DE4004150A1

DE4004150A1 - Werkzeugkupplung, insbesondere fuer rotierende zerspanungswerkzeuge

Info

Publication number: DE4004150A1
Application number: DE4004150A
Authority: DE
Inventors: Kurt Keller; Hermann Reinhardt; Gerhard Ender; Erhard Gratz; Dietmar Kuerschner; Detlef Luetzkendorf; Gerd-Werner Oechsner; Rudi Holland-Moritz; Peter Frank
Original assignee: SCHMALKALDEN WERKZEUG
Current assignee: SCHMALKALDEN WERKZEUG
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1990-02-10
Publication date: 1990-09-13
Also published as: DD285478A7; HU900895D0; HUT55661A

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugkupplung, insbesondere für rotierende Zerspanungswekzeuge, bestehend aus einem kegeligen Aufnahmezapfen mit ringförmiger axialer Anlagefläche und einem Werkzeughalter mit kegeliger Aufnahmebohrung und axialer ring förmiger Anlagefläche, wobei der Werkzeughalter eine Arbeits spindel, ein Zwischenstück o. ä. sein kann.

Die Aufnahme und Zentrierung eines rotierenden Zerspanungswerk zeuges in einem Werkzeughalter erfolgt vielfach mittels standar disierter Steilkegelschäfte. Dabei sind die Herstellungstoleranzen so festgelegt, daß die Zentrierung immer am größten Kegeldurch messer erfolgt. Für viele Bearbeitungsaufgaben reicht die so erreichbare Lagegenauigkeit der Werkzeugschneiden nicht aus. Um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, hat man deshalb am kegeligen Aufnahmezapfen eine ringförmige Freimachung eingear beitet, um so zu bewirken, daß die Kegel auch am kleinen Durch messer zur Anlage kommen.

Diese Freimachung führt jedoch bei häufigem Werkzeugwechsel zu bleibenden Deformationen in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters.

Da die Toleranzen für die axiale Lage der Freimachung auf dem kegeligen Aufnahmezapfen groß sind, kann es vorkommen, daß ein Teil der tragenden Fläche des kegeligen Aufnahmezapfens auf diesen Deformationen aufliegt und dadurch ein hoher Rundlauf fehler auftritt. Dieser Fehler wird noch größer, wenn in einer solchen kegeligen Aufnahmebohrung kegelige Aufnahmezapfen ohne Freimachung aufgenommen werden.

Um sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeiten auch bei automatischem Werkzeugwechsel zu erreichen, sind sogenannte modulare Werkzeugsysteme entwickelt worden, bei denen die Aufnahme und Lagebestimmung des Zerspanungswerkzeuges durch kurze kegelige Aufnahmezapfen und ringförmige axiale Anlageflächen am Aufnahmezapfen und am Werkzeughalter erfolgt.

Eine solche Werkzeugkupplung wird in der DE-PS 33 14 591 beschrieben.

Um in jedem Fall eine sichere Anlage der axialen Anlageflächen zu erreichen, ist der kegelige Aufnahmezapfen so ausgebildet, daß er sich im Bereich des kleinsten Durchmessers elastisch verformen kann. Damit ist in diesem Bereich die Flächenpressung sehr hoch. Das führt bei häufigem Werkzeugwechsel zu bleibenden Verformungen in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters. Bleibende Verformungen können auch in der axialen Anlagefläche des Werkzeughalters entstehen, da die axiale Anlagefläche am kegeligen Aufnahmezapfen so ausgebildet ist, daß sie zunächst am größten Durchmesser am Werkzeughalter anliegt und erst beim Spannen durch elastische Verformung eine vollflächige Anlage eintritt.

Die dadurch entstehenden bleibenden Verformungen an den Bestimm flächen des Werkzeughalters führen bei längerem Gebrauch zu Ungenauigkeiten und damit zu einer erheblichen Einschränkung des Gebrauchswertes.

Ziel der Erfindung ist es, eine Werkzeugkupplung, insbesondere für rotierende Zerspanungswerkzeuge zu entwickeln, die auch nach vielen Werkzeugwechseln eine hohe Zentrier- und Lagegenauigkeit aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugkupplung, insbesondere für rotierende Zerspanungswerkzeuge zu entwickeln, bei der die Möglichkeit der Bildung von bleibenden Verformungen am kegeligen Aufnahmezapfen und am Werkzeughalter bei häufigem Werkzeugwechsel eingeschränkt wird, und bei der die sich dennoch bildenden bleibenden Verformungen nur geringen Einfluß auf die Lage- und Zentriergenauigkeit haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ringförmige axiale Anlagefläche des kegeligen Aufnahmezapfens breiter als die ringförmige axiale Anlagefläche des Werkzeug halters ist, und daß der kegelige Aufnahmezapfen und die kegelige Aufnahmebohrung mit zwei im Abstand zueinander paarweise ange ordneten kegeligen ringförmigen Stützflächen annähernd gleicher Breite versehen sind, wobei das vordere Stützflächenpaar benachbart zu den axialen Anlageflächen und das hintere Stützflächenpaar am Ende des kegeligen Aufnahmezapfens und der kegeligen Aufnahmebohrung angeordnet ist.

Die kegeligen Stützflächen der Aufnahmebohrung sind Teile der Mantelfläche eines Kegels, dessen Kegelwinkel um einen bestimmten Betrag größer ist als der Kegelwinkel eines Kegels, dessen Mantel fläche die kegeligen Stützflächen des Aufnahmezapfens einschließt. Die kegeligen Stützflächen des kegeligen Aufnahmezapfens sind vorteilhafterweise breiter als die der kegeligen Aufnahmebohrung. Die axialen ringförmigen Anlageflächen des Aufnahmezapfens und des Werkzeughalters sind vorzugsweise flachkegelig ausgebildet, wobei der Kegelwinkel der axialen Anlagefläche des Aufnahmezapfens um einen bestimmten Betrag größer ist als der Kegelwinkel der axialen Anlagefläche des Werkzeughalters.

Beim Einführen des kegeligen Aufnahmezapfens in die kegelige Auf nahmebohrung wird dieser zunächst am kleinsten Kegeldurchmesser zentriert. Während des Spannvorganges wird der Aufnahmezapfen weiter in die Aufnahmebohrung gezogen und dabei im Bereich der hinteren kegeligen ringförmigen Stützfläche im Durchmesser kleiner. Dabei werden die axialen ringförmigen Anlageflächen zunächst am größten Durchmesser und in der Folge durch elastische Verfor mung im Bereich der axialen ringförmigen Anlagefläche des kegeligen Aufnahmezapfens vollflächig zur gegenseitigen Anlage gebracht. Gleichzeitig werden auch die vorderen ringförmigen kegeligen Stütz flächen des Aufnahmezapfens und der Aufnahmebohrung zur voll flächigen gegenseitigen Anlage gebracht.

Auf der axialen Anlagefläche und den kegeligen Stützflächen der Aufnahmebohrung des Werkzeughalters können sich auch nach langer Einsatzdauer keine bleibenden Verformungen in Form von Absätzen oder Erhebungen bilden, da die axiale Anlagefläche und die kege ligen Stützflächen des kegeligen Aufnahmezapfens breiter sind. Die Möglichkeit der Entstehung von bleibenden Verformungen an der axialen Anlagefläche und den kegeligen Stützflächen des Aufnahmezapfens ist gering, da in jedem Fall der Werkzeug halter das höher belastete Bauteil ist.

Durch die Reduzierung der tragenden Fläche des kegeligen Auf nahmezapfens und der kegeligen Aufnahmebohrung auf ringförmige, im Abstand zueinander angeordnete kegelige Stützflächen und die größere Breite der axialen Anlagefläche und der kegeligen Stützflächen des kegeligen Aufnahmezapfens wird die Entstehung von bleibenden Verformungen in Form von Absätzen und Erhebungen auf der axialen Anlagefläche und den kegeligen ringförmigen Stützflächen des Werkzeughalters verhindert und damit während der gesamten Lebensdauer des Werkzeughalters eine gleichbleibend hohe Lage- und Zentriergenauigkeit erreicht.

Hinzu kommt eine Verringerung der erforderlichen Spannkraft, da sich die kegeligen Stützflächen der kegeligen Aufnahmebohrung auf Grund der ringförmigen Ausbildung in einem gewissen Bereich elastisch verformen können, ohne daß es zu bleibenden Verfor mungen kommt.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugkupplung im Schnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Werkzeugkupplung besteht aus dem kegeligen Aufnahmezapfen 1 mit einer kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 2 eines nicht näher dargestellten Werkzeug kopfes 3 und einem Werkzeughalter 4 mit einer kegeligen ring förmigen Anlagefläche 5 und einer kegeligen Aufnahmebohrung 6. Der kegelige Aufnahmezapfen 1 und die kegelige Aufnahmebohrung 6 sind mit paarweise angeordneten kegeligen ringförmigen Stütz flächen 7, 8 und 9, 10 versehen, wobei das vordere Stützflächen paar 7, 8 in geringem Abstand zu den axialen ringförmigen Anlageflächen 2 und 5 und das hinere Stützflächenpaar 9, 10 am Ende des kegeligen Aufnahmezapfens 1 bzw. der kegeligen Aufnahmebohrung 6 angeordnet ist.

Die kegeligen Stützflächen 7 und 9 und die axiale Anlagefläche 2 des kegeligen Aufnahmezapfens 1 sind um einen bestimmten Betrag breiter als die kegeligen Stützflächen 8 und 10 und die axiale Anlagefläche 5 des Werkzeughalters 4 und überdecken diese vollständig.

Der kegelige Aufnahmezapfen 1 ist axial aufgebohrt, wobei der Durchmesser der Achsbohrung 11 so bemessen ist, daß sich der kegelige Aufnahmezapfen 1 beim Spannvorgang radial elastisch verformen kann.

Die kegeligen ringförmigen Stützflächen 8 und 10 der kegeligen Aufnahmebohrung 6 sind Teile der Mantelfläche eines Kegels, dessen Kegelwinkel etwa 20 größer ist als der Kegelwinkel des Kegels, dessen Mantelfläche die kegeligen ringförmigen Stützflächen 7 und 9 des kegeligen Aufnahmezapfens 1 einschließt. Der Kegelwinkel der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 2 des Aufnahmezapfens 1 ist ebenfalls etwa 20 größer als der Kegelwinkel der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 5 des Werkzeughalters 4.

Durch diese Winkelverhältnisse wird der kegelige Aufnahmezapfen 1 beim Einführen in die kegelige Aufnahmebohrung 6 zuerst am kleinsten Durchmesser der kegeligen Stützflächen 9 und 10 und zu Beginn des Spannvorganges am größten Durchmesser der axialen Anlageflächen 2 und 5 zentriert.

Während des weiteren Spannvorganges wird der kegelige Aufnahme zapfen 1 im Bereich der hinteren kegeligen Stützfläche 9 radial verformt. Außerdem wird der kegelige Aufnahmezapfen 1 im Bereich der axialen Anlagefläche 2 so weit elastisch verformt, daß diese zur vollflächigen Anlage an der axialen Anlagefläche 5 des Werkzeughalters 4 kommt.

Damit liegen am Ende des Spannvorganges auch die vorderen kegeligen Stützflächen 7 und 8 des kegeligen Aufnahmezapfens 1 und der kegeligen Aufnahmebohrung 6 vollständig aneinander. Da die axiale Anlagefläche 2 und die kegeligen Stützflächen 7 und 9 des kegeligen Aufnahmezapfens 1 breiter als die axiale Anlagefläche 5 und die kegeligen Stützflächen 8 und 10 des Werkzeughalters 4 sind und diese völlig überdecken, können keine bleibenden Verformungen in Form von Absätzen oder Erhebungen entstehen.
Aufstellung der in der Erfindungsbeschreibung verwendeten Bezugszeichen

1 - kegeliger Aufnahmezapfen
2 - axiale ringförmige Anlagefläche am kegeligen Aufnahme zapfen 1
3 - Werkzeugkopf
4 - Werkzeughalter
5 - axiale ringförmige kegelige Anlagefläche des Werkzeug halters 4
6 - kegelige Aufnahmebohrung des Werkzeughalters 4
7 - vordere ringförmige kegelige Stützfläche des Aufnahmezapfens 1
8 - vordere ringförmige kegelige Stützfläche der Aufnahme bohrung 6
9 - hintere ringförmige kegelige Stützfläche des Aufnahme zapfens 1
10 - hintere ringförmige kegelige Stützfläche der Aufnahme bohrung 6
11 - Achsbohrung im kegeligen Aufnahmezapfen 2

Claims

1. Werkzeugkupplung, insbesondere für rotierende Zerspanungs werkzeuge, bestehend aus einem kegeligen Aufnahmezapfen mit axialer ringförmiger Anlagefläche und einem Werkzeug halter mit einer axialen ringförmigen Anlagefläche und einer kegeligen Aufnahmebohrung, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige axiale Anlagefläche (2) des kegeligen Aufnahmezapfens (1) breiter als die ringförmige axiale Anlagefläche (5) des Werkzeughalters (4) ist und daß der kegelige Aufnahmezapfen (1) und die kegelige Aufnahme bohrung (6) mit zwei im Abstand zueinander paarweise ange ordneten kegeligen ringförmigen Stützflächen (7, 9 und 8, 10) versehen sind, wobei das vordere Stützflächenpaar (7, 8) benachbart zu den axialen Anlageflächen (2, 5) und das hintere Stützflächenpaar (9, 10) am Ende des kegeligen Auf nahmezapfens (1) und der kegeligen Aufnahmebohrung (6) angeordnet ist.

2. Werkzeugkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegeligen Stützflächen (8, 10) der kegeligen Auf nahmebohrung (6) Teile der Mantelfläche eines Kegels mit einem um einen bestimmten Betrag größeren Kegelwinkel als der Kegelwinkel eines Kegels, dessen Mantelfläche die kegeligen Stützflächen (7, 9) des kegeligen Aufnahmezapfens (1) einschließt, sind.

3. Werkzeugkupplung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die kegeligen Stützflächen (7, 9) des kegeli gen Aufnahmezapfens (1) breiter als die kegeligen Stützflächen (8, 10) der kegeligen Aufnahmebohrung (6) sind.

4. Werkzeugkupplung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die axialen ringförmigen Anlageflächen (2 und 5) des kegeligen Aufnahmezapfens (1) und des Werkzeughalters (4) flachkegelig ausgebildet sind, wobei der Kegelwinkel der axialen Anlagefläche (2) des kegeligen Aufnahmezapfens (1) um einen bestimmten Betrag größer als der Kegelwinkel der axialen Anlagefläche (5) des Werkzeughalters (4) ist.