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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zum Spannen, insbesondere thermischen Spannen eines Rotationswerkzeugs,
beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers oder dergleichen in einer
zentrischen, den Schaft des Rotationswerkzeugs im Presssitz haltenden
Aufnahmeöffnung
eines Werkzeughalters.
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Aus
WO 01/89758 A ist es bekannt, Rotationswerkzeuge, wie zum Beispiel
Fräser
oder Bohrer, in einer zentrischen Aufnahmeöffnung eines Werkzeughalters
ausschließlich
im Presssitz eines die Aufnahmeöffnung
bildenden Hülsenteils
des Werkzeughalters zu halten. Der Hülsenteil des Werkzeughalters
kann mittels einer Induktions-Heizeinrichtung, beispielsweise in
Form einer den Hülsenteil
umschließenden,
mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom gespeisten Induktionsspule
soweit erwärmt
werden, dass der Schaft des Rotationswerkzeugs in die Aufnahmeöffnung eingesteckt
oder aus dieser wieder entnommen werden kann. Der Außendurchmesser
des Schafts ist etwas größer als
der Nenn-Innendurchmesser
der Aufnahmeöffnung,
so dass bei abgekühltem
Hülsenteil
dieser den Schaft im Presssitz hält.
Um das Abkühlen
zu beschleunigen, sind von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kühlmanschetten
vorgesehen, die nachträglich
auf den Hülsenteil
des Werkzeughalters aufgesetzt werden können.
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Herkömmliche
Werkzeughalter des vorstehenden Typs haben eine Normkupplung, beispielsweise
eine Steilkegelkupplung oder eine Hohlschaft- bzw. HSK-Kupplung,
mittels der der Werkzeughalter an die Spindel der Arbeits- bzw.
Werkzeugmaschine gekuppelt wird. Um den Werkzeugwechsel zu erleichtern,
soll die Spitze des Rotationswerkzeugs eine vorbestimmte axiale
Position relativ zu dem Werkzeughalter und damit zu der Spindel
der Arbeitsmaschine haben. Bei Werkzeughaltern des vorstehenden
Typs muss das Rotationswerkzeug relativ zu dem Werkzeughalter positioniert
bzw. ausgerichtet werden während
der Hülsenteil
thermisch aufgeweitet ist.
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Aus
DE 102 18 292 A1 ist
es bei einem dem Werkzeughalter mittels einer Induktions-Heizeinrichtung
wärmedehnenden
Gerät bekannt,
seitlich der den Werkzeughalter erwärmenden Induktionsspuleneinheit
eine Einstellvorrichtung anzuordnen, die mittels eines vor die Aufnahmeöffnung des
Werkzeughalters bewegbaren Anschlag für das Rotationswerkzeug eine
Verschiebebewegung des in der wärmegedehnten
Aufnahmeöffnung
verschiebbar geführten Rotationswerkzeugs
in Entnahmerichtung begrenzt. Mittels einer dem Werkzeuganschlag
zugeordneten Längenmessvorrichtung
kann der in Achsrichtung des Rotationswerkzeugs verschiebbare Werkzeuganschlag
auf eine Position eingestellt werden, die der gewünschten
vorbestimmten Position der Spitze des Rotationswerkzeugs relativ
zu dem Werkzeughalter entspricht.
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Bei
dem aus
DE 102 18
292 A1 bekannten Gerät
ist der Werkzeughalter an eine Druckluftquelle angeschlossen, die
auf der dem Werkzeuganschlag abgewandten Seite des Rotationswerkzeugs
in dem Werkzeughalter einen Pneumatikdruck erzeugt, der das Rotationswerkzeug
nach Art eines Pneumatikkolbens gegen den entsprechend der vorbestimmten Position
justierten Werkzeuganschlag treibt. Der Pneumatikdruck wird aufrecht
erhalten, bis der Werkzeughalter hinreichend erkaltet ist und das
Rotationswerkzeug fixiert. Für
die Druckluftzufuhr und die Abdichtung des während der Erwärmungsphase
in einer Halteraufnahme sitzenden Werkzeughalters ist zusätzlicher
Konstruktionsteileaufwand erforderlich, der den Herstellungsaufwand
und damit die Herstellungskosten erhöht.
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Unter
einem ersten Aspekt ist es Aufgabe der Erfindung ein Gerät zum thermischen
Spannen eines Rotationswerkzeugs in einem Werkzeughalter anzugeben,
welches mit einfachen Mitteln eine rasche Voreinstellung des Rotationswerkzeugs
relativ zu dem Werkzeughalter ermöglicht.
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Unter
dem ersten Aspekt geht die Erfindung von einem aus
DE 102 18 292 A1 bekannten
Gerät aus,
welches umfasst:
- – eine Gerätebasis,
- – eine
Induktions-Heizeinrichtung mit einer Induktionsspuleneinheit zur
Wärmedehnung
des Werkzeughalters für
das Einsetzen oder/und Entnehmen des Rotationswerkzeugs,
- – eine
den Werkzeughalter während
der Wärmedehnung
axial positioniert haltende Halteraufnahme,
- – eine
Vorrichtung zum Einstellen einer vorbestimmten axialen Position
des Rotationswerkzeugs relativ zu dem Werkzeughalter, mit einem parallel
zur Rotationsachse des in der Halteraufnahme gehaltenen Werkzeughalters
an einer Führung
der Gerätebasis
verschiebbar geführten, längs einer
senkrecht zur Verschieberichtung der Führung verlaufenden Ebene auslenkbaren
Anschlag für
das Rotationswerkzeug, der in einer ersten Auslenkstellung die Entnahmebewegung des
Rotationswerkzeugs relativ zu dem in der Halteraufnahme gehaltenen
Werkzeughalter begrenzt und in einer zweiten Auslenkstellung frei gibt,
wobei der Werkzeuganschlag in der Verschieberichtung relativ zu
dem Werkzeughalter oder der Halteraufnahme auf eine der vorbestimmten
Position des Rotationswerkzeugs entsprechende Position einstellbar
ist.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, dass die
Induktionsspuleneinheit einerseits und der Anschlag andererseits
so geformt sind, dass das Rotationswerkzeug bei in der ersten Auslenkstellung
und während
sich der Werkzeuganschlag in der der vorbestimmten Position entsprechenden
Position befindet axial zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkzeuganschlag
für eine
ausschließlich
manuell angetriebene Verschiebebewegung in Entnahmerichtung manuell
zugänglich
ist.
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Die
Zeitspanne, in der die Induktionsspuleneinheit den Werkzeughalter
induktiv erwärmt
und wärmedehnt
ist vergleichsweise kurz und beträgt üblicherweise nur wenige Sekunden,
um eine für
den Werkzeughalter schädliche Überhitzung
des Werkzeughalters zu vermeiden. Andererseits hat es sich herausgestellt,
dass der Werkzeughalter nach dem Abschalten der Induktionsheizung
aufgrund seiner Wärmekapazität noch einige
Sekunden soweit wärmegedehnt
verbleibt, dass das Rotationswerkzeug auch manuell gegen den Werkzeuganschlag
gestellt werden kann, wenn dieser vor dem Beginn der Wärmedehnungsphase
entsprechend der gewünschten, vorbestimmten
Position des Rotationswerkzeugs voreingestellt wird. Während der
Wärmedehnungsphase,
in der die Induktionsheizeinrichtung eingeschaltet ist, ist der
Werkzeuganschlag aus der Bewegungsbahn des Rotationswerkzeugs herausgeschwenkt,
so dass dieses bei hinreichender Wärmedehnung des Werkzeughalters
rasch und ungehindert in die Aufnahmeöffnung eingeführt werden
kann. Danach wird der Werkzeuganschlag in die Bewegungsbahn eingeschwenkt
und das Rotationswerkzeug bei noch wärmegedehntem Werkzeughalter manuell
gegen den Werkzeuganschlag in Anlagekontakt gebracht.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass bei vorstehend erläuterten Konstruktion der Einstellvorrichtung
auch nach erfolgter Wärmedehnung
des Werkzeughalters und Abschalten der Induktionsheizeinrichtung
noch hinreichend Zeit verbleibt, den Werkzeuganschlag in die Bewegungsbahn
des Rotationswerkzeugs zu bringen und dieses gegen den Werkzeuganschlag
zu stellen, bevor der sich abkühlende
Werkzeughalter das Rotationswerkzeug fixiert.
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Das
erfindungsgemäße Gerät bedarf
keiner Druckluftzufuhr. Es genügt
den Zwischenraum zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkzeuganschlag
so zu gestalten, dass das Rotationswerkzeug manuell erfasst und
verschoben werden kann. Um eine Miterwärmung des beim Einsetzen des
Rotationswerkzeugs in den Werkzeughalter bereits in dessen Nähe gebrachten
Rotationswerkzeugs zu verhindern, umfasst die Induktionsspuleneinheit
bevorzugt einen Magnetflusskonzentrator, der den zwischen dem Werkzeuganschlag
und dem Werkzeughalter gelegenen Bereich des Rotationswerkzeugs
zumindest teilweise gegen das Magnetfeld der Induktionsspuleneinheit
abschirmt, was eine Wärmedehnung des
einzusetzenden Rotationswerkzeugs verhindert und die für die Justierung
des Rotationswerkzeugs zur Verfügung
stehende Zeitspanne erhöht.
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Aus
DE 102 22 092 A1 ist
es ferner bekannt, ein Rotationswerkzeug automatisiert in einen
mittels einer Induktions-Heizeinrichtung thermisch aufgeweiteten
Werkzeughalter einzusetzen. Das Rotationswerkzeug ist hierbei auf
einem längs
einer Führung
verschiebbaren Positionierhalter angeordnet, der von einem Stellantrieb
gegen den von einer Induktionsspuleneinheit erwärmten Werkzeughalter gefahren
wird. Der Positionierhalter hat einen Werkzeuganschlag, der die
axiale Position des Rotationswerkzeugs relativ zu dem Positionierhalter
festlegt. Eine Längenmessanordnung
erfasst bezogen auf den Werkzeuganschlag die Länge des Rotationswerkzeugs.
Geräte
der aus
DE 102 22
092 A1 bekannten Art sind wegen der ihnen eigenen Automation
relativ aufwendig.
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Unter
einem zweiten Aspekt ist es Aufgabe der Erfindung ein einfaches
Gerät zum
manuellen thermischen Spannen eines Rotationswerkzeugs in einem
Werkzeughalter anzugeben, das eine rasche Voreinstellung einer gewünschten
Position des Rotationswerkzeugs relativ zu dem Werkzeughalter ermöglicht.
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Unter
dem zweiten Aspekt geht die Erfindung von einem Gerät der aus
DE 102 22 092 A1 bekannten
Art aus. Auch dieses Gerät
umfasst:
- – eine
Gerätebasis,
- – eine
den Werkzeughalter axial positioniert haltende Halteraufnahme,
- – eine
Vorrichtung zum Einstellen einer vorbestimmten axialen Position
des Rotationswerkzeugs relativ zu dem Werkzeughalter mit einem parallel
zur Rotationsachse des in der Halteraufnahme gehaltenen Werkzeughalters
an einer Führung
der Gerätebasis
verschiebbar geführten Anschlag
für das
Rotationswerkzeug, wobei der Werkzeuganschlag in der Verschieberichtung
der Führung
relativ zu der Halteraufnahme oder dem Werkzeughalter auf eine der
vorbestimmten Position des Rotationswerkzeugs entsprechende Position
einstellbar ist.
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Die
unter dem zweiten Aspekt erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung einen die Verschiebebewegung
des Werkzeuganschlags in Einschieberichtung des Rotationswerkzeugs
relativ zu dem in der Halteraufnahme gehaltenen Werkzeughalter begrenzenden,
in der Verschieberichtung arretierbar verschiebbaren Anschlag für den Werkzeuganschlag aufweist.
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Im
Gegensatz zu dem Gerät
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, bei welchem der Werkzeuganschlag auf diejenige
Position vorjustiert wird, die das Rotationswerkzeug später relativ
zu dem Werkzeughalter einnehmen soll, wird unter dem zweiten Aspekt
der Erfindung der den Einschiebeweg des Werkzeuganschlags begrenzende
Anschlag voreingestellt und zwar so, dass der Werkzeuganschlag erst
nach dem Anschlagen an diesem Anschlag die der gewünschten
Werkzeuglänge
entsprechende Position hat. Der Werkzeuganschlag ist hierzu an der
Führung
manuell frei beweglich verschiebbar und bildet einen die Entnahmebewegung
des Rotationswerkzeugs begrenzenden Anschlag, wie er bereits im
Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert wurde,
wenn dieser Werkzeuganschlag an dem arretierten Anschlag anliegend
gehalten wird.
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Bei
dem Werkzeughalter kann es sich um ein herkömmliches Futter, wie zum Beispiel
eine Spannzange oder ein sonstiges Spannfutter, handeln. Bevorzugt
handelt es sich aber um einen thermisch spannbaren Werkzeughalter,
wie er bereits vorstehend erläutert
wurde. Auch hier kann das bereits in die wärmegedehnte Aufnahmeöffnung des
Werkzeughalters eingeführte
Rotationswerkzeug manuell erfasst und gegen den Werkzeuganschlag
gestellt werden.
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Bei
den vorangegangen erläuterten
Ausgestaltungen der Erfindung muss das Rotationswerkzeug erst in
die wärmegedehnte
Aufnahmeöffnung des
Werkzeughalters eingesteckt werden, bevor es an den Werkzeuganschlag
manuell herangezogen werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung ist der Werkzeuganschlag an einem Positionierhalter für das Rotationswerkzeug
angeordnet, und der Positionierhalter ist zusammen mit dem Werkzeuganschlag
in der Verschieberichtung der Führung
verschiebbar. Der vorstehend erläuterte mittels
der Einstelleinrichtung justierbare Anschlag begrenzt in dieser
Variante die Werkzeug-Einschiebebewegung
des Positionierhalters in einer Position, in der der Werkzeuganschlag
eine der vorbestimmten Position des Rotationswerkzeugs entsprechende Position
hat. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das an dem Positionierhalter
relativ zur Aufnahmeöffnung
des Werkzeughalters ausgerichtete Rotationswerkzeug bereits in der
durch den Werkzeuganschlag festgelegten Lage in den Werkzeughalter
eingeführt
wird, so dass eine nachträgliche,
manuelle Entnahmebewegung nicht mehr erforderlich ist. Insbesondere
kann das Einführen
des Rotationswerkzeugs durch Schwerkraft erfolgen, da der Halteranschlag
die Einführbewegung
selbsttätig
begrenzt.
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Unter
dem zweiten Aspekt lässt
sich die axiale Positionierung rasch und sicher durchführen, da sowohl
der Halteranschlag vor der Erwärmung
des Werkzeughalters justiert als auch der Positionierhalter mit
dem Rotationswerkzeug bestückt
und zur Aufnahmeöffnung
des Werkzeughalters fluchtend ausgerichtet werden kann.
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Die
Position des axial verschiebbaren Werkzeuganschlags gemäß dem ersten
Aspekt bzw. des Halteranschlags gemäß dem zweiten Aspekt kann im Prinzip
mittels eines gesonderten Messgeräts voreingestellt werden. Bevorzugt
umfasst die Einstellvorrichtung jedoch eine Längenmessvorrichtung, deren relativ
zu der Halteraufnahme längs
der Führung
verschiebbares Messglied den Werkzeuganschlag bzw. den Halteranschlag
bildet. Die Längenmessvorrichtung
kann mit einer Anzeigeeinrichtung versehen sein, die unmittelbar
die axiale Position des Anschlags relativ zu einer Bezugsfläche der
Halteraufnahme oder des Werkzeughalters anzeigt, so dass der Anschlag
problemlos auf eine Position eingestellt werden kann, die unter
beiden Aspekten die Werkzeugspitze nach dem Einschrumpfen einnehmen soll.
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Das
Messglied der Längenmessvorrichtung kann
manuell justierbar sein. Alternativ kann die Längenmessvorrichtung jedoch
auch einen Positionierantrieb, insbesondere einen auf einen vorgegebenen Positions-Sollwert einstellbaren,
geregelten Positionierantrieb umfassen, der das Messglied und damit den
Werkzeuganschlag gemäß dem ersten
Aspekt bzw. den Halteranschlag gemäß dem zweiten Aspekt in eine
der fortbestimmten Position des Rotationswerkzeugs entsprechende
Position stellt.
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Zweckmäßigerweise
wird die Längenmessvorrichtung
nach dem Einschrumpfen des Rotationswerkzeugs auch zur Kontrolle
des Schrumpfergebnisses ausgenutzt. Bevorzugt hat die Längenmessvorrichtung
einen Datenausgang für
Längenmessdaten,
so dass bei der Nachkontrolle ermittelte Längenabweichungen in einem Dokumentationsspeicher
gespeichert werden können
oder aber das voreingestellte Werkzeug bei seinem späteren Arbeitseinsatz in
einer Werkzeugmaschine begleiten, so dass eventuell aufgetretene
Abweichungen in der Arbeitsmaschine berücksichtigt werden können. Der
Datenausgang kann hierzu mit einem Drucker oder unmittelbar mit
der Arbeitsmaschine verbunden sein.
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Der
Positionierhalter umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung einen
längs der
Führung
verschiebbaren, quer dazu abstehenden Arm, der an seinem Ende den
Werkzeuganschlag sowie Ausrichtmittel für das Rotationswerkzeug trägt. Die
Ausrichtmittel können
beispielsweise nach Art eines Prismen-Auflagers ausgebildet sein.
Geeignet sind aber auch radial spreizbare oder aufweitbare Haltehülsen oder
dergleichen, insbesondere wenn zugleich radiale Haltekräfte auf
das Rotationswerkzeug ausgeübt werden.
Die Haltekräfte
können
jedoch auch durch zusätzliche
Spannmittel erzeugt werden, die auf das Rotationswerkzeug radial
gerichtete Haltekräfte
bzw. Klemmkräfte
ausüben.
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Für den Betrieb
des Geräts
muss sichergestellt sein, dass das Rotationswerkzeug während des Verschiebens
und Einschrumpfens in Anlagekontakt an dem Werkzeuganschlag bleibt.
Hierzu können den
Ausrichtmittels Spannmittel zugeordnet sein, die eine zum Werkzeuganschlag
hin gerichtete Verschiebekraft auf das Rotationswerkzeug ausüben. Bei
den Spannmitteln kann es sich um Klemmfedern oder Klemmbacken handeln,
die eine zum Werkzeuganschlag hin gerichtete Verschiebekraftkomponente
auf das Rotationswerkzeug ausüben.
Bei den Spannmitteln handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Permanentmagnet,
der das zumeist aus magnetischem Material, wie zum Beispiel Stahl
bestehende Rotationswerkzeug gegen den Werkzeuganschlag zieht. Um
eine Entmagnetisierung durch die Induktionsspuleneinheit zu vermeiden,
ist der Permanentmagnet bevorzugt als in einer Ferritabschirmung
untergebrachter Topfmagnet ausgebildet.
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Der
Werkzeuganschlag bzw. die Positionierhalterung sind zweckmäßigerweise
an einem von der Führung
quer abstehenden Arm vorgesehen, wobei der Arm relativ zu der Gerätebasis
um die Verschieberichtung schwenkbar ist, um so im Betrieb des Geräts möglichst
rasch in eine zur Aufnahmeöffnung des
Werkzeughalters ausgerichtete Stellung bzw. aus dieser Stellung
heraus bewegt werden zu können.
Hierbei kann der Arm relativ zu der Führung schwenkbar gestaltet
sein, oder aber es kann die gesamte Führung schwenkbar an der Gerätebasis
fixiert sein.
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Die
Ausrichtmittel sind bevorzugt quer zur Führung längs einer senkrecht zur Verschieberichtung
der Führung
verlaufenden Ebene verschiebbar an dem Arm geführt, so dass die Werkzeugachse
unabhängig
vom Durchmesser des Rotationswerkzeugs zentrisch zur Aufnahmeöffnung des Werkzeughalters
ausgerichtet werden kann.
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Bei
dem aus WO 01/89 758 A1 bekannten Gerät sind mehrere Halteraufnahmen
an einem Drehteller um dessen Drehachse herum verteilt angeordnet.
Die mit Werkzeughaltern bestückten
Werkzeugaufnahmen können
auf dem Drehteller nacheinander durch den Bereich der Induktionsspuleneinheit und
nachfolgend durch einen Bereich bewegt werden, in welchem sie mittels
Kühlmanschetten
abgekühlt
werden können.
Der Drehteller bedingt relativ großen Konstruktionsaufwand, insbesondere
wenn die auf ihm geführten
Werkzeugaufnahmen Referenzflächen
für die
Längeneinstellung
definieren. In einer bevorzugten sehr einfachen Ausgestaltung ist vorgesehen,
dass die Gerätebasis
eine ebene, im Wesentlichen horizontale Tischfläche bildet, auf der die Halteraufnahme
frei verschiebbar lose aufliegt. Die präzisionsbearbeitete Tischfläche erlaubt
exaktes, reproduzierbares Messen der Referenzpositionen des Werkzeughalters
bzw. der Halteraufnahme, ohne dass hierzu die Halteraufnahme exakt
reproduzierbar positioniert werden müsste. Auch lassen sich die
Werkzeugaufnahmen problemlos zwischen den verschiedenen Arbeitsbereichen
des Geräts
verschieben, ohne dass ein Drehteller oder dergleichen vorgesehen
wäre.
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Um
das Ausrichten der längs
der Tischfläche verschiebbaren
Halteraufnahmen relativ zur Induktionsspuleneinheit zu erleichtern,
sind an der Tischfläche
bevorzugt zwei Anschläge,
gegebenenfalls in Form einer Prismenführung vorgesehen, zwischen die
der kreisförmig
konturierte tischflächenseitige
Bereich der Halteraufnahme mit einem Umfangssegment eingeschoben
werden kann. Bevorzugt wird die Halteraufnahme in dieser Position
jedoch verrastet, um unbeabsichtigtes Verschieben zu vermeiden. Hierzu
kann beispielsweise ein Permanentmagnet an der Gerätebasis
vorgesehen sein, der mit einem magnetisierbaren Gegenstück der Halteraufnahme
fixierend zusammenwirkt. In einer besonders einfachen Ausgestaltung
ist jedoch vorgesehen, dass auf einem zur Induktionsspuleneinheit
zentrischen Kreis um die kreisförmige
Außenkontur der
Halteraufnahme im Abstand voneinander zumindest drei die Halteraufnahme
zwischen sich fixierende Anschläge über die
Tischfläche
vorstehen, von denen zwei starr sind und wenigstens einer quer zur
Tischfläche
elastisch auslenkbar ist. Der auslenkbare Anschlag bildet ein Rastorgan,
welches bei der Verschiebebewegung der Halteraufnahme überwunden
werden kann.
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Im
Betrieb des Geräts
muss die Einstellvorrichtung relativ zu einer Bezugsfläche des
Werkzeughalters, zumeist aber relativ zu einer Bezugsfläche der
Halteraufnahme auf Null gesetzt werden. Da die Werkzeugaufnahmen
an unterschiedliche Normkupplungen von Werkzeughaltern angepasst
sein müssen,
ist schon vorgeschlagen worden, die Werkzeugaufnahme jeweils beizubehalten
und für
die Anpassung jeweils einen Adapter aus einem den verschiedenen
Normkupplungen genügenden
Satz von Adaptern auszuwählen.
Die Verwendung herkömmlicher
Adapter führt
jedoch zu einer Veränderung
der Referenzebene, so dass beim Wechseln des Adapters die Längenmessvorrichtung
erneut auf Null gesetzt werden muss. In einer bevorzugten, diesen Nachteil
vermeidenden Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, dass die Halteraufnahme
auf ihrer oberen Seite eine Zentrieröffnung für die zentrische Fixierung
eines für
die Aufnahme eines Werkzeughalters bestimmten Adapters aufweist,
wobei die Zentrieröffnung
an mehrere Adapter unterschiedlicher Werkzeughalter angepasst ist
und dass jeder der Adapter an die die Zentrieröffnung angepasst ist auf seiner
oberen Seite eine zur Tischfläche
parallele Referenzfläche
hat, deren Abstand zur Tischfläche
bei in die Zentrieröffnung
eingesetztem Adapter für
die Adapter, an die die Zentrieröffnung
angepasst ist, gleich ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei
zeigt:
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1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines induktiven Schrumpfgeräts mit einer
Längeneinstellvorrichtung
und
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2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Variante des Schrumpfgeräts.
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1 zeigt
eine Teilansicht eines induktiven Schrumpfgeräts mit dem ein Rotationswerkzeug 1, beispielsweise
ein Bohrer oder Fräser
in einer zur Drehachse 3 zentrischen Aufnahmeöffnung 5 eines Werkzeughalters 7 lösbar gespannt
werden kann. Der Werkzeughalter 7 umfasst eine Normkupplung 9 für den Anschluss
an eine Maschinenspindel einer nicht näher dargestellten Arbeits-
oder Werkzeugmaschine. Bei der Norm-Kupplung kann es sich um eine Steilkegelkupplung
oder eine Hohlschaft (HSK)-Kupplung oder dergleichen handeln. Der Norm-Kupplung 9 axial
abgewandt steht von dem Werkzeughalter 7 ein Hülsenteil 11 ab,
der die Aufnahmeöffnung 5 enthält und den
Schaft 13 des Werkzeugs 1 im Presssitz drehfest
hält.
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Das
Schrumpfgerät
umfasst eine mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom gespeiste
Induktionsspule 15, die den metallischen Hülsenteil 11 während des
Spannvorgangs umschließt
und in dem Hülsenteil 11 transformatorisch
Wirbelströme
induziert, die den Hülsenteil 11 thermisch
soweit dehnen, dass der Schaft 13 des Werkzeugs 1 die
Aufnahmeöffnung 5 eingesteckt
oder aus ihr entnommen werden kann. Da der Durchmesser des Schafts 13 etwas größer ist
als der Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung 5, wird er
nach Abkühlen
des Hülsenteils 11 im
Presssitz in der Aufnahmeöffnung 5 gehalten.
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Für den thermischen
Spannvorgang sitzt der Werkzeughalter 7 mit vertikaler
Achse 3 und nach oben gerichtetem Hülsenteil 11 in einer
die Normkupplung 9 sowohl axial als auch radial positioniert haltenden
Halteraufnahme 17. Die Induktionsspule 16 ist
an einer Führung 19 vertikal
verschiebbar und arretierbar geführt,
so dass sie von oben her auf den Hülsenteil 11 zentrisch
aufgesetzt werden kann. Axial beiderseits der Induktionsspule 15 sind
ringscheibenförmige
Polschuhe eines Magnetflusskonzentrators 21 angeordnet,
die am Umfang der Induktionsspule 15 über ein Joch verbunden sind.
Der Magnetflusskonzentrator 21 besteht aus Ferritmaterial
oder einem anderen magnetisch leitenden, elektrisch nicht leitenden
Material und konzentriert das Magnetfeld der Induktionsspule 15 auf
den Hülsenteil 11.
Darüber
hinaus schirmt der Magnetflusskonzentrator 21 den über den
Hülsenteil 11 nach
oben vorstehenden Bereich des Werkzeugs 1 magnetisch ab,
so dass sich dieser Bereich nicht oder nur unwesentlich erwärmt. Weitere
Einzelheiten eines herkömmlichen Schrumpfgeräts dieser
Art sind in WO 01/89758 A1 beschrieben. Es versteht sich, dass nicht
nur eine zur Rotationsachse 3 zentrische Induktionsspule
geeignet ist, sondern auch Induktionsspulenanordnungen, die ein
in Umfangsrichtung des Hülsenteils 11 gerichtetes
Magnetfeld erzeugen.
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In
dem in 1 dargestellten Bereich wird der Werkzeughalter 1 zur
Wärmedehnung
seiner Aufnahmeöffnung 5 induktiv
erwärmt.
Nach dem Einsetzen oder Entnehmen des Werkzeugs 1 wird
die noch mit dem erwärmten
Werkzeughalter 7 beschickte Halteraufnahme 17 in
einen Bereich überführt, in dem
der Werkzeughalter 7 abkühlen kann, insbesondere jedoch
zwangsgekühlt
wird, wie dies beispielsweise in WO 01/89758 A1 anhand von mit einer
Kühlflüssigkeit
beschickten Kühlmanschetten
erläutert
ist. Um die Halteraufnahmen 17 zwischen den verschiedenen
Arbeitsbereichen des Geräts
verschieben zu können,
hat das Gerät
eine die Gerätebasis
bildende Platte 23 mit einer horizontalen, präzise eben
bearbeiteten Tischfläche 25,
auf der die lose aufliegende Halteraufnahme 17 manuell
verschoben werden kann. Von der Tischfläche 25 stehen zwei
feste Anschläge 27 und
wenigstens ein, vorzugsweise jedoch zwei quer zur Tischfläche 25 federnd
eindrückbare, kugelförmige Rastanschläge 29 ab.
Die Anschläge 27, 29 sind
im Abstand voneinander auf einem zur Induktionsspule 15 zentrischen
Kreis angeordnet, der die gleichfalls kreisförmige Außenkontur des Fußbereichs
der Halteraufnahme 17 umschließt. Die Anschläge 27, 29 erlauben
eine definierte Positionierung des Aufnahmehalters zentrisch zur
Induktionsspule 15, deren Haltekraft durch Eindrücken der
Rasten 29 beim Verschieben der Halteraufnahme 17 überwunden
werden kann. Es versteht sich, dass Positionieranschläge der erläuterten
Art auch in anderen Bereichen des Geräts, beispielsweise in dem für die Kühlung bestimmten
Bereich angeordnet sein können.
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Um
in der Arbeitsmaschine Rotationswerkzeuge reproduzierbar austauschen
zu können,
soll die Spitze 31 des Rotationswerkzeugs 1 eine
vorbestimmte axiale Position in Bezug auf den Werkzeughalter 7 und
insbesondere dessen Normkupplung 9 haben. Das Rotationswerkzeug 1 wird
hierzu während
des Einschrumpfvorgangs relativ zu dem Werkzeughalter 7 axial
so positioniert, dass die Spitze 31 eine vorbestimmte Position
relativ zu einer Bezugsfläche 33 der
Halteraufnahme 17 und damit eine vorbestimmte Position
relativ zur Normkupplung 9 hat. Um diese vorbestimmte Position
einstellen zu können,
ist an der die Gerätebasis
bildenden Platte 23 eine vertikale Führungssäule 35 aufgebaut,
an welcher ein längs
der Führungssäule 35 verschiebbares Messglied
in Form eines Arms 37 einer Längenmessvorrichtung 39 verschiebbar
ist. Die Längenmessvorrichtung 39 umfasst
ein Anzeigedisplay 41, welches an der Bezugsfläche 33 der
Halteraufnahme 17 oder einer anderen Bezugsfläche, insbesondere
des Werkzeughalters 7 auf Null gesetzt werden kann. Der Arm 37 übergreift
die Spitze 31 des Rotationswerkzeugs 1 und bildet
in diesem Bereich einen Anschlag 43, der die Entnahmebewegung
des Rotationswerkzeugs 1 begrenzt. Der Arm 37 ist
an der Führungssäule 35 parallel
zur Rotationsachse 3 verschiebbar und zusammen mit der
Führungssäule 35 um
eine zur Verschieberichtung parallele Drehachse 45 zwischen
einer ersten Schwenkstellung, in der der Anschlag 43 die
Werkzeugspitze 31 überlappt
und einer nicht überlappenden
Schwenkstellung schwenkbar, in der das Rotationswerkzeug vom Arm 37 nicht
behindert in die Aufnahmeöffnung 5 eingesetzt
oder aus dieser entnommen werden kann. Die Führungssäule 35 ist mittels
eines vorgespannten Kugellagers 47 präzise an der Platte 23 gelagert.
Es versteht sich, dass die Führungssäule 35 auch
starr an der Platte 23 angebracht sein kann, wenn statt
dessen der Arm 37 schwenkbar an der Führungssäule 35 gelagert ist. Die
Längenmessvorrichtung 39 einschließlich ihrer Führungssäule 35 kann
gegebenenfalls bei einem herkömmlichen
Schrumpfgerät
nachgerüstet
werden.
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Um
das Rotationswerkzeug 1 in einer vorbestimmten Position
in den Werkzeughalter 7 einzuschrumpfen, wird zunächst die
Induktionsspule 15 in ihre den Hülsenteil 11 umschließende Heizstellung gebracht,
wobei der Arm 37 der Längenmessvorrichtung 39 zunächst noch
seitlich des Werkzeughalters 7 auf eine der vorbestimmten
Position entsprechende Position seines Anschlags 43 eingestellt
wird. Hierzu wird zunächst
die Längenmessvorrichtung 39 bei
an der Referenzfläche 33 anliegendem
Anschlag 43 auf Null gesetzt, worauf dann der Arm längs der Führungssäule 35 in
die am Display 41 angezeigte, der vorbestimmten Position
entsprechende Position gestellt und dort arretiert wird. Daraufhin
wird die Induktionsheizeinrichtung eingeschaltet, bis sich der Hülsenteil 11 soweit
erwärmt,
dass der Schaft 13 des Rotationswerkzeugs 1 in
die Aufnahmeöffnung 5 eingesteckt
werden kann. Noch während
der Erwärmungsphase
oder kurz danach wird der Arm 37 über das Rotationswerkzeug 1 geschwenkt,
so dass die Anschlagfläche 43 mit
der Werkzeugspitze 31 überlappt.
Das Rotationswerkzeug 1 wird dann manuell erfasst und soweit
angehoben, dass die Spitze 31 an dem Anschlag 43 anliegt.
In dieser Position wird das Rotationswerkzeug 1 manuell
einige Sekunden solange gehalten, bis der sich abkühlende Hülsenteil 11 den
Schaft 13 hinreichend fixiert. Der Arm 37 verjüngt sich
zum Anschlag 43 hin und die Induktionsspule 15 einschließlich des
Magnetflusskonzentrators 21 schließt in geringem Abstand von
der werkzeugseitigen Stirn des Hülsenteils 11 im
Wesentlichen flach ab, so dass zwischen der Induktionsspule 15 und dem
Arm 37 hinreichend Zwischenraum zum manuellen Ergreifen
des Rotationswerkzeugs 1 verbleibt. Da der Arm 37 vorpositioniert
in seine mit der Spitze 31 des Rotationswerkzeugs 1 überlappende
Stellung geschwenkt werden kann genügen einige wenige Sekunden,
um das Rotationswerkzeug 1 in die vorbestimmte Position
relativ zu dem Werkzeughalter 7 manuell einstellen zu können.
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In
einer Variante der Längenmessvorrichtung 39 ist
dem Arm 37 ein Stellantrieb, beispielsweise ein Zahnstangen-Zahnrad-Stellantrieb,
wie er bei 49 angedeutet ist zugeordnet, der den Arm 37 und damit
den Anschlag 43 längs
der Führungssäule 35 verstellt.
Der Stellantrieb 49 kann insbesondere Bestandteil eines
Positionierantriebs sein, der den Anschlag 43 auf einen
wählbar
vorgegebenen Positions-Sollwert regelt.
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Die
Halteraufnahme 17 hält
die Norm-Kupplung 9 des Werkzeughalters 7 in einer
an die Form und Größe dieser
Kupplung angepassten Aufnahmeöffnung 51.
Um die Halteraufnahme 17 an unterschiedliche Werkzeughalter 7 anpassen
zu können, hat
sie auf ihrer Oberseite eine zentrische, durch eine Schulter 53 nach
unten abgeschlossene Zentrieröffnung 55,
für die
Aufnahme eines scheibenförmigen, die
Aufnahmeöffnung 51 bildenden
Adapters 57, dessen obere Fläche die Bezugsfläche 33 bildet.
Die den unterschiedlichen Werkzeughaltern 7 angepassten Adapter 57 sind
so ausgebildet, dass der Abstand der Bezugsfläche 33 von der Tischfläche 25 bei
in die Zentrieröffnung 55 eingesetztem
Adapter 57 für sämtliche
der Halteraufnahme 17 zugeordneten Adapter 57 gleich
ist. Dies hat den Vorteil, dass die Längenmessvorrichtung 39 nicht
nach dem Wechsel des Adapters 57 erneut durch Anlegen des
Anschlags 43 an die Bezugsfläche 33 auf Null gesetzt
werden muss.
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2 zeigt
eine Variante des anhand der 1 erläuterten
Geräts.
Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der 1 und
zur Unterscheidung mit dem Buchstaben a versehen. Zur Erläuterung
des Aufbaus, der Wirkungsweise und eventueller Varianten wird auf
die Beschreibung von 1 Bezug genommen. Die Komponenten 1 bis 57 sind
auch an der Variante der 2 vorhanden.
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Die
Variante der 2 unterscheidet sich von der
Ausführungsform
der 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Arm 37a längs der
Führungssäule 35a frei
verschiebbar, jedoch mittels einer Arretiervorrichtung 59 fixierbar
ist und an seinem die Werkzeuganschlagfläche 43a bildenden
Ende einen Positionierhalter 61 für das die Werkzeugspitze 31a bildende
Ende des Rotationswerkzeugs 1a trägt. Der Positionierhalter 61 hat
ein Prismenauflager 63, das das Rotationswerkzeug 1a achsparallel
zur Achse 3a des Werkzeughalters 7a ausrichtet
sowie Fixiermittel 65, beispielsweise in Form eines das
Rotationswerkzeug 1a radial in das gegenüberliegende
Prismenauflager 63 drückenden,
radial federnden Backen 65. Ein im Bereich des Anschlags 43a angeordneter
Permanentmagnet 67 zieht die Spitze 31a des Rotationswerkzeugs 1a in
Anlagekontakt mit dem Anschlag 43a. Der Positionierhalter 61 ist
senkrecht zur Verschieberichtung der Führungssäule 35a mittels einer
Zapfenführung 69 oder
dergleichen verschiebbar an dem Arm 37a geführt, so
dass das Rotationswerkzeug 43a gegebenenfalls unter Verschwenkung des
Arms 37a um die Drehachse 45a der Führungssäule 35a gleichachsig
zur Aufnahmeöffnung 5a des Werkzeughalters 7a ausgerichtet
werden kann.
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Die
Verschiebebewegung des Arms 37a ist in Werkzeug-Einschieberichtung
durch einen längs der
Führungssäule 35a verschiebbaren
Anschlag 71 begrenzt, dessen Position mittels der Längenmessvorrichtung 39a relativ
zur Bezugsfläche 33a der
Halteraufnahme 17a auf einen definierten Wert einstellar ist.
Der Anschlag 71 ist mittels einer Arretiervorrichtung 73 relativ
zur Führungssäule 35a arretierbar. Der
Anschlag 71 wird so eingestellt, dass der Anschlag 43a des
an dem Anschlag 71 anliegenden Arms 37a die Position
bezogen auf die Bezugsfläche 33a hat,
die die Spitze 31a des Rotationswerkzeugs 1a nach
dem Einschrumpfen in den Werkzeughalter 7a haben soll.
Die Längenmessvorrichtung 39a wird auch
in dieser Variante durch Anlegen des Anschlags 43a an die
Bezugsfläche 33a auf
Null gesetzt.
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Zum
Einschrumpfen des Rotationswerkzeugs 1a in der vorbestimmten
Position wird zunächst
die Induktionsspule 15a auf den Hülsenteil 11a des in
der Halteraufnahme 17a eingesetzten Werkzeughalters 7a aufgesetzt
und es wird zum einen der Anschlag 71 auf eine der vorbestimmten
Position des Anschlags 31a entsprechende Position mittels
der Längenmessvorrichtung 39a justiert
und arretiert. Zum anderen wird das Rotationswerkzeug 1a in den
Positionierhalter 61 eingesetzt und mit seiner Spitze 31a gegen
den Anschlag 43a gestellt. Nach dem Erwärmen des Werkzeughalters mittels der
Induktionsspule 15a wird der Arm 37a bei zentrisch
zur Aufnahmeöffnung 5a ausgerichtetem
Positionierhalter 61 bis an den Anschlag 71 abgesenkt, wodurch
der Schaft 13a in den Hülsenteil 11a eingeschoben
wird. Die Einschubbewegung erfolgt zweckmäßigerweise auf Grund der Schwerkraft.
Es genügt, das
untere Ende des Werkzeugschafts 13a anfänglich zur Aufnahmeöffnung 5a auszurichten.
Nach dem anfänglichen
Abkühlen
des Hülsenteils 11a ist der
Schaft 13a in dem Werkzeughalter 7a fixiert und der
Arm 37a wie auch die Induktionsspule 15a können nach
oben abgehoben werden. Die Halteraufnahme 17a kann dann
in den Kühlbereich
des Geräts verschoben
werden, wo eine Kühlmittel
durchströmte Manschette
auf den Hülsenteil 11a aufgesteckt
werden kann.
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Der
Positionierhalter 61 kann anstelle der Prismenaufnahme 63 und
des Klemmbackens 65 auch andere achsparallel zentrierende
Halterungen aufweisen, beispielsweise in der Art einer Zentrierzange
oder dergleichen. Anstelle des Permanentmagnets 67 kann
auch vorgesehen sein, dass der Klemmbacken 65 nicht nur
radiale Klemmkräfte
sondern auch axial zum Anschlag 43a gerichtete Schubkräfte auf
das Rotationswerkzeug 1a ausübt.
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In
einer nicht näher
dargestellten Variante des in 2 dargestellten
Geräts
kann der Positionierhalter 61 auch entfallen, so dass an
dem Arm 37a lediglich der Werkzeuganschlag 43a verbleibt.
Die Längeneinstellung
des Rotationswerkzeugs 1a erfolgt dann wie anhand der 1 bereits
erläutert.
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Es
versteht sich, dass auch die Längenmessvorrichtung 39a mit
einem Positionierantrieb 49a ausgerüstet sein kann, um so steuerbar
den Anschlag 71 auf eine gewünschte Position zu verschieben.
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Die
anhand der 1 und 2 erläuterten Längenmessvorrichtungen
können
auch zur Nachkontrolle der Längeneinstellung
des Werkzeughalters genutzt werden, indem die Werkzeuganschläge 43 bzw. 43a nach
dem Abkühlen des
Werkzeughalters erneut an die Spitze des Rotationswerkzeugs angelegt
werden und mittels der Längenmessvorrichtungen 39 bzw. 39a die
tatsächlich
erreichte Länge gemessen
wird. Die Längenmessvorrichtungen 39, 39a können einen
Datenausgang haben, über
den das Ergebnis der Kontrollmessung dokumentiert, zum Beispiel
mittels eines Druckers in Papierform gebracht wird oder aber für den Betrieb
des Werkzeughalters unmittelbar der Arbeitsmaschine, beispielsweise
einer NC-Maschine zugeführt
wird, die eventuelle Abweichungen von dem vorbestimmten Längenwert
auf diese Weise berücksichtigen
kann.
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In
den vorangegangen erläuterten
Varianten ist der Werkzeuganschlag um die Verschieberichtung der
Führung
schwenkbar. Es versteht sich, dass der Werkzeuganschlag und gegebenenfalls
der Positionshalter auch radial zur Verschieberichtung der Führung verstellbar
geführt
sein können,
um in die oder aus der Bewegungsbahn des Rotationswerkzeugs bewegt
werden zu können.
Schließlich
kann auch daran gedacht werden, den Arm, an dem der Werkzeuganschlag
gehalten ist, zu diesem Zweck nach oben abklappbar zu gestalten.