richtung in Zug- und Druckrichtung ein geringes, über Elastomerverbindungen abgefedertes, axiales Spiel aufweist.
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Hierbei erfolgt die Kraftübertragung auf den Gewindeschneidbohrer über das Elastomerelement, was sich nachteilig auf die Präzision beim Gewindeschneiden auswirkt.
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Aus der
EP 2 650 067 A1 ist eine Werkzeugaufnahme mit einem Grundkörper und einem mit dem Grundkörper zur Drehmomentübertragung verbundenen und im Grundkörper mit einer Federvorspannung axial beweglich verankerten Aufnahmekörper bekannt, wobei der Grundkörper ein Schaftabschnitt mit einer werkzeugmaschinenseitig offenen Ausnehmung und eine den Schaftabschnitt axial verlängernden Hülsenabschnitt mit einer werkzeugseitig offenen Führungsbohrung ausweist, die durch eine radiale Trennwand von der Ausnehmung des Schaftabschnitts getrennt ist, wobei der Aufnahmekörper einen in der Führungsbohrung des Hülsenabschnitts axial beweglich geführten Führungsabschnitt aufweist und über einen axialen Durchbruch in der radialen Trennwand durchgreifenden und zur Einstellung der Federvorspannung über die Ausnehmung des Grundkörpers betätigbaren Anker gehaltert ist.
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Als nachteilig ist hierbei anzusehen, dass die Kraftübertragung auf den Aufnahmekörper über ein federndes Element vorzugsweise aus einem elastischen Polymermaterial bestehendes Element erfolgt.
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Aus der
DE 10 2012 218 947 A1 ist ferner ein Spannfutter für ein Gewindeschneidwerkzeug bekannt, mit einem sich entlang einer Drehachse erstreckenden Grundkörper und einer in einer stirnseitig offenen, zentrischen Axialbohrung im Grundkörper axial- und drehelastisch verankerten Spanneinrichtung zum Aufnehmen des Schaftwerkzeuges, wobei ein grundkörperseitig axial- und drehfest abgestützter Anker vorgesehen ist, der sich axial in die Aufnahmebohrung erstreckt und an dem die Spanneinrichtung dreh- und axialelastisch verankert ist. Hierbei ist der Anker in Drehrichtung formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden. Ferner ist der Anker über einen dreh- und axialelastischen Mitnehmer aus einem Elastomermaterial mit der Spanneinrichtung verbunden.
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Hierbei ist zwar durch die formschlüssige Verbindung des Ankers in Drehrichtung mit dem Grundkörper eine gute Kraftübertragung beim Gewindeschneiden gewährleistet, jedoch lässt sich über das als Mitnehmerstift ausgebildete elastische Mitnehmerelement keine gute Anpassung an die beim Synchron-Gewindeschneiden auftretenden Anforderungen erreichen.
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Gemäß der
EP 1 177 847 A1 ist ein Werkzeughalter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, wobei eine Nachgiebigkeit in Axialrichtung vorgesehen ist. Die Nachgiebigkeit in Axialrichtung kann hierbei durch Schraubenfedern bereitgestellt werden.
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Aus
DE 10 2012 214 058 ist ein weiterer Werkzeughalter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, wobei eine einstellbare Spannung und Kompression für das Gewindeschneiden vorgesehen ist.
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Die Kraftübertragung beim Gewindeschneiden erfolgt zwar formschlüssig über einen Antriebsbolzen, jedoch ist die federeinstellbare Vorspannung in Axialrichtung verbesserungswürdig.
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Gemäß der
DE 20 2006 005 642 U1 ist ein weiterer Werkzeughalter zum Gewindeschneiden bekannt, mit einer Spannzange mit Gewindebohrer, wobei das Spannfutter zwischen einem Ende der Aufnahme in einer Maschinenspindel und dem Ende der Aufnahme der Spannzange entlang mindestens einer Umfangslinie mit mindestens einem radialen Schlitz versehen ist. Auf diese Weise soll zwischen dem Ende des Spannfutters auf der Maschinenseite und dem Ende des Spannfutters auf der Werkzeugseite eine begrenzte Elastizität in axialer Richtung erzeugt werden.
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Eine optimierte Anpassung für ein Synchron-Gewindeschneiden ist mit einer derartigen Ausführung nicht möglich.
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Gemäß der
EP 2 727 676 A1 ist ein Werkzeughalter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, der so ausgestaltet ist, dass eine elastische Nachgiebigkeit in Axialrichtung kompressionsmäßig sich von einer elastischen Nachgiebigkeit in Zugrichtung unterscheidet, um so Synchronisationsfehler zu verringern. Hierzu weist der Werkzeughalter elastisch deformierbare Körper auf, die in der Zugrichtung und in der Kompressionsrichtung vorgesehen sind und in geeigneter Weise eingespannt sind. In Drehrichtung wird das Drehmoment über Kugeln auf das Gewindeschneidfutter übertragen.
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Auch diese Ausführung ermöglicht zwar eine gewisse Anpassung an Ausrichtungsfehler, die beim Synchron-Gewindeschneiden auftreten können, ist jedoch nach wie vor verbesserungswürdig.
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Aus der
DE 10 2012 209 836 A1 ist ein weiterer Werkzeughalter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, mit einem Gewindeschneidkörper, der einen Schaftabschnitt an einem ersten maschinenseitigen Ende, mit einem Spannabschnitt an einem zweiten Ende, und mit einem mittleren Abschnitt zwischen den Schaftabschnitt und dem Spannabschnitt, wobei der mittlere Abschnitt ein Gehäuse und eine darin angebrachte, korrespondierende, nicht kreisförmige Biegekomponente aufweist, die in das Gehäuse integriert ist und eine definierte Kompressibilität aufweist. Hierdurch soll eine Nachgiebigkeit in Axialrichtung gewährleistet werden.
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Auch diese Anordnung ist verbesserungswürdig.
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Aus der
US 2009/0324351 A1 ist ein weiterer Werkzeughalter zum Synchron-Gewindeschneiden bekannt, wobei elastische Elemente vorgesehen sind, um eine Nachgiebigkeit in Axialrichtung zu gewährleisten.
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Auch diese Anordnung erlaubt keine optimierte Anpassung für ein Synchron-Gewindeschneiden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter anzugeben, der insbesondere zum Synchron-Gewindeschneiden geeignet ist, sowie ein Verfahren zum Synchron-Gewindeschneiden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeughalter gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens ein erstes Elastomerelement vorgesehen ist, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in einer ersten Axialrichtung ausgebildet ist, das mindestens ein zweites Elastomerelement vorgesehen ist, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in einer zweiten Axialrichtung ausgebildet ist, und das mindestens ein drittes Elastomerelement vorgesehen ist, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in Drehrichtung ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Einerseits ist durch den mindestens einen Rollkörper eine formschlüssige Drehmomentübertragung zwischen dem Aufnahmeteil und dem Spannteil gewährleistet. Andererseits ist dadurch, dass mindestens ein erstes Elastomerelement vorgesehen ist, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in einer ersten Axialrichtung ausgebildet ist, und das mindestens ein zweites Elastomerelement vorgesehen ist, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in einer zweiten Axialrichtung ausgebildet ist, eine jeweils optimale Anpassung an in Axialrichtung auftretende Zug- oder Druckkräfte in Abhängigkeit von den jeweils typischerweise beim Synchron-Gewindeschneiden auftretenden Kräften ermöglicht. Schließlich kann das dritte Elastomerelement, das für eine nachgiebige Abstützung des Spannteils in Drehrichtung ausgebildet ist, speziell auf die in Drehrichtung notwendige Nachgiebigkeit ausgelegt werden, um so insgesamt eine möglichst optimale Anpassung des Werkzeughalters auf die insbesondere bei einem Synchron-Gewindeschneiden auftretenden Kräfte zu ermöglichen.
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Unter einem Elastomerelement wird im Sinne dieser Erfindung ein aus einem elastischen Material bestehendes Element verstanden, das im Anwendungsbereich weitgehend linear-elastisch ist. Es könnte sich z.B. um ein Kautschuk- bzw. Gummimaterial handeln oder auch um ein aus einem synthetischen Kunststoff bestehendes Material handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Rollkörper als Kugel ausgebildet.
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Obwohl grundsätzlich auch andere Ausführungen, wie etwa in Zylinderform oder in Tonnenform denkbar wären, ist auf diese Weise eine besonders einfache Ausführung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Elastomerelement scheibenförmig ausgebildet.
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Obwohl grundsätzlich auch andere Ausführungen denkbar sind, wie etwa in Kugelform, in Zylinderform, in Tonnenform, lässt sich auf diese Weise eine besonders gezielte Anpassung auf die in Axialrichtung auftretenden Kräfte gewährleisten.
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In entsprechender Weise ist das mindestens eine zweite Elastomerelement vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Rollkörper in einer Ausnehmung des Aufnahmeteils gehalten und greift in eine Ausnehmung des Spannteils mit Spiel ein.
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Hierbei ist bevorzugt der mindestens eine Rollkörper als Kugel ausgebildet, die in einem in Axialrichtung verlaufenden Schlitz des Aufnahmeteils gehalten ist und in eine Axialrichtung am Spannteil verlaufende Längsnut mit Spiel eingreift.
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Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Aufnahmeteil eine zentrale Ausnehmung vorgesehen, in welcher das Spannteil mit einem Schaftabschnitt gehalten ist. Hierbei sind bevorzugt mindestens zwei, vorzugsweise vier, zweite Elastomerelemente am Ende des Schaftabschnitts vorgesehen, die sich an einem axialen Ende der zentralen Ausnehmung abstützen.
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Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und zuverlässige Konstruktion.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei, vorzugsweise vier, Rollkörper vorgesehen, die in Ausnehmungen des Spannteils mit Spiel eingreifen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei erste Elastomerelemente vorgesehen, die vorzugsweise in Axialrichtung verlaufenden Ausnehmungen am Aufnahmeteil gehalten sind.
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Weiterhin bevorzugt ist, dass sich mindestens ein erstes Elastomerelement an einem Rollkörper abstützt.
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Hierdurch wirkt das mindestens eine erste Elastomerelement unmittelbar auf den Rollkörper, um so die Nachgiebigkeit in der gewünschten Richtung zu gewährleisten, in welcher der Rollkörper mit Spiel aufgenommen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein drittes Elastomerelement kugelförmig ausgebildet.
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Dies erlaubt einen einfachen Aufbau und eine einfache Anordnung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei, vorzugsweise vier, Rollkörper vorgesehen, wobei mindestens zwei dritte Elastomerelemente vorgesehen sind, die im Wesentlichen in einer Radialebene mit den Rollkörpern angeordnet sind. Hierbei können die Rollkörper und die dritten Elastomerelemente abwechselnd zueinander angeordnet sein, oder es können beispielsweise auf einer Seite in symmetrischer Anordnung vier Rollkörper vorgesehen sein, dazwischen zwei dritte Elastomerelemente und auf der gegenüberliegenden Seite wiederum vier Rollkörper.
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Auf diese Weise ergibt sich eine symmetrische Anordnung und eine gute Verteilung, um einerseits eine formschlüssige Drehmomentübertragung in Drehrichtung oder in der umgekehrten Drehrichtung zu gewährleisten, wenn die dritten Elastomerelemente auf Anschlag gespannt sind, und um andererseits eine gleichmäßige Vorspannung zu gewährleisten, sofern die dritten Elastomerelemente nur soweit gespannt sind, so dass sich noch keine formschlüssige Drehmomentübertragung mittels der Rollkörper ergibt.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Synchron-Gewindeschneiden bereitgestellt, bei dem ein Gewindeschneidwerkzeug in einem Werkzeughalter gemäß der vorstehend beschriebenen Art eingespannt wird und das Gewinde in ein Werkstück geschnitten wird, wobei eine Synchronisierung der Maschinenspindel-Drehbewegung zum axialen Vorschub als Funktion der Gewindesteigung des eingesetzten Gewindeschneidwerkzeugs erfolgt.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung der Erfindung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters von schräg vorn;
- 2 eine Seitenansicht des Werkzeughalters gemäß 1;
- 3 einen Längsschnitt durch den Werkzeughalter gemäß 2 in vergrößerter Darstellung;
- 4 einen Schnitt durch den Werkzeughalter gemäß 3 längs der Linie IV-IV;
- 5 einen Schnitt durch den Werkzeughalter gemäß 3 längs der Linie V-V;
- 6 einen Schnitt durch den Werkzeughalter gemäß 3 längs der Linie VI-VI; und
- 7 einen Schnitt durch den Werkzeughalter gemäß 5 längs der Linie VII-VII.
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In den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter, der insbesondere zum Synchron-Gewindeschneiden geeignet ist, insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Der Werkzeughalter 10 weist ein Aufnahmeteil 12 auf, das zur Verbindung mit einem Antrieb einer Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Hierzu weist das Aufnahmeteil 12 einen Spannabschnitt 13 auf, der in üblicher Weise genormt ausgebildet ist, um eine Ankopplung an den Antrieb einer Werkzeugmaschine zu ermöglichen.
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Ferner weist der Werkzeughalter 10 ein Spannteil 14 auf, das zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Werkzeugs, etwa eines Gewindeschneidbohrers vorgesehen ist. Zwischen dem Aufnahmeteil 12 und dem Spannteil 14 ist in 1 und 2 ferner noch eine Hülse 26 erkennbar.
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Der genauere Aufbau des Werkzeughalters 10 wird nunmehr anhand der 3 bis 7 näher erläutert.
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Der Werkzeughalter 10 weist an seinem Aufnahmeteil 12 eine zentrale Ausnehmung 37 in Form einer Sacklochbohrung auf, in welcher das Spannteil 14 mit einem Schaftabschnitt 39 gehalten ist.
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Das Spannteil 14 weist an seinem äußeren Ende eine Spannmutter 16 auf, welche über eine Gewindeverbindung 18 mit dem Spannteil 14 verschraubt ist, um so ein innerhalb einer zentralen, Ausnehmung mit einem konusförmigen Abschnitt aufgenommenes Werkzeug (nicht dargestellt) aufzunehmen und dann durch Anziehen der Spannmutter 16 über die Gewindeverbindung 18 zu spannen.
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Der Werkzeughalter 10 weist zur Drehmomentübertragung zwischen dem Aufnahmeteil 12 und dem Spannteil 14 insgesamt vier Rollkörper 20, die kugelförmig ausgebildet sind, auf, womit in Drehrichtung und in der umgekehrten Drehrichtung nach Überwindung eines gewisse n Spiels, welches über zugeordnete dritte Elastomerelemente 38 (5) abgefedert wird, eine formschlüssige Drehmomentübertragung ermöglicht wird.
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Die Rollkörper 20 sind, wie aus 5 zu sehen ist, in Axialrichtung des Aufnahmeteils 12 verlaufenden Schlitzen gehalten und greifen in zugeordnete Vertiefungen 36 am Spannteil 14 ein, die gleichfalls in Axialrichtung verlaufen. Dabei ist ein gewisses Spiel in Axialrichtung gewährleistet, wie aus 3 erkennbar ist.
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Wie aus 5 zu ersehen ist, sind in einer Ebene zwischen dem Aufnahmeteil 12 und dem Spannteil 14 insgesamt vier kugelförmige Rollkörper 20 und insgesamt zwei dritte Elastomerelemente 38, die gleichfalls kugelförmig ausgebildet sind, in gleichmäßigen Winkelabständen voneinander angeordnet. Es sind auf einer Seite zwei kugelförmige Rollkörper 20 angeordnet und auf der gegenüberliegenden Seite wiederum zwei kugelförmige Rollkörper 20, wobei in der Mitte zwischen den Rollkörpern 20 zwei dritte Elastomerelemente 38 angeordnet sind. Es ergibt sich somit eine symmetrische Anordnung mit Winkelabständen von jeweils 60°.
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Wie aus 3 in Verbindung mit 6 zu ersehen ist, stützen sich zwei erste Elastomerelemente 22 an einem Rollkörper 20 ab. Damit wird eine elastische Nachgiebigkeit in Vorschubrichtung bei einem Gewindeschneidvorgang ermöglicht.
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Wie ferner aus 3 und 4 ersichtlich ist, sind am axialen Ende des Schaftabschnittes 39 des Spannteils 14 insgesamt vier zweite Elastomerelemente 24 in gleichmäßigen Winkelabständen von 90° zueinander versetzt angeordnet und stützen sich am radialen Ende der zentralen Ausnehmung 37 ab. Die zweiten Elastomerelemente 24 sind gleichfalls wie die ersten Elastomerelemente 22 scheibenförmig oder zylindrisch ausgebildet. Die zweiten Elastomerelemente 24 stellen eine Vorspannung bereit, die in die entgegengesetzte Richtung wie bei den ersten Elastomerelementen 22 wirkt.
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Die dritten Elastomerelemente 38 sind aus den 5 und 7 erkennbar. Die Rollkörper 20, die in den Schlitzen 35 des Aufnahmeteils 12 gehalten sind, greifen mit einem gewissen Spiel in die zugeordneten Ausnehmungen 36 des Spannteils 14 ein. Die beiden kugelförmig ausgebildeten dritten Elastomerelemente 38 sind mit etwas Übermaß gefertigt und gewährleisten eine Vorspannung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn.
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Durch die Kombination der ersten Elastomerelemente 22, der zweiten Elastomerelemente 24, die jeweils in Axialrichtung wirken und unterschiedlich aufeinander abgestimmt werden können, in Verbindung mit den dritten Elastomerelementen 38, welche in Drehrichtung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn wirken, lässt sich eine optimale Abstimmung des Werkzeughalters 10 auf den jeweiligen Gewindeschneidvorgang gewährleisten.
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Die durch die zweiten Elastomerelemente 24 erzeugte Vorspannung ist der durch die ersten Elastomerelemente 22 erzeugte Vorspannung überlagert. Die Auslegung kann so getroffen werden, dass eine am Ende eines Gewindeschneidvorgangs ansteigende Gesamtspannung in Axialrichtung kompensiert wird und sich so eine optimale Anpassung an die auftretenden Kräfte ergibt.
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Die Rollkörper 20 und die ersten Elastomerelemente 22 sind von außen durch eine Hülse 26 umschlossen, die an beiden axialen Enden jeweils über einen O-Ring 28, 30 abgedichtet ist und am äußeren Ende durch einen Sicherungsring 34 gehalten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017106409 A1 [0002, 0004]
- DE 202015102119 U1 [0002]
- EP 0887135 A1 [0007]
- EP 2650067 A1 [0009]
- DE 102012218947 A1 [0011]
- EP 1177847 A1 [0013]
- DE 102012214058 [0014]
- DE 202006005642 U1 [0016]
- EP 2727676 A1 [0018]
- DE 102012209836 A1 [0020]
- US 2009/0324351 A1 [0022]
