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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Werkzeugadapter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Mit derartigen Adaptern werden Bohr-,
Fräs-, Säge- oder
sonstige rotierende Werkzeuge an der Werkzeugaufnahme einer rotierenden
Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine lösbar und austauschbar befestigt.
Dazu wird ein Werkzeugschaft an der Werkzeugseite des Adapters in
an sich bekannter Weise eingespannt oder festgelegt. Die Maschinenseite
des Werkzeugadapters ihrerseits wird an der Werkzeugaufnahme befestigt,
wobei entweder die Werkzeugaufnahme lösbar an der rotierenden Werkzeugspindel
des Bearbeitungswerkzeugs befestigbar ist oder die Werkzeugaufnahme
bereits einen Bestandteil dieser Werkzeugspindel bildet. Der Werkzeugadapter
ist dabei im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Rotationsachse
des Werkzeugs ausgebildet, um bei den bei der Bearbeitung auftretenden
hohen Drehgeschwindigkeiten Unwuchten zu vermeiden.
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Im Stand der Technik sind Werkzeugadapter bekannt,
bei denen ein in axialer Richtung gesehen zur Maschinenseite hin
konisch zulaufender Kegelabschnitt mit einem sich zur Werkzeugseite
hin daran unmittelbar anschließenden
Bund mit einer Plananlage versehen ist, wobei die Oberfläche der
Plananlage senkrecht zur Rotationsachse des Werkzeugadapters ausgerichtet
ist. An diesen Bund schließt
sich die Werkzeugseite mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur
Befestigung eines Werkzeuges oder Werkzeugschaftes an. Zur Verbindung
des Kegelabschnitts des Werkzeugadapters mit der Werkzeugaufnahme
dient eine in radialer Richtung angeordnete Querbohrung in dem Werkzeugadapter
sowie in der Werkzeugaufnahme. In diese korrespondierenden Bohrungen
wird ein Spannbolzen, der ebenfalls über einen kegelförmigen Abschnitt
verfügen
kann, eingesetzt und üblicherweise über ein
Innengewinde in den Bohrungen sowie ein Außengewinde am Spannbolzen festgelegt.
Derart wird der Werkzeugadapter in der Werkzeugaufnahme lösbar, austauschbar
festgelegt, wobei der Kegelabschnitt zur Führung/Ausrichtung des Werkzeugadapters
relativ zur Werkzeugaufnahme dient. Diese verfügt hierzu über eine entsprechend kegelförmig ausgebildete
Aufnahmeöffnung
für den
Kegelabschnitt des Werkzeugadapters sowie über eine plane Anschlagsfläche, die
in zusammengesetztem Zustand unmittelbar an der Plananlage des Bundes
des Werkzeugadapters anliegt und für eine exakte Ausrichtung des
Werkzeugadapters relativ zur Werkzeugaufnahme bzw. zur Rotationsachse
dient.
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Die Adapter werden dazu verwendet,
um insbesondere Werkzeuge mit unterschiedlichen Werkzeugschaftdurchmessern
an ein und derselben Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine
verwenden zu können,
sowie die Werkzeuge in einfacher und kostengünstiger Weise rasch auszutauschen.
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Als nachteilig hierbei hat sich jedoch
erwiesen, dass insbesondere wenn mehrere Adapter, in axialer Richtung
gesehen, hintereinander verwendet werden sollen, um zum Beispiel
in einer Werkzeugspindel mit großem Durchmesser ein Werkzeug
mit geringem Schaftdurchmesser verwenden zu können, d.h. also, wenn mehrere
Adapter als Zwischenstufen verwendet werden, die exakte axiale Ausrichtung
der einzelnen Adapter zueinander und zur Werkzeugspindel mit den
bekannten Adaptern nicht möglich
ist, da durch das einseitige Einspannen/Festlegen mit einem einzigen
Spannbolzen stets ein seitlicher Versatz in axialer Richtung gesehen
auftritt. Des weiteren können
Kräfte,
die senkrecht zur Rotationsachse wirken, was insbesondere beim Fräsen auftritt,
mit den bekannten Adaptern nicht in ausreichender Weise aufgefangen
werden und es treten Unwuchten auf. Das bedeutet, dass bei einer
Querbelastung der Adapter, auch wenn er fest in die Werkzeugaufnahme
eingespannt ist, stets einer geringfügigen Verkippung unterliegt,
so dass das Bearbeitungsergebnis verschlechtert wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik
ist der Fachmann vor die Aufgabe gestellt, einen Adapter dahingehend
zu verbessern, dass die axiale Ausrichtung des Adapters sowie des
darin festgelegten Werkzeuges relativ zur Werkzeugaufnahme auch beim
Auftreten hoher Querbelastungen zuverlässig gewährleistet ist, sowie das Einspannen
des Werkzeugadapters in der Werkzeugaufnahme mit korrekter axialer
Ausrichtung erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht
darin, dass der Werkzeugadapter einen weiteren zylindrischen Abschnitt
aufweist. Das bedeutet, dass sich in axialer Richtung zur Maschinenseite
hin gesehen an den Kegelabschnitt ein weiterer Abschnitt, der vorzugsweise
einstöckig
an den Kegelabschnitt angeformt ist, mit einem über seine axiale Längserstreckung
im wesentlichen konstanten Durchmesser anschließt. Dieser Zylinderabschnitt,
der in eine entsprechend ausgebildete und dimensionierte zylindrische
Ausnehmung in der Werkzeugaufnahme eingreift, nimmt die bei der
Bearbeitung entstehenden Querkräfte
auf, da er sich über
seinen gesamten Umfang und seine gesamte Länge an den inneren Wandungen
der entsprechenden Bohrung in der Werkzeugaufnahme abstützt bzw.
unmittelbar an diesen anliegt. Auch werden die Querkräfte von
den symmetrisch um den Umfang des Kegelabschnitts in den Querbohrungen
verteilt angeordneten Spannbolzen gemeinsam aufgenommen. Mit diesen
Spannbolzen ist zudem erreicht, dass der Adapter in der Werkzeugaufnahme
symmetrisch einspannbar ist. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn
die Spannbolzen sukzessive nacheinander, z.B. in den als Gewindebohrungen
ausgelegten Querbohrungen, schrittweise angezogen werden. Vorzugsweise
sind zwei Querbohrungen einander gegenüberliegend vorgesehen, es können aber
auch drei, vier oder sechs äquidistant über den
Umfang des Kegelabschnitts verteilt angeordnet sein.
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Vorzugsweise verfügt der Werkzeugadapter über eine
zentrale, axiale Bohrung für
die Kühlmittelzufuhr
im Inneren des Werkzeugadapters. Dadurch ist die Kühlung des
Bearbeitungswerkzeuges sowie das Abführen z.B. des zerspanten Materials
vom zu bearbeitenden Werkstück
zuverlässig
gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung sind am Werkzeug oder an der Befestigungsvorrichtung
des Werkzeugadapters Mitnehmernuten bzw. dazu komplementäre Führungsstege
ausgebildet, um das Werkzeug in der Befestigungsvorrichtung des
Werkzeugadapters mit definierter Schneidenlage, d.h. in gewünschter
Stellung, einzusetzen. Insbesondere ist vorgeschlagen, dass zwei
Nuten/Führungsstege
ausgebildet sind, die jeweils unterschiedlich z.B. in unterschiedlicher
Tiefe ausgeführt
sind, um eine exakte Ausrichtung in Rotationsrichtung gesehen des
Werkzeugs bezüglich
des Adapters zu erhalten. Gleichartige Nuten/Führungsstege können z.B.
auch an der Ausnehmung der Werkzeugaufnahme für die kegelförmigen und
zylindrischen Abschnitte des Werkzeugadapters bzw. umgekehrt vorgesehen
sein sowie an einer Einspannvorrichtung, mit der die Werkzeugaufnahme
an der rotierenden Werkzeugspindel der Bearbeitungsmaschine festgelegt
wird.
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Zur Festlegung des Werkzeugadapters
an der Werkzeugaufnahme sind die Querbohrungen vorzugsweise als
Kegelbohrungen ausgeführt,
um insbesondere Spannbolzen zu verwenden, wie sie in der auf denselben
Anmelder zurückgehenden
DE 202 08 610 offenbart
sind.
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Zur exakten Ausrichtung des Werkzeugadapters
bezüglich
der Werkzeugaufnahme ist des weiteren vorgeschlagen, dass die Plananlage
am Bund des Werkzeugadapters als Hohlschliff ausgeführt ist, das
heißt,
dass die Plananlage nicht exakt senkrecht zur Rotationsachse des
Werkzeugadapters ausgerichtet ist, sondern mit einer geringfügigen Neigung, so
dass der radial äußere Rand
der Plananlage beim Einspannen in die Werkzeugaufnahme zuerst mit
der korrespondierenden Anschlagsfläche an der Werkzeugaufnahme
in Kontakt kommt und derart eine exakte Ausrichtung sowie der passgenaue
Sitz des Adapters an der Werkzeugaufnahme erreicht wird.
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Zur leichteren Einführung des
zylindrischen Abschnitts des Werkzeugadapters in die korrespondierende
zylindrische Ausnehmung der Werkzeugaufnahme ist der zylindrische
Abschnitt an seinem freien Ende mit einer Fase oder konisch zulaufenden Abschrägung versehen.
Diese Fase kann auch mit einem Hinterschnitt ausgeführt sein,
so dass der zylindrische Abschnitt an diesem freien Ende mit einer kragenförmig umlaufenden
Schulter ausgestaltet ist. Für
diesen elastischen Zentrierbund kann auch die zylindrische Ausnehmung
in der Werkzeugaufnahme entsprechend ausgebildet sein, das heißt, dass
am Grund der zylindrischen Ausnehmung in der Werkzeugaufnahme diese
geringfügig
radial erweitert ist.
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Zum Ausgleich von Unwuchten im Werkzeugadapter
oder im Werkzeug sind im Bund des Werkzeugadapters symmetrisch über dessen
Umfang verteilt Ausnehmungen vorgesehen, in die Wuchtgewichte einsetzbar
sind. Vorteilhafter Weise sind diese Ausnehmungen bzw. die Wuchtgewichte entsprechend
der auf den Anmelden zurückgehenden
DE 202 17 172 ausgebildet.
Mit sechs äquidistant über den
Umfang des Bundes verteilt angeordneten Bohrungen für die Wuchtgewichte
lassen sich die auftretenden Unwuchten am besten ausgleichen.
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Im Rahmen der Erfindung ist die Werkzeugaufnahme
für den
vorstehend beschriebenen Werkzeugadapter jeweils entsprechend ausgebildet,
das heißt
sie verfügt
unter anderem über
eine sich an die kegelförmige Öffnung anschließende zylindrische Ausnehmung
für den
Zylinderabschnitt des Werkzeugadapters sowie über Bohrungen, um mit Spannbolzen,
die in die Querbohrungen des Werkzeugadapters eingreifen, diesen
an der Werkzeugaufnahme festzulegen.
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In bevorzugter Weise ist die Werkzeugaufnahme
auch entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt.
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In besonders vorteilhafter Weise
werden die Werkzeugaufnahme sowie der Werkzeugadapter gemeinsam
als System verwendet, um zum einen die präzise axiale Ausrichtung des
Adapters bzw. des daran angeordneten Werkzeuges zu erreichen und
zum anderen Beeinträchtigungen,
die durch beim Bearbeiten auftretende Querbelastungen auftreten
können,
zu vermeiden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil
entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
dargestellt ist. Es zeigen:
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1:
einen Werkzeugadapter im Querschnitt,
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2:
eine Werkzeugaufnahme,
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3:
einen Spannbolzen, und
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4:
das Werkzeugadaptersystem.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
handelt es sich um einen Werkzeugadapter 1, der im wesentlichen
zur Rotationsachse R symmetrisch ausgebildet ist. Der Werkzeugadapter 1 verfügt über einen
Bund 2 mit einer Plananlage 3, die im wesentlichen
senkrecht zur Rotationsachse R ausgerichtet ist. In zusammengesetztem
Zustand des Werkzeugadapters 1 mit der Werkzeugaufnahme 4 z.B.
aus 3 liegt diese Plananlage 3 im
wesentlichen vollflächig
und unmittelbar an der Anschlagsfläche 13 der Werkzeugaufnahme 4 an.
Die Plananlage 3 kann auch einen Hohlschliff aufweisen,
das heißt
sie ist geringfügig
gegen die Senkrechte zur Rotationsachse R geneigt, wobei der radial äußere Bereich
der Plananlage 3 beim Verspannen des Werkzeugadapters 1 mit
der Werkzeugaufnahme 4 zuerst mit der Anschlagsfläche 13 in
Berührung
kommt. An den Bund 2 schließt sich zur Werkzeugseite 1b hin
in an sich bekannter Weise eine Befestigungsvorrichtung für rotierende
Werkzeuge an, wie in 4 schematisch
dargestellt.
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An den Bund 2 schließt sich
zur Maschinenseite 1a hin ein Kegelabschnitt 5 an,
der zur Führung und
Ausrichtung des Werkzeugadapters 1 bezüglich der Werkzeugaufnahme 4 dient.
In dem Kegelabschnitt 5 sind symmetrisch über dessen
Umfang verteilt Querbohrungen 6 eingebracht, vorzugsweise zwei
diametral einander gegenüberliegende.
In diesen Querbohrungen 6 sowie in korrespondierende Bohrungen 14 in
der Werkzeugaufnahme 4, bevorzugt Gewindebohrungen, sind
Spannbolzen 7 angeordnet, um den Werkzeugadapter 1 lösbar an
der Werkzeugaufnahme 4 festzulegen bzw. zu verspannen.
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Die Spannbolzen 7, wie in 4 dargestellt, weisen vorzugsweise
ebenfalls einen Kegelabschnitt 7a auf, wobei die Bohrung 14 in
der Werkzeugaufnahme 4 und/oder die Querbohrung 6 im
Werkzeugadapter 1 korrespondierend ausgebildet sind. Der Spannbolzen 7 ist
in einfacher Weise mit einem Inbusschlüssel, der in eine entsprechende Öffnung 7b im
Spannbolzen eingreifen kann, in die Bohrungen 14, 6 einschraubbar.
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Die Werkzeugaufnahme 4 und
der Werkzeugadapter 1 verfügen über eine zentrale Bohrung 9,
um durch sie hindurch Kühlmittel
zum Werkzeug, das an der Werkzeugseite 1a des Adapters 1 in
an sich bekannter Weise festlegbar ist, zu fördern.
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An den Kegelabschnitt 5 des
Werkzeugadapters 1 schließt sich unmittelbar und einstückig daran
angeformt ein Zylinderabschnitt 8 an, dessen Radius über seine
Längserstreckung
im wesentlichen konstant ist. Dieser Zylinderabschnitt 8 greift
in eine entsprechend ausgebildete zylindrische Ausnehmung 15 in
der Werkzeugaufnahme 4 ein, wobei der Umfang des Zylinderabschnitts 8 im
wesentlichen vollflächig
und unmittelbar an der inneren Wandung der zylindrischen Ausnehmung 15 anliegt.
Dieser Zylinderabschnitt 8 nimmt dadurch die beim Bearbeiten auftretenden
Querkräfte
auf und verhindert, dass der Werkzeugadapter 1 seitlich
verkippt.
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Das freie Ende des Zylinderabschnitts 8 ist zur
Erleichterung des Einführens
des Werkzeugadapters 1 in die korrespondierende Öffnung der
Werkzeugaufnahme 4 mit einer Fase 10 versehen,
so dass das freie Ende konisch zulaufend ausgebildet ist. Des weiteren
kann ein Hinterschnitt 11 am freien Ende des Zylinderabschnitts 8 vorgesehen
sein, um derart einen elastischen Zentrierbund an dem Zylinderabschnitt 8 auszubilden.
Eine entsprechende Radiuserweiterung 16 kann an der zylindrischen
Ausnehmung 15 in der Werkzeugaufnahme 4 vorgesehen
sein.
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Aus der Detaildarstellung in 2 ist eine Vergrößerung dieses
elastischen Zentrierbundes ersichtlich mit einer Fase 10,
einem sich daran anschließenden
Kreissegment, um den Hinterschnitt 11 zu bilden, sowie
einem weiteren, geradlinig verlaufenden Abschnitt, um in den Zylinderabschnitt 8 mit konstantem
Radius überzugehen.
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Des weiteren können an dem Bund 2 Wuchtbohrungen 17 ausgebildet
sein, insbesondere sechs symmetrisch über den Umfang verteilt, um,
wie vorstehend beschrieben, Auswuchtgewichte an dem Werkzeugadapter 1 anbringen
zu können,
wie aus der schematischen Darstellung des zusammengesetzten Werkzeugadaptersystems
in 5 ersichtlich. Dort ist die Werkzeugaufnahme 4 mit
einer nur prinzipiell angedeuteten Einspannvorrichtung 4a versehen,
um die Werkzeugaufnahme 4 ihrerseits an der rotierenden
Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine einzuspannen.
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Mit den vorstehend beschriebenen
Nuten/Führungsstegen
an der Werzeugseite 1a des Werkzeugadapters 1 bzw.
am Werkzeug oder umgekehrt ist es möglich, die Schneide 12 des
Werkzeugs in gewünschter
Lage in Drehrichtung gesehen auszurichten.
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Bezugszeichenliste
- 1
- Werkzeugadapter
- 1a
- Werkzeugseite
von 1
- 1
b
- Maschinenseite
von 1
- 2
- Bund
von 1
- 3
- Plananlage
an 2
- 4
- Werkzeugaufnahme
- 4a
- Einspannvorrichtung
von 4
- 5
- Kegelabschnitt
von 1
- 6
- Querbohrung
in 5
- 7
- Spannbolzen
- 7a
- Kegelabschnitt
von 7
- 7b
- Inbuss
in 7
- 8
- Zylinderabschnitt
von 1
- 9
- zentrale
Bohrung in 1, 4
- 10
- Fase
an 8
- 11
- Hinterschnitt
- 12
- Schneide
eines Werkzeugs
- 13
- Anschlagsfläche an 4
- 14
- radiale
Bohrung in 4
- 15
- zylindrische
Ausnehmung in 4
- 16
- Radiuserweiterung
in 15
- 17
- Bohrung
in 2
- R
- Rotationsachse