DE4019671C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen mit einem maschinenseitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil und mit einer die Halterteile mit radialem Spiel drehfest miteinander verbindenden Kupplungseinrichtung, die in Axialrichtung beidseitig abgestützt ist und eine radial bewegbare Kupplungsscheibe mit mindestens zwei senkrecht zueinander verlaufenden radialen Schlitzen aufweist, wobei in den einen Schlitz ein axialer Mitnehmer des einen Halterteils und in den anderen Schlitz ein axialer Mitnehmer des anderen Halterteils eingreift.

Bei derartigen, z. B. aus der DE-AS 12 56 039 bekannten Werkzeughaltern dient die Kupplungseinrichtung, die auch unter der Bezeichnung Oldham-Kupplung läuft, dazu, einen Achsversatz zwischen dem Werkzeug und einer zu bearbeitenden Werkstückbohrung auszugleichen, und zwar unter Ausnutzung des von der Kupplungseinrichtung gewährleisteten radialen Spiels zwischen dem an der Werkzeugmaschine befestigten Halterteil und dem das Werkzeug aufnehmenden Halterteil. Außerdem besteht die Möglichkeit, zusätzlich zu den Radialverstellungen auch Winkelverstellungen zuzulassen. Letztere bedingen jedoch, daß sich der werkzeugseitige Halterteil gegenüber der Kupplungseinrichtung verkippt. Es kommt also zu einer einseitigen Belastung der Kupplungseinrichtung, die nur in lastfreiem Zustand praktikabel ist. Sobald in der verkippten Position Axialkräfte auf den Werkzeughalter aufgebracht werden, erzeugen diese die Tendenz eines Rückkippens des werkzeugseitigen Halterteils. Die Vorrichtung gerät unter Vorspannung und kann nicht mehr ausgeglichen arbeiten.

Ferner ist aus der CH-PS 6 57 297 ein Werkzeughalter mit radialer und winkelmäßiger Verstellbarkeit bekannt, bei dem die Axialkräfte über ein Pendellager vom werkzeugseitigen Halterteil direkt auf den maschinenseitigen Halterteil übertragen werden. Die Kupplungseinrichtung wird von Axialkräften freigehalten. Sie ist daher in Axialrichtung nicht abgestützt, sondern begrenzt frei bewegbar. Eine Mehrzahl von vorgespannten Zentrierorganen dient dazu, den werkzeugseitigen Halterteil in unbelastetem Zustand in eine Nullposition zurückzustellen. Die Gegenkraft dieser Zentrierorgane muß bei jeder Verstellung überwunden werden. Dies beeinträchtigt die Leichtgängigkeit der Radial- und Winkelverstellungen. Ferner verhindert eines der Zentrierorgane, welches mittig angeordnet ist, die Anwendung einer zentralen Innenkühlung. Schließlich ist die bekannte Konstruktion außergewöhnlich komplex und aufwendig, und zwar unter Einsatz einer Vielzahl von Unwuchtelementen. Für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb, wie er für eine moderne Fertigung gefordert wird, ist die bekannte Vorrichtung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Werkzeughalter derart weiterzuentwickeln, daß unter Beibehaltung der Vorteile einer einfachen, leichtgängigen und für zentrale Innenkühlung geeigneten Konstruktion die Winkelverstellbarkeit verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Werkzeughalter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung in Axialrichtung mindestens zur einen Seite gegen ein Zwischenbauteil abgestützt ist, welches winkelverstellbar an dem zugehörigen Halterteil angeordnet ist.

Zwar ist aus der CH-PS 6 41 387 die Verwendung eines winkelverstellbaren Zwischenbauteils bekannt, jedoch dient dieses gleichzeitig dazu, die Drehkräfte vom maschinenseitigen Halterteil auf die Kupplungseinrichtung zu übertragen. Dies vermindert die Leichtgängigkeit der Winkelverstellbarkeit dermaßen, daß es während des Werkzeugeinsatzes praktisch zu einer Blockierung kommt.

Nach der Erfindung hingegen werden die Drehkräfte nach wie vor vom einen Halterteil auf die Kupplungseinrichtung und von dieser auf den anderen Halterteil übertragen. Das Zwischenbauteil wird also von Drehkräften freigehalten und dient lediglich der axialen Abstützung der Kupplungseinrichtung. Seine Winkelverstellbarkeit wird also nicht behindert. Auch wird die Komplexität der Vorrichtung nicht wesentlich vergrößert. Schließlich läßt sich die Konstruktion so wählen, daß eine etwa vorgesehene zentrale Innenkühlung nicht behindert wird. Der Werkzeughalter eignet sich optimal für den modernen Hochgeschwindigkeitseinsatz.

Im Regelfalle wird der Werkzeughalter drehfest gehalten, während das Werkstück umläuft. Sofern die zu bearbeitende Bohrung in der Drehachse des Werkstücks liegt und diese Drehachse gegenüber dem Werkzeug winkelversetzt ist, kommt es lediglich zu einer entsprechenden Schrägstellung des Werkzeuges. Fluchtet hingegen die Bohrung nicht mir der Drehachse des Werkstücks, so wird das Werkzeug zu zyklischen Pendelbewegungen gezwungen. Letzteres ergibt sich - unter Voraussetzung eines Winkelversatzes - immer auch dann, wenn das Werkstück drehfest gehalten wird, während der Werkzeughalter umläuft. Der erfindungsgemäße Werkzeughalter ist in der Lage, nicht nur eine Verkantung des Werkzeugs zuzulassen, sondern auch dessen zyklische Pendelbewegungen zu ermöglichen.

Die Erfindung ermöglicht eine präzisere Fertigung und vermindert die auf den Werkzeughalter einwirkenden Belastungen.

In der Regel wird es ausreichen, einen Winkelversatz zwischen der Kupplungseinrichtung und lediglich einem der beiden Halterteile vorzusehen. Unter Umständen jedoch kann es auch vor­ teilhaft sein, die Kupplungseinrichtung zu beiden Halterteilen hin winkelverstellbar abzustützen.

Grundsätzlich umfaßt die Erfindung sämtliche konstruktiven Möglichkeiten einer Winkelverstellbarkeit zwischen dem Zwi­ schenbauteil und dem zugeordneten Halterteil.

Als ganz besonders vorteilhaft allerdings hat sich ein zwi­ schen dem Zwischenbauteil und dem zugehörigen Halterteil ange­ ordnetes Pendel-Kugellager erwiesen. Das Pendel-Kugellager arbeitet praktisch verschleißfrei und äußerst reibungsarm, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn zyklische Pendelbe­ wegungen gegebenenfalls sogar bei hohen Drehzahlen aufgenommen werden müssen.

Konstruktiv wesentlich anspruchsloser und insoweit vorteilhaf­ ter ist erfindungsgemäß ein zwischen dem Zwischenbauteil und dem zugehörigen Halterteil angeordnetes elastisches Element.

In beiden Fällen ist das Zwischenbauteil vorzugsweise als axiale Hülse mit im wesentlichen radialer Stützfläche für die Kupplungseinrichtung ausgebildet. Im Falle eines Pendel-Kugel­ lagers erstreckt sich die Hülse in letzteres hinein und stützt sich an dessen Innenring ab. Alternativ wird die Hülse von einer Ausnehmung des zugehörigen Halterteils aufgenommen, wobei das vorzugsweise als Ringscheibe ausgebildete elastische Element gleichzeitig die axiale Abstützung des Zwischenbau­ teils darstellt.

Nach einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal der Erfin­ dung weist das Zwischenbauteil eine teilsphärische Fläche auf, die gegen eine dem zugehörigen Halterteil zugeordnete komple­ mentäre teilsphärische Fläche abgestützt ist. Diese Konstruk­ tion ist einerseits einfach im Aufbau und andererseits prak­ tisch verschleißfrei und reibungsarm. Dabei schlägt die Erfin­ dung aus Gründen der Herstellungstechnik und der Materialwahl vor, daß die dem zugehörigen Halterteil zugeordnete komplemen­ täre teilsphärische Fläche an einem mit diesem Halterteil verbundenen Ring ausgebildet ist.

Die Erfindung ist anwendbar auf Kupplungseinrichtungen, bei denen die Kupplungsscheibe unter Zwischenschaltung von Wälz­ elementen in Axialrichtung abgestützt ist oder auch als Lager­ käfig von die Abstützung übernehmenden Wälzelementen dient. Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal hingegen ist die Kupplungsscheibe mit achssenkrechten, planparallelen Gleitflä­ chen gegen entsprechende Gegenflächen abgestützt. Dies gewähr­ leistet auch für die Achsversatzfunktion der Kupplungsein­ richtung optimale Gegebenheiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt eines Werkzeughal­ ters nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine erste abgewandelte Ausführungsform;

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 und 2 durch eine zweite abgewandelte Ausführungsform.

Der erfindungsgemäße Werkzeughalter nach Fig. 1 weist einen maschinenseitigen Halterteil 1 auf, der drehfest in eine Werk­ zeugmaschine eingespannt werden kann. Ferner ist ein werkzeug­ seitiger Halterteil 2 vorgesehen, der zur Aufnahme eines Werk­ zeugs dient. Mit letzterem wird eine Bohrung eines auf der Werkzeugmaschine aufgespannten, umlaufenden Werkstücks bear­ beitet. Das Werkzeug kann von beliebiger Art sein. Beispiels­ weise kann es sich um eine Reibahle oder einen Gewindebohrer handeln.

Zwischen den Halterteilen 1 und 2 ist eine Kupplungseinrich­ tung 3 angeordnet, die die Halterteile drehfest miteinander verbindet und einen radialen Achsversatz des Halterteils 2 gegenüber dem Halterteil 1 zuläßt. Die Kupplungseinrichtung 3 ist von einer Hülse 4 umgeben, welche mit dem Halterteil 1 verschraubt ist und den Halterteil 2 mit Radialspiel umgibt. Ein Dichtring 5 bildet einen werkstückseitigen Abschluß der Anordnung. Ferner ist ein Seegerring 6 vorgesehen, der ein Herausziehen des Halterteils 2 verhindert, und zwar unter Zwischenschaltung einer Paßscheibe 7 und einer elastischen Scheibe 8.

Die Kupplungseinrichtung 3 weist eine radial verschiebbare Kupplungsscheibe 9 auf, die mit zwei senkrecht zueinander verlaufenden Paaren von radialen Schlitzen versehen ist. Dies­ bezüglich zeigt der obere Teil von Fig. 1 einen Schnitt, der um 90° gegenüber dem des unteren Teils versetzt ist. In das eine Paar von radialen Schlitzen greifen axiale Mitnehmer 10 ein, die aus dem Halterteil 2 vorspringen, siehe die obere Hälfte von Fig. 1. In die um 90° versetzten Schlitze greifen axiale Mitnehmer 11 ein, die aus dem Halterteil 1 vorspringen, siehe die untere Hälfte von Fig. 1. Zur Verminderung der Rei­ bungswiderstände gegenüber der Kupplungsscheibe 9 sind die Mitnehmer 10 bzw. 11 von Hülsen 12 umgeben. Die dargestellte Konstruktion der Kupplungseinrichtung 3 ermöglicht dem Halter­ teil 2 gegenüber dem Halterteil 1 in beliebiger Richtung ein radiales Spiel, welches durch die Hülse 4 begrenzt wird.

Die Kupplungsscheibe 9 weist achssenkrechte planparallele Gleitflächen auf und stützt sich einerseits gegen eine ent­ sprechende Gegenfläche des Halterteils 2 und andererseits gegen eine entsprechende Gegenfläche eines Zwischenbauteils 13 ab. Letzteres ist hülsenförmig ausgebildet und greift mit Spiel in eine entsprechende axiale Ausnehmung des Halterteils 1 ein. Zwischen dem Zwischenbauteil 13 und dem Halterteil 1 ist ein elastisches Element 14 in Form einer Ringscheibe vor­ gesehen. Aufgrund seiner Elastizität ermöglicht das Element 14 eine Winkelverstellbarkeit des Zwischenbauteils 13 und damit der Kupplungseinrichtung 3 sowie des Halterteils 2 relativ zum Halterteil 1. Diese Winkelverstellbarkeit gestattet dem Werk­ zeug nicht nur eine Schrägstellung, sondern auch zyklische Pendelbewegungen. Der Ausgleich des radialen Achsversatzes wird dadurch nicht behindert. Somit führt die Erfindung zu einer Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit und zu einer Ver­ minderung der auf den Werkzeughalter einwirkenden Belastun­ gen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß anstelle des elasti­ schen Elementes 13 ein Pendel-Kugellager 15 vorgesehen ist, über das sich das Zwischenbauteil 13 winkelverstellbar gegen den Halterteil 1 abstützt.

Nach Fig. 3 weist das Zwischenbauteil 13 eine teilsphärische Fläche auf, die gegen eine komplementäre teilsphärische Fläche abgestützt ist. Letztere ist an einem Ring 16 ausgebildet, der mit dem Halterteil 1 verbunden ist. Im übrigen ist in die Hülse 4 anstelle des Seegerringes und der Paßscheibe eine Halte- und Einstellmutter 17 eingeschraubt, mit der das sphä­ rische "Lager" und gleichzeitig auch die Kupplungseinrichtung 3 justiert werden können.

In jedem Falle bildet das Zwischenbauteil 13 die dem Halter­ teil 1 zugeordnete Gegenfläche für die entsprechende Gleitflä­ che der Kupplungsscheibe 9 und überträgt die axiale Vorschub­ kraft auf den Halterteil 1, wobei als zusätzliche Funktion erfindungsgemäß die der Winkelverstellung hinzutritt.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann die Kupplungsscheibe anstelle von Gleitflä­ chen mit Wälzkörpern versehen sein, die die Bewegbarkeit der Kupplungsscheibe sicherstellen und zur Übertragung der Vor­ schubkräfte dienen. Ferner kann die Anordnung derart in Axial­ richtung umgekehrt werden, daß das Zwischenbauteil werkzeug­ seitig angeordnet ist, d. h., zwischen der Kupplungseinrichtung und dem Halterteil 2 sitzt. In diesem Falle nimmt die Kupp­ lungseinrichtung nicht an der Winkelverstellung des Werkzeugs teil. Gleichermaßen ist eine Anordnung möglich, bei der die Kupplungseinrichtung gleichzeitig sowohl gegenüber dem Halter­ teil 1 als auch gegenüber dem Halterteil 2 winkelverstellbar ist. Bezüglich der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht eine weitere Variante darin, daß sich das elastische Element auch über den Hülsenabschnitt des Zwischenbauteils erstreckt. Sämt­ liche Gleitflächen können mit entsprechenden Beschichtungen versehen sein. Auch kann eine Beschickung mit einem Schmier­ mittel erfolgen. Ferner kann die Halte- und Einstellmutter gemäß Fig. 3 anstelle des Seegerringes und der Paßscheibe gemäß Fig. 1 und 2 verwendet werden, und umgekehrt.

Claims (8)

1. Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen mit einem maschinen­ seitigen und einem werkzeugseitigen Halterteil (1, 2) und mit einer die Halterteile mit radialen Spiel drehfest miteinander verbindenden Kupplungseinrichtung (3) die in Axialrichtung beidseitig abgestützt ist und eine radial bewegbare Kupplungs­ scheibe (9) mit mindestens zwei senkrecht zueinander verlau­ fenden radialen Schlitzen aufweist, wobei in den einen Schlitz ein axialer Mitnehmer (10) des einen Halterteils (2) und in den anderen Schlitz ein axialer Mitnehmer (11) des anderen Halterteils (1) eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (3) in Axialrichtung mindestens zur einen Seite gegen ein Zwischenbauteil (13) abgestützt ist, welches winkelverstellbar an dem zugehörigen Halterteil (1) angeordnet ist.

2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Zwischenbauteil (13) und dem zugehörigen Halter­ teil (1) angeordnetes Pendel-Kugellager (15).

3. Werkzeughalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Zwischenbauteil (13) und dem zugehörigen Halter­ teil (1) angeordnetes elastisches Element (14).

4. Werkzeughalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zwischenbauteil (13) als axiale Hülse mit im wesentlichen radialer Stützfläche für die Kupplungseinrichtung (3) ausgebildet ist.

5. Werkzeughalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elastische Element (14) als Ringscheibe ausgebildet ist.

6. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (13) eine teilsphärische Fläche auf­ weist, die gegen eine dem zugehörigen Halterteil (1) zugeord­ nete komplementäre teilsphärische Fläche abgestützt ist.

7. Werkzeughalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zugehörigen Halterteil (1) zugeordnete komplemen­ täre teilsphärische Fläche an einem mit diesem Halterteil verbundenen Ring (16) ausgebildet ist.

8. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (9) mit achssenkrech­ ten, planparallelen Gleitflächen gegen entsprechende Gegenflä­ chen abgestützt ist.