DE4322552A1 - Flächenspannfutter für maschinell angetriebene Werkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flächenspannfutter für maschi­ nell angetriebene Werkzeuge, wie Bohr- und Fräswerkzeuge, mit einem Gehäuse, das eine koaxiale zylindrische oder konische Aufnahmebohrung aufweist, deren Umfangsfläche eine Führungs- und/oder Spannfläche für das Werkzeug bil­ det und das Spannmittel zum Fest spannen des Werkzeugs im Gehäuse, sowie eine, mit der Aufnahmebohrung kommunizie­ rende koaxiale Kammer aufweist, in der eine Kühlmittel­ zuführleitung mündet.

Bei solchen Flächenspannfuttern wird der Werkzeugschaft im Gegensatz zu Backenspannfuttern voll umfänglich in der Aufnahmebohrung geführt. Bei einem Flächenspannfutter mit zylindrischer Aufnahmebohrung werden als Spannmittel z. B. Radialschrauben verwendet, die den Werkzeugschaft undreh­ bar festspannen. Flächenspannfutter mit konischer Aufnahme­ bohrung werden häufig von hinten gespannt. Dabei wird der Werkzeugschaft in die Aufnahmebohrung bis zur Klemmanlage axial eingezogen.

Die Werkzeuge weisen einen hohlen Schaft auf, so daß die Kühlflüssigkeit aus der Kammer im Gehäuse durch den hohlen Schaft des Werkzeuges an die Schneiden gelangt.

Bei Bohrwerkzeugen ist es auch schon bekannt, die Schäfte am Umfang mit Axialnuten zu versehen, so daß bei im Gehäuse eingespanntem Schaft des Werkzeuges Axialkanäle gebildet werden, die dann stirnseitig am Gehäuse innerhalb der Kontur der Aufnahmebohrung münden. Auf diese Weise läßt sich Hochdruckkühlmittel an die Werkzeugschneiden heran­ bringen, um einmal die Schneiden zu kühlen und zum anderen für den Abtransport der Späne zu sorgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flächenspannfutter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine ausreichen­ de Kühlmittelzufuhr an die Werkzeugschneiden gewährleistet ist, ohne daß die Werkzeuge mit Kühlmittelkanälen ausgestat­ tet werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der vorderen Stirnfläche des Gehäuses mindestens eine, außer­ halb der Kontur der Umfangsfläche der Aufnahmebohrung liegende Mündungsöffnung vorgesehen ist, die über einen Kanal mit der Kammer kommuniziert.

Vorzugsweise sind mehrere in gleichen Umfangsabständen ver­ teilte Mündungsöffnungen an der vorderen Gehäusestirnfläche vorgesehen und jede dieser Mündungsöffnungen ist über einen eigenen Kanal mit der Kammer verbunden.

Erfindungsgemäß sind also z. B. drei Mündungsöffnungen an der Gehäusestirnfläche vorgesehen und zwar vorzugsweise un­ mittelbar benachbart im eingespannten Schaft des Werkzeuges.

Das Hochdruckkühlmittel strömt dann aus der Gehäusekammer durch die einzelnen Kanäle, tritt in Form von umfangsver­ teilten Strahlen stirnseitig aus dem Gehäuse aus und be­ aufschlagt den Schaft und die Schneiden des Werkzeugs. Da das Kühlmittelzufuhrsystem erfindungsgemäß dem Gehäuse zu­ geordnet ist, fallen jegliche Kühlmittelkanäle an oder in den Werkzeugen. Es können also einfachere Werkzeuge einge­ setzt werden, womit Kosten gespart werden. Außerdem wird bei den Werkzeugen an Festigkeit gewonnen, insbesondere wenn dünne Schäfte eingesetzt werden, bei denen eine Hohl­ bauweise aus Festigkeitsgründen ausscheidet. Schließlich bringt die Erfindung Vorteile in der Wirksamkeit der Kühl­ mittelbeaufschlagung, denn die Kühlmittelstrahlen treten im wesentlichen achsparallel oder unter einem sehr spitzen Winkel zur Werkzeugachse aus und treffen ohne jegliche Um­ lenkungen auf den Schneidenbereich. Dadurch wird eine we­ sentlich wirksamere Späneabfuhr erreicht.

Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung ist der Kanal oder sind die Kanäle als zur Umfangsfläche der Aufnahmeboh­ rung hin offene Nut bzw. Nuten ausgebildet. Bei einem Flä­ chenspannfutter mit einer Schaftaufnahme von 20 mm Durch­ messer werden z. B. drei, jeweils um 120° versetzte Nuten in die Umfangsfläche der Aufnahmebohrung eingebracht, die vorzugsweise einen kreissegmentförmigen oder halbkreisför­ migen Querschnitt haben. Eine Nutbreite von etwa 4 mm und eine Nuttiefe im Bereich von 1 bis 2 mm hat sich als aus­ reichend erwiesen. Bei Spannfuttern mit einer Schaftaufnahme von z. B. 6 mm sind die guten entsprechend kleiner dimensio­ niert, wobei gute Erfahrungen mit einer Nutbreite von etwa 2 mm und einer Nuttiefe von etwa 1 mm gemacht worden sind.

Eine weitere Alternative der Erfindung besteht darin, daß der Kanal bzw. die Kanäle als in einer Axialebene des Gehäu­ ses verlaufende Bohrung bzw. Bohrungen ausgebildet ist bzw. sind. Wichtig ist für diese Ausbildung der Erfindung, daß die Mündungsöffnungen der Bohrungen dicht benachbart der Umfangsfläche der Aufnahmebohrung des Gehäuses liegen. Im Rahmen dieser Ausgestaltung können diese Bohrungen sogar an der Stirnflächenebene des Gehäuses in diese Aufnahmeboh­ rung einlaufen, so daß die Bohrung nicht nur an der Gehäuse­ stirnfläche sondern auch an der inneren Umfangsfläche der Aufnahmebohrung mündet.

Die Bohrungen können in einer einfachen Ausführungsform achsparallel oder parallel zur Mantelfläche der Aufnahme­ bohrung verlaufen. Eine vorteilhafte Alternative besteht darin, daß jede Bohrung sich aus mindestens zwei stumpf­ winklig schneidenden Bohrungsabschnitten zusammensetzt und die Achse des an der vorderen Stirnfläche des Gehäuses mün­ denden Bohrungsabschnittes mit der Gehäuseachse einen spit­ zen Winkel bildet. Der Vorteil besteht darin, daß die Hoch­ druckkühlmittelstrahlen auf die Werkzeugoberflächen auftref­ fen statt an ihnen lediglich entlangzugleiten.

Anhand der Zeichnung- die zwei Ausführungsbeispiele darstellt, wird die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch das neuartige Flächenspann­ futter,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Spannfutter gemäß Fig. 1 im Spannflächenbereich in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung des Spannfutters gemäß Fig. 2 im Bereich einer Kühlmittelnut und

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine alternative Ausführungs­ form eines Spannfutters.

Das in Fig. 1 gezeigte Flächenspannfutter 10 weist ein Gehäu­ se 12 auf, das sich aus einem zylindrischen Abschnitt 14, einem Aufnahmekegel 16 und einem zwischen zylindrischem Ab­ schnitt 14 und Aufnahmekegel 16 befindlichen Greiferbund 18 zusammensetzt. Im zylindrischen Abschnitt 14 des Gehäuses 12 befindet sich eine koaxiale Aufnahmebohrung 20, deren Umfangs­ fläche mit 22 bezeichnet ist. An die Bohrung 20 schließt sich nach hinten eine im Durchmesser vergrößerte Kammer 24 an, die mit einer Zentralbohrung 26 im Aufnahmeschacht 16 kommuni­ ziert. Diese Zentralbohrung 26 mündet am hinteren Ende des Spannfutters 10.

In die Aufnahmebohrung 20 sind drei jeweils um 120° ver­ setzte parallele Nuten 28 vorgesehen, die innenseitig mit der Kammer 24 kommunizieren und an der vorderen Stirnfläche 30 des Spannfutters 10 Mündungsöffnungen 32 aufweisen. Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, haben die Mündungsöff­ nungen 28 gleiche Querschnitte, die halbkreisförmig kontu­ riert sind. Die Querschnitte sind in Nutlängsrichtung kon­ stant. Die Nutbreite beträgt größenordnungsmäßig etwa 5% vom Umfang der Aufnahmebohrung 20. Bei drei Nuten 28 ver­ bleiben also noch 85% der Umfangsfläche 22 zur Führung des Werkzeuges. In den Fig. 1 bis 3 sind die Spannmittel zum Festspannen des Werkzeuges im Spannfutter 10 nicht darge­ stellt, da sie zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Spann­ futterausbildung nicht notwendig sind. Solche Spannmittel sind bekannt. Sie bestehen aus einer oder mehreren radial zustellbaren Schrauben, um den Schaft des Werkzeuges form­ schlüssig in der Aufnahmebohrung 20 zu kuppeln. Der Werk­ zeugschaft hat eine entsprechende Gegenkupplung, z. B. in Form einer Ringnut, so daß der Schaft in der Aufnahmebohrung 20 auch axial fixiert ist. In dieser Stellung ragt der Schaft etwas in die Kammer 24 hinein, stößt aber nicht an der hinteren Kammerwand an. Bei in eine Maschinenspindel eingesetztem Spannfutter 10 wird Hochdruckkühlmittel durch die Zentralbohrung 26 in die Kammer 24 eingeführt. Von hier aus strömt das Kühlmittel in den drei Nuten 28 zu den Mün­ dungsöffnungen 32, die in den radial innenliegenden Bereichen durch den Schaft des Werkzeuges geschlossen sind. Aus den Mündungsöffnungen 32 treten also drei Hochdruck-Kühlmittel­ strahlen aus, die am Schaft des Werkzeuges entlangströmen und aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie beim Auftreffen auf die Schneiden des Werkzeuges für eine gute Späneabfuhr sorgen.

Anstelle der zentralen Kühlmittelzufuhr durch eine Zentral­ bohrung 26 im Spannfutter 10, läßt sich bei anderen Spann­ futtern das Kühlmittel auch über Schrägbohrungen durch den Greiferbund 18 zuführen. Auch hier gelangt das Kühlmittel in die Kammer 24 und kann von dort über die Nuten 28 zu den Auslaßöffnungen 32 gelangen.

Bei einem Spannfutter mit konischer Aufnahmebohrung, die sich zur Stirnfläche 30 des Spannfutters hin erweitert, verlaufen die Nuten 28 nicht achsparallel sondern längs Mantellinien der konischen Aufnahmebohrung.

Fig. 4 zeigt das Spannfutter 10 mit einem abgewandelten Kühl­ mittelführungssystem. Das Spannfutter 10 weist hier vier Kühlmittelkanäle 34 auf, die sich je aus zwei schneidenden Bohrungsabschnitten 36, 38 zusammensetzen. Beide Bohrungsab­ schnitte 36, 38 liegen jeweils in einer Axialebene des Spann­ futters 10. Jeder dieser Bohrungsabschnitte 36, 38 bildet einen spitzen Winkel mit der Spannfutterachse. Bei der Aus­ führung gemäß Fig. 4 sind vier Kanäle 34 jeweils im 90°-Ab­ stand vorgesehen. Jeder der Bohrungsabschnitte 36 mündet in der Kammer 24 und kommuniziert seinerseits mit dem vor­ deren Bohrungsabschnitt 38, der in der Gehäusestirnfläche 30 seine Mündungsöffnung 32 hat, die nur einen geringen Abstand von der Umfangsfläche 22 der Aufnahmebohrung 20 hat. Der Bohrungsabschnitt 36 ist im Umfangsbereich des Gehäuses 10 durch einen Schraubstopfen 40 verschlossen.

Die Ausführung mit den Schrägbohrungen 34 gemäß Fig. 4 ist auch bei Spannfuttern 10 einsetzbar, die einen besonders großen Durchmesser der Aufnahmebohrung 20 aufweisen. Bei diesen Spannfuttergrößen verbleibt nur eine geringe Ring­ fläche zwischen Aufnahmebohrung 20 und Umfangswand der Kam­ mer 24, so daß eine achsparallel verlaufende gerade Bohrung eine zu geringe Wandstärke zwischen Bohrung 34 und Aufnahme­ bohrung 20 ergeben würde. Die Schrägbohrungen 34 vermeiden diesen Nachteil. Außerdem bringt die Schrägbohrung 34 den Vorteil, daß der vorderseitige Bohrungsabschnitt 38 einen spitzen Winkel mit der Spannfutterachse bildet, so daß der aus tretende Hochdruck-Kühlmittelstrahl gegen die Werkzeug­ oberfläche geschleudert wird.

Claims (10)

1. Flächenspannfutter für maschinell angetriebene Werkzeuge, wie Bohr- und Fräswerkzeuge, mit einem Gehäuse, das eine koaxiale zylindrische oder konische Aufnahmebohrung aufweist, deren Umfangsfläche eine Führungs- und/oder Spann­ fläche für das Werkzeug bildet und das Spann­ mittel zum Festspannen des Werkzeuges im Gehäu­ se, sowie eine, mit der Aufnahmebohrung kommuni­ zierende koaxiale Kammer aufweist, in der eine Kühlmittelzufuhrleitung mündet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der vorderen Stirnfläche (30) des Gehäuses (12) mindestens eine außerhalb der Kontur der Umfangsfläche (22) der Aufnahmeboh­ rung (20) liegende Mündungsöffnung (32) vorge­ sehen ist, die über einen Kanal (28; 34) mit der Kammer (24) kommuniziert.

2. Flächenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere in gleichen Umfangs­ abständen verteilte Mündungsöffnungen (32) an der vorderen Gehäusestirnfläche (30) des Gehäuses vorgesehen sind.

3. Flächenspannfutter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Mündungsöffnung (32) über einen eigenen Kanal (28; 34) mit der Kammer (24) verbunden ist.

4. Flächenspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (28) als zur Umfangsfläche (22) der Aufnahmebohrung (20) hin offene Nut ausgebildet ist.

5. Flächenspannfutter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kanal (28) einen über sei­ ne Länge konstanten Querschnitt aufweist und ge­ radlinig verläuft.

6. Flächenspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (28) einen kreissegmentförmigen oder halbkreisförmi­ gen Querschnitt aufweist.

7. Flächenspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kanals (28) größer als seine Tiefe ist.

8. Flächenspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (34) als in einer Axialebene des Ge­ häuses (12) verlaufende Bohrung (36, 38) aus­ gebildet ist.

9. Flächenspannfutter nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrung parallel zur be­ nachbarten Mantelfläche (22) der Aufnahmebohrung (20) oder achsparallel zur Aufnahmebohrung (20) verläuft.

10. Flächenspannfutter nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kanal (34) sich aus mindestens zwei stumpfwinklig schneidenden Bohrungsabschnit­ ten (36, 38) zusammensetzt und die Achse des an der vorderen Stirnfläche (30) des Gehäuses (12) mündenden Bohrungsabschnittes (38) mit der Gehäu­ seachse einen spitzen Winkel bildet.