DE3829800A1 - Werkzeughalter fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Werkzeugma­ schinen mit einem maschinenseitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil, einer zwischen den beiden Halterteilen angeordne­ ten Federeinrichtung, die einen Längenausgleich auf Zug und Druck ermöglicht und für den Längenausgleich auf Druck eine Druckfeder umfaßt, einer Mitnehmereinrichtung, die die beiden Halterteile längsverschieblich und drehfest miteinander kop­ pelt, und einer Kupplung, die einer Werkzeugaufnahmehülse achsparallele Radialbewegungen gestattet.

Derartige Werkzeughalter werden bevorzugt beim Gewindeschneiden verwendet. Das Werkzeug wird mit hoher Vorschubkraft an die Bohrung des Werkstücks angesetzt, um einen möglichst soforti­ gen Anschnitt zu erzielen. Der Längenausgleich auf Druck ver­ hindert dabei unzulässige Stoßbelastungen. Im weiteren Verlauf des Gewindeschneidens wird mit einem Vorschub gearbeitet, der etwas geringer als die Steigung des Gewindes ist. Die Diffe­ renz wird kompensiert durch den Längenausgleich auf Zug. Letz­ terer wird auch wirksam, wenn das Werkzeug nach dem Abschalten des Drehantriebs und des Vorschubs noch nachläuft. Die Kupp­ lung, die der Werkzeugaufnahme achsparallele Radialbewegungen gestattet, gleicht Fluchtfehler zwischen dem Werkzeug und der Bohrung aus. Die Kupplung kann im einen oder im anderen Hal­ terteil angeordnet sein.

Im Laufe des Betriebes hat es sich gezeigt, daß die Federein­ richtung so hohen Belastungen unterliegt, daß sie rasch ermü­ det. Dies gilt insbesondere für den Längenausgleich auf Druck. Hier führt eine Ermüdung der Federeinrichtung dazu, daß die für den Anschnitt erforderliche Vorschubkraft immer später aufgebaut wird. Dadurch wird ein zunehmender Anteil des vor­ programmierten Vorschubes verbraucht, bevor das Werkzeug in die Bohrung eindringt. Die Folge ist, daß die Gewindetiefe nicht das erforderliche und vorprogrammierte Maß erreicht. Um diesem Nachteil zu begegnen, ist ein häufiges Nachstellen der Programmierung zum Ausgleich der Federermüdung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genann­ ten Werkzeughalter derart weiterzuentwickeln, daß ein durch Ermüdung der Federeinrichtung bedingtes häufiges Nachstellen der Programmierung entfällt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Werkzeughalter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder aus min­ destens einem im wesentlichen massiven Element aus elastischem Kunststoff bestehen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Ermündung der Federeinrichtung weniger auf vergleichsweise langhubige Last­ wechsel zurückzuführen ist, sondern vielmehr vorwiegend auf die während des Schneidvorganges auftretenden kurzhubigen, aber hochfrequenten Vibrationen. Herkömmliche Federeinrichtun­ gen, die vorwiegend mit Schraubenfedern aus Federstahl arbei­ ten, sind diesen Vibrationen auf die Dauer offenbar nicht gewachsen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu grunde, daß die Dämpfung der Vibrationen den wesentlichen Faktor für ein ermüdungsfreies Arbeiten der Federeinrichtung bildet. Über­ raschenderweise vereinigt das vorzugsweise massive Element aus elastischem Kunststoff sehr gute Federeigenschaften mit sehr guten Dämpfungseigenschaften. Die Praxis hat gezeigt, daß ein Nachstellen der Programmierung, wenn überhaupt, erst nach sehr langen Standzeiten erforderlich wird. In der Regel treten vorher produktionsbedingte Stillstandszeiten auf, die ein Austauschen des billig als Massenartikel herstellbaren Ele­ ments aus Kunststoff ermöglichen.

Die Vibrationen übertragen sich auch auf den Längenausgleich auf Zug. Insoweit kann eine Ermüdung der Federeinrichtung dazu führen, daß das Werkzeug unzulässig lange nachläuft und ggf. auf den Boden der Bohrung aufläuft.

Um auch hier Abhilfe zu schaffen, ist der Werkzeughalter nach der Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Federein­ richtung für den Längenausgleich auf Zug eine Druckfeder auf­ weist, die aus mindestens einem im wesentlichen massiven Ele­ ment aus elastischem Kunststoff besteht.

Grundsätzlich kommen sämtliche Kunststoffe in Frage, die die gewünschten Feder- und Dämpfungseigenschaften in sich vereini­ gen. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß das massive Element aus geschäumtem, offen- und geschlossenzelli­ gem Polyurethan-Elastomer besteht. Der gemischtzellige Aufbau gewährleistet neben den gewünschten Eigenschaften eine Volu­ menkompressibilität des Materials, die große Freiheit bezüg­ lich der konstruktiven Gestaltung gewährt.

Vorzugsweise ist die den Längenausgleich auf Zug ermöglichende Druckfeder weicher als die andere Druckfeder, da erstere ge­ ringere Kräfte aufzuznehmen hat. Die unterschiedliche Feder­ härte kann durch Materialwahl und/oder Formgebung eingestellt werden.

Erfindungsgemäß kann jede Druckfeder von einem einzigen Ele­ ment aus Kunststoff gebildet werden. Besteht hingegen jede Druckfeder aus einem Paket von gleichen Elementen aus Kunst­ stoff, so können die unterschiedlichsten Kombination von Fe­ derhärten auf der Basis eines einzigen Ausgangselementes vor­ gewählt werden. Unter diesen Umständen kann erfindungsgemäß die den Längenausgleich auf Zug ermöglichende Druckfeder aus einer größeren, vorzugsweise der doppelten Anzahl von gleichen Elementen aus Kunststoff bestehen als die andere Druckfeder. Erstere wird entsprechend weicher als letztere.

Gute Ergebnisse, was die Kombination von Feder- und Dämpfungs­ eigenschaften anbelangt, werden dadurch erzielt, daß die Ele­ mente aus Kunststoff im Querschnitt linsenförmig ausgebildet sind. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß zwischen benachbarten, im Querschnitt linsenförmig ausgebildeten Ele­ menten aus Kunststoff Abstandsscheiben vorgesehen sind. Die Abstandsscheiben sorgen dafür, daß sich die linsenförmigen Elemente nicht gegeneinander oder übereinander verschieben.

Auf die Verwendung von Abstandsscheiben kann erfindungsgemäß dadurch verzichtet werden, daß die Elemente aus Kunststoff mit etwa planparallelen Seitenwänden versehen sind. Hier tritt keine Gefahr der Verschiebung auf.

Aus Gründen der Verformbarkeit kann es vorteilhaft sein, daß die mit etwa planparallelen Seitenwänden versehenen Elemente aus Kunststoff eine umlaufende Umfangskerbe aufweisen.

Die Elemente aus Kunststoff können eine beliebige Umfangsform besitzen, beispielsweise quadratisch sein. Aus herstellungs­ technischen Gründen wird man vorwiegend einen kreisförmigen Umfang wählen.

Eine konstruktiv besonders günstige Ausführungsform ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Elemente aus Kunststoff zwischen axialen Anschlägen hintereinander angeordnet sind und zwischen sich einen Betätiger aufnehmen, wobei ein Halterteil mit den axialen Anschlägen und der andere mit dem Betätiger verbunden ist. Die beiden Druckfedern werden also abwechselnd von ein und demselben Betätiger verspannt. Dabei kann diese Anordnung ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß der Betäti­ ger als Scheibe auf einer die axialen Anschläge durchsetzenden Stange befestigt ist und daß die Elemente aus Kunststoff beid­ seitig der Scheibe auf die Stange aufgesteckt sind. Bei einem Austausch der Federeinrichtung entnimmt man die Stange mit dem Betätiger und den beiden Druckfedern als komplette Baugruppe und ersetzt sie durch eine neue. Die entnommene Stange kann dann ohne weiteres mit neuen Elementen aus Kunststoff bestückt werden.

Aus konstruktiven und herstellungstechnischen Gründen kann der Werkzeughalter nach der Erfindung ferner gekennzeichnet sein durch ein in einen der Halterteile eingeklebtes rohrförmiges Gehäuse, welches die Elemente aus Kunststoff aufnimmt und mit seinem Boden und seinem verschraubten Deckel die Anschläge für die Druckfedern bildet.

Bei dem Werkzeughalter nach der Erfindung entfällt die perio­ dische Entlastung der Kupplung durch die Ermüdung der Feder­ einrichtung. Die Kupplung ist daher dauernd extrem hohen Bela­ stungen ausgesetzt. Um diesen standzuhalten, kann der Werk­ zeughalter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, daß die Kupplung eine achssenkrechte Kupplungsscheibe aufweist, deren planparallele Fläche auf planparallelen Flächen des werkzeugseitigen Halterteils und der Werkzeugaufnahmehülse gleiten, und daß die Kupplungsscheibe mit Schlitzen versehen ist, in die einerseits Bolzen des werkzeugseitigen Halterteils und andererseits Bolzen der Werkstückaufnahme eingreifen, wobei die Schlitze für die Bolzen des werkzeugseitigen Halter­ teils senkrecht zu denen für die Bolzen der Werkzeugaufnahme­ hülse ausgerichtet sind. Es handelt sich hierbei um eine soge­ nannte Oldham-Kupplung, allerdings mit der Besonderheit, daß zwischen der Kupplungsscheibe und den zugehörigen Stützflächen keinerlei Wälzelemente vorgesehen sind. Vielmehr wird mit reiner Gleitlagerung gearbeitet und dementsprechend mit her­ vorragenden Standzeiten.

Um die Leichtgängigkeit der Kupplung zu erhöhen und damit die Maßgenauigkeit des Bearbeitungsvorgangs zu verbessern, kann erfindungsgemäß mindestens je eine der aufeinander gleitenden Flächen der Kupplung aus einem Kunststoff hoher Gleitfähigkeit bestehen. Vorzugsweise besteht die Kupplungsscheibe aus einem Kunststoff hoher Gleitfähigkeit.

Als konstruktiv besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Mitnehmereinrichtung ein Paar von achssenkrechten Rollen aufweist, die im werkzeugseitigen Halterteil gelagert sind und in axiale Führungen des maschinenseitigen Halterteils eingreifen. Dabei können die Führungen aus herstellungstech­ nischen Gründen erfindungsgemäß in einer Hülse ausgebildet sein, die mit dem maschinenseitigen Halterteil verklebt ist. Ein besonders günstiger Abschluß der Konstruktion nach außen hin ergibt sich dadurch, daß die mit dem maschinenseitigen Halterteil verklebte Hülse von einem mit dem werkzeugseitigen Halterteil verbundenen Bund abdichtend übergriffen wird.

Der Werkzeughalter nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Gewindeschneiden, kann jedoch auch mit gleichem Vorteil zum Ansenken und Fräsen verwendet werden, da dort vergleich­ bare Arbeitsbedingungen auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbespiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung naher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter;

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in abgewandelter Aus­ führungsform.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Werkzeughalter einen maschinenseiti­ gen Halterteil 1 und einen werkzeugseitigen Halterteil 2.

Zwischen den beiden Halterteilen 1 und 2 ist eine Federein­ richtung 3 angeordnet, die für einen Längenausgleich auf Zug und Druck sorgt. Ferner sind die Halterteile 1 und 2 über eine Mitnehmereinrichtung 4 längsverschieblich und drehfest gekop­ pelt. Zwischen dem werkzeugseitigen Halterteil 2 und einer Werkzeugaufnahmehülse 5 ist eine Kupplung 6 angeordnet, die der Werkzeugaufnahmehülse 5 achsparallele Radialbewegungen gestattet.

Die Federeinrichtung 3 umfaßt eine Druckfeder 7 für den Län­ genausgleich auf Druck und eine Druckfeder 8 für den Längen­ ausgleich auf Zug. Beide Druckfedern bestehen aus einem Paket von Elementen 9 aus geschäumtem, gemischtzelligem Polyurethan- Elastomer. Dieses Material besitzt gute Federeigenschaften und gleichzeitig gute Dämpfungseigenschaften. Die Federein­ richtung 3 neigt daher nicht zu Ermüdungen.

Die Druckfeder 7 besteht aus zwei Elementen 9, während die Druckfeder 8 vier Elemente 9 umfaßt. Letztere ist entsprechend weicher.

Die Elemente 9 sind linsenförmig ausgebildet. Um Relativver­ schiebungen zu vermeiden, ist zwischen den einzelnen linsen­ förmigen Elementen 9 jeweils eine Abstandsscheibe 10 angeord­ net.

Die beiden Druckfedern 7 und 8 werden von einem Gehäuse 11 umschlossen, welches in den maschinenseitigen Halterteil 1 eingeklebt ist und mit seinem Boden 12 sowie seinem ver­ schraubten Deckel 13 Anschläge für die beiden Druckfedern bildet. Die Elemente 9 sind auf eine Stange 14 aufgesteckt, die mit dem werkzeugseitigen Halterteil 2 verschraubt ist und sich durch das Gehäuse 11 hindurch erstreckt. Fest auf der Stange 14 angeordnet ist ein scheibenförmiger Betätiger 15 für die beiden Druckfedern 7 und 8. Die Baugruppe, bestehend aus Stange 14 und Druckfedern 7, 8, ist leicht austauschbar.

Die Mitnehmereinrichtung 4 weist achssenkrechte Rolle 16 auf, welche im werkzeugseitigen Halterteil 2 gelagert sind und in axiale Führungen 17 eingreifen. Die Führungen 17 werden von einer Hülse 18 gebildet, welche mit dem maschinenseitigen Halterteil 1 verklebt ist. Die Hülse 18 wird von einem Bund 19 übergriffen, und zwar unter Zwischenschaltung eines Simmer­ rings 20. Der Bund 19 ist mit dem werkzeugseitigen Halterteil 2 verschraubt.

Die Kupplung 6 weist eine Kupplungsscheibe 21 auf, die in Gleitflächenberührung sowohl mit dem werkzeugseitgen Halter­ teil 2 als auch mit der Werkzeugaufnahmehülse 5 steht. Sie ist mit vier radialen Schlitzen versehen, die in einem Winkelab­ stand von 90° zueinander liegen. In ein Paar von einander gegenüberliegenden Schlitzen greifen Bolzen 22 des werkzeug­ seitigen Halterteiles 2 ein, und zwar unter Zwischenschaltung von Rollen 23, siehe den oberen Teil von Fig. 1. In das ande­ re Paar von einander gegenüberliegenden Schlitzen greifen Bolzen 24 der Werkzeugaufnahmehülse 5 ein, und zwar wiederum unter Zwischenschaltung von Rollen 25. Dies ist im unteren Teil von Fig. 1 dargestellt. Insoweit zeigt der untere Teil von Fig. 1 also eine Schnittebene, die um 90° versetzt zur Zei­ chenebene liegt. Die aus Kunststoff bestehende Kupplungsschei­ be 21 ist bei hoher Belastbarkeit sehr leichtgängig gegenüber dem werkzeugseitigen Halterteil 2 und der Werkzeugaufnahmehül­ se 5 verschieblich. Sie ermöglicht letzterer die gewünschten Radialbewegungen zum Ausgleichen eines Achsversatzes.

Als Werkzeug ist ein Gewindeschneidwerkzeug 26 dargestellt, da der erfindungsgemäße Werkzeughalter insbesondere für das Ge­ windeschneiden vorgesehen ist. Er läßt sich jedoch mit glei­ chem Vorteil auch beim Senken und Fräsen einsetzen.

Fig. 2 zeigt die Stange 24 mit den Druckfedern 7 und 8 und dem dazwischenliegenden scheibenförmigen Betätiger 15. Im vorliegenden Falle bestehen die Druckfedern 7 und 8 jedoch nicht aus linsenförmigen Elementen 9, sondern aus Elementen 9′ mit planparallelen Seiten. Die Zwischenschaltung von Abstands­ scheiben 10 kann entfallen. Zur Verbesserung der Federcharak­ teristik ist jedes Element 9′ mit einer umlaufenden Umfangs­ kerbe 27 versehen. Die Elemente 9′ besitzen, ebenso wie die Elemente 9, einen kreisförmigen Umfang.

Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So können die Elemente 9 und 9′ ohne weiteres einen beispiels­ weise polygonalen Umfang besitzen. Auch kann die Federeinrich­ tung 3 dergestalt umgekehrt werden, daß der Betätiger 15 am maschinenseitigen Halterteil 1 befestigt und daß Gehäuse 11 im werkzeugseitigen Halterteil 2 angeordnet ist. Ferner kann bei entsprechender anderer Anordnung der Anschläge für die beiden Druckfedern 7 und 8 auf das Gehäuse 11 verzichtet werden. Für die Kupplung 6 gilt, daß sie an beliebiger Stelle des Werk­ zeughalters vorgesehen werden kann, also auch im maschinensei­ tigen Halterteil 1. Ferner kann für die Kupplung 6 ein Schmiermittelreservoir vorgesehen werden.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombina­ tionen der beanspruchten Merkmale, die von der beiliegenden Anspruchsfassung abweichen.

Claims (20)

1. Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen mit einem maschinen­ seitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil (1, 2), einer zwischen den beiden Halterteilen angeordneten Federeinrichtung (3), die einen Längenausgleich auf Zug und Druck ermöglicht und für den Längenausgleich auf Druck eine Druckfeder (7) umfaßt, einer Mitnehmereinrichtung (4), die die beiden Halter­ teile längsverschieblich und drehfest miteinander koppelt, und einer Kupplung (6), die einer Werkzeugaufnahmehülse (5) achs­ parallele Radialbewegungen gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (7) aus mindestens einem im wesentlichen massiven Element (9, 9′) aus elastischem Kunststoff bestehen.

2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (3) für den Längenausgleich auf Zug eine Druckfeder (8) aufweist, die aus mindestens einem im wesentlichen massiven Element (9, 9′) aus Kunststoff besteht.

3. Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Element (9, 9′) aus geschäumtem, offen- und geschlossenzelligem Polyurethan-Elastomer bestehen.

4. Werkzeughalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Längenausgleich auf Zug ermöglichende Druckfeder (8) weicher als die andere Druckfeder (7) ist.

5. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckfeder (7, 8) aus einem Paket von gleichen Elementen (9, 9′) aus Kunststoff besteht.

6. Werkzeughalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Längenausgleich auf Zug ermöglichende Druckfeder (8) aus einer großen, vorzugsweise der doppelten Anzahl von gleichen Elementen (9, 9′) aus Kunststoff besteht als die andere Druckfeder (7).

7. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9) aus Kunststoff im Quer­ schnitt linsenförmig ausgebildet sind.

8. Werkzeughalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten, im Querschnitt linsenförmig ausge­ bildeten Elementen (9) aus Kunststoff Abstandsscheiben (10) vorgesehen sind.

9. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9′) aus Kunststoff mit etwa planparallelen Seitenwänden versehen sind.

10. Werkzeughalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit etwa planparallelen Seitenwänden versehenen Ele­ mente (9′) aus Kunststoff eine umlaufende Umfangskerbe (27) aufweisen.

11. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9, 9′) aus Kunststoff einen kreisförmigen Umfang haben.

12. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9, 9′) aus Kunststoff zwi­ schen axialen Anschlägen hintereinander angeordnet sind und zwischen sich einen Betätiger (15) aufnehmen, wobei der eine Halterteil (1, 2) mit den axialen Anschlägen und der andere Halterteil (1, 2) mit dem Betätiger (15) verbunden ist.

13. Werkzeughalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger (15) als Scheibe auf einer die axialen An­ schläge durchsetzenden Stange (14) befestigt ist und daß die Elemente (9, 9′) aus Kunststoff beidseitig der Scheibe auf die Stange aufgesteckt sind.

14. Werkzeughalter nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein in einen der Halterteile (1, 2) eingeklebtes, rohr­ förmiges Gehäuse (11), welches die Elemente (9, 9′) aus Kunst­ stoff aufnimmt und mit seinem Boden (12) und seinem ver­ schraubten Deckel (13) die Anschläge für die Druckfedern (7, 8) bildet.

15. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (6) eine achssenkrechte Kupp­ lungsscheibe (21) aufweist, deren planparallele Flächen auf planparallelen Flächen des werkzeugseitigen Halterteils (2) und der Werkzeugaufnahmehülse (5) gleiten, und daß die Kupp­ lungsscheibe mit Schlitzen versehen ist, in die einerseits Bolzen (22) des werkzeugseitigen Halterteils (2) und anderer­ seits Bolzen (24) der Werkzeugaufnahmehülse (5) eingereifen, wobei die Schlitze für die Bolzen (22) des werkzeugseitigen Halterteils senkrecht zu denen für die Bolzen (24) der Werk­ zeugaufnahmehülse ausgerichtet sind.

16. Werkzeughalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je eine der aufeinander gleitenden Flächen der Kupplung (6) aus einem Kunststoff hoher Gleitfähigkeit be­ steht.

17. Werkzeughalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (21) aus einem Kunststoff hoher Gleitfähigkeit besteht.

18. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmereinrichtung (4) ein Paar von achssenkrechten Rollen (16) aufweist, die im werkzeugseitigen Halterteil (2) gelagert sind und in axiale Führungen (17) des maschinenseitigen Halterteils (1) eingreifen.

19. Werkzeughalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (17) in einer Hülse (18) ausgebildet sind, die mit dem maschinenseitigen Halterteil (1) verklebt ist.

20. Werkzeughalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem maschinenseitigen Halterteil (1) verklebte Hülse (18) von einem mit dem werkzeugseitigen Halterteil (2) verbundenen Bund (19) abdichtend übergriffen wird.