ITAR20070002U1

ITAR20070002U1 - TOOL HOLDER COUPLING FOR TOOL MACHINES

Info

Publication number: ITAR20070002U1
Authority: IT
Inventors: Egisto Nannini
Original assignee: It Te Di S R L
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2007-05-24
Also published as: WO2008101874A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L’invenzione concerne l’accoppiamento porta utensile-utensile per macchine utensili, particolarmente quelle che eseguono lavorazioni di altissima precisione. Sono conosciute macchine nelle quali sono utilizzati utensili con codolo di accoppiamento e mezzi portautensile, questi ultimi, in alcune macchine, costituiti da un mandrino provvisto di alloggiamento nel quale l’utensile viene fissato per essere portato in rotazione assiale. The invention concerns the tool holder-tool coupling for machine tools, particularly those that perform very high precision machining. Machines are known in which tools with coupling shank and tool holder means are used, the latter, in some machines, consisting of a spindle provided with a housing in which the tool is fixed to be brought into axial rotation.

L’accoppiamento fra il codolo dell'utensile e l’alloggiamento nel gruppo portautensile destinato a riceverlo prevede nell’utensile un codolo di forma conica e nel gruppo portautensile corrispondente una cavità troncoconica, nonché mezzi a vite di tiraggio assiale, mediante i quali il codolo dell’utensile è tirato verso il gruppo portautensile. The coupling between the tool shank and the housing in the tool holder assembly intended to receive it provides a tapered shank in the tool and a truncated conical cavity in the corresponding tool holder unit, as well as axial pulling screw means, by means of which the shank of the tool is pulled towards the tool holder assembly.

L'utensile presenta inoltre all’estremità più ampia del suo codolo una superficie anulare di battuta che contrasta con una corrispondente superficie sul gruppo portautensili, si da stabilizzare la posizione dell’utensile nello stato di accoppiamento. The tool also has an annular abutment surface at the widest end of its shank that contrasts with a corresponding surface on the tool holder group, so as to stabilize the position of the tool in the coupling state.

Il perfetto posizionamento deli’utensiie e quindi la sua perfetta posizione coassiale con quella del portautensile dovrebbero essere assicurati dalle superfici coassiali di inguidamento, dalle superfici piane di contrasto, nonché dalla azione di tiraggio dei mezzi normalmente a vite con cui l’utensile è tirato in direzione assiale nella sede del porta utensile. The perfect positioning of the tool and therefore its perfect coaxial position with that of the tool holder should be ensured by the coaxial guiding surfaces, by the flat contrasting surfaces, as well as by the pulling action of the normally screw means with which the tool is pulled in. axial direction in the tool holder seat.

Siffatte conformazioni, combinazioni di parti e sollecitazioni assiali non assicurano però il perfetto posizionamento dell’utensile, particolarmente quando esso è stato inserito e tolto una pluralità di volte dalla sede che alloggia il suo codolo. However, such conformations, combinations of parts and axial stresses do not ensure perfect positioning of the tool, particularly when it has been inserted and removed a plurality of times from the seat that houses its shank.

Infatti le superfici coniche dovrebbero aderire fra loro simultaneamente alle superfici di contrasto e battuta a conformazione di corona circolare; ciò però non si verifica in quanto o aderiscono le superfici coniche o aderiscono ie superfici di contrasto, particolarmente dopo che le superfici corrispondenti hanno subito deformazioni ed usure, anche se micrometriche, a causa del ripetuto montaggio e smontaggio del'utensile. In fact, the conical surfaces should adhere to each other simultaneously to the contrast and abutment surfaces in the shape of a circular crown; however, this does not occur in that either the conical surfaces adhere or the contrast surfaces adhere, particularly after the corresponding surfaces have undergone deformations and wear, even if micrometric, due to the repeated assembly and disassembly of the tool.

Analogamente fa trazione assiale dei mezzi a vite, dopo una ripetuta attivazionedisattivazione, è imperfetta a causa delle deformazioni che subiscono i filetti delle due parti accoppiate. Similarly, the axial traction of the screw means, after repeated activation and deactivation, is imperfect due to the deformations that the threads of the two coupled parts undergo.

Tali imperfezioni, che conducono ad un posizionamento imperfetto dell’utensile nel gruppo portautensili destinato a sostenerlo e a portarlo in rapida rotazione assiale, sono state affrontate nel brevetto europeo EP 1193011 A1 nel quale il codolo dell'utensile è troncoconico, è relativamente massiccio e comunque è trattato in modo da non subire deformazioni, il gruppo porta utensile, in corrispondenza della sede destinata ad alloggiare e quindi ad interagire con il detto codolo dell’utensile, è invece conformato e dimensionato per subire deformazioni elastiche tali che il corpo troncoconico del codolo, dietro l’azione di trazione dei mezzi di tiraggio assiale a vite, prema sulla superficie troncoconica della sede che l’alloggia nel gruppo portautensili e ne provochi la deformazione elastica, fino a quando la superficie di aderenza a corona circolare alla sommità del codolo non aderisce sulla corrispondente superficie di contrasto e battuta nei portautensile. These imperfections, which lead to an imperfect positioning of the tool in the tool holder assembly intended to support it and bring it into rapid axial rotation, have been addressed in the European patent EP 1193011 A1 in which the tool shank is frusto-conical, is relatively massive and in any case it is treated in such a way as not to undergo deformations, the tool holder assembly, in correspondence with the seat intended to house and therefore to interact with the said tool shank, is instead shaped and sized to undergo elastic deformations such that the truncated conical body of the shank, behind the traction action of the axial screw pulling means, presses on the frusto-conical surface of the seat that lodges it in the tool holder unit and causes it to deform elastic, until the circular crown adhering surface at the top of the shank adheres to the corresponding contrast and stop surface in the tool holders.

La perfetta coassialità è quindi raggiunta sia con l’aderenza fra loro delle superfici di contrasto e battuta che determinano almeno il parallelismo degli assi dell'utensile e del portautensile, sia con l’aderenza delle superfici troncoconiche del codolo e della sede che l’alloggia che dovrebbero condurre i due assi a sovrapporsi. Ciò è però solo teoricamente vero, poiché la non uniformità degli spessori del metallo delimitante la sede di alloggiamento del codolo dell’utensile nel portautensile e la non uniforme elasticità del metallo con cui è realizzato il gruppo portautensile medesimo, a seguito dei riscaldamenti e refrigerazioni non uniformi durante l’uso, rendono l’ipotesi della uniforme deformazione elastica non sicura. Perfect coaxiality is therefore achieved both with the adherence to each other of the contrasting and abutment surfaces which determine at least the parallelism of the axes of the tool and the tool holder, and with the adherence of the frusto-conical surfaces of the shank and of the seat that houses it. which should lead the two axes to overlap. However, this is only theoretically true, since the non-uniformity of the thicknesses of the metal delimiting the housing seat of the tool shank in the tool holder and the non-uniform elasticity of the metal with which the tool holder assembly is made, as a result of heating and cooling does not uniform in use, make the hypothesis of uniform elastic deformation unsafe.

Tutto ciò potrà portare pertanto alla non perfetta coassìalità dell’utensile e del gruppo portautensile e quindi a lavorazioni eseguite in modo imperfetto, particolarmente quando l’utensile è stato montato e smontato nella sede nel portautensile una pluralità di volte. All this may therefore lead to the imperfect coaxiality of the tool and the tool holder group and therefore to workings performed in an imperfect way, particularly when the tool has been assembled and disassembled in the tool holder seat a plurality of times.

E’ uno scopo della presente invenzione la realizzazione di un accoppiamento codolo deli’utensiie e alloggiamento codolo nel portautensile che risulti di facile realizzazione e comporti quindi un costo contenuto. It is an aim of the present invention to provide a coupling of the tool shank and shank housing in the tool holder which is easy to manufacture and therefore involves a low cost.

E’ un altro scopo della invenzione la realizzazione di un accoppiamento codolo utensile-alloggiamento codolo nel portautensile strutturato in modo tale da rendere rapida e sicura la sostituzione di un utensile con altro o il reinserimento dello stesso utensile nella sede che alloggia il suo codolo. Another object of the invention is the realization of a tool shank-shank housing coupling in the tool holder structured in such a way as to make the replacement of a tool with another one quick and safe or the re-insertion of the same tool in the seat that houses its shank.

E' un altro scopo della invenzione la realizzazione dì un accoppiamento codolo dell’utensile con la sede destinata ad alloggiarlo nel gruppo portautensile che sia sicuro e preciso, anche dopo una moltitudine di montaggi e smontaggi dell’utensile nel o dal porta utensile. Another purpose of the invention is the realization of a tang coupling of the tool with the seat intended to house it in the tool holder assembly that is safe and precise, even after a multitude of assembly and disassembly of the tool in or from the tool holder.

Questi ed altri scopi sono raggiunti con l’accoppiamento oggetto della invenzione che si realizza mediante: These and other purposes are achieved with the coupling object of the invention which is achieved by:

- un utensile con codolo costituito da due tronchi cilindrici a diametro crescente, a partire da quello più esterno, congiunti da una superficie di raccordo, con il tronco più ampio terminante sulla superficie anulare piana di contrasto giacente sul piano normale all'asse dell’utensile medesimo; - un portautensile con la sede del codolo delimitata frontalmente dalla superficie piana di contrasto e costituita da due cavità cilindriche in successione, con quella più ampia di diametro pari a quello del tratto cilindrico più ampio del codolo maggiorato di alcuni millesimi di millimetro e di lunghezza superiore a quella del detto tratto cilindrico più ampio del codolo medesimo. - a tool with a shank consisting of two cylindrical trunks with increasing diameter, starting from the outermost one, joined by a connecting surface, with the wider trunk ending on the flat annular contrasting surface lying on the plane normal to the axis of the tool same; - a tool holder with the shank seat delimited frontally by the flat contrast surface and consisting of two cylindrical cavities in succession, with the largest one having a diameter equal to that of the widest cylindrical section of the shank increased by a few thousandths of a millimeter and longer to that of said cylindrical portion wider than the shank itself.

Un accoppiamento realizzato con mezzi così conformati risulta vantaggioso in quanto le lavorazioni richieste sul codolo e sulla sede destinata a riceverlo, essendo cilindriche, sono di facile realizzazione anche quando le tolleranze richieste sono dell’ordine dei micron. A coupling made with means so shaped is advantageous since the machining required on the shank and on the seat intended to receive it, being cylindrical, are easy to make even when the required tolerances are of the order of microns.

Risulta vantaggioso poiché il primo tratto cilindrico del codolo, quello più piccolo, non richiede particolari precisioni in quanto ha la funzione di facilitare Ί 'abboccamento” del codolo stesso nella sede destinata ad alloggiarlo. It is advantageous since the first cylindrical portion of the shank, the smaller one, does not require particular precisions as it has the function of facilitating the shank 'hooking' into the seat intended to house it.

Risulta vantaggioso poiché il raccordo fra i due tratti cilindrici del codolo può essere troncoconico o anche con profilo curvo, avendo la funzione di facilitare il perfezionamento dell’accoppiamento dei codolo con la sede atta a riceverlo e quindi a condurre il tronco cilindrico più ampio del codolo in posizione coassiale con la sede destinata a riceverlo, dopo che il tratto più piccolo è stato inserito nella detta sede. It is advantageous since the connection between the two cylindrical portions of the shank can be truncated cone or even with a curved profile, having the function of facilitating the improvement of the coupling of the shank with the seat suitable for receiving it and therefore to lead the cylindrical trunk wider than the shank. in a coaxial position with the seat intended to receive it, after the smaller portion has been inserted into said seat.

Risulta vantaggioso poiché i diametri pressoché identici del tronco cilindrico più ampio del codolo e della cavità cilindrica più ampia nella sede destinata a riceverlo rendono l'accoppiamento pressoché perfetto. Inoltre la lunghezza del tratto cilindrico più ampio della sede nel portautensile leggermente superiore alla lunghezza del tronco cilindrico più ampio del codolo assicura l'aderenza fra le superfici dì contrasto: quella del codolo e quella del portautensile garantendo così il loro parallelismo assiale. It is advantageous since the almost identical diameters of the broader cylindrical trunk of the shank and of the larger cylindrical cavity in the seat intended to receive it make the coupling almost perfect. Furthermore, the length of the widest cylindrical portion of the seat in the tool holder slightly greater than the length of the widest cylindrical trunk of the shank ensures adherence between the contrasting surfaces: that of the shank and that of the tool holder, thus ensuring their axial parallelism.

Risulta vantaggioso poiché l’interazione diretta fra il portautensile e l’utensile limitata alle sole superfici di contrasto, consente i trattamenti tecnologici rivolti a rendere molto dure le partì interagenti, ossia il codolo dell’utensile e la sede destinata a riceverlo nel portautensili, consentendo ciò il raggiungimento di precisioni dell'accoppiamento molto elevate e non alterate dal numero dì volte in cui l'utensile è stato accoppiato o distaccato dal gruppo portautensile. It is advantageous since the direct interaction between the tool holder and the tool limited only to the contrast surfaces, allows the technological treatments aimed at making the interacting parts very hard, i.e. the tool shank and the seat destined to receive it in the tool holder, allowing this is the achievement of very high coupling precisions which are not altered by the number of times the tool has been coupled or detached from the tool holder assembly.

Questi ed altri vantaggi saranno facilmente compresi, particolarmente dai tecnici del settore, dalla lettura della descrizione dettagliata che segue illustrante la soluzione realizzativa oggetto dell’invenzione ed in cui: These and other advantages will be easily understood, particularly by those skilled in the art, from reading the detailed description that follows illustrating the construction solution object of the invention and in which:

- la fig. 1 è la vista frontale del codolo dell’utensile; - fig. 1 is the front view of the tool shank;

- la fig. 2 esemplifica la sezione assiale del codolo di fig. 1; - fig. 2 exemplifies the axial section of the shank of fig. 1;

- la fig, 3 è la vista frontale in diversa scaia del codolo dell’utensile e della sede destinata a riceverlo nel dispositivo portautensile, fra loro distaccati, entrambi sezionati con un piano assiale e riprodotti nella sola parte riguardante il loro accoppiamento. - fig, 3 is the front view in a different row of the tool shank and the seat intended to receive it in the tool holder device, separated from each other, both sectioned with an axial plane and reproduced only in the part concerning their coupling.

E’ inteso che i disegni, di tipo esemplificativo, sono dati con il solo scopo di facilitare la comprensione dell'invenzione, senza costituire per essa alcuna limitazione. It is understood that the drawings, of an exemplary type, are given with the sole purpose of facilitating the understanding of the invention, without constituting any limitation for it.

Sostanzialmente l’invenzione riguarda la particolare conformazione e struttura delle partì che muovendosi determinano l'accoppiamento fra la sede presente nel gruppo portautensili e la parte posteriore o codolo dell’utensile. Questo ultimo provvisto di codolo 1 dì accoppiamento a conformazione cilindrica, emergente da una superficie piana di contrasto 6 orientata secondo un piano normale all'asse dell’utensile di cui fa parte. Basically, the invention relates to the particular shape and structure of the parts which, when moving, determine the coupling between the seat present in the tool holder group and the rear part or shank of the tool. The latter provided with a cylindrical coupling shank 1, emerging from a flat contrast surface 6 oriented according to a plane normal to the axis of the tool to which it belongs.

La sede 2 corrispondente nel gruppo portautensile è delimitata frontalmente dalia superfìcie piana dì contrasto 7, orientata secondo un piano normale all’asse della cavità o sede 2 medesima, con detta cavità o sede con conformazione cilindrica e con diametro adatto per ricevere al suo interno il codolo 1 dell'utensile. The corresponding seat 2 in the tool holder assembly is delimited at the front by the flat contrast surface 7, oriented according to a plane normal to the axis of the cavity or seat 2 itself, with said cavity or seat having a cylindrical shape and with a diameter suitable for receiving the shank 1 of the tool.

Nell’ambito di tale conformazione generale, il codolo 1 è caratterizzato dal fatto di essere costituito da due tronchi cilindrici 4 e 3, fra loro in successione, con diametro crescente a partire da quello più esterno 3, con detti due tronchi cilindrici 4 e 3 congiunti da una superficie di raccordo 5. Detta superficie di raccordo ha conformazione troncoconica, con inclinazione sull’asse de! codolo compresa fra 60° e 15°, mentre, a partire dall’estremità esterna del codolo medesimo, ha la lunghezza compresa fra 0,3 e 1,5 volte il suo diametro, come specificato nel seguito sotto l’aspetto funzionale. Within this general conformation, the shank 1 is characterized by the fact that it consists of two cylindrical trunks 4 and 3, one after the other, with an increasing diameter starting from the outermost one 3, with said two cylindrical trunks 4 and 3 joined by a connecting surface 5. Said connecting surface has a truncated cone shape, with an inclination on the axis of shank between 60 ° and 15 °, while, starting from the external end of the shank itself, it has a length between 0.3 and 1.5 times its diameter, as specified below under the functional aspect.

La cavità o sede 2 nel gruppo portautensile, destinata a ricevere il detto codolo 1 , è costituita da due cavità cilindriche 8 e 9 in successione e fra loro coassiali, separate da una superficie anulare di raccordo, con la cavità più esterna 8 con diametro maggiore e pari al diametro del tratto cilindrico 4 più ampio del codolo 1 , maggiorato dì alcuni millesimi di millimetro e di lunghezza superiore a quella del detto tratto cilindrico 4 più ampio del detto codolo 1 , in modo tale che il gioco fra gli stessi sia minimo e appena sufficiente a consentir loro scorrimenti assiali reciproci. Nelle realizzazioni pratiche detta cavità cilindrica 8 è di diametro pari a quello del tronco cilindrico 4 più ampio del codolo 1 con una maggiorazione compresa fra 1 e 10 millesimi di millimetro e normalmente compresa fra 2 e 5 millesimi di millimetro. Un codolo 1 ed una cavità o sede 2 siffatti, grazie al tronco cilìndrico 3 del codolo 1 di ampiezza ridotta rispetto al tratto cavo 8 delia sede 2, vengono accoppiati fra loro con relativa facilità, consentendo in tal modo all’utensile dì predisporsi in una posizione pressoché coassiale con la cavità che deve alloggiarlo nella sua parte posteriore o codoio. The cavity or seat 2 in the tool holder assembly, intended to receive said shank 1, consists of two cylindrical cavities 8 and 9 in succession and coaxial with each other, separated by an annular connecting surface, with the outermost cavity 8 having a larger diameter and equal to the diameter of the cylindrical section 4 wider than the shank 1, increased by a few thousandths of a millimeter and longer than that of the said cylindrical section 4 wider than the said shank 1, so that the play between them is minimal and just enough to allow them reciprocal axial sliding. In practical embodiments, said cylindrical cavity 8 has a diameter equal to that of the cylindrical trunk 4 wider than the shank 1 with an increase of between 1 and 10 thousandths of a millimeter and normally between 2 and 5 thousandths of a millimeter. A shank 1 and a cavity or seat 2 of this type, thanks to the cylindrical trunk 3 of the shank 1 of reduced width with respect to the hollow portion 8 of the seat 2, are coupled together with relative ease, thus allowing the tool to be arranged in a almost coaxial position with the cavity that must house it in its rear part or tail.

La corona circolare 5 che unisce I tronchi cilindrici 3 e 4 del codoio 1 ha la conicità tale da favorire l'inserimento e lo scorrimento del tronco cilindrico 4 entro il tratto cilindrico 8 pressoché di pari ampiezza nella cavità 2, quindi tale da impedire l’impuntamento del tronco cilindrico 4 e nel contempo l’allungamento eccessivo del codoio 1 a parità di lunghezza del tronco cilindrico 4 che è la parte del codoio che lo mantiene posizionato entro la cavità 2. The circular crown 5 which joins the cylindrical trunks 3 and 4 of the shank 1 has a conicity such as to favor the insertion and sliding of the cylindrical trunk 4 within the cylindrical portion 8 almost of equal width in the cavity 2, therefore such as to prevent the jamming of the cylindrical trunk 4 and at the same time the excessive elongation of the tail 1 for the same length of the cylindrical trunk 4 which is the part of the tail that keeps it positioned within the cavity 2.

II codoio 1, nella soluzione reaiizzativa esemplificata nei disegni, reca il tratto iniziale di forma cilindrica con almeno una sfaccettatura 10 che, interagendo con una corrispondente superficie piatta 11 nel gruppo portautensili, opera il trascinamento in rotazione dell’utensile medesimo, mentre i mezzi dì trazione assiale attraverso la cavità 13 nel gruppo portautensili raggiungono la cavità filettata 12 entro il codoio 1 esercitando sullo stesso l’azione di trazione fino a portare le superfici 7 e 6 di contrasto fra loro aderenti. The tail 1, in the embodiment exemplified in the drawings, has the initial cylindrical section with at least one facet 10 which, interacting with a corresponding flat surface 11 in the tool holder assembly, drives the tool itself in rotation, while the means of axial traction through the cavity 13 in the tool holder group reaches the threaded cavity 12 within the shank 1 exerting the traction action on the same until the contrast surfaces 7 and 6 adhere to each other.

In fase di realizzazione, il dispositivo portautensili e l’utensile potranno essere comunque conformati, fermo restando le parti destinate ad accoppiarsi, la conformazione delle quali costituisce la base della invenzione, come definita dalle seguenti rivendicazioni. In the manufacturing phase, the tool holder device and the tool may in any case be shaped, without prejudice to the parts intended to be coupled, the conformation of which forms the basis of the invention, as defined by the following claims.

Claims

CLAIMS 1) Tool holder-tool coupling for machine tools, with the tool provided with a cylindrical coupling shank (1) emerging from a flat contrast surface (6) oriented according to a plane normal to the axis of the tool to which it belongs, with the corresponding seat (2) in the tool holder assembly delimited at the front by a flat contrast surface (7), oriented according to a plane normal to the axis of the cavity or seat (2) itself, with said cavity having a cylindrical shape and a diameter suitable for receiving inside the shank (1) of the tool, characterized by the fact that the shank (1) consists of two cylindrical trunks (4) and (3) with an increasing diameter starting from the outermost one (3) and by the fact that said two cylindrical trunks (4) and (3) are joined by a connecting surface (5), with the seat (2) intended to receive said shank (1) characterized by a coupling cavity consisting of two cylindrical cavities (8) and (9) in succession and c oaxial, by the fact that the outermost cavity (8) is the one with a larger diameter equal to the diameter of the cylindrical portion (4) wider than the shank (1) plus a few thousandths of a millimeter and a length greater than that of the cylindrical portion ( 4) wider than said shank (1) of the tool.

2) Coupling, as per rev. 1), characterized by the fact that the connection surface (5), which joins the two cylindrical trunks (3) and (4) of the shank (1), has a truncated cone shape, with an inclination on the axis between 60 ° and 15 ° .

3) Coupling, as per rev. 1), characterized in that the length of the cylindrical trunk (3) of the shank (1) is between 0.3 and 1.5 times its diameter. 4} Coupling, as per rev. 1), characterized by the fact that the seat (2) in the tool holder assembly has the outermost cylindrical cavity (8) with a diameter equal to that of the cylindrical trunk (4) wider than the shank (1) with an increase between 1 and 10 thousandths of a millimeter, 5) Coupling, as per rev. 1) and 4), characterized in that the increase in the diameter of the cylindrical portion (4) wider than the shank (1) is between 2 and 5 thousandths of a millimeter.