DE69809439T2

DE69809439T2 - Werkzeughalter

Info

Publication number: DE69809439T2
Application number: DE69809439T
Authority: DE
Inventors: Magnus Aspeby; Peter Frank; Rudi Holland-Moritz; Dietmar Kuerschner
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: EP1007256B1; SE9700139D0; WO1998031494A1; US6045308A; CN1095709C; JP4188420B2; JP2001508706A; SE9700139L; DE69809439D1; EP1007256A1; SE512254C2; CN1243465A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Werkzeugträger ist aus dem Dokument DE-A-38 07 140 bekannt.
Insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß moderne Herstellungsbetriebe zunehmend mit automatischen Werkzeugwechselsystemen ausgestattet werden, wurde das Bedürfnis nach automatischen, auswechselbaren Werkzeugsystemen immer wichtiger. In solchen Systemen wird zum Beispiel ein mit großer Präzision hergestellter Werkzeugschaft eines Werkzeugträgers verwendet, wobei ein System unterschiedlicher Werkzeuge mit dem Werkzeugschaft verbunden werden kann. Hohe Anforderungen wurde an ein solches Kopplungssystem bezüglich der Kräfterichtung, dem radialen Auslaufen und der Genauigkeit beim Positionieren und Auswuchten gestellt.
Es sind schon Versuche unternommen worden, ein universell anwendbares Kopplungssystem zu erzeugen, welches die oben erwähnten Kriterien erfüllt. So ist zum Beispiel vorgeschlagen worden, eine selbstzentrierende Hirthverzahnung in dem Kopplungsbereich zu verwenden, wobei die Verzahnung zusammen mit einem Kragen eine formgenaue Verbindung der Teile garantieren soll. Gemäß einer weiteren Empfehlung erfolgt die Kopplung über eine zentrische Gewindeverbindung.
Eine sehr wirksame Kopplung für den Grenzbereich zwischen der Werkzeugmaschine und dem Werkzeugsystemmodul ist in DIN 69893 und auch in DE-A-38 07 140 beschrieben. Diese Art von Kopplung wird gewöhnlichen "HSK" genannt, welches eine Abkürzung für "Hohlschaftkegel" oder "Hohlschaftkonus" ist und als eine Werkzeuggrenze mehr und mehr akzeptiert wurde. Der HSK ist eine Kopplungsvorrichtung zwischen einem Werkzeugsystemmodul, d. h. einem Werkzeughalter, und einer Werkzeugmaschine, zum Beispiel einer Spindel. Für eine schnelle Anbringung und Abnahme der Verbindung zwischen diesen beiden Bestandteilen unter der Bedingung großer Axialkräfte ist eine Klemmanordnung mit einer Betätigungsstange vorgesehen, durch welche eine Keilradgetriebevorrichtung betätigt wird, durch die in einem der zu verkoppelnden Teile vorgesehene Klemmelemente im wesentlichen radial nach außen in entsprechend gestaltete Ausnehmungen in dem anderen zu verkoppelnden Teil gepreßt werden können. Die Klemmelemente werden aus mindestens drei klemmartigen Klemmbacken gebildet, die in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind und im wesentlichen parallel zu einer Zentrierverlängerung des Werkzeughalters angeordnet sind und in einer nutenförmigen Ausnehmung der Zentrierverlängerung relativ zu einem Backenteil schwenkbar sind, welches radial innerhalb der Zentrierverlängerung in dem gekoppelten Zustand angeordnet ist, während die Backen in einem Zentrierhalter der Spindel gehaltert werden.
Das wesentliche Merkmal der HSK-Kopplung ist die konische Gestalt des Hohlkegels mit einer ebenen Anschlagfläche gemäß der oben erwähnten DIN 69893. Der wichtigste Vorteil bei diesem Aufbau ist eine hohe statische und dynamische Steifheit, ein hoher Drehmomentenübergang, ein definiertes radiales und axiales Positionieren und eine gute Hochgeschwindigkeitsleistung. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß die Kupplung nicht ganz drehsymmetrisch ist, und diese Tatsache macht ein Gegenwuchten notwendig. Bei hohen Drehzahlen, wie zum Beispiel bis hoch zu 30.000 Umdrehungen/Minute, werden auch andere Unwuchtprobleme wichtiger, d. h. die sogenannte dynamische Unwucht. Ein sich nicht bewegender Rotations- oder Drehkörper kann an Stellen einem Gegenausgleich unterzogen bzw. ausgewuchtet werden, welche von der Quelle der Unwucht axial verschoben sind, wenn sich der Körper aber dreht, dann entstehen axial verschobene Zentrifugalkraftunterschiede, die zu einem Ungleichgewicht der Bewegungsenergien führen. Bei hohen Drehzahlen kann dies zu unerwünschten Rotationsvibrationen führen.
Es ist bekannt, auf der Außenseite des Werkzeugträgerteils der HSK-Werkzeughalter Ausgleichsbohrungen vorzusehen. Diese Lösung ist nicht ganz zufriedenstellend, denn das offene Freilegen der Ausgleichsbohrungen kann auffallen und störend sein. Außerdem sind sie axial recht weit von der Asymmetrie der HSK-Kupplung auf der Maschinenspindelseite im Abstand angeordnet, und dies bringt eine dynamische Unwucht mit sich.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeugträger zu schaffen, der sowohl statisch als auch dynamisch ausgewuchtet ist.
Weitere Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, ein Auswuchten vorzusehen, das so unauffällig wie möglich ist.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auswuchten des Werkzeugträgers zur Verfügung zu stellen, das weitestmöglich definitiv ist und nicht vor jedem Betrieb weitere Verbesserungen erfordert.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen bestimmt.
Im folgenden wird die Erfindung in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Werkzeugsystemmoduls in der Gestalt eines Werkzeughalters,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Werkzeughalters gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine weitere perspektivische Ansicht des Werkzeughalters gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Werkzeugsystemmodul, d. h. einen Werkzeughalter, der mittels des Hohlschaftkegels oder Kopplungsendes 2 an eine Werkzeugmaschinenspindel angekoppelt werden soll. Um einen automatischen Wechsel des Werkzeugsystemmoduls zu ermöglichen, hat dieses eine Greifernut 3, die in herkömmlicher Weise erstellt werden kann. Der Grundhalter 1 hat eine radiale Ringfläche 4 und eine Zentrierfläche 5, die auf der Außenseite eines Zentrierkonus vorgesehen sind. Zusammenwirkende Flächen sind auf der Spindel vorgesehen, die den Flächen 4 und 5 entsprechen. An sich bekannte Klemmelemente können mit ihren Backenabschnitten in eine nutenförmige, ringförmige Ausnehmung 6 in dem Zentrierkonus geschwenkt werden, wodurch eine axial gerichtete Druckkraft zwischen dem Werkzeughalter und der Spindel vorgesehen wird.
Für die Übertragung des Drehmomentes zwischen der Spindel und dem Werkzeugsystemmodul wird eine Backenverzahnung oder eine Keilvorrichtung zur Verfügung gestellt, spezieller sind zwei diametral gegenüberliegende Trägernuten 7A, 7B in dem Zentrierkonus vorgesehen, so daß zwei zusammenpassende Oberflächen 8 an jeder Nut 7 erzeugt werden. In diese nutenartigen Ausnehmungen treten entsprechend gestaltete Trägerbacken oder Keile in Eingriff. Um eine deutlich definierte Position zu erreichen und eine 180º-Verschiebung zu vermeiden, sind die zwei Trägernuten unterschiedlich tief. Wie man in Fig. 1 sehen kann, ist deshalb die Ausnehmung 7B tiefer als die Ausnehmung 7A. Selbstverständlich verursachen diese unterschiedlichen Ausnehmungen eine Unwucht.
Weiterhin sind zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 13 längs der Greifnut 3 vorgesehen. Diese Ausnehmungen funktionieren als Schalt- oder Ausrichtflächen für den Greiferarm für den automatischen Werkzeugwechsel. Um eine 180º-Verschiebung des Werkzeughalters zu vermeiden, sind die zwei Ausnehmungen 13 wiederum etwas unterschiedlich gestaltet, und dies trägt wiederum zu einer Unwuchtquelle bei.
Eine weitere eine Unwucht verursachende Einzelheit ist die Positionierung von Markierungen für ein Werkzeugmagazin für den automatischen Werkzeugwechsel, nämlich die Positioniernut 14.
Das der Werkzeugmaschine gegenüberliegende Ende des Werkzeugsystemmoduls 1 ist ein Werkzeughalter 9. Selbstverständlich hängt die Form bzw. Gestalt dieses Halters davon ab, welches Werkzeug oder Werkzeugmodulsystem in Greifeingriff kommen soll. Dies kann zum Beispiel ein Halter für Außen- und Innendrehwerkzeuge sein, ein Halter in der Form eines hydraulischen Spannfutters, ein Kragenhalter, ein Halter mit einem Polygonprofil gemäß dem sogenannten Sandvik Capto (registrierte Marke) oder ein sogenannter Wistle Notch Halter 9, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Dieser Halter weist einen zylindrischen Hohlraum 10 auf, in den zum Beispiel ein Werkzeug mit einem zylindrischen Werkzeugschaft mit einer geneigten Klemmfläche eingeführt werden kann. Das eingeführte Teil kann durch zwei Klemmschrauben 11 befestigt werden.
Im Hinblick auf die vorstehenden Überlegungen ist es absolut klar, daß es einige Unwuchtquellen gibt. Deshalb müssen bei hohen Drehzahlen, die heutzutage mehr und mehr benutzt werden, die Werkzeugträger sowohl statisch als auch dynamisch ausgewuchtet werden.
Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Existenz einer oder einiger Bohrungen 15A, 15B auf der Innenseite der Werkzeugmaschinenseitenkupplung 2 des Werkzeugträgers 1. Diese Bohrungen werden auf einer radialen Fläche 16 eingebracht, was durch die spindelseitige Öffnung des Hohlschaftkegels bewerkstelligt werden kann, wobei die radiale Fläche 16 axial in unmittelbarer Nachbarschaft der/oder zwischen den Unwuchtquellen des Werkzeugmaschinenseitenhalters angeordnet ist, wobei diese Unwuchtquellen im vorliegenden Falle radial auf derselben Seite des Werkzeughalters vorliegen. Dies muß jedoch nicht immer der Fall sein, und die Unwuchtquellen können mit irgendeinem Radialwinkel zwischen ihnen angeordnet werden.
Um die Unwuchtquellen in dem Werkzeugseitenhalter 9 zu eliminieren, die man in den Gewindebohrungen für die Klemmschrauben 11 findet, sind die Bohrungen 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung radial gegenüberliegend vorgesehen, aber axial auf derselben Höhe wie die Gewindebohrungen. Zusammen dienen die Bohrungen 12 und 15 dem Auswuchten des gesamten Werkzeugträgers statisch sowie dynamisch. Die Tatsache, daß die Bohrungen 12 bzw. 15 auch ein dynamisches Auswuchten mit sich bringen, erklärt sich aus der Tatsache, daß die Bohrungen 15 in unmittelbarer Nachbarschaft der zwei Unwuchtquellen angeordnet sind, nämlich auf der einen Seite der asymmetrischen Trägernuten 7 und auf der anderen Seite der Ausnehmungen 13, 14, und daß die Unwuchtquellen des Werkzeughalteteiles 9, die auf der Werkzeugseite verursacht werden, auf der Höhe der Bohrungen 12 sind. Alternativ können die Bohrungen 15 auch axial zwischen den Trägernuten 7 und den Ausnehmungen 13 (bzw. der Positioniernut) angeordnet sein, wodurch ein noch besseres dynamisches Auswuchten dieser Unwuchtquellen erhalten wird (die Tatsache, daß die Bohrungen auch ein statisches Auswuchten für beide diese Unwuchtquellen vorsehen, ist ohnehin klar). Je nach dem Werkzeugträger werden die Bohrungen 15 bezüglich Position, Tiefe und Durchmesser exakt bestimmt. Gegebenenfalls können eine oder einige Bohrungen später teilweise oder ganz mit einer Masse gefüllt werden, zum Beispiel mit einer Kunststoffmasse oder mit Aluminium oder Zinn.
Vorzugsweise wird ein durchgehendes Loch 17 im Zentrum des Werkzeugträgers vorgesehen, wobei dieses Loch in erster Linie für ein Kühlmedium gedacht.

Claims

1. Werkzeugträger mit einem auf der Werkzeugmaschinenseite angeordneten Kupplungsende (2) und einem auf der Werkzeugseite angeordneten Werkzeughalter (9), wobei eine radiale Oberfläche (16) innen in dem Kupplungsende der Werkzeugmaschinenseite vorgesehen ist und diese Oberfläche durch die Öffnung des Kupplungsendes der Werkzeugmaschinenseite bearbeitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Bohrungen (15) für ein statisches und dynamisches Auswuchten des Kupplungsendes (2) der Werkzeugmaschinenseite des Werkzeugträgers in der Oberfläche (16) vorgesehen sind.

2. Werkzeugträger nach Anspruch 1, wobei die Bohrungen (15) in unmittelbarer Nachbarschaft zweier Unwuchtquellen in dem Kupplungsende (2) oder axial zwischen diesen angeordnet sind, wobei die Bohrungen einen statischen wie auch einen dynamischen Gegenausgleich hervorrufen.

3. Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bohrungen (15) axial auf der Höhe von Ausnehmungen (13) auf der Außenseite des Werkzeugträgers oder in der unmittelbaren Nachbarschaft dieser Ausnehmungen (13) angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen als Schalt- oder Ausrichtflächen für einen Greiferarm für automatischen Werkzeugwechsel dienen.

4. Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auch der Werkzeughalter (9) eine oder mehrere Unwuchtquellen aufnimmt, welche durch entsprechende Bohrungen (12) ausgewuchtet sind, welche axial im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Unwuchtquellen vorgesehen sind, so daß der Werkzeughalter sowohl statisch als auch dynamisch ausgewuchtet ist.