DE19841537A1 - Werkzeugaufnahme an einer Synchronwerkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme an einer Synchronwerkzeugmaschine für ein umlaufendes Werkzeug, insbesondere Synchrongewindeschneider o. dgl. zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, das drehzahlgesteuert axial geführt ist, mit einer Spanneinrichtung für das Werkzeug sowie einem mit dieser zusammenwirkenden, betätigbaren Spannglied und einer axialen Federung des Werkzeugs. Die Werkzeugaufnahme weist dabei eine Grundaufnahme auf, in der die Spanneinrichtung mit axialem Spiel angeordnet ist, wobei ein Spannglied in radialem Eingriff mit der Spanneinrichtung steht und das Werkzeug kraft- und formschlüssig spannt und wobei die Spanneinrichtung und das Spannglied eine starre Einheit bilden, die über ein in der Grundaufnahme angeordnetes Federelement axial gefedert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme an einer Synchronwerkzeugmaschine für ein umlaufendes, drehzahlge­ steuertes Werkzeug zur spanenden Bearbeitung eines Werk­ stücks, insbesondere Synchrongewindeschneider od. dgl., das axial federnd geführt und mittels einer Spanneinrich­ tung für den Werkzeugschaft und einem Spannglied festleg­ bar ist.

Synchronwerkzeugmaschinen werden heute vor allem in der computergestützten Fertigung eingesetzt und ermöglichen durch den auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Werk­ zeugs abgestimmten Vorschub desselben ein schnelles und exaktes Bearbeiten des Werkstücks, bei geringstmöglicher Beanspruchung und somit geringem Verschleiß des Werk­ zeugs.

Bei einer derartigen Werkzeugnutzung ist die axiale Führung des Werkzeugs eine wesentliche Voraussetzung. Bei bekannten Werkzeugaufnahmen wird das Werkzeug in einer entsprechend ausgebildeten Aufnahme fest und spielfrei gespannt. Bei praktischen Untersuchungen wurde festge­ stellt, daß beispielsweise beim Synchrongewindebohren vor allem bei der Drehrichtungsumkehr ein signifikanter Anstieg des Steigungsfehlers der Werkzeugmaschine und daraus resultierend der auf das Werkzeug wirkenden Axial­ kräfte auftritt.

Bei einer weiteren, bekannten Werkzeugaufnahme wird das Werkzeug mittels einer Spannzange am Außendurchmesser seines Schafts gespannt, wobei die Aufnahme des Werkzeugs in axialer Richtung an einem Federelement abgestützt ist. Nachteilig bei dieser Ausführung ist das lediglich kraft­ schlüssige Spannen des Werkzeugs, das eine Verdrehung des Werkzeugs in der Spanneinrichtung zumindest in einem begrenzten Bereich ermöglicht, wodurch, bedingt durch die Ganghöhe, auch Fehler bei der axialen Führung auftreten. Desweiteren ist die Ausbildung der axialen Federung konstruktiv aufwendig und der Federweg ist bei dieser Ausführungsform im Verhältnis zu dem zu kompensierenden Steigungsfehler, der beim Synchrongewindeschneiden auf­ treten kann, sehr groß.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugaufnahme an einer Synchronwerkzeugmaschine vorzuschlagen, bei der mittels einer konstruktiv einfachen Ausführungsform das Werkzeug spiel frei spannbar ist und ein Minimallängenausgleich zur Vermeidung von Axialkräften möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugaufnahme der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, daß der Werkzeug­ schaft kraft- und formschlüssig gespannt ist. Damit ist eine absolute Drehfestigkeit gegeben. Ferner ist für die Erfindung maßgeblich, daß das Spannglied und die Spann­ einrichtung als eine starre Einheit über das Federelement in der Grundaufnahme gelagert sind. Durch die axiale Beweglichkeit, mit der die Einheit aus Spannglied und Spanneinrichtung in der Grundaufnahme angeordnet sind, können in Zusammenwirken mit der Federrate des geeignet ausgewählten Federelements der Längenausgleich des dreh­ fest gespannten Werkzeugs vorgegeben und damit Fehler ohne großen Werkzeugverschleiß ausgeglichen werden.

In vorteilhafter Ausführung durchgreift das Spannglied die Grundaufnahme in einer radialen Bohrung, wodurch eine einfache Betätigung des Spannglieds von der Seite der Werkzeugaufnahme möglich ist.

Dabei ist mit Vorteil das Federelement in der radialen Bohrung zwischen der Bohrungswandung und dem Spannglied angeordnet, wodurch die auf die Einheit aus Spanneinrich­ tung und Spannglied einwirkenden axialen Kräfte über letzteres auf die Grundaufnahme übertragen werden. Das Federelement ist vom außen einfach einsetzbar und wirkt völlig unabhängig von der Spannung des Werkzeugs.

Mit Vorteil ist das Spannglied eine Spannschraube, die mit einfachen Mitteln von außen durch die Radialbohrung betätigbar ist.

Weiter mit Vorteil ist das Federelement als Lagerbuchse für das Spannglied ausgebildet. Dies gewährleistet die federelastische Anordnung des Spannglieds und damit der Einheit aus Spanneinrichtung und Spannglied in der Ra­ dialbohrung der Grundaufnahme.

In günstiger Ausbildung ist das Federelement in der Bohrung axial gesichert, wobei diese axiale Sicherung in weiterhin günstiger Ausführung als Gewinde ausgeführt oder in alternativer Ausführung ein Sicherungsring ist. Beide Ausführungen verhindern ein Verlagern des Federele­ ments entlang der Achse der Bohrung.

In bevorzugter Ausführung ist das Federelement aus einem Elastomer und weiterhin bevorzugt aus einem elastomeren Polyurethan gebildet. Elastomere im allgemeinen und elastomeres Polyurethan im besonderen sind hoch ver­ schleißfeste Werkstoffe, die die gewünschte federelasti­ sche Eigenschaft aufweisen.

Mit Vorteil ist das Spannglied unter einem Winkel von 90° zur Rotationsachse der Werkzeugaufnahme angeordnet, wodurch eine weitgehend symmetrische Krafteinwirkung über die Spanneinrichtung auf den in der Rotationsachse der Werkzeugaufnahme angeordneten Werkzeugschaft gewährlei­ stet ist.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Spannglied auch unter einem Winkel zur Normalen der Rotationsachse geneigt sein. Dies ermöglicht den Einbau der erfindungs­ gemäßen Einheit aus Spanneinrichtung, Spannglied und Federung auch in einem Bohrfutter mit einer von der Radialen abweichenden Bohrung.

In einer weiterhin günstigen Ausführungsform ist Werkzeug an seinem Schaftende als Mehrkantprofil ausgebildet und in einer Mehrkantaufnahme der Spanneinrichtung gelagert.

Diese Ausbildung sichert die formschlüssige Mitnahme des Werkzeugschafts, die durch das Spannen durch die Spann­ einrichtung und das Spannglied zu einer kraft- und form­ schlüssigen und somit spielfreidrehfesten Anordnung des Werkzeugs wird.

Weiter mit Vorteil ist die Spanneinrichtung eine mittels des Spannglieds betätigbare Spannhülse, die durch die Verringerung ihres Querschnitts einen Kraftschluß der Mehrkantaufnahme mit dem Mehrkant des Werkzeugschafts bildet.

Weiterhin bevorzugt weist die Spannhülse in Umfangsrich­ tung zumindest eine Nut auf, die im Zusammenwirken mit dem weiterhin mit Vorteil vorgesehenen Axialschlitz der Hülse das kraftschlüssige Spannen unter Betätigung des Spannglieds ermöglicht.

Weiter mit Vorteil weist die Spannhülse zwei diametral angeordnete und gegenüber dem Axialschlitz parallelver­ setzte Nuten auf, die beim Spannen der Hülse als Biege­ stellen dienen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Hülse an ihrem den Werkzeugschaft aufnehmenden Endabschnitt ein zweites ringförmiges Spannglied für den Werkzeugschaft aufweisen, um damit ein eventuelles Spiel des Werkzeug­ schafts in diesem Bereich der Hülse zu verhindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Werkzeugaufnahme im Längsschnitt;

Fig. 2 die Werkzeugaufnahme in einer weite­ ren Ausführungsform im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugaufnahme 1 einer nicht darge­ stellten Synchronwerkzeugmaschine zur Aufnahme des in abgebrochener Darstellung gezeigten Werkzeugs mit dem Werkzeugschaft 2. Die Werkzeugaufnahme 1 wird über eine Spindel 3 angetrieben und weist daher eine weitgehend rotationssymmetrische Grundaufnahme 4 mit einer axialen Führungsbohrung 5 und einer nahe deren inneren Endes angeordneten Radialbohrung 6. In der Führungsbohrung 5 ist axial verschieblich eine Hülse 7 als Spanneinrichtung für das Werkzeug angeordnet, die zentral den Schaft 2 des Werkzeugs aufnimmt. Der hintere Abschnitt 8 des Schafts 2 des nicht weiter gezeigten Werkzeugs ist als Vierkantpro­ fil ausgebildet und in einer entsprechend geformten Aufnahme 22 der Hülse 7 angeordnet. Ungefähr in der Mitte der Hülse 7 sind an dieser in Umfangsrichtung zwei Nuten 9a und 9b diametral angeordnet. Der innenliegende Kopf der Spanneinrichtung weist einen Axialschlitz 10 zur Bildung einer Spannhülse auf. Der Axialschlitz reicht bis ungefähr in den Bereich, in dem die Nuten 9a, 9b angeord­ net sind, und ist gegenüber den Nuten parallelversetzt angeordnet.

An ihrem innenliegenden Kopf weist die Hülse 7 eine Durchgangsbohrung 12 mit Innengewinde für eine Spann­ schraube 11 auf, die die Radialbohrung 6 der Grundaufnah­ me 4 mit Spiel durchgreift. Beim Anziehen der Spann­ schraube 11 werden die durch den Axialschlitz 10 getrenn­ ten Teilbereiche der Hülse 7 unter Verringerung der Schlitzbreite zusammengezogen. Dies wird unterstützt durch die als Biegestellen wirkenden Nuten 9a, 9b wodurch insbesondere eine bleibende Verformung der Hülse 7 ver­ mieden wird.

Beim Spannen der Hülse 7 mittels der Spannschraube wird der Querschnitt der Hülse im Bereich der Mehrkantaufnahme für den Werkzeugschaft 2 verengt, wodurch das Vierkant­ profil 8 des Werkzeugschafts 2 in der entsprechend ge­ formten Aufnahme 22 der Hülse 7 nicht nur formschlüssig, sondern auch kraftschlüssig aufgenommen ist. Die Hülse 7, die Spannschraube 11 und der Werkzeugschaft 2 des Werk­ zeugs bilden nach entsprechendem Anziehen der Spann­ schraube eine starre Einheit. Die in der Führungsbohrung 5 axial verschiebliche Hülse 7 sitzt mit axialem Spiel 13 in der Grundaufnahme 4. In der Radialbohrung 6 der Grund­ aufnahme 4, die von der Spannschraube 11 gleichfalls mit Spiel durchgriffen ist, ist zwischen dem Kopf 20 der Spannschraube 11 und der Wandung der Radialbohrung 6 ein Federelement 14 in Form eines Rings aus einem elastomeren Polyurethan angeordnet. Axiale Bewegungen der starren Einheit aus Hülse 7, Spannschraube 11 und Werkzeugschaft bzw. Werkzeug 2 werden durch das Federelement 14 feder­ elastisch ausgeglichen. Der Ring ist gegen die Hülse 7 bzw. die Grundaufnahme 4 durch einen Seger-Ring 15 ver­ spannt und gegen Verschieben entlang der Bohrungsachse in der Radialbohrung 6 gesichert.

Die in der Fig. 2 gezeigte Werkzeugaufnahme entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten. Für gleiche Bautei­ le sind deshalb die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Grundaufnahme 4 gemäß Fig. 2 ist dabei ein nach DIN genormtes Futter, wobei die erfindungsgemäße Ausbildung der Werkzeugaufnahme in diesem Standardfutter verwirklicht ist. Dieses genormte Futter weist eine zusätzliche Radialbohrung 21 auf, die bei der erfindungs­ gemäßen Ausbildung ohne Bedeutung ist. Fig. 2 zeigt ein Federelement 14 in Form einer Buchse, die mit einem Gewinde 16 in der Radialbohrung 6 der Grundaufnahme 4 gesichert ist und zugleich den Kopf 20, der die Radial­ bohrung 6 mit Spiel durchgreifenden Spannschraube 11 lagert.

Die Hülse 7 weist des weiteren an ihrer das Werkzeug bzw. den Werkzeugschaft 2 aufnehmenden Stirnseite einen Zapfen 17 mit deutlich verringertem Durchmesser auf, an dem der Werkzeugschaft 2 zusätzlich über ein zweites Spannglied 18 in Form einer Mutter in der Hülse 7 gespannt ist, wobei zwischen dem Zapfen und der Mutter eine sowohl an dem Zapfen als auch an der Mutter kegelig ausgeführte Gewindeverbindung 19 vorgesehen ist. Der Außendurchmesser der Mutter 18 weist dabei Untermaß gegenüber dem Durch­ messer der Führungsbohrung 5 in der Grundaufnahme 4 auf. Der als Zapfen 17 ausgebildete Bereich der Hülse 7 kann axial geschlitzt sein.

Claims (18)

1. Werkzeugaufnahme an einer Synchronwerkzeugmaschine für ein umlaufendes, drehzahlgesteuertes Werkzeug zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbe­ sondere Synchrongewindebohrer od. dgl., das axial federnd geführt und mittels einer Spanneinrichtung für den Werkzeugschaft und einem Spannglied festleg­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug­ aufnahme (1) eine Grundaufnahme (4) aufweist, in der die Spanneinrichtung (7) für den Werkzeugschaft (2) zentral angeordnet ist, daß das Spannglied (11) in radialem Eingriff mit der Spanneinrichtung (7) steht und das Werkzeug kraft- und formschlüssig spannt, und daß das Spannglied (11) und die Spanneinrichtung (7) eine starre Einheit bilden, die axial beweglich über ein Federelement (14) in der Grundaufnahme (4) gelagert ist.

2. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Spannglied (11) eine Radialbohrung (6) in der Grundaufnahme (4) durchgreift.

3. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14) in der Radialbohrung (6) zwischen deren Wandung und dem Spannglied (11) angeordnet ist.

4. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (11) eine Spannschraube ist.

5. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14) als Lagerbuchse für das Spannglied (11) in der Grundaufnahme (4) ausgebildet ist.

6. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14) in der Radialbohrung (6) axial gesichert ist.

7. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axialsicherung als Gewinde (16) ausgebildet ist.

8. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Axialsicherung ein Sicherungsring (15) dient.

9. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14) aus einem Elastomer gebildet ist.

10. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Elastomer Polyurethan ist.

11. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (11) unter einem Winkel von 90° zur Rotationsachse der Werkzeugaufnahme (1) angeordnet ist.

12. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (11) unter einem Winkel ungleich 90° zur Rotationsachse der Werkzeugaufnahme (1) angeordnet ist.

13. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug am Ende seines Schaftes (2) ein Mehrkantprofil (8) und die Spanneinrichtung (7) eine Mehrkantaufnahme (22) aufweist.

14. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (7) eine mittels des Spannglieds (11) betätigbare Spann­ hülse ist.

15. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spanneinrichtung zur Bildung der Spannhülse (7) einen Axialschlitz (10) aufweist.

16. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (7) in Umfangs­ richtung zumindest eine Nut (9) aufweist.

17. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannhülse (7) zwei diametral angeordnete und gegenüber dem Axialschlitz (10) parallelversetzte Nuten (9a, 9b) aufweist.

18. Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse 7 an ihrem den Werkzeugschaft 2 aufnehmenden Endabschnitt ein zweites, ringförmiges Spannglied 18 für den Werk­ zeugschaft aufweist.