-
Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter zum lösbaren Verbinden eines drehenden Werkzeugs mit einer Antriebsspindel, mit einem Schaft, der zum Einsetzen in eine Aufnahmebohrung der Antriebsspindel bestimmt ist und einen konischen Schaftabschnitt mit einem größeren und einem kleineren Ende aufweist, einem Flansch, der dem größeren Ende des konischen Schaftabschnitts benachbart und an eine Stirnfläche der Antriebsspindel andrückbar ist, und einem am kleineren Ende des konischen Schaftabschnitts angeordneten Spannzapfen mit einem Greifende, das dazu bestimmt ist, von einer in der Aufnahmebohrung angeordneten Spannzange gegriffen zu werden.
-
Werkzeughalter der angegebenen Art dienen dazu, ein drehendes Bearbeitungswerkzeug auswechselbar mit der das Werkzeug bewegenden Antriebsspindel zu verbinden. Hierbei kommt es darauf an, dass die Drehachse des Werkzeugs möglichst genau mit der Drehachse der Spindel in Übereinstimmung gebracht wird und dass das Werkzeug in axialer und radialer Richtung rüttelfest und schwingungsstabil an der Antriebsspindel abgestützt wird, damit eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden kann. Um eine genaue und stabile Verankerung des Werkzeugs in der Aufnahmebohrung der Antriebsspindel zu erreichen, ist man bestrebt, den Werkzeughalter so zu gestalten, dass nach dem Einsetzen des Werkzeughalters in die Aufnahmebohrung der Antriebsspindel und dem Festspannen mit Hilfe einer den Spannzapfen nach Innen ziehenden Spannzange der konische Schaftabschnitt gleichmäßig an die entsprechend geformte Gegenfläche der Aufnahmebohrung gepresst und gleichzeitig auch der Flansch an eine Stirnfläche der Antriebsspindel angedrückt wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass das an dem Werkzeughalter befestigte Werkzeug auch unter der Wirkung der bei der Bearbeitung von Werkstücken auftretenden Kräfte seine axiale und radiale Position in Bezug auf die Antriebsspindel nicht verändert, so dass eine sehr genaue Bearbeitung erreicht werden kann.
-
Bei Anwendungen, bei denen das Werkzeug mit sehr hoher Drehzahl angetrieben wird, kann das Problem bestehen, dass sich infolge der Zentrifugalkräfte die Durchmesser der konischen Lagerflächen geringfügig verändern und zu einer weniger guten radialen Abstützung des Schafts in der Antriebsspindel führen. Es besteht daher das Bedürfnis, die Abstützung von Werkzeughaltern der angegebenen Art weiter zu verbessern.
-
Aus
JP 07 299 614 A ist ein Werkzeughalter der angegebenen Art bekannt, bei dem der konische Schaftabschnitt eine zentrale Ausnehmung aufweist, in der eine Kugelspreizvorrichtung angeordnet ist, die einen mit dem Spannzapfen verbundenen Spreizkörper aufweist. Beim Einsetzen des bekannten Werkzeughalters in die Aufnahmebohrung einer Antriebsspindel wird durch eine auf den Spannzapfen einwirkende Zugkraft einer Zugvorrichtung zunächst der Flansch gegen die Stirnfläche der Antriebsspindel gezogen und dann durch die Wirkung der Kugelspreizvorrichtung der konische Schaftabschnitt radial aufgeweitet und an die konische Innenfläche der Aufnahmebohrung angepresst. Dieser bekannte Werkzeughalter erfordert einen relativ großen Schaftdurchmesser und dürfte für sehr hohe Drehzahlen weniger geeignet sein, da die Gefahr besteht, dass die Kugelspreizvorrichtung Unwuchten verursacht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Werkzeughalter zu schaffen, der für hochtourig drehende Antriebsspindeln geeignet ist und kleine Schaftdurchmesser ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Schaft des Werkzeughalters einen Klemmabschnitt mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist, der sich an das kleinere Ende des konischen Schaftabschnitts anschließt und der eine Bohrung mit einem konischen Bohrungsabschnitt enthält und dass der Spannzapfen einen Spannabschnitt hat, der in der Bohrung des Klemmabschnitts axial bewegbar angeordnet ist und mit dem konischen Bohrungsabschnitt derart zusammenwirkt, dass durch eine den Spannzapfen gegenüber dem Schaft in Richtung seines Greifendes verlagernde Zugkraft eine Vergrößerung des Außendurchmesser des Klemmabschnitts bewirkt wird.
-
Der Werkzeughalter nach der Erfindung hat den Vorteil, dass der Schaft an seinem kleineren Ende durch den Klemmabschnitt zusätzlich mit einer definierten Radialkraft festgespannt wird. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Abstützung und Zentrierung erreicht, die auch gegen Einflüsse sehr hoher Drehzahlen unempfindlich ist, da die den Spannzapfen kontinuierlich belastende Zugkraft die radiale Klemmung des Klemmabschnitts aufrecht erhält. Der Werkzeughalter nach der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass durch Fertigungstoleranzen bedingte Schwankungen in der Anpressung des konischen Schaftabschnitts an die konische Innenfläche der Aufnahmebohrung der Antriebsspindel weitgehend kompensiert werden, so dass auch unter ungünstigen Bedingungen ein schwingungsstabiler Sitz des Werkzeughalters in der Antriebsspindel gewährleistet ist.
-
Ein weiterer Vorteil der Gestaltung nach der Erfindung besteht darin, dass sie zur Herstellung von Werkzeughaltern mit sehr kleinem Durchmesser geeignet ist und dass auch bei sehr kleinen Durchmessern eine stabile Abstützung und Übertragung eines relativ hohen Drehmoments ermöglicht wird.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Klemmabschnitt des Schafts geschlitzt sein. Hierdurch kann im Vergleich zur axialen Zugkraft, die auf den Spannzapfen einwirkt, eine stärke radiale Pressung erreicht werden. Außerdem können größere Durchmesserunterschiede zwischen dem Klemmabschnitt und der Aufnahmebohrung der Antriebsspindel überbrückt werden.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bohrung den Schaft und den Flansch des Werkzeughalters durchdringt und dass in der Bohrung eine Werkzeugaufnahme angeordnet ist, die mit einer dem Spannzapfen zugekehrten Stirnfläche einen axialen Anschlag für den Spannzapfen bildet. Diese Gestaltung des Werkzeughalters ist einfach herstellbar und hat weiterhin den Vorteil, dass der Schaft, der Klemmabschnitt und der Flansch aus einem Stück bestehen können, da der Spannzapfen durch das vordere, die Werkzeugaufnahme aufnehmende Ende der Bohrung in den Klemmabschnitt eingesetzt werden kann. Die Gestaltung eignet sich besonders gut für die Herstellung von Werkzeughaltern mit kleinem Außendurchmesser.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
-
1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführung eines Werkzeughalters nach der Erfindung,
-
2 eine Seitenansicht des Werkzeughalters gemäß 1, teilweise geschnitten,
-
3 einen Querschnitt des Werkzeugaufnahmeendes einer Antriebsspindel mit einem in die Antriebsspindel eingesetzten Werkzeughalter nach der Erfindung.
-
Der in den 1 und 2 dargestellte Werkzeughalter 1 besteht im Wesentlichen aus einem Schaft 2, einem Flansch 3, einem Spannzapfen 4 und einer Werkzeugaufnahme 5. Der Schaft 2 weist einen konischen Schaftabschnitt 6 auf, dessen größeres Ende dem Flansch 3 benachbart ist. An das kleinere Ende des Schaftabschnitts 6 schließt ein Klemmabschnitt 7 mit einer zylindrischen Außenfläche 8 an. Der Schaft 2 und der Flansch 3 sind gemeinsam von einer zentralen Bohrung 9 durchsetzt. In dem Klemmabschnitt 7 weist die Bohrung 9 einen konischen Bohrungsabschnitt 10 auf, dessen Durchmesser mit wachsender Entfernung von dem Schaftabschnitt 6 abnimmt. Das kleinere Ende des konischen Bohrungsabschnitts 10 ist durch einen ersten, zylindrischen Bohrungsabschnitt 11 und einen zweiten, etwas kleineren zylindrischen Bohrungsabschnitt 12 mit der endseitigen Stirnfläche des Klemmabschnitts 7 verbunden. Die Wand der Klemmabschnitte 7 ist mit mehreren, sich axial erstreckenden Schlitzen 13 versehen, die radiales Verformen erleichtern.
-
In dem konischen Bohrungsabschnitt 10 befindet sich ein konischer Spannabschnitt 14, der die gleiche Konizität wie der konische Bohrungsabschnitt 10 aufweist und mit seiner konischen Außenfläche an der konische Innenfläche des Bohrungsabschnitts 10 anliegt. Der Spannabschnitt 14 ist an einem Ende des Spannzapfens 4 ausgebildet. Von dort erstreckt der sich ein zylindrischer Abschnitt des Spannzapfens 4 durch die Bohrungsabschnitte 11, 12 aus dem Klemmabschnitt 7 heraus und bildet ein Greifende 15, das durch eine ringförmige Einschnürung abgesetzt ist. In Richtung des konischen Schaftabschnitts 6 stützt sich der Spannabschnitt 14 mit einer Stirnfläche 16 an einem Hülsenabschnitt 17 ab, der in die Bohrung 9 eingesetzt ist und der die Werkzeugaufnahme 5 in dem Schaft 2 abstützt und zentriert. Die Werkzeugaufnahme 5 weist außerdem einen Befestigungsflansch 18 auf, der durch Schweißen unlösbar mit dem Flansch 3 verbunden ist.
-
3 zeigt das zur Aufnahme eines Werkzeughalters ausgebildete Ende einer Motorspindel 20 zum hochtourigen Antreiben eines drehenden Werkzeugzeugs zur spanabhebenden Bearbeitung. Motorspindeln dieser Art werden auch Schnellfrequenzspindeln oder Hochfrequenzspindeln genannt. Die Motorspindel 20 weist eine Antriebsspindel 21 auf, die mit einer durchgehenden Längsbohrung 22 versehen ist. Mit einem konisch erweiterten Ende bildet die Längsbohrung 22 eine Aufnahmebohrung 23 für einen Werkzeughalter 1. In der Längsbohrung 22 ist axial verschiebbar eine Schnellspannvorrichtung mit einer Spannhülse 24 und einer Anzugstange 25 angeordnet. Das der Aufnahmebohrung 23 zugewandte Ende der Spannhülse 24 bildet eine Spannzange 26.
-
Wie 3 zeigt, befindet sich in der Aufnahmebohrung 23 ein Werkzeughalter 1 der in den 1 und 2 gezeigten Ausführung. Der Werkzeughalter 1 liegt mit seinem konischen Schaftabschnitt 6 gleichmäßig an der Innenwand der konischen Aufnahmebohrung 23 an und erstreckt sich mit seinem zylindrischen Klemmabschnitt 7 in einen zylindrischen Teil der Längsbohrung 22 der Antriebsspindel 21 hinein. Die Spannzange 26 umgreift das Greifende 15 des Spannzapfens 4 und greift mit ihren Spannklauen in die ringförmige Ausnehmung des Spannzapfens 4 ein.
-
Zum Festspannen des Werkzeughalters 1 wird die Anzugstange 25 mit einer Zugkraft belastet, die bestrebt ist, sie tiefer in die Längsbohrung 22 hineinzuziehen. Die Zugkraft wird auf die Spannhülse 24 und von dieser über die Spannzange 26 auf den Spannzapfen 4 übertragen. Hierdurch wird der Werkzeughalter 1 so weit in die Aufnahmebohrung 23 hineingezogen, bis der Flansch 3 mit seiner Anlagefläche fest an der endseitigen Stirnfläche der Antriebsspindel 21 anliegt. Gleichzeitig wird hierbei der konische Schaftabschnitt 6 um einen definierten Betrag in die Aufnahmebohrung 23 hineingezogen und dadurch fest an die konische Innenwand der Aufnahmebohrung 23 angepresst. Die auf den Spannzapfen 4 einwirkende Zugkraft bewirkt außerdem eine geringfügige Verlagerung seines Spannabschnitts 14 in Kraftrichtung, wodurch der Klemmabschnitt 7 radial aufgeweitet und fest an die Wand der Längsbohrung 22 angepresst wird. Die am Ende des Spannvorgangs von der Anzugstange 25 ausgeübte Zugkraft wird auch während des Betriebs der Motorspindel und der Durchführung von Bearbeitungsvorgängen aufrechterhalten. Kommt es durch temperaturbedingte Einflüsse oder durch Zentrifugalkräfte bei hohen Drehzahlen zu einer die radiale Klemmung des Werkzeughalters 1 in der Aufnahmebohrung 23 verringernde Durchmesseränderung, so kann der Spannzapfen 4 unter der Wirkung der Zugkraft den Klemmabschnitt 7 weiter aufweiten und dadurch ein Nachgeben oder Lockern des Sitzes des Werkzeughalters 1 in der Aufnahmebohrung 23 der Antriebsspindel 21 verhindern.
-
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
-
