DE4022946A1 - Werkzeug fuer den einsatz in werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere eine Feindrehbohrstange, für den Einsatz in Werkzeugmaschi­ nen mit einem an eine rotierende Maschinenspindel an­ kuppelbaren Schaftteil, einem mit dem Schaftteil dreh­ fest verbundenen und gegenüber diesem quer verstellba­ ren Kopfteil und einem im Kopfteil angeordneten Schnei­ denträger.

Bei Werkzeugen dieser Art zur Feineinstellung des Kopf­ teils weist der Verstellmechanismus einen relativ gro­ ßen Platzbedarf auf. Da die Bauteile des Verstellmecha­ nismus nicht beliebig verkleinert werden können, sind dem Werkzeugdurchmesser nach unten hin enge Grenzen ge­ setzt. Hinzu kommt, daß die Genauigkeit der Feinzustel­ lung bei bekannten Verstellmechanismen oft zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, das auch bei einem sehr kleinen Werkzeugdurchmesser eine hohe Zustellgenauigkeit sowie eine ausreichende Steifigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vor­ geschlagen, daß am Schaftteil und am Kopfteil des Werk­ zeugs einander zugewandte, an ihren stirnseitigen Enden mit radial verlaufenden Stirnnuten versehene zylindri­ sche Paßzapfen angeformt sind, daß zwischen den stirn­ seitigen Enden der Paßzapfen ein Kreuzkupplungselement mit axial nach beiden Seiten überstehenden, in die zu­ einander senkrecht ausgerichteten Stirnnuten der Paß­ zapfen radial verschiebbar eingreifenden Kupplungsklau­ en angeordnet ist, daß die beiden Paßzapfen in zueinan­ der exzentrische Paßbohrungen einer gegenüber den Paß­ zapfen verdrehbaren Exzenterhülse eingreifen, und daß das Kopfteil und das Schaftteil unter Zwischenspannen des Kupplungselements und/oder der Exzenterhülse mit­ tels eines durch Bohrungen des Schaftteils und des Kreuzkupplungselements mit radialem Spiel hindurchgrei­ fenden, in ein Gewinde des Kopfteils eingedrehten und gegen ein Widerlager im Bereich des Schaftteils abge­ stützten Spannankers verbunden sind.

Die zueinander exzentrischen Paßbohrungen sind zweckmä­ ßig so angeordnet, daß die Längsachse der den Paßzapfen des Schaftteils aufnehmenden Paßbohrung mit der Werk­ zeugdrehachse fluchtet und daß die Längsachse der den Paßzapfen des Kopfteils aufnehmenden Paßbohrung einen Parallelversatz gegenüber der Werkzeugdrehachse auf­ weist.

Vorteilhafterweise ist das Kreuzkupplungselement als Ringstück mit nach beiden Seiten axial überstehenden, um 90° gegeneinander verdreht angeordneten Klauenpaaren ausgebildet. Beim Verdrehen der Exzenterhülse wird durch das Kreuzkupplungselement die Exzenterbewegung in eine radiale Verschiebebewegung zwischen dem Kopfteil und dem Schaftteil umgesetzt. Die Bewegungsumsetzung erfordert im Kupplungsbereich eine gewisse Spielfrei­ heit und eine leichte Kippung des Kreuzkupplungsele­ ments gegenüber der Werkzeugachse. Um dies zu ermögli­ chen, sind die Klauenflanken des Kreuzkupplungselements von ihrer Wurzel zur Spitze hin nicht exakt parallel ausgerichtet, sondern schräg aufgeweitet. Auch die stirnseitigen Anlageflächen des Ringteils sind nicht eben, sondern bilden eine stumpfe Kegelfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Schaftteil eine sich zur Zapfenseite ver­ engende axiale Stufenbohrung auf, in deren erweitertem Teil ein Kopf des Spannankers geführt ist. Zwischen den einander gegenüberliegenden Schultern der Stufenbohrung und des Spannankerkopfes sind vorzugsweise als Federpa­ ket ausgebildete Federmittel angeordnet, die dafür sor­ gen, daß die Exzenterhülse und das Kreuzkupplungsele­ ment bei angezogenem Spannanker zwischen dem Kopfteil und dem Schaftteil des Werkzeugs zwar mit einer gewis­ sen Kraft eingespannt und dadurch spielfrei gestellt, aber gegenüber diesen Teilen dennoch verdrehbar bzw. quer verschiebbar sind. Zwischen dem Spannankerkopf und dem Federpaket kann zusätzlich ein Distanzring angeord­ net werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stufenbohrung auf der Seite des Spannankerkopfes mit einer Endschraube verschlossen.

Der Innenraum der Stufenbohrung zwischen dem Spannan­ kerkopf und der Endschraube kann mit einem vorzugsweise aus einem schweren Werkstoff, wie Blei, bestehenden Füllstück ausgefüllt sein. Dieses Füllstück hat einmal die Funktion einer Verdrehsicherung für den Spannanker. Weiter dient es zur Aussteifung des Schaftteils und zur Verbesserung des Dämpfungsverhaltens.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das spindelseitige Stirnende des Schaft­ teils mit einem Kupplungsteil verbunden ist, welches mittels eines über eine zur Werkzeugdrehachse senkrech­ te Planfläche axial überstehenden Paßzapfens mit einer Maschinenspindel kuppelbar ist.

Vorteilhafterweise weisen der Spannanker und gegebenen­ falls das Füllstück, die Endschraube und das Kupplungs­ teil einen axialen Kühlmittelkanal für die Kühlmittel­ zufuhr zum Spanraum auf. Durch den Kühlmittelkanal kann ein Verstellschlüssel zum Verstellen der Spannkraft des Spannankers eingeführt werden.

Um ein Austreten der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlmit­ telkanal zu vermeiden, kann der Spannankerkopf eine Um­ fangsnut zur Aufnahme eines gegen die Innenfläche der Stufenbohrung anliegenden elastischen Dichtungsringes aufweisen. Alternativ dazu kann der Dichtungsring zwi­ schen einander gegenüberliegenden Stirnflächen der End­ schraube und des Spannankerkopfs angeordnet sein, wobei er sich zweckmäßig in radialer Richtung an einem am Spannankerkopf angeformten, axial überstehenden Hohl­ zapfen abstützt. Eine Abdichtung des Kühlmittelkanals zwischen dem Schaftteil und dem Kupplungsteil wird durch einen zwischen einander gegenüberliegenden Stirn­ flächen des Schaftteils und des Kupplungsteils angeord­ neten, in radialer Richtung an der axial über das Schaft­ teil überstehenden Endschraube abgestützten elastischen Dichtungsring gewährleistet.

Um das Verdrehen der Exzenterhülse zu erleichtern, ist die Exzenterhülse zweckmäßig mit einem Außenmehrkant für den Eingriff eines Verstellschlüssels versehen. Weiter trägt die Exzenterhülse an ihrem dem Schaftteil oder dem Kopfteil zugewandten Ende einen Skalenring, an welchem der Verstellweg abgelesen werden kann.

Um eine Grobpositionierung zu ermöglichen, ist der Schneidenträger am Kopfteil radial verstellbar und bei­ spielsweise mittels einer Feststellschraube festlegbar angeordnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Feindrehbohrstange in teilweise geschnittener Darstellung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Feindrehbohrstange in einer der Fig. 2 entspre­ chenden Schnittdarstellung.

Die in der Zeichnung dargestellten Feindrehwerkzeuge bestehen im wesentlichen aus einem Kopfteil 10, einem über ein Kreuzgelenk 12 und einen Spannanker 14 mit dem Kopfteil verbundenen Schaftteil 16 sowie einer gegen­ über dem Kopfteil und dem Schaftteil verdrehbaren Ex­ zenterhülse 16. Im Kopfteil ist ein Schneidenhalter 20, der eine Wendeschneidplatte 22 trägt, zum Zwecke der Grobzustellung mittels eines Gewindestifts 24 radial verstellbar und mittels einer Klemmschraube 26 festleg­ bar angeordnet.

Die Exzenterhülse 18 weist auf ihren dem Kopfteil 10 und dem Schaftteil 16 zugewandten Stirnseite je eine Paßbohrung 32 bzw. 34 auf. Die Paßbohrungen 32 und 34 sind exzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Längs­ achse der schaftteilseitigen Paßbohrung 34 mit der Werkzeugdrehachse fluchtet während die Längsachse der kopfteilseitigen Paßbohrung 32 exzentrisch zur Werk­ zeugdrehachse angeordnet ist. In die Paßbohrungen 32 bzw. 34 greifen am Kopfteil 10 bzw. am Schaftteil 16 angeformte, axial ausgerichtete zylindrische Paßzapfen 28 bzw. 30 voneinander entgegengesetzten Seiten her ein. Die Paßzapfen 28, 30 weisen an ihren stirnseitigen End­ flächen radial ausgerichtete Stirnnuten 36, 38 auf, in die nach entgegengesetzten Seiten des Kreuzkupplungs­ elements 12 axial überstehende Klauenpaare 40, 42 radial verschiebbar eingreifen. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Klauenpaare 40, 42 am Kreuzkupp­ lungselement 12 senkrecht zueinander ausgerichtet. Dem­ entsprechend sind im montierten Zustand auch die Stirn­ nuten 36, 38 an den beiden Paßzapfen 28, 30 senkrecht zu­ einander ausgerichtet. Die mittige Bohrung 44 im Kreuz­ kupplungselement 12 ist für den Durchtritt des Spannan­ kers 14 bestimmt.

Das Schaftteil 16 enthält eine axial verlaufende durch­ gehende Stufenbohrung 46, durch die hindurch der einen Kopf 48 und einen Gewindeschaft 50 aufweisende Spannan­ ker 14 zum Zwecke der Montage einführbar ist. Der am Kopf 48 angesetzte Gewindeschaft 50 greift durch den weiten Teil 46 der Stufenbohrung des Schaftteils 16, durch den engen Teil 56 der Stufenbohrung im Paßzapfen 30 und die Zentralbohrung 44 im Kreuzkupplungselement 12 mit Spiel hindurch und ist in eine Gewindebohrung 58 im Paßzapfen 28 des Kopfteils 10 eingeschraubt. Zu die­ sem Zweck weist der Kopf 48 außerdem einen Innensechs­ kant 60 auf, in welchen von außen her ein Sechskant­ schlüssel eingesteckt werden kann. Zwischen einer am Spannankerkopf 48 anliegenden Ausgleichsscheibe 62 und der Ringschulter 64 der Stufenbohrung 46 ist ein Feder­ paket 66 angeordnet, das dafür sorgt, daß die miteinan­ der zu verbindenden Werkzeugteile 10, 16 zwar spielfrei miteinander verspannt werden, daß aber dennoch ein Ver­ drehen der Exzenterhülse 18 und ein Verschieben des Kreuzkupplungselements 12 relativ zum Kopfteil 10 und Schaftteil 16 möglich ist. Das Verdrehen der Exzenter­ hülse 18 erfolgt bei festgehaltenem Schaftteil 16 mit­ tels eines Verstellschlüssels am Umfangssechskant 68. Das Kreuzkupplungselement 12 hat neben der Drehkupplung zwischen Schaftteil 16 und Kopfteil 10 die Aufgabe, beim Verdrehen der Exzenterhülse 18 die Exzenterbewe­ gung zwischen den Bohrungen 32 und 34 in eine Verschie­ bebewegung zwischen dem Kopfteil 10 und dem Schaftteil 16 umzusetzen. Der Verschiebeweg kann dabei an einer Skala 70 auf der Exzenterhülse 18 gegenüber einem Null­ strich 72 am Schaftteil abgelesen werden.

Ein durch das Bohrwerkzeug hindurchgehender zentraler, in den Spanraum 78 mündender Kühlmittelkanal 80 sorgt dafür, daß die Bearbeitungsstelle mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden kann.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Feindrehbohrstange weist ein auf seiner gesamten Länge zylindrisches Schaft­ teil 16 auf, dessen vom Kopfteil 10 abgewandtes Ende in ein Werkzeugspannfutter einer Maschinenspindel ein­ spannbar ist. Das offene Ende des Schaftteils 16 ist durch ein Füllstück 74 und eine in ein Innengewinde der Stufenbohrung 46 eingedrehte Endschraube 76 verschlos­ sen. Die Teile 74, 76 bilden zum einen eine Verdrehsi­ cherung für den Spannanker 14, zum anderen dient das aus einem schweren Metall, wie Blei, bestehende Füll­ stück 74 zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften der Bohrstange und zur Aussteifung des Schaftteils 16. Der zum Spanraum 78 führende Kühlmittelkanal 80 ist aus Bohrungen in den Teilen 76, 74, 14, 10 zusammengesetzt. Ein in einer Umfangsnut 52 des Spannankerkopfs 48 ange­ ordneter O-Ring 54 gewährleistet eine flüssigkeitsdichte Führung des Spannankerkopfs an der Innenfläche des er­ weiterten Teils der Stufenbohrung 46 und damit eine leckfreie Abdichtung des Kühlmittelkanals 80 zwischen dem Spannankerkopf 48 und dem Spanraum 78.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schaftteil 16 an seinem vom Kopfteil 10 abgewandten En­ de unter Erweiterung seines Außendurchmessers als Flansch 81 ausgebildet und mit einem Kupplungsteil 83 verbunden, dessen axial überstehender, von einer ring­ förmigen Planfläche 82 umgebener Paßzapfen 84 in einer entsprechenden Paßbohrung einer nicht dargestellten Werkzeugmaschinenspindel oder eines modularen Zwischen­ stücks unter axialer Anpressung der Planfläche 82 gegen eine entsprechende, die Paßbohrung umgebende Planfläche verspannt werden kann. Die Verbindung zwischen dem Flansch 81 und dem Kupplungsteil 83 erfolgt durch vier in Sacklochbohrungen 88 des Kupplungsteils 83 eingrei­ fende Halteschrauben 86 sowie durch zwei als Verdreh­ sicherung wirkende, nicht dargestellte, in axialer Richtung über die Stirnfläche 90 des Schaftteils 16 überstehende und in entsprechende Paßbohrungen im Kupp­ lungsteil 83 eingreifende Zylinderstifte.

Eine in ein Innengewinde 91 der Stufenbohrung 46 einge­ schraubte und mit einer Ringfläche 92 gegen die spin­ delseitige Stirnfläche des Spannankerkopfs 48 im Schaft­ teil 16 verspannte Endschraube 76′ sichert den Spannan­ ker 14 gegen selbsttätiges Herausdrehen und dient mit ihrem in axialer Richtung über den Flansch 81 überste­ henden Teil 93 als Zentrierzapfen 93 beim Verbinden des Schaftteils 16 mit dem Kupplungsteil 83. Die Abdichtung des durch Bohrungen im Kupplungsteil 83, in der End­ schraube 76′, im Spannanker 14 und im Kopfteil 10 ge­ bildeten zentralen Kühlmittelkanals 80 erfolgt durch zwei gegen Stirnflächen des Spannankerkopfs 48 und der Endschraube 76′ bzw. des Schaftteils 16 und des Kupp­ lungsstücks 84 anliegend eingespannte O-Ringe 96 und 98, die sich in radialer Richtung an einem am Spannan­ kerkopf 48 angeformten, axial überstehenden Hohlzapfen 100 bzw. am Zentrierzapfen 93 der Endschraube 76′ ab­ stützen.

Eine zur Änderung der Spannkraft vorzunehmende Verstel­ lung des Spannankers 14 kann mit Hilfe eines durch die Kühlmittelbohrungen im Kupplungsteil 83 und in der End­ schraube 76′ hindurch in den Innensechskant 60 des Spannankerkopfs 48 eingreifenden Verstellschlüssels er­ folgen.

Gegenüber der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Bohr­ stange mit zylindrischem Schaftteil weist das mit dem Kupplungsteil 83 verbundene Bohrwerkzeug nach Fig. 4 eine höhere Steifigkeit bei gleichzeitig kürzerer Bau­ länge auf.

Claims (18)

1. Werkzeug, insbesondere Feindrehbohrstange, für den Einsatz in Werkzeugmaschinen mit einem an einer rotierenden Maschinenspindel ankuppelbaren Schaft­ teil (16), einem mit dem Schaftteil (16) drehfest verbundenen und gegenüber diesem quer verstellba­ ren Kopfteil (10) und einem im Kopfteil (10) ange­ ordneten Schneidenträger (20), dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Schaftteil (16) und am Kopfteil (10) einander zugewandte, an ihren stirnseitigen Enden mit radial verlaufenden Stirnnuten (36, 38) versehene zylindrische Paßzapfen (28, 30) angeformt sind, daß zwischen den stirnseitigen Enden der Paßzapfen (28, 30) ein Kreuzkupplungselement (12) mit axial nach beiden Seiten überstehenden, in die zueinander senkrecht ausgerichteten Stirnnuten (36, 38) der Paßzapfen (28, 30) radial verschiebbar eingreifenden Kupplungsklauen angeordnet ist, daß die beiden Paßzapfen (28, 30) in zueinander exzen­ trische Paßbohrungen (32, 34) einer gegenüber den Paßzapfen verdrehbaren Exzenterhülse (18) eingrei­ fen, und daß das Kopfteil (10) und das Schaftteil (16) unter Zwischenspannen des Kupplungselements (12) und/oder der Exzenterhülse (18) mittels eines durch Bohrungen (46, 56; 44) des Schaftteils (16) und des Kreuzkupplungselements (12) mit radialem Spiel hindurchgreifenden, in ein Gewinde (58) des Kopfteils eingreifenden und gegen ein Widerlager im Bereich des Schaftteils (16) abgestützten Spann­ ankers (14) verbunden sind.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der den Paßzapfen (30) des Schaftteils (16) aufnehmenden Paßbohrung (34) mit der Werkzeugdrehachse fluchtet.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das im Inneren der Exzenterhülse (18) angeordnete Kreuzkupplungselement (12) als Ringstück mit nach beiden Seiten axial überstehen­ den, um 90° gegeneinander verdreht angeordneten Klauenpaaren (40, 42) ausgebildet ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenflanken des Kreuz­ kupplungselements (12) von ihrer Wurzel zur Spitze hin schräg aufgeweitet sind.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaftteil (16) eine sich zur Zapfenseite verengende axiale Stufenbohrung (46, 56) aufweist, und daß zwischen einer Schulter (64) der Stufenbohrung und einem Kopf (48) des Spannankers (14) vorzugsweise als Federpaket (66) ausgebildete Federmittel angeordnet sind.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannankerkopf (48) und dem Fe­ derpaket (66) ein Distanzring (62) angeordnet ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stufenbohrung (46, 56) auf der Seite des Spannankerkopfes (48) mit einer End­ schraube (76, 76′) verschlossen ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein die Stufenbohrung (46, 56) ausfüllendes, vorzugs­ weise aus einem schweren Werkstoff, wie Blei, be­ stehendes Füllstück (74).

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch ein mit dem spindelseitigen Ende des Schaftteils (16) verbindbares Kupplungsteil (83) mit einer spindelseitig angeordneten, zur Werkzeugdrehachse senkrechten Planfläche (82) und einem axial über die Planfläche (82) überstehenden Paßzapfen (84) .

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannanker (14) und gegebenenfalls das Füllstück (74), die Endschraube (76, 76′) und das Kupplungsteil (83) einen zum Spanraum (78) des Werkzeugs führenden axialen Kühlmittelkanal (80) aufweisen.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannanker (14) mittels eines durch den Kühlmittelkanal (80) hindurchgreifenden Verstell­ werkzeugs in seiner Spannkraft verstellbar ist.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannankerkopf (48) eine Umfangsnut (52) zur Aufnahme eines gegen die Innenfläche der Stufenbohrung (46) anliegenden elastischen Dichtungsrings (54) aufweist.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ge­ kennzeichnet durch einen an einander gegenüberlie­ genden Stirnflächen der Endschraube (76′) und des Spannankerkopfs (48) anliegenden, den Kühlmittel­ kanal (80) nach außen hin abdichtenden elastischen Dichtungsring (96).

14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (96) in radialer Richtung an einem am Spannankerkopf (46) angeformten, axial überstehenden Hohlzapfen (100) abgestützt ist.

15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ge­ kennzeichnet durch einen an einander gegenüberlie­ genden Stirnflächen des Schaftteils (16) und des Kupplungsteils (83) anliegenden, in radialer Rich­ tung an der axial über das Schaftteil (16) über­ stehenden Endschraube (76′) abgestützten elasti­ schen Dichtungsring (98).

16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Exzenterhülse (18) einen Außenmehrkant (68) für den Eingriff eines Verstellschlüssels aufweist.

17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Exzenterhülse (18) an ihrem zum Schaftteil (16) oder zum Kopfteil (10) weisenden Ende einen Skalenring (70) trägt.

18. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schneidenträger (20) am Kopfteil (10) radial verstellbar und festlegbar angeordnet ist.