DE3007440C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung, bestehend aus einem Werkzeuggrundhalter und einem Werkzeugträger, die über einen zylindrischen Einpaß mit sich senkrecht zu diesem erstreckenden Planflä­ chenpaar und über Paßfedern oder Stifte mitein­ ander verbunden und die mittels mechanischer Spannelemente miteinander verspannt sind, wobei die den Werkzeugträger erfassenden Spannelemente gleitbar in Ausnehmungen eines abgesetzten zy­ lindrischen Aufnahmezapfens des Werkzeuggrundhalters an­ geordnet und zur festen Einspannung des Werkzeug­ trägers einerseits von dem dem Werkzeugträger zu­ gewandten Ende eines einer in einer zentralen Bohrung des Werkzeuggrund­ halters bewegliche Spannbolzens beaufschlagt wer­ den. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Zerspanungswerkzeug, das aus einem Werkzeug­ grundhalter und einem Schneidenträger besteht. Das Lösen bzw. Festsetzen der Spannelemente kann manu­ ell oder maschinell erfolgen.

Aus der US-PS 41 35 418 ist eine Werkzeugeinrich­ tung bekannt, bei der der Werkzeuggrundhalter als Revolverkopf ausgebildet ist. Nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel des hiernach bekannten Standes der Technik wird der zylindrische Einpaß durch eine in dem Revolverkopf eingeschraubte Paßhülse und eine am Werkzeugträger befindlichen Zapfen gebildet. Da­ bei enthält der Zapfen radiale Ausnehmungen, in denen sich als Spannelemente wirkende Kugeln befin­ den, die zum Verspannen der Werkzeugeinrichtung von einem in einer zentrischen Bohrung gleitend ge­ führten Spannbolzen mit halbkugelförmig ausgebil­ detem Ende nach außen in eine von der Paßhülse ge­ bildete Innennut gedrückt werden können, wobei der Spannbolzen durch im Werkzeuggrundhalter befind­ liche Tellerfedern in Richtung auf den Werkzeug­ träger druckbeaufschlagt ist. Zur Lösung der Ver­ bindung zwischen dem Werkzeugträger und dem Werk­ zeuggrundhalter ist der Spannbolzen entgegen der Federkraft hydraulisch beaufschlagbar. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel des Standes der Tech­ nik ist der die Kugeln aufnehmende Zapfen in dem Werkzeuggrundhalter eingeschraubt, über den ein am Werkzeugträger befindlicher hülsenförmiger Zapfen gleiten kann, wobei der zylindrische Einpaß wieder­ um durch eine hohlzylindrische Ausnehmung im Revol­ verkopf mitgebildet wird.

Die Übertragung der Spannkräfte erfolgt bei der be­ kannten Werkzeugeinrichtung jeweils über mindestens eine Kugelfläche. Dies bedingt - mit Ausnahme der die Kugeln aufnehmenden radialen Aufnahmen - punkt­ förmige Berührungen mit sehr hohen spezifischen Flächenpressungen, die wiederum zu Materialverfor­ mungen und damit zu ungleichmäßigen und insbesonde­ re außermittigen Kraftübertragungen führen können. Die zum Verspannen des Werkzeugträgers mit dem Werkzeuggrundhalter notwendige Kraft wird durch eine vom Werkzeuggrundhalter in Richtung auf den Werkzeugträger gerichtete Druckkraft aufgebracht; sie wirkt mit der Spannkraft, die den Werkzeug­ träger an den Werkzeuggrundhalter spannen, d. h. heranziehen soll, entgegen. Dadurch wird die ohne­ hin schon hohe punkt- bzw. linienförmige spezifische Belastung noch weiter erhöht. Außerdem ergeben sich je nach Toleranz des Werkzeuggrundhalters und des Werkzeugträgers sowie der Spannkugeln und ggf. auf­ tretender bleibender Verformungen durch dadurch be­ dingte veränderliche Kraftrichtung selbst bei gleicher Kraft des Spannbolzens unterschiedliche Spannkräfte zwischen dem Werkzeuggrundhalter und dem Werkzeug­ träger. Da die Kugeln die sie aufnehmenden Ausneh­ mungen nicht voll ausfüllen, besteht für diese Aus­ nehmungen im äußeren Bereich insbesondere im Hin­ blick auf eine automatisierte Fertigung der wei­ tere Nachteil der Verschmutzung.

Aus der GB-PS 3 62 830 ist ein Bohr- und Honwerk­ zeug bekannt, bei dem eine achsmittig angeordnete Einstellspindel mit konischer Aufweitung im Ein­ griff mit radial angeordneten Einstellstiften steht, die wiederum fest mit den äußeren Honleisten ver­ nietet sind. Dieses um seine eigene Achse rotie­ rende Werkzeug eignet sich insbesondere für die Zy­ linderbearbeitung. Für spanende Drehbearbeitung und insbesondere Außenbearbeitung von Werkstücken ist es nicht einsetzbar. Die Einstellspindel dient denn auch nur zur Einstellung des effektiven Durch­ messers des Werkzeugs und nicht zum Verspannen zweier Teile einer Werkzeugeinrichtung.

Weiterhin ist aus der DE-OS 23 60 337 eine Spann­ einrichtung für Kegelaufnahmen für rotierende Werkzeuge mit konischem Einpaß bekannt, bei der die in radialen Ausnehmungen einer rohrförmigen Spannstange befindlichen Spannelemente ebenfalls aus Kugeln bestehen, die durch ein kopfförmig aus­ gebildetes Riegelelement zum Verspannen in die Innenut einer rohrförmigen Adapterhülse des Werkzeugs gedrängt werden.

Aus der US-PS 33 42 502 ist schließlich eine Werk­ zeugeinrichtung bekannt, bei der ein Werkzeugträger mit einem konischen Zapfen in den Innenkonus eines Werkzeuggrundhalters eingreift. Die vom Werkzeug­ träger auf den Werkzeuggrundhalter übertragenen Kräfte werden über den konischen Einpaß geleitet. Um zu verhindern, daß sich der konische Einpaß bei Erschütterungen und Schwingungen löst, ist nach diesem Stand der Technik ein zylindrischer Stift vorgeschlagen, der von einer exzentrischen Innennut einer drehbare Hülse auf eine Flachstelle innerhalb des konischen Zapfens gedrückt wird. Durch diesen Stift aber wird nicht nur eine unsymmetrische Spannwir­ kung erreicht, es setzt auch voraus, daß der Werk­ zeugträger jeweils in der Lage eingesetzt wird, in der die Planfläche exakt unter den Stift zu liegen kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werk­ zeugeinrichtung mit einem Werkzeuggrundhalter, an den mit Hilfe von Spannelementen unterschiedliche Werkzeugträger, insbesondere mit Zerspanungswerk­ zeugen, aufgespannt werden können und die einen maschinellen Wechsel im Rahmen einer automatisierten Fertigung zuläßt, so zu gestalten, daß eine einfache und dennoch sichere Fixierung des Werkzeugträgers an dem Werkzeuggrundhalter möglich ist. Die Werkzeug­ einrichtung soll weiterhin so gestaltet sein, daß auch ein manueller Wechsel der Werkzeugträger mög­ lich ist. Insbesondere soll die Werkzeugeinrichtung die Voraussetzungen erfüllen, die im Bereich der Drehbarbeitung und bei der Verwendung handels­ üblicher Zerspanungswerkzeuge, wie z. B. Bohrer oder Wendeschneidplatten, unerläßlich sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zum Er­ fassen des Werkzeugträgers vorgesehenen Spannele­ mente als Spannstifte ausgebildet sind, daß die die Spannstifte aufnehmenden Ausnehmungen unter einem Winkel von 45° bis 75° gegen die Längsmittellinie des Werkzeuggrundhalters angeordnet sind und daß das Ende des Spannbolzens kopfförmig ausgebildet ist. Die Verspannung des Werkzeugträgers mit dem Werk­ zeuggrundhalter erfolgt somit über Spannstifte, die mittels des Spannbolzens in Ausnehmungen des Werk­ zeugträgers, im einfachsten Fall eine Ringnut, ge­ drückt werden und dabei die Stirnseiten des Werk­ zeugträgers gegen die Plananlagefläche spannen. Die Bewegung des Spannbolzens kann durch mechanische Mittel, hydraulisch oder pneumatisch bewirkt wer­ den. Das ein Lösen der Spannstifte bewirkende Ver­ schieben des Spannbolzens kann dabei ggf. auch automatisch erfolgen. Nachdem die Spannstifte die Ausnehmungen des Werkzeugträgers verlassen haben, kann dieser mittels eines ggf. automatisch gesteu­ erten Greifers abgenommen und durch einen anderen ersetzt werden. Weiterhin ist die Werkzeugeinrich­ tung sowohl für innen arbeitende Werkzeuge als auch für außen arbeitende Werkzeuge geeignet. Der kopfförmig ausgebildete Spannbolzen beauf­ schlag mehrere schräg im Aufnahmezapfen montierte und lose einliegende Spannstifte. Die Spannstifte im Aufnahmezapfen sind damit fest zwischen dem Kopf des Spannbolzens und den Ausnehmungen des Werkzeugträgers eingespannt, womit gleichzeitig eine Arretierung des Werkzeugträgers herbeigeführt wird.

Eine leichte manuelle Betätigung des Spannbolzens ist gegeben, wenn der Werkzeuggrundhalter ein von außen bedienbares Schraubelement besitzt, mittels dessen die Verschiebung des Spannbolzens erfolgt. Damit ist es möglich, die prinzipiell eher für einen automatisierten Fertigungsablauf vorgesehene Werkzeugeinrichtung auch so zu gestalten, daß die Vorteile des universell verwendbaren Werkzeugträ­ gers erhalben bleiben. Auch wenn sich dabei nicht der hohe Automatisierungsgrad verwirklichen läßt, können die Nebenzeiten wesentlich verkürzt werden. Vorteilhafterweise wird ein modifizierter Werkzeug­ grundhalter verwendet, der einen mit einer Schrau­ benfeder beaufschlagten Spannbolzen enthält. Nach Lösen des von außen bedienbaren Schraubelements entspannt sich die Schraubenfeder und bewirkt damit gleichzeitig ein Lösen der Spannstiftarretierung. Anschließend ist der manuelle Werkzeugwechsel des Werkzeugträgers möglich.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannstifte auf der dem Aufnahmezapfen zu­ gewandten Seite mit einem Kopf versehen, der ver­ hindert, daß sie bei demontiertem Werkzeugträger herausfallen. Unter dem Kopf der Spannstifte ist eine Druckfeder montiert, welche die Stifte bei gelöstem Spannbolzen selbsttätig nach innen bewegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 jeweils Querschnitte durch ver­ schieden gestaltete Werkzeug­ einrichtungen und

Fig. 4 den automatischen Auswechselprozeß des Werkzeugträgers in schematischer Form.

Die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Werkzeuggrundhalter 1 mit einer zentralen Aufnahmebohrung 2, in welcher ein Spannbolzen 3 ruht. An der Stirnseite des Werkzeuggrundhalters 1 ist der Werkzeugträger 4, hier als Bohrkopf ausgestaltet, befestigt. Der Spannbolzen 3 ist an der dem Werkzeug­ träger 4 zugewandten Seite kopfförmig ausgebildet. An ihm liegen Spannstifte 6, deren gegenüberliegendes Ende in Ausnehmungen 7 des Werkzeugträgers 4 ragt. Die Spann­ stifte 6 sind, bezogen auf die Längsmittellinie 8 des Werkzeuggrundhalters 1 in einem Winkel von etwa 45° bis 75°, vorzugsweise 60° angeordnet. Der Spannbolzen 3 selbst ist mit mehreren Tellerfedern 12 beaufschlagt, womit eine angemessen große Spannkraft erreicht wird, die den Werk­ zeugträger 4 ausreichend sichert. Zum Lösen des Spann­ bolzens 3 kann auf diesen ein Druck in Richtung des Pfeils 20 ausgeübt werden.

Der Werkzeugträger 4 wird folgendermaßen mit dem Werk­ zeuggrundhalter 1 verbunden: Der Werkzeugträger 4 wird über eine zylindrische Aufnahmebohrung 9 auf dem ab­ gesetzten, entsprechend ausgebildeten zylindrischen Aufnahmezapfen 5 des Werkzeuggrundhalters 1 zentriert, wobei der Werkzeugträger 4 mit seinen in seinem äußeren Bereich befindlichen ringförmigen Planflächen 10 gegen eine Plananlage des Werkzeuggrundhalters 1 gedrückt und damit axial fixiert wird. Zur Verdrehsicherung des Werkzeugträgers 4 sind Planflächen 10 und die Plan­ anlage des Werkzeuggrundhalters 1 symmetrisch ausgebildet und der Werkzeuggrundhalter 1 zusätzlich mit Mitnehmern in Form von Paßfeder 11 oder Stiften oder Mitnahme­ steinen versehen, die in entsprechende Mitnahme- bzw. Aufnahmenuten des Werkzeugträgers 4 eingreifen.

Die Verspannung des Werkzeugträgers 4 mit dem Werk­ zeuggrundhalter 1 erfolgt derart über den Spannbolzen 3, daß auf diesen die Druckkräfte der Tellerfedern 12 wirken, so daß der Spannbolzen 3 die Spannstifte 6 radial nach außen beaufschlagt.

Das Abnehmen des Werkzeugträgers 4 erfolgt in umgekehrter Richtung und wird dadurch eingeleitet, daß über das dem Werkzeugträger 4 abgewandte Ende des Spannbolzens 3 durch externe Druckeinwirkung die Tellerfedern 12 zusammen­ geschoben werden und gleichzeitig die kopfförmige Aus­ bildung des Spannbolzens 3 die Spannstifte 6 aus den Ausnehmungen 7 gleiten läßt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante der Werkzeugeinrichtung sind die Spannstifte 6 zu­ sätzlich mit einem Kopf 15 und mit einer Druckfeder 16 versehen. Während der Kopf 15 des Spannstiftes 6 ein Herausfallen der Spannstifte bei demontiertem Werk­ zeugträger 4 verhindert, bewirkt die Druckfeder 16 eine selbsttätig zur Längsmittellinie 8 des Werkzeugs gerichtete Bewegung.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Werkzeugeinrichtung, die für eine manuelle Auswechselung des Werkzeugträgers geeignet ist. Der Spannbolzen 3 ist derart ausgestaltet, daß eine Lageveränderung der an ihrer Spitze konisch ver­ jüngten Schraube 13 bei jeweils anliegender Oberflä­ che des Spannbolzens 3 dessen Verschiebung bewirkt. Das Andrücken der Mantelfläche 19 des Spannbolzens 3 an das konische Ende der Schraube 13 wird durch eine Schraubenfeder 14 herbeigeführt. Bei festgezogener Schraube 13 wird der Spannbolzen 3 in seine äußerste rechte Lage gedrückt, wobei gleichzeitig über sein kopfförmig ausgebildetes Ende die Spannstifte 6 in die Ausnehmung 7 des Werkzeugträgers 4 gedrückt werden. Löst man die Schraube 13, so bewegt sich der Spannbolzen 3 in Richtung des Werkzeugträgers, wobei gleichzeitig die Spannstifte 6 aus den Aus­ nehmungen 7 herausgleiten, womit die Verspannung des Werkzeugträgers 4 gelöst wird und dieser leicht abgenommen werden kann.

Fig. 4 zeigt in schematischer Weise, wie der Werk­ zeugträger 4 mittels eines Greifers abgenommen und in ein Werkzeugmagazin abgelegt werden kann, von wo aus der Greifer einen neuen Werkzeugträger auf­ nimmt und auf den Werkzeuggrundhalter 1, der bei­ spielsweise auf einem Werkzeuggrundhalter montiert ist, aufsetzt. Die dargestellten Arbeitsschritte sind vollständig automatisierbar: Nach Beendigung eines bestimmten Arbeitsprozesses bzw. der Abnutzung eines Werkzeuges wird ein Steuerbefehl gegeben, der die hydraulische oder pneumatische Lösung des Spannbol­ zens einleitet. Der nur noch lose aufsitzende Werk­ zeugträger 4 wird mittels eines Greifers abgenommen und in einem Werkzeugmagazin 17 abgelegt. Im nächsten Arbeitsschritt nimmt der Greifer 18 einen neuen Werk­ zeugkopf 4 auf und setzt ihn zentrisch auf den Werk­ zeuggrundhalter. Daraufhin wird über einen weiteren Steuerimpuls die nicht dargestellte Tellerfeder ent­ spannt, so daß über den Spannbolzen 3 in geschilder­ ter Weise der Werkzeugträger arretiert wird. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß der Werkzeuggrund­ halter im Werkzeugrevolver einer Drehmaschine verbleibt und der Werkzeugwechsel sich lediglich auf ein klein di­ mensioniertes einfaches Teil, den Werkzeugträger, be­ schränkt. Der Werkzeugträger kann beispielsweise ein Werkzeugkopf sein, der primär auf die Erfordernisse der Innenbearbeitung abgestimmt ist. Bei der Außenbe­ arbeitung bestehen weniger Einschränkungen hinsicht­ lich der Werkzeuggestaltung, jedoch gelangen hier zum Drehen ähnliche oder gleiche Schneidengeome­ trien wie bei der Innenbearbeitung zur Anwendung. Deshalb sind Werkzeugköpfe mit gleichen Anschluß­ maßen auch für die Außenbearbeitung möglich, so daß Drehmaschinen mit Revolverköpfen und automatischem Werkzeugwechsel ausgerüstet werden können, wobei so­ wohl Werkzeuge für die Innen- als auch für die Außenbe­ arbeitung aufgenommen werden. Im Revolverkopf sind lediglich Werkzeuggrundhalter zu installieren, die für die Innenbearbeitung die notwendigerweise erforderliche, längere Auskragung besitzen und Werkzeuggrundhalter für die Außenbearbeitung, die im allgemeinen nicht axial, sondern radial angeordnet sind. Letztere ha­ ben eine kurze, kompakte Bauweise und lassen sich dementsprechend höher belasten. Die Verbindung zwi­ schen Schneidenträger und Werkzeuggrundhalter für Außen- und Innenbearbeitungswerkzeuge ist einheit­ lich gestaltet, so daß z. B. ein Bohrwerkzeug der Innenbearbeitung bedarfsabhängig auch als Planwerk­ zeug bei der Außenbearbeitung eingesetzt werden kann. Auf diese Weise lassen sich mit weniger Werk­ zeugtypen mehr Arbeitsoperationen durchführen als bisher. In einem Werkzeugmagazin der Maschine sind also lediglich die kleindimensionierten Schneiden­ träger unterzubringen, so daß infolge des geringen Kosten- und Platzbedarfes eine größer Werkzeugzahl gespeichert werden kann und somit größere Fertigungs­ stückzahlen erzielbar sind und bei Standzeitende einer Schneide ohne Unterbrechung ein Ersatzwerkzeug zur An­ wendung gelangen kann. Konnte man bisher bei Drehmaschi­ nen eine Werkzeuggrundausrüstung von etwa 12 verschie­ denen Werkzeugen unterbringen, dann lassen sich auf­ grund des geringeren Platzbedarfes jetzt die dreifache Menge und mehr an Werkzeugen speichern, d. h. es können bei einem Grundbedarf von 12 Werkzeugen min­ destens drei Standzeiten gefahren werden. Damit ist eine Fertigung ohne manuellen Eingriff über einen längeren Zeitraum gewährleistet, womit der Nutzungsgrad der Maschine wesentlich verbessert wird und gleichzeitig der Personalaufwand sinkt.

Je nach Leistungsfähigkeit der Maschine und durch­ zuführender Bearbeitung sind verschiedene Baugrößen und -formen von Werkzeugeinrichtungen möglich. Für den Bereich der Innenbearbeitung im kleineren Durch­ messerbereich lassen sich Schneidenträger verwenden, die abgesetzt gestaltet sind oder mit einer Spann­ einrichtung zur Aufnahme von Bohrern, Senkern o. ä. ausgelegt sind. Der Schneidenträger läßt sich bei gleichbleibenden Anschlußmaßnahmen für den Werkzeuggrund­ halter unterschiedlich ausbilden. Er kann z. B. auch mit gelöteten Hartmetallplatten bestückt sein oder, wie in den Zeichnungen dargestellt, geklemmte Wende­ platten aufnehmen.

Die Querschnittsform der Werkzeugeinrichtung im Be­ reich der Verbindung zwischen Schneidenträger und Werkzeuggrundhalter ist in bevorzugter Weise zylin­ drisch gestaltet, kann aber auch andere Querschnitts­ formen, z. B. für die Außenbearbeitung die Form eines Quadrates aufweisen.

Zum Zwecke einer zentralen Kühlmittelzufuhr kann der Werkzeuggrundhalter im Inneren mit Bohrlöchern und Ausnehmungen versehen sein, die den Kühlschmierstoff durch eine Öffnung im Schneidenträger zur Schneide führen.

Bei der bevorzugten Ausführung ist die Verbindung zwischen Werkzeuggrundhalter und Schneidenträger achssymmetrisch ausgebildet, so daß es möglich ist, auf dem Grundhalter die Schneidenträger in 2 um 180° verdrehten Einbaulagen zu montieren. Dadurch kann sowohl die Anzahl der Grundhalter als auch die der Schneidenträger klein gehalten werden und durch Veränderung der Einbaulage eine Erweiterung des Anwendungsbereiches erzielt werden.

Claims (5)

1. Werkzeugeinrichtung, bestehend aus einem Wer­ zeuggrundhalter und einem Werkzeugträger, die über einen zylindrischen Einpaß mit einem sich senkrecht zu diesem erstreckenden Planflächen­ paar und über Paßfedern oder Stifte miteinander verbunden und die mittels mechanischer Spannele­ mente miteinander verspannt sind, wobei die den Werkzeugträger erfassenden Spannelemente gleit­ bar in Ausnehmungen eines abgesetzten zylin­ drischen Aufnahmezapfens des Werkzeuggrundhalters an­ geordnet und zur festen Einspannung des Werk­ zeugträgers einerseits von dem dem Werkzeug­ träger zugewandten Ende eines in einer zentralen Bohrung des Werkzeuggrundhalters beweglichen Spannbolzens be­ aufschlagt werden und andererseits in eine in einem hohlzylindrischen, rohrförmigen Schaft des Werkzeugträgers angeordneten Ausnehmung eingreifen, insbesondere aus einem Werkzeug­ grundhalter und einem Schneidenträger bestehen­ des Zerspanungswerkzeug, dadurch gekennzeichnet,

• (a) daß die zum Erfassen des Werkzeugträgers (4) vorgesehenen Spannelemente als Spannstifte (6) ausgebildet sind,
• (b) daß die die Spannstifte (6) aufnehmenden Ausnehmungen unter einem Winkel von 45° bis 75° gegen die Längsmittellinie (8) des Werk­ zeuggrundhalters (1) angeordnet sind und
• (c) daß das Ende des Spannbolzens (3) kopfförmig ausgebildet ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Spannstifte (6) aufnehmenden Ausnehmungen und die Längsmittellinie (8) einen Winkel von 60° bilden.

3. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ zeuggrundhalter (1) eine von außen bedienbare, an seiner Spitze konisch verjüngte Schraube (13) besitzt, durch das der Spannbolzen (3) entgegen der Kraft einer Schraubenfeder (14) verschiebbar ist.

4. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannstifte (6) an dem dem Spannbolzen (3) zugewandten Ende einen Kopf (15) besitzen.

5. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (15) der Spannstifte (6) und dem Werkzeuggrundhalter (1) eine Druckfeder (16) angeordnet ist.