DE112017004885T5

DE112017004885T5 - Rotierendes Werkzeug mit einer Werkzeugverankerungsanordnung, die einem abgestuften Pfad folgt und Verfahren zur Positionierung dieses Werkzeugs

Info

Publication number: DE112017004885T5
Application number: DE112017004885.0T
Authority: DE
Inventors: Hanoch Guy; Raz FISHER
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US10744571B2; US20190217399A1; WO2018060987A1

Abstract

Ein rotierendes Werkzeug weist eine Umfangsfläche (20) auf, auf der eine Werkzeugverankerungsanordnung (24) ausgebildet ist. Die Werkzeugverankerungsanordnung (24) folgt einem abgestuften Pfad. Die Werkzeugverankerungsanordnung (24) weist eine Eintrittsvertiefung (26) und eine daran anschließende radiale Vertiefung (28) und eine daran anschließende axiale Vertiefung (30) auf. Zusätzliche radiale und axiale Vertiefungen können alternierend ausgebildet sein, um die Anzahl der Stufen zu erhöhen, wodurch die Länge des abgestuften Pfades zunimmt.

Description

Erfindungsgebiet
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung betrifft ein rotierendes Werkzeug, das eine Werkzeugverankerungsanordnung aufweist, um ein Verrutschen und/oder Herausziehen des Werkzeugs relativ zu einer Komponente mit einer Gegenverankerungsanordnung zu verhindern, und genauer eine Werkzeugverankerungsanordnung, die einem abgestuften Pfad folgt. Die vorliegende Erfindung ist allgemein für rotierende Werkzeuge vorteilhaft, um ein Herausziehen zu verhindern, und ist besonders vorteilhaft für Werkzeuge wie Schaftfräser und Spannfutter, die dafür eingerichtet ist, derartige Werkzeuge zu halten, beispielsweise als eine Zusatzspannvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Ein Problem, das während Bearbeitungen mit rotierenden Werkzeugen auftreten kann, ist eine axiale Bewegung oder ein Herausrutschen eines Werkzeugs aus einer Komponente, an der es befestigt ist (das Werkzeug kann beispielsweise ein Vollschaftfräser sein, und die Komponente kann beispielsweise ein Spannfutter sein), was hierin auch als „herausziehen“ bezeichnet wird.
Ein gesondertes Problem, das in manchen Fällen mit dem Herausziehen verbunden ist, kann ein Schlupf zwischen dem rotierenden Werkzeug und der Komponente sein, mit der es verbunden ist.
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Komponente, die in bevorzugten Ausführungsformen ein Spannfutter sein kann. Für die Zwecke der Beschreibung und der Ansprüche wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Spannfutter“ auch sogenannte Spannzangen umfassen soll und der Begriff „Rotation“, auch wenn sie nicht ausdrücklich als relativ beschrieben wird, als Relativbewegung zwischen zwei Komponenten verstanden werden soll.
Die US 8,505,893 offenbart unter anderem eine Verankerungsanordnung mit mindestens einer sich spiralförmig erstreckenden Nut. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung mit einer solchen kontinuierlichen oder sich glatt erstreckenden Nut besteht darin, dass das Werkzeug an einer beliebigen gewünschten Position entlang der Nut in einem Spannfutter eingespannt werden kann (was eine ausreichende Spannkraft ermöglicht). Mit anderen Worten gibt es unendlich viele Spannpositionen. Ferner kann die Nut relativ einfach hergestellt werden.
Im Gegensatz dazu ist in 18 der US 8,505,893 ein Beispiel einer Verankerungsanordnung dargestellt, die einem als „alternierender Pfad“ bezeichneten Pfad folgt. Der Pfad erstreckt sich zunächst in einer axialen Richtung und ändert dann die Richtung merklich, um sich in einer radialen Richtung zu erstrecken. Anders ausgedrückt gibt es eine Diskontinuität im Pfad. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass die Spannposition eine definierte Position ist, die es einem Benutzer ermöglicht, die beiden Komponenten schnell und einfach zu verbinden, ohne dass eine bestimmte Einführtiefe oder -position ausgewählt werden muss. Ähnliche Verankerungsanordnungen mit alternierenden Pfaden können in verschiedenen anderen Veröffentlichungen gefunden werden, z.B. US 1,424,743 , US 2,540,937 , US 2,731,273 und US 2,801,860 . Ein alternierender Pfad kann auch so beschrieben werden, dass er Abschnitte des Pfads aufweist, die sich sichtbar in der Richtung unterscheiden (d.h. eine Diskontinuität im Pfad ist sichtbar).
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung wird ein rotierendes Werkzeug mit einer Umfangsfläche bereitgestellt, auf der eine Werkzeugverankerungsanordnung ausgebildet ist, die einem abgestuften Pfad folgt, der mindestens zwei Spannpositionen definiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Werkzeugverankerungsanordnung bereitgestellt, die eine Eintrittsvertiefung und eine darauf folgende radiale Vertiefung und eine darauf folgende axiale Vertiefung aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein rotierendes Werkzeug bereitgestellt, das eine Werkzeugachse aufweist, die eine Werkzeugvorwärts- und eine Werkzeugrückwärtsrichtung, die einander entgegengesetzt sind, und eine Werkzeugrotations- und eine Werkzeuggegenrotationsrichtung definiert, die einander entgegengesetzt sind, wobei das rotierende Werkzeug aufweist: ein hinteres Ende, ein vorderes Ende, das vor dem hinteren Ende angeordnet ist, und eine Umfangsfläche, die sich vor dem hinteren Ende erstreckt, wobei auf der Umfangsfläche eine Werkzeugverankerungsanordnung ausgebildet ist, wobei die Werkzeugverankerungsanordnung einem abgestuften Pfad folgt und aufweist: eine Eintrittsvertiefung, die sich vom hinteren Ende nach vorne erstreckt, eine radiale Vertiefung, die die Eintrittsvertiefung schneidet und sich davon in der Werkzeugdrehrichtung erstreckt, und eine axiale Vertiefung, die die radiale Vertiefung schneidet und sich davon nach vorne erstreckt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Aspekte grundsätzlich einen abgestuften Pfad mit mindestens zwei Windungen definieren. Anders ausgedrückt stellt die Werkzeugverankerungsanordnung mindestens zwei definierte Spannpositionen bereit (d.h. am Ende der ersten Windung oder am Ende der zweiten Windung).
Obwohl ein derartiger abgestufter Pfad im Vergleich zu einem glatt gekrümmten oder geraden Pfad in dem Sinne nachteilig ist, dass er weniger Spannpositionsoptionen bietet und komplexer in der Herstellung ist, wird davon ausgegangen, dass diese Nachteile durch eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit in der Hinsicht kompensiert werden, dass die definierten begrenzten Spannpositionen leichter genutzt werden können.
Umgekehrt wird, obwohl eine derartige abgestufte Anordnung weniger benutzerfreundlich ist als eine Verankerungsanordnung mit einer einzigen genau definierten Spannposition (d.h., mit einer einzelnen Windung, wie in den vorstehend genannten Veröffentlichungen dargestellt ist), ein solcher Nachteil durch Bereitstellen mehrerer Spannoptionen kompensiert, obgleich deren Anzahl geringer ist als bei der Option mit einem glatten Pfad.
Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Komponente mit einer Gegenverankerungsanordnung in der Form mindestens eines Vorsprungs bereitgestellt.
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Verfahren zum Positionieren eines rotierenden Werkzeugs, das eine Werkzeugverankerungsanordnung aufweist, relativ zu einer Komponente mit einer Gegenverankerungsanordnung bereitgestellt. Das Verfahren weist das gleitende Verbinden der Komponenten durch eine Relativbewegung in eine erste Richtung, das Ändern der Richtung in eine zweite Richtung und das relative Bewegen des Werkzeugs und der Komponente in weiteren Kontakt miteinander und, falls gewünscht, das erneute Bewegen der Komponenten in die erste Richtung auf, um das Werkzeug und die Komponente in einen weiteren Kontakt miteinander zu bringen. Nachfolgende alternierenden Bewegungen in der ersten und in der zweiten Richtung können wiederholt werden, bis eine gewünschte Position erreicht ist.
Sobald eine gewünschte Position erreicht ist, kann ein nachfolgender Schritt zum Befestigen des rotierenden Werkzeugs und der Komponente aneinander (z.B. durch Spannen) ausgeführt werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Verfahren zum Positionieren eines rotierenden Werkzeugs gemäß einem der ersten drei Aspekte und einer Komponente in der Form eines Spannfutters bereitgestellt, wobei die Umfangsfläche des Werkzeugs eine Außenfläche des Werkzeugs ist, wobei das Spannfutter eine Innenumfangsfläche aufweist, die eine Werkzeugaufnahmeöffnung und eine Öffnungsachse definiert, die eine Komponentenvorwärts- und eine Komponentenrückwärtsrichtung, die einander entgegengesetzt sind, und eine Komponentenrotations- und eine Komponentengegenrotationsrichtung definiert, die einander entgegengesetzt sind, wobei auf der Öffnungsoberfläche eine Gegenverankerungsanordnung ausgebildet ist, die derart konfiguriert ist, dass sie mit der Werkzeugverankerungsanordnung zusammenpasst und mindestens einen Vorsprung aufweist, der sich nach innen in die Öffnung erstreckt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a. Einsetzen des hinteren Endes des rotierenden Werkzeugs in die Werkzeugaufnahmeöffnung in der Komponentenrückwärtsrichtung, so dass der mindestens eine Vorsprung in die Eintrittsvertiefung hineinragt;
b. im Anschluss an Schritt (a): Drehen des rotierenden Werkzeugs relativ zum Spannfutter derart, dass der mindestens eine Vorsprung in die radiale Vertiefung hineinragt;
c. im Anschluss an Schritt (b): Bewegen des rotierenden Werkzeugs weiter in die Komponentenrückwärtsrichtung, so dass der mindestens eine Vorsprung in die axiale Vertiefung hineinragt; und
d. im Anschluss an Schritt (c): wenn das rotierende Werkzeug eine Sollposition im Spannfutter noch nicht erreicht hat, Wiederholen von Schritt (b) und gegebenenfalls von Schritt (c), bis sich das rotierende Werkzeug in einer Sollposition im Spannfutter befindet.

Gemäß einem siebenten Aspekt wird eine Werkzeuganordnung bereitgestellt, die ein rotierendes Werkzeug und eine Komponente aufweist, die jeweils einem der vorstehend beschriebenen Aspekte entsprechen.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Vorteil einer derartigen Werkzeuganordnung darin besteht, dass eine Stellschraube entbehrlich ist. Mit anderen Worten kann ein Element, das typischerweise zum Positionieren des rotierenden Werkzeugs verwendet wird, zusammen mit den damit verbundenen Kosten eliminiert werden.
Gemäß einem achten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugverankerungsanordnung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bewegen einer Schleifscheibe entlang einer Umfangsfläche in einer Werkzeugrotationsrichtung, um eine radiale Vertiefung zu schleifen, Bewegen der Schleifscheibe in eine der Werkzeugrotationsrichtung entgegengesetzte Werkzeuggegenrotationsrichtung und anschließendes Schleifen in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung entlang des Werkzeugs.
Die Bewegung der Schleifscheibe in der Werkzeugrotationsrichtung unterscheidet sich von derjenigen in der Gegenrotationsrichtung. Genauer gesagt kann die Bewegung in der Werkzeugrotationsrichtung der drei- bis zehnfachen Bewegung in der Werkzeuggegenrotationsichtung entsprechen. Wenn beispielsweise die Bewegung in der Werkzeugrotationsrichtung 35° und die Bewegung in der Werkzeuggegenrotationsrichtung 5° beträgt, wird die Bewegung in der Werkzeugrotationsrichtung als 7-mal größer als die Bewegung in die Gegenrotationsrichtung betrachtet.
Es wird darauf hingewiesen, dass der vorstehende Sachverhalt eine Kurzbeschreibung darstellt und dass jeder der vorstehenden Aspekte ferner beliebige der Merkmale aufweisen kann, die in Verbindung mit jedem der anderen Aspekte beschrieben sind oder nachstehend beschrieben werden. Insbesondere sind die folgenden Merkmale, entweder alleine oder in Kombination, auf jeden der vorstehenden Aspekte anwendbar:

i. Ein rotierendes Werkzeug kann ein hinteres Ende, ein vorderes Ende, das vor dem hinteren Ende angeordnet ist, und eine Umfangsfläche aufweisen, die sich vor dem hinteren Ende erstreckt.
ii. Ein rotierendes Werkzeug kann einen Schneidabschnitt aufweisen, der für eine Bearbeitung konfiguriert ist, wenn das rotierende Werkzeug eine Drehbewegung relativ zu einem Werkstück in der Werkzeugrotationsrichtung ausführt.
iii. Ein rotierendes Werkzeug kann eine Werkzeugachse aufweisen. Die Werkzeugachse kann sich in der Längsrichtung erstrecken. Die Werkzeugachse kann sich durch die Mitte des rotierenden Werkzeugs erstrecken. Die Werkzeugachse kann eine Werkzeugvorwärts- und eine Werkzeugrückwärtsrichtung, die einander entgegengesetzt sind, sowie eine Werkzeugrotations- und eine Werkzeuggegenrotationsrichtung definieren, die einander entgegengesetzt sind.
iv. Auf einer Umfangsfläche kann eine Werkzeugverankerungsanordnung ausgebildet sein, die einem abgestuften Pfad folgt. Vorzugsweise kann die Umfangsfläche ferner zwei zusätzliche Werkzeugverankerungsanordnungen aufweisen. Anders ausgedrückt können auf der Umfangsfläche vorzugsweise genau drei Werkzeugverankerungsanordnungen ausgebildet sein. Vorzugsweise können alle auf einer Umfangsfläche ausgebildeten Verankerungsanordnungen die gleiche Geometrie haben.
v. Eine Umfangsfläche kann eine Innenfläche sein (z.B. eine Öffnungsfläche). Alternativ kann eine Umfangsfläche eine Außenfläche sein (z.B. eine Umfangsfläche eines Schafts).
vi. Eine Umfangsfläche kann eine sich verjüngende oder eine zylindrische Form haben.
vii. Eine Werkzeugverankerungsanordnung kann eine Eintrittsvertiefung, eine radiale Vertiefung und eine axiale Vertiefung aufweisen. Die Werkzeugverankerungsanordnung kann eine zusätzliche radiale Vertiefung aufweisen. Die Werkzeugverankerungsanordnung kann eine zusätzliche axiale Vertiefung aufweisen. Die Werkzeugverankerungsanordnung kann mehrere radiale und axiale Vertiefungen aufweisen. Die mehreren radialen und axialen Vertiefungen können einem abgestuften Pfad folgen.
viii. Eine Werkzeugverankerungsanordnung kann sich über weniger als die Hälfte der Länge eines Schaftabschnitts erstrecken.
ix. Eine Verankerungsanordnung kann eine Startvertiefung und eine Endvertiefung aufweisen, die distal von der Eintrittsvertiefung angeordnet ist. Die Startvertiefung kann durch eine Eintrittsvertiefung gebildet werden, und die Endvertiefung kann entweder eine radiale Vertiefung oder eine axiale Vertiefung sein. Vorzugsweise ist die Endvertiefung eine radiale Vertiefung.
x. Eine Eintrittsvertiefung kann sich von einem hinteren Ende nach vorne erstrecken. In einem Fall, in dem ein Werkzeug mehrere Werkzeugverankerungsanordnungen aufweist, ist vorzugsweise die Eintrittsvertiefung jeder der Werkzeugverankerungsanordnungen gleich in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse herum beabstandet.
xi. Eine radiale Vertiefung kann eine Eintrittsvertiefung schneiden. In Ausführungsformen, bei denen eine Werkzeugverankerungsanordnung mehr als eine radiale Vertiefung aufweist, kann eine radiale Vertiefung, die nicht die radiale Vertiefung ist, die der Eintrittsvertiefung benachbart ist, eine axiale Vertiefung schneiden.
xii. Eine Verlängerung von einer oder jeder radialen Vertiefung kann sich senkrecht zu einer Werkzeugachse oder unter einem Winkel von ± 45°, vorzugsweise ± 15° dazu erstrecken. Wenn dieses Merkmal ohne einen bestimmten Winkel angegeben ist, soll es innerhalb von ± 5° senkrecht bedeuten.
xiii. Eine Verlängerung von einer oder jeder axialen Vertiefung kann sich parallel zu einer Werkzeugachse oder unter einem Winkel von ± 45°, vorzugsweise ± 15° dazu erstrecken. Wenn dieses Merkmal ohne einen bestimmten Winkel angegeben ist, soll es innerhalb von ± 5° senkrecht bedeuten.
xiv. Eine radiale Vertiefung kann sich von einer Eintrittsvertiefung in der Werkzeugrotationsrichtung erstrecken. In Ausführungsformen, in denen eine Werkzeugverankerungsanordnung mehr als eine radiale Vertiefung aufweist, kann sich eine radiale Vertiefung, die nicht die der Eintrittsvertiefung benachbarte radiale Vertiefung ist, von einer axialen Vertiefung in der Werkzeugrotationsrichtung erstrecken. Anders ausgedrückt, eine radiale Vertiefung kann sich in einer Werkzeugrotationsrichtung von einer vorhergehenden axialen Vertiefung (d.h. einer dahinter liegenden axialen Vertiefung) erstrecken und diese schneiden. Jede radiale Vertiefung kann die gleiche Geometrie haben wie jede andere radiale Vertiefung. Allgemeinen bedeutet in Verbindung mit der radialen Vertiefung und anderen Elementen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der Ausdruck „gleiche Geometrie“ die gleiche Größe und Form.
xv. Eine radiale Vertiefung kann einen Ausrichtungsabschnitt aufweisen, der sich weiter in der Werkzeugrotationsrichtung erstreckt als eine darauf folgende axiale Vertiefung. Der Ausrichtungsabschnitt kann vorzugsweise eine sich verjüngende Form haben. Der Ausrichtungsabschnitt kann eine parallel zur Werkzeugachse gemessene Ausrichtungshöhe aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Höhe der axialen Vertiefung.
xvi. Eine axiale Vertiefung kann eine radiale Vertiefung schneiden. Eine axiale Vertiefung kann sich von einer radialen Vertiefung nach vorne erstrecken. Jede axiale Vertiefung kann die gleiche Geometrie haben wie jede andere axiale Vertiefung. Die Ausführungen im vorangehenden Absatz gelten auch hier entsprechend.
xvii. Eine Komponente kann eine Umfangsfläche aufweisen. Auf der Umfangsfläche kann eine Gegenverankerungsanordnung ausgebildet sein.
xviii. Eine Gegenverankerungsanordnung kann die Form eines Vorsprungs haben. Die Anzahl der Gegenverankerungsanordnungen einer Komponente kann der Anzahl der Werkzeugverankerungsanordnungen eines rotierenden Werkzeugs gleichen. Vorzugsweise kann eine Komponente genau drei in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Gegenverankerungsanordnungen aufweisen. Ein oder jeder Vorsprung kann eine längliche konvexe Oberfläche aufweisen. Eine bevorzugte Richtung der Längsausdehnung kann senkrecht zu einer Werkzeug- oder Öffnungsachse verlaufen. Vorzugsweise ist ein oder jeder Vorsprung dauerhaft mit der Komponente verbunden (d.h. vom Rest der Komponente nicht lösbar oder neu positionierbar).
xix. Eine Komponente kann ein Spannfutter sein. Das Spannfutter kann eine Innenumfangsfläche aufweisen, die eine Werkzeugaufnahmeöffnung definiert, und eine Öffnungsachse, die eine Komponentenvorwärts- und eine Komponentenrückwärtsrichtung definiert, die entgegengesetzt sind, und eine Komponentenrotations- und eine Komponentengegenrotationsrichtung, die entgegengesetzt sind.
xx. Die Öffnung einer Komponente kann eine sich verjüngende oder eine zylindrische Form haben.
xxi. Ein rotierendes Werkzeug kann relativ zu einer anderen Komponente positioniert werden, indem die Komponenten durch eine relative Bewegung in eine erste Richtung gleitend verbunden werden, die Richtung in eine zweite Richtung geändert wird und das Werkzeug und die Komponente relativ zueinander in weiteren Kontakt miteinander gebracht werden. Das Positionieren kann ferner ein erneutes Bewegen der Komponenten in die erste Richtung aufweisen, um das Werkzeug und die Komponente in weiteren Kontakt zu bringen. Das Positionieren kann ferner ein erneutes Bewegen der Komponenten in die zweite Richtung aufweisen, um das Werkzeug und die Komponente in weiteren Kontakt zu bringen. Die Bewegung in die erste und in die zweite Richtung kann wiederholt werden, um eine Sollposition zu erreichen. Sobald eine Sollposition erreicht ist, kann ein nachfolgender Schritt zum Befestigen des rotierenden Werkzeugs und der Komponente aneinander (z.B. durch Spannen) ausgeführt werden.
xxii. Ein rotierendes Werkzeug kann relativ zu einem Spannfutter positioniert werden, indem das hintere Ende des rotierenden Werkzeugs in der Komponentenrückwärtsrichtung in eine Werkzeugaufnahmeöffnung eingesetzt wird, so dass der mindestens eine Vorsprung in die Eintrittsvertiefung hineinragt, anschließend das rotierende Werkzeug relativ zum Spannfutter derart gedreht wird, dass der mindestens eine Vorsprung in eine radiale Vertiefung hineinragt, und anschließend das rotierende Werkzeug weiter in die Komponentenrückwärtsrichtung bewegt wird, so dass der mindestens eine Vorsprung in eine axiale Vertiefung hineinragt. Optional kann eine weitere Relativbewegung in die vorstehend angegebenen Richtungen ausgeführt werden.
xxiii. Ein rotierendes Werkzeug kann positioniert werden durch weiteres Drehen des Werkzeugs relativ zum Spannfutter in einer Werkzeuggegenrotationsrichtung, bis der mindestens eine Vorsprung in einen Ausrichtungsabschnitt hineinragt, und ein nachfolgender Schritt kann ferner einen anfänglichen Unterschritt zum Drehen des rotierenden Werkzeug relativ zum Spannfutter in einer Werkzeugrotationsrichtung in einem Maß aufweisen, das kleiner ist als im vorangehenden Schritt, so dass der mindestens eine Vorsprung mit der axialen Vertiefung ausgerichtet ist, um die im nachfolgenden Schritt definierte Bewegung des rotierenden Werkzeugs zu ermöglichen.
xxiv. Eine Werkzeuganordnung kann frei von einer Stellschraube sein.

Trotz der vorstehend erwähnten Präferenz bezüglich der Form und der Orientierung des Vorsprungs wird darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, einen Vorsprung zu verwenden, der nicht länglich ist. Wenn er länglich ist, kann er auch schräg sein, um einen Schrägungswinkel bezüglich der Werkzeug- oder Öffnungsachse zu bilden (z.B. ein „schräger Vorsprung“ anstatt, wenn die Öffnungs- oder Werkzeugachse als vertikal betrachtet wird, ein „horizontaler Vorsprung“). Allgemein kann die Möglichkeit, dass eine solche Werkzeugverankerungsanordnung mit einer beliebigen Anzahl von Vorsprungformen (einschließlich sowohl horizontaler als auch schräger Vorsprünge) kompatibel ist, ein Vorteil der abgestuften Pfadkonfiguration sein.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei Verwendung des bevorzugten „horizontalen Vorsprungs“ ein einzelnes Spannfutter sowohl für rechts- als auch für linksgängige Werkzeuge verwendet werden kann. Bei der in der US 8,505,893 dargestellten herkömmlichen schrägen Nutenkonfiguration ist hingegen je nach Schneidrichtung des Werkzeugs ein entsprechendes rechts- oder linksgängiges Spannfutter erforderlich.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung und um aufzuzeigen, wie diese in der Praxis ausgeführt werden kann, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Ansicht eines rotierenden Werkzeugs;
2 eine Seitenansicht eines Abschnitts des rotierenden Werkzeugs in 1;
3 eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2;
5 eine Endansicht eines hinteren Endes des rotierenden Werkzeugs in den 1 bis 4;
6 eine Seitenschnittansicht eines Spannfutters und eines darin eingespannten Abschnitts des rotierenden Werkzeugs in den 1 bis 4 (nicht im Querschnitt) (d.h. in einer montierten Betriebsposition daran befestigt);
7 eine vergrößerte Ansicht eines eingekreisten Abschnitts in 6;
8 eine Querschnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 6;
9 eine identische Seitenansicht eines Abschnitts des rotierenden Werkzeugs in den 1 bis 4, ähnlich wie die Ansicht in 2, außer dass sie bezüglich dieser gedreht ist;
10 eine ähnliche Ansicht wie 7, die jedoch eine anders geformte Vertiefung aufweist und nur aus Gründen der übersichtlichen Darstellung ohne Vorsprung dargestellt ist; und
11 eine ähnliche Ansicht wie 9, außer dass eine andere Ausführungsform der Werkzeugverankerung dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung
6 zeigt eine beispielhafte Werkzeuganordnung 10 mit einem rotierenden Werkzeug 12, das beispielhaft als Schaftfräser dargestellt ist und an einer Komponente 14 befestigt ist, die beispielhaft als Spannfutter dargestellt ist.
Gemäß den 1 und 2 kann das rotierende Werkzeug 12 ein hinteres und ein vorderes Ende 16, 18, die einander gegenüberliegen, und eine sich dazwischen erstreckende Umfangsfläche 20 aufweisen.
Eine Werkzeugachse A_T kann sich in der Längsrichtung durch die Mitte des rotierenden Werkzeugs 12 erstrecken. Genauer gesagt kann sich die Werkzeugachse A_T durch die Mitte des hinteren und des vorderen Endes 16, 18 erstrecken und kann eine Werkzeugvorwärts- und eine Werkzeugrückwärtsrichtung D_F , D_B definieren, die einander entgegengesetzt sind, und eine Werkzeugrotationsrichtung und eine Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R1 , D_R2 , die einander entgegengesetzt sind.
In dem dargestellten nicht einschränkenden Beispiel ist das rotierende Werkzeug 12 beispielhaft als Schaftfräser dargestellt, der einen Schaftabschnitt 22A aufweist, der sich vor dem hinteren Ende 16 erstreckt, und einen Schneideabschnitt 22B, der vor dem Schaftabschnitt 22A angeordnet ist.
Aufgrund der schematischen Natur der Figuren ist (sind) eine geometrische Schneidkante(n) des Schneidabschnitts nicht dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der schematische Schneidabschnitt dafür konfiguriert ist, in einer Schneidrichtung D_C zu arbeiten. Die Schneidrichtung D_C ist die gleiche Richtung wie die Werkzeugrotationsrichtung D_R1 , der Grund dafür wird nachstehend erläutert.
Auf der Umfangsfläche 20 können drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Werkzeugverankerungsanordnungen 24 (z.B. eine erste, eine zweite und eine dritte Werkzeugverankerungsanordnung 24A, 24B, 24C) ausgebildet sein, die jeweils einem abgestuften Pfad folgen und die gleiche Geometrie haben. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die erste Werkzeugverankerungsanordnung 24A, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Ausführungen zu einer beliebigen der Werkzeugverankerungsanordnungen auch auf die anderen anwendbar sind.
Die erste Werkzeugverankerungsanordnung 24A kann eine Eintrittsvertiefung 26, mindestens eine radiale Vertiefung 28 und mindestens eine axiale Vertiefung 30 aufweisen. Wie in den Figuren zu sehen ist, wechselt eine radiale Vertiefung 28 mit einer axialen Vertiefung 30 ab, und zusammen bildet jedes solche Paar von Vertiefungen eine „Stufe“ eines Pfades, der sich zumindest teilweise um die Umfangsfläche des Werkzeugs in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F windet. Aufgrund dieses durch die Stufen gebildeten Windungseffekts kann die erste Werkzeugverankerungsanordnung 24A als ein „abgestufter Pfad“ betrachtet werden.
Da, wie dargestellt ist, die erste Werkzeugverankerungsanordnung 24A nicht nur eine erste radiale Vertiefung 28A, sondern zusätzliche radiale Vertiefungen 28B, 28C, 28D usw. und ähnlicherweise nicht nur eine erste axiale Vertiefung 30A, sondern zusätzliche axiale Vertiefungen 30B, 30C usw. aufweist, konzentriert sich die nachstehende Beschreibung zunächst nur auf die erste radiale und die erste axiale Vertiefung 28A, 30A, da der Rest die gleiche Geometrie hat und optional hinzugefügt wird, um die Werkzeugverankerungsanordnungen entlang der Umfangsfläche 20 auf eine gewünschte Länge zu verlängern. Vorzugsweise erstreckt sich die Werkzeugverankerungsanordnung 24A über weniger als die Hälfte der Länge des Schaftabschnitts 22A, wie durch die Bezeichnung „1/2L“ angezeigt ist, vom hinteren Ende 16. Durch Begrenzen der Länge auf weniger als die Hälfte der Länge des Schaftabschnitts 22A wird ermöglicht, dass der Rest davon durch das Spannfutter 14 ergriffen werden kann.
Mit Ausnahme der Eintrittsvertiefung, der radialen und axialen Vertiefungen 26, 28, 30 der Verankerungsanordnungen 24 hat die Umfangsfläche 20, oder zumindest ihr Schaftabschnitt 22A, einen typischen kreisförmigen Querschnitt, der einen Umfangsflächendurchmesser D_S und einen entsprechenden Umfangsflächenradius R_S definiert. In dem aktuellen Beispiel, in dem der Schaftabschnitt 22A zylindrisch ist, hat der Umfangsflächendurchmesser D_S einen konstanten Wert.
Bezugnehmend auch auf die 3 bis 5 kann ein Verfahren zum Herstellen der ersten Werkzeugverankerungsanordnung 24A folgendermaßen sein.
Beginnend mit einem rotierenden Werkzeug, das keinen Abschnitt einer Werkzeugverankerungsanordnung aufweist, kann als ein erster Schleifschritt eine Schleifscheibe (nicht gezeigt) entlang des rotierenden Werkzeugs 12 von dem hinteren Ende 16 in die Werkzeugvorwärtsrichtung D_F bewegt werden, um die Eintrittsvertiefung 26 ausgehend vom hinteren Ende 16 zu schleifen. Anschließend kann als ein zweiter Schleifschritt die Schleifscheibe neu ausgerichtet werden, so dass sie sich relativ zum rotierenden Werkzeug 12 in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 bewegt, um die erste radiale Vertiefung 28A auszubilden. Es wird darauf hingewiesen, dass es einen Bereich einer ersten Überschneidung 32 (oder anders ausgedrückt einen ersten gemeinsamen vertieften Bereich 32) gibt, der der Eintrittsvertiefung 26 und der ersten radialen Vertiefung 28A gemeinsam ist. Anschließend kann als dritter Schleifschritt die Schleifscheibe erneut neu ausgerichtet werden, so dass sie sich in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F bewegt, um die erste axiale Vertiefung 30A auszubilden. Ähnlicherweise gibt es einen Bereich einer zweiten Überschneidung 34 (oder anders ausgedrückt einen zweiten gemeinsam vertieften Bereich 34), der der ersten radialen Vertiefung 28A und der ersten axialen Vertiefung 30A gemeinsam ist.
Die gesamte der ersten Werkzeugverankerungsanordnung 24A kann wie vorstehend beschrieben ausgebildet werden, und zusätzliche radiale und axiale Vertiefungen 28, 30 können durch Wiederholen des zweiten und dritten Schleifschritts hergestellt werden, die vorstehend beschrieben wurden. Es wird darauf hingewiesen, dass die in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten 24B und dritten 24C Werkzeugverankerungsanordnungen auf ähnliche Weise hergestellt werden können, indem mit dem ersten Schleifschritt zum Ausbilden der Eintrittsvertiefung begonnen wird und dann der zweite und der dritte Schleifschritt abwechselnd ausgeführt werden, um die gewünschte Anzahl radialer und axialer Vertiefungen auszubilden.
Alternativ könnte ein Herstellungsverfahren beispielsweise in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, d.h. indem die Eintrittsvertiefung 26 die letzte Vertiefung einer oder mehrerer unter der ersten, der zweiten und/oder der dritten Werkzeugverankerungsanordnungen 24A, 24B, 24C ist.
Obgleich ein solches Herstellungsverfahren vergleichsweise komplizierter und teurer sein kann als die Herstellung einer einzelnen durchgehenden Vertiefung, wird angenommen, dass der Nutzen einen solchen Nachteil ausgleicht.
Obgleich die vorstehend beschriebene Werkzeugvorwärtsrichtung D_F sich parallel zur Werkzeugachse A_T erstreckt und die Werkzeugrotationsrichtung D_R1 sich senkrecht dazu erstreckt (oder anders ausgedrückt, sich um sie herum dreht), versteht es sich, dass in Bezug auf die Werkzeugverankerungsanordnungen 24 und deren Vertiefungen solche Richtungen, insofern dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist, als allgemeine Richtungen innerhalb von 5° verstanden werden. Außerdem können, obwohl die in den Figuren dargestellten Eintritts- und axialen Vertiefungen sich allgemein parallel zur Werkzeugachse A_T erstrecken, in einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) die Eintritts- und axialen Vertiefungen relativ zur Werkzeugachse A_T abgewinkelt sein, z.B. bis zu 45°.
In jedem Fall ist es, obwohl die dargestellte Verankerungsanordnung mit der orthogonalen regelmäßig abgestuften Form bevorzugt ist, klar, dass benachbarte Vertiefungen, die sich unter von 90° verschiedenen Orientierungen und sogar unter ungleichmäßigen Winkeln erstrecken, eine Option sind.
Weitere Details der Eintritts-, der radialen und der axialen Vertiefungen 26, 28, 30 werden nun unter Bezug auf 9 beschrieben.
Jede Eintrittsvertiefung 26 kann einen vertieften Eintrittsbereich 36 aufweisen, der innerhalb einer unteren und einer oberen Eintrittskante 38, 40, die einander gegenüberliegen, und einer ersten und einer zweiten Seitenkante 42, 44 definiert ist, die einander gegenüberliegen.
Die untere Eintrittskante 38 befindet sich an einer Überschneidungsstelle der Umfangsfläche 20 und des hinteren Endes 16. Wie am besten in 3 zu sehen ist, befindet sich die untere Eintrittskante 38 näher an der Werkzeugachse A_T als die benachbarte Umfangsfläche 20, so dass sogar ein dauerhaft fixierter Vorsprung (nachstehend beschrieben) passieren kann.
Im Gegensatz dazu erstreckt sich die obere Eintrittskante 40 entlang der Umfangsfläche 20, wodurch eine obere Anliegefläche gebildet wird (die eine physische, z.B. taktile, Indikation für einen Benutzer bereitstellt, dass eine relative Bewegung entlang der Werkzeugachse A_T gestoppt wurde und eine neue Ausrichtung erforderlich ist). Optional kann in einem Eintrittszwischenbereich 46 eine konkave oder rampenförmige Geometrie zwischen dem vertieften Eintrittsbereich 36 und der oberen Eintrittskante 40 ausgebildet werden. Eine solche Geometrie ist beispielsweise auch eine Option für die erste und die zweite Seitenkante 42, 44 oder jegliche andere Kanten der Werkzeugverankerungsanordnung 24, die nicht dafür konfiguriert sind, ein Passieren eines Vorsprungs zu ermöglichen. Trotzdem kann bei einer anderen Schleifscheibenform oder einem anderen Herstellungsverfahren eine derartige konkave oder rampenförmige Geometrie fehlen.
Ähnlicherweise kann sich die erste Seiteneinttrittskante 42 in der axialen Richtung entlang der Umfangsfläche 20 zwischen der unteren und oberen Eintrittskante 38, 40 erstrecken, wodurch eine Seitenanliegefläche gebildet wird (insbesondere wenn eine einen Vorsprung aufweisende Komponente von der Verankerungsanordnung entfernt wird, d.h. während des Außereingriffbringens des rotierenden Werkzeugs 12 und der Komponente 14).
Im Gegensatz dazu kann sich die zweite Seiteneintrittskante 44 (die die in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 am weitesten entfernte Seitenkante der Vertiefung ist) sich von der unteren Eintrittskante 38 nur in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F bis zu einem ersten Überschneidungsbereich 48 der Eintrittsvertiefung 26 und der ersten radialen Vertiefung 28A erstrecken.
Ähnlicherweise und genauer erstreckt sich die obere Eintrittskante 40 in der Umfangsrichtung von der ersten Seiteneintrittskante 42 bis zum ersten Überschneidungsbereich 48.
Jede radiale Vertiefung 28 kann einen radialen ausgesparten Bereich 50 aufweisen, der in mindestens einem Bereich definiert ist, der durch eine radiale unteren Kante 52 und eine radiale Seitenkante 54 begrenzt ist (auf der Seite der radialen Vertiefung 28, die in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 am weitesten entfernt angeordnet ist).
Wie in 11 dargestellt ist, kann in Ausführungsformen, in denen eine radiale Vertiefung 28F eine letzte Vertiefung einer Verankerungsanordnung 24' ist, die letzte Vertiefung 28F ferner eine radiale obere Kante 56 aufweisen, die der radialen unteren Kante 52 gegenüberliegt. Die radiale obere Kante 56 der letzten radialen Vertiefung 28F dient als letzter axialer Anschlag in Vorwärtsrichtung für das rotierende Werkzeug 12, während die radiale Seitenkante 54 der letzten radialen Vertiefung 28F als letzter Anschlag in Umfangsrichtung für das rotierende Werkzeug 12 dient.
Um auf die Beschreibung einer nicht letzten radialen Vertiefung zurückzukommen, weist eine solche radiale Vertiefung 28 nur zwei Kanten auf: die radiale untere Kante 52, die dazu vorgesehen ist, an einem Vorsprung anzuliegen, um das rotierende Werkzeug 12 an der Komponente 14 zu verankern, die den Vorsprung aufweist, und die radiale Seitenkante 54, die dazu vorgesehen ist, eine Anliegefläche bereitzustellen (die eine physische, z.B. taktile Indikation für einen Benutzer bereitstellt, dass eine relative Bewegung entlang der Achse gestoppt ist und eine neue Ausrichtung erforderlich ist).
Jede axiale Vertiefung 30 kann einen axialen vertieften Bereich 58 aufweisen, der innerhalb einer axialen oberen Kante 60 definiert ist, und eine axiale erste und eine axiale zweite Seitenkante 62, 64, die einander gegenüberliegen.
Der axiale vertiefte Bereich 58 kann sich von einem zweiten Überschneidungsbereich 66 von der vorangehenden radialen Vertiefung 28 (für die jeweilige diskutierte axiale Vertiefung, d.h. die erste axiale Vertiefung 30A, ist die vorangehende radiale Vertiefung die erste radiale Vertiefung 28A und ist die nachfolgende radiale Vertiefung die zweite radiale Vertiefung 28B) zu einem dritten Überschneidungsbereich 68 mit der nachfolgenden radialen Vertiefung 28B erstrecken. Es wird darauf hingewiesen, dass auch ein dauerhaft fixierter Vorsprung (nachstehend beschrieben) die vorangehende radiale Vertiefung 28A über den axial vertieften Bereich 58 zu der nachfolgenden radialen Vertiefung 28B durchqueren kann.
Die axiale erste und die axiale zweite Seitenkante 62, 64 können sich von der vorangehenden radialen Vertiefung 28A in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F erstrecken.
Genauer gesagt kann sich die axiale erste Seitenkante 62 axial entlang der Umfangsfläche 20 von der vorangehenden radialen Vertiefung 28A zur axialen oberen Kante 60 erstrecken, wodurch eine Seitenanliegefläche gebildet wird (insbesondere wenn eine einen Vorsprung aufweisende Komponente von der Verankerungsanordnung entfernt wird, d.h. während des Lösens des rotierenden Werkzeugs und der Komponente).
Die axiale obere Kante 60 kann sich entlang der Umfangsfläche 20 in der Umfangsrichtung von der axialen ersten Kante 62 erstrecken, wodurch eine axiale obere Anliegefläche gebildet wird (die dem Benutzer das Gefühl vermittelt, dass ein Vorsprung, der entlang der Achse bewegt wurde, gestoppt wurde und anschließend seine Bewegung neu ausgerichtet werden kann). Ähnlich wie bei der oberen Eintrittskante 40 kann ein axialer Zwischenbereich 70 zwischen der axialen oberen Kante (oder anderen Kanten) mit einer konkaven oder rampenförmigen Geometrie zwischen dem axialen vertieften Bereich und der axialen oberen Kante ausgebildet werden.
Die axiale zweite Seitenkante 64 (die die Seitenkante der axialen Vertiefung ist, die am weitesten in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 angeordnet ist) kann sich von der vorangehenden radialen Vertiefung 28A in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F nur bis zum dritten Überschneidungsbereich 68 erstrecken.
In Ausführungsformen, wie beispielsweise in der in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform, in denen eine axiale Vertiefung (z.B. die durch 30F bezeichnete letzte axiale Vertiefung) auch die letzte Vertiefung einer Verankerungsanordnung 24 ist, kann sich eine axiale zweite Kante 72 bis zu einer axialen oberen Kante 74 erstrecken.
Unter Bezug auf 9 wird angemerkt, dass jede radiale Vertiefung 28 ferner einen Ausrichtungsabschnitt 76 (in diesem Fall unter Bezug auf die erste radiale Vertiefung 28A angezeigt) aufweisen kann, der sich weiter in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 erstreckt als die axiale Vertiefung 30, die der radialen Vertiefung 28 (in diesem Fall der ersten axialen Vertiefung 30A) folgt.
Daher kann zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren ein weiterer Schritt zum Schleifen der radialen Vertiefung 28 in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 ausgeführt werden, um die erste radiale Vertiefung 28A auszubilden. Die Schleifscheibe kann dann in der Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 um ein kleineres Maß bewegt werden, so dass sie richtig positioniert ist. Dann kann die Schleifscheibe neu ausgerichtet werden, so dass sie sich in der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F bewegt, um die erste axiale Vertiefung 30A derart auszubilden, dass sich die radiale Seitenkante 54 weiter in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 befindet als die axiale zweite Seitenkante 64.
Wie in 4 dargestellt ist, kann die Anfangsbewegung in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 sich beispielsweise über ein Umfangsmaß erstrecken, das durch einen Winkel α dargestellt ist, der in diesem Beispiel 35° beträgt, und die nachfolgende Bewegung in der Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 kann sich über ein Umfangsmaß erstrecken, das durch einen Winkel β dargestellt ist, der in diesem Fall 5° beträgt. Obgleich sich das Bewegungsverhältnis unterscheiden kann, sollte die anfängliche Bewegung in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 größer sein als die nachfolgende Bewegung in der Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 . Es wird auch darauf hingewiesen, dass bei der nachfolgenden Bewegung möglicherweise kein Materialabtrag erforderlich ist.
Der Ausrichtungsabschnitt 76 kann, wie dargestellt, eine sich verjüngende Form haben.
Zur besseren Übersicht ist in 9 eine radiale Vertiefung durch 28H bezeichnet, und eine axiale Vertiefung ist durch 30H bezeichnet. Die radiale Vertiefung 28H und ihr Ausrichtungsabschnitt 76 (ohne Berücksichtigung der sich verjüngenden Form) können eine parallel zur Werkzeugachse A_T gemessene Ausrichtungshöhe H_A aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Höhe H_X einer axialen Vertiefung.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Vorsprung, der zumindest teilweise in einem Ausrichtungsabschnitt aufgenommen ist, kein axiales Spiel haben wird und somit eine axiale Position des rotierenden Werkzeugs 12 und der Komponente 14 voreinstellen kann, ohne dass eine weitere Voreinstellkomponente (nicht dargestellt) erforderlich ist.
In den 6 bis 8 ist das Spannfutter 16 detaillierter dargestellt.
Das Spannfutter 16 kann eine Innenumfangsfläche 78 aufweisen, die eine Werkzeugaufnahmeöffnung definiert, und eine Öffnungsachse A_B , die die Komponentenvorwärts- und die Komponentenrückwärtsrichtung B_F , B_B , die einander entgegengesetzt sind, und die Komponentenrotations- und die Komponentengegenrotationsrichtung B_R1 , B_R2 definiert, die einander entgegengesetzt sind.
Auf der Innenumfangsfläche 78 kann eine Gegenverankerungsanordnung 80 ausgebildet sein. Genauer kann die Gegenverankerungsanordnung 80 in der Form mindestens eines Vorsprungs 82 ausgebildet sein (beispielsweise als erster, zweiter und dritter Vorsprung 82A, 82B, 82C). Da jeder Vorsprung 82 die gleiche Geometrie und Ausrichtung aufweist, wird nur einer beschrieben.
In dem vorliegenden Beispiel, in dem der Schaftabschnitt 22A zylindrisch ist, kann die entsprechende Innenumfangsfläche 78 der Komponente eine entsprechende Form haben, d.h. eine zylindrische Form.
Wie in 8 dargestellt ist, können die drei Vorsprünge 82A, 82B, 82C in der Umfangsrichtung um die Innenumfangsfläche 78 herum gleichmäßig beabstandet sein.
In 7 ist ersichtlich, dass jeder Vorsprung 82 eine hervorstehende Fläche 84 aufweisen kann, die dazu vorgesehen ist, mit der Werkzeugverankerungsvertiefung 24 in Kontakt zu kommen. Unabhängig davon, ob der Vorsprung einen kreisförmigen Querschnitt (mit einem Durchmesser Dp) hat, wie dargestellt, oder nicht, liegt nur die relativ kleine hervorstehende Fläche 84, die sich über eine Strecke S_P erstreckt, an der unteren Kante 52 der radialen Vertiefung an. In dem dargestellten Beispiel bleibt der Vorsprung 84 von dem radial vertieften Bereich 50 beabstandet. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Vorsprung nur eine Vorsprungfläche 84 aufweisen muss, und dass es nicht notwendig ist, dass sich der Vorsprung, wie dargestellt, in das Spannfutter 14 erstreckt.
Die hervorstehende Fläche 84 kann beispielsweise, wie in 8 dargestellt ist, durch eine längliche konvexe Oberfläche gebildet werden. Eine bevorzugte Richtung der länglichen Ausdehnung kann senkrecht zur Öffnungsachse A_B verlaufen (und senkrecht zur Werkzeugachse A_T , wenn die Werkzeuganordnung 10, wie in 6 dargestellt ist, montiert ist). Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Richtung der länglichen Ausdehnung relativ zur Öffnungsachse auch schräg sein könnte.
In einigen Ausführungsformen ist jeder Vorsprung als ein Stift ausgebildet, der entfernbar in eine Öffnung eingesetzt ist, die in einer Außenumfangsfläche des Spannfutters ausgebildet ist. Am bevorzugtesten ist jedoch jeder Vorsprung 82 permanent mit dem Spannfutter 14 verbunden, was eine Positionierung mit höherer Präzision und weniger herabfallende Teile usw. ermöglicht. Trotzdem ist, insbesondere für Wartungszwecke, ein entfernbarer Vorsprung weiterhin eine mögliche Option.
Um den in 6 dargestellten montierten Zustand zu erreichen, wird ein erster möglicher Satz von Montageschritten ebenfalls unter Bezug auf 9 beschrieben.
Das hintere Ende 16 des rotierenden Werkzeugs 12 wird in der Komponentenrückwärtsrichtung B_B in die Innenumfangsfläche 78 eingeführt (und, falls erforderlich, zur Ausrichtung gedreht), so dass jeder Vorsprung 82 in eine zugeordnete Eintrittsvertiefung 26 hineinragt. Wenn jeder Vorsprung 82 an einer jeweiligen oberen Eintrittskante 40 anliegt, wird das rotierende Werkzeug 12 neu ausgerichtet, so dass es sich in die Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 dreht (relativ, z.B. bei feststehendem Spannfutter 14), so dass jeder Vorsprung 82 teilweise in einen entsprechenden Ausrichtungsabschnitt 76 der benachbarten radialen Vertiefung 28 hineinragt. Da jeder Vorsprung 82 die nachfolgende axiale Vertiefung 30 zumindest teilweise umgangen hat, wird verhindert, dass sich jeder Vorsprung 82 axial relativ zum Werkzeug 12 bewegt und an der unteren radialen Kante 52 der radialen Vertiefung 28 anliegt (vergl. 7). Dadurch wird das rotierende Werkzeug 12 effektiv in einer einzigen Position relativ zum Spannfutter 14 positioniert. Ferner bringt die Positionierung den Vorsprung 82 in Kontakt mit der unteren radialen Kante 52, so dass im Fall eines potentiellen Herausrutschens sogar ein geringer Schlupf (bis ein solches Anliegen auftritt) verhindert wird.
Alternativ kann die Bewegung in der Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 geringer sein, als diejenige, die erforderlich ist, um zu erreichen, dass jeder Vorsprung in den Ausrichtungsabschnitt 76 der ersten radialen Vertiefung 28A hineinragt. Stattdessen kann die Drehbewegung gerade ausreichend sein, um jeden Vorsprung 82 unterhalb einer nachfolgenden axialen Vertiefung 30 zu positionieren (durch Ausüben einer axialen Kraft zusammen mit der Drehkraft), so dass das hintere Ende 16 des rotierenden Werkzeugs 12 somit in der Öffnungsrückwärtsrichtung B_B weiter in die Innenumfangsfläche 78 eingeführt werden kann, bis jeder Vorsprung 82 an einer jeweiligen axialen Oberkante 60 anliegt. Dies kann entweder eine mögliche Endposition darstellen (wenn die axiale Vertiefung 30 die Endvertiefung der Werkzeuganordnung ist), oder eine Endbewegung kann vorzugsweise eine weitere relative Drehbewegung des Werkzeugs 12 in der Werkzeuggegenrotationsrichtung D_R2 sein, um die Vorsprünge 82 in den radialen Vertiefungen 28 zu sichern. Es wird darauf hingewiesen, dass solche Richtungsbewegungen ausgeführt werden können, bis eine gewünschte relative Position des rotierenden Werkzeugs im Spannfutter 14 erreicht ist.
Nachdem das rotierende Werkzeug 12 und das Spannfutter 14 in eine gewünschte voreingestellte Position gebracht wurden, kann eine primäre Spannkraft auf das rotierende Werkzeug 12 ausgeübt werden, um das rotierende Werkzeug 12 und das Spannfutter 14 aneinander zu befestigen. Nur bei einer unzureichenden Greifkraft der Komponente bezüglich des rotierenden Werkzeugs 12 kann das rotierende Werkzeug 12 relativ in der Komponentenvorwärtsrichtung B_F bewegt werden, wobei in dieser Phase eine derartige Bewegung durch das Anstoßen jedes Vorsprungs 82 an der nächstgelegenen radialen unteren Kante 52 behindert wird.
In Ausführungsformen, in denen jeder längliche Vorsprung 82 sich senkrecht zur Werkzeugachse A_T erstreckt, wie veranschaulicht, ist es bevorzugt, dass die letzte Vertiefung einer Werkzeugverankerungsanordnung 24 eine radiale Vertiefung 28 ist, wie für den in 11 dargestellten Schaftfräser 12' dargestellt ist. Insbesondere weist eine solche beispielhafte Werkzeugverankerungsanordnung eine geringere Anzahl von Vertiefungen und unterschiedliche Abmessungen auf, aber einen im Allgemeinen ähnlichen abgestuften Pfad.
Eine weitere bevorzugte Konfiguration, insbesondere wenn die Richtung der länglichen Ausdehnung eines Vorsprungs senkrecht zur Öffnungsachse verläuft, ist in 10 dargestellt. Genauer gesagt, kann die radiale untere Kante 52' eine konvexe Krümmung aufweisen, die einer konvexen Krümmung eines Vorsprungs (nicht dargestellt) entspricht, der dafür vorgesehen ist, an der radialen Unterkante anzuliegen, um mehr Kontaktpunkte zu ermöglichen.
Für jede Ausführungsform istfestzustellen, dass, wenn ein primäres Befestigungs-/Spannsystem des rotierenden Werkzeugs 12 und des Spannfutters 14 unzureichend ist, der Vorsprung 82 an einer radialen unteren Kante 52 anliegen kann, um ein Herausziehen zu verhindern.
Ferner ist es bevorzugt, dass sich die Werkzeugverankerungsanordnung um die Werkzeugumfangsfläche 20 in der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 (oder genauer gesagt, spiralförmig sowohl entlang der Werkzeugvorwärtsrichtung D_F als auch der Werkzeugrotationsrichtung D_R1 ) erstreckt, wobei die Werkzeugrotationsrichtung D_R1 die gleiche Richtung wie die Schneidrichtung D_C des rotierenden Werkzeugs ist. Daher kann, wenn eher ein Schlupf als ein Herausziehen auftritt, der Vorsprung 82 eine Antriebsfunktion bereitstellen, um die gewünschte Schneidbewegung fortzusetzen.
Insbesondere können die Verankerungsanordnungen vorzugsweise Zusatzspann- und/oder Antriebsanordnungen sein, die dafür vorgesehen sind, Schlupf und Herausziehen zu verhindern. Es ist jedoch vorstellbar, dass derartige Verankerungsanordnungen auch auf zwei Komponenten als eine primäre Spannanordnung angewendet werden können.
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 8505893 [0005, 0006, 0023]
US 1424743 [0006]
US 2540937 [0006]
US 2731273 [0006]
US 2801860 [0006]

Claims

Rotierendes Werkzeug mit einer Werkzeugachse, die eine Werkzeugvorwärts- und eine Werkzeugrückwärtsrichtung, die einander entgegengesetzt sind, sowie eine Werkzeugrotations- und eine Werkzeuggegenrotationsrichtung definiert, die einander entgegengesetzt sind, wobei das rotierende Werkzeug aufweist: ein hinteres Ende; ein vorderes Ende, das vor dem hinteren Ende angeordnet ist; und eine Umfangsfläche, die sich vor dem hinteren Ende erstreckt, wobei auf der Umfangsfläche eine Werkzeugverankerungsanordnung ausgebildet ist, wobei die Werkzeugverankerungsanordnung einem abgestuften Pfad folgt und aufweist: eine Eintrittsvertiefung, die sich vom hinteren Ende nach vorne erstreckt; eine radiale Vertiefung, die die Eintrittsvertiefung schneidet und sich in der Werkzeugrotationsrichtung von dieser erstreckt; und eine axiale Vertiefung, die die radiale Vertiefung schneidet und sich von der radialen Vertiefung nach vorne erstreckt.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Werkzeugverankerungsanordnung ferner eine zusätzliche radiale Vertiefung aufweist, die die axiale Vertiefung schneidet und sich in der Werkzeugrotationsrichtung von der axialen Vertiefung erstreckt.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeugverankerungsanordnung mehrere radiale und axiale Vertiefungen aufweist, die dem abgestuften Pfad folgen.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 3, wobei eine Anfangsvertiefung der Werkzeugverankerungsanordnung durch die Eintrittsvertiefung gebildet wird und eine von der Eintrittsvertiefung distal angeordnete Endvertiefung eine radiale Vertiefung ist, die eine vorangehende axiale Vertiefung schneidet und sich in der Werkzeugrotationsrichtung von der vorangehenden axialen Vertiefung erstreckt.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede radiale Vertiefung die gleiche Geometrie wie jede andere radiale Vertiefung hat.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei jede axiale Vertiefung die gleiche Geometrie wie jede andere axiale Vertiefung hat.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei sich jede radiale Vertiefung senkrecht zur Werkzeugachse erstreckt.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei sich jede axiale Vertiefung parallel zur Werkzeugachse erstreckt.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die radiale Vertiefung ferner einen Ausrichtungsabschnitt aufweist, der sich weiter in der Werkzeugrotationsrichtung erstreckt als die axiale Vertiefung.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 9, wobei der Ausrichtungsabschnitt eine sich verjüngende Form hat.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Ausrichtungsabschnitt eine parallel zur Werkzeugachse gemessene Ausrichtungshöhe aufweist, die kleiner ist als eine axiale Höhe der axialen Vertiefung.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit zwei zusätzlichen Werkzeugverankerungsanordnungen, die in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei jede der Verankerungsanordnungen die gleiche Geometrie aufweist.
Rotierendes Werkzeug nach Anspruch 12, wobei die Eintrittsvertiefungen der Werkzeugverankerungsanordnungen in der Umfangsrichtung gleichmäßig um die Werkzeugachse beabstandet sind.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner mit einem Schneidabschnitt, der dafür konfiguriert ist, eine Bearbeitung auszuführen, wenn das rotierende Werkzeug relativ zu einem Werkstück in der Werkzeugrotationsrichtung gedreht wird.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Umfangsfläche eine Außenfläche des Werkzeugs ist.
Rotierendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Umfangsfläche eine zylindrische Form hat.
Verfahren zum Positionieren eines rotierenden Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und eines Spannfutters, wobei die Umfangsfläche des Werkzeugs eine Außenfläche des Werkzeugs ist, das Spannfutter eine Innenumfangsfläche aufweist, die eine Werkzeugaufnahmeöffnung definiert, und eine Öffnungsachse, die eine Komponentenvorwärts- und Komponentenrückwärtsrichtung, die einander entgegengesetzt sind, und eine Komponentenrotationsrichtung und eine Komponentengegenrotationsrichtung definiert, wobei auf der Öffnungsoberfläche eine Gegenverankerungsanordnung ausgebildet ist, die derart konfiguriert ist, dass sie mit der Werkzeugverankerungsanordnung zusammenpasst und mindestens einen Vorsprung aufweist, der sich nach innen in die Öffnung erstreckt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a. Einsetzen des hinteren Endes des rotierenden Werkzeugs in die Werkzeugaufnahmeöffnung in der Komponentenrückwärtsrichtung, so dass der mindestens eine Vorsprung in die Eintrittsvertiefung hineinragt; b. im Anschluss an Schritt (a), Drehen des rotierenden Werkzeugs relativ zum Spannfutter derart, dass der mindestens eine Vorsprung in die radiale Vertiefung hineinragt; c. im Anschluss an Schritt (b), Bewegen des rotierenden Werkzeugs weiter in die Komponentenrückwärtsrichtung, so dass der mindestens eine Vorsprung in die axiale Vertiefung hineinragt; und d. im Anschluss an Schritt (c), wenn das rotierende Werkzeug eine Sollposition im Spannfutter noch nicht erreicht hat, mehrfaches Wiederholen von Schritt (b) und gegebenenfalls von Schritt (c), so dass der mindestens eine Vorsprung in einen oder mehrere zusätzliche radiale und axiale Vertiefungen hineinragt, bis das rotierende Werkzeug sich in einer Sollposition im Spannfutter befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die radiale Vertiefung ferner einen Ausrichtungsabschnitt aufweist, der sich weiter in der Werkzeugrotationsrichtung erstreckt als die axiale Vertiefung, und wobei Schritt (b) ferner das Drehen des rotierenden Werkzeugs relativ zum Spannfutter aufweist, bis der mindestens eine Vorsprung in den Ausrichtungsabschnitt hineinragt, und wobei Schritt (c) ferner einen anfänglichen Unterschritt zum Drehen des rotierenden Werkzeugs relativ zum Spannfutter in einer Gegenrotationsrichtung um ein Maß aufweist, das kleiner ist als bei der Drehbewegung in Schritt (b), so dass der mindestens eine Vorsprung mit der axialen Vertiefung ausgerichtet wird, um die in Schritt (c) definierte Bewegung des rotierenden Werkzeugs zu ermöglichen.