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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Werkzeugaufbau und Werkzeugteile hiervon für eine spanabhebende Werkzeugmaschine, vorzugsweise für eine Drehmaschine.
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Allgemein als Werkzeug für eine spanabhebende Werkzeugmaschine ein Werkzeughalter verwendet, an dem eine Bohrstange befestigt ist. Nachteilig ist hierbei, dass die spanabhebenden Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Hersteller verschieden gestaltete Anbindungsmöglichkeiten aufweisen und damit für verschiedene Maschinen immer ein kompletter Werkzeughalter angeschafft werden muss. Außerdem werden im Allgemeinen runde Bohrstangen verwendet, die durch zwei oder drei Schrauben gegen Verdrehung und Verschiebung gesichert werden. Hierbei ist es nachteilig, dass die Bohrstange bei der Montage unkorrekt positioniert werden kann und lediglich punktuell eine Kraft auf die Bohrstange wirkt.
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Die
DE 3850450 T2 oder die
US 20081 0247832 A1 zeigen ein Werkzeug mit einer elliptischen Bohrstange, wodurch ein Verdrehen verhindert wird.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung die Handhabung der bekannten Werkzeuge für spanabhebende Werkzeugmaschinen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erfüllt.
- 1 Explosionszeichnung des Werkzeugs
- 2 weitere Explosionszeichnung des Werkzeugs
- 3a Seitenansicht des Unterteils
- 3b Frontansicht des Unterteils
- 3c Draufsicht auf das Unterteil
- 3d Schnitt B-B durch das Unterteil aus 3b
- 3e Schnitt A-A durch das Unterteil aus 3c
- 4a Seitenansicht einer Spannzange gemäß erster Ausführungsform
- 4b Frontansicht einer Spannzange gemäß erster Ausführungsform
- 4c Draufsicht einer Spannzange gemäß erster Ausführungsform
- 4d Schnitt F-F durch die Spannzange aus 4a
- 4e Schnitt E-E durch die Spannzange aus 4a
- 4f Schnitt C-C durch die Spannzange aus 4a
- 4g Schnitt D-D durch die Spannzange aus 4a
- 5a Skizze der Verbindung zwischen Bohrstange und Spannzange gemäß zweiter Variante
- 5b Skizze der Verbindung zwischen Bohrstange und Spannzange gemäß vierter Variante
- 6a Frontansicht einer Spannzange gemäß zweiter Ausführungsform
- 6b Seitenansicht einer Spannzange gemäß zweiter Ausführungsform
- 6c Isometrische Ansicht einer Spannzange gemäß zweiter Ausführungsform
- 6d Schnitt G-G durch die Spannzange aus 5a
- 7 erste isometrische Ansicht des Werkzeugs
- 8 zweite isometrische Ansicht des Werkzeugs
- 9 dritte isometrische Ansicht des Werkzeugs
- 10 vierte isometrische Ansicht des Werkzeugs
- 11 Draufsicht auf das Werkzeug
- 12 Schnitt H-H durch das Werkzeug aus 11
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Die folgende Beschreibung betrifft ein Werkzeug für eine spanabhebende Werkzeugmaschine. Insbesondere soll das Werkzeug für eine Drehmaschine verwendet werden. Der im Folgenden beschriebene Aufbau ist jedoch auch für Werkzeuge anderer spanabhebender Maschinen wie z.B. einer Fräsmaschine verwendbar.
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Die Figuren zeigen eine beispielhafte Ausführung für eine Drehmaschine. Das Werkzeug (1) besteht aus einem Oberteil (2) und einem Unterteil (3), die integral oder getrennt hergestellt werden können. Bei einer integralen Herstellung wird die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert. Bei einer Herstellung von getrenntem Oberteil (2) und Unterteil (3) kann der Werkzeughalter modular aufgebaut werden. Fertigungsbetriebe mit mehreren verschiedenen Maschinen müssen hierdurch nicht für jede Maschine den gesamten Werkzeughalter beschaffen. Es genügt hierbei, dass das Oberteil (2) für die jeweilige Maschine beschafft wird. Die verschiedenen, individuell für die jeweilige Drehmaschine hergestellten Oberteile sind derart ausgeführt, dass ein Unterteil (3) an mehreren verschiedenen Oberteilen verwendet werden kann. Das heißt, dass das Oberteil zum einen eine Verbindung zu der jeweiligen Drehmaschine hat, die abhängig von der Anbindungsgestaltung der Drehmaschine ist, und zum anderen eine universelle Anbindung zum Unterteil aufweist. Diese Verbindung beschränkt sich hierbei nicht nur auf die Fixierungen der Einzelteile, die vorzugsweise durch Verschraubungen ausgeführt sind, sondern beinhalten auch Kühlkanäle und/ oder Schmierkanäle. Das Unterteil (3) beinhaltet weiterhin eine Aussparung (33), in der eine Aufnahme einer Bohrstange (4) mit einem Drehmeisel oder einem anderen Schneidwerkzeugeinsatz vorgesehen ist. Die Aufnahme beinhaltet hierbei eine Spannzange (5) und eine Spannmutter (6)
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Das Unterteil hat (3) eine erste Fläche (31) und eine zweite Fläche (32), die sich am Bauteil gegenüber der ersten Fläche (31) befindet, und das Unterteile (3) weist eine Aussparung (33), die von der ersten Fläche (31) bis zur zweiten Fläche (32) durch das Bauteil durchgeht, auf. Die Aussparung besteht aus einem ersten Aussparungsbereich (34), der von der ersten Fläche (31) beginnend in das Bauteil verläuft. Der erste Aussparungsbereich (34) hat hierbei einen elliptischen oder runden Querschnitt und verengt sich ausgehend von der ersten Fläche kegelförmig mit einem konstanten ersten Kegelwinkel (39). An dem ersten Aussparungsbereich (34) schließen in Richtung der zweiten Fläche (32) ein zweiter Aussparungsbereich (35) und darauf ein dritter Aussparungsbereich (36) an. Der zweite Aussparungsbereich (35) hat einen konstanten elliptischen oder runden Querschnitt. Der Übergang zwischen erstem Aussparungsbereich (34) und zweitem Aussparungsbereich (35) wird hierbei stetig ausgeführt. Der dritte Aussparungsbereich (36) hat einen runden Querschnitt, dessen Radius größer als der Radius oder die große Halbachse des Querschnittes des zweiten Aussparungsbereichs ist. Zwischen dem dritten Aussparungsbereich (36) und der zweiten Fläche kann ein vierter Aussparungsbereich (37) vorgesehen werden, der einen runden Querschnitt aufweist und dessen Radius größer ist als der Radius des Querschnittes des dritten Aussparungsbereichs (36).
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In der Aussparung wird eine Spannzange (5) positioniert. Die Spannzange (5) besteht aus einem ersten Spannzangenbereich (51), einem zweiten Spannzangenbereich (52), einem dritten Spannzangenbereich (53) und einem vierten Spannzangenbereich (54).
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Der erste Spannzangenbereich (51) weist elliptischen oder runden Querschnitt auf und verengt sich in Richtung des zweiten Spannzangenbereichs (52) kegelförmig mit einem konstanten zweiten Kegelwinkel (55). Die Form des Querschnittes des ersten Spannzangenbereichs (51) korrespondiert hierbei mit der Form des Querschnitts des ersten Aussparungsbereichs (34). Das heißt, dass beide Bereiche (34, 51) entweder rund oder elliptisch mit identischer Elliptizität ausgeführt sind, jedoch nie ein Bereich rund und der andere elliptisch. Der zweite Kegelwinkel (55) ist hierbei gleich oder maximal 10° größer als der erste Kegelwinkel (39). Die Länge des ersten Spannzangenbereichs (51) entspricht im Wesentlichen der Länge des ersten Aussparungsbereichs (34)
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Anschließend an dem ersten Spannzangenbereich (51) befindet sich der zweite Spannzangenbereich (52). Der zweite Spannzangenbereich (51) hat einen konstanten elliptischen oder runden Querschnitt. Die Form des Querschnittes des zweiten Spannzangenbereichs (52) korrespondiert hierbei mit der Form des Querschnitts des zweiten Aussparungsbereichs (35). Das heißt, dass beide Bereiche (35, 52) entweder rund oder elliptisch mit identischer Elliptizität ausgeführt sind, jedoch nie ein Bereich rund und der andere elliptisch. Der Querschnitt des zweiten Spannzangenbereichs (52) ist hierbei kleiner als der kleinste Querschnitt des ersten Spannzangenbereichs (51). Die Länge des zweiten Spannzangenbereichs (53) ist in einem Bereich von 20% bis 80% der Länge des zweiten Aussparungsbereichs (35). Der Querschnitt des zweiten Spannzangenbereichs (52) kleiner als der Querschnitt des zweiten Aussparungsbereichs (35), so dass nach dem Zusammenbau sich ein Spalt zwischen dem zweiten Spannzangenbereich (52) und dem zweiten Aussparungsbereich (35) befindet. Anschließend an dem zweiten Spannzangenbereich (52) befindet sich der dritte Spannzangenbereich (53). Der dritte Spannzangenbereich (53) hat einen konstanten elliptischen oder runden Querschnitt. Die Form des Querschnittes des dritten Spannzangenbereichs (53) korrespondiert hierbei mit der Form des Querschnitts des zweiten Aussparungsbereichs (35). Das heißt, dass beide Bereiche (35, 53) entweder rund oder elliptisch mit identischer Elliptizität ausgeführt sind, jedoch nie ein Bereich rund und der andere elliptisch. Der Querschnitt des dritten Spannzangenbereichs (53) ist hierbei derart gewählt, dass zwischen dem dritten Spannzangenbereich (53) und dem zweiten Aussparungsbereich (35) eine Passung, vorteilhafterweise eine Übergangspassung oder eine Spielpassung vorhanden ist. Die Länge des dritten Spannzangenbereichs (53) ist derart gewählt, dass die Gesamtlänge von erstem (51), zweiten (52) und drittem (53) Spannzangenbereich in einem Bereich von 80% - 120%, vorteilhafterweise in einem Bereich von 98%-102%, der Gesamtlänge des ersten Aussparungsbereichs (34) und des zweiten Aussparungsbereichs (35) liegt.
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Anschließend an dem dritten Spannzangenbereich (53) befindet sich der vierte Spannzangenbereich (54). Der vierte Spannzangenbereich (54) besitzt ein metrisches Gewinde, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser oder die Nebenachse des dritten Spannzangenbereichs (53). Die Länge des vierten Spannzangenbereichs (54) ist derart gewählt, dass die Gesamtlänge von erstem (51), zweiten (52), drittem (53) und vierten (54) Spannzangenbereich kleiner ist als die Gesamtlänge des ersten (34), zweiten (35) und dritten (35) Aussparungsbereichs.
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In einer ersten Ausführungsform sind die Spanzange (5) und die Bohrstange als getrennte Bauteile ausgeführt. Im Folgenden wird die erste Ausführungsform beschrieben: Durch die gesamte Spannzange führt eine runde oder elliptische Spannzangenaussparung (38), in der die Bohrstange (4) gelagert ist. Der Querschnitt der Spannzangenaussparung (38) entspricht vorteilhafterweise im Wesentlichen dem Querschnitt der Bohrstange. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Bohrstange (4) und Spannzangenaussparung (38) als Spielpassung oder Übergangspassung ausgeführt. Die Spannzangenaussparung (38) kann jedoch noch andere Fixierungsmittel zur besseren Fixierung der Bohrstange (4) aufweisen.
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So ist als erste Variante denkbar, dass die Spannzangenaussparung (38) und analog dazu die Bohrstange (4) kegelförmig ausgeführt werden. Spannzangenaussparung (38) und Bohrstange (4) weisen hier im Bereich der ersten Fläche (31) den größten Querschnitt auf und verengen sich dann hin zur zweiten Fläche (32)
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Eine zweite Variante sieht vor, dass in der Spannzangenaussparung (38) eine umlaufende erste Vertiefung (59) vorgesehen wird, die mit einer umlaufenden ersten Erhöhung (81) in der Bohrstange (4) korrespondiert.
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Eine dritte Variante sieht vor, dass in der Spannzangenaussparung (38) eine umlaufende zweite Erhöhung (60) vorgesehen wird, die mit einer umlaufenden zweiten Vertiefung (82) in der Bohrstange (4) korrespondiert.
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Eine vierte Variante sieht vor, dass die Bohrstange (4) mehrere Rillen (83) aufweist. In der Spannzange sind Mittel vorgesehen, die im zusammengebauten Zustand in die Rillen eingreifen. Als Mittel können hierbei beispielsweise kegelförmige oder runde Zacken (91) vorgesehen werden.
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Die 4b zeigt eine Frontansicht auf den ersten Spannzangenbereich (51) der Spannzange (5). Der erste Spannzangenbereich (51) und zumindest der zweite Spannzangenbereich (52) ist hierbei in mehrere Segmente (56) geteilt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Segmente (56) zwischen 2 und 10, besonders vorteilhafterweise ist die Anzahl der Segmente (56) 6. Die Figuren zeigen eine beispielhafte, bevorzugte Ausführung mit 6 Segmenten (56). Zwischen den Segmenten befindet sich ein Spalt (57) mit einer Breite, die sich in einem Bereich von 0,5 mm bis 4 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, befindet. Der Spalt (57) erstreckt sich von einer Stirnfläche (58) der Spannzange (5) bis in den zweiten Spannzangenabschnitt (52). Am Ende des Spalts (57) im zweiten Spannzangenabschnitt (52) befindet sich eine Enlastungsbohrung (58).
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Die Materialdicke der Spannzange (5) im zweiten Spannzangenbereich (52) ist außerdem geringer als in den übrigen Spannzangenbereichen. Durch die Verringerung der Materialdicke in diesem Bereich wird eine elastische Verformung der Segmente (56) im Bereich des zweiten Spannzangenabschnittes (52) bewerkstelligt. Vorteilhafterweise hat die Materialdicke der Spannzange (5) im zweiten Spannzangenbereich (52) einen Wert zwischen 0,5 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm. Zur Verringerung der Materialdicke kann im zweiten Spannzangenbereich ausgehend von der durch die Spannzangenaussparung (38) definierten Innenfläche (44) eine Aussparung (45) vorgesehen sein. Alternativ wird die Außenkontur der Spannzange (5) derart gewählt, dass sich dadurch die gewünschte Materialdicke ergibt.
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In einer zweiten Ausführungsvariante wird die Spannzange (5) integral mit der Bohrstange (4) ausgeführt. Hierbei ist die Außenkontor der Spannzange (5) identisch wie bei der ersten Ausführungsform mit dem Unterschied zur ersten Ausführung, dass an der an den ersten Spannzangenbereich (51) angrenzenden Stirnseite die integral mit der Spannzange gefertigte Bohrstange (5) herausragt.
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Auf den vierten Abschnitt (54) der Spannzange (5) wird eine Spannmutter (6) geschraubt. Die Spannmutter (6) besteht aus einem ersten Spannmutterbereich (61) und einem zweiten Spannmutterbereich (62). Die Länge der Spannmutter (6) ist kleiner als die Länge des dritten Spannzangenbereichs (53). Der Durchmesser des ersten Spannmutterbereichs (61) ist kleiner als der Durchmesser des dritten Spannzangenbereichs (53). Der erste Spannmutterbereich (61) besitzt Mittel zum Eingriff eines Werkzeugs zur Verschraubung der Mutter. Mögliche Mittel sind zum Beispiel zwei abgeflachte Flächen an der Mantelfläche zum Eingreifen eines Gabelschlüssels oder mehrere Bohrungen an der Stirnfläche. Der zweite Spannmutterbereich (62) kann eine umlaufende erste Nut (63) an der Mantelfläche enthalten, die als Kühlwasserleitung verwendet werden kann. Der Durchmesser des zweiten Spannmutterbereichs (62) ist kleiner als der Durchmesser des ersten Spannmutterbereichs (61).
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Ein Deckel (7), der einen Durchmesser besitzt, der im Rahmen einer Spielpassung dem Durchmesser des vierten Aussparungsbereichs (37) entspricht und dessen Länge im Wesentlichen der Länge des vierten Aussparungsbereichs (37) entspricht, wird in den vierten Aussparungsbereich (37) positioniert und mit dem Unterteil (3) verschraubt. Zwischen Deckel (7) und Unterteil (3) kann eine Dichtung, insbesondere ein Dichtungsring, vorgesehen werden. Für die Verschraubung sind mehrere Sackbohrungen (40) im Unterteil (3) und mehrere Bohrungen (71) im Deckel (7) vorgesehen.
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Als Material für die einzelnen Bauteile wie Oberteil (2), Unterteil (3), Bohrstange (4), Spannzange (5), Spannmutter (6), Deckel (7) und Verschlussmittel (8) können hierbei eine Aluminium- oder Stahllegierung verwendet werden. Die Bauteile können hierbei alle aus demselben Material oder auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.
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Im Oberteil (2) sind mehrere Kühlmittelbohrungen (21) gebohrt. Bohrungsöffnungen der Kühlmittelbohrungen (21), die nicht als Einlass oder Auslass verwendet werden, werden mit einem Verschlussmittel (8) verschlossen. Vorzugsweise wird als Verschlussmittel (8) ein Stopfen oder eine Madenschraube verwendet. Eine oder mehrere Kühlmittelbohrungen (21) im Oberteil (2) besitzen einen ersten Kühlmitteleinlass (22), der mit einem nicht dargestellten Kühlmittelauslass der Drehmaschine verbunden Ist. Im Kontaktbereich zwischen Oberteil (2) und Unterteil (3) besitzen eine oder mehrere Kühlmittelbohrungen (21) im Oberteil (2) einen ersten Kühlmittelauslass (23)
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Im Unterteil (3) sind ebenfalls mehrere Kühlmittelbohrungen (41) gebohrt. Bohrungsöffnungen der Kühlmittelbohrungen (41), die nicht als Einlass oder Auslass verwendet werden, werden ebenfalls mit einem Verschlussmittel (8) verschlossen. Eine oder mehrere Kühlmittelbohrungen (41) im Unterteil (3) besitzen einen zweiten Kühlmitteleinlass (42), der mit dem einen ersten Kühlmittelauslass (23) des Oberteils (2) verbunden ist. Es ist hierbei zu beachten, dass vorzugsweise die Anzahl der ersten Kühlmittelauslässe (23) im Oberteil (2) gleich der Anzahl der zweiten Kühlmittelauslässe (42) ist.
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Im zweiten Aussparungsbereich (35) hat zumindest eine Kühlmittelbohrung (41) einen zweiten Kühlmittelauslass (43). Der Kühlmittelauslass (43) ist dabei derart positioniert, dass im zusammengebauten Zustand das Kühlmittel vom Kühlmittelauslass (43) in die Erste Nut (63) in der Spannmutter (6) fließt.
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Die Spalte (57) der Spannzange (5) können bei der ersten Ausführungsform mit einem Elastomer verschlossen sein. Dadurch kann das Kühlmittel ausgehend von der Spannmutter (6) an der Fläche der Spannzangenaussparung in Richtung der ersten Fläche (31) fließen. Von dort kann es wieder in Richtung der zweiten Fläche (32) fließen und über eine (nicht dargestellte) Bohrung im vierten Aussparungsbereich (37) abgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug
- 2
- Oberteil
- 3
- Unterteil
- 4
- Bohrstange
- 5
- Spannzange
- 6
- Spannmutter
- 7
- Deckel
- 8
- Verschlussmittel
- 21
- Kühlmittelbohrungen
- 22
- Erster Kühlmitteleinlass
- 23
- Erster Kühlmittelauslass
- 31
- erste Fläche
- 32
- zweite Fläche
- 33
- Aussparung
- 34
- erster Aussparungsbereich
- 35
- zweiter Aussparungsbereich
- 36
- dritter Aussparungsbereich
- 37
- vierter Aussparungsbereich
- 38
- Spannzangenaussparung
- 39
- Erster Kegelwinkel
- 40
- Sackbohrung
- 41
- Kühlmittelbohrung
- 42
- Zweiter Kühlmitteleinlass
- 43
- Zweiten Kühlmittelauslass
- 44
- Innenfläche
- 45
- Aussparung
- 51
- erster Spannzangenbereich
- 52
- zweiter Spannzangenbereich
- 53
- dritter Spannzangenbereich
- 54
- vierter Spannzangenbereich
- 55
- zweiter Kegelwinkel
- 56
- Segment
- 57
- Spalt
- 58
- Entlastungsbohrung
- 59
- Erste Vertiefung
- 60
- Zweite Erhöhung
- 61
- erster Spannmutterbereich
- 62
- zweiter Spannmutterbereich
- 63
- Erste Nut
- 71
- Bohrung
- 81
- Erste Erhöhung
- 82
- Zweite Vertiefung
- 83
- Rille
- 91
- Zacken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3850450 T2 [0003]
- US 200810247832 A1 [0003]
