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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes das Hauptanspruches.
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Bei einer derartigen bekannten Werkzeugeinrichtung (VDI-Richtlinien, VDI 3425, Blatt 2, November 1972) weist die Werkzeughalteraufnahme einen Positionierstift auf, der zur Zuführung von Kühlmittel durchbohrt ist. Damit der über die Stirnfläche der Werkzeughalteraufnahme vorstehende Positionierstift ohne Zwang in die Positionierbohrung des Werkzeughalters eingeführt werden kann, ist zwischen beiden Teilen ein Spiel von etwa 0,1 mm vorgesehen. Durch das Ineinandergreifen von Positionierstift und Positionierbohrung soll die Werkzeugschneide eines in dem Werkzeughalter eingespannten und voreingestellten Werkzeuges nach jedem Wechsel eines Drehwerkzeughalters immer eine vorbestimmte Position einnehmen und auch während der Bearbeitung behalten. Wenn nämlich die Werkzeugschneide infolge ungewollter Verdrehung um die gemeinsame Achse von Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme gegenüber der vorbestimmten Position nur etwas versetzt angeordnet ist, so entstehen am bearbeiteten Werkstück ungewollte Durchmesserveränderungen. Das Spiel zwischen Positionierstift und Positionierbohrung bewirkt bei einer weit ausladenden Werkzeugschneide eine vielfach größere Verlagerung derselben von der vorbestimmten Position. Hinzu kommt, daß der Positionierstift wegen der nicht völlig starr arbeitenden Spanneinrichtung auch einen Teil des Drehmomentes übertragen muß. Hierdurch entsteht eine geringfügige Durchbiegung des mit Spiel in die Positionierbohrung eingreifenden Positionierstiftes, so daß sich die Werkzeugschneide unter den Bearbeitungskräften zusätzlich gegenüber ihrer vorbestimmten Position verlagert.
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Ähnliche Probleme treten bei einer anderen bekannten Werkzeugeinrichtung auf (DE-PS 31 08 439), wenn diese bekannte Werkzeugeinrichtung einen Drehwerkzeughalter und eine während der Bearbeitung stationäre Werkzeughalteraufnahme einer Drehmaschine aufweist. Auch bei dieser bekannten Werkzeugeinrichtung muß nämlich der Positionierstift mit geringem Spiel in die Positionierbohrung des Werkzeughalters eingreifen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugeinrichtung mit einem Werkzeughalter und mit einer Werkzeughalteraufnahme, insbesondere mit einem Drehwerkzeughalter und mit einer während der Bearbeitung stationären Werkzeughalteraufnahme einer Drehmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der durch besondere Ausgestaltung des Positionierstiftes eine äußerst genaue, spielfreie Drehlagerbestimmung des Werkzeughalters gegenüber der Werkzeughalteraufnahme gewährleistet und eine verdrehsteife Verbindung zwischen diesen beiden Teilen geschaffen wird, die auch unter größeren Schnittkräften möglichst unnachgiebig bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Werkzeugeinrichtung gelöst.
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Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, ein Positionierstiftteil spielfrei in den Werkzeughalter und das andere Positionierstiftteil spielfrei in die Werkzeughalteraufnahme einzupressen und die Drehlagebestimmung des Werkzeughalters gegenüber der Werkzeughalteraufnahme über Schrägflächen vorzunehmen, die an den Positionierstiftteilen vorgesehen sind. Da die Schrägflächen im spitzen Winkel gegenüber der erwähnten Axialebene geneigt sind, ergibt sich beim Einsetzen des Werkzeughalters in die Werkzeughalteraufnahme zunächst automatisch ein ausreichendes Spiel zwischen den beiden gegenüberstehenden Schrägflächen. Je weiter der Werkzeughalter in die Werkzeughalteraufnahme eingeführt wird, desto mehr verkleinert sich dieses Spiel bis schließlich bei Anlage der Ringfläche des Werkzeughalters an der Stirnfläche der Werkzeughalteraufnahme beide Schrägflächen spielfrei aneinanderliegen. Durch Verwendung geeigneter Einbaulehren, mit denen die Positionierstifte in die zugehörigen Positionierbohrungen von Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme eingepreßt werden, kann man diese spielfreie Anlage der Schrägflächen in sehr einfacher Weise erreichen. Durch die Einbaulehren wird auch sichergestellt, daß die Schrägflächen der Positionierstiftteile von verschiedenen Werkzeughaltern immer spielfrei an den Schrägflächen von Positionierstiftteilen der verschiedensten Werkzeughalteraufnahmen anliegen. Hierdurch wird eine hohe Wechselgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit erreicht. Die spielfreie Anlage der Schrägflächen gewährleistet eine äußerst genaue Drehlagebestimmung des Werkzeughalters gegenüber dem Werkzeughalterschaft und damit auch eine exakte Lagebestimmung der Werkzeugschneide. Außerdem wird auch über die eingepreßten Positionierstiftteile und ihre vollflächig aneinanderliegenden Schrägflächen eine äußerst verdrehsteife Verbindung zwischen Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme geschaffen, die auch bei größeren Schnittkräften weitgehend unnachgiebig bleibt. Damit ist gleichzeitig auch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Schrägflächen in einem solchen spitzen Winkel gegenüber der Axialebene geneigt sind, daß die Wirkungslinie einer auf die Mitte der Berührungsfläche zweier Schrägflächen einwirkenden Normalkraft auf der der jeweiligen Schrägfläche abgewandten Seite des Positionierstiftteiles innerhalb der zugehörigen Positionierbohrung in den Werkzeughalter bzw. die Werkzeughalteraufnahme verläuft. Hierdurch werden Biegebeanspruchungen der Positionierstiftteile vermieden, so daß auch bei hohen Schnittkräften eine Verdrehung des Werkzeughalters gegenüber der Werkzeughalteraufnahme so gut wie ausgeschlossen ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Werkzeughalter und eine Werkzeughalteraufnahme, teilweise im Axialschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2,
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Fig. 2 einen Radialschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
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Fig. 3 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles der zusammenwirkenden Positionierstiftteile,
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Fig. 4 eine Seitenansicht des einen Positionierstiftteiles in Richtung IV der Fig. 3,
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Fig. 5 eine Stirnansicht dieses Positionierstiftteiles in Richtung V der Fig. 4,
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Fig. 6 einen Teilschnitt der Positionierstiftteile in einer zweiten Ausführungsform.
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In der Zeichnung ist mit 1 die Werkzeughalteraufnahme einer Drehmaschine bezeichnet, die zur Aufnahme je eines Werkzeughalters 2 dient. Der Werkzeughalter 2 kann bezüglich des mit ihm starr oder auswechselbar verbundenen Werkzeuges 3 mit Schneidplatte 4 ganz unterschiedliche Formen aufweisen. Zur Verbindung mit der Werkzeughalteraufnahme 1 ist er jedoch immer mit einem Paßzapfen 5 versehen, welcher über eine konzentrisch zur Achse A des Paßzapfens 5 angeordnete Ringfläche 6 vorsteht. Die Ringfläche 6 erstreckt sich senkrecht zur Achse A. Die Werkzeughalteraufnahme 1 weist zur Aufnahme des Paßzapfens 5 eine Paßbohrung 7 auf, die von einer Stirnfläche 8 umgeben ist. Die Werkzeughalteraufnahme 1 ist ferner im Bereich der Paßbohrung 7 mit zwei diametral gegenüberliegenden Innengewinden versehen, in welchen die Spannschrauben 9 und 10 verschraubbar sind. In dem Paßzapfen 5 ist eine Querbohrung 11 vorgesehen, in welcher ein Spannbolzen 12 radial verschiebbar ist. Der Spannbolzen 12 greift mit einem kegelförmigen Vorsprung in die Spannschraube 10 ein und ist mit einer kegelförmigen Vertiefung versehen, in welcher die Spannschraube 9 eingreift. Die Achsen der Querbohrung 10 und der Innengewinde sind so zueinander versetzt, daß beim Anziehen der Spannschraube 9 die Ringfläche 6 an die Stirnfläche 8 angepreßt wird (wie es noch genauer in der DE-PS 31 08 439 beschrieben ist). Im Bereich der Stirnfläche 8 ist eine zur Achse A der Paßbohrung 7 parallele Positionierbohrung 13 vorgesehen. Der Werkzeughalter 2 weist im Bereich seiner Ringfläche eine gleichartige Positionierbohrung 14 auf, die mit der Positionierbohrung 13 koaxial ist. Die Positionierbohrungen 13, 14 dienen zur Aufnahme von Positionierstiftteilen 15, 16, die in den Fig. 3-5 in einer ersten Ausführungsform näher dargestellt sind bzw. von Positionierstiftteilen 15&min;, 16&min;, die in einer zweiten Ausführungsform in Fig. 6 näher dargestellt sind. ln jedem Fell sind die Positionierstiftteile 15, 16 bzw. 15&min;, 16&min; mit Haftsitz in die zugehörigen Positionierbohrungen 13, 14 eingepreßt und weisen zur exakten Positionierung des Werkzeughalters 2 gegenüber der Werkzeughalteraufnahme 1 und zur Übertragung eines Teiles des Drehmomentes Schrägflächen 17 und 18 sowie 17 a und 18 a bzw. 17&min; und 18&min; auf.
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Diese ebenen Schrägflächen 17 und 18 sowie 17 a und 18 a bzw. 17&min;, 18&min; sind gegenüber einer durch die Hauptachse A von Paßzapfen 5 und Paßbohrung 7 sowie die Achsen s der Positionierbohrungen 13, 14 hindurchgehenden Ebene E-E in spitzem Winkel µ von vorzugsweise etwa 15° geneigt. Die Schrägflächen verlaufen ferner quer zur Umfangsrichtung von Paßbohrung 7 und Paßzapfen 5. Wenn der Werkzeughalter 2 mit der Werkzeughalteraufnahme 1 zusammengespannt ist, dann liegen die Schrägflächen 17 und 18 sowie 17 a und 18 a bzw. 17&min; und 18&min; vollflächig und spielfrei aneinander.
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Bei dem in den Fig. 1-5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das eine Positionierstiftteil 16 einen im Querschnitt trapezförmigen Ansatz auf, dessen beide Flanken die Schrägflächen 18, 18 a bilden. Das andere Positionierstiftteil 15 ist zur Aufnahme des Ansatzes 19 mit einer genau passenden trapezförmigen Nut 20 versehen, deren Flanken ebenfalls Schrägflächen 17, 17 a bilden. Das Positionierstiftteil 16 ist in die zugehörige Positionierbohrung 14 soweit versenkt eingepreßt, daß nur sein Ansatz 19 über die Ringfläche 6 des Werkzeughalters 2 vorsteht. Das andere Positionierstiftteil 15 ist in die zugehörige Positionierbohrung 13 vollständig versenkt eingepreßt, so daß seine Stirnfläche 15 a mit der Stirnfläche 8 der Werkzeughalteraufnahme 1 in einer Radialebene liegt.
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Das Einpressen der Positionierstiftteile 15, 16 in die zugehörigen Positionierbohrungen 13, 14 erfolgt zweckmäßig mittels genau gearbeiteter Einbaulehren. Diese Einbaulehren weisen ähnlich wie die Werkzeughalteraufnahme und der Werkzeughalter eine Paßbohrung, einen Paßzapfen und Positionierstifte auf. Diese in den Einbaulehren montierten Positionierstifte greifen mit ihren Positionierstiften in die einzupressenden Positionierstifte 15, 16 ein, wodurch einerseits die Einpreßtiefe der einzupressenden Positionierstiftteile in die Positionierbohrungen festgelegt wird und andererseits auch die Drehstellung des Ansatzes 19 bzw. der Nut 20 gegenüber der Ebene E-E. Mit Hilfe derartiger Einbaulehren ist es möglich, die Positionierstiftteile 16 in verschiedene Werkzeughalter 2 und die Positionierstiftteile 15 in verschiedene Werkzeughalteraufnahmen so einzubauen, daß alle unter Verwendung der gleichen Einbaulehren hergestellten Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahmen untereinander auswechselbar sind und doch stets mit der gleichen Präzision zusammenpassen.
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Damit der Ansatz 19 beim Einstecken des Werkzeughalters 2 in die Werkzeughalteraufnahme 1 nicht mit der Zentrierbohrung 13 der Werkzeughalteraufnahme 1 kollidiert, ist der Ansatz 19 an seinen quer zu den Schrägflächen 18, 18 a verlaufenden Umfangsflächen 19 a im Durchmesser verjüngt. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß die Flächen 19 a leicht kegelstumpfförmig ausgebildet sind oder einen etwas kleineren Durchmesser aufweisen als das Positionierstiftteil 16.
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Beim Zusammenstecken von Werkzeughalter 2 und Werkzeughalteraufnahme 1 greift zunächst der Ansatz 19 mit verhältnismäßig großem Spiel in die trapezförmige Nut 20 ein. Je weiter sich Werkzeughalter 2 und Werkzeughalteraufnahme 1 nähern, desto geringer wird das Spiel zwischen dem Ansatz 19 und der Nut 20. Durch dieses geringer werdende Spiel werden Werkzeughalter 2 und Werkzeughalteraufnahme 1 erforderlichenfalls etwas gegeneinander verdreht, solange bis bei Anlage der Ringfläche 6 an der Stirnfläche 8 die Schrägfläche 17 an der Schrägfläche 18 und die Stirnfläche 17 aan der Stirnfläche 18 a vollflächig und spielfrei anliegen. Hierdurch ist die Drehwinkellage des Werkzeughalters 2 gegenüber der Werkzeughalteraufnahme äußerst exakt festgelegt. Treten bei der Bearbeitung größere Schnittkräfte auf, die größer sind als das durch die Haftreibung zwischen Ringfläche und Stirnfläche übertragbare Drehmoment, dann entsteht an der Berührungsfläche zwischen den sich berührenden Schrägflächen 17 und 18 eine Normalkraft N, die in etwa durch die Mitte der Berührungsfläche verläuft. Die Wirkungslinie W dieser Normalkraft verläuft weiterhin auf der der Schrägfläche 17 abgewandten Seite des Positionierstiftteiles 15 innerhalb der zugehörigen Positionierbohrung, also in demjenigen Bereich, wo das Positionierstiftteil 15 in der Positionierbohrung 13 anliegt. In ähnlicher Weise verläuft auch die Wirkungslinie W auf der der Schrägfläche 18 abgekehrten Seite des Positionierstiftteiles 16 innerhalb der zugehörigen Positionierbohrung 14 in den Werkzeughalter 2. Da die Positionierstiftteile 15, 16 im Bereich der Wirkungslinie W an ihren zugehörigen Positionierbohrungen 13, 14 anliegen, wird eine Biegebeanspruchung der Positionierstiftteile 15, 16 vermieden und damit eine sehr drehsteife Verbindung zwischen Werkzeughalter 2 und Werkzeughalteraufnahme 1 geschaffen, die auch bei größeren Schnittkräften nicht nachgibt.
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Damit die Positionierstiftteile 15, 16 in ihrer durch die Einbaulehren vorbestimmten Lage verbleiben, weist jedes Positionierstiftteil 15, 16 eine sich in Richtung der Achse a erstreckende Gewindebohrung 21, 22 auf. In den Gewindebohrungen 21, 22 sind Stützschrauben 23, 24 angeordnet, die nach dem Einpressen der Positionierstiftteile 15, 16 leicht angezogen werden, so daß sie sich am Grund 13 a, 14 a der zugehörigen Positionierbohrung 13, 14 abstützten. Auf diese Weise sind die beiden Positionierstiftteile 15, 16 auch bei größerer Krafteinwirkung gegen Verschieben in das Innere ihrer Positionierbohrungen 13, 14 gesichert. Die Stützschrauben 23, 24 können bei etwaiger Beschädigung der Positionierstiftteile 14, 15 auch dazu verwendet werden, um diese aus den zugehörigen Positionierbohrungen herauszuschieben.
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Gegebenenfalls können die Positionierstiftteile 15, 16 in den Positionierbohrungen 13, 14 auch dadurch abgestützt werden, daß jede Positionierbohrung 13, 14 über mindestens eine Füllbohrung 25, 26 mit der Außenflächen der Werkzeughalteraufnahme 1 bzw. des Werkzeughalters 2 in Verbindung steht. Über diese Füllbohrungen 25, 26 kann der zwischen dem jeweiligen Positionierstiftteil 15, 16 und dem Grund 13 a, 14 a der zugehörigen Positionierbohrung 13, 14 verbleibende Raum mit einer schrumpfungsfrei aushärtenden Kunststoffmasse ausgefüllt werden. Über diese Kunststoffmasse stützt sich dann das jeweilige Positionierstiftteil 15, 16 am Grund 13 a, 14 a der zugehörigen Positionierbohrung 13, 14 ab.
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Während bei dem in Fig. 1-5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Ansatz 19 und die Nut 20 symmetrisch zu den Achsen der Positionierstiftteile 16, 15 angeordnet sind, wäre auch eine asymmetrische Anordnung denkbar, damit der Ansatz 16 und das kraftbeaufschlagte Teil des Positionierstiftteiles 15 einen größeren Querschnitt aufweisen.
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Diese Veränderung könnte soweit ausgedehnt werden, daß an jedem Positionierstiftteil 15&min;, 16&min;, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, nur noch eine Schrägfläche 17&min;, 18&min; vorgesehen ist. In diesem Fall sind die beiden Positionierstiftteile 15&min;, 16&min; identisch ausgebildet und weisen je einen Ansatz 27, 28 mit je einer Schrägfläche 17&min;, 18&min; auf. Die beiden Positionierstiftteile 15&min;, 16&min; sind jeweils soweit in die zugehörige Positionierbohrung 13, 14 eingepreßt, daß jeder Ansatz 27, 28 gleich weit etwa um die Hälfte seiner axialen Höhe über die Ringfläche 6 bzw. Stirnfläche 8 vorsteht. Auch hier verläuft die Wirkungslinie W einer auf die Schrägflächen 17&min;, 18&min; einwirkenden Normalkraft N so wie es oben bezüglich des ersten Ausführungsbeispieles beschrieben wurde. Da die Ausgestaltung der Positionierstiftteile 15&min;, 16&min; bezüglich ihrer Anordnung und Abstützung in den Positionierbohrungen 13, 14 genauso ausgestaltet sein kann wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, sind diese Einzelheiten nicht nochmals in der Zeichnung dargestellt und beschrieben.