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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine umfassend einen Werkzeugträger mit
mindestens einer Werkzeugstation, welche eine Auflageseite für eine Anlageseite
eines Werkzeughalters und eine Aufnahme für einen Schaft des Werkzeughalters
aufweist, wobei die Anlageseite dann gegen die Auflageseite anliegt,
wenn der Werkzeughalter mit seinem Schaft in der Aufnahme eingespannt
ist, und mindestens ein Formschlusselement, welches bei in der Aufnahme
eingespanntem Schaft spielfrei in ein zweites Formschlusselement
am Werkzeughalter eingreift, um den Werkzeughalterkörper relativ
zum Werkzeugträger
präzise
ausgerichtet zu fixieren.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung einen Werkzeughalter für eine Werkzeugmaschine, umfassend
einen das Werkzeug tragenden Werkzeughalterkörper, welcher eine Anlageseite
aufweist und einen von dieser abstehenden Schaft zum Einspannen des
Werkzeughalters in einer Werkzeugstation eines Werkzeugträgers trägt, und
ein zweites Formschlusselement, welches bei in der Aufnahme eingespanntem
Schaft spielfrei in ein erstes Formschlusselement des Werkzeugträgers eingreift,
um den Werkzeughalterkörper
relativ zum Werkzeugträger
präzise ausgerichtet
zu fixieren.
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Eine
derartige Werkzeugmaschine und ein derartiger Werkzeughalter sind
beispielsweise aus der
EP
0 780 179 A1 bekannt.
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Es
werden jedoch stets höhere
Anforderungen an die Präzision
der Ausrichtung des Werkzeughalters und die Momentenstabilität der Ausrichtung gestellt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine
und einen hierzu geeigneten Werkzeughalter zur Verfügung zu
stellen, bei welchen der Werkzeughalter mit größtmöglicher geometrischer Genauigkeit
und mit möglichst
großer Momentenstabilität an der
Werkzeugmaschine fixierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mindestens zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Aufnahme angeordnete
erste Formschlusselemente vorgesehen sind, dass die ersten Formschlusselemente
mindestens in einander gegenüberliegenden
Außenbereichen
der Auflageseite des Werkzeugträgers
angeordnet sind, dass die ersten Formschlusselemente eine nur in
einer ersten Positionierrichtung die zweiten Formschlusselemente
präzise
positionierende Formschlussgeometrie aufweisen, dass sie eine in einer
quer zur ersten verlaufenden zweiten Positionierrichtung die zweiten
Formschlusselemente mit einem Freiheitsgrad verschieblich führende Formschlussgeometrie
aufweisen, und dass die zweite Positionierrichtung ungefähr parallel
zu einer auf eine Verzahnung des Schaftes beim Einspannen in die Aufnahme
wirkenden Querkraft verläuft.
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Der
Vorteil dieser Lösung
ist darin zu sehen, dass durch die Anordnung zweier derart bezüglich der
Aufnahme einander gegenüberliegend
angeordneter Formschlusselemente und noch die Anordnung dieser Formschlusselemente
in einander gegenüberliegenden
Außenbereichen
der Auflageseite eine hohe Momentenstabilität bei der Abstützung des Werkzeughalters
an der Werkzeugmaschine zusätzlich
zu einer hohen Präzision
der Ausrichtung erreicht wird.
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Mit
einer erfindungsgemäßen, ausdrücklich einen
Freiheitsgrad zulassenden Formschlussgeometrie lassen sich durch
eine derartige geometrische Überbestimmung
bedingte Ungenauigkeiten und negative Auswirkungen der Querkraft
vermeiden, da die durch die Querkraft bedingten Verschiebungen in
der Richtung verlaufen, in denen die Formschlusselemente einen Freiheitsgrad
vorsehen und somit die in der ersten Positionierrichtung präzise Positionierung nicht
beeinträchtigt
wird.
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Hinsichtlich
der Anordnung der Formschlusselemente in den Außenbereichen der Auflagefläche sind
die unterschiedlichsten Lösungen
denkbar. Beispielsweise könnten
die Außenbereiche
die an die jeweils nächste
Auflageseite angrenzenden Außenbereiche
sein.
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Besonders
günstig
ist es jedoch, wenn die ersten Formschlusselemente in sich an Stirnseiten des
Werkzeugträgers
anschließenden
Außenbereichen
der Auflageseite angeordnet sind, da sich damit eine besonders gute
Abstützung
des Werkzeughalters erreichen lässt.
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Eine
besonders hohe Momentensteifigkeit der Verbindung zwischen Werkzeughalter
und Werkzeugmaschine, insbesondere gegen eine Drehbewegung um den
Schaft, ist dann erreichbar, wenn die ersten Formschlusselemente
mindestens in einander gegenüberliegenden
Eckbereichen der Auflageseiten angeordnet sind, da damit eine große Abstützlänge zur
Verfügung
steht.
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Eine
günstige
Abstützlänge lässt sich
auch dann erreichen, wenn die Formschlusselemente mindestens in
Endbereichen mindestens einer Diagonalen der Auflageseite angeordnet
sind.
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Eine
besonders präzise
Ausrichtung des Werkzeughalters lässt sich dann erreichen, wenn
die ersten Formschlusselemente symmetrisch zur Aufnahme angeordnet
sind, so dass bei in der Aufnahme eingespannten Schaft und Belastung
des Werkzeughalters die Formschlusselemente symmetrisch belastet
werden.
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Insbesondere
ist es dabei günstig,
wenn die ersten Formschlusselemente in Endbereichen beider Diagonalen
der Auflageseite angeordnet sind.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der ersten Formschlusselemente selbst wurden bislang
keine näheren
Angaben gemacht.
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So
könnten
die Formschlusselemente insgesamt so ausgebildet sein, dass sie
eine exakte Positionierung in zwei quer zueinander verlaufenden
Positionierrichtungen vermitteln.
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Dies
könnte
jedoch im Zusammenhang mit dem Einspannen des Schaftes in der Aufnahme
zu Zwangszuständen
führen.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die erste Positionierrichtung quer zu einer auf den Schaft beim
Einspannen in die Aufnahme wirkenden Querkraft verläuft. Damit
ist sichergestellt, dass die durch die Positionierrichtung vorgegebene
präzise
Positionierung unabhängig
von den Wirkungen der beim Einspannen des Schafts in die Aufnahme
auftretenden Querkraft ist.
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Eine
zweckmäßig realisierbare
Ausführungsform
sieht vor, dass die ersten Formschlusselemente sich in einer Längsrichtung
erstrecken und in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung eine konstante Querschnittsform
aufweisen. Mit einer derartigen Ausbildung lässt sich in besonders einfacher
Weise der Freiheitsgrad in Richtung der zweiten Positionierrichtung
schaffen.
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Hinsichtlich
der Art der Querschnittsform der Formschlusselemente sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar.
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Eine
besonders einfache und jedoch hinsichtlich der Positioniergenauigkeit
günstige
Lösung sieht
vor, dass die Querschnittsform der ersten Formschlusselemente zumindest
zum Teil durch schräg zueinander
verlaufende, beispielsweise V-ähnlich verlaufende
Flanken gebildet ist.
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Eine
besonders günstige
Ausrichtung der sich in Längsrichtung
erstreckenden Formschlusselemente ergibt sich dann, wenn die ersten
Formschlusselemente sich mit ihrer Längsrichtung ungefähr parallel
zu einer auf den Schaft beim Einspannen in die Aufnahme wirkenden
Querkraft erstrecken.
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Hinsichtlich
der Anordnung der ersten Formschlusselemente am Werkzeugträger wurden
bislang keine näheren
Angaben gemacht.
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Beispielsweise
wäre es
denkbar, die ersten Formschlusselemente an dem Werkzeugträger dadurch
anzuordnen, dass an diesem zusätzliche,
die ersten Formschlusselemente tragende Formschlusskörper angeordnet
sind, die ihrerseits beispielsweise relativ zum Werkzeugträger noch
positionierbar sind.
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Aus
Gründen
einer einfachen Herstellbarkeit und möglichst großen durch die ersten Formschlusselemente
vermittelnden Präzision
der Ausrichtung des Werkzeughalters relativ zum Werkzeugträger ist vorgesehen,
dass die ersten Formschlusselemente starr am Werkzeugträger angeordnet
sind.
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Vorzugsweise
sind dabei die ersten Formschlusselemente an die Auflageseite des
Werkzeugträgers
angeformt.
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Eine
konstruktiv besonders günstige
Lösung sieht
vor, dass die ersten Formschlusselemente als Vertiefungen in die
Auflageseite des Werkzeugträgers
eingeformt sind, so dass sich diese beispielsweise durch eine spanabhebende
Bearbeitung, beispielsweise durch Schleifen herstellen lassen.
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Ferner
sind die Formschlusselemente vorzugsweise so ausgebildet, dass sie
beim Einsetzen des Schafts des Werkzeughalters in die Aufnahme in einer
Einsetzrichtung in Eingriff bringbar sind, so dass keine zusätzlichen
Maßnahmen
erforderlich sind, um beim Aufsetzen des Werkzeughalters auf den
Werkzeugträger
die Formschlusselemente in Eingriff zu bringen. Vielmehr werden
zwangsläufig beim
Aufsetzen des Werkzeughalters auf den Werkzeugträger und Einspannen des Schafts
in die Aufnahme die Formschlusselemente in Eingriff gebracht.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der ersten und zweiten Formschlusselemente wurden
bislang keine näheren
Angaben gemacht.
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So
sieht eine besonders einfach herstellbare und eine gute Präzision vermittelnde
Lösung
vor, dass die einen der Formschlusselemente als V-förmige Verzahnung
und die anderen der Formschlusselemente als die Verzahnung aufnehmende
V-Nut ausgebildet ist.
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Um
die Flächenpressung
im Bereich der Formschlusselemente möglichst gering zu halten, ist vorzugsweise
vorgesehen, dass die einen der Formschlusselemente als Mehrfachverzahnung
und die anderen Formschlusselemente als Mehrfachnut ausgebildet
sind.
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Im
Zusammenhang mit der Anordnung der Auflageseite am Werkzeugträger, insbesondere wenn
dieser einen Revolverkopf darstellt, wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht. Eine vorteilhafte Lösung
sieht vor, dass die Werkzeugpositionen an einer Umfangsseite des
Revolverkopfes angeordnet sind und somit auch die Auflageseiten
an der Umfangsseite des Revolverkopfes liegen.
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Alternativ
dazu ist es aber auch denkbar, die Werkzeugpositionen in radial
außen
liegenden Bereichen von Stirnseiten des Revolverkopfes anzuordnen,
wobei dann auch die Auflageseiten durch stirnseitige Bereiche des
Revolverkopfes gebildet werden.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird ferner aber auch durch einen Werkzeughalter der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
mindestens zwei aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Schaftes
angeordnete zweite Formschlusselemente vorgesehen sind, dass die
zweiten Formschlusselemente mindestens in einander gegenüberliegenden
Außenbereichen
der Anlageseite angeordnet sind, dass die zweiten Formschlusselemente
eine nur in einer ersten Positionierrichtung die ersten Formschlusselemente
präzise
positionierende Formschlussgeometrie aufweisen, dass die zweiten Formschlusselemente
eine in einer quer zur ersten verlaufenden zweiten Positionierrichtung
die ersten Formschlusselemente mit einem Freiheitsgrad verschieblich
führende
Formschlussgeometrie aufweisen, und dass die zweite Positionierrichtung
ungefähr
parallel zu einer auf eine Verzahnung des Schaftes beim Einspannen
in die Aufnahme wirkenden Querkraft verläuft.
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Eine
derartige Anordnung der zweiten Formschlusselemente schafft in gleicher
Weise wie im Zusammenhang mit der Werkzeugmaschine und den ersten
Formschlusselementen beschrieben, eine gute Führungspräzision in Verbindung mit hoher
Momentensteifigkeit. Durch eine derartige Formschlussgeometrie lassen
sich somit mögliche
Zwangszustände
und somit durch diese bedingte Ungenauigkeiten vermeiden, wobei
durch den Freiheitsgrad in der zweiten Positionierrichtung gezielt
durch Überbestimmung
bewirkte Reduzierungen der Präzision
der Ausrichtung des Werkzeughalters relativ zum Werkzeugträger vermieden
werden können,
und die durch die Querkraft bedingten Verschiebungen genau in Richtung
des von den zweiten Formschlusselementen vorgesehenen Freiheitsgrades
verlaufen.
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Besonders
hoch ist die Momentensteifigkeit, wenn die zweiten Formschlusselemente
mindestens in einander gegenüberliegenden
Eckbereichen der Anlageseite angeordnet sind und somit eine möglichst
große
Abstützlänge für die Momentenstabilität zur Verfügung steht.
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Die
möglichst
große
Abstützlänge lässt sich insbesondere
auch dadurch erreichen, dass die zweiten Formschlusselemente mindestens
in einander gegenüberliegenden
Endbereichen mindestens einer Diagonalen der Anlageseite angeordnet
sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, um eine möglichst
gleichmäßige und
symmetrische Abstützung
zu erreichen, wenn die zweiten Formschlusselemente symmetrisch zu
dem Schaft angeordnet sind.
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Eine
besonders günstige
Abstützung
lässt sich
dann erreichen, wenn die zweiten Formschlusselemente in Endbereichen
beider Diagonalen der Anlageseite angeordnet sind.
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Besonders
günstig
ist es dabei, wenn die erste Positionierrichtung quer zu einer auf
den Schaft beim Einspannen in die Aufnahme wirkenden Querkraft verläuft, da
damit die Wirkungen der Querkraft sich nicht negativ auf die erste
Positionierrichtung auswirken.
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Die
zweiten Formschlusselemente könnten ihrerseits
beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte es sich um einzelne Elemente
handeln. Eine hinsichtlich ihrer Herstellbarkeit besonders günstige Lösung sieht
vor, dass die zweiten Formschlusselemente sich in einer Längsrichtung
erstrecken und in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung eine konstante
Querschnittsform aufweisen. Damit lassen sich die zweiten Formschlusselemente
besonders einfach durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren
herstellen.
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Zweckmäßigerweise
ist die Querschnittsform der zweiten Formschlusselemente so gewählt, dass
diese zumindest zum Teil durch schräg zueinander verlaufende Flanken
gebildet ist.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht vor, dass sich die zweiten Formschlusselemente mit ihrer Längsrichtung
ungefähr
parallel zu einer auf den Schaft beim Einspannen in der Aufnahme
wirkenden Querkraft erstrecken und somit die Verschiebbarkeit der
Formschlusselemente in der Längsrichtung
zueinander einen Ausgleich von durch die Querkraft bedingten Verschiebungen
erlaubt.
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Hinsichtlich
der Anordnung der zweiten Formschlusselemente am Werkzeughalterkörper wurden
bislang keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine günstige
Lösung
vor, dass die zweiten Formschlusselemente an einer bei in der Aufnahme eingespanntem
Schaft in Richtung des Werkzeugträgers kraftbeaufschlagten Stützplatte
des Werkzeughalterkörpers
angeordnet sind. Mit einer derartigen Stützplatte lassen sich die Formschlusselemente
besonders geeignet am Werkzeughalterkörper befestigen.
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Vorzugsweise
ist dabei die Stützplatte
auf einer dem Werkzeugträger
zugewandten Seite eines den Schaft tragenden Gehäuses des Werkzeugträgers angeordnet.
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Konstruktiv
besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweiten Formschlusselemente
einstückig an
die Stützplatte
angeformt sind.
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Grundsätzlich wäre es denkbar,
auch beim Werkzeughalter die zweiten Formschlusselemente starr mit
dem Werkzeughalterkörper
zu verbinden.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht jedoch vor, dass die zweiten Formschlusselemente an dem Werkzeughalterkörper justierbar
angeordnet sind, um durch Voreinstellung eine exakte Ausrichtung
des Werkzeugs relativ zu den zweiten Formschlusselementen erreichen
zu können,
während
die zweiten Formschlusselemente beim Einsetzen des Werkzeughalters
in den Werkzeugträger
zwangsläufig
exakt und präzise
zu den ersten Formschlusselementen ausgerichtet sind.
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Eine
derartige Justierbarkeit der zweiten Formschlusselemente ließe sich
beispielsweise dadurch erreichen, dass diese an an dem Werkzeughalterkörper, beispielsweise
der Stützplatte,
montierbaren Leisten angeordnet sind.
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Besonders
günstig
lässt sich
jedoch die Justierbarkeit der zweiten Formschlusselemente dann erreichen,
wenn die Stützplatte
gegenüber
dem Gehäuse
des Werkzeughalterkörpers
justierbar und nach der Justierung fixierbar ist.
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Beispielsweise
lässt sich
dadurch die Ausrichtung des Gehäuses
des Werkzeughalterkörpers relativ
zur Stützplatte
voreinstellen und somit beim Einsetzen des Werkzeughalters sicherstellen,
dass das im Gehäuse
des Werkzeughalters gelagerte Werkzeug exakt, beispielsweise parallel,
zur Spindelachse ausgerichtet ist.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht vor, dass die Stützplatte
und das Gehäuse
relativ zueinander mittels Ausrichtelementen ausrichtbar sind. Derartige
Ausrichtelemente umfassen beispielsweise einerseits Stellschrauben,
welche am Gehäuse
oder in der Stützplatte
angeordnet sein können
und andererseits ein durch die Stellschrauben einspannbares Element,
zum Beispiel einen Vorsprung oder einen Stift, das an der Stützplatte
oder am Gehäuse
gehalten ist.
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Ferner
sind zum Fixieren der Stützplatte
relativ zum Gehäuse
Fixierelemente, zum Beispiel Fixierschrauben, vorgesehen.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der Formschlusselemente selbst wurden bislang noch
keine näheren Angaben
gemacht. So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass die Formschlusselemente
durch Einsetzend es Schafts des Werkzeughalters in die Aufnahme
in einer Einsetzrichtung in Eingriff bringbar sind, so dass keine
zusätzlichen
Maßnahmen
erforderlich sind, um die Formschlusselemente in Eingriff zu bringen
und zu halten.
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Vielmehr
lassen sich durch diese Lösung
die Formschlusselemente bei in die Aufnahme eingespanntem Schaft
kraftbeaufschlagt in Eingriff halten, um eine besonders hohe Momentenabstützung zu gewährleisten.
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Die
Formschlusselemente selbst können
dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise
ist vorgesehen, dass die einen der Formschlusselemente als V-förmige Zähne und die
anderen der Formschlusselemente als die Zähne aufnehmende V-Nut ausgebildet
sind.
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Zur
Vermeidung von hohen Flächenpressungen
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die einen der Formschlusselemente
als Mehrfachverzahnung und die anderen der Formschlusselemente als
Mehrfachnut ausgebildet sind.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung noch eine Werkzeugfixiereinrichtung für Werkzeugmaschinen,
umfassend einen Werkzeughalter mit einem das Werkzeug tragenden
Werkzeughalterkörper,
welcher eine Anlageseite aufweist und einen von dieser abstehenden
Schaft zum Einspannen des Werkzeughalters trägt, einen Werkzeugträger mit
einer Werkzeugstation, umfassend eine Auflageseite und eine Aufnahme
für den
Schaft, wobei die Anlageseite dann gegen die Auflageseite anliegt,
wenn der Werkzeughalter mit seinem Schaft in der Aufnahme eingespannt
ist, und mindestens eine zwischen Werkzeughalterkörper und
Werkzeugträger
wirksame Ausrichtvorrichtung zur Positionierung des Werkzeughalterkörpers relativ
zum Werkzeugträger,
die bei in der Aufnahme eingespanntem Schaft mittels am Werkzeugträger und
am Werkzeughalterkörper
angeordneten und spielfrei ineinander greifenden ersten bzw. zweiten
Formschlusselementen den Werkzeugträger relativ zum Werkzeughalterkörper in
einer einzigen Stellung ausgerichtet fixiert.
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Bei
einer derartigen Werkzeugfixiereinrichtung wird die eingangs genannte
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mindestens zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des in
die Aufnahme eingespannten Schaftes angeordnete Ausrichtvorrichtungen
vorgesehen sind, dass die Ausrichtvorrichtungen mindestens in einander
gegenüberliegenden
Außenbereichen
der Auflageseite und der Anlageseite eine wirksame spielfreie Verbindung
zwischen dem Werkzeugträger
und dem Werkzeughalterkörper
herstellen, dass die Ausrichtvorrichtungen so ausgebildet sind,
dass sie eine exakte Ausrichtung des Werkzeughalters gegenüber dem Werkzeugträger nur
in einer ersten Positionierrichtung bewirken und einen Freiheitsgrad
in einer quer zur ersten verlaufenden zweiten Positionierrichtung zulassen,
und dass beim Einspannen des Schaftes in der Aufnahme entstehende,
quer zum Schaft auf die Verzahnung wirkende Querkräfte ungefähr parallel zur
zweiten Positionierrichtung verlaufen.
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Damit
besteht zwar die Möglichkeit,
dass nicht exakt bestimmte Parallelverschiebungen des Werkzeugs
in seiner Ausrichtung relativ zur Spindelachse auftreten, diese
Parallelverschiebungen ändern
jedoch den eingestellten Winkel zwischen einer Werkzeugachse und
der Spindelachse nicht mehr.
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Durch
die Querkräfte
bedingte Verschiebungen des Schaftes in der Aufnahme und somit auch Verschiebungen
des Werkzeugträgerkörpers relativ zum
Werkzeugträger
führen
somit weder zu Zwangskräften
in den Ausrichtvorrichtungen, die die durch diese bewirkte präzise Positionierung
beeinträchtigen,
noch zu einer Veränderung
des Winkels zwischen einer Werkzeugachse und der Spindelachse.
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Besonders
günstig
ist die erfindungsgemäße Werkzeugfixiereinrichtung
dann, wenn durch die Ausrichtvorrichtungen eine Ausrichtung des
Werkzeughalters gegen eine Verdrehung um den in die Aufnahme eingesetzten
Schaft bewirken. Das heißt, dass
die Ausrichtvorrichtungen bei ihrer erfindungsgemäßen Anordnung
selbst im Fall eines geringfügigen
Spiels des in die Aufnahme eingesetzten Schaftes eine definierte
Drehstellung des Werkzeughalters gegenüber dem Werkzeugträger aufrecht
erhalten, so dass sich dadurch insbesondere die exakte Ausrichtung
des Werkzeugs mit seiner Werkzeugachse relativ in einem bestimmten
Winkel zur Spindelachse, beispielsweise exakt parallel oder exakt
senkrecht zur Spindelachse, festlegen lässt, wobei eine durch das Spiel
des Schaftes in der Aufnahme bedingte Parallelverschiebung die Ausrichtung
der Werkzeugachse in dem bestimmten Winkel relativ zur Spindelachse
nicht beeinträchtigt.
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Beispielsweise
lässt sich
bei einer derartigen Lösung
noch eine exakte Positionierung in der zweiten Positionierrichtung
dadurch erreichen, dass die durch die Querkräfte erreichte Anschlagstellung
des Schaftes in der Aufnahme die exakte Position in der zweiten
Positionierrichtung definiert.
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Hinsichtlich
der Anordnung der Ausrichteinrichtungen wurden bislang keine weiteren
spezifischen Angaben gemacht. So ist vorzugsweise vorgesehen, dass
die Ausrichteinrichtungen mindestens in einander gegenüberliegenden
Eckbereichen der Anlagefläche
und/oder Auflagefläche
angeordnet sind.
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Mit
dieser Anordnung der Ausrichteinrichtungen lässt sich eine besonders große Abstützlänge und
somit eine hohe Momentensteifigkeit der Verbindung zwischen dem
Werkzeughalter und dem Werkzeugträger erreichen.
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Dies
lässt sich
auch dadurch erreichen, dass die Ausrichteinrichtungen mindestens
in einander gegenüberliegenden
Endbereichen mindestens einer Diagonale der Auflageseite und/oder
Anlageseite angeordnet sind.
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Im Übrigen ist
die Werkzeugfixiereinrichtung vorzugsweise mit denselben Merkmalen
versehen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
und dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter
voranstehend beschrieben wurden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf Werkstückspindel und
Werkzeugträger
einer Werkzeugmaschine;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß an einem Werkzeugträger fixierten
Werkzeughalters;
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3 einen
Schnitt längs
Linie 3-3 in 2;
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4 einen
Schnitt längs
Linie 4-4 in 3;
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5 eine
Draufsicht auf eine Auflageseite des Werkzeugträgers mit geschnitten dargestelltem Schaft;
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6 eine
Draufsicht auf eine Anlageseite des Werkzeughalters mit geschnitten
dargestelltem Schaft;
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7 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs A in 3 bei von der Auflageseite abgehobener
Anlageseite und
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8 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils B in 1.
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Eine
Drehmaschine, bei welcher eine erfindungsgemäße Werkzeugfixiereinrichtung
einsetzbar ist, umfasst, wie in 1 dargestellt,
eine in einem Spindelgehäuse 10 gelagerte
Werkstückspindel 12, welche
in dem Spindelgehäuse 10 um
eine Spindelachse 14 drehbar gelagert und drehend antreibbar ist.
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In
der Werkstückspindel 12 ist
ein als Ganzes mit 16 bezeichnetes Werkstück fixierbar
und um die Spindelachse 14 zur Bearbeitung desselben drehbar.
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Die
Bearbeitung des Werkstücks 16 erfolgt durch
ein Werkzeug W, in 1 beispielsweise als Bohrer
dargestellt, welches durch einen als Ganzes mit 20 bezeichneten
Werkzeugträger
relativ zur Spindelachse 14 bewegbar und positionierbar
ist.
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Der
Werkzeugträger 20 ist
beispielsweise als Revolver ausgebildet und umfasst ein Revolvergehäuse 22,
an welchem ein Revolverkopf 24 um eine Revolverachse 26 drehbar
gelagert ist.
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Der
Revolverkopf 24 ist dabei mit einer Vielzahl von Werkzeugstationen 28 versehen,
wobei jede der Werkzeugstationen 28 eine Auflageseite 30 aufweist,
auf welche ein Werkzeughalterkörper 32 eines als
Ganzes mit 34 bezeichneten Werkzeughalters mit einer Anlageseite 36 auflegbar
ist, während
ein von der Anlagefläche 36 abstehender
Schaft 38 des Werkzeughalters 34 in eine für diesen
vorgesehene Aufnahme 40 der Werkzeugstation 28 einsetzbar
und in der Aufnahme 40 durch ein in eine Verzahnung des Schaftes 38 eingreifendes
mit einer Gegenverzahnung versehenes Spannelement fixierbar ist.
Die Fixierung des Schafts 38 in der Aufnahme 40 erfolgt beispielsweise
entsprechend DIN 69880.
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Wie
in 2 und 3 dargestellt, umfasst der Werkzeughalterkörper 32 ein
Gehäuse 42,
an welchem der Schaft 38 angeformt ist und eine an dem
Gehäuse 42 der
Auflageseite 30 zugewandt angeordnete Stützplatte 44,
welche einen sich an den Schaft 38 anschließenden zylindrischen
Ansatz 46 mit einer zylindrischen Innenfläche 48 umschließt und mit
einer Tragfläche 50 das
Gehäuse 42 trägt, welches
auf dieser Tragfläche 50 mit
einer Stützfläche 52 anliegt.
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Das
Gehäuse 42 und
die Stützplatte 44 sind relativ
zueinander um eine Achse 54 des Schaftes 38 verdrehbar,
wobei der zylindrische Ansatz 46 in der zylindrischen Innenfläche 48 der
Stützplatte 44 um die
Achse 54 drehbar geführt
ist und außerdem
die Stützfläche 52 gegenüber der
Tragfläche 50 gleiten kann.
Ferner ist das Gehäuse 42 gegenüber der Stützplatte 44 mittels
zusammenwirkenden Ausrichtelementen 56, 57 um
die Achse 54 ausrichtbar, wobei ein erstes Ausrichtelement 56 (3)
als im Gehäuse 42 sitzender
Stift ausgebildet ist, der sich in eine Bohrung 57 in der
Stützplatte 44 mit
Spiel hinein erstreckt (4) und wobei die Ausrichtelemente 58a und 58b als
Stellschrauben ausgebildet sind, die in quer zur Bohrung 57 verlaufenden
Bohrungen 59a bzw. 59b sitzen und den in die Bohrung
eingreifenden Stift 56 auf gegenüberliegenden Seiten beaufschlagen.
Durch Verstellen der Stellschrauben 58a, b lässt sich
der Stift 56 in der Bohrung 57 in Querrichtung
zu dieser im Rahmen des vorhandenen Spiels verschieben und somit
lässt sich
die Ausrichtung des Gehäuses 42 relativ
zur Stützplatte 44 bezüglich einer
Drehung um die Achse 54 einstellen.
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Zur
Festlegung des ausgerichteten Gehäuses 42 relativ zur
Stützplatte 44 sind
zusätzliche
Fixierelemente 60, beispielsweise Schrauben, vorgesehen.
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Alternativ
dazu sind das Gehäuse 42 und
die Stützplatte 44 auch
durch anders geartete Ausrichtelemente oder Fixierelemente fixierbar,
wobei diese Elemente entweder nach Ausrichtung des Gehäuses 42 zur
Stützplatte 44 einsetzbare
Passstifte oder Schrauben sein können,
die das Gehäuse
in seiner Ausrichtung relativ zur Stützplatte 44 durch
Formschluss oder Kraftschluss festlegen.
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Wie
in 2 und 5 dargestellt, sind die Auflageseiten 30 der
Werkzeugstationen 28 vorzugsweise als abgeflachte Umfangsflächen des
scheibenförmigen
Revolverkopfes 24 ausgebildet, die sich zwischen einer
vorderen Stirnseite 62 und einer hinteren Stirnseite 64 des
scheibenförmigen
Revolverkopfes 24 in Richtung der Revolverachse 26 erstrecken
und in einer Umfangsrichtung oder Azimutalrichtung 66 zur
Revolverachse 26 maximal bis zu aufeinander folgenden Kanten 68 und 70 des
mit den abgeflachten Auflageseiten 30 versehenen scheibenförmigen Revolverkopfes 24 erstrecken.
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Zur
exakten Fixierung des Werkzeughalters 34 ist die Auflageseite 30 des
Revolverkopfes 24 in ihren an die vordere Stirnseite 62 und
die hintere Stirnseite 64 angrenzenden Außenbereichen 72 und 74 mit
ersten Formschlusselementen 76 und 78 versehen,
die sich mit einer Längsrichtung 80 von
einer Kante 68 zur anderen Kante 70 in Umfangsrichtung 66 erstrecken
und somit von nahe der Kante 68 liegenden gegenüberliegenden
Eckbereichen 82 und 84 zu nahe der Kante 70 liegenden
gegenüberliegenden
Eckbereichen 86 und 88 der Auflageseite 30 verlaufen.
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Außerdem ist,
wie in 6 dargestellt, die Anlageseite 36, die
sich in Richtung der Revolverachse 26 über dieselbe Distanz erstreckt
wie die zwischen den Stirnseiten 62 und 64 liegende
Auflageseite 30, in auf gegenüberliegenden Seiten des Schaftes 38 liegenden
Außenbereichen 92 und 94 mit zweiten
Formschlusselementen 96 und 98 versehen, welche
sich mit ihrer Längsrichtung 100 von
Eckbereichen 102 und 104 zu gegenüberliegenden
Eckbereichen 106 und 108 der Anlageseite 36 erstrecken, wobei
die Eckbereiche 102 und 104 nahe einer ungefähr parallel
zur Revolverachse 26 liegenden Seitenkante 110 und
die Eckbereiche 106 und 108 nahe einer dem Schaft 38 gegenüberliegenden
und ebenfalls ungefähr
parallel zur Revolverachse 36 verlaufenden Seitenkante 112 der
Auflageseite 30 liegen.
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Wie
in 7 exemplarisch am Beispiel der ersten Formschlusselemente 76 dargestellt,
weisen die ersten Formschlusselemente 76, 78 einander
zugewandt angeordnete Fixierflanken 114a, b auf, welche
quer zu einer Einsetzrichtung 116 mit zunehmender Erstreckung
der Fixierflanken 114a, b in der Einsetzrichtung 116 einen
geringer werdenden Abstand aufweisen.
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Im
einfachsten Fall verlaufen die einander zugewandten Fixierflanken 114a,
b der ersten Formschlusselemente 76, 78 V-förmig.
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In
gleicher Weise umfassen die zweiten Formschlusselemente 96, 98,
exemplarisch dargestellt am Beispiel der Formschlusselemente 96 Außenflanken 118a, 118b auf,
die in entgegengesetzte Richtungen weisen und quer zur Einsetzrichtung 116 mit
zunehmender Erstreckung derselben in der Einsetzrichtung 116 einen
geringeren Abstand voneinander aufweisen.
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Im
einfachsten Fall sind auch die Außenflanken 118a, b
V-förmig
ausgebildet.
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Ferner
ist die Ausrichtung der Außenflanken 118a,
b relativ zueinander an die Ausrichtung der Fixierflanken 114a,
b relativ zueinander angepasst, so dass bei Bewegen der Außenflanken 118a,
b in der Einsetzrichtung 116 in zwischen die Fixierflanken 114a,
b hinein die Außenflanke 118a an
der Fixierflanke 114a und die Außenflanke 118b an
der Fixierflanke 114b zumindest linienförmig, vorzugsweise im wesentlichen
flächig
anliegen.
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Die
Fixierflanken 114a, 114b sowie die Außenflanken 118a, 118b erstrecken
sich parallel zu den Längsrichtungen 80 bzw. 100 der
ersten Formschlusselemente 76, 78 bzw. der zweiten
Formschlusselemente 96, 98, so dass die ersten
Formschlusselemente 76, 78 relativ zu den zweiten
Formschlusselementen 96, 98 in Richtung der Längsrichtungen 80, 100 relativ
zueinander bewegbar sind und eine exakte Positionierung lediglich
in einer quer zu den Längsrichtungen 80, 100 verlaufenden
ersten Positionierrichtung 120 vermitteln.
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Um
eine reduzierte Flächenpressung
zu erhalten ist vorzugsweise vorgesehen, dass jedes der ersten Formschlusselemente 76, 78 mehr
als ein Paar, vorzugsweise zwei Paare voneinander zugewandten Fixierflanken 114a,
b aufweist und jedes der zweiten Formschlusselemente 96, 98 mehr
als ein Paar, vorzugsweise zwei Paare von in entgegengesetzte Richtungen
weisenden Außenflanken 118a,
b aufweist.
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Dadurch,
dass auch der Schaft 38 in die Aufnahme 40 durch
Bewegen in Richtung parallel zur Einsetzrichtung 116 einsetzbar
ist, erfolgt mit Einsetzen des Schaftes 38 in die Aufnahme 40 und
somit mit Anlegen der Anlageseite 36 der Stützplatte 44 an der
Auflageseite 30 ein Ineingriffbringen der zweiten Formschlusselemente 96 und 98 mit
den ersten Formschlusselementen 76 und 78, die
im Bereich der Anlageseite 36 und der Auflageseite 30 angeordnet sind.
Dabei erstreckt sich die Anlageseite 36 nicht zwangsläufig bis
zu den Kanten 68 und 70, sondern kann im Abstand
von diesen enden, wie in 5 durch die gestrichelten Linien
angedeutet ist, so dass auch die Auflageseite 30 sich entsprechend
der Anlageseite 36 erstreckt.
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Jedes
der ersten Formschlusselemente 76, 78 bildet mit
dem korrespondierenden zweiten Formschlusselement 96, 98 eine
Ausrichtvorrichtung 136, 138, wobei die beiden
Ausrichtvorrichtungen 136, 138 durch ihre Anordnung
auf gegenüberliegenden Seiten
der Aufnahme 40 und ihre Erstreckung bis in die Eckbereiche 82 und 86 bzw. 84 und 88 als
maximale Abstützlänge die
Länge von
Diagonalen 140, 140 der Auflageseite 30 aufweisen,
wobei die Diagonale 140 vom Eckbereich 82 zum
Eckbereich 88 der Auflageseite 30 verläuft und
die Diagonale 142 vom Eckbereich 84 zum Eckbereich 86 der
Auflageseite 30 verläuft
und folglich Endbereiche 144 und 146 der Diagonalen 140 in
den Eckbereichen 82 und 88 und Endbereiche 148 und 150 der
Diagonalen 142 in den Eckbereichen 84 und 86 liegen.
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Den
Diagonalen 140, 142 der Auflageseite 30 entsprechen
Diagonalen 160, 162 der Anlageseite 36 mit
in den Eckbereichen 102 und 108 liegenden Endbereichen 164, 166 bzw. 168, 170.
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Diese
durch die Diagonalen 140 und 142 bestimmte maximale
Abstützlänge A in
einer Ebene E senkrecht zur Achse 54 des Schafts 38 ist
wesentlich für
die präzise
und momentensteife Ausrichtung des Werkzeugs W parallel zur Spindelachse 14 und
somit zur Z-Achse der Drehmaschine, da sich durch die derart große maximale
Abstützlänge A Positionierfehler
der Formschlusselemente 76, 78 bzw. 96, 98 nur
in einem geringen Verhältnis
in Positionierfehler des Werkzeugs W relativ zur Spindelachse 14 übersetzen
und andererseits auf das Werkzeug W wirkende Drehmomente bezüglich einer
Drehung des Werkzeughalters 34 um die Achse 54 des
Schaftes 38 optimal mit großer Steifigkeit abgestützt werden
können (5, 6, 8).
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Die
zusammenwirkenden Formschlusselemente 76, 78 bzw. 96, 98 erlauben
in einer zweiten Positionierrichtung 180, die quer zur
ersten Positionierrichtung 120 verläuft, keine formschlüssige Festlegung
sondern lassen in dieser Richtung einen Freiheitsgrad zu, so dass
eine geringfügige
Bewegung des Werkzeughalters 34, in der zweiten Positionierrichtung 180 möglich ist,
die beim Einspannen des Schaftes 38 in der Aufnahme 40 durch
ein auf eine Verzahnung 182 des Schaftes 38 einwirkende
Gegenverzahnung 184 eines Einspannelementes der Aufnahme 40 aufgrund
einer auf den Schaft 38 einwirkenden Querkraft 186 entsteht,
welche parallel zu der Längsrichtung 80, 100 der
Formschlusselemente 76, 78, 96, 98 wirkt
und den Schaft 38 kraftbeaufschlagt gegen eine der Gegenverzahnung 184 gegenüberliegende
Kontur 188 der Aufnahme 40 anlegt, so dass dadurch
der Werkzeughalter 34 in der zweiten Positionierrichtung 180 relativ
zum Revolverkopf 24 exakt positioniert wird.
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Die
Bewegbarkeit der Formschlusselemente 76, 78, 96, 98 in
der zweiten Positionierrichtung 180 beeinträchtigt – wie in 8 dargestellt – die Ausrichtung
einer Werkzeugachse 190 des Werkzeugs W relativ zur Spindelachse 14 und
somit zur Z-Richtung der Werkzeugmaschine nur insoweit als durch
eine Bewegung in der zweiten Positionierrichtung 180 noch
eine Parallelverschiebung gegenüber
der Spindelachse 14 möglich
ist. Der in einer Ebene senkrecht zur Achse 54 liegende
Winkel 192 zwischen der Werkzeugachse 190 und
der Spindelachse 14 ist jedoch ausschließlich durch
die Formschlusselemente 76, 78, 96, 98 festgelegt
(8).