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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sicheren Halten des Werkzeughalters
in einem Werkzeugträgerteil
während
der Bearbeitungsverfahren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Minimieren der Ausfallzeit einer Werkzeugmaschine in einer Produktionsumgebung
ist für den
Erfolg einer Fertigungsanlage entscheidend. Historisch gesehen war
ein Hauptfaktor, der zu einer solchen Ausfallzeit beitrug, die Zeit,
die benötigt
wurde, um von der Werkzeugmaschine benutzte beschädigte oder
abgenutzte Schneidwerkzeuge auszuwechseln. Ein Schneidwerkzeug wird
von einem Werkzeughalter gehalten, der üblicherweise in einem an einer
Werkzeugmaschine befestigten Werkzeugträgerteil angebracht ist. Wenn
das Schneidwerkzeug ersetzt werden muss, wird der gesamte Werkzeughalter
mit dem Schneidwerkzeug aus der Spindel entfernt. Eine Anzahl von
handelsüblichen
Kupplungen erlaubt ein schnelles Verbinden und Trennen des Werkzeughalters
mit bzw. von der Spindel, um den Werkzeugwechselvorgang zu beschleunigen. Eine
solche Vorrichtung ist in dem U.S. Patent Nr. 4 736 659 mit dem
Titel „Apparatus
for Holding a Toolholder Shank" („Vorrichtung
zum Halten eines Werkzeughalterschafts") beschrieben. Die Rechtsnachfolgerin
der vorliegenden Anmeldung ist Mitinhaberin dieses Patents, welches
hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Die in diesem Patent
beschriebene Vorrichtung verwendet zwei Verriegelungskugeln, die
in einem Werkzeugträgerteil
radial nach außen
gedrückt
werden, um an Öffnungen
an dem Schaft eines Werkzeughalters anzugreifen. Obwohl diese Anordnung
effizient ist und es ermöglicht,
dass der Werkzeughalter innerhalb kurzer Zeit aus einem Werkzeugträgerteil
entfernt bzw. daran befestigt werden kann, kann die Ausgestaltung
dieser Anordnung ihre Anwendung auf Werkzeughalter mit einer Breite von
einem Zoll (25,4 mm) oder größer beschränken. Da
viele industrielle Anwendungen die Verwendung eines Schneidwerkzeugs
erforderlich machen, das an einem viel kleineren Werkzeughalter
angebracht werden muss, besteht ein Bedarf für ein Schnellwechsel-Werkzeughaltersystem
für Werkzeughalter, die
so ausgestaltet sein können,
dass sie eine Breite von weniger als einem Zoll (25,4 mm) haben.
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Ein
solches System muss nicht nur einen kompakten Aufbau haben, sondern
außerdem
ein schnelles Verbinden und Trennen des Werkzeughalters von dem
Werkzeughalterträgerteil
auf effiziente Weise vorsehen, die es für die Verwendung durch eine
Werkzeugmaschinen-Bedienperson gut handhabbar macht.
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In
der GB-A-2 164 276 ist eine Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalters
offenbart. Die Vorrichtung ist mit einem Betätigungsbolzen versehen, der
quer zu einer Mittellinie der Vorrichtung angeordnet ist. Der Betätigungsbolzen
wirkt auf zwei Spannzylinder, so dass die Spannzylinder durch eine Drehung
des Betätigungsbolzens
aufeinander zu bewegt oder voneinander entfernt werden können. Jeder
der Spannzylinder hat schräg
verlaufende Spannflächen
und ist verschiebbar in der Vorrichtung geführt. Der Werkzeughalter ist
mit zwei Spannfingern versehen, die zwischen den Spannzylindern
angeordnet sind, wenn der Werkzeughalter an der Vorrichtung angebracht
ist, wobei jeder Spannfinger mit gegenüberliegenden Spannflächen versehen
ist. Durch eine Drehung der Betätigungsschraube
in der geeigneten Richtung werden die Spannzylinder gegen die Spannfinger
festgezogen, so dass der Werkzeughalter an der Vorrichtung angebracht
ist. Eine vergleichbare Vorrichtung ist in der GB-A-1 085 759 gezeigt.
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Das
nachfolgend beschriebene System ist ein Schnellwechsel-Werkzeugbestückungssystem, durch
das ein Werkzeughalter in einem Werkzeugträgerteil unter Verwendung einfacher
Bauteile befestigt wird, die eine wesentliche Verringerung der Größe des Werkzeughalters
und des Werkzeughalterträgerteils
gegenüber
anderen handelsüblich
erhältlichen Schnellwechsel-Werkzeugsystemen
ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung schafft eine Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalters
mit einem Schaft, der verriegelbare Oberflächen sowie eine lösbare Oberfläche hat,
wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: ein Werkzeugträgerteil,
das eine nach vorne weisende Oberfläche und eine Bohrung entlang einer
Längsachse
hat, wobei die Bohrung die nach vorne weisende Oberfläche schneidet
und sich von dieser aus nach hinten erstreckt, um den Schaft des Werkzeughalters
aufzunehmen; einen Betätigungsbolzen,
der innerhalb des Werkzeugträgerteils
entlang einer radialen Achse relativ zu der Längsachse angeordnet ist und
ein erstes Ende mit einem Bolzenverriegelungssegment hat, das eine
Bolzenverriegelungsoberfläche
hat; eine Betätigungsmutter,
die drehbar innerhalb des Werkzeugträgerteils befestigt ist, schraubbar
an einem zweiten Ende des Betätigungsbolzens
befestigt ist und ein Mutterverriegelungssegment hat, das eine Mutterverriegelungsoberfläche hat;
wobei die Drehung des Betätigungsbolzens
in eine Verriegelungsrichtung bewirkt, dass die Mutterverriegelungsoberfläche und
die Bolzenverriegelungsoberfläche
zusammengezogen werden, um an den verriegelbaren Oberflächen des Werkzeughalters
anzugreifen und den Werkzeughalter innerhalb des Werkzeugträgerteils
zu verriegeln; wobei sich die Bolzenverriegelungsoberfläche um die Außenfläche des
Betätigungsbolzens
herum erstreckt und einen Kegel bildet, der eine Mittellinie um die
Achse des Betätigungsbolzens
hat.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei Betrachtung der
ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den zahlreichen Zeichnungen deutlich,
in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeughalterbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
zusammengesetzte, perspektivische Ansicht einer Werkzeughalterbaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, die in einem Schlitz an einer Werkzeugmaschine angebracht
ist;
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3 eine
Seitenansicht des Betätigungsbolzens
und der Betätigungsmutter
ist;
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3A eine
Modifikation des durch den Pfeil 3A in 3 bezeichneten
Segments ist;
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4 eine
Schnittansicht entlang den Pfeilen „4-4" in 2 ist, in
der die Vorrichtung in der verriegelten Stellung dargestellt ist;
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5 eine
Schnittansicht des Werkzeughalterschafts ist, die entlang den Pfeilen „5-5" in 1 vorgenommen
ist;
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6 eine
Schnittansicht ist, die der in 4 ähnlich ist,
jedoch die Anordnung mit dem Betätigungsbolzen
in der angehobenen, unverriegelten Stellung zeigt, um den Werkzeughalter
aus dem Werkzeugträgerteil
auszustoßen;
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7 einen
modifizierten Bereich des durch den Pfeil 7 in 6 bezeichneten
Abschnitts darstellt;
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8 eine
Draufsicht des Werkzeughalterschafts ist, die entlang der Pfeile „8-8" in 5 vorgenommen
ist;
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9 eine
Ansicht des Werkzeughalterschafts ist, die 8 ähnlich,
aber modifiziert ist, um unterschiedliche Merkmale zu zeigen;
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10 eine
Schnittansicht ist, die entlang des Pfeils „10-10" in 4 vorgenommen
ist;
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11 ein
Block ist, der auf einer Werkzeugmaschine angebracht werden kann
und in den die vorliegende Erfindung eingebaut ist; und
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Werkzeughalterrohlings ist, der noch
nicht für
irgendeinen besonderen Zweck bearbeitet worden ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die 1 und 2 stellen
perspektivische Ansichten der vorliegenden Erfindung in einer auseinandergezogenen
bzw. zusammengesetzten Anordnung dar. Insgesamt besteht die Vorrichtung 10 aus
einem Werkzeugträgerteil 15,
einem Betätigungsbolzen 20 und
einem Werkzeughalter 25 mit einem Schaft 30, der
rohrförmig
mit einer konischen Form sein kann. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch auf die Befestigung des Schafts 30 in der Bohrung 40 des
Werkzeugträgerteils 15 gerichtet,
und deshalb können
der Schaft 30 und die Bohrung 40 eine beliebige
Anzahl unterschiedlicher Formen, einschließlich einer zylindrischen,
quadratischen, rechteckigen, dreieckigen und trochoidalen Form haben,
die ausreicht, um den hier beschriebenen Betätigungsbolzen 20 aufzunehmen.
Außerdem
kann der Schaft 30 einen Presssitz in der Bohrung 40 haben.
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Der
Werkzeughalter 25 kann einen Tragabschnitt 26 mit
einer Tasche 27 zur Aufnahme eines Schneideinsatzes darin
(nicht gezeigt) aufweisen. Der Werkzeughalter 25 ist jedoch
nur aus Zwecken der Anschaulichkeit dargestellt und, wie erörtert werden
wird, kann der Schaft 30 der vorliegenden Erfindung mit
einer beliebigen Ausgestaltung aus einer Vielzahl von an dem Schaft
angebrachten Ausgestaltungen verwendet werden. Deshalb sollte der
hier verwendete Begriff „Werkzeughalter" jegliche an dem Werkzeugträgerteil 15 durch
den Schaft 30 befestigte Ausgestaltungen umfassen.
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Das
Werkzeugträgerteil 15 hat
eine nach vorne weisende Oberfläche 35 und
eine Bohrung 40 entlang einer Längsachse L. Die Oberfläche 35 kann mit
einer gegenüberliegenden
hinteren Anlagefläche 45 an
dem Werkzeughalter 25 zusammenfügbar sein, und diese Oberflächen können, unter
anderen Formen, konisch oder eben sein, um miteinander passgenau
in Kontakt zu sein. Die Bohrung 40 erstreckt sich von der
nach vorne weisenden Oberfläche 35 nach hinten,
um den rohrförmigen
Werkzeughalterschaft 30 des Werkzeughalters 25 aufzunehmen.
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Der
Betätigungsbolzen 20 ist
in dem Werkzeugträgerteil 15 entlang
einer radialen Achse R1 angeordnet, die zu der Längsachse L radial ist, um den Werkzeughalter 25 in
dem Werkzeugträgerteil 15 zu verriegeln
oder um den Werkzeughalter 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 auszuwerfen.
Der Betätigungsbolzen 20 ist
in einem Durchgang 50 angeordnet, der sich durch das Werkzeugträgerteil 15 entlang der
Achse R1 erstreckt, wodurch eine erste Öffnung 55 und eine
zweite Öffnung 60 in
dem Werkzeugträgerteil 15 definiert
wird, wobei die zweite Öffnung 60 der
ersten Öffnung 55 direkt
gegenüberliegt.
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2 stellt
den Werkzeughalter 25 in dem Werkzeugträgerteil 15 befestigt
dar. Wie später
erörtert
werden wird, kann das Werkzeughalterträgerteil 15 in einem
Schlitz 400 an einer Werkzeugmaschine 405 befestigt
werden.
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Wie
in 3 dargestellt ist, hat der Betätigungsbolzen 20 ein
erstes Ende 22 und ein zweites Ende 24. An dem
ersten Ende 22 befindet sich ein Bolzenverriegelungssegment 65 mit
einer Bolzenverriegelungsoberfläche 70.
Eine Betätigungsmutter 75 ist
drehbar in dem Werkzeugträgerteil 15 fixiert
und schraubbar an dem zweiten Ende 24 des Betätigungsbolzens 20 befestigt.
Die Betätigungsmutter 75 hat
ein Mutterverriegelungssegment 80 mit einer Mutterverriegelungsoberfläche 85.
Die Drehung des Betätigungsbolzens 20 in
eine Verriegelungsrichtung, die z. B. durch den Pfeil T in 1 angedeutet ist,
bewirkt, dass die Betätigungsmutter 75 zu
dem ersten Ende 22 des Bolzens gezogen wird, wodurch die
Mutterverriegelungsoberfläche 85 und
die Bolzenverriegelungsoberfläche 70 zusammengezogen werden,
um an den verriegelbaren Oberflächen
an dem Werkzeughalter anzugreifen. Das zweite Ende 24 des
Betätigungsbolzens 20 hat
ein Gewinde 125, das passgenau an einem Gewinde 130 an
der inneren Wand einer sich durch die Betätigungsmutter 75 erstreckenden
Bohrung 135 angreift. Der Betätigungsbolzen 20 hat
einen Betätigungsbolzenkopf 140 mit
einer darin verlaufenden Ausnehmung 145 zur Aufnahme eines
Werkzeugs zur Drehung des Betätigungsbolzens 20,
die hexagonal sein kann. Alternativ wäre jede Ausgestaltung, die
ein Werkzeug zur Drehung des Betätigungsbolzens 20 aufnehmen würde, akzeptabel,
und solche Ausgestaltungen sind dem auf dem Gebiet der Ausgestaltung
von Befestigungselementen bewanderten Fachmann bekannt. Außerdem kann
anstatt einer Drehung des Bolzens der Bolzen hinsichtlich einer
Drehung fixiert sein, und die Betätigungsmutter kann gedreht
werden, indem eine geeignete Mutter verwendet wird, die so ausgestaltet
ist, dass sie eine solche Drehung zulässt.
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4 stellt
den Betätigungsbolzen 20 und die
Betätigungsmutter 75 in
einer verriegelten Stellung zur Befestigung des Werkzeughalters 25 in
dem Werkzeugträgerteil 15 dar.
Die erste Öffnung 55 und die
zweite Öffnung 60 des
Trägerteils 15 geben
dem Betätigungsbolzen 20 bzw.
der Betätigungsmutter 75 einen
seitlichen Halt und erlauben eine begrenzte Bewegung der Betätigungsmutter 75 und
des Betätigungsbolzens 20 entlang
der radialen Achse R1. Es sollte beachtet werden, dass weder der
Betätigungsbolzen 20 noch
die Betätigungsmutter 75 schraubbar an
der ersten Öffnung 55 oder
der zweiten Öffnung 60 des
Werkzeugträgerteils 15 befestigt
sind. Hierdurch können
sich, wenn der Schaft 30 des Werkzeughalters 25 aus
dem Werkzeugträgerteil 15 entfernt
wird, was geschehen kann, wenn sich die Vorrichtung im unverriegelten
Zustand befindet, der Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 ungehindert
entlang der radialen Achse R1 bewegen. Indem diese Bewegung zugelassen
wird, wird, wenn der Werkzeughalter 25 in dem Werkzeugträgerteil 15 positioniert
ist und der Betätigungsbolzen 20 in
die Verriegelungsrichtung gedreht ist, die Betätigungsmutter 75 zu
dem ersten Ende 22 des Betätigungsbolzens 20 hin
gezogen und die verriegelbaren Oberflächen 90, 95 des
Schafts 30 werden mit gleich großen Kräften angegriffen.
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Da
der Bolzen 20 und die Mutter 75 ungehindert in
den Öffnungen 55, 60 gleiten
können,
wenn der Werkzeughalter 25 nicht in das Werkzeugträgerteil 15 eingeschoben
ist, sollte der Bolzen 20 aus praktischen Gründen an
einem Herausgleiten aus dem Werkzeugträgerteil 15 gehindert
werden. Wie in 4 dargestellt ist, hat die erste Öffnung 55 einen Flanschdurchmesser
D1 der ersten Öffnung
und einen geringeren Bolzendurchmesser D2 der ersten Öffnung,
um einen Absatz 100 zu definieren, der an dem Absatz 105 eines
Flansches 110 an dem ersten Ende 22 des Betätigungsbolzens 20 angreift,
wodurch die durch den Pfeil DN angedeutete Abwärtsbewegung entlang der Achse
R1 des Betätigungsbolzens 20 und
der Betätigungsmutter 65 begrenzt
wird. In ähnlicher
Weise hat die zweite Öffnung 60 eine Mutterbreite
D3 der zweiten Öffnung
und eine Breite D4, die einen Absatz 115 definieren, um
an einem entsprechenden Absatz 120 der Betätigungsmutter 75 anzugreifen,
wodurch die durch den Pfeil UP angedeutete Aufwärtsbewegung entlang der Achse
R1 des Betätigungsbolzens 20 und
der Betätigungsmutter 75 begrenzt
wird.
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Um
die Betätigungsmutter 75 auf
den Betätigungsbolzen 20 vorzuschieben,
ist es, wenn der Betätigungsbolzen 20 gedreht
wird, notwendig, die Betätigungsmutter 75 an
einer Drehung zu hindern. Gemäß einer
Ausführungsform,
wie sie in 1 dargestellt ist, kann die
Betätigungsmutter 75 eine
quadratische Form haben. Außerdem
kann die Mutter 75 jede beliebige andere, nicht runde Form
oder eine andere polygonale Form haben. Die zweite Öffnung 60 stellt
eine Vertiefung bereit, die der Form der Betätigungsmutter 75 entspricht,
wodurch die Betätigungsmutter 75 in
der zweiten Öffnung 60 bezüglich einer
Drehung fixiert ist. Auf diese Weise bewegt sich, wenn der Betätigungsbolzen 20 gedreht
wird, die bezüglich
einer Drehung fixierte Betätigungsmutter 75 nur
linear entlang der radialen Achse R1.
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5 stellt
eine Querschnittsansicht des Werkzeughalters 25 dar und
wird in Verbindung mit 4 verwendet, um Merkmale des
Schafts 30 hervorzuheben. Der Schaft 30 grenzt
an die nach hinten weisende Anlagefläche 45 an und ist
damit verbunden und erstreckt sich vom vorderen Ende 28 des Werkzeughalters,
auf dem ein Schneidwerkzeug oder eine andere Ausgestaltung angebracht
sein kann, nach hinten. Der Schaft 30 hat, wie zuvor erörtert, eine
erste verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 90 und eine zweite
verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 95. Diese Oberflächen werden
durch Durchbrüche 150, 155 an
in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Stellen definiert,
die sich durch die Wand 32 des Schafts erstrecken.
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Um
auf 4 zurückzukommen,
die die Vorrichtung in der verriegelten Stellung zeigt, wird, wenn der
Betätigungsbolzen 20 angezogen
ist, die Verriegelungsoberfläche 70 des
Betätigungsbolzens 20 gegen
die erste verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 90 gedrückt und
die Verriegelungsoberfläche 85 der
Betätigungsmutter 75 wird
gegen die zweite verriegelbare Werkzeughalteoberfläche 95 gedrückt, um den
Schaft 30 in das Werkzeugträgerteil 15 zu drücken.
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Aus
praktischen Gründen
wird auf eine vordere Hälfte 160 und
eine hintere Hälfte 165 des
Betätigungsbolzens 20 Bezug
genommen, wie in 4 dargestellt ist.
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Alle
durch den Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 auf
den Schaft 30 während
des Verriegelungsvorgangs ausgeübten
Kräfte
werden hinter der radialen Achse R1 aufgebracht. An der vorderen
Hälfte 160 des
Betätigungsbolzens 20 befindet sich
zwischen der Verriegelungsoberfläche 70 des Betätigungsbolzens 20 und
dem Durchbruch 150 ein Spielraum C1, und außerdem befindet
sich zwischen der Verriegelungsoberfläche 85 der Betätigungsmutter 75 und
dem Durchbruch 155 ein Spielraum C2. Auf diese Weise drücken die
durch den Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 in
der verriegelten Stellung entgegengesetzten Kräfte den Schaft 30 zu
der hinteren Hälfte 165 des
Betätigungsbolzens 20 hin.
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Unter
kurzer, erneuter Bezugnahme auf 3, weist
der Betätigungsbolzen 20 weiterhin
ein Lösesegment 170 mit
einer Löseoberfläche 175 auf, um
an einer lösbaren
Oberfläche 185 (4)
des Schafts 30 anzustoßen
und diese nach vorne zu drücken,
um den Werkzeughalterschaft 30 aus dem Trägerteil 15 auszuwerfen.
Das Lösesegment 170 ist zwischen
dem ersten Ende 22 und dem zweiten Ende 24 des
Betätigungsbolzens 20 angeordnet.
Die Löseoberfläche 175 kann
eine Aussparung in dem Schaft 21 des Bolzens 20 sein,
und diese Aussparung kann konkav sein. Außerdem kann die Löseoberfläche 175 eine
insgesamt konische Form haben.
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Wie
in 3A dargestellt ist, die einen in 3 hervorgehobenen
Bereich 3A zeigt, der jedoch modifiziert ist, sollte bewusst
sein, dass das Lösesegment 170 eine
Löseoberfläche 176 aufweisen
kann, die aus dem Schaft 21 des Betätigungsbolzens 20 vorsteht,
um eine vorstehende Fläche
bereitzustellen, die konvex sein kann. Eine solche konvexe Fläche kann
gegen eine lineare Fläche
an dem Werkzeughalter wirken, um einen punktweisen Kontakt herzustellen.
Obwohl es bevorzugt ist, einen Kontakt zwischen der lösbaren Oberfläche 185 des
Werkzeughalters 25 und der Löseoberfläche 176 des Bolzens 20 entlang
einer Linie zu haben, ist es möglich, einen
punkt- oder flächenweisen
Kontakt zu haben und Anordnungen, die einen solchen Kontakt herstellen,
liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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Es
sollte in 4 beachtet werden, dass, wenn
sich die Vorrichtung in der verriegelten Stellung befindet, die
Löseoberfläche 175 angrenzend
an ein vorstehendes Segment 180 des Werkzeughalters 25 positioniert
ist. Das vorstehende Segment 180 hat eine lösbare Oberfläche 185.
Zwischen diesen beiden Teilen besteht jedoch kein Kontakt. Wie in 6 dargestellt
ist, in der sich die Vorrichtung in der unverriegelten Stellung
befindet, bewegt sich, nachdem der Betätigungsbolzen 20 in
die Entriegelungsrichtung gedreht worden ist, die Betätigungsmutter 75 vom
ersten Ende 22 des Betätigungsbolzens 20 weg, bis
die Verriegelungsoberflächen 70, 85 an
der Betätigungsmutter 75 bzw.
dem Betätigungsbolzen 20 die erste
verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 90 und die zweite
verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 95 des Schafts 30 freigeben.
Infolgedessen wird der Schaft 30 nicht länger durch
den Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 zurückgehalten.
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Um
die Entfernung des Werkzeughalters 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 zu
fördern,
hat der Werkzeughalterschaft 30, wie am besten in 1 dargestellt
ist, ein Paar flacher Oberflächen 33, 34 auf
der Oberseite des Schafts 30 und ein ähnliches Paar flacher Oberflächen (nicht
gezeigt) auf der Unterseite des Schafts 30. Diese flachen
Flächen
sorgen für
einen Spielraum und ermöglichen
einen geringeren Abstand zwischen dem Bolzen 20 und der Mutter 75 zur
Entfernung des Werkzeughalters 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15.
Dies ermöglicht auch
eine kompaktere Ausgestaltung, da der Bolzen 20 und die
Mutter 75 mit einem geringeren Abstand zwischen ihnen arbeiten
können.
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Es
ist nicht ungewöhnlich,
dass der Schaft 30 des Werkzeughalters 25 reibschlüssig in
dem Werkzeugträgerteil 15 verbleibt,
auch wenn der durch den Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 bewirkte
Formschluss gelockert worden ist. Unter solchen Umständen ist
es notwendig, den Werkzeughalter 25 unter Zwang zu der
vorderen Hälfte 160 des Betätigungsbolzens 20 hin
zu verschieben, um den Werkzeughalter 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 zu
lösen.
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Wie
in 6 dargestellt ist, greift, wenn der Betätigungsbolzen 20 ausreichend
gedreht ist, die Löseoberfläche 175 des
Betätigungsbolzens 20 an der
lösbaren
Oberfläche 185 des
Werkzeughalters 25 an, um den Werkzeughalter 25 unter
Zwang zu der vorderen Hälfe 160 des
Betätigungsbolzens 20 hin
zu verschieben. Nach einer solchen Verschiebung ist der Werkzeughalter 25 in
dem Werkzeugträgerteil 15 ausreichend
locker, so dass er manuell aus diesem entfernt werden kann.
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Wie
vorher erwähnt,
sind der Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 durch
das Werkzeugträgerteil 15 nicht
axial entlang der radialen Achse R1 zurückgehalten. Es ist deshalb
notwendig, die Betätigungsmutter 75 axial
zurückzuhalten,
so dass sich der Betätigungsbolzen 20 nach
oben bewegen und den Werkzeughalter 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 drücken kann.
Um diese Aufgabe zu erfüllen,
stehen unterschiedliche Einrichtungen zur Verfügung.
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Zunächst ist
es, wie in 2 dargestellt ist, für ein solches
Werkzeugträgerteil 15 üblich, in
dem Schlitz 400 (durchsichtig dargestellt) auf einer Werkzeugmaschine 405 (durchsichtig
dargestellt) angebracht zu sein. Das Werkzeugträgerteil 15 ist in
dem Schlitz 400 unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens
aus einer Anzahl herkömmlicher
Verfahren, die dem auf dem Gebiet der spanabhebenden Formgebung
bewanderten Fachmann bekannt sind, befestigt. Wenn das Werkzeugträgerteil 15 in
einem solchen Schlitz 400 angebracht ist, ist die Betätigungsmutter
physikalisch durch die Bodenfläche 410 des Schlitzes 400 blockiert,
wodurch eine Axialbewegung der Betätigungsmutter (nicht gezeigt) über die
Grenze des Werkzeugträgerteils 15 hinaus
verhindert wird.
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Alternativ
ist es vollkommen möglich,
wie in 7 dargestellt ist, die einen Bereich des Werkzeugträgerteils 15 zeigt,
der durch den Pfeil 7 in 6 hervorgehoben
ist, wobei bestimmte Einzelheiten modifiziert sind, eine Betätigungsmutter 200 vorzusehen,
die eine mit Schlitz versehene Ausnehmung 205 an einer
Seite aufweist, an der ein Rückhaltestift 210 angreift,
der sich in das Werkzeugträgerteil 15 erstreckt
und an der Seite der Ausnehmung 205 angreift, um die axiale
Verschiebung der Betätigungsmutter 200 zu
begrenzen.
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Die
Betätigungsmutter 200 kann
unrund sein, so dass sie, wenn sie in eine passende Öffnung in
dem Werkzeugträgerteil 15 eingebracht
wird, an einer Drehung gehindert wird. Die Verwendung eines Stiftes 210,
der dem in 7 dargestellten Stift ähnlich ist,
würde eine
begrenzte Axialbewegung zulassen, und die Betätigungsmutter 200 könnte eine
zylindrische Ausgestaltung haben. Der Stift 210 kann daher
eine doppelte Funktion ausüben,
indem er die axiale Verschiebung der Betätigungsmutter begrenzt und
gleichzeitig die Drehung der Betätigungsmutter 200 begrenzt.
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8 stellt
eine Draufsicht des Schafts 30 entlang den Pfeilen „8-8" in 5 dar.
Zum Zwecke der Anschaulichkeit erstreckt sich die radiale Achse R1
aus der Seite heraus und ist als ein Punkt in dem Durchbruch 150 dargestellt.
Eine dritte Achse R2 liegt senkrecht zu der radialen Achse R1 und
der Längsachse
L. Die Verriegelungsoberfläche 70 des Betätigungsbolzens 20 ist
durchsichtig dargestellt. Die Verriegelungsoberfläche 70 greift
an der ersten verriegelbaren Werkzeughalteroberfläche 90 des Schafts 30 an,
wie dies durch die querverlaufende Schraffierung CH gezeigt ist.
Der in Angriff stehende Bereich der verriegelbaren Oberfläche 90 berührt die Verriegelungsoberfläche 70 des Betätigungsbolzens 20 von
einer Stelle hinter der radialen Achse R2 aus, um eine Kontaktfläche zu definieren,
die einen Winkel C zwischen 5 Grad und 80 Grad bildet, wobei der bevorzugte
Winkel zwischen 50 Grad und 60 Grad liegt. Wie in 8 dargestellt
ist, ist diese Kontaktfläche
vorzugsweise hinter der Achse R2 um einen Winkel D, der einen Wert
zwischen 1 Grad und 30 Grad haben kann, leicht abgewinkelt.
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Obwohl
das, was gerade veranschaulicht wurde, Einzelheiten der ersten verriegelbaren
Werkzeughalteroberfläche 90 sind,
wie sie durch den Betätigungsbolzen 20 in
Angriff steht, sollte bewusst sein, dass die zweite verriegelbare
Werkzeughalteroberfläche 95 (4)
identisch ist und dass die Mutterverriegelungsoberfläche 85 mit
der zweiten Verriegelungsoberfläche 95 des
Werkzeughalters auf die gleiche Weise und längs des gleichen Winkels in Kontakt
kommt.
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Ein
Schlitz 220 erstreckt sich von dem Durchbruch 150 nach
hinten und vollständig
durch den Schaft 30, damit der Schaft 30 um den
Betätigungsbolzen 20 und
die Betätigungsmutter 75 herum in
das Werkzeugträgerteil 15 eingefügt werden
kann. Außerdem
kann es der Schlitz 220 ermöglichen, dass sich die Seite 225 und
die Seite 230 des Schafts 30 zu der gleichen Zeit
radial nach außen
entlang der Achse R2 dehnen, zu der der Schaft 30 in die
hintere Richtung gedrückt
wird, während
der Werkzeughalter 25 in dem Werkzeugträgerteil 15 verriegelt
wird. Diese Ausdehnung kann nützlich
sein, wenn sich die Seiten 225, 230 des Schafts 30 nach
außen
dehnen müssen,
um mit der Bohrung 40 (1) des Werkzeugträgerteils 15 in
Kontakt zu kommen. Wenn jedoch der Schaft 30 mit einem
Presssitz in die Bohrung 40 des Werkzeugträgerteils 15 passt,
könnte eine
solche Ausdehnung nicht notwendig sein.
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Ein
mit dem Schlitz 220 identischer Schlitz befindet sich auf
der gegenüberliegenden
Seite des Schafts 30 und die gleiche Erörterung, wie sie bezüglich des
Schlitzes 220 dargelegt wurde, trifft auf diesen Schlitz
zu.
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Die
Breite des Schlitzes 220 und des gegenüberliegenden Schlitzes an dem
Schaft 30 kann in Verbindung mit der Breite des Betätigungsbolzens 20 und
der Breite der Betätigungsmutter 75 modifiziert werden,
damit der Werkzeughalter 25 in dem Werkzeugträgerteil 15 in
nur einer Ausrichtung angebracht werden kann.
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Wenn
der Schaft 30 in die Bohrung 40 mit einem Presssitz
passt, sollte der Betrag des radialen Übermaßes zwischen 0,0002 – 0,0010
Zoll und vorzugsweise zwischen 0,004 – 0,008 Zoll liegen.
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Da
der Betätigungsbolzen 20 zur
Verriegelung gedreht wird, erstreckt sich die Verriegelungsoberfläche 70 des
Betätigungsbolzens 20 um
den Umfang des Bolzens 20 herum. Die Verriegelungsoberfläche 70 bildet
deshalb einen Kegel, der eine Mittellinie um die Bolzenachse R1
aufweist.
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Da
sich die Betätigungsmutter 75 nicht
dreht, muss andererseits nur ein Bereich des Umfangs des Betätigungsbolzens 20 eine
Verriegelungsoberfläche 85 aufweisen.
Aus praktischen Gründen
und um eine ungeeignete Positionierung der Mutter 75 zu
verhindern, kann sich die Verriegelungsoberfläche 85 jedoch um den
Umfang des Bolzens 20 herum erstrecken.
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Die
Verriegelungsoberflächen 70 und 85 sind insgesamt
konusförmig
und haben eine gemeinsame Mittellinie längs der Achse R1. Dies ermöglicht es
der Verriegelungsoberfläche 70,
völlig
an der ersten verriegelbaren Werkzeughalteroberfläche 90 des Schafts 30 anzugreifen,
die eine passende konische Form hat. Eine solche Anordnung lässt relativ
hohe Kräfte
zwischen der Verriegelungsoberfläche
und der ersten verriegelbaren Werkzeughalteroberfläche 90 zu,
da sich die erzeugte Kraft über
den gesamten Kontaktbereich zwischen den beiden Oberflächen verteilt.
Das gleiche Konzept trifft auf die zweite verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 95 mit
Bezug auf die Verriegelungskeiloberfläche 85 zu.
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In
der verriegelten Stellung sind die Mittellinien der Verriegelungsoberflächen 70, 85 des
Bolzens 20 und der Mutter 75 koaxial zu der Mittellinie
CN der ersten und zweiten verriegelbaren Werkzeughalteroberflächen 90, 95.
Da jede dieser Oberflächen
durch einen passenden Kegel definiert wird, sorgt dies für eine radiale
Ausrichtung des Schafts 30 in dem Werkzeugträgerteil 15 um
die Längsachse
L.
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Eine
solche radiale Einstellung kann auch durch die Verwendung eines
Kegels an dem Betätigungsbolzen
und einer ebenen Keilfläche
an der Betätigungsmutter
bewirkt werden, die nicht konusförmig
ist, aber mit einer passenden Oberfläche an der zugehörigen verriegelbaren
Oberfläche
des Schafts übereinstimmt.
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9 stellt
einen Werkzeughalter 25 dar, der mit dem in 8 dargestellten
Werkzeughalter identisch ist, aber dazu verwendet wird, das Lösemerkmal
des Werkzeughalters der vorliegenden Vorrichtung zu erörtern. Genau
wie in 8 ist die radiale Achse R1 als ein Punkt angedeutet
und eine dritte, mit R2 bezeichnete Achse erstreckt sich in eine
zu der radialen Achse R1 und der Längsachse L senkrechten Richtung.
Die Löseoberfläche 175 des
Lösesegments 170 des
Betätigungsbolzens 20 ist
durchsichtig dargestellt.
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Unter
Hinweis auf 5 umfasst die lösbare Oberfläche 185 des
vorstehenden Abschnitts 180 am Werkzeughalter 25 einen
Kanal 235, der einen konstanten Radius haben kann, der
durch die Wandung 32 des Schafts 30 verläuft und
sich vor der Achse CN befindet.
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Der
Kanal 235 und die lösbare
Oberfläche 185 mit
ihrer Beziehung zu einem Lösekeil 175 des Betätigungsbolzens 20 sind
weiterhin in 10 dargestellt, die eine Querschnittsansicht
entlang der Linien „10-10" von 4 ist.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass 10 diese
Oberflächen
voneinander getrennt darstellt. Es sollte eindeutig sein, dass der äußere Radius
R3 des Lösesegments 175 kleiner
als der Radius R4 der lösbaren
Oberfläche 185 des
Kanals 235 ist, so dass sich die Betätigungsmutter 75 nach
oben bewegt und das Lösesegment 175 direkt gegen
die lösbare
Oberfläche 185 des
Kanals 235 bewegt, wenn der Betätigungsbolzen 20 angezogen wird,
wodurch ein Linienkontakt 237 gegen den Kanal 235 hergestellt
wird, um den Werkzeughalter 25 auszuwerfen.
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Unter
Hinweis auf die 3 und 4 bildet die
Verriegelungsoberfläche 70 des
Betätigungsbolzens 20 einen
Winkel A mit der radialen Achse R1. Der Bereich des Winkels A kann
zwischen 10 und 60 Grad liegen, mit einem bevorzugten Winkel von
30 Grad. Die Verriegelungsoberfläche 85 der
Betätigungsmutter 75 bildet
einen ähnlichen
Winkel A mit der radialen Achse R1. Ebenso bilden die erste verriegelbare
Werkzeughalteroberfläche 90 und
die zweite verriegelbare Werkzeughalteroberfläche 95, die in 4 dargestellt
sind, den gleichen Winkel A mit der radialen Achse R1, die zu der
Mittellinie CN (5) koaxial ist, wenn der Schaft 30 in
dem Werkzeugträgerteil 15 befestigt
ist.
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Unter
Hinweis auf die 3 und 6 bildet die
lösbare
Oberfläche 175 des
Lösesegments 170 einen
Winkel B mit der radialen Achse R1. Der Winkel kann einen Bereich
zwischen 10 und 60 Grad haben und einen bevorzugten Winkel von 30
Grad. Außerdem
bildet die lösbare
Oberfläche 185 des
Kanals 235 an dem Werkzeughalter 25 (5)
den gleichen Winkel B mit der radialen Achse R1.
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Das
bisher erörterte
Werkzeughalterträgerteil 15 ist
ein quadratisches Schaftteil, das zur Anbringung in einem Schlitz
an einer Werkzeugmaschine geeignet ist. Unter Hinweis auf 11 sollte
bewusst sein, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
mit geringfügigen
Modifikationen in einen Block 500 unter Verwendung des
gleichen Betätigungsbolzens 20 und
der gleichen Betätigungsmutter
(nicht gezeigt) wie zuvor erörtert
eingebaut werden kann. Der Block 500 kann direkt an der
Vorderseite einer Werkzeugmaschinenspindel unter Verwendung von Bolzen
angebracht werden, die sich durch Befestigungsbolzenlöcher 505, 510 und
in die Vorderseite hinein erstrecken würden. Ein Werkzeughalter 25 würde in dem
Block 500 auf die gleiche Weise angebracht werden, wie
der Werkzeughalter 25 in dem zuvor erörterten Werkzeugträgerteil 15 angebracht
ist. Die in 7 dargestellte Stiftanordnung
würde in
der Bohrung 515 verwendet werden, um die Betätigungsmutter
zurückzuhalten.
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Der
Werkzeughalter 25 ist in 1 mit einer Tasche 27 zur
Aufnahme eines Schneidwerkzeugs dargestellt. 12 stellt
einen Gegenstand dar, der in der Industrie im allgemeinen dadurch
als ein Werkzeughalterrohling 300 bezeichnet wird, dass
der modulare Schaft 30 an einer großen Masse 305 unbearbeiteten
Materials befestigt ist. In der metallbearbeitenden Industrie ist
es üblich,
mit einem Rohling dieser Art zu beginnen und diesen maschinell in
jede gewünschte
Ausgestaltung, einschließlich
einer Anordnung zur Aufnahme eines Schneidwerkzeugs, wie sie in 1 dargestellt
ist, zu bearbeiten.
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Die
Möglichkeit
zur maschinellen Bearbeitung eines solchen Rohlings ist jedoch unbegrenzt, und
es ist üblich,
eine solchen Rohling maschinell zu bearbeiten, um ein feststehendes
Schneidwerkzeug oder ein drehendes Schneidwerkzeug aufzunehmen oder
einen solchen Rohling maschinell zu bearbeiten, um als eine Kupplung
für ein
Verlängerungsstück oder
einen anderen Werkzeughalter zu dienen. Es sollte deshalb selbstverständlich sein,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen Werkzeughalter an
einem Schaft beschränkt
ist, sondern auf jede Vorrichtung für Metallbearbeitungsverfahren
ausgedehnt werden kann, die einen Schaft 30 verwendet,
der dem in 1 dargestellten ähnlich ist.
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Obwohl
der Schaft 30 und die Bohrung 40 des zugehörigen Werkzeugträgerteils 15 als
rohrförmig
dargestellt worden sind, sollte die Erfindung nicht auf eine solche
Form beschränkt
werden.
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Obwohl
der Betätigungsbolzen 20 zum
Auswerfen des Werkzeughalters 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 verwendet
wurde, sollte bewusst sein, dass die Betätigungsmutter 75 mit
geringfügigen
Modifikationen alternativ ein Lösesegment 175 haben könnte, das
dem mit Bezug auf den Betätigungsbolzen 20 dargestellten ähnlich ist.
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Obwohl
diese Vorrichtung für
kleine Werkzeuge ideal ist, sollte dies schließlich keine Beschränkung hinsichtlich
ihrer Verwendung darstellen und es sollte selbstverständlich sein,
dass diese Vorrichtung zur Verwendung mit einem Werkzeughalter jeder
Größe oder
Gestaltung funktionsfähig
sein würde.