WO2015001022A1 - Wechselkopfsystem für die metallbearbeitung - Google Patents

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WO2015001022A1
WO2015001022A1 PCT/EP2014/064185 EP2014064185W WO2015001022A1 WO 2015001022 A1 WO2015001022 A1 WO 2015001022A1 EP 2014064185 W EP2014064185 W EP 2014064185W WO 2015001022 A1 WO2015001022 A1 WO 2015001022A1
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head
holder
bore
pin
replaceable
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PCT/EP2014/064185
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Philipp-Patrick STURM
Bernd Schwegler
Reiner Schwegler
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Schwegler Werkzeugfabrik Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/11—Retention by threaded connection
    • B23B31/1107—Retention by threaded connection for conical parts
    • B23B31/1115—Retention by threaded connection for conical parts using conical threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
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    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/02—Connections between shanks and removable cutting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/02—Connections between the shanks and detachable cutting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/03—Cutting heads comprised of different material than the shank irrespective of whether the head is detachable from the shank

Definitions

  • the invention relates to replaceable head systems as werk ⁇ witnesses for machines for metalworking.
  • a variety of tool systems are used for machining, chipless shaping or abrasive wear, for example for drilling, milling or rubbing.
  • the machines usually have a chuck, for example a tensioning or shrinking chuck, for holding insert tools such as, for example, a drilling or milling tool.
  • the insert tools are often wholly or partly made of hard metal, for example. Sintered Carbidhartmetallen.
  • Carbide tools are expensive to manufacture, but have a high stability, so that large stalls ⁇ gen or high cutting performance can be achieved with good Schneidfreudtechnik.
  • Such a system comprises the actual head for, for example, drilling or milling machining, as well as a holder or shank for receiving the head.
  • the holder is in turn provided for receiving in the machine chuck. If signs of wear and tear occur, only the used head of the insert tool has to be removed from the holder and a new head inserted. This reduces carbide consumption and thus costs.
  • the holder is usually made of tungsten carbide in addition to the head.
  • the Ver ⁇ connection between head and holder is to allow a fast and reliable insertion of the head into the holder or Ent ⁇ remote of the head from the holder and thus be feasible for the operating personnel with little effort and with short tool change times. Still must the head can be held reliably during processing, ie secured against rotation or spinning in the holder. If caught or seized, the head should not be pulled out of the holder.
  • a system in which a tool has a plug-in area and a tool holder has a receiving area with a receiving opening.
  • the tool is received with its insertion in the receiving opening of the holder.
  • a further, lateral opening in the receiving area extends up to a recess in a lateral inner wall of the receiving opening.
  • the insertion area of the tool also has a lateral recess.
  • a mechanical retaining element for example a pin, is inserted through the lateral opening in the receiving area into mutually corresponding recesses in the side walls of the receiving opening on the holder and insertion area of the head so that the head is secured in the holder against axial displacements ,
  • the system does not allow self-stabilization when hooking or seizing the head. Because the head is through
  • Insertion into the holder and subsequent rotation is secured also eliminates the need to secure by the Zap ⁇ fen when the head is rotated during processing in the holder.
  • the DE 10 2006 028 408 Al describes a tool holder having a tool receptacle for accommodating a tool ⁇ shaft and a shield cover at an axial emigrants to lock the tool.
  • the pull-out safeguard comprises a blocking element and a locking groove which receives it and which receives the blocking element. Both the blocking element and the locking groove are formed like a ball head.
  • the tool has the locking groove.
  • the tool holder has, for example, two rotatably mounted balls. Each ball can, for example, be held by a threaded pin in a position in which it projects into the interior of the receiving opening. Due to preferably helically arranged locking grooves along the cylinder shaft of rotary tools, the tool is locked axially.
  • An object of the invention is to provide a replaceable head ⁇ system, which allows a head change in a short time and with little effort, which is held in the input set reliably, and thereby is inexpensive, and a corresponding holder, a corresponding head and a corresponding To create a manufacturing process.
  • the object is achieved for the exchangeable head system by the features of claim 1, for the holder by the features of claim 9, for the head by the features of an ⁇ claim 11 and for the method by the features of claim 12.
  • a replaceable head system made of hard metal which, in addition to the head and the holder, also comprises a pin which serves for fastening the head to the holder via a bore.
  • the hole penetrates a mating surface between head and holder tangentially.
  • the bore also extends obliquely to a normal to the connecting axis of the holder and head, ie the drilling axis has egg ⁇ NEN axial share relative to the connecting axis between ⁇ holder and head.
  • the pin can be vorgese ⁇ hen for inclusion in the bore, that engages when receiving the head on the holder of the pin in a groove.
  • the engagement may be less than half of a pin diameter, so that the pin is largely enclosed by the holder and thus stabilized.
  • the pen can be designed ge ⁇ thread free of hard metal at low cost.
  • the groove is formed on the head and the bore on the holder.
  • the bore can pierce a äuße ⁇ re surface of the holder once, so that the bore has only one opening through which the pin can be inserted.
  • the bore can pierce the holder completely, so that the pin can be inserted through two openings.
  • the bore and / or groove may form an angle greater than that typical for threads relative to the normal to the connection axis of the holder and head.
  • the angle can be between 20 ° and 60 °, preferably between 30 ° and 45 °.
  • a slope of the groove, for example, on the head can be greater in the axial direction than a slope of a cutting edge for metalworking on the head.
  • the groove spirals around the head.
  • the axial distance of the groove from itself can be a multiple of the groove after one revolution. be broad, for example, at least twice, preferably three times or more of the groove width.
  • the groove may run 3 times or less over its entire length, preferably 1.5 times or less around the head.
  • the groove may, for example, be cut semicircular into an outer surface of the head.
  • the pin can have a round cross section.
  • a diameter of the groove may be larger than a diameter of the pin, so that the pin engages with play in the groove. This facilitates insertion of the head into the holder.
  • the holder may have a thread-free recess for receiving the head.
  • the mating surface on the holder can be designed for positive reception of the head for attachment of a conically tapered conical section on the head.
  • Embodiments of inventive replaceable head systems may consist of a set comprising a holder and a plurality of heads, which may be the same design and serve as a substitute for wear and / or may be designed differently for different processing task.
  • the set may also include a plurality of holders with e.g. include different dimensions.
  • the kit may include one or more pins.
  • a head made of hard metal for a replaceable head system.
  • the head has a conically tapered conical section in a connection region for connection to a holder of the replaceable head system.
  • a groove in the connection area extends 3 times or less, preferably 1.5 times or less, spirally around the head.
  • a holder made of hard metal for a change ⁇ head system has a mating surface for positively receiving a head of the replaceable head ⁇ system.
  • a bore pierces the mating surface tan ⁇ gential.
  • the bore extends obliquely to a normal to the connecting axis of the holder and head.
  • the holder can have a thread-free mating surface.
  • a production method for a holder made of hard metal is proposed in which a pin is introduced into a bore of the holder.
  • the hole penetrates a mating surface tangentially, which is provided for a positive joining a head of the exchange ⁇ head system with the holder.
  • the bore extends obliquely to a normal to the connecting axis of the holder and head.
  • Embodiments of the method include locking the pin in the bore and / or cutting the pin in the bore.
  • the pin can already be inserted from the factory into the hole and locked there, for example, glued, or can be inserted only when (for the first time) use of the replaceable head system.
  • the pin can be longer than the hole in the holder; this simplifies insertion (possibly also a removal) of the pen. After inserting and possibly locking the pin can be cut off so that its cut surface is flush with an Au ⁇ zkontur of the holder.
  • a replaceable head system can be dispensed with a thread for connecting the holder and head, and also inventively ⁇ nen elements pin, bore and groove can be performed without threads.
  • a thread-free recording area on the holder and / or a thread-free connecting portion on the head facilitate the reception of the head in the holder or removing the Kop ⁇ fes from the holder, that is, the head exchange can be faster and easier to do.
  • Special tool for changing the head can be superfluous.
  • the pin To attach the head to the holder only the pin must be added to the hole.
  • the pin can be inserted into the hole before or after the head is inserted.
  • the pin can remain at the head change in the bore.
  • a holding of the head during the metal working can be ensured approximately in such a way that the mutual mating surfaces on the head and holder have a conical shape, ie taper.
  • This shape causes an automatic centering ⁇ turing when connecting as well as during machining.
  • machining head and also holders are automatically positively and in particular positively together quantitative adds ⁇ . Holding by means of a stop or shrinking can be omitted.
  • pin and groove in these embodiments no increased demands on mechanical see-stability provided, as the cone shape in hooking or seizing allows automatic self-stabilization.
  • the bore on the holder and the groove on the head have an axial share.
  • threaded typical self ⁇ properties and advantages can be used, although no thread is present.
  • the head can, for example, be screwed in a spiral groove in the holder with inserted pin and it can be achieved without further measures a secure fit.
  • the inclined at ⁇ order of bore pin and / or groove possibly in cooperation with an approximately existing thread in the machining ⁇ area of the head, an optimized frictional engagement between the holder and the head, for example.
  • a conical mating surface At the same time pulling out the head in Blocka ⁇ the or seizure can be avoided or prevented, but the head can be screwed into the holder.
  • a higher Schneidfreudtechnik or higher cutting speed can be achieved.
  • the groove on the head can be short compared to a thread, for example. In comparison, the groove can only lead around the head a few times, or can only run around part of the circumference. It is also conceivable to provide several short grooves on the head, e.g. Two, three or four grooves to facilitate a holder on the holder with inserted pin.
  • the pin comes into contact with the head at only one point or engages in the groove in the head at this point. Therefore, bore or pin and groove, unlike a thread, not particularly matched to each other.
  • the slopes of the bore and groove may be different.
  • the advantages of the invention can, for example, be realized even if the axial angle of the bore and groove 60 ° and 45 ° (or vice versa).
  • the diameter of the bore or pin and groove does not have to be exactly matched to one another. The low accuracy requirements lead to low production costs.
  • the above object is further solved for the exchange ⁇ head system by the features of claim 13, for the holder by the features of claim 23, for the head by the features of claim 24 and for the method by the features of claim 25.
  • a replaceable head system is proposed as an insert tool for metalworking machines, which comprises at least one holder, a head, and a pin.
  • the head has a conically tapering cone portion.
  • the holder has a win ⁇ debuild recess for receiving and attachment of the cone ⁇ section on common mating surfaces.
  • the pin is used to attach the head to the holder via a bore, wherein the bore extends perpendicularly and radially with respect to a common center axis of the holder and the head.
  • the cone portion may form an angle with the center axis of the holder and the head, which is between 2 ° and 10 °, preferably between 3 ° and 7 °, particularly preferably at 5 °.
  • the bore can pierce the mating surface for attachment of the cone ⁇ section.
  • the bore is not provided in the region of the taper fit, but, for example, in a region of the holder in which it is corresponding to a cylindrical head portion ge ⁇ forms.
  • Head, holder and pin can be made of steel or metal, in particular carbide. In presently preferred exemplary be ⁇ forms a bore and exactly one pin are precisely provided.
  • the pin may be intended to be soldered in the holder.
  • the pin may have a diameter between 0.5 mm (millimeters) and 4.0 mm, preferably between 1.0 mm and 3.0 mm, more preferably 2.0 mm.
  • the pin may have a spherically shaped engagement area for engagement in the tool head.
  • the head may be formed for engagement by the pin on the tool head a groove with a constant pitch.
  • the slope can form an angle with the center axis of the holder and the head which is between 70 ° and 85 °, preferably between 75 ° and 83 °, particularly preferably at 80 °.
  • a holder will continue to head system for an exchange proposed as insertion tool for machines Metal working ⁇ processing.
  • the holder comprises a thread-free recess for receiving and attaching a conically tapered conical section of a head over ge ⁇ common mating surfaces.
  • the holder further comprises a bore for attachment of the head to the holder by means of a pin, wherein the bore vertically and radially ⁇ ver with respect to a common center axis of the holder and head.
  • a head for a change ⁇ head system is also proposed as an insert tool for machines for Metallbe ⁇ processing.
  • the head comprises a conically tapering cone portion for receiving in and on ⁇ storage via common mating surfaces to a thread-free recess of a holder.
  • the head further includes a constant pitch groove for radial engagement by a pin for attachment of the head to the holder.
  • the slope forms with a common center axis of the holder and head an angle which is between 70 ° and 85 °, preferably between 75 ° and 83 °, particularly preferably at 80 °.
  • a production method for a holder for a replaceable head system as an insert Tool for metalworking machines proposed.
  • the method includes inserting a pin into a bore on the holder. This opens into a thread-free recess of the holder.
  • the recess is for receiving and accumulation of a conically tapered cone portion of a head on common mating surfaces ⁇ forms.
  • the bore is perpendicular and radial with respect to a common central axis of the holder and head.
  • the method further includes soldering the pin in the bore and / or cutting the pin in the bore.
  • FIG. 1 in schematic form an embodiment of a holder according to the invention
  • 2 shows in schematic form an embodiment of a replaceable head according to the invention
  • FIG. 3 in the form of a partial sectional view
  • Replaceable head system with the holder of Figure 1 and the head of Fig. 2 in schematic form the holder of Figure 1 in a rotated by 90 ° view with pin. an enlarged section of Figure 4 with hole and pin. a cross-sectional view of the holder of Figure 1 with a bore. in schematic form the receiving part of the replaceable head of Figure 2 with further details.
  • a longitudinal section through a further Ausrete ⁇ tion of a holder a schematic plan view of the holder of Fig. 8; a perspective view of a longitudinal ⁇ section of the holder of Figure 1 with inserted tool head in partial representation.
  • FIG. 1 an embodiment of a erfindungsge ⁇ bau health holder 100 is shown schematically for a replaceable head system.
  • the holder 100 is structured a receiving portion 104 at least in a one ⁇ span region 102 and.
  • the clamping area 102 is provided for clamping the holder 100 in a chuck of a metalworking machine.
  • the receiving area 104 is provided for receiving a head.
  • Holder 100 and replaceable head are joined together along a connecting axis 106.
  • the clamping area 102 may be formed according to a known scaling rule, for example.
  • As Hohlschaftke ⁇ gel (HSK) according relevant to the skilled person familiar standard compounds. As such, this aspect does not form part of the present invention and will therefore not be discussed further below.
  • a receiving opening 108 is formed to receive a conical shape, ie, a side wall 110 forms with an inner surface 111 which ent ⁇ long axis 106 conically tapered receiving opening 108, wherein the taper in a direction away from the head or to be machined Workpiece takes place.
  • a cylindrical inner surface 112 and a further conical inner surface 114 adjoin in the receiving opening 108.
  • the latter opens into a bore 116 which extends between the receiving opening 108 and chucking area 102 and opens to a rear end 118 of the holder 100, for example.
  • the inner surfaces 111, 112 and 114 are thread-free. In contrast to many conventional replaceable head systems, threading is not required in the system described herein to securely receive and retain a head in the receiving aperture 108. The interaction of head and holder will be described in detail below.
  • a cylindrical bore 120 which penetrates the inner surface 111 of the side wall 110 tangentially and grazing, so that the bore 120 opens into the interior of the receiving opening 108 and on the inner surface 111 of the side wall 110 forms a channel or a groove or notch.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a head 200 according to the invention for a replaceable head system.
  • the head 200 has a machining area 202 and a connecting area 204.
  • the machining area 202 is used for machining a workpiece and may have, for example, one or more cutting edges which, for example, run helically around the head 200 with a direction and slope indicated by the arrow 206 ,
  • the direction of rotation of the groove 212 may advantageously be equal to the direction of rotation 206 of cutting edges of the processing area; but it is also possible to ⁇ opposite directions of rotation.
  • the machining area of a head for metalworking as such is not the subject of the present invention, and the machining area is indicated only schematically in FIG.
  • the connecting region 204 serves to accommodate the head 200 in a holder along the axis 208, which is about to bring to about the axis 106 of the holder 100 in FIG. 1 in accordance ⁇ mood.
  • the connecting region 204 is conical, ie with a side wall 210 whose outer surface 211 tapers conically along the axis 208, in a direction towards the holder or away from a workpiece to be machined.
  • a groove 212 is cut, which extends in this example over the entire connection portion 204 and to spiral 1.5 times around the head 200 extends.
  • the groove 212 is not a thread, as already results from the distance 214 between two rotations of the groove 212.
  • the distance 214 is different than threads usual a multiple of the groove width 216th
  • FIG. 3 shows a replaceable head system 300 with the holder 100 of FIG. 1, in which the head 200 of FIG. 2 is received is.
  • the connecting portion 204 of the head 200 is received in the receiving opening 108 of the holder 100.
  • the surface 211 of the connecting region 204 and the inner surface 111 of the receiving opening 108 are formed as mating surfaces 302, which attach directly to each other, on the one hand to ensure a self-centering recording of the head 200 in the holder 100, and on the other hand to ensure a frictional connection in operation holding the head 200 in the holder 100
  • the receiving opening 108 in the holder 100 is lower in the axial 106 direction than the connecting region 204 of the head 200, ie the receiving opening 108 in the region of the mating surface 302 or inner surface 111 has an axial depth 122 (see FIG. that speaks 218 of the connecting portion 204 ent ⁇ approximately to the axial depth; However, the receiving opening 108 has a total of a greater axial depth 124.
  • a plan installation of the head 200 on the holder 100 is not provided in the example shown here.
  • the mating surface 302 corresponds to the attachment of the outer surface 210 of the head 200 to the inner surface 111 of the holder 100 in the receiving opening 108.
  • the Oberflä ⁇ surfaces 210 and 111 need not have exactly the same axial Warre- ckung.
  • FIG. 3 shows that the conical connection region 210 extends into the region of the cylindrical side surface 112 in the receiving opening 108. The scored with the tapered fit
  • Frictional engagement is not impaired by the groove 212 in the head 200 after the groove 212 occupies only a small part of the surface of the surface 210 of the connection region 204.
  • a pin 304 is received, which engages in the groove 212 on the head 200.
  • the pin 304 can be inserted into the bore before the head 200 is received. , so that the head 200 is to be introduced with a rotating movement in the receiving opening 108 on the holder.
  • the pin 304 can also be added later.
  • Fig. 4 shows the holder 100 of FIG. 1 in a rotated by 90 °, schematic view, from which the extension of the bore 120 through the side wall 110 can be seen.
  • the bore 120 extends in a straight line between two openings 402, 404 on the outer surface 406 of the receiving region 104. As can be seen from FIGS.
  • the points 402, 404 are selected such that the inner surface 111 or mating surface 302 just tangentially grazing fürsto ⁇ SEN is.
  • the course of the bore 120 has an axial portion, ie the bore 120 is not perpendicular to the axis 106, but is inclined relative to the axis 106 at an angle 408 which is smaller than 90 °.
  • the angle 408 may be, for example, 60 ° or less, and may be, for example, 45 °.
  • Fig. 5 shows an enlarged detail of Fig. 1 with the bore 120, a notch 502 ausbil ⁇ det at the point of piercing the inner surface 111 of the sidewall 110.
  • the bore 120 in this example describes a cylinder, thus the notch 502 has the contour of a partial circle.
  • a radius of the cylindrical bore 120 is designated by 504.
  • the minimum depth 506 of the notch 502 when piercing the surface 111 remains larger than the radius 504, ie the drilling axis 508 remains within the Be ⁇ tenwand 110.
  • the proportion of the diameter of the pin 304, which projects into the receiving opening 108, smaller as the radius of the pin, as long as the pin 304, the bore 120 substantially fills. This contributes to the stabilization of the pin at or allows Vorse ⁇ hen thinner pins.
  • the groove 120 and / or the pin 304 may additionally comprise sections or alternatively other cross-sectional shapes. may have a polygonal, eg hexagonal, cross-section. These or other cross sections may, for example, a stop of the pin in the bore
  • Fig. 6 is a schematic plan view of the holder 100 in the axial direction, i. in the direction of the axis 106 from FIG. 1.
  • the tangential course of the bore 120 can be seen, which just grabs the receiving opening 108.
  • the bore 120 extends in a straight line between the openings 402 and 404 in the outer surface 406 of the side wall 110.
  • the pin 304 may be longer than the bore 120. After insertion into the bore 120, the pin can be shortened so that it is flush with the outer Surface 406 completes.
  • Fig. 7 shows details of the connecting portion 204 of the Kop ⁇ fes 200 of FIG. 2.
  • the angle 702 between a parallels 704 to the surface 211 and the axis 208 describes the cone shape of the region 204.
  • the deviation from the cylindrical shape can be small, ie the angle 702 may be in the range between 1 ° and 10 °, preferably for example. At 4 °.
  • a gradient of the spirally running groove 212 can be described by an angle 706 between, on the one hand, the connecting axis 208 or 106 of holder 100 and head 200 and, on the other hand, a direction of movement 708 of the groove 212.
  • the angle 706 will generally be chosen to be smaller than typical for a thread, ie the groove 212 is steeper than a thread. For example.
  • angle 706 may be 70 ° or less.
  • the angle 706 may have a value of approximately 60 °, as shown in FIG. 7, or may have an even smaller value, such as 45 °.
  • the axial slope of the bore 120, shown in FIG. 4 by the angle 408, may coincide with the slope of the groove 212 shown in FIG. 7 by the angle 706.
  • a groove 212 is provided which extends in a spiral around the entire connection region 204. After the pin engages only at one point in the groove, in other Aus ⁇ exemplary embodiments, only a shorter groove may be provided which extends, for example, only a small, axial and / or radial segment of the connection region. In these or other embodiments, multiple grooves can be provided to facilitate a quick insertion or replacement of the head.
  • the diameter of the bore, pin and groove can generally be small compared to other dimensions of the holder and
  • Head can be selected, for example, axial extent or diameter of receiving or connecting area.
  • a method of manufacturing the pin 304 of the previous figures may include a step of cutting the pin 304 to the desired length.
  • a process for the preparation of the holder 100 use the previous figures may include a step, with which a rod made of solid carbide to the required length ge ⁇ is shortened.
  • the bore 116 and the receiving opening 108 are introduced.
  • the ⁇ ser step is simplified in that a de réellegewin- in the receiving opening 108 can be omitted.
  • the bore 120 is introduced.
  • the pin is inserted into the bore 120 304th
  • the pin 304 is locked in the bore 120, for example by gluing.
  • protruding ends of the pin 304 are cut off.
  • the above steps may also be omitted depending on the requirements of the case.
  • a method of providing the ready-to-use interchangeable head system of FIGS. 1-7 may include a step of inserting the interchangeable head 200 into the receiving opening 108 of the holder 100. If the pin 304 is already inserted, only the head 200 is in the holder 100 until a secure fit is achieved. With reference to the embodiments of Figs. 8-12, an alternative method of delivery is described below in which a (first) head is first inserted and then the pin is brought into engagement with the head through the bore. Both methods are applicable to all embodiments described here.
  • the tool head 200 is removed from the holder 100 by means of a rotating movement, as dictated by the profile of the groove 212 engaged with the pin 304.
  • a new interchangeable head can then be fitted in the holder 100 in a corresponding manner until such a fit is reached, in which the pin 304 engages in the groove 212 of the new head.
  • a ready-to-use replaceable head system can be automated.
  • a change of the tool head 200 can be automated.
  • a section 220 of the tool change head 200 can be designed to grip a suitable external tool.
  • Keyring ⁇ selvid 222 are formed in the section 220, which are formed for the engagement of a wrench. This can attack manually or automatically to release the head 200 in the holder 100, to unscrew, etc.
  • a process for the production of the head 200 of the sawge- Henden figures may include a step, with which a rod made of solid carbide to the required length ge ⁇ is shortened.
  • machining ⁇ processing section 202 is made, for example, by cutting edges are identified. Before or in this step you can if necessary cooling channels are introduced.
  • the groove 212 is introduced into the connection region 204. The above steps may be provided in parallel or in any order sequentially.
  • Fig. 8 shows schematically a holder 800 of another embodiment of a replaceable head system.
  • the holder 800 comprises a shortened clamping region 802 and a receiving region 804.
  • the clamping region 802 is provided for clamping the holder 800 in a chuck of a metalworking machine.
  • the receiving area 804 is provided for receiving and holding a tool head such detail hereinafter be ⁇ written.
  • Holder 800 and replaceable head are joined together along a connection axis 806. This coincides with the respective center axes of holder 800 or tool head.
  • a receiving opening 808 is formed for receiving a conical shape, ie, a side wall 810 forms with an inner surface 811 ent ⁇ long axis 806 conically tapered receiving opening 808.
  • the receiving opening 808 closes a cylinder the shaped inner surface 812 and another
  • cone-shaped inner surface 814 The latter opens into a bore 816 between the receiving aperture 808 and a ⁇ span area 802.
  • a plan stop for example. Mediated by a stop screw to which the tool head touches down, is dispensed at a taper fit.
  • the inner surfaces 811, 812 and 814 are thread-free.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the holder 800 in the axial direction, i. into the receiving opening 808 and the bore 816 so that the inner walls 811 and 814 are visible.
  • the line A-A denotes the
  • the bore 820 is indicated by dashed lines, so that the rectilinear, radial course of the bore 820 he ⁇ recognizable, ie the bore 820 extends in the radial direction relative to the central axis 806 of the holder 800.
  • the bore 820 can, for example, for a pin with a
  • Diameter of about 2.0 mm be designed with an outer diameter of the receiving area 804 of about 18 mm.
  • FIGS. 10, 11 and 12 show in detail an embodiment 1000 of a replaceable head system comprising the holder 800 from FIGS. 8 and 9 and a tool head 1002 which is accommodated in the receiving area 808 of the holder 800 in the drawings.
  • the holder 800 is cut along a cutting plane 1004. cut shown.
  • the head 1002 is only partially Darge ⁇ represents, that is, only with a connecting portion 1006 with an adjoining to an interface 1008 is machining ⁇ tung range omitted.
  • Figures 10, 11 and 12 show this arrangement from different angles, wherein the viewing direction in Fig. 12 falls exactly in the cutting plane 1004.
  • connection area 1006 serves to receive the head 1002 into the holder 800 along the axis 806, so that the axis 806 simultaneously designates the center axes of the head 1002 and holder 800.
  • the connecting portion 1006 is formed at least partially cone-shaped, that is, the Ver ⁇ binding region 1006 has a tapered portion 1009 having a tapered conical side wall 1010.
  • the tapered portion 1009 may be integral with the central axis of Kop ⁇ fes 1002 an angle, for example. About 5 ° is.
  • a surface 1011 of the conical section 1009 of the head 1002 on the one hand, and the inner surface 811 of the receptacle ⁇ opening 808 of the holder on the other hand form mating surfaces 1012, which directly attach to each other when receiving the head 1002 in the holder 800. In this way, a self-centering reception of the head 1002 in the holder 800 can be ensured. Additionally or alternatively, during operation, the head 1002 can be held rotationally free in the holder 800, so that further elements for an additional torsion reception can be dispensed with.
  • the bore 820 in the holder 800 pierces the inner upper ⁇ surface 811 and contoured surface 1012 for attachment of the truncated ⁇ portion 1006.
  • a pin 1014 is received, which is shown in Figures 10, 11 and 12 in longitudinal section.
  • the pin 1014 may be made of the same Material consist as holder 800 and / or tool 1002, for example. From a carbide. After the pin 1014 no
  • This may be made relatively thin and may, for example, have a diameter of about 2.0 mm.
  • the pin 1014 has a head engaging portion 1016 for engaging the tool head 1002.
  • the pin 1014 has a full radius, i.e., a radius of engagement, at the engaging portion 1016. is spherical, hemispherical in the present example.
  • the pin 1014 engages in a groove 1018 which is present on the head 1002.
  • Groove 1018 is configured to receive ball head 1016 of post 1014, as best seen in FIGS. 10 and 11.
  • the groove 1018 is inserted in the conical section 1009 of the connection area 1006. It is also conceivable to provide a groove in a cone portion other than, for example, in a cylindrical region of a tool head, if such a portion or region for the groove has sufficient longitudinal extent (along a longitudinal axis or central axis). In one embodiment, a radial bore could open in a cylindrical inner wall of a receiving area, which may be approximately comparable to the inner surface 812 in FIG. Additionally or alternatively, it is conceivable that the bore for the pin is not in a
  • the groove 1018 may extend partially, completely, or multiple times around the head 1002. It is presently preferred that the groove 1018 a constant pitch ⁇ be subjected to the center axis 806 of the tool 1002 passes the slope may form an angle 1020 to the center axis 806 which is, for example, about 80 °, see FIG. A flat slope in this manner may be advantageous in order to achieve a perfectly centered seat of the tool 1002 in the holder 800, to minimize concentricity errors, etc.
  • the pin 1014 may be inserted into the bore 820 prior to receiving the head 1002 such that the head 1002 is inserted into the receiving opening 808 on the holder 800 with a rotational movement.
  • the pin 1014 can also be inserted later.
  • the pin 1014 may be intended to be soldered in the holder.
  • the pin 1014 may be longer than the bore 820 when inserted. After insertion into the bore 820, the pin 1014 may be shortened to be flush with the outer surface of the holder 800.
  • a method for providing the ready to use interchangeable head system 1000 of Fig. 8 - 12 may take a step environmentally, wherein the interchangeable head is introduced into the Freöff ⁇ voltage 808 of the holder 800 1002nd
  • the pin 1014 is inserted into the bore 820 on the holder , namely until the engagement part 1016 of the pin 1014 is in engagement with the connection part 1006 of the head 1002.
  • the pin 1014 should engage the groove 1018 at the connection portion 1006.
  • the pin 1014 soldered in the bore 820.
  • an outwardly projecting part of the pin 1014 may be cut off.
  • the tool head 1002 is to be exchanged, it is unscrewed from the holder 800, as dictated by the profile of the groove 1018 engaged with the pin 1014. A new interchangeable head can then be fitted in the holder 800 in a corresponding manner until a snug fit is achieved, in which the pin 1014 engages in the groove of the new head.
  • a ready-to-use replaceable head system 1000 can be automated, ie some or all of the steps discussed here and other procedural aspects can be performed by machine.
  • a change of the tool head in 1002 can be automated, he ⁇ follow.
  • a portion 1022 of the tool change head 1002 may be formed for the engagement of a suitable automatic tool zeugs, eg. Of a robot arm, etc.
  • 1022 ⁇ key surfaces 1024 are formed in the portion required for the engagement of a mouth ⁇ keys are formed. This can, for example, the head 1002 from the holder 800 solve.

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Abstract

Ein Wechselkopfsystem (300) wird als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung vorgeschlagen. Das System (300) umfasst mindestens einen Kopf (200), einen Halter (100), sowie einen Stift (304) zur Befestigung des Kopfes (200) am Halter (100) über eine Bohrung. Die Bohrung durchstößt eine Passfläche zwischen Kopf (200) und Halter (100) tangential. Die Bohrung verläuft schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von Halter (100) und Kopf (200).

Description

WechselkopfSystem für die Metallbearbeitung
Die Erfindung betrifft WechselkopfSysteme als Einsatzwerk¬ zeuge für Maschinen zur Metallbearbeitung.
In der Metallbearbeitung kommen für Aufgaben der Zerspanung, der spanlosen Formgebung oder für reibenden Verschleiß eine Vielzahl von Werkzeugsystemen etwa zum Bohren, Fräsen, oder Reiben zum Einsatz. Die Maschinen verfü- gen meist über ein Futter, bspw. ein Spann- oder Schrumpffutter, zur Aufnahme von Einsatzwerkzeugen wie bspw. einem Bohr- oder Fräswerkzeug.
Die Einsatzwerkzeuge bestehen häufig ganz oder teilweise aus Hartmetall, bspw. gesinterten Carbidhartmetallen .
Hartmetallwerkzeuge sind in der Herstellung teuer, haben jedoch eine hohe Standfestigkeit, so dass große Standmen¬ gen bzw. hohe Schnittleistungen bei guter Schneidfreudigkeit erreicht werden können.
Es ist bekannt, Werkzeuge zum Bohren oder Fräsen als Wech¬ selkopfsysteme auszuführen. Ein derartiges System umfasst den eigentlichen Kopf für die z.B. bohrende oder fräsende Bearbeitung, sowie einen Halter oder Schaft zur Aufnahme des Kopfes. Der Halter ist seinerseits zur Aufnahme in das Maschinenfutter vorgesehen. Treten Abnutzungserscheinungen auf, muss nur der verbrauchte Kopf des Einsatzwerkzeuges aus dem Halter entnommen und ein neuer Kopf eingesetzt werden. Dies senkt den Hartmetallverbrauch und somit die Kosten.
Für eine optimierte Standfestigkeit wird neben dem Kopf meist auch der Halter aus Hartmetall gefertigt. Die Ver¬ bindung zwischen Kopf und Halter soll ein schnelles und zuverlässiges Einsetzen des Kopfes in den Halter bzw. Ent¬ fernen des Kopfes aus dem Halter ermöglichen und somit für das Bedienpersonal mit geringem Aufwand und bei kurzen Werkzeugwechselzeiten durchführbar sein. Weiterhin muss der Kopf bei der Bearbeitung zuverlässig gehalten werden, d.h. etwa gegen ein Verdrehen bzw. Durchdrehen im Halter gesichert sein. Bei Verhaken oder Festfressen soll der Kopf nicht aus dem Halter herausgezogen werden.
Es sind verschiedene WechselkopfSysteme bekannt, bei denen Kopf und Halter über Gewinde miteinander verbunden werden; bspw. kann ein Innengewinde am Halter zum Einschrauben des Kopfes vorgesehen sein, oder umgekehrt. Allerdings verur- sacht das Gewindeschneiden in Hartmetall hohe Kosten, so dass diese Systeme teuer in der Herstellung sind.
Aus der US 2011/0193299 AI ist ein System bekannt, bei dem ein Werkzeug einen Einsteckbereich hat und ein Werkzeug- halter einen Aufnahmebereich mit einer Aufnahmeöffnung hat. Das Werkzeug wird mit seinem Einsteckbereich in die Aufnahmeöffnung des Halters aufgenommen. Eine weitere, seitliche Öffnung im Aufnahmebereich verläuft bis zu einer Aussparung in einer seitlichen Innenwand der Aufnahmeöff- nung. Der Einsteckbereich des Werkzeugs verfügt ebenfalls über eine seitliche Aussparung. Im aufgenommenen Zustand wird ein mechanisches Rückhalteelement, bspw. ein Zapfen, durch die seitliche Öffnung im Aufnahmebereich in die zueinander korrespondierenden Aussparungen in den Seitenwan- düngen von Aufnahmeöffnung am Halter und Einsteckbereich des Kopfes eingeführt, so dass der Kopf im Halter gegen axiale Verschiebungen gesichert wird.
Das System ermöglicht keine Selbst-Stabilisierung bei Ver- haken oder Festfressen des Kopfes. Weil der Kopf durch
Einstecken in den Halter und anschließendes Drehen gesichert wird, entfällt außerdem die Sicherung durch den Zap¬ fen wenn der Kopf während der Bearbeitung im Halter gedreht wird.
Die DE 10 2006 028 408 AI beschreibt einen Werkzeughalter mit einer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeug¬ schaftes und einer Auszugssicherung um ein axiales Auswan- dern des Werkzeugs zu sperren. Die Auszugssicherung um- fasst ein Sperrelement und eine dazu korrespondierende und das Sperrelement aufnehmende Sperrnut. Dabei sind sowohl das Sperrelement als auch die Sperrnut kugelkopfartig aus- gebildet. Vorzugsweise weist das Werkzeug die Sperrnut auf. Der Werkzeughalter weist z.B. zwei drehbar gelagerte Kugeln auf. Jede Kugel kann bspw. durch einen Gewindestift in einer Position gehalten werden, bei der sie in den Innenraum der Aufnahmeöffnung ragt. Aufgrund von vorzugswei- se spiralförmig angeordneten Sperrnuten entlang des Zylinderschafts von Rotationswerkzeugen erfolgt eine axiale Sperrung des Werkzeugs.
Die DE 20 2011 109 498 Ul beschreibt einen Werkzeughalter mit einer Aufnahme zum Spannen eines Werkzeugs. Ein Sperr¬ element dient zur Verhinderung eines axialen Auswanderns des Werkzeugs aus dem Werkzeughalter und greift hierzu in ein korrespondierendes Gegenelement am Werkzeug ein. Das Sperrelement ist zur einfachen Herstellbarkeit und leich- ten Montierbarkeit einteilig mit der Aufnahme ausgebildet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Wechselkopf¬ system vorzuschlagen, welches einen Kopfwechsel in kurzer Zeit und mit geringem Aufwand ermöglicht, welches im Ein- satz zuverlässig gehalten wird, und dabei kostengünstig ist, sowie einen entsprechenden Halter, einen entsprechenden Kopf und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen . Die Aufgabe wird für das WechselkopfSystem durch die Merkmale des Anspruchs 1, für den Halter durch die Merkmale des Anspruchs 9, für den Kopf durch die Merkmale des An¬ spruchs 11 und für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein WechselkopfSystem aus Hartmetall vorgeschlagen, welches neben Kopf und Halter auch einen Stift umfasst, der zur Befestigung des Kopfes am Halter über eine Bohrung dient. Die Bohrung durchstößt eine Pass- fläche zwischen Kopf und Halter tangential. Die Bohrung verläuft außerdem schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von Halter und Kopf, d.h. die Bohrachse hat ei¬ nen axialen Anteil bezogen auf die Verbindungsachse zwi¬ schen Halter und Kopf.
Der Stift kann zur Aufnahme in die Bohrung derart vorgese¬ hen sein, dass bei Aufnahme des Kopfes am Halter der Stift in eine Nut eingreift. Der Eingriff kann um weniger als die Hälfte eines Stiftdurchmessers erfolgen, so dass der Stift großenteils vom Halter umfasst und so stabilisiert wird. Der Stift kann aus Hartmetall zu geringen Kosten ge¬ windefrei ausgeführt sein.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Nut am Kopf und die Bohrung am Halter ausgebildet. Die Bohrung kann eine äuße¬ re Oberfläche des Halters einmal durchstoßen, so dass die Bohrung nur eine Öffnung hat, durch die der Stift eingeführt werden kann. Alternativ kann die Bohrung den Halter ganz durchstoßen, so dass der Stift durch zwei Öffnungen eingeführt werden kann.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Bohrung und/oder die Nut bezogen auf die Normale zur Verbindungsachse von Halter und Kopf einen Winkel bilden, der größer ist als für Gewinde typisch. Der Winkel kann zwischen 20° und 60° liegen, bevorzugt zwischen 30° und 45°. Eine Steigung der Nut bspw. am Kopf kann in axialer Richtung größer sein als eine Steigung einer Schneidkante zur Metallbearbeitung am Kopf.
Bei einigen Ausführungsformen verläuft die Nut spiralförmig um den Kopf. Der axiale Abstand der Nut von sich selbst kann nach einer Umdrehung ein Mehrfaches der Nut- breite betragen, bspw. mindestens das Doppelte, bevorzugt das Dreifache oder mehr der Nutbreite. Bei diesen oder an¬ deren Ausführungsformen kann die Nut über ihre ganze Länge 3 mal oder weniger, bevorzugt 1,5 mal oder weniger um den Kopf verlaufen.
Die Nut kann bspw. halbkreisförmig in eine äußere Oberfläche des Kopfes eingeschnitten sein. Der Stift kann einen runden Querschnitt haben. Dabei kann ein Durchmesser der Nut größer als ein Durchmesser des Stiftes sein, so dass der Stift mit Spiel in die Nut eingreift. Dies erleichtert ein Einfügen des Kopfes in den Halter.
Der Halter kann eine gewindefreie Ausnehmung zur Aufnahme des Kopfes aufweisen. Die Passfläche am Halter kann zur formschlüssigen Aufnahme des Kopfes für eine Anlagerung eines sich konisch verjüngenden Kegelabschnitts am Kopf ausgebildet sein. Ausführungsformen erfindungsgemäßer WechselkopfSysteme können aus einem Set bestehen, welches einen Halter und eine Mehrzahl an Köpfen umfasst, die gleich ausgebildet sein können und als Ersatz bei Abnutzung dienen und/oder für unterschiedliche Bearbeitungsaufgabe unterschiedlich ausgebildet sein können. Das Set kann auch mehrere Halter mit z.B. unterschiedlichen Abmessungen umfassen. Das Set kann einen oder mehrere Stifte umfassen.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kopf aus Hartmetall für ein WechselkopfSystem vorgeschlagen. Der Kopf weist in einem Verbindungsbereich zur Verbindung mit einem Halter des WechselkopfSystems einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt auf. Eine Nut im Verbindungsbereich verläuft 3 mal oder weniger, bevorzugt 1,5 mal oder weniger spiral- förmig um den Kopf.
Weiterhin wird ein Halter aus Hartmetall für ein Wechsel¬ kopfsystem vorgeschlagen. Der Halter weist eine Passfläche zur formschlüssigen Aufnahme eines Kopfes des Wechselkopf¬ systems auf. Eine Bohrung durchstößt die Passfläche tan¬ gential. Die Bohrung verläuft schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von Halter und Kopf. Der Halter kann eine gewindefreie Passfläche haben.
Erfindungsgemäß wird schließlich ein Herstellungsverfahren für einen Halter aus Hartmetall vorgeschlagen, bei dem ein Stift in eine Bohrung des Halters eingebracht wird. Die Bohrung durchstößt eine Passfläche tangential, die für ein formschlüssiges Zusammenfügen eines Kopfes des Wechsel¬ kopfsystems mit dem Halter vorgesehen ist. Die Bohrung verläuft schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von Halter und Kopf.
Ausführungsformen des Verfahrens umfassen das Arretieren des Stiftes in der Bohrung und/oder das Abschneiden des Stiftes in der Bohrung. Der Stift kann bereits ab Werk in die Bohrung eingefügt und dort arretiert, bspw. verklebt werden, oder kann erst beim (z.B. erstmaligen) Einsatz des WechselkopfSystems eingefügt werden. Der Stift kann länger als die Bohrung im Halter sein; dies vereinfacht ein Einfügen (ggf. auch ein Entnehmen) des Stiftes. Nach dem Einfügen und ggf. Arretieren kann der Stift abgeschnitten werden, so dass seine Schnittfläche bündig mit einer Au¬ ßenkontur des Halters abschließt.
Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten WechselkopfSystem kann auf ein Gewinde zur Verbindung von Halter und Kopf verzichtet werden, und auch die erfindungsgemäß vorgesehe¬ nen Elemente Stift, Bohrung und Nut können gewindefrei ausgeführt werden. Dies verringert wesentlich die Herstel¬ lungskosten von Halter, Kopf und/oder Stift. Außerdem erleichtern ein gewindefreier Aufnahmebereich am Halter und/oder ein gewindefreier Verbindungsbereich am Kopf die Aufnahme des Kopfes im Halter bzw. das Entnehmen des Kop¬ fes aus dem Halter, d.h. der Kopfwechsel kann schneller und einfacher durchgeführt werden. Spezielles Werkzeug für den KopfWechsel kann überflüssig werden.
Zur Befestigung des Kopfes am Halter muss lediglich der Stift in die Bohrung aufgenommen sein. Der Stift kann vor oder nach der Aufnahme des Kopfes in die Bohrung eingefügt werden. Insbesondere kann der Stift beim KopfWechsel in der Bohrung verbleiben. Ein Halten des Kopfes während der Metallbearbeitung kann etwa derart sichergestellt werden, dass die gegenseitigen Passflächen an Kopf und Halter Kegelform haben, d.h. konisch zulaufen. Diese Form bewirkt eine automatische Zent¬ rierung beim Verbinden ebenso wie bei der Bearbeitung. Bei der Bearbeitung werden außerdem Kopf und Halter automatisch form- und insbesondere kraftschlüssig zusammenge¬ fügt. Ein Halten mittels Plananschlag oder Schrumpfen kann entfallen. An Bohrung, Stift und Nut werden bei diesen Ausführungsformen keine erhöhten Anforderungen an mechani- sehe Stabilität gestellt, da die Kegelform bei Verhaken oder Festfressen eine automatische Selbst-Stabilisierung erlaubt .
Die Bohrung am Halter und die Nut am Kopf haben einen axi- alen Anteil. Auf diese Weise können gewindetypische Eigen¬ schaften und Vorteile genutzt werden, obwohl kein Gewinde vorhanden ist. So kann der Kopf bspw. bei einer spiralförmigen Nut in den Halter mit eingefügtem Stift eingedreht werden und es kann ohne weitere Maßnahmen ein sicherer Halt erzielt werden. Im Betrieb ermöglicht die schräge An¬ ordnung von Bohrung, Stift und/oder Nut, ggf. im Zusammenwirken mit einem etwa vorhandenen Gewinde im Bearbeitungs¬ bereich des Kopfes, einen optimierten Reibschluss zwischen Halter und Kopf, bspw. über eine kegelförmige Passfläche. Gleichzeitig kann ein Herausziehen des Kopfes bei Blocka¬ den oder Festfressen vermieden bzw. verhindert werden, vielmehr kann der Kopf in den Halter hineingedreht werden. Somit kann eine höhere Schneidfreudigkeit bzw. höhere Schnittgeschwindigkeit erzielt werden.
Die Nut am Kopf kann im Vergleich etwa zu einem Gewinde kurz sein. So kann die Nut im Vergleich nur wenige Male um den Kopf herumführen, oder kann nur um einen Teil des Um- fangs herumführen. Es ist auch denkbar, mehrere kurze Nute am Kopf vorzusehen, z.B. zwei, drei oder vier Nute, um eine Aufnahme am Halter mit eingefügtem Stift zu erleich- tern.
Der Stift kommt im Wesentlichen an nur einem Punkt zur Anlage an den Kopf bzw. greift an diesem Punkt in die Nut im Kopf ein. Daher müssen Bohrung bzw. Stift und Nut, anders als bei einem Gewinde, nicht besonders genau aneinander angepasst sein. So können etwa die Steigungen von Bohrung und Nut unterschiedlich sein. Die Vorteile der Erfindung können bspw. auch dann verwirklicht werden, wenn die axialen Winkel von Bohrung und Nut 60° und 45° betragen (oder umgekehrt) . Auch der Durchmesser von Bohrung bzw. Stift und Nut muss nicht exakt aneinander angepasst sein. Die geringen Genauigkeitsanforderungen führen zu günstigen Herstellungskosten . Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin für das Wechsel¬ kopfsystem durch die Merkmale des Anspruchs 13, für den Halter durch die Merkmale des Anspruchs 23, für den Kopf durch die Merkmale des Anspruchs 24 und für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 25 gelöst.
Viele Aspekte der oben skizzierten Ausführungsformen gelten in gleicher Weise oder sinngemäß auch für die nachfol¬ gend skizzierten Ausführungsformen. Auf viele dieser Aspekte wird nachfolgend nicht mehr eingegangen, vielmehr werden vorwiegend Alternativen und/oder Modifikationen dargestellt . Erfindungsgemäß wird ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung vorgeschlagen, welches mindestens einen Halter, einen Kopf, und ei- nen Stift umfasst. Der Kopf weist einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt auf. Der Halter weist eine gewin¬ defreie Ausnehmung zur Aufnahme und Anlagerung des Kegel¬ abschnitts über gemeinsame Passflächen auf. Der Stift dient zur Befestigung des Kopfes am Halter über eine Boh- rung, wobei die Bohrung senkrecht und radial in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse von Halter und Kopf verläuft.
Der Kegelabschnitt kann mit der Mittelachse von Halter und Kopf einen Winkel bilden, der zwischen 2° und 10° liegt, bevorzugt zwischen 3° und 7°, besonders bevorzugt bei 5°.
Die Bohrung kann die Passfläche zur Anlagerung des Kegel¬ abschnitts durchstoßen. Bei anderen Ausführungsformen ist die Bohrung nicht im Bereich der Kegelpassung vorgesehen, sondern bspw. in einem Bereich der Halterung, in der diese korrespondierend zu einem zylindrischen Kopfabschnitt ge¬ bildet ist.
Kopf, Halter und Stift können aus Stahl oder Metall, ins- besondere Hartmetall hergestellt sein. Bei gegenwärtig be¬ vorzugten Ausführungsformen sind genau eine Bohrung und genau ein Stift vorgesehen. Der Stift kann dazu vorgesehen sein, im Halter verlötet zu werden. Der Stift kann einen Durchmesser zwischen 0,5 mm (Millimetern) und 4,0 mm haben, bevorzugt zwischen 1,0 mm und 3,0 mm, besonders bevorzugt bei 2,0 mm. Der Stift kann einen kugelförmig ausgebildeten Eingriffsbereich zum Eingriff in den Werkzeugkopf aufweisen. Der Kopf kann zum Eingriff durch den Stift am Werkzeugkopf eine Nut mit konstanter Steigung ausgebildet sein. Die Stei- gung kann mit der Mittelachse von Halter und Kopf einen Winkel bilden, der zwischen 70° und 85° liegt, bevorzugt zwischen 75° und 83°, besonders bevorzugt bei 80°.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Halter für ein Wechsel- kopfsystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbe¬ arbeitung vorgeschlagen. Der Halter umfasst eine gewindefreie Ausnehmung zur Aufnahme und Anlagerung eines sich konisch verjüngenden Kegelabschnitts eines Kopfes über ge¬ meinsame Passflächen. Der Halter umfasst weiterhin eine Bohrung zur Befestigung des Kopfes am Halter mittels eines Stiftes, wobei die Bohrung senkrecht und radial in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse von Halter und Kopf ver¬ läuft . Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kopf für ein Wechsel¬ kopfsystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbe¬ arbeitung vorgeschlagen. Der Kopf umfasst einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt zur Aufnahme in und An¬ lagerung über gemeinsame Passflächen an eine gewindefreie Ausnehmung eines Halters. Der Kopf umfasst weiterhin eine Nut mit konstanter Steigung zum radialen Eingriff durch einen Stift zur Befestigung des Kopfes am Halter. Die Steigung bildet mit einer gemeinsamen Mittelachse von Halter und Kopf einen Winkel, der zwischen 70° und 85° liegt, bevorzugt zwischen 75° und 83°, besonders bevorzugt bei 80° .
Erfindungsgemäß wird schließlich ein Herstellungsverfahren für einen Halter für ein WechselkopfSystem als Einsatz- Werkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst das Einbringen eines Stiftes in eine Bohrung am Halter. Diese mündet in eine gewindefreie Ausnehmung des Halters. Die Ausnehmung ist zur Aufnahme und Anlagerung eines sich konisch verjüngenden Kegelabschnitts eines Kopfes über gemeinsame Passflächen ausge¬ bildet. Die Bohrung verläuft senkrecht und radial in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse von Halter und Kopf. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verlöten des Stiftes in der Bohrung und/oder das Abschneiden des Stiftes in der Bohrung .
Viele der weiter oben schon diskutierten Vorteile gelten in gleicher Weise oder sinngemäß auch für die zuletzt skizzierten Ausführungsformen. Zusätzliche oder andere Vorteile werden nachfolgend diskutiert.
Es sind WechselkopfSysteme wie die eingangs beschriebenen bekannt, bei denen ein Werkzeug bspw. in einem Schrumpf- futter gehalten wird. Ein Verdrehen des Werkzeuges wird durch die Spannung im Schrumpffutter verhindert; sollen zusätzliche Drehmomente bzw. Torsionsmomente aufnehmbar sein, dann kann bspw. eine zusätzliche Verstiftung vorgesehen werden. In diesem Fall ist eine Mehrzahl an Stiften vorgesehen; auch sind zweckmäßigerweise Stifte mit einem großen Durchmesser vorzusehen, um maßgebliche Drehmomente aufnehmen zu können.
Im Gegensatz hierzu wird bei vorliegenden WechselkopfSys¬ temen, bspw. solchen aus Vollhartmetall, ein Werkzeug mit tels einer Kegelpassung gehalten. Die Spannung des Werkzeugs findet überwiegend über den Kegel statt, d.h. der Stift dient überwiegend zum Einspannen bzw. Lösen des Werkzeugkopfes. Nachdem die Verstiftung nicht zur Aufname von Torsionsmomenten ausgelegt werden muss, wird bei vie¬ len Ausführungsbeispielen nur ein Stift benötigt, und nur eine Bohrung. Es können aber auch mehrere Stifte vorhanden sein. Der Stift kann auch vergleichsweise klein sein und bspw. nur einen Durchmesser von 2,0 mm haben. Die Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Aspekte führt zu einer vergleichsweise kostengünstigen Lösung im Vergleich zu den bekannten Systemen. Radialbohrungen sind vergleichsweise einfach herzustellen und kostengünstig in der Fertigung. Zusätzlich oder alternativ können eine Radialbohrung und ein Radialstift vorteilhaft sein, wenn es besonders darauf ankommt, einen Rundlauf des Werkzeugkopfes sicherzustellen.
Ist am Werkzeugkopf eine Nut ausgebildet, gelten für des¬ sen axiale Anteile die weiter oben bereits geschilderten Vorteile. Jedoch kann es vorteilhaft sein, die Nut mit ei¬ ner flachen Steigung auszuführen, d.h. bspw. mit einem Winkel von 80° bezogen auf die Mittelachse, um etwa Rund¬ laufprobleme zu minimieren.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachfol¬ gend anhand der beigefügten Figuren der Zeichnungen einge- hender beispielhaft beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halters; Fig. 2 in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselkopfes;
Fig. 3 in Form einer teilweisen Schnittansicht ein
WechselkopfSystem mit dem Halter aus Fig. 1 und dem Kopf aus Fig. 2; in schematischer Form den Halter aus Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Ansicht mit Stift; einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 mit Bohrung und Stift; eine Querschnittsansicht des Halters der Fig. 1 mit Bohrung; in schematischer Form den Aufnahmeteil des Wechselkopfes aus Fig. 2 mit weiteren Details; einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausfüh¬ rungsbeispiel eines Halters; eine schematische Draufsicht auf den Halter der Fig. 8; eine perspektivische Ansicht auf einen Längs¬ schnitt des Halters der Fig. 1 mit eingesetztem Werkzeugkopf in teilweiser Darstellung; eine weitere perspektivische Ansicht auf das WechselkopfSystem der Fig. 10; und eine Seitenansicht auf das WechselkopfSystem der Fig. 10 und 11. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen Halters 100 für ein WechselkopfSystem schematisch dargestellt. Der Halter 100 ist zumindest in einen Ein¬ spannbereich 102 und einen Aufnahmebereich 104 gegliedert. Der Einspannbereich 102 ist zum Einspannen des Halters 100 in ein Futter einer Metallbearbeitungsmaschine vorgesehen. Der Aufnahmebereich 104 ist zur Aufnahme eines Kopfes vorgesehen. Halter 100 und Wechselkopf werden entlang einer Verbindungsachse 106 zusammengefügt. Der Einspannbereich 102 kann gemäß einer bekannten Normierungsvorschrift ausgebildet sein, bspw. als Hohlschaftke¬ gel (HSK) gemäß einschlägiger, dem Fachmann vertrauter Norm-Verbindungen. Dieser Aspekt ist als solcher nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird daher nachfolgend nicht weiter diskutiert.
Im Aufnahmebereich 104 ist eine Aufnahmeöffnung 108 zur Aufnahme einer Kegelform ausgebildet, d.h. eine Seitenwand 110 bildet mit einer inneren Oberfläche 111 die sich ent¬ lang der Achse 106 konusförmig verjüngende Aufnahmeöffnung 108, wobei die Verjüngung in einer Richtung weg vom Kopf bzw. einem zu bearbeitendem Werkstück erfolgt. In dieser Richtung schließen sich in der Aufnahmeöffnung 108 eine zylinderförmige innere Oberfläche 112 und eine weitere konusförmige innere Oberfläche 114 an. Letztere mündet in eine Bohrung 116, die zwischen Aufnahmeöffnung 108 und Einspannbereich 102 verläuft und sich zu einem hinteren Ende 118 des Halters 100 öffnet, bspw. um ein Kühlmedium an den Kopf heranzuführen oder den Zugriff eines Werkzeugs zum Einsetzen und/oder Entfernen eines Kopfes zu ermöglichen . Die inneren Oberflächen 111, 112 und 114 sind gewindefrei ausgeführt. Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Wechselkopfsystemen ist bei dem hier beschriebenen System ein Gewinde nicht erforderlich, um einen Kopf in der Aufnahmeöffnung 108 sicher aufzunehmen und zu haltern. Das Zusam- menwirken von Kopf und Halter wird weiter unten ausführlich beschrieben.
Im Aufnahmebereich 104 des Halters 100 befindet sich eine zylinderförmig ausgeführte Bohrung 120, welche die innere Oberfläche 111 der Seitenwand 110 tangential und streifend durchstößt, so dass sich die Bohrung 120 in das Innere der Aufnahmeöffnung 108 öffnet und an der inneren Oberfläche 111 der Seitenwand 110 einen Kanal bzw. eine Furche oder Kerbe bildet.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä- ßen Kopfes 200 für ein WechselkopfSystem. Der Kopf 200 hat einen Bearbeitungsbereich 202 und einen Verbindungsbereich 204. Der Bearbeitungsbereich 202 dient zur Bearbeitung eines Werkstücks und kann hierzu etwa über eine oder mehrere Schneidkanten verfügen, die bspw. spiralförmig mit einer durch den Pfeil 206 angedeuteten Richtung und Steigung um den Kopf 200 verlaufen. Die Drehrichtung der Nut 212 kann vorteilhaft gleich zur Drehrichtung 206 von Schneidkanten des Bearbeitungsbereiches sein; es sind aber auch gegen¬ läufige Drehrichtungen möglich. Der Bearbeitungsbereich eines Kopfes zur Metallbearbeitung ist jedoch als solches nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und der Bearbeitungsbereich ist in Fig. 2 lediglich schematisch angedeutet . Der Verbindungsbereich 204 dient zur Aufnahme des Kopfes 200 in einen Halter entlang der Achse 208, die dazu etwa mit der Achse 106 des Halters 100 in Fig. 1 in Überein¬ stimmung zu bringen ist. Der Verbindungsbereich 204 ist kegelförmig ausgebildet, d.h. mit einer Seitenwand 210, deren äußere Oberfläche 211 sich entlang der Achse 208 konusförmig verjüngt, und zwar in einer Richtung zum Halter bzw. von einem zu bearbeitendem Werkstück weg.
In die Seitenwand 210 ist eine Nut 212 eingeschnitten, die sich in diesem Beispiel über den gesamten Verbindungsbereich 204 erstreckt und dazu spiralförmig 1,5 mal um den Kopf 200 verläuft. Die Nut 212 stellt kein Gewinde dar, wie sich schon aus dem Abstand 214 zwischen zwei Drehungen der Nut 212 ergibt. Der Abstand 214 beträgt anders als bei Gewinden üblich ein Mehrfaches der Nutbreite 216.
Fig. 3 zeigt ein WechselkopfSystem 300 mit dem Halter 100 aus Fig. 1, in den der Kopf 200 aus Fig. 2 aufgenommen ist. Konkret ist der Verbindungsbereich 204 des Kopfes 200 in die Aufnahmeöffnung 108 des Halters 100 aufgenommen. Hierbei sind die Oberfläche 211 des Verbindungsbereiches 204 sowie die innere Oberfläche 111 der Aufnahmeöffnung 108 als Passflächen 302 ausgebildet, die sich unmittelbar aneinander anlagern, um einerseits eine selbstzentrierende Aufnahme des Kopfes 200 im Halter 100 zu gewährleisten, und andererseits im Betrieb eine reibschlüssige Verbindung zu gewährleisten, die den Kopf 200 im Halter 100
verdrehfrei hält.
Für einen optimierten Halt ist die Aufnahmeöffnung 108 im Halter 100 in axialer 106 Richtung tiefer als der Verbindungsbereich 204 des Kopfes 200, d.h. die Aufnahmeöffnung 108 im Bereich der Passfläche 302 bzw. inneren Oberfläche 111 hat eine axiale Tiefe 122 (vgl. Fig. 1), die in etwa der axialen Tiefe 218 des Verbindungsbereiches 204 ent¬ spricht; jedoch hat die Aufnahmeöffnung 108 insgesamt eine größere axiale Tiefe 124. Eine Plananlage des Kopfes 200 am Halter 100 ist in dem hier gezeigten Beispiel nicht vorgesehen .
Die Passfläche 302 entspricht der Anlagerung der äußeren Oberfläche 210 des Kopfes 200 an die innere Oberfläche 111 des Halters 100 in der Aufnahmeöffnung 108. Die Oberflä¬ chen 210 und 111 müssen keine exakt gleiche axiale Erstre- ckung haben. In Fig. 3 ist gezeigt, dass der kegelförmige Verbindungsbereich 210 sich in den Bereich der zylindrischen Seitenfläche 112 in der Aufnahmeöffnung 108 hinein erstreckt. Der mit der kegelförmigen Passung erzielte
Reibschluss wird durch die Nut 212 im Kopf 200 nicht be¬ einträchtigt, nachdem die Nut 212 nur einen geringen Teil der Oberfläche der Oberfläche 210 des Verbindungsbereiches 204 einnimmt.
In die Bohrung 120 ist ein Stift 304 aufgenommen, der in die Nut 212 am Kopf 200 eingreift. Der Stift 304 kann vor der Aufnahme des Kopfes 200 in die Bohrung eingefügt wer- den, so dass der Kopf 200 mit einer drehenden Bewegung in die Aufnahmeöffnung 108 am Halter einzubringen ist. Der Stift 304 kann auch nachträglich eingefügt werden. Fig. 4 zeigt den Halter 100 aus Fig. 1 in einer um 90° gedrehten, schematischen Ansicht, aus der die Erstreckung der Bohrung 120 durch die Seitenwand 110 erkennbar ist. Die Bohrung 120 verläuft geradlinig zwischen zwei Öffnungen 402, 404 an der äußeren Oberfläche 406 des Aufnahmebe- reichs 104. Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, sind die Punkte 402, 404 so gewählt, dass die innere Oberfläche 111 bzw. Passfläche 302 gerade tangential streifend durchsto¬ ßen wird. Weiterhin hat der Verlauf der Bohrung 120 einen axialen Anteil, d.h. die Bohrung 120 verläuft nicht senk- recht zur Achse 106, sondern ist gegenüber der Achse 106 in einem Winkel 408 geneigt, der kleiner als 90° ist. Der Winkel 408 kann bspw. 60°oder weniger betragen, und kann z.B. 45° betragen. Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 mit der Bohrung 120, die am Punkt des Durchstoßens der inneren Oberfläche 111 der Seitenwand 110 eine Kerbe 502 ausbil¬ det. Die Bohrung 120 beschreibt in diesem Beispiel einen Zylinder, somit hat die Kerbe 502 die Kontur eines Teil- kreises. Ein Radius der zylinderförmigen Bohrung 120 ist mit 504 bezeichnet. Die minimale Tiefe 506 der Kerbe 502 beim Durchstoßen der Fläche 111 bleibt größer als der Radius 504, d.h. die Bohrachse 508 bleibt innerhalb der Sei¬ tenwand 110. Somit ist auch der Anteil des Durchmessers des Stiftes 304, der in die Aufnahmeöffnung 108 einkragt, kleiner als der Radius des Stiftes, solange der Stift 304 die Bohrung 120 im wesentlich ausfüllt. Dies trägt zur Stabilisierung des Stiftes bei bzw. ermöglicht das Vorse¬ hen dünnerer Stifte.
In anderen Ausführungsbeispielen kann die Nut 120 und/oder der Stift 304 statt einer zylinderförmigen Kontur zusätzlich abschnittsweise oder alternativ andere Querschnitts- formen haben und kann etwa einen polygonalen, z.B. hexago- nalen Querschnitt haben. Diese oder andere Querschnitte können bspw. einen Halt des Stiftes in der Bohrung
und/oder eine mechanische Stabilität des Stiftes verbes- sern.
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf den Halter 100 in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Achse 106 aus Fig. 1. Hier ist wieder der tangentiale Verlauf der Boh- rung 120 erkennbar, welche die Aufnahmeöffnung 108 gerade streift. Die Bohrung 120 verläuft geradlinig zwischen den Öffnungen 402 und 404 in der äußeren Oberfläche 406 der Seitenwand 110. Der Stift 304 kann länger sein als die Bohrung 120. Nach Einführung in die Bohrung 120 kann der Stift gekürzt werden, so dass er bündig mit der äußeren Oberfläche 406 abschließt.
Fig. 7 zeigt Details des Verbindungsbereichs 204 des Kop¬ fes 200 aus Fig. 2. Der Winkel 702 zwischen einer Paralle- len 704 zur Oberfläche 211 und der Achse 208 beschreibt die Kegelform des Bereiches 204. Die Abweichung von der Zylinderform kann gering sein, d.h. der Winkel 702 kann im Bereich zwischen 1° und 10°, bevorzugt bspw. bei 4° liegen .
Eine Steigung der spiralförmig verlaufenden Nut 212 kann durch einen Winkel 706 zwischen einerseits der Verbindungsachse 208 bzw. 106 von Halter 100 und Kopf 200 und andererseits einer Verlaufsrichtung 708 der Nut 212 be- schrieben werden. Der Winkel 706 wird im allgemeinen kleiner gewählt werden als für ein Gewinde typisch, d.h. die Nut 212 verläuft steiler als ein Gewinde. Bspw. kann der Winkel 706 einen Wert von 70° oder weniger haben. Der Winkel 706 kann etwa einen Wert von 60° haben, wie in Fig. 7 dargestellt, oder kann einen noch kleineren Wert haben, wie etwa 45°. Die axiale Steigung der Bohrung 120, in Fig. 4 anhand des Winkels 408 gezeigt, kann mit der Steigung der Nut 212, in Fig. 7 anhand des Winkels 706 gezeigt, zusammenfallen. Ein Eingreifen des Stiftes 304 in die Nut 212 erfolgt aller- dings nur an einem Punkt, d.h. dort wo die Bohrung 120 die innere Seitenwand 110 durchstößt. Abmessungen von Bohrung und Stift einerseits und Nut andererseits müssen daher nicht sehr genau übereinstimmen; insbesondere bestehen geringere Anforderungen als bei einem über seine gesamte Länge ineinandergreifenden Gewinde. Abweichungen können etwa bei den Steigungen 408 und 706 toleriert werden, die um 15° oder mehr voneinander abweichen können, oder auch bei den Durchmessern von Bohrung bzw. Stift und Nut: Der Stift kann z.B. einen kleineren Radius als die Nut haben, so dass der Stift mit etwas Spiel in die Nut eingreift.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Nut 212 vorgesehen, die spiralförmig um den gesamten Verbindungsbereich 204 herum verläuft. Nachdem der Stift nur an einer Stelle in die Nut eingreift, kann bei anderen Aus¬ führungsbeispielen nur eine kürzere Nut vorgesehen sein, die sich bspw. nur über ein kleines, axiales und/oder radiales Segment des Verbindungsbereiches erstreckt. Bei diesen oder anderen Ausführungsbeispielen können auch meh- rere Nute vorgesehen sein, um ein schnelles Einsetzen bzw. Wechseln des Kopfes zu erleichten.
Auch ist es prinzipiell denkbar, mehrere Bohrungen am Hal¬ ter und dementsprechend mehrere Stifte vorzusehen. Bei- spielsweise können zwei einander in einer Aufnahmeöffnung gegenüberliegende Stifte vorgesehen sein, die in zwei ent¬ sprechende Nute am Kopf eingreifen.
Der Durchmesser von Bohrung, Stift und Nut kann generell klein im Vergleich zu anderen Abmessungen von Halter und
Kopf gewählt werden, bspw. axialer Erstreckung oder Durchmesser von Aufnahme- oder Verbindungsbereich. Beispielsweise kann ein Durchmesser von Bohrung, Stift, und Nut im Bereich von wenigen Millimetern liegen, etwa im Bereich von 1 bis 2 Millimetern, während der Durchmesser der Aufnahmeöffnung zwischen 10 und 20 Millimetern liegen kann und die Seitenwände, die die Aufnahmeöffnung ausbilden, eine Dicke von mehreren Millimetern, bspw. 5 Millimetern haben können. Bohrung, Stift und Nut haben somit keine Auswirkungen auf die mechanische Stabilität von Halter und Kopf bzw. Einsatzwerkzeug. Ein Verfahren zur Herstellung des Stiftes 304 der vorhergehenden Figuren kann einen Schritt umfassen, bei dem der Stift 304 in der gewünschten Länge zugeschnitten wird.
Ein Verfahren zur Herstellung des Halters 100 der vorher- gehenden Figuren kann einen Schritt umfassen, mit dem eine Stange aus Vollhartmetall auf die erforderliche Länge ge¬ kürzt wird. In einem weiteren Schritt werden bspw. die Bohrung 116 und die Aufnahmeöffnung 108 eingebracht. Die¬ ser Schritt wird dadurch vereinfacht, dass ein Innengewin- de in der Aufnahmeöffnung 108 entfallen kann. In einem weiteren Schritt wird die Bohrung 120 eingebracht.
In einem Schritt, der ab Werk bei der Herstellung des Halters 100 oder vor Ort beim (z.B. erstmaligen) Einsatz des Halters 100 in einer Metallbearbeitungsmaschine durchge¬ führt werden kann, wird der Stift 304 in die Bohrung 120 eingefügt. In einem weiteren Schritt wird der Stift 304 in der Bohrung 120 arretiert, bspw. durch Verkleben. In einem weiteren Schritt werden überstehende Enden des Stiftes 304 abgeschnitten. Die vorstehenden Schritte können je nach den Anforderungen des Einzelfalls auch weggelassen werden.
Ein Verfahren zur Bereitstellung des einsatzbereiten Wechselkopfsystems der Fig. 1 - 7 kann einen Schritt umfassen, bei dem der Wechselkopf 200 in die Aufnahmeöffnung 108 des Halters 100 eingebracht wird. Ist der Stift 304 bereits eingebracht, ist lediglich der Kopf 200 in die Halterung 100 einzudrehen, bis ein sicherer Passsitz erreicht ist. Mit Bezug auf das Ausführungsbeispiele der Fig. 8 - 12 ist weiter unten ein alternatives Bereitstellungsverfahren beschrieben, bei dem zunächst ein (erster) Kopf eingesetzt und dann der Stift durch die Bohrung hindurch in Eingriff mit dem Kopf gebracht wird. Beide Verfahren sind für alle hier geschilderten Ausführungsbeispiele anwendbar.
Soll der Werkzeugkopf 200 gewechselt werden, wird dieser aus der Halterung 100 mittels einer drehenden Bewegung entfernt, wie sie durch den Verlauf der im Eingriff mit dem Stift 304 stehenden Nut 212 vorgegeben ist. Ein neuer Wechselkopf kann dann in entsprechender Weise in die Halterung 100 eingepasst werden, bis ein derartiger Passsitz erreicht ist, bei dem der Stift 304 in die Nut 212 des neuen Kopfes eingreift.
Das Bereitstellen eines einsatzbereiten WechselkopfSystems kann automatisiert erfolgen. Insbesondere kann ein Wechsel des Werkzeugkopfes 200 automatisiert erfolgen. Hierzu kann ein Abschnitt 220 des Werkzeugwechselkopfes 200 zum An¬ griff eines geeigneten externen Werkzeugs ausgebildet sein. Im Beispiel der Fig. 3 sind im Abschnitt 220 Schlüs¬ selflächen 222 ausgebildet, die für den Angriff eines Maulschlüssels ausgebildet sind. Dieser kann manuell oder automatisiert angreifen, um den Kopf 200 im Halter 100 zu lösen, herauszudrehen, etc.
Ein Verfahren zur Herstellung des Kopfes 200 der vorherge- henden Figuren kann einen Schritt umfassen, mit dem eine Stange aus Vollhartmetall auf die erforderliche Länge ge¬ kürzt wird. In einem weiteren Schritt wird der Bearbei¬ tungsbereich 202 hergestellt, bspw. indem Schneidkanten herausgearbeitet werden. Vor oder in diesem Schritt können ggf. Kühlkanäle eingebracht werden. In einem weiteren Schritt wird die Nut 212 in den Verbindungsbereich 204 eingebracht. Die vorstehenden Schritte können parallel oder in beliebiger Reihenfolge sequentiell vorgesehen wer- den .
Zur Herstellung von Stift, Halter und Kopf können etwa Diamantwerkzeuge zum Einsatz kommen. Fig. 8 zeigt schematisch einen Halter 800 eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein WechselkopfSystem.
Viele Aspekte der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen in gleicher Weise oder sinngemäß auch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Auf viele dieser Aspekte wird nachfolgend nicht erneut einge¬ gangen, vielmehr werden vorwiegend Alternativen und/oder Modifikationen dargestellt. Der Halter 800 umfasst einen verkürzt dargestellten Einspannbereich 802 und einen Aufnahmebereich 804. Der Einspannbereich 802 ist zum Einspannen des Halters 800 in ein Futter einer Metallbearbeitungsmaschine vorgesehen. Der Aufnahmebereich 804 ist zur Aufnahme und Halterung eines Werkzeugkopfes vorgesehen wie nachfolgend genauer be¬ schrieben. Halter 800 und Wechselkopf werden entlang einer Verbindungsachse 806 zusammengefügt. Diese fällt mit den jeweiligen Mittelachsen von Halter 800 bzw. Werkzeugkopf zusammen .
Im Aufnahmebereich 804 ist eine Aufnahmeöffnung 808 zur Aufnahme einer Kegelform ausgebildet, d.h. eine Seitenwand 810 bildet mit einer inneren Oberfläche 811 die sich ent¬ lang der Achse 806 konusförmig verjüngende Aufnahmeöffnung 808. An die Aufnahmeöffnung 808 schließt sich eine zylin- derförmige innere Oberfläche 812 und eine weitere
konusförmige innere Oberfläche 814 an. Letztere mündet in eine Bohrung 816 zwischen Aufnahmeöffnung 808 und Ein¬ spannbereich 802. Ein Plananschlag, bspw. vermittelt durch eine Anschlagschraube, auf den der Werkzeugkopf aufsetzt, ist bei einer Kegelpassung entbehrlich. Die inneren Oberflächen 811, 812 und 814 sind gewindefrei ausgeführt.
Eine zylinderförmig ausgeführte Bohrung 820 durchstößt die Seitenwand 810 des Aufnahmebereiches 804, d.h. die Bohrung 820 verläuft von der Außenseite der Seitenwand 810 und öffnet sich in das Innere der Aufnahmeöffnung 808. Die Bohrung 820 verläuft senkrecht zur Mittelachse 806. Fig. 9 ist eine schematische Draufsicht auf den Halter 800 in axialer Richtung, d.h. in die Aufnahmeöffnung 808 und die Bohrung 816 hinein, so dass die inneren Wandungen 811 und 814 sichtbar sind. Die Linie A-A bezeichnet den
Schnitt durch den Halter 800 wie in Fig. 8 gezeigt. Die Bohrung 820 ist mit gestrichelten Linien angedeutet, so dass der geradlinige, radiale Verlauf der Bohrung 820 er¬ kennbar ist, d.h. die Bohrung 820 verläuft in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse 806 des Halters 800. Die Bohrung 820 kann bspw. für einen Stift mit einem
Durchmesser von etwa 2,0 mm ausgelegt sein bei einem Außendurchmesser des Aufnahmebereiches 804 von etwa 18 mm.
Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen ausschnittsweise ein Ausfüh- rungsbeispiel 1000 eines WechselkopfSystems umfassend den Halter 800 aus den Fig. 8 und 9 sowie einen Werkzeugkopf 1002, der in den Zeichnungen in den Aufnahmebereich 808 des Halters 800 aufgenommen ist. Zur Verdeutlichung ist der Halter 800 entlang einer Schnittebene 1004 aufge- schnitten gezeigt. Der Kopf 1002 ist nur teilweise darge¬ stellt, d.h. nur mit einem Verbindungsbereich 1006, wobei ein sich an eine Grenzfläche 1008 anschließender Bearbei¬ tungsbereich weggelassen ist. Die Figuren 10, 11 und 12 zeigen diese Anordnung aus verschiedenen Blickwinkeln, wobei die Blickrichtung in der Fig. 12 genau in die Schnittebene 1004 fällt.
Der Verbindungsbereich 1006 dient zur Aufnahme des Kopfes 1002 in den Halter 800 entlang der Achse 806, so dass die Achse 806 gleichzeitig die Mittelachsen von Kopf 1002 und Halter 800 bezeichnet. Der Verbindungsbereich 1006 ist zumindest teilweise kegelförmig ausgebildet, d.h. der Ver¬ bindungsbereich 1006 verfügt über einen Kegelabschnitt 1009 mit einer sich konisch verjüngenden Seitenwand 1010. Der Kegelabschnitt 1009 kann mit der Mittelachse des Kop¬ fes 1002 einen Winkel bilden, der bspw. etwa 5° beträgt.
Eine Oberfläche 1011 des Kegelabschnitts 1009 von Kopf 1002 einerseits, und die innere Oberfläche 811 der Aufnah¬ meöffnung 808 des Halters andererseits bilden Passflächen 1012 aus, die sich bei Aufnahme des Kopfes 1002 in die Halterung 800 unmittelbar aneinander anlagern. Auf diese Weise kann eine selbstzentrierende Aufnahme des Kopfes 1002 im Halter 800 gewährleistet werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Betrieb der Kopf 1002 im Halter 800 verdrehfrei gehalten werden, so dass weitere Elemente für eine zusätzliche Torsionsaufnahme entfallen können. Die Bohrung 820 im Halter 800 durchstößt die innere Ober¬ fläche 811 bzw. Passfläche 1012 zur Anlagerung des Kegel¬ abschnitts 1006. In die Bohrung 820 ist ein Stift 1014 aufgenommen, der in den Figuren 10, 11 und 12 im Längsschnitt dargestellt ist. Der Stift 1014 kann aus demselben Material bestehen wie Halter 800 und/oder Werkzeug 1002, bspw. aus einem Hartmetall. Nachdem der Stift 1014 kein
Torsionsmoment aufnehmen muss, kann dieser vergleichsweise dünn ausgeführt sein und kann bspw. einen Durchmesser von etwa 2,0 mm haben.
Der Stift 1014 verfügt über einen Kopf-Eingriffsbereich 1016 zum Eingriff in den Werkzeugkopf 1002. Der Stift 1014 hat am Eingriffsbereich 1016 einen Vollradius, d.h. ist kugelförmig, im vorliegenden Beispiel halbkugelförmig ausgebildet .
Im einsatzbereiten Zustand des WechselkopfSystems 1000 greift der Stift 1014 in eine Nut 1018 ein, die am Kopf 1002 vorliegt. Die Nut 1018 ist zur Aufnahme von Kugelkopf 1016 des Stiftes 1014 ausgebildet, wie am besten aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich.
Im vorliegenden Beispiel ist die Nut 1018 im Kegelab- schnitt 1009 des Verbindungsbereiches 1006 eingebracht. Es ist auch denkbar, eine Nut in einem anderen als einem Kegelabschnitt vorzusehen, bspw. in einem zylindrischen Bereich eines Werkzeugkopfes, sofern ein derartiger Abschnitt oder Bereich für die Nut genügend Längserstreckung (entlang einer Längsachse bzw. Mittelachse) bietet. Bei einem Ausführungsbeispiel könnte eine radiale Bohrung in einer zylindrischen Innenwandung eines Aufnahmebereichs münden, die etwa vergleichbar der inneren Oberfläche 812 in Fig. 8 sein kann. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die Bohrung für den Stift nicht in einer
Passfläche mündet, sondern dass der Stift bei eingesetztem Kopf einen Abstand zwischen Halter und Kopf überwindet. Die Nut 1018 kann sich teilweise, ganz, oder mehrfach um den Kopf 1002 herum erstrecken. Gegenwärtig ist es bevorzugt, dass die Nut 1018 mit einer konstanten Steigung be¬ zogen auf die Mittelachse 806 des Werkzeugs 1002 verläuft Die Steigung kann mit der Mittelachse 806 einen Winkel 1020 bilden, der bspw. etwa 80° beträgt, vgl. Fig. 12. Ei ne flache Steigung in dieser Art kann vorteilhaft sein um einen einwandfrei zentrierten Sitz des Werkzeugs 1002 im Halter 800 zu erreichen, Rundlauffehler zu minimieren, etc .
Der Stift 1014 kann vor der Aufnahme des Kopfes 1002 in die Bohrung 820 eingefügt werden, so dass der Kopf 1002 mit einer drehenden Bewegung in die Aufnahmeöffnung 808 am Halter 800 einzubringen ist. Der Stift 1014 kann auch nachträglich eingefügt werden. Der Stift 1014 kann dazu vorgesehen sein, im Halter verlötet zu werden. Der Stift 1014 kann beim Einsetzen länger sein als die Bohrung 820. Nach Einführung in die Bohrung 820 kann der Stift 1014 ge- kürzt werden, so dass er bündig mit der äußeren Oberfläche des Halters 800 abschließt.
Ein Verfahren zur Bereitstellung des einsatzbereiten Wechselkopfsystems 1000 der Fig. 8 - 12 kann einen Schritt um- fassen, bei dem der Wechselkopf 1002 in die Aufnahmeöff¬ nung 808 des Halters 800 eingebracht wird. In einem weite¬ ren Schritt wird der Stift 1014 in die Bohrung 820 am Hal¬ ter eingebracht, und zwar so weit, bis der Eingriffsteil 1016 des Stiftes 1014 in Eingriff mit dem Verbindungsteil 1006 von Kopf 1002 steht. Konkret sollte der Stift 1014 in die Nut 1018 am Verbindungsbereich 1006 eingreifen. Um dies zu erreichen, ist ggf. der Werkzeugkopf 1002 ver¬ suchsweise zu rotieren, ggf. mit unterschiedlichen Drehrichtungen. In einem weiteren Schritt kann dann der Stift 1014 in der Bohrung 820 verlötet werden. Optional kann ein nach außen überstehender Teil des Stiftes 1014 abgeschnitten werden. Soll der Werkzeugkopf 1002 gewechselt werden, wird dieser aus der Halterung 800 herausgedreht, wie dies durch den Verlauf der im Eingriff mit dem Stift 1014 stehenden Nut 1018 vorgegeben ist. Ein neuer Wechselkopf kann dann in entsprechender Weise in die Halterung 800 eingepasst wer- den, bis ein Passsitz erreicht ist, bei dem der Stift 1014 in die Nut des neuen Kopfes eingreift.
Das Bereitstellen eines einsatzbereiten WechselkopfSystems 1000 kann automatisiert erfolgen, d.h. einige oder alle der hier diskutierten Schritte und sonstigen Verfahrensaspekte können maschinell durchgeführt werden. Insbesondere kann ein Wechsel des Werkzeugkopfes 1002 automatisiert er¬ folgen. Ein Abschnitt 1022 des Werkzeugwechselkopfes 1002 kann für den Angriff eines geeigneten automatischen Werk- zeugs ausgebildet sein, bspw. eines Roboterarms, etc. Im Beispiel der Fig. 10-12 sind im Abschnitt 1022 Schlüssel¬ flächen 1024 ausgebildet, die für den Angriff eines Maul¬ schlüssels ausgebildet sind. Dieser kann bspw. den Kopf 1002 aus dem Halter 800 lösen.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte be¬ schränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängen¬ den Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Ab- Wandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Insbesondere sind dem Fachmann bestimmte Kombina¬ tionen von vorstehend separat beschriebenen Merkmalen als zweckmäßig oder vorteilhaft ersichtlich. Beispielsweise ist es sinnvoll, den Halter statt aus Hartmetall aus Stahl zu fertigen. Dadurch wird eine höhere Dämpfung erzielt. Ach die anderen Komponenten können statt aus Hartmetall auch aus Stahl gefertigt werden.

Claims

Ansprüche
1. WechselkopfSystem, insbesondere aus Hartmetall oder Stahl, als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbear- beitung,
mit mindestens einem Halter (100), einem Kopf (200), sowie einem Stift (304) zur Befestigung des Kopfes (200) am Halter (100) über eine Bohrung (120),
wobei die Bohrung (120) eine Passfläche (302) zwischen Halter (100) und Kopf (200) tangential durchstößt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrung (120) schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von Halter (100) und Kopf (200) verläuft.
2. WechselkopfSystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stift (304) zur Aufnahme in die Bohrung (120) derart vorgesehen ist, dass bei Aufnahme des Kopfes (200) am Halter (100) der Stift (304) in eine Nut (212) eingreift, und zwar bevorzugt um weniger als die Hälfte eines Stift¬ durchmessers .
3. WechselkopfSystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrung (120) am Halter (100) ausgebildet ist, wo¬ bei die Bohrung eine äußere Oberfläche des Halters mindes¬ tens einmal durchstößt, und
die Nut (212) am Kopf (200) ausgebildet ist.
4. WechselkopfSystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrung (120) und/oder die Nut (212) bezogen auf die Normale zur Verbindungsachse (106, 208) von Halter (100) und Kopf (200) einen Winkel bildet, der zwischen 20° und 60°, bevorzugt zwischen 30° und 45° liegt.
5. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
eine spiralförmig um den Kopf verlaufende Nut (212), wobei der axiale Abstand (214) der Nut (212) von sich selbst nach einer Umdrehung ein Mehrfaches der Nutbreite (216) beträgt.
6. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (212) 3 mal oder weniger, bevorzugt 1,5 mal oder weniger, spiralförmig um den Kopf (200) verläuft.
7. WechselkopfSystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Halter (100) eine gewindefreie Ausnehmung (108) zur Aufnahme des Kopfes (200) aufweist.
8. WechselkopfSystem nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt (210) am Kopf (200) ,
wobei die Passfläche (302, 111) am Halter (100) für eine Anlagerung des Kegelabschnitts (210, 211) ausgebildet ist .
9. Halter, insbesondere aus Hartmetall oder Stahl, für ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung,
wobei der Halter (100) eine Passfläche (111, 302) zur Aufnahme eines Kopfes (200) des WechselkopfSystems (300) aufweist, und eine Bohrung (120) vorgesehen ist, welche die Passfläche (111, 302) tangential durchstößt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrung (120) schräg zu einer Normalen zur Verbin- dungsachse von Halter (100) und Kopf (200) verläuft.
10. Halter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Passfläche (111, 302) gewindefrei ist.
11. Kopf, insbesondere aus Hartmetall oder Stahl, für ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung,
wobei der Kopf (200) in einem Verbindungsbereich (204) zur Verbindung mit einem Halter (100) des WechselkopfSys¬ tems (300) einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt (204) aufweist,
gekennzeichnet durch
eine Nut (212) im Verbindungsbereich (204), die 3 Mal oder weniger, bevorzugt 1.5 Mal oder weniger spiralförmig um den Kopf (200) verläuft.
12. Herstellungsverfahren für einen Halter, insbesondere aus Hartmetall oder Stahl, für ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung, mit den folgenden Schritten:
Einbringen eines Stiftes in eine Bohrung des Halters, wobei die Bohrung eine Passfläche tangential durchstößt, die für ein formschlüssiges Zusammenfügen eines Kopfes des WechselkopfSystems mit dem Halter vorgesehen ist, und die
Bohrung schräg zu einer Normalen zur Verbindungsachse von
Halter und Kopf verläuft;
Arretieren des Stiftes in der Bohrung und/oder
Abschneiden des Stiftes in der Bohrung.
13. WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung,
mit mindestens einem Halter (800) und einem Kopf
(1002), wobei der Kopf (1002) einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt (1009) und der Halter (800) eine ge¬ windefreie Ausnehmung (808) zur Aufnahme und Anlagerung des Kegelabschnitts (1009) über gemeinsame Passflächen (1012) aufweist, und
mit einem Stift (1014) zur Befestigung des Kopfes
(1002) am Halter (800) über eine Bohrung (820), wobei die Bohrung (820) senkrecht und radial in Bezug auf eine ge¬ meinsame Mittelachse (806) von Halter (800) und Kopf
(1002) verläuft.
14. WechselkopfSystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
Halter (800), Kopf (1002) und Stift (1014) aus Hartmetall hergestellt sind.
15. WechselkopfSystem nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kegelabschnitt (1009) mit der Mittelachse (806) von Halter (800) und Kopf (1002) einen Winkel bildet, der zwi- sehen 2° und 10° liegt, bevorzugt zwischen 3° und 7°, be¬ sonders bevorzugt bei 5°.
16. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
wobei der Stift (1014) dazu vorgesehen ist, im Halter (800) verlötet zu werden.
17. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (820) die Passfläche (811, 1012) zur Anlage¬ rung des Kegelabschnitts (1009) durchstößt.
18. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass
der Stift (1014) einen kugelförmig ausgebildeten Eingriffsbereich (1016) zum Eingriff in den Werkzeugkopf (1002) aufweist.
19. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
genau eine Bohrung (820) und genau ein Stift (1014) vorge¬ sehen sind.
20. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
der Stift (1014) einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 4,0 mm hat, bevorzugt zwischen 1,0 mm und 3,0 mm, besonders bevorzugt bei 2,0 mm.
21. WechselkopfSystem nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
am Kopf (1002) zum Eingriff durch den Stift (1014) eine Nut (1018) mit konstanter Steigung ausgebildet ist.
22. WechselkopfSystem nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steigung mit der Mittelachse (806) von Halter (800) und Kopf (1002) einen Winkel (1020) bildet, der zwischen 70° und 85° liegt, bevorzugt zwischen 75° und 83°, beson¬ ders bevorzugt bei 80°.
23. Halter für ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung, mit einer gewindefreien Ausnehmung (808) zur Aufnahme und Anlagerung eines sich konisch verjüngenden Kegelabschnitts (1009) eines Kopfes (1002) über gemeinsame Pass¬ flächen (1012), und
mit einer Bohrung (820) zur Befestigung des Kopfes
(1002) am Halter (800) mittels eines Stiftes (1014), wobei die Bohrung (820) senkrecht und radial in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse (806) von Halter (800) und Kopf (1002) verläuft.
24. Kopf für ein WechselkopfSystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung,
mit einem sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt (1009) zur Aufnahme in und Anlagerung über gemeinsame Passflächen (1012) an eine gewindefreie Ausnehmung (808) eines Halters (800), und
mit einer Nut (1018) mit konstanter Steigung zum radialen Eingriff durch einen Stift (1014) zur Befestigung des Kopfes (1002) am Halter (800), wobei die Steigung mit ei- ner gemeinsamen Mittelachse (806) von Halter (800) und
Kopf (1002) einen Winkel bildet, der zwischen 70° und 85° liegt, bevorzugt zwischen 75° und 83°, besonders bevorzugt bei 80°.
25. Herstellungsverfahren für einen Halter für ein Wechselkopfsystem als Einsatzwerkzeug für Maschinen zur Metallbearbeitung, mit den folgenden Schritten:
Einbringen eines Stiftes (1014) in eine Bohrung (820) am Halter (800), die in eine gewindefreie Ausnehmung (808) des Halters (800) mündet, wobei die Ausnehmung (808) zur Aufnahme und Anlagerung eines sich konisch verjüngenden Kegelabschnitts (1009) eines Kopfes (1002) über gemeinsame Passflächen (1012) ausgebildet ist, und wobei die Bohrung (820) senkrecht und radial in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse (806) von Halter (800) und Kopf (1002) ver¬ läuft, und
Verlöten des Stiftes (1014) in der Bohrung (820) und/oder
Abschneiden des Stiftes (1014) in der Bohrung (820) .
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