DE3344467C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanabhebenden Bear­ beitung von Materialien, insbesondere Metallen, bestehend aus einem Hartmetall und/oder Hartstoff gefertigten, schneidkör­ perbestückten Werkzeughalter mit Werkzeugschaft, wobei Werk­ zeughalter und Werkzeugschaft ein ringförmiges Auflager mit daran abgestütztem Gegenauflager enthält und durch einen Fort­ satz eine kraftschlüssige, lösbare Befestigungseinrichtung ge­ bildet ist.

Es sind derartige Werkzeuge in verschiedenen Ausbildungsformen bekannt geworden und haben sich bei der Bearbeitung von Ma­ terialien hoher Festigkeit und Zähigkeit bewährt. Die Werkzeuge benötigen, um die nötige Haltekraft und Stabilität im Betrieb zu erhalten, zumindest in jenen Bereichen, wo der den eigent­ lichen Fräs- bzw. Schneidkörper aufweisende Werkzeughalter an­ geordnet ist, relativ viel Platz. Dies spielt üblicherweise bei von außen zu bearbeitenden Werkstücken eine relativ geringe Rolle. Pro­ bleme hingegen ergeben sich, wenn in Hohlräumen eines Werkstücks Innenbearbeitung erfolgen soll. Dabei ist zu berücksichtigen, daß seit einiger Zeit die Tendenz besteht, z.B. bisher durch Schleifen erfolgende Bearbeitung durch genaues Drehen bzw. Frä­ sen mit Präzisionswerkzeugen, die mit besonders harten Schneid­ körpern ausgestattet sind, zu ersetzen, wobei auch räumlich im­ mer schwieriger zu lösende Bearbeitungsaufgaben auftreten. Be­ sonders bei der drehenden Innenbearbeitung von Hohlräumen oft geringen Querschnittes oder relativ große Länge aufweisenden Werkstücken sind relativ zur Querschnittsfläche große Länge aufweisende Werkzeuge mit z.B. Werkzeughalter mit Schneidkörper tragenden Schäften notwendig. Geichzeitig werden, um ökonomische Bearbeitungszeiten zu erreichen, die Drehzahlen immer höher und können im Bereich von mehreren Tausend pro Minute liegen. Ge­ fordert sind dabei höchst präzise Abdrehungen, sodaß Schwin­ gungen des Werkzeugschaftes während des Bearbeitungsvorganges und ebenso auch z.B. infolge des Anpreßdruckes auf das Werk­ stück auftretende Verbiegungen des Werkzeugschaftes, welche bei der Drehbewegung z.B. zu unerwünschten Berührungen zwischen Schaft und Werkstück führen können, minimiert werden sollen. Technisch befriedigende Lösungen dieser Aufgabe sind nicht be­ kannt geworden. Bekannt ist, daß die Eigenschwingungen von Ma­ schinenteilen verringert werden können, indem sogenannte Schwer­ metallegierungen, also Legierungen bzw. Gemische von Metallen mit hohen spezifischen Massen, z.B. im Bereich über 10 gcm^-3 als Konstruktionsmaterial verwendet werden. Derartige auf den Markt erhältliche Materialien sind z.B. solche auf Basis von Wolfram mit Nickel-, Eisen- oder Kupferverbindung. Beim praktischen Ge­ brauch, auch solcher Materialien, insbesondere, wenn das Ver­ hältnis von Länge des Werkzeugschaftes zu dessen Durchmesser groß ist, um Bearbeitung in schmalen Innenräumen durchzuführen, konnte mit den bisher üblichen Befestigungskonstruktionen für das Werkzeug präzisionsminderndes Schwingen und auch Ausbiegen des rotierenden Werkzeuges nicht genügend ausgeschaltet werden.

Nach DE-OS 23 58 405 ist ein Schneidwerkzeug bekannt, das zum Innenschneiden einen auf einer Stange angeordneten, auswechsel­ baren und justierbaren Schneidkopf verwendet. Hierbei wird der aus Hartmetall gefertigte Schaft aus gleichförmigen Ringen und Hülsen erstellt, wobei es besonders auf die Kopplung des Schneid­ kopfes mit dem Schaft ankommt und eine gute Steifigkeit und Dämpfung erreicht werden soll.

Weiters ist nach DE-GM 72 16 193 ein Ausdrehkopf beschrieben, der mit einer rechtwinklig zur Längsachse geschliffenen Schul­ ter an einer Stirnfläche eines Anschlußschaftes anliegt. Durch eine besondere Ausbildung und mit Hilfe von Befestigungszapfen und einer Anzugschraube soll der Ausdrehkopf durch keilartige Wirkung gegen die Stirnfläche des Anschlußschaftes gezogen wer­ den. Nachteilig ist, daß bei diesen Ausführungsformen Bohrungen mit geringem Durchmesser oder großer Bohrlänge nicht erstellt werden können, weil das Werkzeug zu groß ausfällt, soll es den Anforderungen hinsichtlich der Stabilität genügen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zu schaffen, das eine hohe Si­ cherheit der Verbindung von Werkzeughalter und -schaft bietet, bei gleichzeitig auf ein Minimum gedämpfter Schwingneigung trotz großer Baulängen bei gleichzeitig geringem Durchmesser, mit ra­ scher Wechselbarkeit der Schneidkörper bei genauer Zentrierung und einfacher Handhabung. Erfindungsgemäß wird das Ziel da­ durch erreicht, daß der Fortsatz axial bewegbar in der zylin­ drischen Ausnehmung angeordnet ist und daß der Fortsatz und Werkzeughalter eine zueinander sichernde Bajonettverbindung aufweisen und über Auflager und Gegenauflager wirkverbunden sind, mit einer im Bereich des distalen Endes des Werkzeugschaf­ tes symmetrisch angeordneten Zentrierfläche und mit einer Gegen­ zentrierfläche im Werkzeugschaft zugeordneten Bereich des Werk­ zeughalters, und daß der Fortsatz mit seinem in den Werkzeug­ schaft ragenden Enden durch Federn abgestützt ist und mit zum distalen Ende des Werkzeugschaftes gerichteten Kraft beaufschlag­ bar ist und daß eine quer zur Achse des Werkzeugschaftes und durch den Fortsatz sich erstreckende Öffnung vorgesehen ist, in der ein exzentrisch angeordneter Spannstift mit einer Kegel­ stumpffläche und mit einer Kegelstumpffläche im Fortsatz lös­ bar liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug steht erstmalig eine auf ein wesentlich verminderte Schwingungsneigung aufweisendes Matrix­ material abgestellte Konstruktion für die Abstützung des Werk­ zeughalters zur Verfügung. Durch die Anordnung der Auflager, welche im wesentlichen in Richtung Achse wirksam sind, ist, wie gefunden wurde, weiters eine Verbindung zwischen Werkzeughalter und Werkzeugschaft geschaffen, die ebenfalls im besonderen Maße die Eigenschaften des Schaftmaterials, insbesondere Hartmetalls bzw. Hartstoffs, berücksichtigt, gegenüber Druckbeanspruchung wesentlich widerstandsfähiger zu sein, als gegenüber Zugkräf­ ten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeuges be­ steht darin, daß, wie z.B. beim, gegebenenfalls nachbearbeiten­ den Schleifen von Schmiedegesenken od. dgl. notwendig, das Werkzeug nach einem Schlichten zum Feinschlichten als nächsten Bearbeitungsschritt auf einfache Weise gewechselt werden kann und dennoch fester Sitz, hohe Präzision und platzsparende Bau­ weise erreicht sind.

Eine hinsichtlich Einfachheit ihrer Herstellung und ihres Auf­ baues vorteilhafte Ausführungsform ist gegeben, wenn der Werk­ zeugschaft bezogen auf die Achse mehrfach-, insbesondere ro­ tationssymmetrische, innenliegenden Paßfläche aufweist, welche in einer Gegenpaßfläche des Fortsatzes anliegend ist. Infolge des damit erreichbaren hochpräzisen Sitzes des Werkzeughalter­ fortsatzes auf bzw. im Schaft wird eine Art Verbundkonstruk­ tion gebildet, welche die Steifigkeit des Schaftes und die Schwingungsdämpfung weiter erhöht.

Um besonders gut zentrierten und achskonformen Sitz des Werk­ zeughalters am Schaft zu erreichen, ist vorteilhafterweise vor­ zusehen, daß der Werkzeughalter und der Fortsatz bezogen auf die Achse mehrfach-, insbesondere rotationssymmetrisch angeord­ nete Zentrierflächen aufweist.

Besonders einfaches Wechseln des Werkzeughalters mit Werkzeug und damit jeweils auf eine gerade gegebene Bearbeitungsaufgabe genau abgestimmter Einsatz ist ermöglicht, wenn der Fortsatz bezogen auf die Achse mit achsparallelen symmetrisch angeord­ neten Zentrierflächen versehen ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht des Werkzeuges

Fig. 2 eine teilgeschnittene Draufsicht

Fig. 3 die Bajonettverbindung zwischen Werkzeughalter und Werkzeugschaft.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Werkzeug 10 weist der an seiner Rückseite 175 mit einem nicht gezeigten Anschlußstück z.B. einer Flanschverbindung einer Aufnahme od. dgl. mit einer drehenden Welle einer Werkzeugmaschine verbundenen, zylindrischen Werkzeugschaft 1 eine an seinem distalen Ende 185 offene mit Achse A koaxiale zylindrische Ausnehmung 16 mit geschliffener Paßfläche 161 auf, in welcher ein eine außenzylindrische Gegen­ paßfläche 301 aufweisenden Fortsatz 3 mit Bajonettverbindung 35 an seinem distalen Ende 185 angeordnet ist. Die Bajonettverbin­ dung 35, 45, bestehend aus Kopf und Verankerung, ist in einem Hohlraum 44 des Werkzeugschaftes 1 an dessen distalen Ende 185 angeschlossenen Werkzeughalter 4 mit Schneidkörper 5 durch ein­ faches Drehen des Werkzeughalters 4 in Eingriff zu bringen. Der Werkzeughalter 4 liegt mit seinem dem Werkzeugschaft 1 zugekehr­ ten an seinem schaftnahen Ende 475 befindlichen Gegenauflager 41 im montierten Zustand fest auf dem Auflager 11 des Werkzeug­ schaftes 1 auf. Um präzise koaxialen und zentrischen Sitz zu er­ reichen, weist der Werkzeugschaft 1 an seinem distalen Ende 185 einem vom Auflager 11 umgebenen Vorsprung 180 auf, dessen, hier zylindrischer, Außenfläche 181 mit der, hier zylindrischen, In­ nenfläche 441 des Hohlraumes 44 des Werkzeughalters 4 paßgenau kooperiert. Der genannte, über Bajonettverbindung 35, 45 mit dem Werkzeughalter 4 verbundene Fortsatz 3 weist hier eine im wesentlichen senkrecht zu seiner Achse A verlaufende, in Achs­ richtung längliche Öffnung 34 auf, welche nach einer Seite hin eine kegelstumpfartige Erweiterung 343 aufweist. Zumindest der dem Werkzeughalter 4 fernliegende Bereich dieser Öffnung 34 hat eine schräge im wesentlichen keilwirksame Fläche, insbesondere Kegelstumpffläche 341. Mit dieser Kegelstumpffläche 341 kooperiert eine im wesentlichen gleiche Neigung aufweisende, hier ebenfalls als Kegelstumpffläche 321 am Übergang 23 zwischen einem dickeren und einem dünneren Schaftteil 24, 25 des den Fortsatz 3 durch­ setzenden Spannstiftes 2, welcher mit diesen beiden Schafttei­ len 24, 25 in einander diametral gegenüberliegenden Öffnungen 14, 15 in der Mantelwandung des hohlen Werkzeugschaftes 1 ge­ lagert ist, wobei bei der gezeigten Bauart der dickere Schaft 24 des Spannstiftes 2 ein Gewinde 241 aufweist, welches mit einem Gewinde 141 das, z.B. funkenerosiv, in die Wandung der Öffnung 14 des Werkzeugschaftes 1 eingearbeitet ist, kooperiert. Wird nun bei schon geschlossener Bajonettverbindung 35, 45 der als Spannschraube ausgebildete Spannstift 2 bei der gezeigten An­ ordnung in Richtung abwärts durch Drehen in seiner Lage ver­ stellt, so bewirkt dessen Kegelstumpffläche 231 über die mit ihr kooperierende Kegelstumpffläche 341 am Fortsatz 3 ein Ver­ schieben des Fortsatzes 3 in Richtung weg vom Werkzeughalter 4, so daß dieser mittels über Bajonettverbindung 35, 45 verbunde­ nem Fortsatz 3 mit hoher und gleichzeitig auch einstellbarer Kraft mit seinem Gegenauflager 41 gegen das Auflager 11 am Werkzeugschaft 1 gepreßt wird. Damit ist höchste Reibschlußver­ bindung bei gleichzeitig hoher Zentrierkonstellation des Werk­ zeughalters 4 am Werkzeugschaft 1 sichergestellt. Um einen Wechsel von Werkzeughalter 4 mit Schneidkörper 5, z.B. vom Schlichten zum Schleifen zu erleichtern, ist in der Ausnehmung 16 des Werkzeugschaftes 1 eine sich an dessen geschlossenen Ende abstützende Feder 6 angeordnet, welche bei Lockerung des Sitzes der Kegelstumpfflächen 231, 341 von Spannstift 2 und Öffnung 34 des Fortsatzes 3 eine Verschiebung dieses Fortsatzes 3 in Richtung distales Ende 185 des Werkzeugschaftes 1 herbei­ geführt, wodurch die Verankerung des am distalen Ende 385 be­ findlichen Kopf des Bajonettverbandes 45 des Fortsatzes 3 im Werkzeughalter 4 gelockert wird und der Werkzeughalter 4 durch Verdrehen problemlos vom Fortsatz 3 gelöst werden kann. Die ganze Konstruktion ist wie die Fig. 1 und 2 zeigen, auf hohe Einfachheit der Konstruktionselemente, insbesondere des aus spezifisch schwerem Material, insbesondere Hartstoff bzw. Hart­ metall gefertigten Werkzeugschaftes 1 ausgerichtet, welcher die hohe Güte der Werkzeugeigenschaften, wie insbesondere prak­ tisch ausgestaltete Schwingneigung und damit Vermeidung z.B. von Rattermarken erbringt, wobei gleichzeitig auf die im Ver­ gleich zur Zug- ausgesprochen hohe Druckbeanspruchbarkeit des Werkzeugschaftmaterial Rücksicht genommen ist.

In Fig. 2 ist die keil-gegenkeil-artig wirkende Kooperation zwischen der im Fortsatz 3 befindlichen Öffnung 34 mit in deren dem distalen Ende 385 des Fortsatzes 3 abgekehrten Bereich 345 angeordneter Kegelstumpffläche 341 und exzentrisch angeordnetem Spannstift 2 mit seiner Kegelstumpffläche 231 sichtbar. Es ist dort auch erkennbar, wie durch einen quer zur Achse ausgerich­ teten, in den Hohlraum 44 des Werkzeughalters 4 für die Bajo­ nettverbindung 35, 45 ragenden Stift 455, welcher im montiertem Zustand mit einer entsprechenden Ausnehmung 355 am Kopf der Bajonettverbindung 45 kooperiert, ein nicht lagegerechtes Ver­ binden des Werkzeughalters 4 mit dem Werkzeugschaft 1 beim Werkzeugwechsel bei Änderung der Bearbeitungsarten wirksam verhindert ist.

Der in Fig. 3 gezeigte schematische Schnitt zeigt die Koopera­ tion der Bajonettverbindung 35, 45 von Werkzeughalter 4 und Fortsatz 3 mit Lagesicherungsstift 455 und Ausnehmung 355 für ihn in einem Schnitt quer zur Achse A des Werkzeuges.

Claims (4)

1. Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Materialien, insbesondere Metallen, bestehend aus einem Hartmetall und/oder Hartstoff gefertigten, schneidkörperbestückten Werk­ zeughalter mit Werkzeugschaft, wobei Werkzeughalter und Werk­ zeugschaft ein ringförmiges Auflager mit daran abgestütztem Gegenauflager enthält und durch einen Fortsatz eine kraftschlüs­ sige, lösbare Befestigungseinrichtung gebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fortsatz (3) axial bewegbar in der zylin­ drischen Ausnehmung (16) angeordnet ist und daß der Fortsatz (3) und Werkzeughalter (4) eine zueinander sichernde Bajonettver­ bindung (35, 45) aufweisen und über Auflager (11) und Gegenauf­ lager (41) wirkverbunden sind, mit einer im Bereich des dis­ talen Endes (185) des Werkzeugschaftes (1) symmetrisch angeord­ neten Zentrierfläche (181) und mit einer Gegenzentrierfläche (441) im Werkzeugschaft (1) zugeordneten Bereich (475) des Werk­ zeughalters (4), und daß der Fortsatz (3) mit seinem in den Werkzeugschaft (1) ragenden Ende durch Federn (6) abgestützt ist und mit zum distalen Ende (185) des Werkzeugschaftes (1) gerich­ teten Kraft beaufschlagbar ist und daß eine quer zur Achse (A) des Werkzeugschaftes (1) und durch den Fortsatz (3) sich er­ streckende Öffnung (34) vorgesehen ist, in der ein exzentrisch angeordneter Spannstift (2) mit einer Kegelstumpffläche (231) und mit einer Kegelstumpffläche (341) im Fortsatz (3) lösbar liegt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft (1) bezogen auf die Achse (A) mehrfach, insbesondere rotationssymmetrische, innenliegenden Paßfläche (161) aufweist, welche in einer Gegenpaßfläche (301) des Fort­ satzes (3) anliegend ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (4) und der Fortsatz (3) bezogen auf die Achse (A) mehrfach-, insbesondere rotationssymmetrisch angeordnete Zentrierflächen (181, 441) aufweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (3), bezogen auf die Achse (A) mit achs­ parallelen symmetrisch angeordneten Zentrierflächen versehen ist.