DE69619652T2

DE69619652T2 - Werkzeughaltevorrichtung

Info

Publication number: DE69619652T2
Application number: DE69619652T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Ishikawa; Shigeru Sugino
Original assignee: Sugino Corp
Current assignee: Sugino Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: DE69619652D1; JP3113605B2; US5704738A; EP1086767A1; EP0807481B1; EP0807481A1; JPH1043982A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung ist auf eine Werkzeughaltevorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 gerichtet, wie sie aus der US A-4,514,115 bekannt ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine Gewindebohrung wird üblicherweise unter Verwendung eines zweistufigen Prozesses gebildet. Zunächst wird eine Bohrung unter Verwendung eines Prozesses, wie z. B. Bohren gebildet, wobei eine Bohrerspitze einem Werkstück zugeführt wird und um seine zentrale Achse angetrieben wird, um Material aus dem Werkstück an dem gewünschten Ort der Bohrung zu entfernen. Als zweites wird ein Gewinde in der Bohrung unter Verwendung eines Prozesses, wie z. B. Gewindeschneiden gebildet, wobei ein Gewindeschneidwerkzeug in die Bohrung geschoben wird und um seine zentrale Achse angetrieben wird, um zusätzliches Material zu entfernen und ein Gewinde zu bilden, wobei vorzugsweise die zentrale Achse des Gewindeschneidwerkzeuges auf den Weg der zentralen Achse des Bohrers ausgerichtet ist.
Jeder dieser zwei Bearbeitungsprozesse, das Bohren und das Gewindeschneiden, erfordert eine Werkzeugehaltevorrichtung mit höchst unterschiedlichen Leistungscharakteristiken. Z. B. erfordert der Bohrprozeß, daß die Werkzeughaltevorrichtung den Bohrer starr festhält, um die unkontrollierte Bewegung des Bohrers relativ zu der Werkzeugehaltevorrichtung auf ein Minimum zu begrenzen. Die Längsbewegung einer zentralen Achse des Bohrers (und somit einer zentralen Achse der zu bildenden Bohrung) relativ zu einer zentralen Achse der geplanten Bohrung ist höchst unerwünscht. Wenn der Abstand zwischen der zentralen Achse der gebildeten Bohrung und der zentralen Achse der geplanten Bohrung groß genug im Hinblick auf die beteiligten Toleranzen ist, muß das Werkstück ausgeschabt werden. Auch wenn der Abstand zwischen der zentralen Achse der gebildeten Bohrung und der zentralen Achse der geplanten Bohrung innerhalb der gewünschten Toleranzen liegt, erfordern relativ geringe Differenzen zwischen der geplanten Bohrung und der gebildeten Bohrung, daß der Gewindeschneidprozeß, der verwendet wird, um das Gewinde in der Bohrung zu bilden, in der Lage ist, eine zentrale Achse des Gewindeschneidwerkzeuges relativ zu der zentralen Achse der geplanten Bohrung zu verschieben, um eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung des Gewindeschneidwerkzeuges zu verhindern. Um somit diese unerwünschten Resultate zu vermeiden, wird eine bevorzugte Bohrerhaltevorrichtung die Bohrerspitze im wesentlichen starr halten.
Im Gegensatz hierzu wird eine bevorzugte Schneidwerkzeug-Haltevorrichtung dem Schneidwerkzeug gestatten, sich relativ frei radial in bezug sowie axial entlang der zentralen Achse der Werkzeugehaltevorrichtung zu bewegen oder zu schwimmen. Eine radiale Bewegung oder Schwimmen kann als Translationsbewegung der zentralen Achse des Werkzeuges radial in bezug auf die zentrale Achse der Werkzeughaltevorrichtung gekennzeichnet werden. Eine radiale Bewegung ist erwünscht, um eine Beschädigung des Schneidwerkzeuges zu vermeiden, wenn der Prozeß, der verwendet wird, um die Bohrung zu bilden, die zentrale Achse der gebildeten Bohrung auf die zentrale Achse der geplanten Bohrung nicht exakt ausrichtet. Demzufolge gestattet ein radiales Schwimmen die Verwendung von größeren Toleranzen in bezug auf die Anordnung der Bohrung, wenn dies im Hinblick auf die Toleranzen für das Werkstück als Ganzes erwünscht und statthaft ist. Verschiedene Entwurfsbeispiele, die das radiale Schwimmen beinhalten, sind in den US-Patenten 4,111,442; 4,439,075 und 4,547,101 offenbart.
Ein axiales Schwimmen ist ebenfalls erwünscht bei einer Schneidwerkzeug- Haltevorrichtung. Bei einer festen Drehgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges um seine zentrale Achse ist im Betrieb die Zuführgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges in das Werkstück üblicherweise größer als die Zuführgeschwindigkeit der Werkzeugehaltevorrichtung. Zur Anpassung an die Unterschiede in der Zuführgeschwindigkeit kann eine spezielle (und relativ teure) Ausrüstung erworben werden, um die Zuführgeschwindigkeit der Werkzeughaltevorrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges zu synchronisieren, um die Trennung des Werkzeuges von der Werkzeugehaltevorrichtung oder die Beschädigung des Schneidwerkzeuges zu verhindern. Alternativ kann die Werkzeugehaltevorrichtung ausgelegt werden, um dem Gewindeschneidwerkzeug die Drehung mit einer festen Drehgeschwindigkeit und die Bewegung axial mit seiner eigenen Zuführgeschwindigkeit in bezug auf die Werkzeughaltevorrichtung zu gestatten. Verschiedene Entwürfe, die eine solche Form des axialen Schwimmens beinhalten, können in den US-Patenten 4,364,694 und 4,514,115 angetroffen werden.
Z. B. offenbart das US-Patent 4,514,115 einen Gewindeschneidhalter, der das radiale Schwimmen eines Gewindeschneiders in bezug auf einen Körper¹, gesteuert durch eine Druckfeder, gestattet.
Mit der gegebenen Tatsache, daß die Bohrer-Haltevorrichtung vorzugsweise das Werkzeug in einer im wesentlichen starren Position relativ zu der Werkzeughaltevorrichtung hält und die Schneidwerkzeug-Haltevorrichtung vorzugsweise dem Werkzeug gestattet, sich im wesentlichen frei relativ zu der Werkzeughaltevorrichtung zu bewegen, werden diese zwei Bearbeitungsprozesse üblicherweise unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Werkzeughaltevorrichtungen ausgeführt. Als eine weitere Folge wird somit der zweistufige Prozeß der Herstellung einer Gewindebohrung üblicherweise durch Austausch der Werkzeughaltevorrichtung nach dem Bohren und vor dem Gewindeschneiden ausgeführt oder durch Ausführung des Bohrens auf einer Maschine und des Gewindeschneidens auf einer anderen Maschine.
Ob durch Austausch der Werkzeughaltevorrichtungen oder durch Verwendung zweier unterschiedlicher Maschinen werden in jedem Fall die Produktionskosten erhöht und die Produktivität herabgemindert. Wenn z. B. die Werkzeughaltevorrichtung zwischen den Prozessen ausgetauscht wird, geht Zeit verloren bei der Entfernung der Bohrer-Haltevorrichtung und der Befestigung der Schneidwerkzeug-Haltevorrichtung und bei der Zentrierung des Schneidwerkzeuges dergestalt, daß die zentrale Achse des Schneidwerkzeuges im wesentlichen auf die zentrale Achse der geplanten Bohrung ausgerichtet ist. Wenn zwei unterschiedliche Maschinen verwendet werden, so geht Zeit verloren beim Transport des Werkstückes von einer Maschine zu der zweiten Maschine und bei der sodann folgenden Zentrierung des Werkstückes dergestalt, daß die zentrale Achse des Schneidwerkzeuges im wesentlichen auf die zentrale Achse der geplanten Bohrung ausgerichtet ist. Auch wenn ein Bearbeitungszentrum anstelle von herkömmlichen freistehenden vertikalen oder horizontalen Spindelmaschinen verwendet wird, geht Zeit verloren beim Austausch der Werkzeuge. Wenn der Zeitverlust anwächst und die Möglichkeit der Fehlausrichtung und der Bildung von Fehlern anwächst, werden sich die Produktionskosten erhöhen und/oder der Produktionspegel kann sich vermindern.

Zusammenfassung der Erfindung

In einer Form der Erfindung ist eine Werkzeughaltevorrichtung vorgesehen, die aufweist ein Gehäuse mit einer zentralen Achse, einen Werkzeughalter mit einem werkzeugtragenden Teil und einem Lagerteil, der axial von dem werkzeugtragenden Teil beabstandet ist, einen Ansatz an dem Gehäuse oder dem Lagerteil des Werkzeughalters und eine Aufnahme an dem Gehäuse oder dem Lagerteil des Werkzeughalters zur Aufnahme des Ansatzes, so daß sich von dem Gehäuse und dem Werkzeughalter wenigstens eines teilweise innerhalb des anderen befindet, wenn sich der Werkzeughalter in einem Betriebszustand in dem Gehäuse befindet. Es gibt axial sich gegenüberliegende erste und zweite Flächen jeweils an dem Gehäuse und dem Lagerteil des Werkzeughalters, die sich zumindest teilweise um die zentrale Achse erstrecken und miteinander in Anschlag bringbar sind, um die Bewegung des Werkzeughalters axial gegen das Gehäuse zu begrenzen, wenn sich der Werkzeughalter im Betriebszustand befindet. Wenigstens eine der ersten und zweiten Flächen ist anders als parallel zu einer Ebene, die senkrecht zu der zentralen Achse steht.
Die ersten und zweiten Flächen erstrecken sich im wesentlichen vollständig um die zentrale Achse.
Eine oder beide der ersten und zweiten Oberflächen können planar sein betrachtet im Querschnitt.
In einer Form befindet sich die erste Oberfläche unter einem ersten spitzen Winkel zu der zentralen Achse, wobei sich die zweite Oberfläche unter einem zweiten spitzen Winkel befindet, der supplementär zum ersten Winkel ist.
Der Ansatz und die Aufnahme sind relativ so dimensioniert, daß der Werkzeughalter und das Gehäuse in einer radialen Richtung relativ zueinander beweglich sind, wenn sich der Werkzeughalter und das Gehäuse in einer relativen axialen Position zueinander befinden, wie unten beschrieben. In einer Form besitzt der Ansatz eine ringförmige Außen-Oberfläche und die Aufnahme eine ringförmige Innen-Oberfläche, welche bei in der Aufnahme zentriertem Ansatz voneinander um einen radialen Abstand zwischen 0,00686 und 0,04064 mm (0,00027 und 0,0016 Zoll) beabstandet sind.
In einer Form sind die ersten und zweiten Flächen aneinander anschlagbar, um die Radialbewegung des Werkzeughalters in bezug auf das Gehäuse zu begrenzen, wenn sich der Werkzeughalter im Betriebszustand und in einer ersten axialen Position in bezug auf das Gehäuse befindet. Die ersten und zweiten Oberflächen können geformt sein, um den Werkzeughalter zu veranlassen, beständig radial in bezug aufeinander ausgerichtet zu sein, wenn der Werkzeughalter von einer zweiten axialen Position in bezug auf das Gehäuse in die erste Position bewegt wird, wobei die ersten und zweiten Oberflächen nicht aneinander anschlagen. Der Werkzeughalter und das Gehäuse können aufeinander ausgerichtet sein, wobei ihre Achsen im wesentlichen übereinstimmen. Die Oberflächen können den Werkzeughalter veranlassen, im wesentlichen radial in bezug auf das gehäuse starr zu sein, wenn der Werkzeughalter sich von der zweiten Position in die erste Position bewegt.
Der Werkzeughalter kann in der axialen Bewegung weg von dem Gehäuse begrenzt sein. In einer Form wird dies verwirklicht durch Vorsehen eines Stiftes an dem Werkzeughalter oder dem Gehäuse und eines länglichen Schlitzes in jeweils dem anderen von dem Werkzeughalter und dem Gehäuse zur Aufnahme des Stiftes. Der längliche Schlitz ist durch eine Oberfläche begrenzt, die an dem Stift anschlägt.
Der Werkzeughalter kann normalerweise gegen das Gehäuse vorgespannt sein. Dies kann durch ein Federelement verwirklicht werden.
In einer Form besitzt der Werkzeughalter eine zweite Aufnahme, die durch eine axial gerichtete Oberfläche begrenzt ist, und die Feder befindet sich zumindest teilweise in der zweiten Aufnahme und wird zwischen dem Stift und der axial gerichteten Oberfläche, die die zweite Aufnahme begrenzt, zusammengedrückt.
Die Werkzeugvorrichtung kann in Kombination mit einem Werkzeug vorgesehen sein, das eine Rotationsachse, einen ersten Bohrteil und einen zweiten Gewindeschneidteil, der axial in bezug auf den ersten Bohrteil beabstandet ist, besitzt. Das Werkzeug wird in einer Betriebsposition an dem Werkzeughalter gehalten. Der Werkzeughalter befindet sich in der ersten axialen Position in bezug auf das Gehäuse, wenn die ersten und zweiten Flächen aneinander anschlagen und er befindet sich in der zweiten axialen Position in bezug auf das Gehäuse, wenn der Werkzeughalter axial von dem Gehäuse wegbewegt ist, so daß die ersten und zweiten Flächen nicht aneinander anschlagen. Das Gehäuse und der Werkzeughalter sind relativ so dimensioniert, um dem Werkzeughalter die Relativbewegung in bezug aufeinander zu gestatten, wenn sich der Werkzeughalter in der zweiten Position befindet.
Vorzugsweise ist eine Werkzeughaltevorrichtung vorgesehen, die ferner umfaßt ein Gehäuse und einen Werkzeughalter jeweils mit einer zentralen Achse, wobei ein Aufbau vorgesehen ist, der zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter zusammenwirkt, um den Werkzeughalter in einem Betriebszustand an dem Gehäuse zu halten und um die Bewegung des Werkzeughalters axial in bezug auf das Gehäuse zwischen a) einer ersten Position zu führen, wobei die relative radiale Bewegung zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter im wesentlichen verhindert wird und b) einer zweiten Position zu führen, wobei der Werkzeughalter radial in bezug auf das Gehäuse schwimmen kann.
Die Erfindung ist ebenfalls gerichtet auf ein Verfahren zur Bildung einer Gewindebohrung, wobei das Verfahren die Schritte des Vorsehens einer Werkzeughaltevorrichtung nach der obigen Erfindung umfaßt, die ein Gehäuse besitzt mit einer ersten zentralen Achse, ein Drehwerkzeug an dem Werkzeughalter mit einem Bohrteil und einem Gewindeschneidteil und einen Aufbau, der zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter zusammenwirkt, um den Werkzeughalter in einem Betriebszustand an dem Gehäuse zu halten und um den Werkzeughalter axial relativ zu dem Gehäuse zwischen a) einer ersten Position zu führen, bei der eine relative Radialbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter im wesentlichen verhindert wird und b) einer zweiten Position zu führen, bei der der Werkzeughalter radial in bezug auf das Gehäuse gleiten kann. Das Verfahren umfaßt ferner den Schritt des Rotierens des Werkzeughalters mit einer ersten Geschwindigkeit, während das Gehäuse in einer ersten Richtung mit einer ersten Geschwindigkeit vorgeschoben wird, um den Bohrteil zu veranlassen, in der ersten Richtung mit der ersten Geschwindigkeit vorgeschoben zu werden, um eine Bohrung in dem Werkstück zu erzeugen und danach das Vorschieben des Gewindeschneidteiles in die Werkstückbohrung, wobei der Werkzeughalter mit der ersten Geschwindigkeit rotiert und in der ersten Richtung mit der ersten Geschwindigkeit vorgeschoben wird, so daß der Gewindeschneidteil mit dem Werkstück in Eingriff gelangt und infolgedessen in der ersten Richtung mit einer Geschwindigkeit größer als die erste Geschwindigkeit vorgeschoben wird, um hierdurch den Werkzeughalter in die zweite Position zu bewegen, in welcher, er schwimmen kann. Das Werkzeug kann sodann von dem Werkstück zurückgezogen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispieles einer Werkzeughaltevorrichtung, umfassend einen zusammenwirkenden Werkzeughalter und ein Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Werkzeughalter sich in einer ersten Position in bezug auf das Gehäuse befindet und wobei die Werkzeughaltevorrichtung betriebsmäßig mit einem automatisierten Bohrkopf verbunden ist;
Fig. 2 ist eine Ansicht wie in Fig. 1, wobei die Werkzeughaltevorrichtung von dem Bohrkopf getrennt ist;
Fig. 3 ist eine Ansicht wie in Fig. 2, wobei der Werkzeughalter sich in seiner äußersten ausgezogenen Position in bezug auf das Gehäuse befindet;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, das konfiguriert ist, um mit einer herkömmlichen Bohrmaschine verwendet zu werden; und
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, das konfiguriert ist, um mit einem Bearbeitungszentrum mit einem automatischen Werkzeugwechsel verwendet zu werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um mit einem automatisierten Bohrkopf 8 verwendet zu werden, z. B. mit dem elektrischen Bohrkopf, der in dem US-Patent 4,902,176 beschrieben ist. Dieser Bohrkopf 8 ist teilweise in Fig. 1 gezeigt. Gemäß der Erfindung ist ein Werkzeug 10 in einer Betriebsposition an einem ersten Ende 12 eines schwimmenden Werkzeughalters 14 befestigt. Der Werkzeughalter 14 besitzt einen werkzeugtragenden Teil 15 an seinem vorderen Ende und einen Lagerteil an seinem anderen Ende 16. Ein Ansatz 17 an dem Werkzeughalter 14 ist in einer Aufnahme 18 an einem ersten Ende 20 eines Gehäuses 22 angeordnet, wobei sich der Werkzeughalter 14 in einem Betriebszustand an dem Gehäuse 22 befindet. Andererseits in ein zweites Ende 24 des Werkzeughaltergehäuses 22 in einer Aufnahme 26 eines Dornes 28 an dem Bohrkopf 8 angeordnet. Der Dorn 28 ist innerhalb einer Aufnahme 30 in einem Gehäuse 32 an dem Bohrkopf 8 angeordnet. Alternativ kann der Ansatz 17 sich an dem Gehäuse 22 befinden und die Aufnahme 18 in dem Werkzeughalter 14, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
Im Betrieb wird das Werkzeughaltergehäuse 22 durch den Bohrkopf 8 über eine Antriebshülse 34 angetrieben, die an dem zweiten Ende 24 des Werkzeughaltergehäuses 22 mittels eines Gewindes 36 befestigt ist. Wenn sich die Hülse 34 dreht, wird die Drehbewegung auf das Werkzeughaltergehäuse 22 über das Gewinde 36 übertragen.
Die Drehbewegung des Werkzeughaltergehäuses 22 wird auf den schwimmenden Werkzeughalter 14 über einen Antriebsstift 38 übertragen. Der Antriebsstift 38 verläuft durch ein Paar von diametral gegenüberliegenden Bohrungen 40 in dem Werkzeughaltergehäuse 22 und ein Paar von länglichen Schlitzen 42 in dem schwimmenden Werkzeughalter 14. Der Antriebsstift 38 ist an beiden Enden mit dem Werkzeughaltergehäuse 22 mittels eines Rückhalteringes 44 befestigt, der in einer Nut 46 in der Außenfläche des Werkzeughaltergehäuses 22 sitzt. Während der Antriebsstift 38 die Drehbewegung des Werkzeughaltergehäuses 22 auf den schwimmenden Werkzeughalter 14 über das Zusammenwirken mit den Seiten 47 der länglichen Schlitze 42 überträgt, ist der schwimmende Werkzeughalter 14 frei, sich axial entlang seiner zentralen Achse in bezug auf das Haltergehäuse 22 vorzuschieben und zurückzuziehen, da die länglichen Schlitze 42 vorzugsweise in der axialen Richtung länger sind als der Antriebsstift 38 breit ist.
Um das Werkzeug 10 an dem Werkzeughalter 14 zu sichern, ist eine Spannhülse 48 innerhalb einer Aufnahme 50 an dem ersten Ende 12 des schwimmenden Werkzeughalters 14 angeordnet und das Werkzeug 10 ist innerhalb der Spannhülse 48 angeordnet. Die Spannhülse 48 ist freigebbar in der Aufnahme 50 gehalten unter Verwendung einer Spannhülsenmutter 52, die mittels Gewinde an dem ersten Ende 12 des schwimmenden Werkzeughalters 14 befestigt ist. Unter Verwendung der Spannhülse 48 kann eine Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge, wie z. B. Bohrer und Gewindeschneidwerkzeuge entfernbar an dem schwimmenden Werkzeughalter 14 befestigt werden.
Bei der Ausführung einer Bohroperation mit dem Ausführungsbeispiel der in den Fig. 1 und 2 gezeigten vorliegenden Erfindung wird die zentrale Achse des Werkzeuges 10 im wesentlichen starr in bezug auf die zentrale Achse des Werkzeughalters 14 gehalten. Vorzugsweise besitzt der Werkzeughalter 14 eine Oberfläche 54, die gegen eine Oberfläche 56 an dem ersten Ende 20 des Werkzeughaltergehäuses 22 anschlägt. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Oberfläche 54 vorzugsweise unter einem Winkel B zu der zentralen Achse des Werkzeughalters 14 abgeschrägt und die Oberfläche 56 ist vorzugsweise unter einem Winkel α abgeschrägt, der supplementär zu dem Winkel θ ist. Diese Oberflächen 54, 56 sind flach, wenn sie im Querschnitt betrachtet werden. Vorzugsweise liegt der Winkel θ zwischen 60-61 Grad, vorzugsweise bei 60 Grad und der Winkel α liegt zwischen 119-120 Grad, vorzugsweise bei 120 Grad. Alternativ können die Oberflächen 54, 56 unter Verwendung von anderen Formen hergestellt werden, z. B. als komplementär gebogene Oberflächen oder als irgendeine andere zusammenwirkende Anordnung, die eine radiale Verschiebung verhindert, wenn sich die Oberflächen 54, 56 in Eingriff befinden. Das Zusammenwirken der Oberflächen 54, 56 begrenzt die Bewegung des Werkzeughalters 14 gegen das Gehäuse 22 in einer ersten Richtung, die durch einen Pfeil 62 gezeigt ist, entgegengesetzt zu einer Zuführrichtung des Werkzeughaltergehäuses 22, die durch einen Pfeil 64 gezeigt ist. Das Zusammenwirken der Oberflächen 54, 56 dient ebenfalls der Zentrierung des Werkzeuges 10 innerhalb der Ausnehmung 50 des schwimmenden Werkzeughalters 14, um vorzugsweise eine gemeinsame zentrale Achse für das Werkzeug 10, den Werkzeughalter 14 und den automatisierten Bohrkopf 8 beizubehalten.
Bei der Ausführung einer Gewindeschneidoperation wird dem Werkzeug 10, das mit dem schwimmenden Werkzeughalter 14 befestigt ist, eine Bewegung oder ein Schwimmen sowohl radial in bezug auf die zentrale Achse des Werkzeughaltergehäuses 22 gestattet, wobei sich die Oberflächen 54, 56 in nicht anstoßender Beziehung befinden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, als auch axial entlang der zentralen Achse des Werkzeughaltergehäuses 22 und entlang von Linien parallel zu der zentralen Achse. Vorzugsweise liegt ein geringer radialer Abstand 66 zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche des Werkzeughalters 14 und der inneren ringförmigen Oberfläche des Werkzeughaltergehäuses 22 vor, um eine Translationsbewegung des Werkzeuges 10, das mit dem Werkzeughalter 14 befestigt ist, radial in bezug auf die zentrale Achse des Werkzeughaltergehäuses 22 zu gestatten. Vorzugsweise liegt der radiale Abstand 26 zwischen 0,00686 und 0,04064 mm (0,00027 und 0,0016 Zoll).
Zusätzlich wird dem Werkzeughalter 14 gestattet, sich axial relativ zu dem Gehäuse 22 in der Zuführrichtung des Werkzeuges 10 zu bewegen, wie dies durch den Pfeil 64 gezeigt ist, mit einer Zuführungsgeschwindigkeit größer als die des Werkzeughaltergehäuses 22, da der Werkzeughalter 14 nicht axial in bezug auf das Werkzeughaltergehäuse 22 gesichert ist. Stattdessen ist der Werkzeughalter 14 an dem Werkzeughaltergehäuse 22 über den Antriebsstift 38 gesichert, welcher in den länglichen Schlitzen 42 in dem Werkzeughalter 14 angeordnet ist. Da die länglichen Schlitze 42 länger in axialer Richtung als die Breite des Antriebsstiftes 38 sind, wird dem Werkzeughalter 14 gestattet, sich entlang der zentralen Achse in bezug auf das Werkzeughaltergehäuse 22 und in bezug auf Linien parallel zu der zentralen Achse auszustrecken und zurückzuziehen. Diese Bewegung ist begrenzt in der durch den Pfeil 62 gezeigten Richtung durch die gepaarten Oberflächen 54, 56, wie in Fig. 2 gezeigt und in der durch den Pfeil 64 gezeigten Richtung durch das Zusammenwirken des Antriebsstiftes 38 und der am weitesten innen gelegenen Oberfläche 68 der länglichen Schlitze 42, wie in Fig. 3 gezeigt.
Eine Feder 70 ist in der Aufnahme 72 des Werkzeughalters 14 angeordnet, um zwischen dem Antriebsstift 38 und einer Oberfläche am Ende 16 des Werkzeughalters 14 zu wirken. Die Feder 70 ist vorgesehen um sicherzustellen, daß das Gewindeschneidwerkzeug in die Gewindebohrung eingreift bei dem Rückwärtshub des automatisierten Bohrkopfes 8 und daß beim vollständigen Rückzug des Werkzeuges 10 von der mit einem Gewinde versehenen Bohrung das Werkzeug automatisch zentriert wird und für den nächsten Zyklus bereit ist.
Vorzugsweise können die Bohr- und Gewindeschneidoperationen ohne Austausch der Werkzeuge ausgeführt werden durch die Verwendung eines handelsüblich verfügbaren Werkzeuges von Cutting Tools, Inc. mit dem Markennamen DRAP, wie es in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in den Fig. 1-5 gezeigt ist. Das DRAP-Werkzeug besitzt einen Anfangsteil 74, der vorzugsweise als ein Drehbohrer mit zwei Rippen geformt ist und verwendet wird, um Material zu entfernen und die Bohrung zu bilden. Der nachfolgende Zwischenteil 76 ist als ein Gewindeschneidwerkzeug ausgebildet mit vorzugsweise bis zu vier Rillen und einer Vielzahl von Schneidezähnen, um unmittelbar den gebohrten Teil der Bohrung mit einem Gewinde zu versehen, wenn das Werkzeug weiter in das Werkstück fortschreitet. Der verbleibende hintere Teil 78 des Werkzeuges ist als ein blanker Stummel ausgebildet, der innerhalb der Spannhülse 48 anzuordnen ist. Durch Verwendung eines DRAP-Werkzeuges anstelle von getrennten herkömmlichen Bohrspitzen und Gewindeschneidwerkzeugen kann eine Gewindebohrung in einer einzigen Operation in einem einzigen Durchlauf eines automatisierten Bohrkopfes, einer Bohrpresse oder eines Bearbeitungszentrums ohne das Erfordernis des Wechsels von Werkzeugen, der Werkzeughaltevorrichtungen oder Maschinen angebracht werden.
Bei der Auslösung einer kombinierten Bohr- und Gewindeschneidoperation ist der Werkzeughalter 14 in einer ersten axialen Position in bezug auf das Gehäuse 22 angeordnet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wobei die Werkzeughalter-Oberfläche 54 an der Gehäuseoberfläche 56 anschlägt. Das Werkzeug 10 wird mit einer ersten Geschwindigkeit gedreht und axial gegen ein Werkstück durch den Bohrkopf 8 mit einer ersten Geschwindigkeit vorgeschoben, d. h. von rechts nach links in Fig. 1. Wenn der Bohrkopf 8 einen Vorschub bewirkt, veranlaßt das Zusammenwirken zwischen den Oberflächen 52, 54 die zentrale Achse des Werkzeughalters 14 und des Gehäuses 22 dazu, im wesentlichen aneinanderliegend zu werden und zu verbleiben. Eine radiale Bewegung des Werkzeughalters 14 in bezug auf das Gehäuse ist im wesentlichen bei dem Werkzeughalter 14 in der ersten Position verhindert.
Wenn einmal der Bohrteil 74 in das Werkstück bis zu einer vorbestimmten Tiefe eindringt, so ergreift der Gewindeschneidteil 76 das Werkstück. Wenn der Gewindeschneidteil 76 das Werkstück ergreift, so wird das Werkzeug 10 veranlaßt, sich mit einer zweiten Geschwindigkeit vorzuschieben, die größer als die Geschwindigkeit des Vorschubs des Werkzeughalters durch den Bohrkopf 8 ist. Infolgedessen bewegt sich der Werkzeughalter 14 in eine zweite axiale Position in bezug auf das Gehäuse 22, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei sich die Werkzeughalter-Oberfläche 54 von der Gehäuseoberfläche 56 trennt. In der zweiten Position kann der Werkzeughalter 14 radial in bezug auf das Gehäuse 22 schwimmen, um sich in die Bohrung auch dann zu bewegen, wenn eine geringe Fehlausrichtung mit dieser vorliegt.
Wenn einmal das Werkzeug 10 von dem Werkstück zurückgezogen ist, so wird der Werkzeughalter 14 durch die Feder 70 zurück in seine erste Position zur Vorbereitung für den nächsten Zyklus angetrieben.
Während die Fig. 1-3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, das konfiguriert ist, um mit einem automatisierten Bohrkopf verwendet zu werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das konfiguriert ist, um mit Maschinenwerkzeugen mit blankem Schaft vom ASA-Typ verwendet zu werden. Fig. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit einem abgeschrägten Schaft mit V- Flansch zur Verwendung mit Bearbeitungszentren mit automatischen Werkzeugwechslern konfiguriert ist.
Noch weitere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Beschreibung, der Zeichnungen und der angefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Werkzeughaltevorrichtung, umfassend:

ein Gehäuse (22) mit einer zentralen Achse;

einen Werkzeughalter (14) mit einem werkzeugtragenden Teil (15) und einem Lagerteil (16), der axial von dem werkzeugtragenden Teil (15) beabstandet ist;

einen Ansatz (17) an dem Gehäuse (22) oder dem Lagerteil (16) des Werkzeughalters (14); und

eine Aufnahme (18) an dem Gehäuse (22) oder dem Lagerteil (16) des Werkzeughalters zur Aufnahme des Ansatzes (17), so daß sich von dem Gehäuse (22) und dem Werkzeughalter (14) wenigstens eines teilweise innerhalb des anderen befindet, wenn sich der Werkzeughalter (14) in einem Betriebszustand in dem Gehäuse befindet,

gekennzeichnet dadurch, daß es axial gegenüberliegende erste und zweite Flächen (54, 56) jeweils an dem Gehäuse (22) und dem Lagerteil (16) des Werkzeughalters (14) gibt, daß sich jede zumindest teilweise um die zentrale Achse erstreckt und miteinander in Anschlag bringbar sind, um die Bewegung des Werkzeughalters axial gegen das Gehäuse (22) zu begrenzen, wenn sich der Werkzeughalter im Betriebszustand befindet;

daß wenigstens eine der ersten (54) und zweiten (56) Flächen anders als parallel zu einer Ebene ist, die senkrecht zu der zentralen Achse steht.

2. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche (54) eine im wesentlichen planare Oberfläche, betrachtet im Querschnitt, umfaßt.

3. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Fläche (56) eine im wesentlichen planare Oberfläche, betrachtet im Querschnitt, umfaßt.

4. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 2 und 3, wobei sich die erste Fläche (54) unter einem ersten Winkel (θ) zu der zentralen Achse befindet und sich die zweite Fläche (56) unter einem zweiten Winkel (α) zu der zentralen Achse befindet, der im wesentlichen supplementär zu dem ersten Winkel ist.

5. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich die ersten (54) und zweiten (56) Flächen im wesentlichen vollständig um die zentrale Achse erstrecken.

6. Werkzeughaltevorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ansatz (17) und die Aufnahme (18) in bezug aufeinander so dimensioniert sind, daß der Werkzeughalter (14) und das Gehäuse (22) in einer radialen Richtung relativ zueinander beweglich sind, wenn sich der Werkzeughalter (14) im Betriebszustand befindet.

7. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ansatz (17) eine ringförmige Außen-Oberfläche und die Aufnahme eine ringförmige Innen- Oberfläche besitzt und daß bei in der Aufnahme zentriertem Ansatz ein Raum zwischen der äußeren Ansatz-Oberfläche und der inneren Aufnahme-Oberfläche besteht.

8. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Raum zwischen 0,00686 und 0,04064 mm (0,00027 und 0,0016 Zoll) liegt.

9. Werkzeughaltevorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten und zweiten Flächen aneinander anschlagbar sind, um die Radialbewegung des Werkzeughalters (14) in bezug auf das Gehäuse zu begrenzen, wenn sich der Werkzeughalter (14) im Betriebszustand befindet.

10. Werkzeughaltevorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend Mittel (38, 68), die zwischen dem Werkzeughalter (14) und dem Gehäuse (22) zusammenwirken, um die Axialbewegung des Werkzeughalters (14) weg von dem Gehäuse zu begrenzen.

11. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Begrenzungsmittel einen Stift (38) an dem Werkzeughalter (14) oder dem Gehäuse (22) und einen länglichen Schlitz (42) an dem jeweils anderen des Werkzeughalters (14) oder des Gehäuses (22) zur Aufnahme des Stiftes umfassen, wobei der längliche Schlitz durch eine Oberfläche (68) begrenzt ist, die an dem Stift (38) anschlägt.

12. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, umfassend ein Federelement (70), das zwischen dem Gehäuse (22) und dem Werkzeughalter (14) wirkt, um normalerweise den Werkzeughalter (14) axial gegen das Gehäuse (22) zu drücken.

13. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 11 und 12, wobei das Federelement (70) an dem Stift (38) anliegt.

14. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Werkzeughalter (14) eine zweite Aufnahme (72) besitzt, die durch eine axial gerichtete Oberfläche begrenzt ist, und daß die Feder (70) sich zumindest teilweise in der zweite Aufnahme befindet und zwischen dem Stift (38) und der axial gerichteten Oberfläche, die die zweite Aufnahme begrenzt, zusammengedrückt ist.

15. Werkzeughaltevorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch in Kombination mit einem Werkzeug (10), das eine Rotationsachse, einen ersten Bohrteil (74) und einen zweiten Gewindeschneidteil (76), der axial in bezug auf den ersten Bohrteil beabstandet ist, besitzt, wobei zusammenwirkende Mittel zwischen dem Werkzeughalter (14) und dem Werkzeug (10) vorgesehen sind, um das Werkzeug in einer Betriebsposition an dem Werkzeughalter (14) zu halten, wobei sich der Werkzeughalter in a) einer ersten axialen Position in bezug auf das Gehäuse befindet, wenn die ersten (54) und zweiten (56) Flächen aneinander anschlagen und sich b) in einer zweiten axialen Position in bezug auf das Gehäuse befindet, wenn der Werkzeughalter (14) axial von dem Gehäuse wegbewegt ist, so daß die ersten (54) und zweiten (56) Flächen nicht aneinander anschlagen, wobei das Gehäuse und der Werkzeughalter in bezug aufeinander dimensioniert sind, um dem Werkzeughalter die relative Bewegung in bezug auf das Gehäuse zu gestatten, wenn sich der Werkzeughalter in der zweiten Position befindet.

16. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 15, wobei die ersten (54) und zweiten (56) Flächen so geformt sind, um den Werkzeughalter (14) zu veranlassen, beständig radial in bezug aufeinander ausgerichtet zu sein, wenn der Werkzeughalter von der zweiten Position in die erste Position bewegt wird.

17. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Werkzeughalter eine zentrale Achse besitzt und die ersten (54) und zweiten (56) Flächen geformt sind, um den Werkzeughalter (14) zu veranlassen, beständig auf die im wesentlichen übereinstimmenden zentralen Achsen des Werkzeughalters (14) und des Gehäuses (22) ausgerichtet zu sein.

18. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die ersten (54) und zweiten (56) Flächen geformt sind, um den Werkzeughalter (14) zu veranlassen, im wesentlichen radial starr in bezug auf das Gehäuse (22) zu sein, wenn der Werkzeughalter (14) von der zweiten Position in die erste Position bewegt wird.

19. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, wobei die ersten (54) und zweiten (56) Flächen im wesentlichen planar, betrachtet im Querschnitt, sind und sich jeweils im wesentlichen vollständig um die zentrale Achse erstrecken und wobei der Ansatz eine ringförmige Außen- Oberfläche und die Aufnahme eine ringförmige Innen-Oberfläche besitzt, wobei mit dem Werkzeughalter in der zweiten Position der Werkzeughalter radial in bezug auf das Gehäuse gleiten kann.

20. Werkzeughaltevorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, aufweisend:

ein Gehäuse (22) mit einer zentralen Achse;

einen Werkzeughalter (14) mit einer zentralen Achse; und gekennzeichnet durch

Mittel (54, 56), die zwischen dem Gehäuse (22) und dem Werkzeughalter (14) zusammenwirken, um den Werkzeughalter in einem Betriebszustand in dem Gehäuse (22) zu halten, und um die Bewegung des Werkzeughalters (14) axial in bezug auf das Gehäuse (22) zu führen zwischen a) einem ersten Teil, wobei die relative radiale Bewegung zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter (14) im wesentlichen verhindert wird und b) einem zweiten Teil, wobei der Werkzeughalter radial in bezug auf das Gehäuse gleiten kann.

21. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 21 in Kombination mit einem Drehwerkzeug (10), das einen Bohrteil (74) und einen Gewindeschneidteil (76) besitzt, wobei, wenn der Bohrteil des Drehwerkzeuges in ein Werkstück eindringt und der Werkzeughalter sich in der ersten Position befindet, der Werkzeughalter (14) und das Gehäuse (22) eine im wesentlichen starre relative Position besitzen und wenn der Gewinde- Schneidabschnitt (76) in ein Werkstück eindringt und der Werkzeughalter (14) sich in der zweiten Position befindet, das Werkzeug radial relativ zu dem Gehäuse (22) gleiten kann.

22. Verfahren zur Bildung einer Gewindebohrung, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Vorsehen einer Werkzeughaltevorrichtung gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, umfassend ein Gehäuse (22) mit einer zentralen Achse; ein Drehwerkzeug (10) mit einem Bohrteil (74) und einem Gewindeschneidteil (76); und gekennzeichnet durch Mittel, die zwischen dem Gehäuse (22) und dem Werkzeughalter (14) zusammenwirken, um den Werkzeughalter in einem Betriebszustand an dem Gehäuse zu halten und zum Führen einer Relativbewegung des Werkzeughalters axial in bezug auf das Gehäuse zwischen a) einer ersten Position, bei der eine relative Radialbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeughalter im wesentlichen verhindert wird und b) einer zweiten Position, bei der der Werkzeughalter radial in bezug auf das Gehäuse gleiten kann;

Rotieren des Werkzeughalters (14) mit einer ersten Geschwindigkeit während das Gehäuse (22) in einer ersten Richtung mit einer ersten Geschwindigkeit vorgeschoben wird, um den Bohrteil (74) zu veranlassen, in der ersten Richtung mit der ersten Geschwindigkeit vorgeschoben zu werden und eine Bohrung in dem Werkstück zu erzeugen;

Bildung von Gewinden innerhalb der Bohrung durch Vorschieben des Gewindeschneidteiles (76) in die Werkstückbohrung, wobei der Werkzeughalter (14) mit der ersten Geschwindigkeit rotiert und in der ersten Richtung mit der ersten Geschwindigkeit vorgeschoben wird, so daß der Gewindeschneidteil (76) mit dem Werkstück in Eingriff gelangt und infolgedessen in der ersten Richtung mit einer Geschwindigkeit größer als die erste Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wobei der Werkzeughalter (14) in die zweite Position bewegt wird; und

Rückziehen des rotierenden Werkzeuges (10) aus dem Werkstück.