DE2234389C3

DE2234389C3 - Werkzeughalter für nicht umlaufende Schneidwerkzeuge an Drehmaschinen

Info

Publication number: DE2234389C3
Application number: DE19722234389
Authority: DE
Inventors: Bernhard 3011 Garbsen Rau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1972-07-13
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2234389A1; DE2234389B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für nicht umlaufende Schneidwerkzeuge an Drehmaschinen, bestehend aus einer in den Support unspannbaren Halterstange und einem an deren Stirnende in reproduzierbarer Lage befestigten auswechselbaren Werkzeugkopf mit quer zur Halterstange angeordnetem Werkzeug.

Bei der Innenbearbeitung von Bohrgestängen tritt eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsarten auf, so z. B. Schruppen, Schlichten, Überdrehen, Bohren, Anfasen, Gewindeschneiden, Kegeldrehen, Kopieren, um nur die wichtigsten von ihnen zu nennen. Auch die Möglichkeit, mit dem gleichen Werkzeug sowohl normal als auch Überkopf drehen zu können, ist sehr häufig erwünscht. Man benötigt deshalb Werkzeuge, die sich schnell und einfach wechseln lassen, wenn man lange Stillstandzeiten der Bearbeitungsmaschinen, die in der Regel aufwendige Drehmaschinen oder Waagerecht-Bohrmaschinen sind, vermeiden will.

Bei der Innenbearbeitung von Werkstücken treten besondere Probleme bei der Kühlung der Werkzeugschneide auf, auf die nicht verzichtet werden kann, wenn hohe Schnittgeschwindigkeiten angestrebt werden. Vor allem bei der Innenbearbeitung von Werkstücken, deren Innendurchmesser nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der das Werkzeug tragenden Bohrstangen bzw. Halterstangen, ist es sehr schwierig, das Kühlmittel unmittelbar bis zur Werkzeugschneide zu leiten.

Es sind Aufnahmevorrichtungen für auswechselbare Werkzeugköpfe bekannt, bei denen die Verbindung zwischen Werkzeugkopf und Bohrstangen — nachfolgend auch als Halterstangen bezeichnet — nach \n eines Schwalbenschwanzes erfolgt, welcher sich quer zur Halterstange erstreckt. Schwalbenschwanzverbindungen erlauben zwar eine ausreichend feste Verbindung zweier Teile, haben jedoch als Aufnahmevorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe eine Reihe von Nachteilen.

Ist nämlich die schwalbenschwanzförmige Aufnahmevorrichtung mit einem Anschlag versehen, bis zu welchem der auswechselbare Werkzeugkopf in die ^rj Halterstange eingeschoben werden kann, dann ergibt sich beim Zusammenbau eine automatische Zentrierung bzw. Justierung der Werkzeugschneide, so daß ein derart zusammengesetztes Werkzeug für Drehmaschinen mit numerischer Steuerung Verwendung finden

m kann. Dieser Vorteil wird jedoch damit erkauft, daß der Werkzeugkopf in seiner Aufnahmevorrichtung nicht um 180° umgesetzt werden kann, mit anderen Worten, es ist nicht möglich, mit dem gleichen Werkzeugkopf normal und Überkopf zu drehen. Verzichtet man andererseits

ι ^r> auf den Anschlag, der das Umsetzen des Werkzeugkopfes verhindert, so entfällt gleichzeitig die automatische Justierung der Werkzeugschneide und somit die Möglichkeit der Voreinstellung der Werkzeugschneide bei Verwendung von numerisch gesteuerten Maschinen.

Auch bei der Lösung des Problems, unter allen denkbaren Arbeitsbedingungen eine einwandfreie Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide zu gewährleisten, bietet eine Aufnahmevorrichtung nach Art eines Schwalbenschwanzes keinerlei Vorteile.

Es isi bekannt (DE-GM 19 92 332), bei Bohrwerkzeugen eine Bohrspindel zu verwenden, die zur Aufnahme eines auswechselbaren Werkzeuges dient. Die Bohrspindel stellt dabei den rotierenden Teil des Bohrwerkes dar, während das zu bearbeitende Werkstück stillsteht.

)o Bei der Einspannung des Werkzeuges in die Bohrspindel kommt es daher vornehmlich darauf an, daß ein drehfester Sitz gewährleistet ist, der die auftretenden Kräfte aufzunehmen vermag. Zu diesem Zweck ist bei dem bekannten Bohrwerkzeug ein selbsthaftender

·"· Kegel vorgesehen, dessen Paßflächen durch die mittels eines Gewindes erzeugte Zugkraft aneinandergedrückt werden. Die Erfindung geht aber von einem Werkzeughalter für nicht umlaufende Schneidwerkzeuge an Drehmaschinen aus, so daß die das Werkzeug

·"' aufnehmende Halterstange, anders als die Bohrspindel bei dem bekannten Bohrwerkzeug, nicht rotiert. Diese unterschiedliche Arbeitsweise führt dazu, daß bei einem Werkzeughalter für nicht umlaufende Schneidwerkzeuge an Drehmaschinen andere Gesichtspunkte zu

⁴> beachten sind, als bei einem Bohrwerkzeug mit einer rotierenden Bohrspindel. Als ein wesentlicher Unterschied sei erwähnt, daß bei dem bekannten Bohrwerkzeug die Winkellage des Werkzeuges zur Bohrspindel für die Bearbeitung ohne Bedeutung ist, da die

^w Bohrspindel zur Bearbeitung rotiert und deshalb keine Zuordnung von Schneidwerkzeug zur Bohrspindel bezüglich der Winkellage erforderlich ist.

Bei dem gattungsgemäßen Werkzeughalter nach der US-PS 3015241 wird der an seiner einen Seite

^r>^ri kegelförmig ausgebildete Werkzeugkopf mit dem kegelförmigen Teil in einer konischen Öffnung der Halterstange gehalten. Dabei ist es jedoch ein Nachteil, daß der Werkzeugkopf aus zwei getrennten Teilen besteht, zwischen denen das gewünschte Werkzeug

w· eingespannt wird. Die beiden Teile werden so gegenüberliegend angeordnet, daß der erwähnte Kegel entsteht, der in die konische öffnung der Halterstange eingeführt wird. Mittels eines Bolzens werden die beiden Teile in axialer Richtung bewegt, so daß sie sich

^hr' einander nähern und das Werkzeug fest einspannen. Oemäß weiterem Stand der Technik ist durch die US-PS J3 47 115 ein in axialer Richtung verstellbarer Werkzeughalter bekannt, der mit einer sich über die gesamte

Länge des Werkzeughalters erstreckenden koaxialen Bohrung versehen ist Diese Bohrung mündet an dem einen Ende in die bekannte kegelförmige öffnung ein. Weiterhin ist es durch die US-PS 30 22 084 noch bekannt, bei einem Werkzeughalter einen sicheren Sitz des Werkzeuges in der kegelförmigen öffnung durch senkrecht zur Kegelachse verlaufende Schrauben zu erreichen. Die Schrauben sind an ihrem unteren Ende konisch ausgebildet und greifen zur Erzeugung des gewünschten festen Sitzes in entsprechende konische öffnungen ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art zu schaffen, der eine befriedigende Lösung zur Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide begünstigt und gleichzeitig die Vielseitigkeit des Drehwerkzeuges erhöht, indem sowohl eine Voreinstellung der Werkzeugschneide bei Benutzung einer numerisch gesteuerten Drehmaschine ermöglicht und gleichzeitig die Durchführung von Normal- und ijberkopfdreharbeiten mit nur einem Werkzeug gestattet, ohne dabei auf das bequeme und schnelle Wechseln, welches z. B. bei einer Aufnahmevorrichtung nach Art eines Schwalbenschwanzes möglich ist, aufzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Werkzeugkopf mit einer kegeligen, nichtselbsthaftenden und zur Bohrstangenachse koaxialen Paßfläche und einer weiteren zylindrischen, sich an die kegelige anschließende und mit dieser koaxialen Paßfläche an der Halterslange anliegt, wobei an der Halterstange zwei ihre Stirnseite überragende, einander diametral gegenüberliegende Paßfedern angeordnet sind, welche in entsprechende Nuten am Werkzeugkopf eingreifen, und wobei die zylindrische Paßfläche am Werkzeugkopf zwei diametral gegenüberliegende, senkrecht zur Zylinderachse verlaufende konische Ausnehmungen aufweist, in eine von denen eine die Bohrstange durchdringende, am vorderen Ende konische Schraube eintaucht, welche gegenüber der Ausnehmung geringfügig in Richtung von der Stirnseite der Bohrstange weg versetzt ist.

Der erfindungsgemäße Werkzeughalter für auswechselbare Werkzeugköpfe erfüllt die ihm zugrundeliegende Zielsetzung, im wesentlichen durch das Vorsehen einer weiten, koaxialen Bohrung in der Halterstange und durch einen koaxialen Zapfen am Werkzeugkopf, welcher auf Passung in die Bohrung eingreift. Dadurch wird zunächst einmal ein guter Festsitz des Werkzeugkopfes in der Halterstange ermöglicht, was die Grundvoraussetzung für jedes brauchbare Werkzeug ist. Nach dem Einschieben des erwähnten koaxialen Zapfens in die als seine Gegenaufnahme dienende Bohrung in der Halterstange bedarf es noch einer Arretierung in dieser Aufnahme mit üblichen Befestigungsmitteln, z. B. mit einer Befestigungsschraube. Ein einfacher und schneller Werkzeugwechsel ist somit gewährleistet

Durch die koaxiale A.nordnung ist auch eine Voraussetzung erfüllt, die es gestattet, einen Werkzeugkopf im stangenseitigen Aufnahmeteil um 180° umzusetzen, so daß mit einem Werkzeugkopf normal und Überkopf gedreht werden kann. In beiden Fällen ergibt sich automatisch eine Zentrierung und Justierung der Werkzeugschneide, deren Genauigkeit lediglich von der Güte der Bearbeitung des Zapfens sowie der weiten Bohrung in der Halterstange, die den Zapfen aufnimmt, abhängt. Mit modernen Werkzeugmaschinen läßt sich jede gewünschte Genauigkeit ohne Schwierigkeiten erzielen.

Die koaxiale Anordnung der Aufnahmevorrichtung ist weiterhin die Voraussetzung der erfindungsgemäßen Lösung der Kühlmittelzufuhr zur Werkzeugschneide. Da die A ufnahmevorrichtung auf Passung gearbeitet ist, ergitt sich ein einwandfreier, selbstdichtender Übergang der koaxialen Kühlmittelbohrung von der Halterstange in den Werkzeugkopf hinein. Irgendwelche zusätzlichen Maßnahmen zur Abdichtung sind nicht

ίο erforderlich. Durch die koaxiale Lage der Kühlmittelbohrung bleibt die Kühlmittelzufuhr von einem Umsetzen des Werkzeugkopfes um 180° unbeeinflußt

Beim Zusammenbau des Werkzeuges erfüllt die Kühlmitielbohrung noch eine weitere Funktion, nämlich die der Entlüftung des stangenseitigen Aufnahmeteiles. Durch die Bearbeitung des Werkzeughalters auf Passung würde nämlich ohne eine Entlüftung der weiten Bohrung in der Halterstange das Einschieben des Zapfens wegen des sich bildenden Luftpolsters nicht möglich sein.

in einer besonders günstigen Weise ist die Hafrerstange an ihrer Stirnseite mit einem spitzwinkligen, koaxialen Innenkonus versehen, in welchem ein entsprechender Außenkonus des Werkzeugkopfes

2> durch die Befestigungsmittel im Festsitz gehalten wird. Dieser Innenkonus erleichtert die Einführung des kopfseitigen Aufnahmeteiles in das stangenseitige Aufnahmeteil. Der spitze öffnungswinkel des Innenkonus ist dabei so gewählt daß der Konus zwar tragend ist

ίο und somit eine einwandfreie Einleitung der axialen Kraftkomponenten von Werkzeugkopf in die Halterstange ermöglicht, dabei jedoch nicht selbsthemmend wirkt.

Im Zusammenhang damit erweist es sich als

i"> besonders vorteilhaft, daß als Befestigungsmittel eine gehärtete Schraube dient, die in einer entsprechenden Gewindebohrung der Halterstange quer zu deren Achse geführt ist und in eine von zwei einander diametral gegenüberliegenden konusförmigen Vertiefungen in dem Zapfen des Werkzeugkopfes eingreift, gegenüber denen sie geringfügig in Richtung von der Stirnseite fort versetzt ist Somit wird beim Hineindrehen der Schraube der Außenkonus des Werkzeugkopfes in den Innenkonus an der Stirnseite der Bohrstange hineinge-ϊ zogen und ein außerordentlich guter Festsitz erzielt. Die Verwendung von nur einer Schraube ermöglicht bei ausreichender Festigkeit der Verbindung einen schnellen und bequemen Wechsel des Werkzeugkopfes sowie sein Umsetzen um 180°.

ίο Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, daß die Halterstange an ihrer Stirnseite zwei einander gegenüberliegende, vorstehende Mitnehmerzapfen besitzt, welche in entsprechende Gegenaufnahmen des Werkzeugkopfes eingreifen. Diese Maßnahme erleich-

■v> tert zum einen das Auffinden der richtigen Lage des Zapfens im stangenseitigen Aufnahmeteil, zum anderen vermögen die Mitnehmerzapfen die bei der Bearbeitung von Werkstücken an der Werkzeugschneide auftretenden Querkräfte zu übernehmen und dadurch die

no Befestigungsschraube zu entlasten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die teilweise Seitenansicht einer Halterstange

>>■'> mit losgelöstem Werkzeugkopf,

Fig.2 eine gegenüber Fig. 1 um 90° verdrehte Seitenansicht der Halterstange mit losgelöstem Werkzeugkopf.

Fig. 1 und 2 zeigt eine Halterstange 1, die eine zu ihrer Stirnseite 2 hin offene, weite, koaxiale Bohrung 3 besitzt, welche zur Aufnahme eines entsprechenden, koaxialen Zapfens 5 des Werkzeugkopfes 6 bestimmt ist. Um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, sind die Halterstange 1 und der Werkzeugkopf 6 losgelöst voneinander gezeichnet.

An ihrer Stirnseite 2 ist die Halterstange 1 zusätzlich mit einem spitzwinkligen, koaxialen Innenkonus 4 versehen, der sein Gegenstück in einem entsprechenden Außenkonus 7 des Werkzeugkopfes 6 findet. Zum Zusammenbau wird der Zapfen 5 in die Bohrung 3 bis zum Anschlag hineingeschoben. Beide sind genau auf gegenseitige Passung bearbeitet. Zur Befestigung des Zapfens 5 in der Bohrung 3 besitzt die Bohrstange 1 eine quer zur Achse der Bohrstange verlaufende Gewindebohrung 8 zur Aufnahme einer gehärteten Befestigungsschraube 9.

Zu der Befestigungsschraube 9 gehören als Gegenstücke im Zapfen 5 zwei einander diametral gegenüberliegende, konusförmige Vertiefungen 10, in welche die gehärtete Befestigungsschraube 9 hineingeschraubt wird, und somit den Werkzeugkopf 6 in der Bohrstange 1 arretiert. Ein guter Festsitz des Werkzeugkopfes wird dadurch erreicht, daß in Arretierstellung die Gewindebohrung 8 gegenüber den konusförmigen Vertiefungen 10 geringfügig in Richtung von der Stirnseite 2 fort versetzt ist. Auf diese Weise wird beim Hereindrehen der Befestigungsschraube 9 der Werkzeugkopf 6 mit seinem Außenkonus 7 fest ip den Innenkonus 4 der Bohrstange 1 hineingezogen.

Der spitze öffnungswinkel des Innenkonus 4 ist so gewählt, daß der Innenkonus tragend, jedoch nicht sclbsthemmend ist. Somit erfolgt zum einen eine einwandfreie Einleitung der beim Drehvorgang auftretenden Kräfte in die Halterstange, zum anderen wird ein schneller Wechsel des Werkzeugkopfes 6 nicht dadurch verhindert, daß dieser in seiner Aufnahme in der Bohrstange klemmt.

Die Halterstange 1 besitzt noch eine weitere, durchgehende, ebenfalls koaxiale Bohrung 11, welche jedoch einen geringeren Durchmesser als die Bohrung 3 besitzt und zur Zuführung von Kühlmittel zur Werkzeugschneide 13 des Werkzeugkopfes 6 dient. Die Bohrung 11 findet deshalb ihre Fortsetzung in einer zunächst ebenfalls koaxialen Bohrung 12 im Werkzeugkopf 6, welche jedoch im vorderen Teil des Werkzeug-^Γ) kopfes in Richtung auf die Werkzeugschneide 13 abknickt, so daß diese unter allen Betriebsbedingungen einwandfrei gekühlt werden kann. Da die Bohrung 3 und der Zapfen 5 auf Passung gearbeitet sind, sind irgendwelche zusätzlichen Maßnahmen zur Abdichtung

des Überganges von der Bohrung 11 auf die Bohrung 12 nicht erforderlich. Die Bearbeitung auf Passung hat jedoch ihren eigentlichen Grund darin, den Werkzeugkopf 6 in seiner Aufnahme in der Halterstange 1 so exakt zu führen, daß mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug ein Arbeiten mit Voreinstellung, wie es bei numerisch gesteuerten maschinen erforderlich ist, durchgeführt werden kann. Die wichtigste Voraussetzung dafür erfüllt das hier beschriebene Werkzeug dadurch, daß der Werkzeugkopf 6 beim Zusammenbau automatisch exakt zentriert wird.

Eine weitere Funktion, die die Kühlmittelbohrungen U, 12 erfüllen, ist die einer Entlüftung der weiten Bohrung 3, wenn der Zapfen 5 in diese hineingeschoben wird. Ohne eine Entlüftung würde der Zapfen 5 die Bohrung 3 gasdicht abschließen und deshalb nicht eingeschoben werden können.

Um beim Einschieben des Werkzeugkopfes 6 in die Halterstange 1 das Auffinden der richtigen Kopfeinstellung zu erleichtern, besitzt die Halterstange 1 an ihrer

^J0 Stirnseite 2 zwei einander diametral gegenüberliegende vorstehende Mitnehmerzapfen 14, welche in entsprechende Gegenaufnahmen 15 im Werkzeugkopf eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 14 entlasten gleichzeitig die gehärtete Schraube 9 von den bei der Bearbeitung von Werkstücken auftretenden Querkräften.

Alle Teile, die der Verbindung von Halterstange und Werkzeugkopf dienen, sind symmetrisch zur Längsachse der Bohrstange aufgebaut und angeordnet Es ist deshalb ohne weiteres möglich, den Werkzeugkopf in der Halterstange 1 um 180° umzusetzen, so daß mit einem Werkzeugkopf Dreharbeiten sowohl normal als auch Überkopf durchgeführt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Werkzeughalter für nicht umlaufende Schneidwerkzeuge an Drehmaschinen, bestehend aus einer in den Support einspannbaren Halterstange und einem an deren Stirnende in reproduzierbarer Lage befestigten auswechselbaren Werkzeugkopf mit quer zur Halterstange angeordnetem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Werkzeugkopf (6) mit einer kegeligen, nicht-selbslhaftenden und zur Halterstangenachse koaxialen Paßfläche (7) und einer weiteren zylindrischen, sich an die kegelige anschließende und mit dieser koaxialen Paßfläche (5) an der Halterstange (1) anliegt, wobei an der Halterstange zwei ihre Stirnseite überragende, einander diametral gegenüberliegende Paßfedern (14) angeordnet sind, welche in entsprechende Nuten (15) am Werkzeugkopf eiligreifen, und wobei die zylindrische Paßfläche am Werkzeugkopf zwei diametral gegenüberliegende, senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, konische Ausnehmungen (10) aufweist, in eine von denen eine die Haltersr.ange durchdringende, am vorderen Ende konische Schraube (9) eintaucht, welche gegenüber der Ausnehmung geringfügig in Richtung von der Stirnseite der Halterstange weg versetzt ist.