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Werkzeug mit einer Einspannvorrichtung
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer Einspannvorrichtung
zum Haltern eines werkzeugtragenden Kopfteiles an einem in die Spindel einer Werkzeugmaschine
einsetzbaren Werkzeughalter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Bohrwerkzeug, das an der Frontseite
seines Kopfteiles mindestens einen Schneideinsatz zur Werkstückbearbeitung aufweist.
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Ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art ist in DE 31 08 439 beschrieben.
Bei einem solchen Werkzeug nach dem Stand der Technik weist das Kopfteil an seinem
dem Werkzeughalter zugekehrten hinteren Ende einen zur Bohrwerkzeugachse konzentrischen,
zylindrischen Paßzapfen auf. Dieser ist von einer senkrecht zur Bohrwerkzeugachse
verlaufenden Ringfläche umgeben. Der Werkzeughalter enthält eine von einer ringförmigen
Stirnfläche umgebene Paßbohrung zur Aufnahme des Paßzapfens, der eine Querbohrung
mit einem darin verschiebbaren, an seinen beiden Enden mit einem kegelförmigen Ansatz
versehenen Verbindungsbolzen aufweist. Den beiden Enden gegenüberliegend sind in
der Wandung des Werkzeughalters zwei in radialer Richtung verschraubbare Halteschrauben
angeordnet, die in ihrem radial inneren Bereich jeweils kegelförmige, mit den Ansätzen
am Verbindungsbolzen korrespondieren-
de Ausnehmungen aufweisen.
Durch Eindrehen der beiden Halteschrauben nach innen gelangen die Flanken des Verbindungsbolzens
und der kegelförmigen Ausnehmungen in gegenseitige Anlage und wirken auf den Paßzapfen
im Sinne eines Aneinanderpressens von Ringfläche und Stirnfläche. Es wird also durch
Betätigen zweier Halteschrauben die gegenseitige axiale und Drehsicherung von Werkzeughalter
und Kopfteil erzielt.
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Nachteilig bei einem herkömmlichen Werkzeug mit ew derartigen Einspannvorrichtung
ist die Notwendig beide diametral gegenüberliegende Halteschrauben bftigen zu müssen.
Zusätzlich muß eine sehr h Betätigungskraft aufgewendet werden, um eine sicher e
gegenseitige Fixierung von Werkzeughalter und Kopfteil zu erreichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug mit einer
Einspannvorrichtung zu schaffen, bei der mittels eines einzigen, einfachen 8etätigungsschrittes
eine sichere Verbindung von Werkzeughalter und Kopfteil erzielt wird. Die kennzeichnenden
Merkmal le des Anspruches 1 beschreiben die Lösung dieser Aufgabe.
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Es werden in die Querbohrung eines aus der werkzeugabseitigen Stirnfläche
des Kopfteiles hervorste.#enden Zylinderschaftes zwei durch Betätigung von außen
wahlweise auseinander- und zusammenführbare Spannanker eingesetzt, deren beide radial
außenliegende Spannköpfe in Spannstellung zum Zwecke der gegenseitigen axialen Verschiebesicherung
von Kopfteil und Werkzeughalter in diametral gegenüberliegende Vertiefungen in der
Innenwandung der Aufnahmebohrung eingreifen. Bei der Betätigung der beiden Spannanker
verschieben sich diese gleichzeitig synchron nach außen. Es entfällt also die Notwendigkeit,
wie beim Gegenstand nach dem
Stand der Technik zwei Schraubvorgänge
durchführen zu müssen.
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In Kombination mit diesen Merkmalen ist erfindungsgemäß eine Verzahnung
der in Einspannstellung aneinanderliegenden Anlage- bzw. Gegenhalteringflächen von
Kopfteil bzw. Werkzeughalter vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine gegenüber dem
Bohrwerkzeug nach dem Stande der Technik wesentlich verbesserte Drehsicherung dieser
beiden Bauteile gegeneinander, da die jeweilige Sicherungsfunktion von zwei Vorrichtungsbereichen
erfüllt wird. Bei der genannten Verzahnung kann es sich um eine einfache Stirnverzahnung,
um eine Hirth-Verzahnung oder um eine sogenannte ISO-Fixierung über Mitnehmersteine
handeln.
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Das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 2 lehrt eine einfache konstruktive
Lösung für die gegenseitig synchrone Verschiebung der beiden Spannanker, die jeweils
mit einer gegensinnigen Gewindebohrung versehen sind. In diesen Bohrungen sitzen
die entsprechenden Gewindebereiche eines Doppelgewindestiftes. Dieser ist gemäß
den Ansprüchen 3 bzw. 4 radial von einer bzw. vorteilhafterweise von zwei diametral
gegenüberliegenden Richtungen betätigbar. Im letzteren Falle liegt quasi immer eine
der Betätigungsbohrungen auf der dem Benutzer zugewandten Seite. Es entfällt die
Notwendigkeit, den in die Spindel der Werkzeugmaschine eingesetzten Werkzeughalter
von Hand in eine Stellung zu drehen, in der eine Betätigung der Spannanker möglich
ist. Dadurch wird die Benutzerfreundlichkeit vorteilhaft gesteigert.
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Durch die zueinander symmetrische Anlagestufe der beiden Spannanker
an ihren einander zugewandten Innenenden wird deren gegenseitige Führung vorteilhaft
verbessert. Ihre Vertikalflächen liegen gegenseitig
verschiebbar
aneinander, wodurch ein Verklemmen oder Verkippen der beiden Spannteile wirkungsvoll
vermieden wird. Durch die Maßnahme gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches
6 nehmen die beiden Spannanker im ungespannten Zustand der Einspannvorrichtung eine
definierte Lage zueinander ein. Es liegen nämlich die beiden Anlagestufen formschlüssig
ineinander.
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Nach Anspruch 7 ist im Überdeckungsbereich der beiden Vertikalflächen
in die Außenwandungen der beiden Spannanker eine parallel zur Mittellängsebene des
Werkzeuges umlaufende Ringnut eingeformt, in der ein die Que rboh rungsinnenwand
beaufschlagender Federring sitzt. Bei der Montage des Werkzeuges wird die Baueinheit
Spannanker-Doppelgewindestift-Federring in die Querbohrung bis zur Einbauendstellung
eingeschoben und ist dadurch im wesentlichen ortsfest fixiert. Die beiden Spannanker
sind über die Ringnut unverlierbar in der Querbohrung gehalten. Da die Ringnut gemäß
Kennzeichen des Anspruches 8 eine Breite aufweist, die dem Verschiebeweg der Spannanker
zuzüglich der Breite des Federringes entspricht, ist genügend Freiraum für die Verschiebebewegung
der beiden Spannanker gegeben.
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Diese erfolgt bei Drehung des Doppelgewindestiftes relativ zum Federring,
wobei die in den jeweiligen Spannanker eingeformten Halbringnute teilweise außer
Fluchtung geraten.
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Gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 9 liegt der Federring
in der zusammengeführten Bewegungsendstellung der Spannanker jeweils an den ihren
Spannköpfen zugewandten Seitenflanken der Ringnut formschlüssig an. Dadurch ist
die Bewegungsendstellung eindeutig festgelegt, eine unerwünschte gleichgerichtete
Bewegung der gesamten Einheit Spannanker-Doppelgewindestift wird durch diese Fixierung
relativ zum ortsfesten Federring verhindert.
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Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 10 ist es unmöglich,
daß im ausgebauten Zustand des Werkzeugkopfes durch fortwährendes Drehen des Doppelgewindestiftes
die Gewindebohrung der beiden Spannanker außer Eingriff mit diesem gelangt. Die
Folge wäre ein Auseinanderfallen dieser Baugruppe, was durch die Konstruktionsweise
gemäß diesem kennzeichnenden Merkmal verhindert wird.
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Durch das Kennzeichen der Ansprüche 11 und 12 kann der gesamte durch
die Ringnut begrenzte Verschiebeweg genutzt werden. Ein Eingriff der jeweils gegensinnig
verlaufenden Gewinde des Doppelgewindestiftes in den gegenüberliegenden, "falschen"
Teil der Gewindebohrung ist damit nicht zu befürchten.
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Durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 13 kann das Kopfteil
und der Werkzeughalter nur in einer ganz bestimmten Drehwinkelstellung zueinander
verspannt werden. Diese Drehwinkelstellung entspricht natürlich der für einen sauberen
Eingriff der Spannköpfe in die beschriebenen Vertiefungen benötigten Stellung. Dadurch
kann der Werkzeugwechsel durch Aus tauschen des Kopfteiles schnell und mühelos vonstatten
gehen, zumal sich der Ein- und Auspannvorgang jeweils auf die einseitige Betätigung
einer Schraube begrenzt.
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Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 14 und 15 beschreiben Maßnahmen,
die einen sauberen und reibungsarmen Eingriff der Spannköpfe in die Vertiefungen
der Werkzeughalterinnenwandung ermöglichen und einer weiter verbesserten axialen
Verschiebesicherheit von Kopfteil und Werkzeughalter zueinander dienlich sind.
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Durch die Schrägflanken der Trapezform kann beim Verspreizen der Spannanker
nach außen ein allmähliches Gleiten der Spannköpfe in die Vertiefungen erfolgen.
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Durch den gegenseitigen Versatz der in Radialrichtung liegenden Längsachse
der Spannanker zur Mittenlängsebene der Vertiefungen bezüglich der Vorrichtungslängsachse
liegen bei Eingriff der Spannköpfe in die Vertiefungen jeweils deren werkzeugseitige
Schrägflanken der Trapezform aneinander an. Beim Spreizen der Spannanker wird über
diese Schrägflanken deren radiale Spreizkraft in eine axiale Komponente in Richtung
zur Werkzeugspindel umgelenkt. Dadurch wird das Kopfteil in den Werkzeughalter hineingezogen
und dort gegen axiale Verschiebung gesichert.
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Eine besonders einfache Ausführung für die Vertiefungen in der Innenwandung
der Aufnahmebohrung ist im Kennzeichen des Anspruches 16 beschrieben. Eine umlaufende
Ringnut kann bei der Fertigung des Werkzeughalters beispielsweise auf einer Drehbank
sehr einfach eingebracht werden.
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In Verbindung mit der trapezartigen Form der Spannköpfe und der Vertiefungen
ist es gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 17 vorteilhaft, daß cle
Betätigungsbohrungen im radial äußeren, längsachsenparallelen Bereich der Vertiefungen
münden. Diese Bereiche erfüllen keine Spannfunktion od.dgl. Ihre Abmessungen können
so beispielsweise an den benötigten Durchmesser der Betätigungsbohrung angepaßt
werden.
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Dieser wiederum richtet sich nach dem verwendeten Werkzeug zur Betätigung
der Zugankerschraube. Bei einem kreisrunden Querschnitt des Spannankers gemäß Anspruch
18 ist die Querbohrung sehr einfach herstellbar, während bei einer Ausbildung mit
rechteckigem Querschnitt analog Anspruch 19 gleichzeitig eine Verdrehsicherung für
die Spannanker vorhanden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Figuren in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt
durch das Werkzeug mit in ungespanntem Zustand befindlichen Spannankern, Fig. 2
einen schematisierten Längsschnitt analog Fig.
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1 mit in gespanntem Zustand befindlichen Spannankern, Fig. 3 einen
Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 mit gespanntem Spannanker in der
linken Figurenhälfte und ungespanntem Spannanker in der rechten Figurenhälfte, Fig.
4 und 5 jeweils Draufsichten auf alternative Bauformen der Spannanker aus Pfeilrichtung
A in Fig. 1, Fig. 6 einen vergrößerten Längsschnitt analog Fig. 1, Fig. 7 einen
vergrößerten Querschnitt analog Fig. 3, Fig. 8 eine Detailseitenansicht eines Spannankers,
Fig. 9 eine Detailseitenansicht des Spannankers aus Pfeilrichtung B in Fig. 8, Fig.10
einen Längsschnitt durch einen Spannanker entlang der Linie X-X in Fig. 8 und Fig.11
eine Seitenansicht eines Spannankers aus Pfeilrichtung C in Fig. 10.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug weist ein im wesentlichen zylinderförmiges
Kopfteil 1 auf, an dessen frontseitigem Ende mindestens ein Schneideinsatz zur Bearbeitung
eines Werkstückes angebracht ist. Aus der werkzeugabseitigen Stirnfläche 2 des Kopfteiles
1 steht koaxial in Richtung zum Werkzeughalter 3 der Zylinderschaft 4 hervor. Dieser
ist einstückig an das Kopfteil 1 angeformt und weist einen im Vergleich dazu geringeren
Durchmesser auf. Senkrecht zur Vorrichtungslängsachse 5 verläuft um den Zylinderschaft
4 die Anlageringfläche 6.
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Der in die Spindel einer Werkzeugmaschine einsetzbare Werkzeughalter
3 ist ebenfalls im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Von seiner werkzeugseitigen
Stirnfläche 7 ausgehend weist er eine axiale Aufnahmebohrung 8 zur paßgenauen Aufnahme
des Zylinderschaftes 4 auf. Die stirnseitige Öffnung 9 der Aufnahmebohrung 8 ist
senkrecht zur Vorrichtungslängsachse 5 von einer Gegenhalteringfläche 10 umgeben,
an der sich in Einspannstellung des Kopfteiles 1 dessen Anlageringfläche 6 abstützt.
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Der Zylinderschaft 4 weist in seinem Mittenbere: h eine senkrecht
zur Vorrichtungslängsachse 5 verlauf## de Querbohrung 11 auf, deren Bohrungsachse
12 durch die Vorrichtungslängsachse 5 verläuft. In dieser Querbohrung 11 sind zwei
wahlweise auseinander- und zusammenführbare Spannanker 13,14 radial verschiebbar
gelagert. Diese Verschiebung kann durch Betätigung eines Doppelgewindestiftes 15
von außen gesteuert werden. Dazu sitzt der Doppelgewindestift in einer die beiden
Spannanker rechtwinklig zur Vorrichtungslängsachse 5 bohrungsaxial durchsetzenden
Gewindebohrung 16, die durch die beiden fluchtenden Teilbohrungen 16',16" in den
beiden Spannankern 13,14 gebildet ist. Die Gewinde sind zueinander gegenläufig.
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In radialer Verlängerung der Gewindebohrung 16 liegen in der Wandung
des Werkzeughalters 3 zwei Betätigungsbohrungen 17,18 diametral gegenüber. Durch
diese hindurch ist mittels eines geeigneten Werkzeuges ein Zugriff auf den Doppelgewindestift
15 von außen möglich. Wesentlich dabei ist, daß sich durch einseitige Betätigung
des Doppelgewindestiftes 15 beide Spannanker 13,14 radial in entgegengesetzter Richtung
verschieben.
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Den radial außenliegenden Spannköpfen 19,20 der als klotzartige Metallformteile
ausgebildeten Spannanker
13,14 liegen zwei diametral in der Innenwandung
21 der Aufnahmebohrung 8 angeordnete Vertiefungen 22,23 gegenüber. In Spannstellung
(Fig. 2) greifen die Spannköpfe 19,20 in diese Vertiefungen 22,23 zur axialen Verschiebesicherung
von Kopfteil 1 und Werkzeughalter 3 gegeneinander ein.
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Die Spannköpfe 19,20 bzw. die Vertiefungen 22,23 sind im Längsschnitt
(Fig. 1,6) sich radial nach außen trapezförmig verjüngend ausgebildet. Die Schrägflanken
24,25 sind etwa in einem Winkel von 450 gegenüber der Vorrichtungslängsachse 5 angeordnet,
wodurch sich günstige Kraftverhältnisse beim Eingriff der Spannköpfe in die Vertiefungen
ergeben. Im wesentlichen wird die Spreizkraft beim radialen Auseinanderführen des
Spannankers 13,14 über diese Schrägflanken 24,25 in eine axial wirkende Zugkraft
verwandelt, die das Kopfteil 1 in Richtung zum Werkzeughalter 3 beaufschlagt und
den Zylinderschaft 4 in die Aufnahmebohrung 8 hineinzieht. Da die parallel zur Bohrungsachse
12 liegende gemeinsame Längsachse 26 der Spannanker 13,14 gegenüber der Mittenlängsebene
27 der Vertiefungen 22,23 versetzt angeordnet ist, liegen bei Eingriff der Spannköpfe
19,20 in die Vertiefungen 22,23 jeweils deren werkzeugseitige Schrägflanke 24 gegenseitig
an (Fig. 2).
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Wie in Fig. 1 dargestellt, greifen die Anlageringfläche 6 und die
Gegenhalteringfläche 10 von Kopfteil 1 bzw. Werkzeughalter 3 über eine Verzahnung
28 ineinander, wodurch eine verdrehsichere Drehmomentübertragung zwischen diesen
beiden Bauteilen gewährleistet ist.
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Durch Auslassen eines korrespondierenden Zahnrades ist eine Zahnlücke
29 entstanden. Kopfteil 1 und Werkzeughalter 3 können also nur in einer definierten
Drehwinkelstellung zueinander stehen. Diese Drehwinkelstellung ist so gewählt, daß
die Querbohrung 11 und
Betätigungsbohrungen 17,18 in Einbaustellung
automatisch fluchten.
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Gemäß Fig. 3 sind die beiden diametral gegenüberliegenden Vertiefungen
22,23 Bestandteil einer in der Innenwandung 21 der Aufnahmebohrung 8 umlaufenden
Ringnut 29, die ebenfalls eine trapezartige Querschnittsform aufweist. Die Betätigungsbohrungen
17,18 münden im radial äußeren, längsachsenparallelen Eereich 31 der Vertiefungen
22,23 bzw. der Ringnut #.
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In Fig. 4 bzw. 5 sind zwei unterschiedliche Alternarven für den Querschnitt
der Spannanker 13,14 dargestellt. Die kreisrunde Querschnittsform analog Fig. 4
hat den Vorteil, daß die Querbohrung 11 besonders einfach herstellbar ist, während
bei der rechteckigen Querschnittsform analog Fig. 5 gleichzeitig eine Drehsicherung
der Spannanker 13,14 selbst gegeben ist.
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An Hand der Fig. 6 bis 11 wird die Fixierung cer Spannanker 13,14
in der Querbohrung 11 und ihre saubere gegenseitige Führung erläutert. Beide Spannanker
13,14 weisen an ihrem einander zugewandten Innenende 32,33 jeweils eine zueinander
symmetrische Anlagestufe 34 auf, deren Vertikalflächen 35 gegenseitig verschiebbar
anliegen. In der zusammengeführten Bewegungsendstellung der Spannanker im ungespannten
Zustand (Fig. 6) liegen die beiden Anlagestufen formschlüssig ineinander. Im Überdeckungsbereich
36 der beiden Vertikalflächen 35 ist in die Außenwandung 37 der beiden Spannanker
13,14 eine parallel zur Mittenlängsebene 27 des Werkzeuges umlaufende Ringnut 38
eingeformt. In dieser sitzt ein die Querbohrungsinnenwand 39 beaufschlagender Federring
40. Durch dessen Spreizwirkung sitzt er quasi ortsfest in der Querbohrung 11 und
der Verschiebeweg der beiden Spannanker 13,14 ist auf die Breite der Ringnut 38
beschränkt.
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Diese Breite ist gleich oder größer dem für eine sichere Fixierung
des Kopfteiles 1 benötigten Verschiebeweg der Spannanker 13,14 zuzüglich der Breite
des Federringes 40 selbst gewählt. Die Dicke des Federringes 40 ist ein Maß für
die Tiefe der Ringnut 38, jedoch sollte die gegenseitige Anlage unter einem gewissen
Spiel stattfinden, um eine reibungsarme, leichtgängige Verschiebung der beiden Spannanker
13,14 gegenüber dem Federring 40 zu gewährleisten. Der Federring liegt in der zusammengeführten
Bewegungsendstellung der Spannanker 13,14 (linker Spannanker 13 in Fig. 7) jeweils
an den ihren Spannköpfen 19,20 zugewandten Seitenflanken 41 der Ringnut 38 formschlüssig
an. In der auseinandergeführten Bewegungsendstellung bei der Einspannstellung der
Spannanker 13,14 (rechter Spannanker 14 in Fig. 7) liegt der Federring jeweils an
den ihren Innenenden 32,33 zugewandten Seitenflanken 42 der Ringnut 38 formschlüssig
an.
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Der Doppelgewindestift 15 ist im wesentlichen dreigeteilt. An seinen
entgegengesetzten Enden weist er die jeweils in die Gewindebohrung 16 der Spannanker
13,14 eingreifenden Gewindezapfen 43,44 auf, die durch den Zylinderbolzen 45 verbunden
sind. In den Stirnseiten der Gewindezapfen 43,44 ist zur Betätigung mittels eines
Sechskantschlüssels jeweils eine Innensechskantausnehmung 46 eingeformt. Der Zylinderbolzen
45 weist einen geringeren Durchmesser als die Gewindezapfen 43,44 auf. Dadurch wird
der Überdeckungsbereich 36 der Spannanker 13,14 überbrückt.
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Bezugszeichenliste 1 = Kopfteil 2 = Stirnfläche 3 = Werkzeughalter
4 = Zylinderschaft 5 = Vorrichtungslängsachse 6 = Anlageringfläche 7 = Stirnfläche
8 = Aufnahmebohrung 9 = Öffnung 10 = Gegenhalteringfläche 11 = Querbohrung 12 =
Bohrungsachse 13 = Spannanker (links) 14 = Spannanker (rechts) 15 = Doppelgewindestift
16 = Gewindebohrung 16' = Teilbohrung 16" = Teilbohrung 17 = Betätigungsbohrung
18 = Betätigungsbohrung 19 = Spannkopf 20 = Spannkopf 21 = Innenwandung 22 = Vertiefung
23 = Vertiefung 24 = Schrägflanke 25 = Schrägflanke 26 = Längsachse 27 = Mittenlängsebene
28 = Verzahnung 29 = Zahnlücke 30 = Ringnut 31 = längsachsenparalleler Bereich 32
= Innenende 33 = Innenende 34 = Anlagestufe 35 = Vertikalflächen 36 = Überdeckungsbereich
37 = Außenwandung 38 = Ringnut 39 = Querbohrungsinnenwand 40 = Federring 41 = Seitenflanke
42 = Seitenflanke 43 = Gewindezapfen 44 = Gewindezapfen 45 = Zylinderbolzen 46 =
Innensechskantausnehmung
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