WO2023148242A1 - Anordnung zur bearbeitung von werkstücken - Google Patents

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WO2023148242A1
WO2023148242A1 PCT/EP2023/052497 EP2023052497W WO2023148242A1 WO 2023148242 A1 WO2023148242 A1 WO 2023148242A1 EP 2023052497 W EP2023052497 W EP 2023052497W WO 2023148242 A1 WO2023148242 A1 WO 2023148242A1
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WO
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area
tool
conical
cutting edge
shank
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/052497
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Röders
Original Assignee
P&L Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • B23B31/117—Retention by friction only, e.g. using springs, resilient sleeves, tapers
    • B23B31/1179—Retention by friction only, e.g. using springs, resilient sleeves, tapers using heating and cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2231/00—Details of chucks, toolholder shanks or tool shanks
    • B23B2231/04—Adapters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/09—Details relating to unclamping
    • 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
    • B23B31/006—Conical shanks of tools

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for machining workpieces with a machining tool and a tool holder, for example for use in a cutting machine such as a milling machine or a drilling machine.
  • Machining tools are usually clamped in tool holders for milling or grinding or the like.
  • the tool holders are designed at one end for clamping the processing tools with a suitable clamping device.
  • the machining tools to be clamped usually have a cylindrical shank at the end intended for clamping in the tool holder.
  • This shaft can be clamped with different clamping methods.
  • a collet holder is very common, in which a nut is used to compress an elastic collet in such a way that the shank of the machining tool is firmly clamped in the tool holder.
  • Another method for clamping tools in tool holders is thermal shrinking.
  • a fitting hole in the tool holder at the end on which the machining tool is to be clamped is matched very precisely to the fit of the cylindrical shank of the machining tool. When heated, the fitting hole in the tool holder widens so far that the shank of the machining tool can be pushed in.
  • the tool holder When the tool holder subsequently cools down again, the fitting hole in the tool holder becomes smaller and thus clamps the shank of the tool.
  • the tool holder with the clamped processing tool is heated again until the processing tool can be removed.
  • the necessary heating is particularly disadvantageous and that an outside diameter of the tool holder is much larger than a diameter of the shank of the tool to be clamped, especially when using collets.
  • the large difference in diameter between a tool holder 103 and the shank of the machining tool 102 is unfavorable for numerous machining situations. If, as shown in FIG.
  • tool holders are usually made of steel. If the tool holder is kept very long and slim, e.g. to be able to keep the machining tool to be clamped shorter, there is a risk at high speeds that the tool holder will bend, so that it will eventually tear off and fly with great force against housing parts of the machine in the work area and these even breaks through and endangers people in the vicinity of the machine tool.
  • the arrangement according to the invention for machining workpieces with the features of claim 1 has the advantage that the disadvantages described above can be overcome.
  • a secure fixation Machining tool on a tool holder such as a collet holder, are made possible.
  • a previously described length of the tool holder that endangers people is also avoided.
  • it is possible to work with a short and therefore inexpensive machining tool so that the machining tool does not protrude unnecessarily far from a tool holder in the axial direction of the machining tool.
  • the arrangement can be made very slim and narrow, so that safe machining of deep grooves or deep bores or the like is possible without any problems.
  • the arrangement for machining workpieces has a machining tool with a cutting edge area and a shank.
  • the shank comprises a conical shank area and a holding area arranged between the cutting edge area and the conical shank area for gripping the machining tool.
  • a machining tool can thus be gripped at the holding area.
  • the holding area is preferably cylindrical, but can, for example, also be designed in the form of grooves or the like.
  • the arrangement also includes a tool extension with a receiving opening for receiving the processing tool.
  • the receiving opening has a conical receiving area for the conical shank area of the machining tool.
  • the conical shank area and the conical receiving area are designed to be complementary to each other with the same cone angle in such a way that the machining tool is held between the conical shank area and the conical receiving area in the tool extension exclusively by means of a non-positive connection.
  • no shrinking process or the like has to be carried out in order to hold the processing tool in the tool extension.
  • the arrangement for machining workpieces includes a tool holder for accommodating the tool extension, the tool holder being set up to be connected to a rotatable spindle of a machine tool or the like.
  • the cutting area of the machining tool has a maximum diameter D1 in a plane E perpendicular to a central axis of the machining tool.
  • the plane E intersects an enveloping body, which is a mathematical extension of an outer cone of the tool extension, such that a maximum first distance A1 of the enveloping body from the cutting edge area is at most 10% of the diameter D1 of the cutting edge area.
  • the enveloping body touches the cutting edge area.
  • the enveloping body which is a truncated cone, lies tangentially on the cutting edge area when the cutting edge area is preferably a sphere or partial sphere.
  • the enveloping body penetrates the cutting edge area.
  • the enveloping body penetrates the cutting edge area in the plane E in such a way that a maximum second distance A2 is in the plane E of the cutting edge area to the enveloping body is less than or equal to 30% of the maximum diameter D1 of the cutting area.
  • the enveloping body preferably penetrates the cutting edge area such that the maximum second distance A2 in plane E of the cutting edge area to the enveloping body is less than or equal to 20%, in particular less than or equal to 10%, of the maximum diameter D1 of the cutting edge area.
  • the outer cone of the tool extension has a first cone angle a which is less than or equal to 10°, preferably less than 8°, more preferably less than 5°. Furthermore, even in the assembled state, a distance A between a free end of the cutting edge area and an exposed end of the tool extension is less than 5 times the maximum diameter D1 of the cutting edge area, preferably less than 3 times, more preferably less than 2 times as large as the diameter D1.
  • a short machining tool can be securely clamped and surfaces on a workpiece that are difficult to machine can be machined.
  • the present invention offers the possibility that the machining tool can be clamped in a simple and safe manner in the tool extension and this in turn can be clamped in a tool holder in a simple and safe manner.
  • the end of the tool extension opposite the conical receiving area is cylindrical, so that it can be clamped in a proven manner in a tool holder, e.g. a collet holder or shrink holder.
  • the conical shank area is preferably designed as an outer cone with a second cone angle b and the conical receiving area is designed as an inner cone with a third cone angle c. This enables the arrangement to be constructed in a simple, cost-effective and robust manner.
  • An outer diameter D2 of the exposed end of the tool extension is preferably at most 20%, in particular at most 10%, larger than the diameter D1 of the cutting edge area.
  • the conical shank area is designed as an inner cone with a second cone angle b and the conical receiving area is designed as an outer cone with a third cone angle c.
  • a conical cone is thus formed on the receiving area and a conical receptacle is formed on the machining tool.
  • An outside diameter D4 of an exposed end of the machining tool is preferably at most 20% larger than the diameter D1 of the cutting edge area.
  • a wall thickness of the component which has the inner cone, ie the tool extension or the machining tool, at the exposed end is preferably in a range from 0.2 mm to 1.0 mm, in particular 0.3 mm to 0.8 mm.
  • only the tool extension is made of a hard metal material, or more preferably, the machining tool and the tool extension are each made of a hard metal material, preferably the same hard metal material.
  • the use of hard metal material for the processing tool and the tool extension ensures that even if the processing tool or the tool extension breaks, the processing tool or the tool extension will bend minimally or not at all, so that compared to long tool holders or tool extensions, the are made of steel, significantly lower forces act on the broken piece of the processing tool or the tool extension in the event of a tool breakage.
  • the risk of the housing components of a machine tool or the like penetrating through is thus minimized. This significantly reduces the risk of injury for people in the immediate vicinity of the machine tool.
  • the tool holder is also made of hard metal material.
  • the machining tool, the tool extension and the tool holder are particularly preferably made of hard metal material.
  • the first cone angle a is preferably greater than or equal to the second and third cone angles b, c of the conical shaft area and the conical receiving area.
  • the second cone angle b of the conical shaft area and the third cone angle c of the conical receiving area are preferably in a range of 1.5° to 4°, preferably 2° to 3°.
  • the conical shank area has a clamping area that has a length L that is 1.5 times the diameter D1 of the cutting edge area. This ensures that the processing tool is held securely in the tool extension.
  • the machining tool preferably also has a circumferential collar which is arranged between the conical shank area and the holding area and protrudes radially outwards.
  • the collar serves on the one hand as a termination of the conical shank area and on the other hand the collar prevents a gripping tool from entering the conical shank area, for example when gripping the machining tool on the holding area grips and may damage it. The collar thus ensures that the machining tool is securely pressed into the tool extension.
  • an axial press-in path that lies between complete contact between the conical shank area and the conical receiving area and the non-positive connection between the conical shank area and the conical receiving area is less than or equal to 8%, in particular less than or equal to 6%, of the maximum diameter D1 of the cutting area.
  • the arrangement includes a control unit that is set up to have a gripper that grips the machining tool on the holding area, path-controlled as a function of the press-in path between the conical shank area and the conical receiving area to produce the non-positive connection between the conical shank area and the conical receiving area to move.
  • the control unit thus specifies a measure for the press-in path between the conical shank area and the conical receiving area in order to establish the non-positive connection between them.
  • the press-in path is preferably selected as a function of a maximum diameter of the conical receiving area and/or a cone angle of the conical receiving area.
  • control unit is set up to move the gripper, which grips the machining tool on the holding area, force-controlled as a function of a pressing force between the conical shaft area and the conical receiving area to produce the non-positive connection between the tool extension and the machining tool.
  • the control unit thus specifies a press-in force with which the non-positive connection between the conical shaft area and the conical receiving area is established.
  • the maximum press-in force is preferably selected as a function of a maximum diameter of the conical receiving area and/or a cone angle of the conical receiving area.
  • the non-positive pressing-in is path- and force-controlled, for example by monitoring the pressing-in force during a path-controlled pressing-in and stopping the path-controlled pressing-in when a maximum pressing-in force is exceeded.
  • the arrangement preferably also includes a ram and the tool extension and the tool holder each have a through-opening, the ram being able to be guided through the through-openings in order to release the non-positive connection between the machining tool and the tool extension and to eject the machining tool.
  • the present invention relates to a machine tool, in particular a milling machine or a grinding machine or a drilling machine with an arrangement according to the invention for machining workpieces.
  • the machine tool preferably comprises a separate device, e.g. a robot, for automatically changing a machining tool into a tool extension, the machining tool preferably being inserted into the tool extension in a position-controlled and/or force-controlled manner by means of a control unit.
  • the machine tool is a machine tool for high speeds in a range from 10,000 rpm to 100,000 rpm.
  • the present invention can solve a long-standing problem in the prior art in a surprisingly simple manner by providing a conical, non-positive connection between the machining tool and the tool extension, wherein the machining tool and the tool extension can preferably be made of hard metal, preferably of the same hard metal.
  • the invention can be used particularly advantageously in the case of small machining tools with a small maximum diameter D1 in the cutting area, preferably D1 is less than 3 mm and a smaller axial length, preferably a maximum of 5 ⁇ D1.
  • the arrangement according to the invention is preferably used in machine tools for finish machining, in which only small forces occur.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an arrangement for machining workpieces according to a first exemplary embodiment of the invention, a machining tool being arranged in a force-fitting manner in a tool extension,
  • Fig. 2 shows a schematic side view of the processing tool of Fig. 1,
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of part of the tool extension of Fig.
  • FIG. 4 shows a schematic, enlarged view of FIG. 1 ,
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an arrangement for machining workpieces according to a second exemplary embodiment, in which the machining tool is non-positively fixed in the tool extension,
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of an arrangement for machining workpieces according to a third exemplary embodiment, in which the machining tool is fixed in the tool extension with a non-positive fit
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of an arrangement for machining workpieces according to a fourth exemplary embodiment of the invention, a machining tool being arranged in a force-fitting manner in a tool extension,
  • Fig. 8 is a schematic, partially sectioned view of the machining tool of Fig. 7,
  • Fig. 9 is a schematic sectional view of the tool extension of Fig. 7, and
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an arrangement for machining workpieces according to the prior art.
  • the arrangement 100 for machining workpieces comprises a machining tool 1, a tool extension 2 and a tool holder 15.
  • Fig. 1 shows the assembled state of the machining tool 1 in the tool extension 2.
  • the machining tool 1 can be seen in detail in FIG.
  • the machining tool 1 comprises a cutting edge area 3 and a shank 30 .
  • the shank 30 is designed with a conical shank area 5 and a holding area 4 arranged between the cutting edge area 3 and the shank area 5 .
  • the holding area 4 serves as an area for gripping the machining tool 1, e.g. by means of a gripper 14, when this is inserted into the tool extension 2 and removed.
  • the holding area 4 is cylindrical. Furthermore, between the holding area 4 and the conical shaft area 5 there is a collar 11 which is radial from the outer surface of the shaft 30 protrudes outwards. The collar 11 is designed to run all the way around.
  • the tool extension 2 has a first cone angle a on an outer cone 8 and a cylindrical part 9 which adjoins the outer cone 8 .
  • the conical shaft area 5 has a second cone angle b.
  • the second cone angle b is 2°.
  • the cutting edge region 3 of the machining tool 1 is spherical with a center M and has a maximum diameter D1 in a plane E, which is perpendicular to a central axis X of the machining tool 1 .
  • the machining tool 1 is made from a hard metal material.
  • the tool extension 2 has a receiving opening 20 which, in this exemplary embodiment, is formed continuously through the tool extension.
  • the receiving opening 20 comprises a cylindrical bore 10 and a conical receiving area 21. Between the conical receiving area 21 and the bore 10 a shoulder 22 is provided.
  • the conical receiving area 21 has a third cone angle c, which is also 2°.
  • the conical shank area 5 and the conical receiving area 21 are provided complementary to one another with cone angles b, c of the same size.
  • the tool extension 2 also has the outer cone 8 with the first cone angle a.
  • the first cone angle a is greater than the second and third cone angles b, c and is 3° in this exemplary embodiment.
  • the tool extension 2 has an outside diameter D2 and an inside diameter D3 at an exposed end 6 of the tool extension 2 .
  • the outside diameter D2 is preferably at most 40%, preferably at most 30%, larger than the inside diameter D3. More preferably, the outer diameter D2 is also at most 20%, in particular 10%, larger than the maximum diameter D1 of the cutting edge region 3.
  • the machining tool 1 is held in the tool extension 2 between the conical shank area 5 and the conical receiving area 21 exclusively by means of a non-positive connection.
  • a clamping area 5' with an axial length L results between the two conical surfaces (cf. FIG. 4).
  • the clamping area 5' is somewhat shorter than the entire conical shank area 5 so that a small part of the conical shank portion 5 protrudes from the tool extension 2 (see Fig. 1).
  • the maximum diameter D1 of the cutting edge area 3 is selected such that an enveloping body 12, which is a mathematical extension of the outer cone 8 of the tool extension 2, is tangential to the maximum diameter D1 on the plane E.
  • the enveloping body 12 Due to the first cone angle a on the outer cone 8 of the tool extension 2, the enveloping body 12 thus mathematically forms a truncated cone in which the cutting edge area 3 bears tangentially at its maximum diameter D1 in the plane E.
  • a distance A between a free end 31 of the cutting edge area 3 and the exposed end 6 of the tool extension 2 is less than 5 times the maximum diameter D1 of the cutting edge area 3.
  • the distance A twice as large as the maximum diameter D1 (A 2x D1).
  • the tool extension 2 is also made of a hard metal material. It should be noted that the same hard metal can be used here as for the machining tool 1 or, alternatively, a different hard metal. It is important here that the tool extension 2 in particular is made of hard metal, since it is longer than the short machining tool 1. This can also be made of steel.
  • a breakage of the machining tool 1 which can never be 100% avoided in the operation of a machine tool, is significantly less dangerous in comparison with the prior art, in which tool extensions made of steel or very long tool holders made of steel are used.
  • bending of these components can occur at very high speeds, so that if the tool breaks, an additional moment acts on the broken tool part, with the moment depending on the degree of bending (lever arm). .
  • the broken tool part made of steel acts like a projectile and can also penetrate protective devices such as a hood or window of a machine tool or the like.
  • the machining tool 1 can be inserted into the receiving opening 20 of the tool extension 2 in different ways in order to produce the non-positive connection between the machining tool 1 and the tool extension 2 .
  • a control unit 13 is preferably provided, which is set up to move the gripper 14, which grips the machining tool 1 on the holding area 4, in a path-controlled manner depending on the press-in path between the conical shank area 5 and the conical receiving area 21 to produce the non-positive connection.
  • the control unit 13 thus specifies a length of the press-in path, with which the machining tool 1 is moved into the tool extension 2 in order to establish the non-positive connection.
  • control unit 13 can be set up to move the gripper 14 in a force-controlled manner as a function of a press-in force between the conical shaft area 5 and the conical receiving area 21 in order to produce the non-positive connection.
  • the control unit can also specify the combination, i.e. a value for the press-in path and a value for the press-in force, it also being possible for ranges with a lower and upper limit value to be specified here.
  • the tool extension 2 has a relatively small wall thickness in a range from 0.2 mm to 1.0 mm at the exposed end 6 .
  • relatively short machining tools 1 can be used, so that the risk of a tool breaking is significantly minimized in comparison with longer tools.
  • the tool holder 15 can be connected to a spindle (not shown in FIG. 1) by means of a conventional clamping system.
  • FIG. 5 shows an arrangement 100 according to a second exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the dimensions between the enveloping body 12 and the maximum diameter D1 of the cutting edge region 3 are different in the second exemplary embodiment.
  • the maximum diameter D1 of the cutting edge area 3 in the area of the plane E is smaller than the diameter of the conical enveloping body 12 in the plane E.
  • a first distance A1 which is indicated on both sides of the blade area 3 in the plane E, is present.
  • the first distance A1 is a maximum of 10% of the diameter D1 of the cutting edge area.
  • FIG. 6 shows an arrangement 100 for machining workpieces according to a third exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are in turn denoted by the same reference symbols as in the preceding exemplary embodiments.
  • the enveloping body 12 is formed in such a way that the enveloping body 12 intersects the cutting edge region 3 .
  • the second distance A2 is present on both sides of the enveloping body to the jacket area of the cutting edge area 3.
  • the second distance A2 is a maximum of 30% of the maximum diameter D1 of the cutting edge area 3.
  • FIG. 7 to 9 show an arrangement 100 for machining workpieces according to a fourth exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, with the arrangement of the conical area and the conical receptacle being swapped between the machining tool 1 and the tool extension 2 . That is, the machining tool 1 now has an inner cone with a second cone angle b as a conical receiving area 105 as a conical shank area, and the tool extension 2 has an outer cone with a third cone angle c as a conical area 121 (see FIGS. 8 and 9). Between the conical receiving area 105 on the machining tool 1 and the conical area 121 of the tool extension 2 there is again exclusively a non-positive connection, since the second and third cone angles b, c are again of the same design. An outer diameter D4 of an exposed end of the machining tool 1 is 10% larger than the diameter D1 of the cutting edge area 3.
  • This arrangement has the particular advantage that the machining tool 1 can be made even shorter, since the conical receiving area 105 offers the possibility that an exposed end 106 of the tool extension 2 can be inserted deep into the machining tool 1 . Otherwise, this embodiment corresponds to that previous embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the invention was illustrated by way of example using a part-spherical machining tool 1 which has a part-spherical cutting edge region 3 .
  • the cutting edge area 3 can be cylindrical, toric or also conical and in particular to taper towards the free end 31 of the cutting edge area 3 .
  • Other tool shapes can also be used with the invention, whereby the same advantages are obtained as for the machining tools 1 described in the exemplary embodiments.
  • the arrangement according to the invention for machining workpieces is preferably used in connection with a machine tool, which can be a milling machine or grinding machine or drilling machine or the like.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Milling Processes (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken, umfassend - ein Bearbeitungswerkzeug (1) mit einem Schneidenbereich (3) und einem Schaft (30), wobei der Schaft (30) einen konischen Schaftbereich (5) und einen benachbart zum Schaftbereich (5) angeordneten Haltebereich (4) aufweist; - eine Werkzeugverlängerung (2) mit einem konischen Aufnahmebereich (21), wobei der konische Schaftbereich (5) und der konische Aufnahmebereich (21) komplementär zueinander ausgebildet sind derart, dass das Bearbeitungswerkzeug (1) zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung (2) gehalten ist; und - eine Werkzeugaufnahme (15) zur Aufnahme der Werkzeugverlängerung (2), wobei die Werkzeugaufnahme (15) eingerichtet ist, mit einer rotierbaren Spindel einer Werkzeugmaschine verbunden zu werden. Die beanspruchte schlanke Form der Anordnung ermöglicht eine Bearbeitung im unteren Bereich von einer steilen Wand.

Description

Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Bearbeitungswerkzeug und einer Werkzeugaufnahme, beispielsweise zur Verwendung bei einer spanabhebenden Maschine wie z.B. einer Fräsmaschine oder einer Bohrmaschine.
Für eine Fräs- oder Schleifbearbeitung oder dergleichen werden Bearbeitungswerkzeuge üblicherweise in Werkzeugaufnahmen gespannt. Die Werkzeugaufnahmen sind an einem Ende für die Spannung der Bearbeitungswerkzeuge mit einem dafür geeigneten Spannmittel ausgebildet.
Üblicherweise haben die zu spannenden Bearbeitungswerkzeuge dabei an dem für die Spannung in der Werkzeugaufnahme vorgesehenen Ende einen zylindrischen Schaft. Dieser Schaft kann mit unterschiedlichen Spannverfahren gespannt werden. Sehr verbreitet ist eine Spannzangenaufnahme, bei der mit Hilfe einer Mutter eine elastische Spannzange so zusammengedrückt wird, dass der Schaft des Bearbeitungswerkzeugs fest in der Werkzeugaufnahme gespannt ist. Ein anderes Verfahren für das Spannen von Werkzeugen in Werkzeugaufnahmen ist das thermische Schrumpfen. Dafür wird eine Passbohrung der Werkzeugaufnahme an dem Ende, an dem das Bearbeitungswerkzeug gespannt werden soll, sehr genau auf die Passung des zylindrischen Schafts des Bearbeitungswerkzeugs abgestimmt. Durch Erwärmen weitet sich die Passbohrung in der Werkzeugaufnahme so weit, dass der Schaft des Bearbeitungswerkzeugs hineingeschoben werden kann. Wenn die Werkzeugaufnahme im Anschluss wieder abkühlt, verkleinert sich die Passbohrung in der Werkzeugaufnahme und spannt dadurch den Schaft des Werkzeugs. Zum Lösen des Bearbeitungswerkzeugs wird die Werkzeugaufnahme mit dem gespannten Bearbeitungswerkzeug wieder erwärmt, bis das Bearbeitungswerkzeug entnommen werden kann. Hierbei sind insbesondere die notwendigen Erwärmungen nachteilig und dass ein Außendurchmesser der Werkzeugaufnahme sehr viel größer ist als ein Durchmesser des Schafts des zu spannenden Werkzeugs, insbesondere bei der Verwendung von Spannzangen. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist die große Durchmesserdifferenz zwischen einer Werkzeugaufnahme 103 und dem Schaft des Bearbeitungswerkzeugs 102 für zahlreiche Bearbeitungssituationen ungünstig. Wenn, wie in Fig. 10 gezeigt, Werkstücke mit relativ steilen Wänden oder schmalen Schlitzen oder dergleichen bearbeitet werden müssen, kann es zu Kollisionen zwischen der Werkzeugaufnahme 103 und dem Werkstück 101 kommen. Die steile Wand des Werkstücks 101 kann nur im oberen Bereich mit dem Bearbeitungswerkzeug 102 bearbeitet werden. Bei einer Bearbeitung im unteren Bereich der steilen Wand würde es zu einer Kollision zwischen der Werkzeugaufnahme 103 und dem Werkstück 101 an der Stelle K kommen.
Eine solche Kollision ließe sich vermeiden, wenn man ein längeres Bearbeitungswerkzeug 102 wählen würde und dieses weiter aus der Werkzeugaufnahme 103 auskragen ließe. Dies hat aber den Nachteil, dass einerseits das Bearbeitungswerkzeug 102 teurer wird und insbesondere die Bearbeitung instabil und aufgrund der großen Länge des Bearbeitungswerkzeugs 102 viel schwingungsanfälliger wird. Dies führt zu größeren Ungenauigkeiten und/oder schlechten Oberflächenqualitäten.
Ein weiterer Problemkreis bei dem Spannen von Bearbeitungswerkzeugen in Werkzeugaufnahmen liegt insbesondere dann, wenn hohe Drehzahlen vorliegen, darin, dass lange Bearbeitungswerkzeuge eher zu einem Werkzeugbruch neigen. Weiterhin werden Werkzeugaufnahmen üblicherweise aus Stahl hergestellt. Wenn die Werkzeugaufnahme sehr lang und schlank gehalten ist, z.B. um das einzuspannende Bearbeitungswerkzeug kürzer halten zu können, besteht bei hohen Drehzahlen die Gefahr, dass die Werkzeugaufnahme verbiegt, so dass diese schließlich abreißt und mit großer Kraft gegen Gehäuseteile der Maschine im Arbeitsraum fliegt und diese sogar durchschlägt und dadurch Menschen in der Umgebung der Werkzeugmaschine gefährdet werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken und eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einerseits eine sichere Spannung des Bearbeitungswerkzeugs bereitstellt und andererseits auch die Bearbeitung von schwierig zu bearbeitenden steilen Flächen an Wandbereichen von Werkstücken oder Nuten oder tiefen Bohrungen oder dergleichen ermöglicht. Weiterhin soll eine Sicherheit in der Umgebung einer Werkzeugmaschine durch die erfindungsgemäße Anordnung verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die voranstehend beschriebenen Nachteile überwunden werden können. Insbesondere kann eine sichere Fixierung eines Bearbeitungswerkzeugs an einer Werkzeugaufnahme, z.B. einer Spannzangenaufnahme, ermöglicht werden. Dabei wird auch eine zuvor beschriebene personengefährdende Länge der Werkzeugaufnahme vermieden. Gleichzeitig kann mit einem kurzen und dadurch kostengünstigen Bearbeitungswerkzeug gearbeitet werden, so dass das Bearbeitungswerkzeug in Axialrichtung des Bearbeitungswerkzeugs nicht unnötig weit aus einer Werkzeugaufnahme vorsteht. Trotzdem kann die Anordnung sehr schlank und schmal ausgeführt werden, so dass auch eine sichere Bearbeitung von tiefen Nuten oder tiefen Bohrungen oder dergleichen problemlos möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken ein Bearbeitungswerkzeug mit einem Schneidenbereich und einem Schaft aufweist. Der Schaft umfasst einen konischen Schaftbereich und einen zwischen dem Schneidenbereich und dem konischen Schaftbereich angeordneten Haltebereich zum Greifen des Bearbeitungswerkzeugs. Somit kann ein Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich gegriffen werden. Der Haltebereich ist vorzugsweise zylindrisch, kann jedoch beispielsweise auch rillenförmig oder dergleichen ausgeführt sein. Die Anordnung umfasst ferner eine Werkzeugverlängerung mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Bearbeitungswerkzeugs. Die Aufnahmeöffnung weist einen konischen Aufnahmebereich für den konischen Schaftbereich des Bearbeitungswerkzeugs auf. Der konische Schaftbereich und der konische Aufnahmebereich sind dabei komplementär zueinander mit gleichem Konuswinkel derart ausgebildet, dass zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich das Bearbeitungswerkzeug ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung gehalten wird. Somit muss bei der erfindungsgemäßen Anordnung kein Schrumpfvorgang oder dergleichen ausgeführt werden, um das Bearbeitungswerkzeug in der Werkzeugverlängerung zu halten.
Ferner umfasst die Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme der Werkzeugverlängerung, wobei die Werkzeugaufnahme eingerichtet ist, mit einer rotierbaren Spindel einer Werkzeugmaschine oder dgl. verbunden zu werden. Der Schneidenbereich des Bearbeitungswerkzeugs hat in einer Ebene E senkrecht zu einer Mittelachse des Bearbeitungswerkzeugs einen maximalen Durchmesser D1. Dabei schneidet die Ebene E einen Hüllkörper, der eine mathematische Verlängerung eines Außenkonus der Werkzeugverlängerung ist, derart, dass ein maximaler erster Abstand A1 des Hüllkörpers vom Schneidenbereich maximal 10 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist. Alternativ berührt der Hüllkörper den Schneidenbereich. Somit liegt der Hüllkörper, welcher ein Kegelstumpf ist, tangential am Schneidenbereich an, wenn der Schneidenbereich vorzugsweise eine Kugel bzw. Teilkugel ist. Weiter alternativ durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich. Hierbei durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich dabei in der Ebene E derart, dass ein maximaler zweiter Abstand A2 in der Ebene E des Schneidenbereichs zum Hüllkörper kleiner oder gleich 30 % des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist.
Vorzugsweise durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich derart, dass der maximale zweite Abstand A2 in der Ebene E des Schneidenbereichs zum Hüllkörper kleiner oder gleich 20 %, insbesondere kleiner oder gleich 10 %, des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist.
Weiterhin weist der Außenkonus der Werkzeugverlängerung einen ersten Konuswinkel a auf, welcher kleiner oder gleich als 10° ist, vorzugsweise kleiner als 8°, weiter bevorzugt kleiner als 5°. Ferner ist auch im montierten Zustand ein Abstand A eines freien Endes des Schneidenbereichs zu einem freiliegenden Ende der Werkzeugverlängerung kleiner als 5 mal so groß wie der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs, vorzugsweise kleiner als 3 mal, weiter bevorzugt kleiner als 2 mal so groß wie der Durchmesser D1.
Somit kann erfindungsgemäß ein kurzes Bearbeitungswerkzeug sicher gespannt werden und schwierig zu bearbeitende Flächen an einem Werkstück bearbeitet werden.
Somit bietet die vorliegende Erfindung durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination die Möglichkeit, dass das Bearbeitungswerkzeug auf einfache und sichere Weise in der Werkzeugverlängerung und diese wiederum einfach und sicher in einer Werkzeugaufnahme gespannt werden kann.
Weiter bevorzugt ist das dem konischen Aufnahmebereich gegenüberliegende Ende der Werkzeugverlängerung zylindrisch ausgebildet, so dass dies in bewährter Weise in einer Werkzeugaufnahme, z.B. einer Spannzangenaufnahme oder Schrumpfaufnahme, gespannt werden kann.
Vorzugsweise ist der konische Schaftbereich als Außenkonus mit einem zweiten Konsuswinkel b ausgebildet und der konische Aufnahmebereich ist als Innenkonus mit einem dritten Konuswinkel c ausgebildet. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen sowie robusten Aufbau der Anordnung. Vorzugsweise ist dabei ein Außendurchmesser D2 des freiliegenden Endes der Werkzeugverlängerung maximal 20%, insbesondere maximal 10%, größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs.
Alternativ ist der konische Schaftbereich als Innenkonus mit einem zweiten Konuswinkel b ausgebildet und der konische Aufnahmebereich ist als Außenkonus mit einem dritten Konuswinkel c ausgebildet. Somit ist ein Konuskegel am Aufnahmebereich ausgebildet und eine konusförmige Aufnahme am Bearbeitungswerkzeug ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei ein Außendurchmesser D4 eines freiliegenden Endes des Bearbeitungswerkzeugs maximal 20% größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs. Vorzugsweise ist eine Wandstärke des Bauteils, welches den Innenkonus aufweist, d.h., der Werkzeugverlängerung oder des Bearbeitungswerkzeugs, am freiliegenden Ende in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 ,0 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,8 mm.
Vorzugsweise ist nur die Werkzeugverlängerung aus einem Hartmetallmaterial hergestellt oder weiter bevorzugt sind das Bearbeitungswerkzeug und die Werkzeugverlängerung jeweils aus einem Hartmetallmaterial hergestellt, vorzugsweise aus dem gleichen Hartmetallmaterial.
Durch die Verwendung von Hartmetallmaterial für das Bearbeitungswerkzeug und die Werkzeugverlängerung ist sichergestellt, dass es auch bei einem Bruch des Bearbeitungswerkzeugs oder der Werkzeugverlängerung zu keiner oder höchstens zu einer minimalen Verbiegung von Bearbeitungswerkzeug oder Werkzeugverlängerung kommt, so dass im Vergleich mit langen Werkzeugaufnahmen oder Werkzeugverlängerungen, die aus Stahl hergestellt sind, bei einem Werkzeugbruch deutlich geringere Kräfte auf das abgebrochene Stück des Bearbeitungswerkzeugs oder der Werkzeugverlängerung wirken. Somit ist die Gefahr eines Durchschlagens von Gehäusebauteilen einer Werkzeugmaschine oder dergleichen minimiert. Somit ist eine Verletzungsgefahr für Personen in unmittelbarer Nähe der Werkzeugmaschine deutlich reduziert. Weiter bevorzugt ist auch die Werkzeugaufnahme aus Hartmetallmaterial hergestellt. Besonders bevorzugt sind dabei das Bearbeitungswerkzeug, die Werkzeugverlängerung und die Werkzeugaufnahme aus Hartmetallmaterial hergestellt.
Vorzugsweise ist der erste Konuswinkel a größer oder gleich wie die zweiten und dritten Konuswinkel b, c des konischen Schaftbereichs und des konischen Aufnahmebereichs.
Bevorzugt ist der zweite Konuswinkel b des konischen Schaftbereichs und der dritte Konuswinkel c des konischen Aufnahmebereichs in einem Bereich von 1 ,5° bis 4°, vorzugsweise 2° bis 3°.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der konische Schaftbereich einen Einspannbereich auf, der eine Länge L aufweist, die das 1 ,5- fache des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs beträgt. Dadurch wird ein sicheres Halten des Bearbeitungswerkzeugs in der Werkzeugverlängerung erreicht.
Bevorzugt weist das Bearbeitungswerkzeug ferner einen umlaufenden Bund auf, welcher zwischen dem konischen Schaftbereich und dem Haltebereich angeordnet ist und radial nach außen vorsteht. Der Bund dient dabei einerseits als Abschluss des konischen Schaftbereichs und andererseits verhindert der Bund, dass beispielsweise bei einem Greifen des Bearbeitungswerkzeugs am Haltebereich ein Greifwerkzeug in den konischen Schaftbereich greift und diesen gegebenenfalls beschädigt. Der Bund stellt somit ein sicheres Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung sicher.
Weiter bevorzugt ist ein axialer Einpressweg, der zwischen einem vollständigen Kontakt zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich und der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich liegt, kleiner oder gleich 8 %, insbesondere kleiner oder gleich 6 %, des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs.
Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, einen Greifer, der das Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich greift, Weg-gesteuert in Abhängigkeit des Einpressweges zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit ein Maß für den Einpressweg zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich vor, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen ihnen herzustellen.
Vorzugsweise erfolgt beim Weg-gesteuerten Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung eine Wahl des Einpressweges in Abhängigkeit eines maximalen Durchmessers des konischen Aufnahmebereichs und/oder eines Konuswinkels des konischen Aufnahmebereichs.
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, den Greifer, der das Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich greift, Kraft-gesteuert in Abhängigkeit einer Einpresskraft zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Werkzeugverlängerung und Bearbeitungswerkzeug zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit eine Einpresskraft vor, mit welcher die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich hergestellt wird.
Vorzugsweise erfolgt beim kraftschlüssigen Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung eine Wahl der maximalen Einpresskraft in Abhängigkeit eines maximalen Durchmessers des konischen Aufnahmebereichs und/oder eines Konuswinkels des konischen Aufnahmebereichs.
Vorzugsweise erfolgt das kraftschlüssige Einpressen Weg- und Kraft-gesteuert, z.B. indem während eines Weg-gesteuerten Einpressens die Einpresskraft überwacht wird und das Weggesteuerte Einpressen bei Überschreiten einer maximalen Einpresskraft abgebrochen wird. Vorzugsweise umfasst die Anordnung ferner einen Stößel und die Werkzeugverlängerung sowie die Werkzeugaufnahme jeweils eine Durchgangsöffnung, wobei der Stößel durch die Durchgangsöffnungen hindurchführbar ist, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und der Werkzeugverlängerung zu lösen und das Bearbeitungswerkzeug auszustoßen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine oder eine Schleifmaschine oder eine Bohrmaschine mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken. Die Werkzeugmaschine umfasst bevorzugt eine separate Vorrichtung, z.B. einen Roboter, für ein automatisches Wechseln eines Bearbeitungswerkzeugs in eine Werkzeugverlängerung, wobei das Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise mittels einer Steuereinheit Weg-gesteuert und/oder Kraft-gesteuert kraftschlüssig in die Werkzeugverlängerung eingesetzt wird.
Weiter bevorzugt ist die Werkzeugmaschine eine Werkzeugmaschine für hohe Drehzahlen in einem Bereich von 10.000 U/rnin bis 100.000 U/rnin.
Somit kann die vorliegende Erfindung auf überraschend einfache Weise ein lang vorhandenes Problem im Stand der Technik lösen, indem eine konische, kraftschlüssige Verbindung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkzeugverlängerung bereitgestellt wird, wobei Bearbeitungswerkzeug und Werkzeugverlängerung vorzugsweise aus Hartmetall, vorzugsweise aus dem gleichen Hartmetall, hergestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung hierbei bei kleinen Bearbeitungswerkzeugen mit kleinem maximalen Durchmesser D1 am Schneidenbereich, vorzugsweise ist D1 kleiner als 3 mm und kleinerer axialer Länge, vorzugsweise maximal 5 x D1 , anwendbar. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Anordnung dabei bei Werkzeugmaschinen zur Schlichtbearbeitung verwendet, bei denen nur kleine Kräfte auftreten.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in einer Werkzeugverlängerung angeordnet ist,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Bearbeitungswerkzeugs von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Werkzeugverlängerung von Fig.
1 , Fig. 4 eine schematische, vergrößerte Ansicht von Fig. 1 ,
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem das Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in der Werkzeugverlängerung fixiert ist,
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem das Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in der Werkzeugverlängerung fixiert ist,
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in einer Werkzeugverlängerung angeordnet ist,
Fig. 8 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht des Bearbeitungswerkzeugs von Fig. 7,
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht der Werkzeugverlängerung von Fig. 7, und
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem Stand der Technik.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken ein Bearbeitungswerkzeug 1 , eine Werkzeugverlängerung 2 und eine Werkzeugaufnahme 15. Fig. 1 zeigt den montierten Zustand des Bearbeitungswerkzeugs 1 in der Werkzeugverlängerung 2.
Das Bearbeitungswerkzeug 1 ist im Detail aus Fig. 2 ersichtlich. Das Bearbeitungswerkzeug 1 umfasst einen Schneidenbereich 3 und einen Schaft 30. Der Schaft 30 ist mit einem konischen Schaftbereich 5 und einem zwischen dem Schneidenbereich 3 und dem Schaftbereich 5 angeordneten Haltebereich 4 ausgebildet. Der Haltebereich 4 dient als Bereich zum Greifen des Bearbeitungswerkzeugs 1 , z.B. mittels eines Greifers 14, wenn dieses in die Werkzeugverlängerung 2 eingesetzt und entnommen wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Haltebereich 4 zylindrisch ausgebildet. Ferner ist zwischen dem Haltebereich 4 und dem konischen Schaftbereich 5 ein Bund 11 , welcher radial von der Mantelfläche des Schafts 30 nach außen vorsteht. Der Bund 11 ist vollständig umlaufend ausgebildet.
Die Werkzeugverlängerung 2 weist einen ersten Konuswinkel a an einem Außenkonus 8 auf, sowie einen zylindrischen Teil 9, der sich an den Außenkonus 8 anschließt.
Der konische Schaftbereich 5 weist einen zweiten Konuswinkel b auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Konuswinkel b 2°.
Der Schneidenbereich 3 des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig mit einem Mittelpunkt M und weist in einer Ebene E, die senkrecht zu einer Mittelachse X des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist, einen maximalen Durchmesser D1 auf. Das Bearbeitungswerkzeug 1 ist dabei aus einem Hartmetallmaterial hergestellt.
Ein Teil der Werkzeugverlängerung 2 ist im Detail aus Fig. 3 ersichtlich. Die Werkzeugverlängerung 2 weist eine Aufnahmeöffnung 20 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel durchgehend durch die Werkzeugverlängerung ausgebildet ist. Die Aufnahmeöffnung 20 umfasst eine zylindrische Bohrung 10 und einen konischen Aufnahmebereich 21. Zwischen dem konischen Aufnahmebereich 21 und der Bohrung 10 ist ein Absatz 22 vorgesehen.
Der konische Aufnahmebereich 21 weist einen dritten Konuswinkel c auf, welcher ebenfalls 2° beträgt. Somit sind der konische Schaftbereich 5 und der konische Aufnahmebereich 21 komplementär zueinander mit gleich großen Konuswinkeln b, c vorgesehen.
Die Werkzeugverlängerung 2 weist ferner den Außenkonus 8 mit dem ersten Konuswinkel a auf. Der erste Konuswinkel a ist größer als der zweite und dritte Konuswinkel b, c und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 3°.
Die Werkzeugverlängerung 2 weist dabei an einem freiliegenden Ende 6 der Werkzeugverlängerung 2 einen Außendurchmesser D2 und einen Innendurchmesser D3 auf. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser D2 dabei maximal 40 %, vorzugsweise maximal 30 % größer als der Innendurchmesser D3. Weiter bevorzugt ist der Außendurchmesser D2 auch maximal 20 %, insbesondere 10 %, größer als der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3.
Wie aus Fig. 1 und 4 ersichtlich ist, ist zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 das Bearbeitungswerkzeug 1 ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung 2 gehalten. Dabei ergibt sich zwischen den beiden konischen Flächen ein Einspannbereich 5‘ mit einer axialen Länge L (vgl. Fig. 4). Der Einspannbereich 5‘ ist dabei etwas kürzer als der gesamte konische Schaftbereich 5, so dass ein kleiner Teil des konischen Schaftbereichs 5 aus der Werkzeugverlängerung 2 vorsteht (siehe Fig. 1).
Wie im Detail aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 derart gewählt, dass ein Hüllkörper 12, welcher eine mathematische Verlängerung des Außenkonus 8 der Werkzeugverlängerung 2 ist, tangential am maximalen Durchmesser D1 an der Ebene E anliegt.
Durch den ersten Konuswinkel a am Außenkonus 8 der Werkzeugverlängerung 2 bildet der Hüllkörper 12 somit mathematisch einen Kegelstumpf, in welchem der Schneidenbereich 3 an seinem maximalen Durchmesser D1 in der Ebene E tangential anliegt.
Im montierten Zustand des Bearbeitungswerkzeugs 1 in der Werkzeugverlängerung 2 ist ferner ein Abstand A eines freien Endes 31 des Schneidenbereichs 3 zu dem freiliegenden Ende 6 der Werkzeugverlängerung 2 kleiner als 5-mal dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand A doppelt so groß wie der maximale Durchmesser D1 (A = 2x D1).
Die Werkzeugverlängerung 2 ist ebenfalls aus einem Hartmetallmaterial hergestellt. Es sei angemerkt, dass hierbei das gleiche Hartmetall wie für das Bearbeitungswerkzeug 1 verwendet werden kann oder alternativ auch ein anderes Hartmetall. Wichtig ist hierbei, dass insbesondere die Werkzeugverlängerung 2 aus Hartmetall hergestellt ist, da diese länger ist als das kurze Bearbeitungswerkzeug 1. Dieses kann auch aus Stahl hergestellt sein.
Dadurch wird insbesondere eine Verformung des Bearbeitungswerkzeugs 1 und/oder der Werkzeugverlängerung 2 aus der Mittelachse X im Betrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen vermieden.
Somit ist ein Bruch des Bearbeitungswerkzeugs 1 , welches im Betrieb einer Werkzeugmaschine nie zu 100 % vermieden werden kann, im Vergleich mit dem Stand der Technik, bei welchem Werkzeugverlängerungen aus Stahl oder sehr lange Werkzeugaufnahmen aus Stahl verwendet werden, signifikant weniger gefährlich. Bei Stahlwerkstoffen für das Bearbeitungswerkzeug 1 und/oder die Werkzeugverlängerung 2 kann bei sehr hohen Drehzahlen ein Verbiegen dieser Bauteile auftreten, so dass dann bei einem Werkzeugbruch noch zusätzlich ein Moment auf das abgebrochene Werkzeugteil wirkt, wobei das Moment vom Grad der Verbiegung (Hebelarm) abhängt. Dadurch wirkt der aus Stahl hergestellte, abgebrochene Werkzeugteil wie ein Geschoss und kann auch Schutzeinrichtungen wie eine Haube oder Scheibe einer Werkzeugmaschine oder dergleichen durchschlagen. Das Einsetzen des Bearbeitungswerkzeugs 1 in die Aufnahmeöffnung 20 der Werkzeugverlängerung 2 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen Bearbeitungswerkzeug 1 und Werkzeugverlängerung 2 herzustellen. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit 13 vorgesehen, welche eingerichtet ist, den Greifer 14, welcher das Bearbeitungswerkzeug 1 am Haltebereich 4 greift, Weg-gesteuert in Abhängigkeit des Einpressweges zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit 13 eine Länge des Einpressweges vor, mit welcher das Bearbeitungswerkzeug 1 in die Werkzeugverlängerung 2 bewegt wird, um die kraftschlüssige Verbindung herzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 13 eingerichtet sein, den Greifer 14 Kraftgesteuert in Abhängigkeit einer Einpresskraft zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung bewegen. Durch Vorgabe der Einpresskraft kann sichergestellt werden, dass das Bearbeitungswerkzeug 1 sicher in der Werkzeugverlängerung 2 gehalten ist. Hierbei kann die Steuereinheit auch die Kombination, d.h. einen Wert für den Einpressweg und einen Wert für die Einpresskraft vorgeben, wobei es auch möglich ist, dass hier Bereiche mit jeweils unterem und oberem Grenzwert angegeben werden.
Die Werkzeugverlängerung 2 weist, wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich ist, am freiliegenden Ende 6 eine relativ geringe Wandstärke in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 ,0 mm auf. Somit ist eine sehr schlanke Werkzeugverlängerung 2 gegeben, so dass eine Bearbeitung von tiefen Nuten, tiefen Bohrungen oder langen Wandbereichen in Richtung der Mittelachse X des Bearbeitungswerkzeugs 1 möglich ist. Dadurch können relativ kurze Bearbeitungswerkzeuge 1 verwendet werden, so dass die Gefahr eines Werkzeugbruchs im Vergleich mit längeren Werkzeugen deutlich minimiert ist.
Die Werkzeugaufnahme 15 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, mittels eines üblichen Spannsystems mit einer Spindel (in Fig. 1 nicht gezeigt) verbunden werden.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Abmessungen zwischen dem Hüllkörper 12 und dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 unterschiedlich. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 im Bereich der Ebene E kleiner als der Durchmesser des konischen Hüllkörpers 12 an der Ebene E. Hierbei ist ein erster Abstand A1 , der jeweils an beiden Seiten des Schneidenbereichs 3 in der Ebene E bezeichnet ist, vorhanden. Der erste Abstand A1 beträgt maximal 10 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und es ergeben sich die gleichen Vorteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist beim dritten Ausführungsbeispiel der Hüllkörper 12 derart gebildet, dass der Hüllkörper 12 den Schneidenbereich 3 schneidet. Dadurch ergibt sich in der Ebene E ein zweiter Abstand A2 zwischen dem konischen Hüllkörper 12 und dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3. Der zweite Abstand A2 ist dabei an beiden Seiten des Hüllkörpers zum Mantelbereich des Schneidenbereichs 3 vorhanden. Der zweite Abstand A2 beträgt dabei maximal 30 % des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs 3. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und es werden die gleichen Vorteile wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erhalten, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 1 und der Werkzeugverlängerung 2 die Anordnung des konischen Bereichs und der konischen Aufnahme getauscht wurde. D.h., das Bearbeitungswerkzeug 1 weist nun als konischen Schaftbereich einen Innenkonus mit zweitem Konuswinkel b als konischen Aufnahmebereich 105 auf und die Werkzeugverlängerung 2 weist einen Außenkonus mit drittem Konuswinkel c als konischen Bereich 121 auf (vgl. Fig. 8 und 9). Zwischen dem konischen Aufnahmebereich 105 am Bearbeitungswerkzeug 1 und dem konischen Bereich 121 der Werkzeugverlängerung 2 ist wiederum ausschließlich eine kraftschlüssige Verbindung ausgebildet, da der zweite und dritte Konuswinkel b, c wieder gleich ausgebildet sind. Ein Außendurchmesser D4 eines freiliegenden Endes des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist 10% größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3.
Diese Anordnung hat insbesondere den Vorteil, dass das Bearbeitungswerkzeug 1 noch kürzer ausgebildet werden kann, da der konische Aufnahmebereich 105 die Möglichkeit bietet, dass ein freiliegendes Ende 106 der Werkzeugverlängerung 2 tief in das Bearbeitungswerkzeug 1 eingeführt werden kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Zu allen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die Erfindung beispielhaft an einem teilkugelförmigen Bearbeitungswerkzeug 1 , welches einen teilkugelförmigen Schneidenbereich 3 aufweist, dargestellt wurde. Es ist jedoch auch möglich, dass der Schneidenbereich 3 zylindrisch, torisch ist oder auch konisch ist und sich insbesondere in Richtung zum freien Ende 31 des Schneidenbereichs 3 verjüngt. Auch andere Werkzeugformen sind bei der Erfindung verwendbar, wodurch die gleichen Vorteile wie für die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Bearbeitungswerkzeuge 1 erhalten werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwendet, welche eine Fräsmaschine oder Schleifmaschine oder Bohrmaschine oder dergleichen sein kann.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 10 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 Bearbeitungswerkzeug
2 Werkzeugverlängerung
3 Schneidenbereich
4 zylindrischer Haltebereich
5 konischer Schaftbereich
5‘ Einspannbereich im montierten Zustand
6 freiliegendes Ende der Werkzeugverlängerung
8 Außenkonus
9 zylindrischer Teil der Werkzeugverlängerung
10 Bohrung
11 Bund
12 Hüllkörper
13 Steuereinheit
14 Greifer
15 Werkzeugaufnahme
20 Aufnahmeöffnung
21 konischer Aufnahmebereich der Werkzeugverlängerung
22 Absatz
30 Schaft
31 freies Ende
100 Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken
101 Werkstück
102 Bearbeitungswerkzeug
103 Werkzeugaufnahme
105 konischer Aufnahmebereich
106 freiliegendes Ende der Werkzeugverlängerung
107 freiliegendes Ende des Bearbeitungswerkzeugs
121 konischer Aufnahmebereich der Werkzeugverlängerung
A Abstand freiliegendes Ende 6 zu freiem Ende 30
A1 erster Abstand
A2 zweiter Abstand
D1 Durchmesser des Schneidenbereichs
D2 Außendurchmesser der Werkzeugverlängerung am freiliegenden Ende
D3 Innendurchmesser der Werkzeugverlängerung am freiliegenden Ende
D4 Außendurchmesser des Bearbeitungswerkzeugs am freiliegenden Ende
E Ebene K Kollisionsstelle
L Spannlänge des Einspannbereichs
M Mittelpunkt
X Mittelachse a erster Konuswinkel / Außenkonus der Werkzeugverlängerung b zweiter Konuswinkel c dritter Konuswinkel

Claims

Ansprüche
1 . Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken, umfassend ein Bearbeitungswerkzeug (1) mit einem Schneidenbereich (3) und einem Schaft (30), wobei der Schaft (30) einen konischen Schaftbereich (5) und einen benachbart zum Schaftbereich (5) angeordneten Haltebereich (4) aufweist, eine Werkzeugverlängerung (2) mit einem konischen Aufnahmebereich (21), wobei der konische Schaftbereich (5) und der konische Aufnahmebereich (21) komplementär zueinander ausgebildet sind derart, dass das Bearbeitungswerkzeug (1) zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung (2) gehalten ist, eine Werkzeugaufnahme (15) zur Aufnahme der Werkzeugverlängerung (2), wobei die Werkzeugaufnahme (15) eingerichtet ist, mit einer rotierbaren Spindel einer Werkzeugmaschine verbunden zu werden, wobei der Schneidenbereich (3) in einer Ebene E senkrecht zu einer Mittelachse X einen maximalen Durchmesser D1 hat, wobei die Ebene E einen Hüllkörper (12), der eine mathematische Verlängerung eines Außenkonus (8) der Werkzeugverlängerung (2) ist, derart schneidet, dass ein maximaler erster Abstand A1 des Hüllkörpers (12) vom Schneidenbereich (3) maximal 10 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs (3) ist oder der Schneidenbereich (3) den Hüllkörper (12) berührt oder der Hüllkörper (12) den Schneidenbereich (3) derart schneidet, dass ein maximaler zweiter Abstand A2 in der Ebene E des Schneidenbereichs (3) kleiner oder gleich 30 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs (3) ist, wobei der Außenkonus (8) einen ersten Konuswinkel a aufweist, der kleiner oder gleich als 10° ist, und wobei ein Abstand A eines freien Endes (31) des Schneidenbereichs (3) zu einem freiliegenden Ende (6) der Werkzeugverlängerung (2) kleiner als fünfmal so groß ist wie der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs (3).
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei der konische Schaftbereich (5) ein Außenkonus mit einem zweiten Konuswinkel b ist und der konische Aufnahmebereich (21) ein Innenkonus mit einem dritten Winkel c ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei ein Außendurchmesser D2 des freiliegenden Endes (6) der Werkzeugverlängerung (2) maximal 20% größer ist als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs (3), und/oder wobei die Werkzeugverlängerung (2) am freiliegenden Ende (6) eine Wandstärke in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 ,0 mm aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei der konische Schaftbereich (105) ein Innenkonus mit einem zweiten Konuswinkel b am Bearbeitungswerkzeug (1) ist und der konische Aufnahmebereich (121) ein Außenkonus mit einem dritten Konuswinkel c an der Werkzeugverlängerung (2) ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei ein Außendurchmesser D4 eines freiliegenden Endes (107) des Bearbeitungswerkzeugs maximal 20% größer ist als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs (3).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugverlängerung (2) aus einem Hartmetallmaterial hergestellt ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Konuswinkel a des Außenkonus (8) größer oder gleich ist wie der zweite Konuswinkel b des konischen Schaftbereichs (5) und größer oder gleich ist wie der dritte Konuswinkel c des konischen Aufnahmebereichs (21).
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite und dritte Konuswinkel b, c des konischen Schaftbereichs (5) und des konischen Aufnahmebereichs (21) in einem Bereich von 1 ,5° bis 4° liegen.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der konische Schaftbereich (5) einen Einspannbereich (5‘) aufweist, der eine Länge L aufweist, die das 1 ,5-fache des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs (3) beträgt.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bearbeitungswerkzeug (1) ferner einen umlaufenden Bund (11) zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem Haltebereich (4) aufweist, welcher radial nach außen vorsteht.
11 . Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein axialer Einpressweg, der zwischen einem vollständigen Kontakt zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) und der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) kleiner oder gleich 8 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs (3) ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , ferner umfassend eine Steuereinheit (13), welche eingerichtet ist, einen Greifer (14), der das Bearbeitungswerkzeug (1) am Haltebereich (4) greift, Weg-gesteuert in Abhängigkeit des Einpressweges zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) zu bewegen.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend eine Steuereinheit (13), welche eingerichtet ist, den Greifer (14), der das Bearbeitungswerkzeug (1) am Haltebereich (4) greift, kraft-gesteuert in Abhängigkeit einer Einpresskraft zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich (5) und dem konischen Aufnahmebereich (21) zu bewegen.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugverlängerung (2) einen äußeren Mantel mit dem Außenkonus (8) und einen zylindrischen Teil (9) aufweist.
15. Werkzeugmaschine, umfassend eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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