DE102010034889B4

DE102010034889B4 - Werkzeugspannsystem

Info

Publication number: DE102010034889B4
Application number: DE102010034889A
Authority: DE
Inventors: Thomas Staiger
Original assignee: Aircraft Philipp Uebersee & Co KG GmbH
Current assignee: Karl Schuessler & Co Kg De GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE102010034889A1

Abstract

Werkzeugspannsystem zum Einspannen eines Zerspanungswerkzeuges in eine Werkzeugmaschinenspindel, umfassend ein in eine Spindelaufnahme einspannbares Schrumpffutter mit einem Aufnahmestutzen, in dessen Aufnahmebohrung ein Werkzeugschaft mittels Schrumpfung einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand (18) des Aufnahmestutzens (10) wenigstens eine diese durchsetzende Gewindebohrung (20) mit einer die Achse (26) der Aufnahmebohrung (12) schneidenden, schräg zum spindelseitigen Ende des Schrumpffutters (4) hin gerichteten Achse (24) vorgesehen ist, welche eine gegen eine am Werkzeugschaft (28) ausgebildete Anlagefläche (Begrenzungswandfläche 32) anzulegende Anschlagschraube (22) aufnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugspannsystem zum Einspannen eines Zerspanungswerkzeuges in eine Werkzeugmaschinenspindel, umfassend ein in eine Spindelaufnahme einspannbares Schrumpffutter mit einem Aufnahmestutzen, in dessen Aufnahmebohrung ein Werkzeugschaft mittels Schrumpfung einspannbar ist.
Schrumpffutter der oben genannten Art sind allgemein bekannt. Zum Einspannen eines Werkzeuges wird der Aufnahmestutzen erwärmt, so dass er sich ausdehnt und das Einführen eines Werkzeugschaftes erlaubt. Beim Abkühlen des Aufnahmestutzens schrumpft dieser, wobei der Werkzeugschaft eingeklemmt und reibschlüssig gehalten wird. Ein Vorteil dieses bekannten Werkzeugspannsystems liegt insbesondere in der hohen, von anderen bekannten Spannsystemen nicht zu erreichenden Rundlaufgenauigkeit. Beispielhaft sind solche Schrumpffutter aus der DE 10 2007 037 962 A1 , aus der DE 199 44 440 C2 oder aus der DE 100 28 720 C2 bekannt.
[Seite 2a hier einfügen]
Es hat sich jedoch gezeigt, das die möglichen Schnittkräfte und die Zerspanungsleistung insbesondere bei schwer zerspanbaren Materialien wie Titan oder Nickel-Basislegierungen bei einer rein reibschlüssigen Einspannung der Werkzeuge begrenzt sind, so dass das Werkzeug sich unter Umständen im Schrumpffutter verdreht oder aus diesem herausgezogen wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeugspannsystem der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, welches bei unverändert hoher Rundlaufgenauigkeit höhere Schnittkräfte und Zerspanungsleistungen ermöglicht.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird also erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Wand des Aufnahmestutzens des Schrumpffutters wenigstens eine diese durchsetzende Gewindebohrung mit einer die Achse der Aufnahmebohrung schneidenden, schräg zum spindelseitigen Ende des Schrumpffutters hin gerichteten Achse vorgesehen ist, welche eine gegen eine am Werkzeugschaft ausgebildete Anlagefläche anzulegende Anschlagschraube aufnimmt.
Durch die gegen die Anlagefläche gegebenenfalls mit geringer Vorspannung anliegende Anschlagschraube wird für den Werkzeugschaft ein diesen in der Aufnahmebohrung haltender Anschlag gebildet, welcher ein Herausziehen des Werkzeuges aus der Aufnahmebohrung verhindert, so dass gegenüber einer rein reibschlüssigen Einspannung höhere Schnittkräfte und damit höhere Aus der DE 10 2006 028 408 A1 ist eine Auszugssicherung von Werkzeugen aus Werkzeughaltern mit einer Werkzeugaufnahme bekannt. Die dort beschriebene Auszugssicherung umfasst mindestens ein Sperrelement und mindestens eine dazu korrespondierende und das Sperrelement aufnehmende Sperrnut, welche formschlüssig zusammenwirken. Vorzugsweise weist das Werkzeug die Sperrnut auf. Die Sperrnut ist spiralförmig entlang des Schaftes des Werkzeuges ausgebildet. Das Sperrelement ist senkrecht zur Werkzeugachse in einer Bohrung angeordnet. Auch diese Anordnung kann das Auswandern des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme nicht verhindern, insbesondere bei der Zerspannung von Titanbauteilen.
Zerspanungsleistungen möglich sind. Eine eventuelle radiale Kraftkomponente der Fixierschraube ist ohne Bedeutung und bleibt infolge der engen und radial absolut spielfreien Einspannung des Werkzeugschaftes unwirksam.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugspannsystems wird auch darin gesehen, dass die Fixierschraube zusätzlich ein Walken des Fräserschaftes in der Aufnahmebohrung sicher verhindert.
Es sind zwar grundsätzlich schon Werkzeugspannsysteme mit im wesentlichen radial gegen den Werkzeugschaft angestellten Fixierschrauben bekannt (Systeme ”Weldon”; ”Whistle Notch”). Dabei handelt es sich jedoch nicht um Schrumpffutter, bei denen sich die Wand der Aufnahmebohrung infolge eines Schrumpfeffektes allseitig gleichmäßig an den Werkzeugschaft anlegt und diesen reibschlüssig hält. Vielmehr wird der Werkzeugschaft zunächst mit einem ein Einsetzen in die Aufnahmebohrung erlaubenden Spiel in diese eingeführt und sodann durch Anziehen der Fixierschraube zwischen dieser und dem dieser gegenüberliegenden Bereich der Innenwand der Aufnahmebohrung geklemmt, Zusätzlich erfolgt beim System ”Weldon” eine formschlüssige Halterung durch die in eine am Werkzeugschaft ausgebildete Ausnehmung eingreifende Fixierschraube und beim System ”Wistle Notch” infolge einer leicht einwärts gerichteten Kraftkomponente der Fixierschraube. Da bei beiden Systemen ein geringes Spiel zwischen der Aufnahmebohrung und dem Werkzeugschaft erforderlich ist, damit dieser in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann, entsteht beim Anziehen der Fixierschraube unvermeidlich eine seitliche Verschiebung des Werkzeugschaftes und damit ein nicht zu vernachlässigender Rundlauffehler.
Wie bereits ausgeführt wurde, wird bei der vorliegenden Erfindung das Einspannen des Werkzeugschaftes in die Aufnahmebohrung durch den Schrumpfeffekt bewirkt, womit Rundlauffehler weitgehend ausgeschlossen sind, und die Fixierschraube dient als Anschlag, so dass sie im wesentlichen ohne eine größere Vorspannung nur bis zur Anlage an die dafür vorgesehene Anlagefläche eingestellt werden muss.
Um am Werkzeugschaft eine Anlagefläche für die Fixierschraube zu bilden, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass am Werkzeugschaft eine Ringnut mit wenigstens einer zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche ausgebildet ist, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch genauer dargelegt wird. Eine Ringnut ermöglicht es, das Werkzeug in jeder Drehlage, d. h. ohne eine vorgegebene Drehstellung zu spannen.
Die Erfindung sieht auch vor, in Verbindung mit einem Schrumpffutter speziell für das Weldon-Spannsystem entwickelte Werkzeuge einzusetzen, bei denen am Werkzeugschaft eine seitliche Mitnahmefläche mit wenigstens einer zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche ausgebildet ist, an die sich die Anschlagschraube anlegen kann. Sowohl bei Werkzeugschäften mit Ringnut als auch bei Werkzeugschäften mit der beschriebenen seitlichen Mitnahmefläche ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Achse der Gewindebohrung mit der Achse der Aufnahmebohrung des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel etwa zwischen 35° und 55°, vorzugsweise von 45° bildet.
In entsprechender Weise können auch für das Wistle Notch-Spannsystem entwickelte Werkzeuge in Verbindung mit einem Schrumpffutter eingesetzt werden, bei denen am Werkzeugschaft eine seitliche, zur Werkzeugspitze hin einwärts geneigte, zur Achse der Gewindebohrung rechtwinklig stehende Mitnahmefläche ausgebildet ist. Der Neigungswinkel dieser Mitnahmefläche liegt im Bereich von 2°; demgemäß bildet auch die Gewindebohrung mit der Achse der Aufnahmebohrung des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel von 2°.
Die Halteschraube ist vorzugsweise als Madenschraube ausgebildet, die vollständig von der Gewindebohrung aufgenommen werden kann, so dass sie nicht seitlich über die Kontur des Aufnahmestutzens übersteht und eine Verletzungsgefahr für den Maschinenbediener bildet.
Die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfindung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Werkzeugspannsystem, mit einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Ringnut;
2 eine Ansicht gemäß der 1, mit einer ersten Variante einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Mitnahmefläche; und
3 eine Ansicht gemäß den 1 und 2, mit einer zweiten Variante einer am Werkzeugschaft ausgebildeten Mitnahmefläche.
Das in 1 dargestellte Werkzeugspannsystem 2 umfasst ein an sich bekanntes Schrumpffutter 4 mit einem in eine Spindelaufnahme (nicht dargestellt) einsetzbaren und in dieser festspannbaren Kegelschaft 6, einem Radialflansch 8, an welchem ein Werkzeugwechsler angreifen kann, und einem Aufnahmestutzen 10 mit einer Aufnahmebohrung 12 für die Aufnahme eines Werkzeuges 14. Ein axial verstellbarer Anschlag 16 ermöglicht eine genaue Justierung des Werkzeuges 14 in axialer Richtung und verhindert auch bei hohen Zerspanungsleistungen jegliche Verschiebung des Werkzeuges 14 einwärts.
In der Wand 18 des Aufnahmestutzens 10 ist wenigstens eine diese Wand 18 durchsetzende Gewindebohrung 20 vorgesehen, die eine Anschlagschraube 22 aufnimmt. Die Achse 24 der Gewindebohrung 20 bildet mit der Achse 26 der Aufnahmebohrung 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 45°.
Am Werkzeugschaft 28 des Werkzeuges 14 ist eine Ringnut 30 ausgebildet, deren in 1 obere Begrenzungsrandfläche 32 quer bzw. rechtwinklig zur Achse 24 der Gewindebohrung 20 steht. Diese Begrenzungsrandfläche 32 bildet eine Anlagefläche für die Anschlagschraube 22. Die Anschlagschraube 22 bildet auf diese Weise einen zweiten Anschlag für das Werkzeug 14, welcher auch bei hohen Zerspanungsleistungen eine Verschiebung des Werkzeuges 14 auswärts sicher verhindert.
2 zeigt ein Werkzeugspannsystem, welches in wesentlichen Teilen dem Werkzeugspannsystem 2 der 1 gleicht und deshalb nicht nochmals im einzelnen beschrieben werden muss. In der Wand 218 des Aufnahmestutzens 210 ist wie beim Ausführungsbeispiel der 1 eine Gewindebohrung 220 ausgebildet, die eine Anschlagschraube 222 aufnimmt. Die Achse 224 der Gewindebohrung 220 bildet mit der Achse 226 der Aufnahmebohrung 212 ebenfalls einen Winkel von 45°.
Am Werkzeugschaft 228 das Werkzeuges 214 ist im Gegensatz zu dem Werkzeug der 1 eine seitliche Mitnahmefläche 230 ausgebildet, deren in 2 obere Begrenzungsrandfläche 232 quer, d. h. rechtwinklig zur Achse 224 der Gewindebohrung 220 steht und als Anlagefläche für die Anschlagschraube 222 dient. Das Werkzeug 214 entspricht den für das Weldon-Spannsystem entwickelten Werkzeugen.
3 zeigt wiederum ein Werkzeugspannsystem ähnlich den 1 und 2, welches sich von diesen nur in der Anordnung der Anschlagschraube 322 und der damit zusammenwirkenden seitlichen Mitnahmefläche 330 unterscheidet. Wie die 3 erkennen lässt, ist am Werkzeugschaft 328 des Werkzeuges 314 eine seitliche, zur Werkzeugspitze hin einwärts geneigte Mitnahmefläche 330 ausgebildet, die mit der dieser gegenüberliegenden Innenwand der Aufnahmebohrung 312 einen sich einwärts verengenden Spalt bildet. Die Neigung der Mitnahmefläche 330 gegenüber der Achse 326 der Aufnahmebohrung 312 beträgt hier 2°. Die Achse 324 der Gewindebohrung 320 steht senkrecht auf der Mitnahmefläche 330, d. h. sie ist aus einer zur Achse 326 senkrecht stehenden Ebene ebenfalls um 2° nach unten geneigt, wie 3 erkennen lässt. Auch hier hat die Anschlagschraube 322 keine Spannfunktion, sondern eine Anschlagfunktion. Die Anschlagschraube 322 muss im wesentlichen nur mit geringer Vorspannung bis zur Anlage an die Mitnahmefläche 330 angezogen werden; die Anschlagfunktion wird dadurch gewährleistet, dass das Werkzeug wegen des sich verengenden Spaltes zwischen Mitnahmefläche 330 und Innenwand der Aufnahmebohrung 312 sich nach auswärts nicht bewegen kann.
Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwiesen.
Bezugszeichenliste

2: Werkzeugspannsystem
4: Schrumpffutter
6: Kegelschaft
8: Radialflansch
10: Aufnahmestutzen
12: Aufnahmebohrung
14: Werkzeug
16: Anschlag
18: Wand
20: Gewindebohrung
22: Anschlagschraube
24: Achse
26: Achse
28: Werkzeugschaft
30: Ringnut
32: Begrenzungsrandfläche
210: Aufnahmestutzen
212: Aufnahmebohrung
214: Werkzeug
218: Wand
220: Gewindebohrung
222: Anschlagschraube
224: Achse
226: Achse
228: Werkzeugschaft
230: Mitnahmefläche
232: Begrenzungsrandfläche
312: Aufnahmebohrung
314: Werkzeug
320: Gewindebohrung
322: Anschlagschraube
324: Achse
326: Achse
328: Werkzeugschaft
330: Mitnahmefläche

Claims

Werkzeugspannsystem zum Einspannen eines Zerspanungswerkzeuges in eine Werkzeugmaschinenspindel, umfassend ein in eine Spindelaufnahme einspannbares Schrumpffutter mit einem Aufnahmestutzen, in dessen Aufnahmebohrung ein Werkzeugschaft mittels Schrumpfung einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand (18) des Aufnahmestutzens (10) wenigstens eine diese durchsetzende Gewindebohrung (20) mit einer die Achse (26) der Aufnahmebohrung (12) schneidenden, schräg zum spindelseitigen Ende des Schrumpffutters (4) hin gerichteten Achse (24) vorgesehen ist, welche eine gegen eine am Werkzeugschaft (28) ausgebildete Anlagefläche (Begrenzungswandfläche 32) anzulegende Anschlagschraube (22) aufnimmt.
Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (28) eine Ringnut (30) mit wenigstens einer zur Achse (26) der Gewindebohrung (12) rechtwinklig stehenden Begrenzungswandfläche (32) ausgebildet ist.
Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (228) eine seitliche Mitnahmefläche (230) mit wenigstens einer zur Achse (224) der Gewindebohrung (220) rechtwinklig stehenden Begrenzungsrandfläche (232) ausgebildet ist.
Werkzeugspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (24, 224) der Gewindebohrung (20, 220) mit der Achse (26, 226) der Aufnahmebohrung (12, 212) des Aufnahmestutzens einen spitzen Winkel zwischen 35° und 55°, vorzugsweise 45° bildet.
Werkzeugspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (328) eine seitliche, zur Werkzeugspitze einwärts geneigte, zur Achse (324) der Gewindebohrung (320) rechtwinklig stehende Mitnahmefläche (330) ausgebildet ist.
Werkzeugspannsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmefläche (330) zur Achse (326) der Aufnahmebohrung (312) einen Winkel von 2° bildet.
Werkzeugspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagschraube (222, 322) als Madenschraube ausgebildet ist.