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Werkzeughalter für ein, insbesondere rotierendes, Werkzeug
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mit Axialverstellvorrichtung.
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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für ein, insbesondere
rotierendes, Werkzeug mit Axialverstellvorrichtung, mit einem Anschlußteil, welches
an seinem einen Ende einen Anschlußschaft oder dgl. aufweist und an seinem anderen
Ende mit einer zur Achse des Anschlußschaftes koaxialen Paßbohrung versehen ist,
mit einem Werkzeugträger, der an seinem einen Ende eine Werkzeugaufnahme aufweist
und an seinem anderen Ende mit einem in der Paßbohrung axial verschiebbar gelagerten,
zylindrischen Schaft versehen ist, der an seinem an die Werkzeugaufnahme angrenzenden
vorderen Bereich ein Feingewinde aufweist, mit einer auf dem Feingewinde verschraubbaren
Stellmutter, die sich an der die Paßbohrung umgebenden Stirnfläche des Anschlußteiles
abstützt, mit einer Nut-Feder-Verbindung zwischen Anschlußteil und zylindrischem
Schaft, und mit mindestens einer auf eine geneigt zur Schaftachse verlaufenden Schrägfläche
einwirkenden Klemmschraube, die in einem radial verlaufenden Gewinde des Anschlußteiles
verschraubbar ist.
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Derartige bekannte Werkzeughalter werden auch als ~Stellhülsen-Aufnahmen
bezeichnet und sind vielfach nach DIN 8327 bzw. 55058 ausgebildet. Nach Lockern
der Klemmschraube kann man den Werkzeugträger durch Verdrehen der Stellmutter in
axialer Richtung gegenüber dem Anschlußteil verschieben.
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Hierbei ist eine Axialverstellung des Werkzeugträgers nur in einer
Richtung möglich, nämlich von dem Anschlußteil weg. Will man den Werkzeugträger
in entgegengesetzter Richtung, d.h. zum Anschlußteil hin verstellen, wobei sich
der zylindrische Schaft weiter in die Paßbohrung hinein verschiebt, so kann dies
nur dadurch erfolgen, daß man auf das freie Ende des Werkzeugträgers bzw. auch des
in diesem angeordneten Werkzeuges drückt. Dies ist jedoch umständlich und führt
auch zu Einstellungenauigkeiten. Da das Feingewinde
zwischen Stellmutter
und Schaft bei der Verstellung unbelastet ist, können die Gewindegänge einmal an
der einen und einmal an der anderen Flanke des Trapezgewindes anliegen. Wirken dann
bei der Bearbeitung auf das Werkzeug axial gerichtete Kräfte, so kann sich der Werkzeugträger
um das Gewindespiel verschieben, denn die Hlemmschraube ist nicht geeignet, größere
Axialkräfte zu übertragen. Durch die Verschiebung des Werkzeugträgers verstellt
sich das vorher auf eine bestimmte axiale Lage eingestellte Werkzeug, worunter die
Bearbeitungsgenauigkeit leidet. Werkzeughalter der beschriebenen Art werden nämlich
häufig dann benötigt, wenn Werkzeuge in Bezug auf die Werkzeugmaschine oder auch
in Bezug auf andere Werkzeuge in einer bestimmten Lage eingestellt werden müssen,
so z.B. auf Mehrspindel-Bohrkopfen, bei Transferstraßen und auch bei Bearbeitungszentren,
wenn beispielsweise stumpfe Werkzeuge gegen neue Werkzeuge ausgewechselt werden.
Weiterhin hat der bekannte Werkzeughalter den Nachteil, daß sich die Stellmutter
wegen der fehlenden bzw. ungenügenden Verspannung des Feingewindes leicht losen
kann, so daß sie ihre Stützwirkung in axialer Richtung verliert und sich das Werkzeug
in ungewollter Weise auch über einen größeren Weg verschieben kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter für
ein, insbesondere rotierendes, Werkzeug mit Axialverstellvorrichtung der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, welches bei kleinen Bauabmessungen eine exakte und feinfühlige
Verstellung des Werkzeugträgers ermöglicht, bei dem sich unter Arbeitsbedingungen
der Werkzeugträger keinesfalls verstellt und welches deshalb eine hohe Arbeitsgenauigkeit
aufweist.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der zylindrische
Schaft an seinem freien Ende eine koaxiale Durchgangsbohrung und daran anschließend
eine Längsbohrung mit einem größeren Durchmesser aufweist, daß in der Längs-
bohrung
eine Schraube mit Kopf angeordnet ist, deren Schaft sich durch die Durchgangsbohrung
erstreckt und die in einem Gewinde im Boden der Paßbohrung eingeschraubt ist, und
daß zwischen dem Schraubenkopf und einer zwischen Durchgangsbohrung und Längsbohrung
vorgesehenen Ringschulter eine Druckfederanordnung vorgesehen ist, welche den zylindrischen
Schaft ständig in Richtung auf den Boden der Paßbohrung belastet.
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Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, zwischen Aufnahmeteil
und Werkzeugträger eine Federanordnung anzuordnen, welche den Werkzeugträger ständig
in Richtung auf das Aufnahmeteil hin belastet und dadurch in jedem Betriebszustand,
also auch beim Einstellen des Werkzeugträgers, die Stellmutter an die Stirnfläche
des Anschlußteiles anpreßt, wodurch die Feingewinde von Stellmutter und Schaft gegenseitig
immer in der gleichen Richtung verspannt werden.
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Dies hat mehrere Vorteile. Zunächst wird die Einstellung des Werkzeugträgers
und damit des Werkzeuges wesentlich erleichtert. Bei Drehung der Stellmutter in
der einen Richtung wird der Werkzeugträger unter Wirkung der Stellmutter entgegen
der Federkraft vom Anschlußteil weg verschoben. Bei Drehung der Stellmutter in der
anderen Richtung zieht die Federanordnung den Werkzeugträger selbsttätig in das
Anschlußteil hinein. In jedem Fall bleibt die Stellmutter an die Stirnfläche des
Anschlußteiles angepreßt und auch die Gewindeflanken des Feingewindes von Stellmutter
und Schaft bleiben in einer Richtung in Anlage, in der sie auch unter Wirkung von
Bearbe itungskräften aneinander anliegen. Durch diese Art der Verspannung des Gewindes
in sich und der Stellmutter gegenüber dem Anschlußteil kann sich das Werkzeug und
der Werkzeugträger auch unter hohen axialen Kräften nicht verstellen. Da die Stellmutter
ständig an die Stirnfläche angepreßt wird und außerdem noch zusätzliche Reibungskräfte
durch die Verspannung des Feingewindes entstehen, kann sich die Stellmutter auch
unter
Wirkung von Vibrationen, welche bei der Bearbeitung auftreten
können, nicht lösen, so daß die genaue Einstellung des Werkzeuges in jedem Fall
erhalten bleibt. Durch die exakte Einstellbarkeit und die Aufrechterhaltung der
Einstellung unter allen Arbeitsbedingungen, ermöglicht der neue Werkzeughalter eine
hohe Arbeitsgenauigkeit. Außerdem weist der Werkzeughalter kleine Bauabmessungen,
insbesondere in axialer Richtung auf, wodurch die Stabilität und damit ebenfalls
die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung ist anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in folgendem näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,
Figur 2 eine Teilansicht in Richtung II der Figur 1, Figur 3 einen Teilschnitt nach
der Linie III-III der Fig. 1, Figur 4 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles.
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Der Werkzeughalter 1 besteht im wesentlichen aus zwei Hauptteilen,
nämlich dem Anschlußteil 2 und dem darin verschiebbar gelagerten Werkzeugträger
3. Das Anschlußteil 2 ist an seinem einen Ende mit einem Anschlußschaft 4 versehen,
der in beliebiger Weise ausgestaltet sein kann. Der Anschlußschaft 4 dient zur Verbindung
des Werkzeughalters 1 mit einer Werkzeugmaschinenspindel 5 oder einem weiteren Werkzeughalter.
Zur Verbindung des Schaftes 4 mit der Werkzeugmaschinenspindel 5 kann eine Verbindungsvorrichtung
entsprechend der DE-PS 31 08 439 vorgesehen sein. Diese besteht aus einem in einer
Querbohrung 6 des Schaftes 4 ver-
schiebbar gelagerten Spannbolzen
7, der an seinem einen Ende eine kegelförmige Vertiefung und an seinem anderen Ende
einen kegelförmigen Ansatz aufweist. Diese Teile des Spannbolzens 7 wirken mit zwei
Spannschrauben 8 zusammen, welche den Werkzeughalter 1 fest mit der Wekrzeugmaschinenspindel
verspannen.
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Das Anschluß teil 2 weist ferner an seinem anderen Ende eine Paßbohrung
9 auf, die am freien Ende des Anschlußteiles 2 von einer ringförmigen Stirnfläche
10 umgeben ist.
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In der Paßbohrung 9 ist der zylindrische Schaft 11 des Werkzeugträgers
3 mit einem so geringen Spiel verschiebbar gelagert, daß eine axiale Verstellung
gerade noch möglich ist. Der Werkzeugträger 3 weist an seinem, dem Schaft 11 gegenüberliegenden
Ende eine Werkzeugaufnahme 12 auf, die ebenfalls wiederum in beliebiger Weise ausgebildet
sein kann. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugaufnahme
12 entsprechend der DE-PS 31 08 439 in ähnlicher Weise ausgebildet wie die Aufnahme
der Werkzeugmaschinenspindel 5, weslhalb sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt.
In seinem an die Werkzeugaufnahme 12 angrenzenden Bereich weist der Schaft 11 ein
Feingewinde 13 auf, auf welchem eine Stellmutter 14 verschraubbar ist. Zur Betätigung
der Stellmutter 14 hat diese mehrere radiale Bohrungen 15, in welche ein entsprechender
Schlüssel eingesetzt werden kann. Die Stellmutter#14 stützt sich mit ihrer Ringfläche
14a an der Stirnfläche 10 ab.
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Ferner ist der Schaft 11 mit einer Längsbohrung 16 versehen und weist
an seinem freien, inneren Ende eine Durchgangsbohrung 17 auf, die einen kleineren
Durchmesser besitzt als die Längsbohrung 16. auf diese Weise wird zwischen der Längsbohrung
18 und der Durchgangsbohrung 17 eine Ringschulter 18 gebildet. In der Längsbohrung
16 ist eine koaxiale Schraube 19 angeordnet, deren Schaft 19a sich durch die Durchgangsbohrung
17 hindurch erstreckt und in einem Gewinde 20 im
Boden 9a der Paßbohrung
9 verschraubt ist. Zwischen dem Kopf 19b der Schraube 19 und der Ringschulter 18
ist eine Druckfederanordnung zweckmäßig in Form von mehreren Tellerfedern 21 vorgesehen.
Diese Druckfederanordnung 21 belastet den zylindrischen Schaft 11 ständig in Richtung
auf den Boden 9a der Paßbohrung 9. Um eine verdrehsichere Verbindung zwischen dem
Werkzeugträger 3 und dem Anschlußteil 2 herzustellen, ist der zylindrische Schaft
11 mit einer Längsnute 22 versehen. Das Anschlußteil 2 weist ein radial verlaufendes
Gewinde 23 auf, in welches eine Halteschraube 24 eingeschraubt ist. Das innere Ende
der Halteschraube 24 weist zwei bezüglich der Schraubenachse S diametral gegenüberliegende
und parallel zueinander sowie parallel zur Schraubenachse S verlaufende Anflachungen
24a auf (Figur 3), deren gegenseitiger Abstand genau der Nutbreite B entspricht.
Auf diese Weise liegen die Anflachungen 24a genau passend an den Seitenflächen 22
a der Längsnut 22 an. Durch diese genau passende Verbindung, die einfach in der
Herstellung ist, kann jedes Drehmoment ohne Verdrehspiel sicher übertragen werden.
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Die Längsnute 22 weist in einem Teilbereich ferner eine Schrägfläche
25 auf, die gegenüber der gemeinsamen Achse A aller Teile so geneigt ist, daß sie
mit dieser Achse einen spitzen Winkel einschließt und sich zum freien Ende des Schaftes
11 von der Achse A entfernt. Die Halteschraube 24 weist ein konzentrisches Innengewinde
26 auf, in welchem eine Klemmschraube 27 verschraubbar ist, die sich mit einem kegelförmigen
Ansatz 27a an der Schrägfläche 25 abstützt.
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Wenn die Klemmschraube 27 angezogen wird, dann verhindert sie eine
Verschiebung des Schaftes 11 von der Bodenfläche 9a weg. Sie wirkt außerdem auf
den Schaft 11 im gleichen Sinne wie die Tellerfedern 21.
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Um eine möglichst stabile und paßgenaue Verbindung zwischen dem Anschlußteil
2 und dem Werkzeugträger 3 zu schaffen,
ist es zweckmäßig, wenn
die Paßbohrung 9 und der in die Paßbohrung 9 eingreifende Teil des zylindrischen
Schaftes 11 etwa so lang ist wie der Durchmesser oder maximal 1,5 mal so lang wie
der Durchmesser. Bei dieser Gestaltung lassen sich die Paßbohrung 9 und auch der
Schaft 11 exakt zylindrisch und toleranzgenau herstellen. Der mittels des Feingewindes
13 und der Stellmutter 14 mögliche Stellweg wurde zur Erhaltung von Steifigkeit
und Genauigkeit bewußt verhältnismäßig klein gehalten, denn in der Regel benötigt
man nur einen verhältnismäßig kleinen axialen Verstellbereich, welcher es ermöglicht,
die Werkzeuge in axialer Richtung zueinander bzw. gegenüber der Werkzeugmaschine
einzustellen. Viel wichtiger ist eine sehr genaue Einstellung und eine sehr steife
Verbindung zwischen dem Aufnahmeteil 2 und dem Werkzeugträger 3, wobei es außerdem
darauf ankommt, daß sich die einmal eingestellte Lage beider Teile unter den auftretenden
Arbeitsbedingungen nicht verändert.
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Dies wird hauptsächlich durch die Federanordnung 21 sichergestellt.
Diese Federanordnung 21 ist ständig wirksam. Auch dann, wenn die Klemmschraube 27
bei einer erforderlichen Einstellung des Werkzeuges 28, beispielsweise eines Fräsers,
eines Bohrers, einer Reibahle, eines Feindrehstahles oder dgl., gelöst wird, übt
die Federanordnung 21 ständig eine in Richtung C gerichtete Kraft auf den Schaft
11 aus, welche die Stellmutter 14 mit ihrer Ringfläche 14a in ständiger Anlage an
der Ringfläche 10 hält. Hierdurch ist es möglich, den Werkzeugträger 3 in beiden
axialen Richtungen feinfühlig zu verstellen, ohne daß von Hand ein Druck auf den
Werkzeugträger 3 ausgeübt werden müßte. Es ist auch immer sichergestellt, daß die
Stellmutter 14 unter Vorspannung an der Stirnfläche 10 anliegt. Ferner sind auch
die Gewindegänge des Feingewindes 13 und der Stellmutter 14 immer in der gleichen
Richtung verspannt und miteinander in Anlage, in der auch axial gerichtete Bearbeitungskräfte
auf den Werkzeugträger 3 einwirken. Nachdem das Werkzeug 28 in axialer
Richtung
mittels der Stellmutter 14 eingestellt wurde, wird die Klemmschraube 27 wieder angezogen.
Infolge ihres kegelförmigen Ansatzes 27a wirkt sie ebenfalls in Richtung G und verhindert,
daß unter irgendwelchen Arbeitsbedingungen sich der Schaft 11 entgegen Richtung
C bewegt. Hauptsächlich die Tellerfederanordnung 21 und zusätzlich noch die Klemmschraube
27 bewirken durch die ständige Anlage der Ringfläche 14a an der Stirnfläche 10,
daß sich die Stellmutter 14 lockert. Auf diese Weise bleibt die einmal eingestellte
axiale Stellung des Werkzeuges 28 mit Sicherheit unter allen Arbeitsbedingungen
erhalten.
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Die Stellmutter 14 kann an ihrem Umfang, wie aus Figur 2 ersichtlich
ist, mit einer Teilskala 29 versehen sein, welche das Einstellen erleichtert.
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Gemäß Figur 4 kann der Wekrzeugträger 3' auch so ausgebildet sein,
daß er eine Spannzange 30, 31 aufnehmen kann.
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Soweit das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel mit dem in
Figur 1 - 3 dargest#ellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, wurden für Teile gleicher
Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet und es wird bezüglich der Erläuterung
dieser Bezugszeichen deshalb auf obige Beschreibung verwiesen. Mittels der Spannzange
30, 31 sollen Werkzeuge mit glattem Schaft, wie z.B. Spiralbohrer, Gewindebohrer,
Senker oder dgl., aufgenommen werden. Wegen der unterschiedlichen Länge derartiger
Werkzeuge mit glattem Schaft und auch einer möglichen stärkeren Abnutzung, kann
ein größerer Verstellweg in axialer Richtung von Vorteil sein. Außerdem ist es wichtig,
daß derartige Werkzeuge mit glattem Schaft sich in der Spannzange weder verdrehen
noch in axialer Richtung verschieben. Damit diese Forderungen insgesamt erfüllt
sind, ist die Längsbohrung 16 an ihrem, dem inneren Ende der Spannzange 30 zugekehrten
Ende, zweckmäßig mit einem Feingewinde 32 versehen. In dem Feingewinde ist eine
Stützmutter 33 verschraubbar, die vorteil-
haft aus Federstahl
besteht. Die Stützmutter 33 weist einen sich zur Spannzange 30 hin keilförmig erweiternden
Querschlitz 34 auf, der sich so tief in die Stellmutter 33 hinein erstreckt, daß
diese an ihrem Boden nur noch eine geringe Dicke aufweist. Der Schaft 35 des in
die Spannzange 30, 31 einzusetzenden Werkzeuges 36 ist mit zwei diametral gegenüberliegenden
Anflachungen 35a versehen, die sich an den Keilflächen 34a des Querschlitzes 34
abstützen. Bei gelockerter Überwurfmutter 31 der Spannzange 30 kann durch Verdrehung
des Werkzeuges 26 auch die Stützmutter 34 mitgedreht werden und somit das Werkzeug
36 in axialer Richtung grob voreingestellt werden. Beim Anziehen der Überwurfmutter
31 ergibt sich ein Rückdruck in Richtung auf die Stützmutter 33, welcher infolge
der Anflachungen 35a und der Keilflächen 34a die Stützmutter 33 spreizt. Hierdurch
wird die Stützmutter 33 gegen weitere Verdrehung gesichert und bildet gleichzeitig
durch ihre Keilflächen 34a eine axiale Abstützung für die Anflachungen 35a des Schaftes
35. Nachdem diese Grobeinstellung vorgenommen ist, kann man das Werkzeug 36 in der
oben beschriebenen Weise nach Lösen der Klemmschraube 27 mittels der Stellmutter
14 einstellen.
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