DE69224537T2

DE69224537T2 - Frässchaft mit löchern die mit dem werkzeughalter zusammenarbeiten

Info

Publication number: DE69224537T2
Application number: DE69224537T
Authority: DE
Inventors: Kjell Andersson; Bertrand Riviere
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: US5403134A; WO1993008946A1; SE500251C2; SE9103292L; DE69224537D1; JP3356282B2; EP0668807B1; EP0668807A1; SE9103292D0; JPH07501273A

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schaft für ein Fräswerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise für einen Stirnfräser, wobei der Schaft einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt zumindest eine erste Aussparung aufweist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Kupplungsbzw. Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, nämlich zwischen einem Schaft für ein Fräswerkzeug und einem Werkzeugfutter bzw. Spannfutter, siehe z. B. dieep-A0141 451.
Rotierende Werkzeugschäfte mit zylindrischer Form können in Haltern unterschiedlicher Arten eingeklemmt werden, z. B. in Weldon-Spannfuttern und Whistlenotch-Spannfuttern. In diesen Spannfuttern ist die Verriegelung und der Rotationsantrieb für jeden Haltertyp besonders ausgebildet. Beispiel von Standardtypen des Weldon-Spannfutters und eines Whistlenotch-Spannfutters werden im folgenden noch gegeben.
Die Halter für zylindrische Werkzeugschäfte nach dem Stand der Technik sind nicht in ausreichendem Maße stabilisiert. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Auslegung eines Werkzeugschaftes derart, daß man eine erhöhte Stabilität erreicht, auch wenn Standardhalter verwendet werden, d.h. Weldon-Spannfutter und Whistlenotch-Spannfutter nach dem Stand der Technik.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird erreicht durch einen zylindrischen Werkzeugschaft, der die Eigenschaften des anhängenden Anspruchs 1 hat, sowie durch eine Kupplungsanordnung, welche die Merkmale des Anspruchs 5 hat. Im folgenden werden Ausführungsformen nach dem Stand der Technik und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei Figur 1 ein Weldon-Spannfutter mit einem Schaft nach dem Stand der Technik zeigt, Figur 2 ein Whistlenotch-Spannfutter mit einem Schaft nach dem Stand der Technik zeigt, Figuren 3a-3c verschiedene Ansichten einer Ausführungsform eines Werkzeugschaftes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, Figur 4 ein Weldon-Spannfutter mit einem Schaft entsprechend den Figuren 3a-3c zeigt, und Figur 5 ein Whistlenotch-Spannfutter mit einem Schaft gemäß den Figuren 3a-3c zeigt.
Die in Figur 1 gezeigte Einrichtung weist ein Standardspannfutter 10 vom Weldontyp, sowie einen Standardschaft 11 nach dem Stand der Technik auf, der in einer axialen Bohrung 12 des Spannfutters 10 aufgenommen ist. Eine erste Verriegelungsschraube 13 und eine zweite Verriegelungsschraube 14 sind in passenden ersten und zweiten radialen Bohrungen 15 und 16 in dem Spannfutter 10 angeordnet, wobei die radialen Bohrungen 15 und 16 eine Längserstreckung haben, die in etwa quer zu der Längsmittelachse 17 der Bohrung 12 verläuft. Die Längsmittelachse 17 ist auch die Längsmittelachse des Spannfutters 10 und des Schaftes 11, wenn der Schaft 11 in der Bohrung 12 des Spannfutters 10 montiert ist.
Die Verriegelungs- bzw. Sicherungsschrauben 13 und 14 haben ein Außengewinde, während die radialen Bohrungen 15 und 16 ein Innengewinde haben. Wenn die Verriegelungsschrauben 13 und 14 gedreht werden, werden sie in radialer Richtung des Spannfutters 10 entweder nach innen oder nach außen verschoben, je nach der Drehrichtung der Verriegelungsschrauben 13 und 14.
Der Schaft 11 ist mit zwei Aussparungen 18 und 19 versehen, die sowohl in radialer als auch in axialer Richtung eine gewisse Ausdehnung haben. Die Aussparungen 18 und 19 sind dafür ausgelegt, mit den Verriegelungsschrauben 13 und 14 zusammenzuwirken.
Bevor der Schaft 11 in der Bohrung 12 des Spannfutters 10 festgeklemmt wird, wird überprüft, daß die Verriegelungsschrauben 13 und 14 sich in einer Position befinden, in welcher sie es ermöglichen, daß der Schaft 11 in die Bohrung 12 eingesetzt wird. Nachdem der Schaft 11 in die Bohrung 12 um ein vorbestimmtes Maß eingesetzt worden ist, werden die Verriegelungsschrauben 13 und 14 radial einwärts verschoben, indem die Verriegelungsschrauben 13 und 14 in einer vorbestimmten Richtung gedreht werden. Wie in Figur 1 angedeutet wird, befindet sich die erste Verriegelungsschraube 13 in ihrer aktiven Position, in welcher sie mit der Aussparung 18 zusammenwirkt und Kräfte auf den Schaft 11 ausübt, die den Schaft in axialer Richtung verriegeln. Außerdem wird in Figur 1 gezeigt, daß die zweite Verriegelungsschraube 14 in ihrer aktiven Position mit der Aussparung 19 zusammenwirkt und eine Kraft auf den Schaft ausübt, die den Schaft 11 daran hindert, sich relativ zu dem Spannfutter 10 zu drehen.
Die Einrichtung gemäß Figur 2 zeigt ein Standardspannfutter 20 vom Whistlenotchtyp sowie einen Standardschaft 21 nach dem Stand der Technik, welcher in einer axialen Bohrung 22 des Spannfutters 20 aufgenommen ist. Eine Verriegelungsschraube 23 wird in einer radialen Bohrung 24 des Spannfutters 20 aufgenommen. Die Schraube 23 weist ein Außengewinde auf, während die radiale Bohrung 24 ein Innengewinde hat. Die Längsachse der Verriegelungsschraube 23 hat eine Erstreckung quer zur Längsmittelachse 25 der axialen Bohrung 22. Diese Längsmittelachse 25 ist auch die Längsmittelachse des Spannfutters 20 und des Schaftes 21, wenn der Schaft 21 in der axialen Bohrung 22 montiert ist. Die Längsachse der Verriegelungsschraube 23 verläuft jedoch nicht senkrecht zu der Längsmittelachse des Spannfutters 20, sondern unter einem Winkel von 20, um eine axiale Kraft auf den Schaft 21 auszuüben, die in Richtung des Grundes der axialen Bohrung 22 gerichtet ist.
Der Schaft 21 hat eine ebene Aussparung 26, die in etwa in Längsrichtung des Schaftes 21 verläuft, wobei die ebene Aussparung bzw. der ebene weggeschnittene Teil relativ zu der Längsachse des Schaftes 21 abgewinkelt ist. Durch das Zusammenwirken der Verriegelungsschraube 23 und der Aussparung 26 wird der Schaft in Richtung des Grundes der axialen Bohrung 22 gedrückt. Dies bedeutet, daß die Schraube 23 den Schaft 21 gegen eine axiale Verschiebung nach außen verriegelt und gleichzeitig auch gegen eine Drehung um seine Längsmittelachse 25 relativ zu dem Spannfutter 20.
In den Figuren 3a-3c ist eine Ausführungsform eines Werkzeugschaftes 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Werkzeugschaft 30 hat einen ersten Abschnitt 31, im folgenden Klemmabschnitt genannt, sowie einen zweiten Abschnitt 32, im folgenden Arbeitsabschnitt genannt, welcher die (nicht dargestellten) Schneideinsätze trägt. Der Klemmabschnitt 31 hat einen beträchtlich kleineren Durchmesser als der Arbeitsabschnitt 32. Der Übergang zwischen dem Klemmabschnitt 31 und dem Arbeitsabschnitt 32 liegt vor in Form einer sich radial erstreckenden Fläche 33, die in einer Ebene quer, und zwar vorzugsweise senkrecht, zu der Längserstreckung des Werkzeugschaftes 30 angeordnet ist.
Der Klemmabschnitt 31 ist mit einer ersten Aussparung 34 und einer zweiten Aussparung 35 versehen. Die erste Aussparung 34 hat eine geneigt verlaufende und vorzugsweise entlang des Umfanges verlaufende Begrenzungswand 36. Die zweite Aussparung 35 weist zwei, vorzugsweise ebene Abschnitte 37 und 38 auf, die relativ zueinander etwas geneigt sind, wobei die Neigung normalerweise in der Größenordnung von 20 liegt.
In Figur 4 ist der Schaft gemäß den Figuren 3a-3c in ein Weldon-Spannfutter 40 eingespannt, wobei das Weldon-Spannfutter eine axiale Bohrung 41 und eine erste und eine zweite Verriegelungsschraube 42 bzw. 43 aufweist, die in passenden ersten und zweiten radialen Bohrungen 44 und 45 in dem Spannfutter 40 aufgenommen sind. An ihren inneren Enden haben die Verriegelungsschrauben 42 und 43 einen abgeschrägten Abschnitt 42a bzw. 43a. Die radialen Bohrungen 44 und 45 haben eine Längsausdehnung, die in etwa quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsmittelachse 46 der axialen Bohrung 41 verläuft. Diese Längsmittelachse 46 ist auch die Längsmittelachse 46 des Spannfutters 40 und des Schaftes 30, wenn der Schaft 30 in der axialen Bohrung 41 montiert ist.
Die Verriegelung sschrauben 42 und 43 haben ein Außengewinde, während die radialen Bohrungen 44 und 45 ein Innengewinde haben. Wenn die Verriegelungsschrauben 42 und 43 gedreht werden, werden sie in radialer Richtung des Spannfutters entweder nach innen oder außen verschoben, je nach der Drehrichtung der Verriegelungsschrauben 42 und 43. Das Spannfutter 40 hat auch eine Kontaktfläche 47 am Eingang der axialen Bohrung 41, wobei die Kontaktfläche sich quer, vorzugsweise senkrecht, zur Längsmittelachse 46 erstreckt.
Vor dem Festklemmen des Klemmabschnittes 31 des Schaftes 30 in der axialen Bohrung 41 des Spannfutters 40 wird überprüft, daß die Verriegelungsschrauben 42 und 43 sich in einer solchen Position befinden, daß sie ermöglichen, daß der Klemmabschnitt 31 in die axiale Bohrung 41 eingesetzt wird, bis die Übergangsfläche 33 an der Kontaktfläche 47 des Spannfutters 40 anschlägt. In der montierten Position des Schaftes 30 in dem Spannfutter 40 hat die Übergangsfläche 33 eine Quererstreckung vorzugsweise senkrecht zu der Längsmittelachse 46.
Wenn das Festklemmen bewirkt wird, werden die Verriegelungsschrauben 42 und 43 in Richtung des Klemmabschnittes 31 verschoben und kommen in Eingriff mit den Aussparungen 34 bzw. 35. Es wird empfohlen, daß zuerst die erste Verriegelungsschraube 42 betätigt wird. Wie man anhand der Figur 4 verstehen kann, ist die Anordnung der ersten Aussparung 34 derart, daß die erste Aussparung 34 von dem abgeschrägten Abschnitt 42a der ersten Verriegelungsschraube 42 im Bereich der ersten Aussparung 34 berührt wird, die der zweiten Aussparung 35 am nächsten liegt. Dies bedeutet, daß das Zusammenwirken zwischen der ersten Verriegelungsschraube 42 und der ersten Aussparung 34 die Tendenz hat, den Schaft 30 weiter nach rechts in Figur 4 zu drücken und damit einen vergrößerten Kontaktdruck zwischen den Flächen 33 und 47 bereitzustellen. Das Festklemmen des Klemmabschnittes 31 in der axialen Bohrung 41 beinhaltet auch einen Eingriff zwischen der zweiten Verriegelungsschraube 43 und der zweiten Aussparung 35. Dieser Eingriff verhindert zusammen mit dem Eingriff zwischen der ersten Verriegelungsschraube 42 und der ersten Aussparung 34, daß der Klemmabschnitt 31 sich relativ zu dem Spannfutter 40 dreht.
Der vorstehend erwähnte, vergrößerte Kontaktdruck führt zu einer verbesserten Stabilität des Aufbaus aus Schaft und Spannfutter, welcher eine Steigerung der Last in der Größenordnung von 50 % ermöglicht. Für ein Werkzeug, welches radialen Kräften ausgesetzt ist, z. B. ein Fräswerkzeug, bedeutet dies, daß die Schnittiefe um zumindest 50 % gesteigert werden kann, bevor unannehmbare Vibrationen auftreten.
In Figur 5 ist derselbe Schaft 30 wie in Figur 4 in ein Spannfutter 50 des sogenannten Whistlenotchtyps eingespannt. Das Spannfutter 50 hat eine axiale Bohrung 51 und eine erste bzw. zweite Verriegelungsschraube 52 bzw. 53, die in passenden ersten und zweiten radialen Bohrungen 54 und 55 in dem Spannfutter aufgenommen sind. An ihren inneren Enden haben die Verriegelungsschrauben 52 und 53 einen abgeschrägten Abschnitt 53a. Die radialen Bohrungen 54 und 55 haben eine Längserstreckung, die in etwa quer zu der Längsmittelachse 56 der axialen Bohrung 51 verläuft. Diese Längsmittelachse 56 ist auch die Längsmittelachse des Spannfutters 50 und des Schaftes 30, wenn der Schaft 30 in der axialen Bohrung 51 montiert ist. Die Längserstreckung der radialen Bohrungen 54 und 55 ist jedoch nicht senkrecht zu der Längsmittelachse 56, sondern um einen Winkel von 20 gegenüber dieser senkrechten Richtung versetzt. Die Neigung der radialen Bohrungen 54 und 55 ist derart, daß das innere Ende der Bohrungen 54 und 55 von einer Kontaktfläche 57 am Eintritt der axialen Bohrung 51 weiter weg liegt als das äußere Ende der Bohrungen 54 und 55. Die Kontaktfläche 57 hat eine Ausdehnung, die quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Längsmittelachse 56 verläuft. Vor dem Spannen des Klemmabschnittes 31 des Schaftes 30 in der axialen Bohrung 51 des Spannfutters 50 wird überprüft, ob die Verriegelungsschrauben 52 und 53 in einer solchen Position sind, daß sie es ermöglichen, daß der Klemmabschnitt 31 in die axiale Bohrung 51 eingesetzt wird, bis die Übergangsfläche 33 an der Kontaktfläche 57 des Spannfutters 50 anschlägt. In der montierten Position des Schaftes 30 in dem Spannfutter 50 hat die Übergangsfläche 33 eine Ausdehnung, die quer, vorzugsweise senkrecht zu der Längsmittelachse 56 verläuft.
Wenn das Klemmen bzw. Festspannen bewirkt wird, werden die Verriegelungsschrauben 52 und 53 in Richtung des Klemmabschnittes 31 verschoben und kommen in Eingriff mit den Aussparungen 34 bzw. 35. Es ist empfehlenswert, daß die erste Verriegelungsschraube 52 zuerst betätigt wird. Wie man anhand der Figur 5 verstehen kann, ist die Anordnung der ersten Aussparung derart, daß die erste Aussparung 34 von dem abgeschrägten Abschnitt der ersten Verriegelungsschraube 52 in dem Bereich der ersten Aussparung bewirkt wird, welcher der zweiten Aussparung 35 am nächsten liegt. Dies bedeutet, daß das Zusammenwirken zwischen der ersten Verriegelungsschraube 52 und der ersten Aussparung 34 die Tendenz hat, den Schaft 30 in Figur 5 weiter nach rechts zu drücken und damit einen erhöhten Kontaktdruck zwischen den Flächen 33 und 57 bereitzustellen. Das Spannen des Klemmabschnittes 31 in der axialen Bohrung 51 beinhaltet auch einen Eingriff zwischen der zweiten Verriegelungsschraube 53 und der zweiten Aussparung 35. Dieser Eingriff verhindert zusammen mit dem Eingriff zwischen der ersten Verriegelungsschraube 52 der ersten Aussparung 34, daß sich der Klemmabschnitt 31 relativ zu dem Spannfutter 50 dreht. Bezüglich der Vorteile des vergrößerten Kontaktdruckes wird auf das Bezug genommen, was in diesem Zusammenhang bezöglich der Ausführungsform gemäß Figur 4 gesagt wurde.
Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß die verschiedenen Spannfutter, die in den anhängenden Figuren gezeigt sind, Standardspannfutter nach dem Stand der Technik sind. Dies bedeutet, daß durch die Verwendung eines Schafts gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Spannfutter nach dem Stand der Technik beträchtliche Verbesserungen bezüglich der Stabilität des Schaftes erreicht werden.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche frei variiert werden.

Claims

1. Schaft (30) für ein Fräswerkzeug, vorzugsweise einen Schaft- bzw. Fingerfräser, wobei der Schaft (30) einen ersten Abschnitt (31) und einen zweiten Abschnitt (32) aufweist, wobei der erste Abschnitt (31) zumindest eine erste Aussparung (34) hat, die in erster Linie für das Festklernrnen bzw. Spannen des Schaftes (30) vorgesehen ist, sowie eine zweite Aussparung (35) hat, wobei der erste Abschnitt (31) einen ählichen Durchmesser wie der zweite Abschnitt (32) hat, wobei der Übergang zwischen dem ersten Abschnitt (31) und dem zweiten Abschnitt (33) eine Fläche (33) einschließt, welche sich quer zu einer Längserstrekkung des Schaftes (30) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Aussparung (35), die in erster Linie für das Verhindern einer Drehung des Schaftes (30) vorgesehen ist, zwei Abschnitte (37, 38) aufweist, die relativ zueinander in Längsrichtung des Schaftes (30) etwas geneigt sind.

2. Schaft (30) nach Anspruch 1, wobei der Schaft (30) eine Längsmittelachse (46, 56) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfläche (33) zwischen dem ersten (31) und dem zweiten (32) Abschnitt sich senkrecht zu der Längsmittelachse (46, 56) erstreckt.

3. Schaft nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aussparung (34) eine geneigt verlaufende Begrenzungswand (36) zumindest in dem Bereich hat, der dem freien Ende des ersten Abschnittes (31) am nächsten liegt.

4. Schaft nach irgend einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung zwischen den beiden Abschnitten (37, 38) der zweiten Aussparung in der Größenordnung von 2º liegt.

5. Kupplungs- bzw. Verbindungsanordnung für die Verbindung eines Schaftes (30) eines Fräswerkzeuges mit einem Spannfutter (40, 50), wobei der Schaft (30) einen ersten (31) und einen zweiten (32) Abschnitt hat, und der erste Abschnitt zumindest eine erste Aussparung (34) hat, das Spannfutter (40, 50) eine axiale Bohrung (41, 51) hat, welcher den ersten Abschnitt (31) des Schaftes (30) aufnimmt, das Spannfutter (40, 50) zumindest eine erste Verriegelungsschraube (42, 52) hat, die eine Längserstreckung hat, welche im wesentlichen quer zu der Längserstreckung der axialen Bohrung (41, 51) verläuft, wobei die erste Verriegelungsschraube (42, 52) in Eingriff mit der ersten Aussparung (34) des ersten Abschnittes (31) verschiebbar ist, wenn der erste Abschnitt (31) in der axialen Bohrung (41, 51) aufgenommen ist, der Übergang zwischen dem ersten Abschnitt (31) und dem zweiten Abschnitt (32) eine Oberfläche (33) aufweist, die sich quer zur Längsrichtung des Schaftes (30) erstreckt, die erste Aussparung (34) und die erste Verriegelungsschraube (42, 52) derart relativ zueinander orientiert sind, daß dann, wenn die Übergangsfläche (33) mit einer Kontaktfläche (47, 57) des Spannfutters (40, 50) am Eingang der axialen Bohrung (41, 51) in Kontakt tritt, der Eingriff zwischen der ersten Verriegelungsschraube (42, 52) und der ersten Aussparung (34) den Kontaktdruck zwischen der Übergangsfläche (33) und der Kontaktfläche (47, 57) erhöht, wobei eine zweite Verriegelungsschraube (43, 53) des Spannfutters (40, 50) mit einer zweiten Aussparung (35) in dem ersten Abschnitt des Schaftes (30) in Eingriff tritt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Aussparung (35) zwei Abschnitte (37, 38) hat, die relativ zueinander in Längsrichtung des Schaftes (30) geneigt sind, vorzugsweise um einen Neigungswinkel in der Größenordnung von 2º.

6. Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfläche (33) und die Kontaktfläche (47, 57) eine Erstreckung haben, die senkrecht zu einer gemeinsamen Längsrnittelachse (46, 56) des Schaftes (30) und des Spannfutters (40, 50) liegt.

7. Kupplungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff zwischen der ersten Verriegelungsschraube (42, 52) und der ersten Aussparung (34) einen Kontakt zwischen der ersten Verriegelungsschraube (42, 52) und einem Abschnitt der ersten Aussparung (34) bereitstellt, der dem freien Ende des ersten Abschnittes (31) am nächsten liegt.

8. Kupplungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontakt zwischen einem abgeschrägten Abschnitt (42a, 52a) am inneren Ende der ersten Verriegelungsschraube (42, 52) sowie eine geneigte Begrenzungswand (36) der ersten Aussparung (34) bereitgestellt wird.