DE1801558A1

DE1801558A1 - Schneidwerkzeug und Werkzeugaustauschsystem

Info

Publication number: DE1801558A1
Application number: DE19681801558
Authority: DE
Inventors: Robinson James Joseph; William Yogus
Original assignee: Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1967-10-11
Filing date: 1968-10-05
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3521507A; BE722229A; FR1588335A; GB1242406A

Description

PATENTANWÄLTE

d.h. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl/Phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN 1801558

ZUSTBLI/PNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NBPERWAUiI

TEL. 867428 UND 364110 TELEQB. NBGEDAFATENT HAMBTTBO

THE VALBRON COEPOHAII(H

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTH. 23

21100 Coolidge Highway _ΙΕΙ._β38ο_β8β

!Detroit, Michigan 48237/USA tblegb.ιτεοεοαρατεντmDnchen

Hamburg, den 3 ο Oktober I968

Schneidwerkzeuge und Werkzeugaustauschsystein

Die Erfindung "bezieht sich auf Schneidwerkzeuge und auf ein Y/erkzeugaustauschsystem, das eine relativ unbegrenzte Benutzung verschiedener Schneidwerkzeuge im Austausch gegeneinander bei den am häufigsten verwendeten Werkzeugmaschinentypen ermöglicht.

Eine ständig wachsende Sorge der Werkzeugmaschinenbenutzer und -hersteiler sind die steigenden Kosten der Schneidwerkzeuge, um vollständige Werkzeugsatze für die verschiedenen käuflichen Maschinenfabrikate bereitzustellen, insbesondere bei der Entwicklungsrichtung zu Ziffersteuersystemen.

Zahlreiche Werkzeughersteller benutzen Märfaohwerkzeuge in irgendeiner Form, um bei ihren Werkzeugsätzen eine verstärkte Vielseitigkeit und eine Herabsetzung der Kosten zu ermöglichen; Es gibt jedoch kein Werkzeugsystem, das eine befriedigende

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Austauschbarkeit zwischen den Werkzeugen verschiedener Maschinen gestattet. .......

Das Werkzeugsystem umfaßt erfindungsgemäß einen Satz von Werkzeughalteschäften, die jeweils an ihrem äußeren Ende-eine senkrecht zur Längsachse des Schaftes verlaufende Oberfläche aufweisen, sowie eine Anzahl von , Schneidwerkzeugen, die jeweils ein inneres Ende mit einer senkrecht zur Längsachse des Werkzeuges verlaufenden Oberfläche aufweisen, wobei auf den Enden der jeweiligen Schäfte und Werkzeuge axial fluchtende, zusammenpassende zylindrische Führungsmittel vorgesehen sind, sowie zusammenpassende axial wirksame Spanneinrichtungen auf den Schäften und Werkzeugen zur Bildung eines im wesentlichen vollflächigen schwingungsfesten Eingriffes unter einer Vorspannung zwischen der äußeren Endfläche eines der Werkzeughalteschäfte und der inneren Endfläche eines der Schneidwerkzeuge.

Das vorgeschlagene Werkzeugsystem umfaßt einen Satz von Schäften, jeweils einen für ein bestimmtes Maschinenfabrikat und einen Werkzeugsatz mit Sohneidwerkzeugen ohne Schäfte, wie allgemein bekannt, die mit jedem beliebigen Schaft innerhalb des Satzes nach freier Wahl benutzt werden können. Jeder der Schäfte besitzt ein Ende mit einer Vierkantachulter, die mit der Maßlinie der

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Maschinen, für die er gedacht ist, in enger Beziehung steht, und mit einem darüberhinaus vorstehenden gleichen ITührungsvorsprung und Gewindebolzen. Zu den Werkzeugen gehören Abstandsstangen mit viereckigen Enden und gleichen Mhrungs- und Gewindebohrungen, die die Führungsvorsprünge und Gewindebolzen jedes beliebigen Schaftes aufnehmen können, wodurch ein inneres axial fluchtendes und wirksames Mittel zur Herstellung eines gegenseitigen Eingriffes unter Spannung zwischen frei wählbaren Werkzeugen und Schäften in jeder beliebigen Kombination gegeben ist.

Die massiven Schäfte haben eine bessere Lagerhalterung in den Werkzeugmaschinenspindeln, und ihre relative Kürze bringt die Verbindungsstelle für die austauschbaren Werkzeuge so nahe wie möglich an die Spindellager heran, um zu erreichen, daß die Gesamtarbeitslänge im wesentlichen dieselbe ist wie beim Arbeiten mit einem Werkzeug allein, und um die Schwingungs- und Ratterschwierigkeiten zu verringern, die bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten bei den meisten Mehrfachwerkzeugen und bei nicht ausgewuchteten Werkzeugen unvermeidlich sind. ·

Das Mittel des inneren Gewindeeingriffes zwischen den Schäften und den Abstandsstangen, welches die axiale Spannung und den Anstoßeingriff über die Vierkantschultern

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zwischen ihren Enden erzeugt, ist im Querschnitt klein genug, um die erforderliche Wandstärkenfestigkeit in den Schäften und Abstandsstangen kleinster Abmessung zu gewährleisten, und ist lang genug für die in den Kombinationen größter Ausmaße erforderliche Spannfestigkeit. Außerdem sind die zueinander passenden Enden der Schäfte und Stangen leicht schalenförmig ausgebildet, um die breiteste Druckeinwirkung auf dem Umfang und radial nach innen gerichtet sicherzustellen.

Um eine weitere'Sicherung gegenüber einer Unwucht und den Schneidwerkzeugen zu schaffen und maximale Schneidgesohwindigkeiten zu ermöglichen, kommt auf den Abstands- -stangen ein Paar Werkzeugköpfe zur Anwendung, und diese können entweder einzeln ,oder zusammen justiert werden für ein ausgewuchtetes Schneiden oder zum Ausgleich einer Unwucht, je nachdem, wie es in den verschiedenen Fällen, am zweckmäßigsten ist.

Die Zwischenschäfte werden vorzugsweise gebohrt und mit einem Gewinde versehen, um den Gewindebolzen aufzunehmen, so daß der Bolzen im Pail einer Beschädigung ausgetauscht · und die Endoberflächen der Schäfte und Stangen jederzeit neu bearbeitet werden können, wenn es notwendig wird.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden in der

— 5 «.

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Beschreibung der in den Zeichnungen gezeigten Beispiele der Erfindung ausführlicher erörtert. Es zeigen»

Fig. 1-5 Seitenansichten verschiedener Schaftkörper im Gebrauch bei Durchführung der Erfindung,

Fig. 6-8 Seitenansichten verschiedener Werkzeugkörper zum Ineinandergreifen mit den in den vorigen Zeichnungsfiguren gezeigten Werkzeugschäften,

Pig. 9 eine Endansicht eines der Werkzeugkörper,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Werkzeuges und

Schaftes, für den Gebrauch zusammengebaut,

ver-Fig. 11 eine/größerte Endansicht des Werkzeugkörpers

ohne die Werkzeugköpfe,

Fig. 12 einen Schnitt nach der linie 12-12 der Fig. 11,

Fig. 13 eine Seitenansicht eines der Werkzeugköpfe oder Halterpatronen,

Fig. 14 - 16

eine Draufsicht von vorn, eine Endansicht bzw. eine Draufsicht von unten auf eine Werkzeug-

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halterpatrone der Jig. 13,

ver-

Fig. 17 einen/größerten Teilschnitt der Werkzeughalterpatronen in einem ¥/erkzeugkörper zur Darstellung ihrer Radialeinstellung,

Pig. 18 eine Seitenansicht eines Werkzeugpatronenwechselsatzes zur Verwendung in dem hier offenbarten System.

Bei Durchführung der Erfindung wird eine Gruppe von in

ch

den gebräuchlichen Werkzeugmaschinen verwendbaren Werkzeugschäften als ein Satz Verbinderschäfte benutzt. Der in der ersten Figur der Zeichnung gezeigte konische Spindelschaft 10 besitzt einen geflanschten Kopf 12 unmittelbar vor der Maßline x-x, eine querverlaufende Bndfläche 14 mit einem !Führungsvorsprung 16 und einen aus ihm hervorragenden Gewindebolzen 18. Der größere konische Spindelschaft 20 der zweiten Figur der Zeichnung besitzt einen gleichen geflanschten Kopf 22 vor der Maßlinie x~x, eine querverlaufende Bndwand 24 mit einem Führungsvorsprung 26 und einem von ihm vorstehenden Gewindebolzen 28. Die anderen jeweils in den Fig. 5-5 gezeigten Werkzeughälften haben geflanschte Köpfe 52, 42 und 52, Bndwandfläohen 34, 44 und 54 mit zylindrischen Führungsvorsprängen 36, 46 und 56» und Gewindebolzen 58, 48 und 58,

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Die Werkzeugschäfte 30 und 40 sind für Maschinen mit Zifferkontrolle bestimmt und haben längere geflanschte Köpfe 32 und 42 für Wähler- oder Ooderinge. Sie sind jedoch im allgemeinen den anderen Werkzeugschäften ähnlich, indem ihre abschließende Endwandfläche so nahe wie praktisch möglich an der Maßlinie liegt.

Die Gewindebolzen 18, 28, 38, 48 und 58 und Führungsvorsprünge 16, 26, 36, 46 und 56 der verschiedenen Schäfte sind jeweils gleich den entsprechenden anderen Bolzen und FührungsvorSprüngen.

Die in den Fig. 6-8 gezeigten untereinander austauschbaren Werkzeugkörper 60, 70 und 80 weisen jeweils Abstands stangen 62, 72 und 82 mit q.uer verlauf end en Endwandflächen 64, 74 und 84 auf, in denen G-ewindebohrungen 66, 76 und 86 vorgesehen sind. Diese G-ewindebohrungen sind am äußeren ülnde für die bei 68, 78 und 88 auf den Schäften ausgebildeten FührungsvorSprünge aufgeweitet. Außerdem weisen die Abstandsstangen an ihren Arbeitsenden Doppeleinsatzpatronen oder Nasen 90 auf (twin insert cartridges or noses).

Die Abstandsstangen 62, 72 und 82 der untereinander austauschbaren Werkzeugkörper haben verschiedene Längen und Durchmesser, wie die Figuren zeigen, jedoch igt die Ge-

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windebohrung 66, 76 und 86 in jedem Pall die gleiche und erstreckt sich in jede Abstandsstange gleichwert. Folglich kann jeder Werkzeugkörper an jedem Zwischenschaft 10, 20, 30,. 40 oder 50 "befestigt werden, indem die Gewindebolzen in die vorgesehenen Bohrungen oder in die Öffnungen der Abstsstangen eingeführt werden.

Im allgemeinen haben die Abstandsstangen der Werkzeugkörper, die für eine voll austauschfähige Verwendung mit einem Satz von Schäften gedacht sind, jeweils einen Quer-

mit ■
schnitt, der/der kleinsten Endfläche in dem Satz Schäfte vergleichbar ist. Mit anderen Worten wären von den dargestellten Schäften die Hummern 40 und 50 die maßgeblichen bei der Wahl des optimalen Abstandsstangendurchmessers für Werkzeuge mit größter Austauschbarkeit.

Das soll nicht heißen, daß die Endfläche einer Abstände-' stange nicht größer sein kann als diejenige des kleinsten Schaftes innerhalb eines Satzes, sondern daß bei dieser Wahl eine geringere Endflächenwirkung zwischen den beiden vorhanden ist, sowie eine andere Beanspruchung und Belastung im Vergleich mit anderen Schäften. Da für den Austausch der Werkzeuge untereinander die mit Gewinde versehenen Bolzen und Öffnungen die gleichen sein müssen, wird für die Bestimmung der geeignetsten Größe des Gewindebolzens' und der mit Gewinde versehenen Öffnung in den

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Schäften und Abstandsstangen am besten der kleinste Schaft innerhalb eines Satzes benutzt, um zu der größten Haltefestigkeit und geringsten Verminderung in der Materialwanddicke zu gelangen.

Pig. TO zeigt ein zusammengebautes Werkzeug 100 mit dem Schaft 10 und einem austauschfähigen Schneidwerkzeugkörper 102. Der Gewindebolzen 18 berührt den Boden einer Gewindebohrung 104, die sich durch den Pührungsvorsprung 16 in der Mitte der Endwandfläche 14 des Schaftes hindurchzieht, und wird in der Öffnung oder Bohrung 106 der Abstandshalterstange 108 des Werkzeugkopfkörpers aufgenommen.

In der Abstandsstange befinden sich, wie in Pig, 11 gezeigt, Löcher 110 und 112 für einen Schraubenschlüssel zum Anziehen des V/erkzeugkörpers 102 auf dem Zwischenschaft, um den Gewindebolzen unter Spannung zu setzen und die Bndflächen des Schaftes und der Abstandsstange unter Druckwirkung in einen für die Iiastaufnahme bereiten Zustand zu versetzen.

Die Gewinde des Bolzens und der Öffnung sind so gedreht, daß sie dem Schneiddruok des Werkzeuges Widerstand entgegensetzen, und die entsprechenden Endflächen der Schäfte und Abstandsstangen sind so geformt, daß sie eine Druckbelastung'' vom Äußeren der Ab stands stange radial

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--Woinnen sicherstellen, indem wenigstens eine der Kndflachen leicht konkav ausgebildet ist.

Die Kombination der Führungsflächen und der mit Gewinde versehenen Befestigungsmittel erreicht eine gegenseitige Verbindung zwischen einem Schaft und einem Werkzeugkörper gänzlich innerhalb der beiden Körper und bildet eine nahezu integrale Konstruktion, die einer einstückigen Konstruktion sehr nahe kommt. Der Gewindebolzen nimmt eine Spannungslast auf, ist aber frei von jeglicher Querbelastung,⁴ indem die aneinander anstoßenden Endflächen und die IPührungsflachen des Schaftes und der der Abstandsstange ein schulterähnliches Eingreifen unter Aufnahme der Last zum Schütze der Bolzen gewährleisten.

Bei der Verbindung eines Schaftes und Werkzeugkörpers ist zu beachten, daß diese so nahe wie möglich unter Belassung eines Spieles für Werkzeug, Oode- und Selektorringe etc. an der Maßlinie liegt, so daß das schulterförmige Eingreifen an den Endflächen unter. Drucklast die größtmögliche Abwehr gegenüber Schwingungsschwierigkeiten und dergleichen, den normalerweise in Mehrfach-Werkzeugen vorhandenen Schwierigkeiten, gewährleistet.

Ein weiterer Faktor zur Sicherstellung einer größeren Werkzeugfestigkeit ist die Verwendung von Doppeleinsatzhaltern

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oder Basen j(twin insert holders or noses) auf einem Werkzeugkörper.

Wie bei den Werkzeughaltern der Fig. 6-8 gezeigt und am besten mit Bezug auf die Figuren 9, 10 und 13-17 beschrieben worden ist, sind auf dem Ende jeder Abstandsstange innerhalb eines sich quer darüber erstreckenden Schwalbenschwanzschlitzes 116 zwei Schneideinsatzhalter oder Patronen 114 vorgesehen. Die Patronen 114 sind im wesentlichen identisch, so daß sie sich beim Drehbetrieb des Werkzeuges oder bei Verwendung zusammen mit einem relativ dazu gedrehten Werkstück gegenseitig auswuchten.

Die hier besonders gezeigte Patrone 114 hat eine zylindrische Form, die bei 117 auf der Vorderseite unterschnitten ist und eine schwalbenschwanzfö'rmige Bodenschiene zum Eingriff in den schwalbenschwanzförmigen Schlitz einer Abstandsstange aufweist. Eine Seite der Patrone (Figo 14) ist ausgearbeitet und so geformt, daß sie einen Amboß 120, einen Schneideinsatz 122, Spanbrecher 124, sowie eine Klammer 126 aufnehmen kann, die von einer Schraube 128 in herkömmlicher Weise gehalten werden.

Die Patrone 114 weist auf der Rückseite eine Abflachung auf, die am besten in der Fig. 15 gezeigt ist, so daß ein Paar Patronen in dar durch eine Einstellschraube 132 (Fig. 17) bestimmten radial am weitesten nach innen ge-

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legenen Stellung sich gegenseitig nicht behindern. Diese Einstellschraube ist in der Grundplatte jeder Patrone vorgesehen und berührt einen in der Mitte des schwarbenschwanzförmigen Schlitzes jeder Abstandsstange 134 angeordneten Schu-lteranschlag 134.

Wie in den Fig. 9» 11 und H gezeigt, wird die radiale Einstellungsmöglichkeit der Patrone 114 durch einen Anschlagstift 135 begrenzt, der in einen in dem Werkzeugkörper im Bereich des schwalbenförmigen Schlitzes 116 (EIg. 9) oder in dem G-egenkeil 144 (Pig. 11) gebildeten länglichen Schlitz faßt. Die Patrone 114 wird durch' eine am besten in Fig. 12 gezeigte und an beiden Enden des Schlitzes und auf seinen gegenüberliegenden Seiten . vorgesehene Klammer 136 in der eingestellten Stellung im

schwalbenförmigen Schlitz einer Abstandsstange festgehalten. Das obere Ende 138 jeder Klammer ist so geformt, daß sie einen Seitenteil des schwalbenschwanzförmigen Schlitzes bildet, und das untere Ende weist einen Drehpunkt 140 auf, so daß eine Hebelwirkung beim Anziehen der Klammer durch eine Schraube 142 erzielt wird.

Wenn eine Abstandsstange aua Aluminium oder einem anderen relativ weichen Metall hergestellt ist, wie in den Fig. 10 - 12 gezeigt, dann wird die Führungsschiene für die,Patronen durch getrennte G-egenkeile 144 aus Stahl

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gebildet, die durch Kopf schrauben 146 gehalten werden. Ein Drehlager 148 und eine fuhrungsringbuch.se 150 (Pig. 10) aus hartem Werkzeugstahl sind ebenfalls empfehlenswert.

Im praktischen Betrieb ist zu beachten, daß ein Patronenpaar in seiner radial am weitesten nach innen gelegenen Stellung gegen den Schulteranschlag 134 anstößt und sieh über den Umfang der Abstandsstange für den kleinsten durch eine solche Kombination gebildeten Schneiddurchmesser hinauserstreckt. Das Patronenpaar ist gegenseitig ausgewuchtet, bei gemeinsamer Verwendung kann jede Patrone in radialer Richtung um den gleichen Betrag für die gewünschte Schnittiefe verstellt werden. Das Paar kann aber auch für Grob- und Feinschnitt, Vorlauf- und Ablauf oder je nach Wunsch anderweitig mit einer Auswuchtwirkung benutzt werden, die schnellere Schnittgeschwindigkeiten und kleinere Unwuchten oder andere schädliche Belastungen an der Einbauverbindung mit einem ausgewählten Schaft ermöglicht.

In Mg. 18 wird auf einer Abstandsstange 156 ein anderer Patronensatz 154 gezeigt. Diese Patronen sind in einer Schwalbenschwanzanordnung ähnlich der soeben·beschriebenen auf der Abstandsstange radial einstellbar, weisen jedoch Schneideinsatzhalter 158 auf, die in einem Winkel zur Achse der Abstandss^ange 156 liegen und derart einstellbar

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sind, daß die Schneidränder der Senneideinsätze 160 bei Einstellung auf einen Schnitt von einem gegebenen Durchmesser längs der Bezugslinie 162 quer über das Werkzeug fluchten.

Bei großen Bohrungen können Tier oder mehr Schneideinsatzpatronen auf einer gemeinsamen Abstandsstange benutzt werden, um eine noch höhere Geschwindigkeit bei der Materialentfernung mit gleicher Schnittsicherheit der ausbalanzierten Bohrung au ermöglichen.

In Fig. 18 wird ein andersartiges Paar von Patronen 154 auf einer Abstandsstange 156 gezeigt. Sie sind radial auf der Abstandsstange mit einer oben beschriebenen Schwalbenschwanzeinrichtung justierbar, aber sie enthalten Schneideinsatzhalter 158, die einen Winkel mit der Achse der Abstandsstange bilden und so einstellbar sind, daß die Schneideinsätze 160 ihre Schnittkanten längs der Bezugslinie 162 ausgerichtet haben, wenn sie für einen Schnitt bei gegebenem Durchmesser eingestellt worden sind.

Bei großen Bohrungen können vier oder mehr Schneidsatzpatronen auf einer gemeinsamen Abstandsstange benutzt werden, um eine noch größere Materialabnahme bei derselben Sicherheit eines ausgezogenen Bohrschnittes zu erreichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Werkzeugsystem mit einem Satz von Halteschäften, die jeweils mit wenigstens einem von mehreren verschiedenen Maschinenspindeln verwendbar sind, und einem Satz von Werkzeugkör ρ em, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schäfte (10, 20, 30, 40, 50) eine sich lotrecht zur Schaftlängsachse erstreckende äußere Bndfläche (H, 24, 34, 44, 54, jeder Werkzeugkörper (60_r 70, 80) eine sich lotrecht zu seiner Längsachse erstreckende innere Endfläche (64, 74, 84) aufweist und axial fluchtende, miteinander in Eingriff bringbare Führungsmittel (16, 26, 36, 46, 56) und Spannmittel (18, 28, 38, 48, 58) auf den Enden jedes Schaftes und Werkzeugkörpers der Sätze vorgesehen sind, um zwischen der äußeren Endfläche jedes Schaftes eines Satzes von Werkzeughalteschäften und der inneren Endfläche jedes Werkzeugkörpers eines Satzes von Werkzeugkörpern einen schwingungsfesten Eingriff dieser Seile unter Vorspannung und bei Anschlag der Flächen zu erzielen.

2. Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtungen entweder auf den Schäften oder auf den Werkzeugkörpern einen Gewindebolzen (18, 28, 38, 48, 58) einschließen, die in den jeweils bolzenfreien Körper eingreifen und dabei unter Zugspannung stehen.

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3. "Werkzeug sy stem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungseinriehtung einen konzentrisch auf dem äußeren Ende der Schäfte angeordneten Vorsprung (16, 26, 36, 46, 56) sowie in dem inneren Ende der Werkzeugkörper vorgesehene entsprechende Bohrungen (68, 78, 88) umfaßt, wobei die Gewindebolzen in den Schäften gehalten werden und die FührungsvorSprünge kurz vor den Endwänden der Bohrungen endigen, um einen Schultereingriff der aneinander anstoßenden Enden zwischen jedem beliebigen der Schäfte und jedem beilegen der Werkzeugkörper zu bilden.

4. Werkzeugsystem nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anstoßenden Enden (14, 24, 34, 44, 54) der Schäfte und Werkzeugkörper (64, 74, 84) zur Erzeugung einer radial nach innen gerichteten Umfangsdruckbelastung bei ihrem gegenseitigen Eingriff ausgebildet sind.

5. Werkzeugsystem nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden (64, 74, 84) der Werkzeugkörper einen der kleinsten äußeren Endfläche eines beliebigen der Schäfte vergleichlichen Querschnitt haben, um mit jedem dieser Schäfte (10, 20, 30, 40, 50) den gleichen Eingriff zu ermöglichen.

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6. Werkzeugsystem nach den Ansprüchen 1, 2, 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vferkzeugkörper (60, 70, 80) eine radial einstellbare ■Werkzeugpatrone (90) und Mittel zum Ausgleich einer Umlauf-Unwucht zur Herabsetzung der exzentrischen Belastung der Werkzeugkörper und Schäfte aufweisen.

7· Werkzeugsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichmittel eine zweite radial einstellbare Werkzeughalterpatrone (90, 114) einschließen, die als Gegengewicht zu der erstgenannten Werkzeugpatrone angeordnet ist.

8. Werkzeugsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radial einstellbaren Werkzeugpatronen (90, 114) im wesentlichen gleich und mit gemeinsamen radialen Pührungsmitteln versehen sind (116).

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INSPECTED