DE69821772T2

DE69821772T2 - Schrumpfsitz werkzeughalter

Info

Publication number: DE69821772T2
Application number: DE1998621772
Authority: DE
Inventors: Haruki Ikoma-shi MIZOGUCHI
Original assignee: MST CORP IKOMA; MST Corp
Current assignee: MST CORP IKOMA; MST Corp
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: EP1004378B1; DE69821772D1; US6315506B1; EP1004378A1; JP3932216B2; JPH1148007A; EP1004378A4; WO1999007504A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter zur Verwendung bei einem Bearbeitungszentrum, einer Fräsmaschine, einer Drehbank, einer Bohrmaschine, einer Schleifmaschine usw.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Bearbeitungszentrum ist eine numerisch gesteuerte (NC) Werkzeugmaschine mit automatischer Werkzeug-Wechselfunktion. Ein Bearbeitungszentrum kann verschiedene Arbeitsvorgänge wie Fräsen, Bohren oder Einkerben, Aufbohren, Gewindeschneiden usw. an in es eingesetzten Werkstücken mit verbesserter Einfachheit und Effizienz ausführen.
Um mehrere Schneidwerkzeuge auf gewünschte Weise auszutauschen und zu verwenden wird jedes Werkzeug an einem Werkzeughalter montiert und auf ein Werkzeugmagazin gesetzt. Ein Beispiel herkömmlicher Werkzeughalter ist in den 22 und 23 dargestellt. Dieser Werkzeughalter 1 verfügt über einen sich verjüngenden Abschnitt 2, der so ausgebildet ist, dass er mit einer Spindel eines Bearbeitungszentrums verbunden wird, einen Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einen Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten des Werkzeugs. Ein Schaft des Werkzeugs, der in eine Öffnung des Spannabschnitts 4 eingesetzt wird, wird dadurch fixiert, dass eine Nadelwalze 43 durch Spannkegel 41 verengt wird.
Derzeit ist ein Werkzeughalter zum sicheren Halten eines Werkzeugs neben dem o. g. Sperrkegel-Werkzeughalter ein sogenannter Schrumpfsitz-Werkzeughalter. Schrumpfsitz-Werkzeughalter haben in jüngerer Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie ein Werkzeughalter mit hervorragendem dynamischem Ausgleich, geeignet für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, halten können. In den 24(a) und (b) ist ein Beispiel eines Schrumpfsitz-Werkzeughalters dargestellt. Der Werkzeughalter 1 verfügt über einen sich verjüngenden Verbindungsabschnitt 2, einen Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einen Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten eines Werkzeugs. Ein Schaft des Werkzeugs 9 wird in eine Öffnung des Spannabschnitts 4 eingeführt und durch Schrumpfsitz befestigt. Ein in einem vorderen Teil des Spannabschnitts 4 ausgebildeter Werkzeug-Halteabschnitt verfügt über eine Innenfläche, an der vier Nuten 45 zum Einsprühen eines Bearbeitungsfluids oder Luft ausgebildet sind.
In den 25(a) und (b) ist ein anderes Beispiel eines Schrumpfsitz-Werkzeughalters dargestellt. Der Werkzeughalter 1 verfügt über einen sich verjüngenden Abschnitt 2, einen Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einen Spannabschnitt 4 zum festen Halten eines Werkzeugs. Ein in eine Öffnung des Spannabschnitts 4 eingesetzter Schaft des Werkzeugs 9 wird durch Schrumpfsitz befestigt. In einem Werkzeug-Halteabschnitt in einem vorderen Teil des Spannabschnitts 4 parallel zur Achse des Werkzeughalters sind vier Öffnungen 46 ausgebildet, die mit einer Öffnung des Werkzeughalters verbunden sind, um ein Bearbeitungsfluid oder Luft von einem Vorderende des Spannabschnitts 4 einzusprühen.
Die herkömmlichen Schrumpfsitz-Werkzeughalter verwenden Unterschiede der Wärmeexpansionskoeffizienten zwischen den Werkzeug-Halteabschnitten und den Werkzeugschäften (sh. z. B. WO 94 07646). Die Werkzeugschäfte bestehen aus Materialien mit niedrigen Wärmeexpansionskoeffizienten wie Sintercarbiden, Cermets, Keramiken, Invar usw., während die Werkzeug-Halteabschnitte aus Materialien mit hoher Expansion wie Nickelchromstahl usw. bestehen (sh. z. B. die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 4-54606). Ein Festklemmen von Schäften aus HSS oder Werkzeugstahl kann unter Verwendung von Haltern aus Austenitstahl mit höherer Wärmeexpansion bewerkstelligt werden. In diesem Fall ist gegen Abrieb eine Oberflächennitrierung empfohlen (sh. Schulz H. et al.: "New also Shrink-Clamping of Steel Shafts', Werkstatt u. Betrieb (1996), Vol. 129, Nr. 9). Die Sitzdifferenz, die die Verbindungsfestigkeit (Greiffestigkeit) bestimmt, beträgt ungefähr 1/1000 des Durchmessers des Werkzeugschafts. Z. B. beträgt der Wert im Fall eines Werkzeugschafts mit einem Durchmesser von 20–30 mm ungefähr 0,02 mm. Wenn diesen Bedingungen genügt wird, ist es möglich, die für den Schrumpfsitz erforderliche Heiztemperatur abzusenken.
Bei diesen bekannten Werkzeughaltern verfügen der Werkzeugschaft und die Öffnung des Werkzeug-Halteabschnitts über geeignet kontrollierte Größen, um Lösbarkeit zu erzielen, um dadurch das Erwärmen für den Schrumpfsitz zu minimieren und so eine Verringerung der Festigkeit und Härte der Materialien durch eine Änderung ihrer Strukturen zu verhindern. Zusätzlich zu den obigen Werkzeughaltern ist z. B. ein Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit einem Element aus Hochgeschwindigkeitsstahl, rostfreiem Stahl usw. zum festen Halten eines Sintercarbid-Werkzeugschafts durch Verstemmen, von dem der Werkzeugschaft durch Erwärmen gelöst wird, vorgeschlagen (sh. z. B. die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 1-92309).
Jedoch ist bei den herkömmlichen Schrumpfsitz-Werkzeughaltern die Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten zwischen dem Werkzeug-Halteelement und dem Werkzeugschaft unzureichend, wodurch es nicht gelingt, eine ausreichende Greiffestigkeit zu erzielen. Die Wärmeexpansion nimmt proportional zu einer Durchmesserverringerung des Werkzeugschafts ab. So ist dann, wenn der Durchmesser des Werkzeugschafts 12 mm oder weniger beträgt, die Wärmeexpansion zu klein, um selbst bei kleiner Toleranz eine ausreichende Greiffestigkeit zu erzielen. Demgemäß können beinahe alle kommerziell verfügbaren Werkzeuge (die meisten verfügen über Schaftdurchmesser von 12 mm oder weniger) keinem Schrumpfsitz unterzogen werden.
Alle Werkzeugschäfte gemäß JIS verfügen über eine Toleranz, die für Fingerfräser aus massiven Sintercarbid gemäß JIS B4116 z. B. h7 beträgt. Mit den herkömmlichen Schrumpfsitz-Werkzeughaltern ist es schwierig für die Wärmeexpansionskoeffizienten eine ausreichende Differenz zum Absorbieren dieser Toleranz und damit eine ausreichende Schrumpfsitzfestigkeit zu erzielen. Um die Toleranz des Werkzeugs völlig zu absorbieren, sollte der Werkzeughalter hinsichtlich einer Öffnung eines Halteelements eine möglichst kleine Toleranz aufweisen. Dies ist jedoch insbesondere im Fall von Werkzeugen kleinen Durchmessers schwierig. Obwohl es in Betracht gezogen werden kann, eine Öffnung eines Wärmeexpansionskoeffizient-Halteelements in jedem Werkzeughalter auf solche Weise zu bearbeiten, dass sie an eine Insitu-Kombination mit einem Werkzeugschaft angepasst ist, ist dies aus dem Gesichtspunkt einer Massenherstellbarkeit unmöglich.
Es kann auch in Betracht gezogen werden, die Schrumpfsitztemperatur zu erhöhen, um eine solche Toleranz zu absorbieren, und nun wird ein Erwärmen bis zu ungefähr 700°C ausgeführt. Jedoch tritt in Werkzeughaltern aus herkömmlichen Materialien eine Verringerung der Festigkeit auf, was zu einer Vergrößerung der Öffnung des Halteelements und einer Beeinträchtigung von Strukturen führt, wie bei einem Tempern von Stahl durch wiederholtes Erwärmen und Abkühlen, und so ergibt sich eine Verringerung der Härte und der Festigkeit des Werkzeughalters. Ferner ist es wahrscheinlich, dass sich in der Öffnung des Halteelements eine Oxidschicht bildet, was zu einer Verrin gerung der Greiffestigkeit und einer Durchmesseränderung führt.
Hinsichtlich der Struktur des Werkzeughalters wird dieser insgesamt erwärmt und abgekühlt, wenn ein Werkzeug direkt durch Schrumpfsitz im Werkzeughalter befestigt wird. So benötigt es für den Schrumpfsitz zu viel Zeit, was es erschwert, eine einfache Handhabung des Werkzeughalters zu erzielen.
Hinsichtlich Öffnungen zum Zuführen eines Bearbeitungsfluids oder von Luft werden an einer Innenfläche eines Werkzeug-Halteelements Nuten ausgebildet, oder es werden mit einer Stirnfläche verbundene Öffnungen ausgebildet, wie es in den 24 und 25 dargestellt ist. Da jedoch im Zustand eines Schrumpfsitzes des Werkzeugschafts eine extrem große Belastung auf einen Halteabschnitt des Werkzeughalters einwirkt, tritt in einer Öffnungsform eine Konzentration von Spannungen auf, wie sie in den 24 und 25 dargestellt ist. Es existiert auch ein Problem dahingehend, dass das Bearbeitungsfluid oder die Luft durch die Drehung des Werkzeugs verteilt wird, so dass keine Konzentration auf das Vorderende des Werkzeugs erfolgen kann.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter zu schaffen, der die den herkömmlichen Werkzeughaltern innewohnenden Probleme löst, der ausreichende Greiffestigkeit zeigt und der mit herkömmlich verfügbaren Werkzeugen flexibel verwendet werden kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Als Ergebnis einer Forschung im Hinblick auf die obige Aufgabe hat der Erfinder herausgefunden, dass durch Herstellen mindestens eines Werkzeug-Halteabschnitts eines Werkzeughalters mit einem speziellen Austenitstahl bei einem Schrumpfsitz eine große Sitzdifferenz erzielt werden kann, wobei die Ausführung bei niedriger Temperatur möglich ist, und dass ein derartiger Werkzeughalter in flexibler Weise bei kommerziell verfügbaren Werkzeugen anwendbar ist. Die Erfindung wurde auf Grundlage dieser Erkenntnis fertiggestellt, wodurch ein Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß dem Anspruch 1 oder dem Anspruch 7 geschaffen ist. Das Werkzeug-Halteelement und der Spannabschnitt sind vorzugsweise jeweils mit Öffnungen zum Zuführen eines Bearbeitungsfluids oder von Luft versehen, die an rückseitigen Endflächen von Führungsrillen geöffnet sind, die axial an der Außenfläche des Werkzeug-Halteabschnitts ausgebildet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die das in der 1 dargestellte Werkzeug-Halteelement zeigt, das an einem Werkzeughalter-Körper befestigt ist;
3 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter vom Zusammenbautyp mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter vom Spannfuttertyp gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Schrumpfsitz-Werkzeug-Halteelement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, das an einem herkömmlichen Nadelwalzen-Werkzeughalter befestigt ist;
8 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Spannfutter-Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit einer Begrenzung in zwei Ebenen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Spannfutter-Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit einer Begrenzung in zwei Ebenen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen lösbaren Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit Begrenzung in zwei Ebenen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter vom Zusammenbautyp mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
14 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen Spannfutter-Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
15 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Werkzeug-Halteelement in einem Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
16 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Schrumpfsitz-Werkzeug-Halteelement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, das an einem herkömmlichen Nadelwalzen-Werkzeughalter befestigt ist;
17 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen integralen Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
18 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen integralen Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
19 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen lösbaren Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit Begrenzung in zwei Ebenen mit Öffnungen zum Zuführen von Bearbeitungsfluid oder Luft gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
20 ist eine Draufsicht, die den Schrumpfsitz-Werkzeughalter der 19 von der Seite des Werkzeug-Halteelements her zeigt;
21 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen integralen Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene mit Öffnungen gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
22 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die einen herkömmlichen Nadelwalzen-Werkzeughalter zeigt;
23 ist eine Vorderansicht, die den Werkzeughalter der 22 von der Werkzeug-Montageseite her zeigt;
24(a) ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein Beispiel herkömmlicher Schrumpfsitz-Werkzeughalter zeigt;
24(b) ist eine Draufsicht, die einen herkömmlichen Schrumpfsitz-Werkzeughalter von der Werkzeug-Montageseite her zeigt;
25(a) ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die ein anderes Beispiel herkömmlicher Schrumpfsitz-Werkzeughalter zeigt; und
25(b) ist eine Draufsicht, die den in der 25(a) dargestellten Schrumpfsitz-Werkzeughalter von der Werkzeug-Montageseite her zeigt.
BESTE ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
[1] Materialien des Werkzeug-Halteelements
Der Wärmeexpansionskoeffizient eines Werkzeug-Halteelements zum festen Halten eines Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz, was vom Wärmeexpansionskoeffizienten des Schrumpfsitzes abhängt, entspricht mindestens dem Wärmeexpansionskoeffizienten des Werkzeugschafts +9,1 × 10^–6/°C. Ein Werkzeugschaft, der durch Schrumpfsitz an einem Werkzeughalter angebracht wird, besteht aus einem Sintercarbid mit einem Wärmeexpansionskoeffizienten von ungefähr 4,4 × 10^–6/°C bis 6,5 × 10^–6/°C. Demgemäß beträgt der Wärmeexpansionskoeffizient des Werkzeug-Halteelements 13,5 × 10^–6/°C oder mehr, bevorzugter 15,6 × 10^–6/°C oder mehr. Wenn der Wärmeexpansionskoeffizient des Werkzeug-Hal teelements kleiner als 13,5 × 10^–6/°C ist, kann kein ausreichender Schrumpfsitz des Werkzeugs bei einer so niedrigen Temperatur wie 500°C oder darunter erzielt werden. Die Sitzdifferenz beträgt vorzugsweise ungefähr 1/1000 bis 3/1000 des Durchmessers D des Werkzeugschafts.
Da das Werkzeug-Halteelement für den Schrumpfsitz wiederholten Erwärmungs- und Abkühlvorgängen unterzogen wird, sollte es nach dem Erwärmen auf eine Schrumpfsitztemperatur über eine Formänderungsfestigkeit (nachfolgend einfach als "Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit") verfügen, die der Mises-Spannung oder mehr entspricht. Wenn Toleranzen usw. berücksichtigt werden, wird ein Sicherheitsfaktor auf das 1,1-Fache gesetzt, wodurch die Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit des Werkzeug-Halteelements vorzugsweise das 1,1-Fache der Mises-Spannung oder mehr beträgt. Die Mises-Spannung wird im Wesentlichen durch den Innen- und den Außendurchmesser des Werkzeug-Halteelements und der Sitzdifferenz bestimmt. Die Tabelle 1 zeigt ein Berechnungsbeispiel für die maximale Mises-Spannung des Werkzeug-Halteelements. Bei diesem Berechnungsbeispiel verfügt das Werkzeug-Halteelement über einen Außendurchmesser, der vier mal so groß wie der Innendurchmesser ist, und die Sitzdifferenz ist für die Toleranz h7 eingestellt, die in der Praxis maximal +1/1000 des Durchmessers D des Werkzeugschafts beträgt.
Tabelle 1
Die Mises-Spannung σ wird aus den folgenden Parametern berechnet:

– r₁: Innenradius eines Werkzeug-Halteelements (mm),
– r₂: Außenradius eines Werkzeug-Halteelements (mm),
– α₁: linearer Wärmeexpansionskoeffizient eines Werkzeug-Halteelements (1/°C)
– α₂: linearer Wärmeexpansionskoeffizient eines Werkzeugschafts (1/°C),
– t: Temperaturdifferenz (°C),
– E: Youngscher Elastizitätsmodul (kgf/mm²), und
– ν: Poisson-Verhältnis.

Als Erstes wird die Ausdehnung δ (mm) in der Durchmesserrichtung durch die folgende Gleichung ausgedrückt: δ = 2r1(α1 – α2)t (1)und ein Haltedruck P₁ (kgf/mm²) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: P1 = δE(r2 2 – r1 2)/2r1{(1 – ν)r1 2 + (1 + ν)r2 2} (2)
Die maximale Umfangsspannung σ_t (kgf/mm²) und die radiale Spannung σ_r (kgf/mm²) werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt: σt = δEr1(r2 2/r1 + 1)/2{(1 – ν)r1 2 + (1 + ν)r2 2} (3), und σr = –P1 (4)
Die maximale Hauptscherspannung τ (kgf/mm²) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: τ = (1/2)(δt – δr) (5)
Demgemäß wird eine Hauptspannung (kgf/mm²) durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt: δ1 = δt, δ2 = δr = –P1, und δ3 = ν(δ1 + δ2) (6)
Die Mises-Spannung δ (kgf/mm²) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: δ = (1/2){(δ2 – δ3)2 + (δ3 – δ1)2 + (δ1 – δ2)2}]1/2 (7)
Als Stahl, der den obigen Bedingungen hinsichtlich des Wärmeexpansionskoeffizienten und der Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit genügt, wird ein Spezialstahl mit Austenitstruktur verwendet. Dieser Spezialstahl wird durch Ausscheidungshärten von intermetallischen Verbindungen oder Kalthärten verfestigt. Im Fall von Ausscheidungshärten können die intermetallischen Ver bindungen Carbide, Sulfide usw. sein. Spezielle Beispiele eines derartigen Spezialstahls mit Austenitstruktur sind: (1) austenitischer Werkzeugstahl mit einer Zusammensetzung mit 0,4 bis 1 Gewichts-% C, 1,4 Gewichts-% oder weniger Si, 5 bis 10 Gewichts-% Mn, 2 bis 10 Gewichts-% Ni, 7 bis 14 Gewichts-% Cr, 0,5 bis 2,5 Gewichts-% V, 0,6 bis 4 Gewichts-% Cu und 0,6 bis 4 Gewichts-% Al, wobei der Rest im Wesentlichen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, z. B. HPM75 (erhältlich von Hitachi Metals, Ltd.); (2) austenitischer rostfreier Stahl mit einer Zusammensetzung mit 0,2 Gewichts-% oder weniger C, 1 Gewichts-% oder weniger Si, 14 bis 16 Gewichts-% Mn, 0,05 Gewichts-% oder weniger P, 0,02 Gewichts-% oder weniger S, 0,2 bis 1,5 Gewichts-% Ni, 15 bis 19 Gewichts-% Cr und 0,3 bis 0,4 Gewichts-% N, wobei der Rest im Wesentlichen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, z. B. AUS205 (Aichi Steel Corp.); (3) austenitischer rostfreier Stahl hoher Festigkeit mit einer Zusammensetzung mit 0,15 Gewichts-% oder weniger C, 3 bis 4,5 Gewichts-% Si, 2 Gewichts-% oder weniger Mn, 0,04 Gewichts-% oder weniger P, 0,03 Gewichts-% oder weniger S, 6 bis 8 Gewichts-% Ni, 14 bis 16 Gewichts-% Cr, 0,5 bis 1,5 Gewichts-% Mo und 0,1 Gewichts-% oder weniger N, wobei der Rest im Wesentlichen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, z. B. NTK H-1 (Nippon Kinzoku Co. Ltd.), SUH660-Stahl gemäß JIS usw. Außerdem können verschiedene Typen austenitischer Stähle verwendet werden, wie sie durch die japanischen Patentoffenlegungen Nr. 5-302149, 8-246104, 8-277443 und 8-295998 offenbart sind.
Z. B. verfügt HPM75, ein Spezialstahl mit Austenitstruktur, über einen Wärmeexpansionskoeffizienten von ungefähr 17 × 10^–6/°C, was ungefähr das 1,5-Fache des Wärmeexpansionskoeffizienten (10,5 × 10^–6/°C bis 11,6 × 10^–6/°C) herkömmlichen Nickelchromstahls ist. Daher kann ein aus einem derartigen Spezialstahl hergestelltes Werkzeug-Halteelement den Werkzeugschaft durch Schrumpfsitz bei relativ niedriger Temperatur, bei verkürzter Zeit zum Befestigen und Lösen des Werkzeugs, sicher halten.
Ferner kann wegen der großen Wärmeexpansion bei derselben Temperatur eine ausreichende Sitzdifferenz zwischen dem Werkzeug-Halteelement und dem Werkzeugschaft vorliegen, was es ermöglicht, die Toleranz des Werkzeugschafts und diejenige einer Öffnung des Werkzeug-Halteelements ausreichend zu absorbieren. Ferner kann eine Expansion (Verformung) der Öffnung des Werkzeug-Halteelements effektiv verhindert werden, da es über eine große Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit verfügt. Jedoch sollte beim herkömmlichen Werkzeug-Halteabschnitt aus Nickelchromstahl der Schrumpfsitz bei relativ hoher Temperatur erzeugt werden, um eine große Wärmeexpansion zu er zielen, was zu einer unvermeidlichen Verringerung der Festigkeit und der Härte des Werkzeug-Halteelements führt, wobei die Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit die Mises-Spannung nicht erreicht.
Demgemäß kann, wenn das Werkzeug-Halteelement aus einem Spezialstahl mit Austenitstruktur besteht, (1) ein Schrumpfsitz selbst bei einer niedrigen Temperatur von nur 500°C oder niedriger erzielt werden, während die Toleranzen des Werkzeugschafts und des Werkzeug-Halteelements wegen eines großen Wärmeexpansionskoeffizienten ausreichend absorbiert werden, und (2) die Befestigung des Werkzeugschafts ist selbst nach wiederholten Schrumpfsitzvorgängen wegen der großen Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit nie unzureichend.
Ferner leidet, da ein Spezialstahl mit Austenitstruktur kaum einer Temperfarbe (Oxidschicht) unterliegt, ein Werkzeug-Halteelement aus einem derartigen Spezialstahl kaum aus einer Verringerung der Greiffestigkeit und einer Änderung des Innendurchmessers seiner Öffnung.
[2] Struktur des Werkzeughalters
(1) Erste Ausführungsform (nur ein gesondertes Werkzeug-Halteelement besteht aus Austenitstahl)
Beim Werkzeughalter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein Werkzeug-Halteelement 6 von einem Werkzeughalterkörper 11 mit einem Abschnitt, der für Verbindung mit einem Bearbeitungszentrum ausgebildet ist, und einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt getrennt, und nur das Werkzeug-Halteelement 6 besteht aus Austenitstahl.
Das in der 1 dargestellte Werkzeug-Halteelement 6 verfügt über ein Durchgangsloch oder eine Öffnung 61 zum festen Halten des Werkzeugschafts (nicht dargestellt) durch Schrumpfsitz, einen verjüngten Abschnitt 62, mit dem das Werkzeug-Halteelement 6 am Werkzeughalterkörper 11 befestigt wird, und einen Gewindeabschnitt 63 zum Befestigen des Werkzeug-Halteelements 6 am Werkzeughalterkörper 11. Wenn das Werkzeug-Halteelement 6 vom Werkzeughalterkörper 11, der am Bearbeitungszentrum angebracht wird, gesondert und trennbar vorliegt, ist es möglich, einen Schrumpfsitzvorgang mit verkürzter Heiz- und Abkühlzeit auszuführen. Da ein Spezialstahl mit Austenitstruktur im Allgemeinen schlechte Bearbeitbarkeit zeigt, kann nur das Werkzeug-Halteelement 6 aus Austenitstahl hergestellt werden, um die Bearbeitungskosten zu minimieren.
Wie es in der 2 dargestellt ist, ist der Werkzeughalterkörper 11 vom Typ mit einer Begrenzung durch zwei Ebenen, mit einem verjüngten Verbindungsabschnitt 2, einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einem Spannabschnitt 4 zum Halten des Werkzeug-Halteelements 6. Das Werkzeug-Halteelement 6 kann durch Schrauben 8 lösbar an der Öffnung des Spannabschnitts 4 befestigt werden.
Die 3 zeigt ein anderes Beispiel des Werkzeug-Halteelements gemäß dieser Ausführungsform. Obwohl dieses Werkzeug-Halteelement 36 eine Öffnung 361 zum Befestigen eines Werkzeugschafts in einem vorderen Teil aufweist, verfügt es in einem hinteren Teil, abweichend von der 1, über einen geraden, hohlzylindrischen Abschnitt 364.
4 zeigt das an einem Werkzeughalterkörper 11 montierte Werkzeug-Halteelement 36 der 3. Der Werkzeughalterkörper 11 ist vom Typ mit Begrenzung in einer einzelnen Ebene, mit einem verjüngten Verbindungsabschnitt 2, einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einem Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten eines Werkzeug-Halteelements 36. Das Werkzeug-Halteelement 36 kann durch verschiedene Verfahren wie Löten, Schweißen, Schrumpfsitz usw. am Spannabschnitt 4 befestigt werden.
Die 5 zeigt das Werkzeug-Halteelement 36 der 3, das an einem Werkzeughalterkörper 11 vom Spannfuttertyp montiert ist. Das Werkzeug-Halteelement 36 wird durch das Spannfutter 42 angezogen und durch Gewindemuttern 41 fixiert.
Die 6 zeigt ein anderes Beispiel des Werkzeug-Halteelements. Dieses Werkzeug-Halteelements 36 verfügt über eine Öffnung 61 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz sowie einen hohlzylindrischen Abschnitt 65 zum Fixieren des Werkzeughalterkörpers 11.
Die 7 zeigt das Werkzeug-Halteelement 36 der 6, das an einem Werkzeughalterkörper 11 vom Nadelwalzentyp montiert ist. Das Werkzeug-Halteelement 36 wird in eine Öffnung eines Spannabschnitts 4 eingeführt und durch Gewindemuttern 41 fixiert und durch Nadelwalzen 43 befestigt.
Die 8 zeigt ein Werkzeug-Halteelement 66 vom Spannfuttertyp, das an einem in zwei Ebenen begrenzten Werkzeughalter vom Spannfuttertyp befestigt ist. Das Werkzeug-Halteelement 66 ist vollständig zylindrisch, mit einem verjüngten Abschnitt komplementär zur verjüngten Innenfläche des Spannabschnitts 4 des Werkzeughalterkörpers 11 auf der Vorderseite sowie einem Gewindeabschnitt 67 an einer Innenfläche auf der Rückseite. Der verjüngte Abschnitt des Werkzeug-Halteelements 66 ist mit einer Öffnung 61 zum Befestigen des Werkzeugschafts versehen. Das Werkzeug-Halteelement 66 wird durch Eindrehen von Schrauben 8 in den Gewindeabschnitt 67 des Werkzeug-Halteelements 66 im hinteren Teil am Werkzeughalterkörper 11 befestigt. Da der Werkzeugschaft durch Schrumpfsitz befestigt wird, verfügt das Werkzeug-Halteelement 66 vom Spannfuttertyp im verjüngten Abschnitt über keine Schlitze.
Die 9 zeigt ein anderes Beispiel eines Werkzeug-Halteelements vom Spannfuttertyp, das an einem in einer einzelnen Ebene begrenzten Werkzeughalterkörper 11 vom Spannfuttertyp befestigt ist. Das Werkzeug-Halteelement 66 ist vollständig zylindrisch, ohne Schlitze, mit einer kegelförmigen Öffnung mit verjüngter Fläche komplementär zur verjüngten Innenfläche eines Spannabschnitts 4 des Werkzeughalterkörpers 11 im vorderen Teil. Das Werkzeug-Halteelement 66 verfügt über eine Öffnung 61 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz im vorderen Teil. Das Werkzeug-Halteelement 66 wird durch Muttern 41 am Werkzeughalterkörper 11 fixiert.
Die 10 zeigt ein Beispiel eines Werkzeug-Halteelements, bei dem nur der vordere Teil aus einem Spezialstahl mit Austenitstruktur besteht. Ein vorderer Abschnitt 767 des Werkzeug-Halteelements 76 verfügt über eine Öffnung 761 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz. Das Werkzeug-Halteelement 76 verfügt über einen verjüngten Abschnitt 765, der in einem hinteren Teil am Werkzeughalterkörper 11 befestigt ist. Der andere Teil des Werkzeug-Halteelements 76 kann aus üblichem Stahl bestehen.
Die 11 zeigt das Werkzeug-Halteelement 76 der 10, das an einem Werkzeughalterkörper 11 montiert ist. Der Werkzeughalterkörper 11 ist vom Typ mit Begrenzung in zwei Ebenen, mit einem verjüngten Verbindungsabschnitt 2, einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einem Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten eines Werkzeugs. Das Werkzeug-Halteelement 76 kann durch Schrauben 8 lösbar an einer Öffnung des Spannabschnitts 4 fixiert werden.
Die 12 zeigt ein anderes Beispiel eines Werkzeug-Halteelements 76, bei dem nur ein vorderer Abschnitt 767 aus einem Spezialstahl mit Austenit struktur besteht. Der vordere Abschnitt 767 des Werkzeug-Halteelements 76 verfügt über eine Öffnung 761 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz. Der hintere Teil des Werkzeug-Halteelements 76 verfügt über einen geraden, hohlzylindrischen Abschnitt 764, abweichend von der 10.
Die 13 zeigt das Werkzeug-Halteelement 76 der 12, das an einem Werkzeughalterkörper 11 montiert ist. Der Werkzeughalterkörper 11 ist vom Typ mit Begrenzung durch eine einzelne Ebene, mit einem Verbindungsabschnitt 2, einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einem Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten des Werkzeug-Halteelements. Das Werkzeug-Halteelement 76 kann durch Löten, Schweißen, Schrumpfsitz usw. am Spannabschnitt 4 befestigt werden.
Die 14 zeigt das Werkzeug-Halteelement 76 der 12, das an einem Werkzeughalterkörper 11 vom Spannfuttertyp montiert ist. Das Werkzeug-Halteelement 76 wird durch das Spannfutter 42 befestigt und durch Muttern 41 fixiert.
Die 15 zeigt ein anderes Beispiel eines Werkzeug-Halteelements, bei dem nur ein vorderer Teil aus einem Spezialstahl mit Austenitstruktur besteht. Ein vorderer Teil 867 des Werkzeug-Halteelements 86 verfügt über eine Öffnung 861 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz, während ein hinterer Teil desselben über einen hohlzylindrischen Abschnitt 865 zum Fixieren am Werkzeughalterkörper 11 verfügt.
Die 16 zeigt das Werkzeug-Halteelement 86 der 15, das an einem Werkzeughalterkörper 11 vom Nadelwalzentyp montiert ist. Das Werkzeug-Halteelement 86 wird in eine Öffnung eines Spannabschnitts 4 eingeführt und durch Schraubmuttern 41 fixiert und durch Nadelwalzen 43 ergriffen.
(2) Zweite Ausführungsform (Werkzeug-Halteabschnitt, der einstückig mit einem Werkzeughalterkörper ausgebildet ist)
Die 17 zeigt einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Dieser Schrumpfsitz-Werkzeughalter 1 besteht ganz aus Spezialstahl mit Austenitstruktur, mit einem verjüngten Verbindungsabschnitt 2 für Verbindung mit einer Spindel des Bearbeitungszentrums, einem Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einem Spannabschnitt 4. Ein vorderer Teil des Spannabschnitts 4 dient als Werkzeug-Halteabschnitt 6a, der über eine Öffnung 5 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts verfügt. Die Bezugszahl 7 kennzeichnet einen Ziehstummel.
18 zeigt ein anderes Beispiel eines Schrumpfsitz-Werkzeughalters 1 mit derselben Konstruktion wie der des Werkzeughalters der 17, jedoch mit der Ausnahme, dass nur ein vorderer Teil desselben, der als Werkzeug-Halteabschnitt 6a dient, aus Spezialstahl mit Austenitstruktur besteht. Wie der in der 17 dargestellte Werkzeughalter verfügt dieser Schrumpfsitz-Werkzeughalter 1 über einen verjüngten Verbindungsabschnitt 2, einen Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3 und einen Spannabschnitt 4 zum sicheren Halten des Werkzeugs, wobei der Spannabschnitt 4 in einem vorderen Teil mit einem Werkzeug-Halteabschnitt 6a versehen ist. Der Werkzeug-Halteabschnitt 6a verfügt über eine Öffnung 5 zum sicheren Halten des Werkzeugschafts durch Schrumpfsitz.
(3) Dritte Ausführungsform (mit Öffnungen zum Zuführen von Bearbeitungsfluid oder Luft)
Um eine Bearbeitung eines tief oder kompliziert geformten Werkstücks effizient auszuführen, sollte ein Bearbeitungsfluid oder Luft zugeführt werden. Im Fall eines Werkzeugs mit Öffnungen zum Zuführen des Bearbeitungsfluids oder von Luft sollte der Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit derartigen Öffnungen versehen sein.
Die 19 und 20 zeigen einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter 1 mit einer Konstruktion, bei der ein Werkzeug-Halteelement 6 an einem Werkzeughalterkörper 11 mit einer Begrenzung in zwei Ebenen montiert ist. Bei diesem Beispiel sind Öffnungen 68 zum Zuführen eines Bearbeitungsfluids oder von Luft im Werkzeug-Halteelement 6 ausgebildet. Jede von drei Öffnungen 68, die in Umfangsrichtung mit regelmäßigem Intervall im Werkzeug-Halteelement 6 ausgebildet sind, bildet einen Abschnitt 68a, der sich parallel zur Achse O des Werkzeughalters 1 erstreckt, einem Abschnitt 68b, der sich radial für Verbindung mit dem hinteren Ende des parallelen Abschnitts 68a und der Öffnung des Werkzeug-Halteelements 6 erstreckt, und einer Öffnung 68c, die am Vorderende des parallelen Abschnitts 68a positioniert ist. Es ist bevorzugt, dass die Öffnung 68c stärker proximal als der Werkzeug-Halteabschnitt 66 des Werkzeug-Halteelements 6, d. h. als das hintere Ende einer Öffnung 61, positioniert ist. Führungsrillen 70 erstrecken sich auf einer Außenfläche des Werkzeug-Halteelements 6 parallel zur Achse O ausgehend von der Öffnung 68c zum Vorderende des Werkzeug-Halteelements 6. Die Führungsrillen 70 führen das Bearbeitungsfluid oder Luft zum Vorderende des Werkzeugs. Die Hinterendfläche jeder Führungsrille 70 mit der Öffnung 68c ist vorzugsweise eine gekrümmte Fläche. Durch Führungsrillen 70 derartiger Strukturen wird das aus der Öffnung 68c ausgesprühte Bearbeitungsfluid oder die Luft ohne Verteilungseffekt am Vorderende des Werkzeugs konzentriert.
Die Führungsrillen 70 ermöglichen es, dass die parallelen Abschnitte 68a der Öffnungen 68 relativ kurz sind, wodurch das Werkzeug-Halteelement 6 leicht bearbeitet werden kann. Auch können die parallelen Abschnitte 68a relativ nahe an der Außenfläche des Werkzeug-Halteelements 6 hergestellt werden, und die Hinterenden der Führungsrillen 70 können eher proximal als das Hinterende der Öffnung 61 positioniert sein, um dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Abnahme der Festigkeit des Werkzeug-Halteelements 6 zu vermeiden.
Die 21 zeigt einen Schrumpfsitz-Werkzeughalter 1 mit im Wesentlichen derselben Konstruktion wie der in der 19 dargestellten, jedoch mit der Ausnahme, dass ein Werkzeug-Halteelement 6 mit einem Werkzeughalter 1 integriert ist. Der Werkzeughalter 1 verfügt in integrierter Weise über einen Abschnitt 2, der so ausgebildet ist, dass er mit dem Bearbeitungszentrum zu verbinden ist, einen Manipulator-Eingriffs-Abschnitt 3, einen Spannabschnitt 4 und einen Werkzeug-Halteabschnitt 6a in einem vorderen Teil des Spannabschnitts 4. In diesem Fall haben die im Werkzeug-Halteabschnitt 6a oder im damit verbundenen Spannabschnitt 4 ausgebildeten Öffnungen 68 dieselbe Funktion, wie sie in der 19 dargestellt ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele detaillierter erläutert, ohne dass es beabsichtigt wäre, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.
BEISPIEL 1, VERGLEICHSBEISPIELE 1–3
Es wurde ein Sintercarbid-Fingerfräser (JIS P10, linearer Wärmeexpansionskoeffizient α = 6,5 × 10^–6/°C) mit einem Schaftdurchmesser von 6 mm hergestellt, und ein Werkzeug-Halteelement (Innendurchmesser: 6 mm, Außendurchmesser: 12 mm) mit einem an den in der 1 dargestellten Schaftdurchmesser angepassten Innendurchmesser wurde aus einem Spezialstahl mit Austenitstruktur (HPM75, verfügbar von Hitachi Metals, Ltd.) hergestellt. Der massive, quadratische Sintercarbid-Fingerfräser wies eine Toleranz von 0 μm bis –12 μm auf, und das Werkzeug-Halteelement wies einen Innendurchmesser mit einer Toleranz von –18 μm bis –23 μm auf.
Es wurde die Mises-Spannung dieses massiven, quadratischen Sintercarbid-Fingerfräsers bei Raumtemperatur (20°C) bei der maximalen Sitzdifferenz von 23 μm berechnet. Die Rechenergebnisse sind in der Tabelle 2 gemeinsam mit dem linearen Wärmeexpansionskoeffizienten α und der Schrumpfsitztemperatur, wie für die obige Sitzdifferenz erforderlich, angegeben. Außerdem wurde die Formänderungsfestigkeit des Werkzeug-Halteelements nach dem Erwärmen auf die Schrumpfsitztemperatur (Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit) gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 2 angegeben.
Zum Vergleich wurden Werkzeug-Halteelemente aus SCM415, SCM440 bzw. SUS304 statt aus HPM75 hergestellt. Die sich ergebenden Werkzeug-Halteelemente wurden hinsichtlich der MISES-Spannung, des linearen Wärmeexpansionskoeffizienten α, der Schrumpfsitztemperatur und der Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wie es aus der Tabelle 2 deutlich ist, war es möglich, bei einer Schrumpfsitztemperatur von 500°C oder weniger nur dann eine größere Nacherwärmungs- Formänderungsfestigkeit als sie der Mises-Spannung entspricht, zu erzielen, wenn ein Spezialstahl mit Austenitstruktur (HPM75) verwendet wurde. Demgegenüber entstand bei einem Hochtemperatur-Schrumpfsitzvorgang ein Problem, da in den Fällen von SCM415 und SCM440 die Schrumpfsitztemperatur 500°C überschritt. Auch im Fall von SUS304 zeigte das sich ergebende Werkzeug-Halteelement eine extrem niedrige Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit, obwohl die Schrumpfsitztemperatur niedrig war.
Als Nächstes wurde ein Werkzeug-Halteelement, in das ein Sintercarbid-Fingerfräser durch Schrumpfsitz eingesetzt worden war, an einem Werkzeughalterkörper fixiert, wie er in der 2 dargestellt ist, um einen Gesenkstahl (NAK80, erhältlich von Daido Steel, Co., Ltd.) unter den folgenden Bedingungen zu schneiden:

– Schneidwerkzeug: R3-beschichteter Sintercarbid-Kugelfingerfräser,
– Drehzahl: 10.000 U/Min.
– Vorschub: 1400 mm/Min. und
– Schnitttiefe: 0,6 mm für einen Grobschnitt und 0,1 mm zur Endbearbeitung.

Im Ergebnis wurde der Schneidvorgang im Fall eines Werkzeug-Halteelements des Beispiels 1 problemlos ausgeführt, während im Fall der Werkzeug-Halteelemente der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wegen einer Verformung schlechte Schwingungsgenauigkeit existierte, was dazu führte, dass es nicht gelang, gut endbearbeitete Flächen zu erhalten. Außerdem bestanden, wenn der Schneidvorgang nach dem Wechsel von Fingerfräsern ausgeführt wurde, Probleme dahingehend, dass die Stirnfräser wegrutschten und sie nicht sicher fixiert werden konnten, usw.
BEISPIEL 2
Mises-Spannungen und dafür erforderliche Schrumpfsitz-Temperaturen wurden für verschiedene Kombinationen von Werkzeug-Halteelementen mit verschiedenen Innen- und Außendurchmessern (AUS205, erhältlich von Aichi Steel, Corp., linearer Wärmeexpansionskoeffizient α = 19 × 10^–6/°C, Formänderungsfestigkeit = 160 kgf/mm² oder mehr) und diesen entsprechenden Sintercarbid-Fingerfräsern (JIS P10, linearer Wärmeexpansionskoeffizient α = 19 × 10^–6/°C) berechnet. Hierbei hatte das Werkzeug-Halteelement die Toleranz h7, die minimale Sitzdifferenz betrug 1/1000 des Außendurchmessers des Werkzeugs, und der Bearbeitungsfehler am Innendurchmesser des Halteabschnitts betrug 5 μm. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3
Wie es aus der Tabelle 3 deutlich ist, ist die Mises-Spannung umso größer, je kleiner der Außendurchmesser des Werkzeugs ist. Daher weisen bei diesem Beispiel verwendbare Werkzeuge Außendurchmesser von 3 mm oder mehr auf. Andererseits ist, da selbst SCM440 für Werkzeuge mit Außendurchmessern von 8 mm oder mehr eine ausreichende Nacherwärmungs-Formänderungsfestigkeit zeigt, dieses Beispiel für Werkzeuge anwendbar, die Außendurchmesser von unter 8 mm aufweisen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben detailliert beschrieben, zeigt der erfindungsgemäße Schrumpfsitz-Werkzeughalter, da er über ein Werkzeug-Halteelement oder einen Werkzeug-Halteabschnitt aus einem Spezialstahl mit Austenitstruktur verfügt, an dem ein Sintercarbid-Werkzeug durch Schrumpfsitz angebracht ist, die folgenden Vorteile:

(1) ein Spezialstahl mit Austenitstruktur zeigt einen großen Wärmeexpansionskoeffizienten, und er behält selbst nach einem Erwärmen auf eine Schrumpfsitztemperatur eine ausreichende Formänderungsfestigkeit bei. Daher kann die Schrumpfsitztemperatur eines Werkzeugschafts niedriger gemacht werden, was zu einer Verkürzung der Zeitperiode führt, die zum Anbringen und Lösen des Werkzeugs erforderlich ist, während eine ungenaue Fixierung des Sintercarbid-Werkzeugs vermieden ist.
(2) Ein Schrumpfsitz kann bei niedriger Temperatur erzielt werden, die zu keiner Änderung der Metallstruktur von Schrumpfsitzabschnitten und zu keiner Erzeugung einer Oxidschicht führt.
(3) Insbesondere dann, wenn ein Werkzeughalterkörper und ein Werkzeug-Hal teelement als gesonderte, trennbare Elemente ausgebildet sind, muss nur das Werkzeug-Halteelement für den Schrumpfsitzvorgang erwärmt werden, wodurch sich die Differenz eines solchen Vorgangs verbessert.
(4) Durch geeignet langgestreckte oder kurze Werkzeug-Halteelemente oder Werkzeug-Halteabschnitte kann eine tiefe Bearbeitung oder eine Bearbeitung komplizierter Formen mit tiefen Nuten flexibel ausgeführt werden.
(5) Wenn eine oder mehrere Öffnungen, die an den Hinterendflächen von Führungsrillen vorliegen, die axial auf der Außenfläche des Werkzeug-Halteelements oder des Werkzeug-Halteabschnitts ausgebildet sind, vorhanden sind, um ein Bearbeitungsfluid oder Luft zuzuführen, kann das Bearbeitungsfluid oder die Luft effizient dem Vorderende eines Werkzeugs zugeführt werden.

Der erfindungsgemäße Schrumpfsitz-Werkzeughalter mit den obigen Merkmalen kann eine Bearbeitung hoher Genauigkeit bei kleiner Schwingung selbst bei hoher Drehzahl ausführen. Der erfindungsgemäße Schrumpfsitz-Werkzeughalter ist für verschiedene Werkzeugmaschinen geeignet, wie für Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen usw.

Claims

Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1), aufweisend: einen Werkzeughalterkörper (11) mit einem zur Verbindung mit einem Bearbeitungszentrum angepaßten Abschnitt (2), einem Manipulator-Angriffsabschnitt (3) und einem Einspannabschnitt (4), und ein werkzeughaltendes Element (6) zum festen Halten eines Schafts eines Sinterkarbidwerkzeugs durch Schrumpfsitz, dadurch gekennzeichnet, daß das werkzeughaltende Element (6) aus einem Spezialstahl mit austenitischer Struktur hergestellt ist, die durch Ausscheidungshärten oder Kalthärten gestärkt ist, und die Differenz zwischen dem Wärmeexpansionskoeffizienten des werkzeughaltenden Elements (6) und demjenigen des genannten Schafts mindestens 9,1·10^–6/°C beträgt.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach Anspruch 1, wobei das werkzeughaltende Element (6) einen Wärmeexpansionskoeffizienten von 13,5·10^–6/°C oder mehr aufweist.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das werkzeughaltende Element (6) nach wiederholtem Erwärmen und Abkühlen für den Schrumpfsitz eine gleich große oder größere Formänderungsfestigkeit als die von Mises-Spannung aufweist.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schrumpfsitz-Temperatur des werkzeughaltenden Elements 500°C oder weniger beträgt.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das werkzeughaltende Element (6) an dem Einspannabschnitt (4) des Werkzeughalter-Körpers (11) abnehmbar befestigt ist.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das werkzeughaltende Element (6) mit Öffnungen (61) zur Zufuhr eines Bearbeitungsfluids oder von Luft versehen ist, die auf rückseitigen Endflächen von Führungsrillen (45) angeordnet sind, die auf einer Außenfläche des werkzeughaltenden Elements (6) in Längsrichtung ausgebildet sind.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1), aufweisend einen zur Verbindung mit einem Bearbeitungszentrum angepaßten Abschnitt (2), einen Manipulator-Angriffsabschnitt (3), einen Einspannabschnitt (4) und einen integral in einem Vorderbereich des Einspannabschnitts (4) ausgebildeten werkzeughaltenden Abschnitt (6a) zum festen Halten eines Schafts eines Sinterkarbidwerkzeugs durch Schrumpfsitz, dadurch gekennzeichnet, daß der werkzeughaltende Abschnitt (6a) aus Spezialstahl mit austenitischer Struktur hergestellt ist, die durch Ausscheidungshärten oder Kalthärten gestärkt ist, und die Differenz zwischen dem Wärmeexpansionskoeffizienten des werkzeughaltenden Abschnitts (6a) und demjenigen des genannten Schafts mindestens 9,1·10^–6/°C beträgt.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach Anspruch 7, wobei der werkzeughaltende Abschnitt (6a) nach wiederholtem Erwärmen und Abkühlen zum Schrumpfsitz eine gleich große oder größere Formänderungsfestigkeit als die von Mises-Spannung aufweist.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der werkzeughaltende Abschnitt (6a) einen Wärmeexpansionskoeffizienten von 13,5·10^–6/°C oder mehr aufweist.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Schrumpfsitztemperatur des werkzeughaltenden Abschnitts 500°C oder weniger beträgt.
Schrumpfsitz-Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der werkzeughaltende Abschnitt (6a) oder ein mit diesem in Verbindung stehender Bereich des Einspannabschnitts (4) mit Öffnungen (5) zur Zufuhr eines Bearbeitungsfluids oder von Luft versehen ist, die auf rückseitigen Endflächen von Führungsrillen (45) angeordnet sind, die auf einer Außenfläche des werkzeughaltenden Abschnitts (6a) in Längsrichtung ausgebildet sind.