DE3783140T2

DE3783140T2 - Werkzeughalter und verfahren zur montage mit einfacher demontage.

Info

Publication number: DE3783140T2
Application number: DE8888902346T
Authority: DE
Inventors: A Erickson; W Heaton; Norbert Reiter; Wilhelm Tack; Haas Rainer Von
Original assignee: Krupp Widia GmbH; Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2007-11-14
Also published as: EP0343190B1; US4747735A; EP0343190A4; EP0343190A1; CA1288227C; DE3783140D1; KR950012448B1; AU606399B2; KR890700416A; ATE83418T1; WO1988005360A1; AU1396988A; JPH03500511A; JP2616816B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeughalter zur Montage auf ein Werkzeugtragglied, ein Verfahren zur lösbaren Montage eines Werkzeughalters auf ein Werkzeugtragglied und auf einen Werkzeughalterteilaufbau. Sie handelt insbesondere von Werkzeughaltern und Traggliedern, bei denen das Tragglied eine Bohrung zur Aufnahme des Schafts des Werkzeughalters und der Werkzeughalter einen Spaneinsatz an seinem vorderen Ende hat. Derartige Gegenstände werden zum Spanen und Formen von Werkstücken verwendet, bei denen es wichtig ist, daß der Werkzeughalter durch das Werkzeugtragglied festgehalten wird, so daß sowohl die Bewegung als auch die Vibration während des Spanvorgangs am Metall minimiert werden.
Viele bekannte Vorrichtungen haben sich in dieser Hinsicht erfolgreich bewährt und sind durch die US-A-3,498,653, US- A-4,135,418, US-A-4,197,771 und US-A-4,350,463 veranschaulicht. Die vorhergehenden Vorrichtungen betreffen die Verwendung von kugelartigen Verschließelementen, um den Schaft eines Werkzeughalters in der Bohrung des Werkzeugtragglieds zu halten.
Ein anderer Werkzeughalter zur Montage auf ein Werkzeugtragglied wird in der GB-A-2 163 379 gezeigt. Das Werkzeugtragglied hat eine Bohrung, die sich darin nach hinten erstreckt, und eine darauf nach vorne gerichtete Fläche. Der Werkzeughalter hat ein vorderes Ende zum Aufnehmen eines Werkzeugs, einen Schaft, den die Bohrung aufnehmen kann und der sich nach hinten von dem vorderen Ende erstreckt, und eine nach hinten gerichtete Fläche auf dem Werkzeughalter. Der Schaft hat einen Abschnitt mit einer radial nach außen gerichteten rotationssymmetrischen Fläche, die sich nach hinten radial nach innen verjüngt.
Es gibt jedoch immer Bedarf für verbesserte Werkzeughalter, Tragglieder und Verschließglieder, die während der Spanvorgänge einen derart hohen Grad an Festigkeit schaffen, daß ein einziger Aufbau aus Werkzeughalter, Tragglied und Verschließglieder für die größtmögliche Vielfalt von Bearbeitungsvorgängen verwendet werden kann, um eine gegebene Oberflächenausführung mit einem schweren Schnitt oder eine feinere Oberflächenausführung für eine gegebene Schnittiefe und einen gegebenen Vorschub zu schaffen.
Gemäß der im Patentanspruch 1 festgelegten Erfindung ist eine neue Werkzeughalterausführung geschaffen, von der erwiesen ist, daß sie gegenüber den bekannten Werkzeughalterausführungen erstaunliche Verbesserungen im Sinne von Montagefestigkeit und Positionsgenauigkeit auf dem Werkzeugtragglied und im Sinne von einfacher Herstellung und Herstellungskosten zu schafft.
Die vorliegende Werkzeughalterausführung verwendet wie folgt an drei Stellen Anlagen für ein Werkzeugtragglied:
(1) Eine Anlage zwischen einer nach hinten gerichteten Fläche auf dem Werkzeughalter und einer nach vorne gerichteten Fläche eines Werkzeugtragglieds zur axialen Abstützung und Festlegung;
(2) eine Preßpassung zwischen einem konischen ersten Abschnitt des Werkzeughalterschafts und einem konischen Abschnitt der Bohrung des Tragglieds zur radialen Festlegung und zur radialen Abstützung; und
(3) eine erweiterbare Anlage zwischen einem zweiten Abschnitt des Schafts und der Bohrung des Werkzeugtragglieds, um zur verbesserten statischen und dynamischen Steifigkeit eine zusätzliche radiale Abstützung zu schaffen.
Insbesondere gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein neuer Werkzeughalter zur Montage auf ein Werkzeugtragglied mit einer Bohrung, die sich darin nach hinten erstreckt, und einer darauf nach vorne gerichteten Fläche geschaffen. Der Werkzeughalter hat ein vorderes Ende zum Aufnehmen eines Werkzeugs und einen Schaft, den die Bohrung des Werkzeugtragglieds aufnehmen kann und der sich nach hinten von dem vorderen Ende erstreckt. Zusätzlich ist eine nach hinten gerichtete Fläche auf dem Werkzeughalter vorgesehen, vorzugsweise an der Verbindung seines vorderen Endes mit dem Schaft zur Anlage an die nach vorne gerichtete Fläche des Werkzeugtragglieds. Der Schaft hat einen ersten Abschnitt, der dimensioniert ist, einen selbstklemmenden Kegel und eine elastische Preßpassung mit der Werkzeugtraggliedbohrung zu schaffen, wenn die nach hinten gerichtete Fläche des Werkzeughalters in Anlage an der nach vorne gerichteten Fläche des Werkzeugtragglieds ist. Der Schaft ist weiter mit einem zweiten Abschnitt hinter seinem ersten Abschnitt versehen, der zur Anlage an die Bohrung des Werkzeugtragglieds elastisch aufweitbar ist.
Es sollte erwähnt werden, daß die US-A-4,122,755 ein Werkzeughalteraufbau mit einer Preßpassung offenbart, bei der es aber keinen Hinweis auf einen selbstklemmenden Konus gibt.
Der erste Abschnitt des Schafts ist eine radial nach außen gerichtete erste rotationssymmetrische Fläche, die sich nach hinten radial nach innen verjüngt. Am meisten bevorzugt ist es eine konische Fläche.
Der zweite Abschnitt des Schafts ist vorzugsweise eine radial nach außen gerichtete zweite rotationssymmetrische Fläche mit konstantem (d.h. zylindrisch) oder einem sich ändernden Durchmesser (d.h. konisch).
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein wie im Patentanspruch 7 festgelegtes Verfahren zur lösbaren Montage eines Werkzeughalters auf ein Werkzeugtragglied vorgesehen.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein wie im Patentanspruch 8 festgelegter Werkzeughalterteilaufbau vorgesehen.
Die vorhergehenden und anderen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden bei der Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen, die unten kurz beschrieben sind, verständlicher werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Werkzeughalters gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Werkzeughalteraufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung im Teillängsquerschnitt;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Mitte eines in Fig. 1 gezeigten Werkzeughalterschaftdurchmessers;
Fig. 4 einen vergrößerten diametralen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels des vorderen Endes der in Figur 2 gezeigten Verschließstange;
Fig. 5 einen Teillängsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Werkzeughalters und eines Tragglieds gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Werkzeughalters 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Werkzeughalter 10 hat ein vorderes Ende 12, einen Schaft 14, der mit dem vorderen Ende 12 verbunden ist, und eine nach hinten gerichtete Anlagefläche 16 an der Verbindungsstelle des vorderen Endes 12 und des Schafts l4.
Das vordere Ende 12 ist herkömmlicher Art und hat darauf eine herkömmliche Werkzeugaufnahmetasche 18 zur Aufnahme einer herkömmlichen Beilagscheibe, einer Wendeschneidplatte und eines Verschließstiftes (nicht gezeigt). Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführung des vorderen Endes, wie in Fig. 1 gezeigt, beschränkt ist, sondern umfaßt beispielsweise und nicht als Beschränkung vordere Enden mit einer Vielzahl von Einbausitzen, wie man sie auf einem Fräser finden kann. Zusätzlich kann das vordere Ende ein nicht spanendes Werkzeug sein (z.B. eine Druckplatte, ein Hammer, eine Kontrollvorrichtung, ein Befestigungsteil usw.).
Die nach hinten gerichtete Anlagefläche 16 ist bestimmt zur Anlage an die nach vorne gerichtete Fläche eines Werkzeugtragglieds, auf das der Werkzeughalter 10 montiert werden soll. Die nach hinten gerichtete Anlagefläche 16 ist vorzugsweise ebener Art und legt vorzugsweise eine Fläche fest, die rechtwinklig zu der Längssymmetrieachse des Schafts 14 ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Schaft 14 vorzugsweise ein integrales Teil des Werkzeughalters 10 und ist vorzugsweise aus einem einzigen Stahlstück hergestellt.
Jedoch ist es auch möglich, daß der Schaft 14 und das vordere Ende 12 des Werkzeughalters unabhängige Stücke sein können, die nacheinander mechanisch zusammen mit der nach hinten gerichteten Anlagefläche 16 verbunden werden können, die entweder ein Teil des vorderen Endes 12 oder des Schafts 14 ist. In diesem Fall kann ein einziger Schaft mit einer Vielzahl unterschiedlicher Werkzeughaltervorderenden oder anderer Werkzeugteile verwendet werden. Zum Beispiel kann die Schaftausführung der vorliegenden Erfindung auch in Segmenten, Verlängerungen oder Teilaufbauten eines Modulbohrsystems verwendet werden. Tatsächlich ist es möglich, daß die vorliegende Schaftausführung in einer Anzahl von Segmenten verwendet werden kann, um ein Segment mit dem nächsten zu verbinden.
Der Schaft 14 ist mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig rohrförmiger Art. Die Außenfläche des Schafts 14 kann in zwei Abschnitte aufgeteilt werden. Der erste Abschnitt 19 hat eine erste rotationssymmetrische Fläche 20 um die Längssymmetrieachse, die radial nach außen gerichtet ist und nach hinten nach innen zuläuft. Wie in dieser Figur gezeigt, ist vorzugsweise diese erste rotationssymmetrische Fläche konisch ausgebildet.
Hinter der und verbunden mit dem ersten Abschnitt des Schafts 14 ist ein zweiter Abschnitt 21, der rohrförmig ausgebildet ist. Der zweite Abschnitt hat eine Außenfläche, die eine zweite rotationssymmetrische Fläche ist, die hinter und innerhalb der ersten rotationssymmetrischen Fläche 20 angeordnet ist. Die zweite rotationssymmetrische Fläche 22 ist vorzugsweise koaxial zu der ersten rotationssymmetrischen Fläche 20 und ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
Die rohrförmige Wandung des zweiten Abschnitts 21 des Schafts ist durchbrochen durch eine erste und eine zweite Durchgangsbohrung 24, die in Umfangsrichtung vorzugsweise um 180º zueinander beabstandet sind. Die erste Durchgangsbohrung 24 enthält eine erste und die zweite eine zweite nach vorne gerichtete konkave Anlagefläche 26, die sich nach vorne radial weg von der inneren Fläche 28 des Schafts erstreckt. Bei großen Durchmesser aufweisenden Schaften kann es drei oder vier in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Durchgangsbohrungen 24 geben.
Vorzugsweise sind in Umfangsrichtung beabstandet zwischen den Durchgangsbohrungen 24 Schlitze 30 und 32 an dem Ende des rohrförmigen Schafts, die die zweite rotationssymmetrische Fläche 22 unterbrechen. Diese Schlitze 30 und 32 sind ausgeführt, als Keilnuten zu dienen, um Keile in der Werkzeugtraggliedbohrung aufzunehmen. Zusätzlich kann durch die Schlitze an dem hinteren Ende des Rohrschafts die Flexibilität des Schaftteils hinter den Durchgangsbohrungen ohne weiteres durch Änderungen der Stelle, der Größe und der Anzahl der Schlitze gesteuert werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, wird nur der Schlitz 30, der in Linie mit der Spanwerkzeugaufnahmetasche 18 angeordnet ist, als eine Keilnut verwendet, um den Werkzeughalter drehfest zu halten, insoweit als die Breite, W, des Schlitzes 30 dimensioniert ist, eine Gleitpassung mit einem Keil zu schaffen, wohingegen die Breite des Schlitz es 32 geringfügig größer (z.B. 0,254 mm (0,010 Inches) größer) als die Breite des Schlitzes 30 ist. Dies schafft den zusätzlichen Vorteil, daß der Rohrschaft ohne weiteres in eine Werkzeugtragbohrung aufgenommen werden kann, die mit zwei Keilen versehen ist, um sowohl rechtshändige als auch linkshändige Werkzeughalter (d.h. Spanwerkzeugtaschen auf der linken oder rechten Seite des Werkzeughalters) aufzunehmen.
Nun ist, Bezug nehmend auf Fig. 2, der Werkzeughalter 10 elastisch auf ein Werkzeugtragglied 34 über Verschließelemente 36 montiert (d.h. gesperrt). Diese Verschließelemente 36 sind vorzugsweise kugelförmige Bälle (d.h. Kugeln), die teilweise in den Durchgangsbohrungen 24 durch eine Verschließstange 38 gehalten werden, die in einem zylindrischen Längsdurchgang 40 in einem Einsatz 42 drehfest enthalten ist. Die Kombination der Verschließelemente 36, der Verschließstange 38 und des Einsatzes 42 bilden den Verschließmechanismus. Wie in der Figur gezeigt, ist der Durchmesser der Verschließstange 38 kleiner als der Durchmesser des Längsdurchgangs 40, um der Verschließstange 38 zu ermöglichen, sich während des Sperrens selbst zu zentrieren. Das vordere Ende der Verschließstange 38 hat zwei herkömmliche konkave zylindrische Anlagerampen 44, die die Kugeln 36 nach außen durch die radial zylindrischen Öffnungen 48 in den Einsatz 42 lenken, wenn die Verschließstange 38 nach hinten gezogen und gehalten wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn die Verschließstange 38 nach vorne gedrückt wird, um den Werkzeughalter zu lösen, können die Kugeln 36 in herkömmlichen konkaven Vertiefungen 46 aufgenommen werden, um dem Werkzeughalter zu ermöglichen, herausbewegt zu werden.
Während des Verschließens, wenn die Verschließkugeln nach außen durch die Rampen 44 bewegt werden, werden sie in Anlage an die nach vorne gerichteten konkaven Anlageflächen 26 in den Durchgangsbohrungen 24 und nach hinten gerichtete konkave Flächen 50 in den Radialöffnungen 48 des Einsatzes 42 gelenkt. In diesem Fall wird eine Kraft mit sowohl einer hinteren als auch einer radial äußeren Komponente gegen den Schaft 14 des Werkzeughalters 10 gerichtet, der in die Bohrung 51 des Werkzeugtragglieds 34 eingefügt wurde. Die hintere Komponente der Kraft zwingt die erste rotationssymmetrische Fläche 20 in Preßpassung mit der vorderen rotationssymmetrischen Fläche der Bohrung um die Längsachse X-X. Die vordere rotationssymmetrische Fläche 52 weist radial einwärts und läuft nach hinten radial nach innen zu und, wie in der Figur gezeigt, ist sie vorzugsweise konisch und verjüngt sich in demselben Winkel nach innen, wie der Winkel der ersten rotationssymmetrischen Fläche 20 des Schafts.
Während die erste rotationssymmetrische Fläche 20 des Schafts und die vordere rotationssymmetrische Fläche 52 der Bohrung zusammen elastisch in Preßpassung gebracht werden, wird die nach hinten gerichtete Fläche 16 des Werkzeughalters zur Anlage an die nach vorne gerichteten Fläche 54 des Werkzeugtragglieds 34 gedrückt.
Die radial äußere Komponente der Kraft, die gegen den Schaft 14 gerichtet ist, spannt mindestens einen Teil der zweiten rotationssymmetrischen Fläche 22, die vorzugsweise in Bereichen hinter der ersten und zweiten nach vorne gerichteten Anlageflächen 26 angeordnet ist, elastisch in Anlage an die radial nach innen gerichteten hinteren rotationssymmetrischen Fläche 56 um die Längsachse X-X. Diese Bohrf läche 56 ist vorzugsweise konkav zylindrisch, um eine vollständigere Anlage an die konvex zylindrische Fläche 22 des Schafts sicherzustellen. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Bohrfläche 56 zwischen 0,0508 bis 0,1016 mm (0,002 bis 0,004 Inches) größer als der Außendurchmesser der zweiten rotationssymmetrischen Fläche 22 in seinem ungespannten Zustand. Diese lose Passung erlaubt der vorliegenden Erfindung, leichter in Roboteranwendungen verwendet zu werden, da der Werkzeughalterschaft leichter in die Traggliedbohrung eingefügt werden kann.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Einsatz 42 in die Bohrung des Werkzeugtragglieds 34 eingebracht und durch vier Schrauben 58 (von denen nur zwei gezeigt sind) festgehalten, die ihn mit dem Werkzeugtragglied 34 verbinden. Die Verschließstange 38 und die Verschließelemente 36 greifen lose in den Einsatzlängsdurchgang 40 bzw. Radialöffnungen 48 ein, um während des Verschließens selbstzentriert zu werden. In Abwesenheit eines Werkzeughalterschafts werden die Verschließelemente lose in ihren entsprechenden Öffnungen durch die Verschließstange 38 und die Bohrung 51 gehalten. Der Außendurchmesser des Einsatzes 42 bei seinen radialen Öffnungen 48 wurde derart gewählt, daß der Unterschied zwischen ihm und dem Durchmesser der Traggliedbohrung klein genug ist, um zu gewährleisten, daß jedes Verschließelement, das aus einer Radialöffnung 48 hervorsteht, in die Öffnung durch das hinterste Ende des Schafts 14 geschoben wird, wenn er in die Bohrung und über den Einsatz eingeführt wird.
Die Verschließstange 38 ist drehfest in dem Längsdurchgang 40 durch den Eingriff eines Keils in einer Keilnut, hier als ein rechteckiger Ansatz 60 auf der Verschließstange in rechteckiger Ausnehmung 62 in dem Einsatz 42 gezeigt, gehalten. An dem hinteren Ende der Verschließstange 38 ist ein Gewindeglied 64 zum Eingreifen in eine herkömmliche Einrichtung zum Hin- und Herbewegen und Halten der Verschließstange 38, nach hinten zum Sperren eines Schafts 14 auf dem Werkzeugtragglied 34 und nach vorne zum Entsperren des Schafts 14 und dann nach vorne Herausziehen aus dem Werkzeugtragglied 34 über die Anlage der vorderen Anlagefläche 66 auf der Verschließstange und der Schaft zieht die Fläche 68 in dem Rohrteil des Schafts 14 heraus.
Das Beispiel einer herkömmlichen Einrichtung zum Hin- und Herbewegen, gezeigt in Fig. 2, ist eine Drehmomentmuttereinheit, die aus einer Drehmomentmutter 69 besteht, die in Schraubeingriff mit einem Gewindeglied 64 der Verschließstange 38 steht und drehbar in dem hinteren Ende des Einsatzes 42 zwischen Sätzen von Sicherungsscheiben mit einem Axialrollenlager zwischen ihnen gehalten wird. Die ganze Drehmomentmuttereinheit wird axial fest zwischen einer nach hinten gerichteten Ringleiste 72 und einem Haltering 74 gehalten. Das hinterste Ende 75 der Drehmomentmutter 69 kann dann in ein herkömmliches strombetriebenes Drehglied (nicht gezeigt) eingreifen, um die Drehmomentmutter zu drehen und dadurch die Verschließstange 38 vorwärts oder rückwärts zu bewegen. Alternativ dazu, können herkömmliche Federn anstelle der Drehmomentmuttereinheit zum Hin- und Herbewegen der Verschließstange verwendet werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann das Werkzeugtragglied auf einer größeren herkömmlichen Maschine oder auf einem Grundglied 76, das kann z.B. ein Revolverkopf, eine Spindel oder eine Bohrstange usw. sein, durch Befestigungsmittel, wie die vier Schrauben 78 (von denen nur zwei gezeigt sind), gehalten werden. Das Maschinenglied 76 hat eine zylindrische Bohrung 79 zur Aufnahme des hinteren Endes des Einsatzes 42.
Obwohl nicht gezeigt, enthält das Werkzeugtragglied 34 vorzugsweise weiter zwei zylindrische Keile, die sich in seine Bohrung um 180º zueinander und um 90º zu den Durchgangsbohrungen 24 erstrecken. Diese Keile sind herkömmlich in ihrer Ausführung und greifen in die Keilnutschlitze 30 und 32 in dem Ende des Schafts 14 ein.
In Fig. 3, die ein Längsschnitt ist, der durch den Rohrschaft 14 entlang einer Ebene verläuft, die einen Schaftdurchmesser und die Mittellinien P-P der Anlageflächen 26 enthalten, ist es deutlich gezeigt, daß die Anlageflächen 26 vorzugsweise Wandungen 80 bilden, die eine konkav zylindrische Form und einen Krümmungsradius r haben. Diese Wandungen 80 sind in bezug auf die Längsmittellinie X-X des Schafts derart unter einem Winkel B gewinkelt, daß die rotationssymmetrische Achse P-P und noch bezeichnender die nach vorne gerichteten konkaven Anlageflächen 26 auf den Wandungen 80 sich nach vorne erstrecken, während sie sich von der inneren Fläche 28 weg auf die äußere Fläche 22 des Bohrschafts 14 erstrecken. Obwohl es bevorzugt sein würde, daß der Winkel B so groß wie möglich ist, um den Übersetzungseffekt zu maximieren, können bei großen Winkeln die Bearbeitungstoleranzen die saubere Anordnung der Verschließelemente 36 an den Flächen 26 stören. Es wird deshalb bevorzugt, daß der Winkel B 50 bis 60º, besser 55º beträgt.
Die konkav nach vorne gerichteten Anlageflächen 26 haben einen Krümmungsradius r, dessen Größe durch den Krümmungsradius rs der konvexen Anlagefläche der Verschließelemente 36 bestimmt wird, die gegen die Flächen 26 stoßen werden. Es ist bevorzugt, daß r und rs so nah wie möglich beieinander sind, so daß, wenn die Verschließelemente 36 gegen die Fläche 26 stoßen, ein Kontakt über einen so großen Bereich wie möglich hergestellt wird, um die Verformung der Fläche 26 und der Verschließelementfläche zu minimieren. Dadurch verlängert sich ihre praktische Lebensdauer. Um vorzugsweise dieses Ergebnis zu erreichen, wird es bevorzugt, das r gleich aber nicht größer als 0,1016 mm (0,004 Inches) und bevorzugterweise um 0,0508 mm (0,002 Inches) größer als rs ist.
Es ist wichtig, daß die Anlageflächen 26 den beschriebenen Radius und die beschriebene Neigung aufweisen. Es ist auch wichtig, daß die Anlageflächen 26 in derselben Höhe in einer Richtung parallel zur X-X Achse liegen, um ein Sperren, das bei beiden Anlageflächen eintritt, zu gewährleisten. Die anderen Teile der Durchgangsbohrungwandungen, die nicht zur Anlage an die Verschließelemente verwendet werden, können jedoch von den oben beschriebenen Beziehungen abweichen, ohne Beeinträchtigung der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel wie in Fig. 3 gezeigt ist, erstreckt sich der obere Teil 82 der Durchgangsbohrungswandung radial nach außen von der Innenfläche 28 zu der Außenfläche 22, so daß eine Kreuzung der Durchgangsbohrungen 24 mit der ersten rotationssymmetrischen Fläche 20 vermieden wird. Falls die Durchgangsbohrung 24 die erste rotationssymmetrische Fläche 20 kreuzen würde, könnte die dadurch gebildete Ecke die Traggliedbohrung beschädigen, die in Preßpassung mit ihr ist, außer wenn ein Spielraum in der Traggliedbohrung an dieser Stelle geschaffen wird.
Die erste rotationssymmetrische Fläche 20 ist vorzugsweise konisch, wie gezeigt. Der Winkel A, der von der Fläche 20 mit der Längsmittellinie X-X des Schafts gebildet wird, ist vorzugsweise zwischen 1 und 5º (und 2A ist vorzugsweise zwischen 2 und 10º), um einen selbstklemmenden Konus zu schaffen, wenn dieser in die sich entsprechend verjüngende Bohrung des Werkzeugtragglieds eingreift. Bevorzugterweise ist 2A ein Morsekonus (d.h. 5º, 43 Minuten und 30 Sekunden).
Die erste rotationssymmetrische Fläche 20 wurde dimensioniert, eine Preßpassung mit dem vorderen sich verjüngenden Abschnitt in der Bohrung des Werkzeugtragglieds zu schaffen. Wir haben herausgefunden, daß in gehärteten und angelassenen Stählen (z.B. AISI 4340 oder seinem Aquivalent, der auf C 40-45 Rockwell für den Werkzeughalterschaft und C 50-55 Rockwell für die Traggliedbohrung gehärtet ist) und in einem unbelasteten Zustand (d.h. nicht auf das Werkzeugtragglied montiert) die erste rotationssymmetrische Fläche sich um mindestens 0,0127 mm (0,0005 Inches im Durchmesser) weiter als die vordere rotationssymmetrische Fläche erstreckt, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Vorzugsweise sollte für die oben erwähnten Werkstoffe die unbelastete Ausdehnung der ersten rotationssymmetrischen Fläche nicht größer als 0,0381 mm (0,0015 Inches) sein, um eine Verhinderung der plastischen Verformung und/oder Ermüdungsschäden an dem Werkzeughalter oder dem Werkzeugtragglied zu gewährleisten.
Zusätzlich wurde ein Maximum von 0,0381 mm (0,0015 Inches) ausgewählt, um zu gewährleisten, daß der Schaft ohne weiteres aus der Werkzeugtragbohrung herausbewegt werden kann. Es sollte jedoch für einen durchschnittlichen Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein, daß diese Werte für eine Werkzeughaltergröße ausgewählt wurden (D&sub1; = 30 mm, D&sub2; = 40 mm, L = 6 mm und 2A = Morsekegel) und die Werkstoffe, die oben beschrieben wurden, um einen gewünschten Bereich einer Kontaktbeanspruchung zu schaffen. In unterschiedlichen Größen oder Ausführungen eines Werkzeughalters oder Werkzeughalter und/oder Werkzeugtragglieder aus unterschiedlichen Werkstoffen, können Werte außerhalb des Bereichs 0,0127 bis 0,0381 mm (0,0005 bis 0,0015 Inches) geeignet sein, um gleichwertige Ergebnisse im Sinne der Festigkeit zu erhalten.
Zusätzlich, um eine verbesserte Festigkeit am Werkzeughalter und Traggliedaufbau zu schaffen, erlaubt der Gebrauch der Preßpassung, wie sie hierin beschrieben ist, daß relativ weite Toleranzen beim Durchmesser des Werkzeughalters eingehalten werden (z.B. ± 0,0127 mm (-± 0,0005 Inches) im Durchmesser), wobei eine genaue Zentrierung und radiale Anordnung und genaue Längsanordnung durch die Anlage zwischen der nach hinten gerichteten Anlage 16 auf dem Werkzeughalter und der nach vorne gerichteten Fläche 54 auf dem Werkzeugtragglied weiterhin gewährleistet wird. Aufgrund dieser weiten Toleranzen werden auch die Herstellungskosten vermindert.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die zweite rotationssymmetrische Fläche 22 vorzugsweise eine zylindrische Fläche, insbesondere in den Bereichen, die hinter der nach vorne gerichteten konkaven Anlagewandungen 26 angeordnet sind, insofern, als wir herausgefunden haben, daß die zylindrischen Flächen 22 während des Verschließens ausgedehnt werden können, um im Vergleich mit den komplementär konischen Flächen größere Anlagebereiche mit der hinteren zylindrischen rotationssymmetrischen Fläche 56 in der Werkzeugtraggliedbohrung zu schaffen. Soviel Flächenkontakt wie möglich ist bevorzugt, weil er eine erhöhte Festigkeit am Werkzeughalter schafft.
Ein innerer Hohlraum 83 ist in dem Schaft 14 durch die innere, insgesamt zylindrische Fläche 28 gebildet, die an die nach hinten gerichteten Flächen 84 und 86 an dem vorderen Ende des Rohrschafts angrenzt. Der Hohlraum 83 hat eine Größe, um den Verschließmechanismus, der in Fig. 2 gezeigt ist, lose aufzunehmen. An ihren hintersten Enden grenzen die Flächen 28 und 22 an sich verjüngende Glieder 86 an. Die sich verjüngenden Glieder 86 dienen dazu, das Aufschieben des Schafts 14 über den Einsatz 42 und in die Bohrung des Werkzeugtraggliedes 34 zu erleichtern, während sie auch helfen, die Verschließelemente 36 während des Aufschiebens in den Einsatz zu drücken.
In Fig. 4 ist eine vergrößerte diametrale Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des vorderen Glieds der Verschließstange 38, die in Fig. 2 gezeigt ist, gezeigt. Das vordere Ende 88 der Verschließstange hat eine glatte Anlagefläche 66, die an ihrem Umfang an eine gewinkelte Abschrägung 90 angrenzt. Das vordere Ende 88 schließt an der äußersten Kante der Abschrägung 90 an eine zylindrische Seitenfläche 92 an, die sich nach hinten von dem vorderen Ende 88 um seine Rotationssymmetriemittenachse Y-Y erstreckt, die die Anlagefläche 66 um 90º kreuzt. Die Seitenfläche 92 wird von einer ersten und einer zweiten Vertiefung 94 geschnitten, die in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind und vorzugsweise, wie in dieser Figur gezeigt, um 180º zueinander und gleich beabstandet von der Ebene der Anlagefläche 66 angeordnet sind. Diese Vertiefungen 94 sind dimensioniert, daß sie die Verschließelemente 36 in der entsperrten Position aufnehmen. Die Vertiefungen 94 sind, wie gezeigt, in Richtung auf die Längsachse Y-Y gestreckt und haben vorzugsweise eine konkave Kugelfläche an jedem Längsende mit einem Radius rd, der gleich dem Radius des Verschließelements 36 oder etwas größer als dieser ist. Die radiale Tiefe der Vertiefungen 94 in der Zylinderseitenfläche 92 ist so festgelegt, daß die Summe der Dicke des Verschließstangenmaterials, das die Vertiefungen 94 trennt, und die zwei Durchmesser der Verschließelemente 36 kleiner als der Innendurchmesser des Schafts ist.
An die erste Vertiefung 94 an ihrem Längsende, das benachbart zu der Anlagefläche 66 liegt, schließt eine Rampe 95 an. Die Rampe 95 erstreckt sich von der ersten Vertiefung fort zu der Anlagefläche 66 hin, während sie radial nach außen von der Mittenachse Y-Y zurückweicht. Die Fläche der Rampe 95 ist eine konkave, zylindrische rotationssymmetrische Fläche mit einem Radius r um die Achse R-R, die geneigt zu der Achse Y-Y bei einem Winkel C ist. Der Radius r ist vorzugsweise gleich dem Radius der Verschließelemente 36 oder etwas größer und vorzugsweise nicht größer als 0,1016 mm (0,004 Inches) und bevorzugterweise um 0,0503 mm (0,002 Inches) größer als der Radius der Verschließelemente 36.
Zwar sollte der Winkel C idealerweise so klein wie möglich sein, um den Übersetzungseffekt zu maximieren, jedoch muß diese ideale Ausbildung gegen die Herstellbarkeit bei einer gegebenen Toleranz und gegen den Einwand abgewägt werden, daß der erforderliche Hub für die Verriegelung desto größer ist, je flacher C ist, und die Verschließstange desto länger sein muß. Ich habe herausgefunden, daß die Einstellung des Winkels C auf 20º ein bevorzugter Kompromiß zwischen diesen Konkurrenzverhältnissen ist, noch bevorzugter ist ein Winkel C von 15º.
An die zweite Vertiefung 94 grenzt nun eine Nut an, anstatt einer Rampe, wie die Rampe 95, die in bekannten Verschließstangenausführungen gefunden wurde. Die Nut 97 grenzt an die zweite Vertiefung an ihrem Längs ende benachbart zu der Anlagefläche 66 an und erstreckt sich von der zweiten Vertiefung weg auf die Anlagefläche 66 parallel zu der Mittelachse Y-Y. Die Fläche der Nut 97 ist eine konkav zylindrische rotationssymmetrische Fläche, die auch einen Radius r hat, aber um die Achse G-G, die parallel zu der Achse Y-Y ist.
Durch Ziehen der Verschließstange nach hinten, rollen die Verschließelemente aus den Vertiefungen 94 und auf die Nut 97 und die Rampe 95, die die Verschließelemente radial nach außen drücken, um den Werkzeughalter auf das Tragglied zu sperren. Wenn anschließend die Verschließstange nach vorne bewegt wird, rollen die Verschließelemente 36 in die Vertiefungen 94, wodurch die zweite rotationssymmetrische Fläche 22 aus der Anlage an der hinteren rotationssymmetrischen Fläche 56 der Bohrung herausgelangen kann, so daß das Werkzeug entsperrt wird. Bei der ersten rotationssymmetrischen Fläche 20 gibt es einen selbstklemmenden Konus, den die Verschließstange weiter vorwärts schieben kann, so daß die Verschließstangenanlagefläche 66 gegen die Fläche 68 in dem Rohrschaft drückt, um den Werkzeughalter aus dem Werkzeugtragglied zu lösen.
Die Verschließstangenausführung, die eine Nut und eine Rampe verwendet, ist eine bezeichnende Abweichung von den bekannten Ausführungen, die zwei entgegengesetzt gerichtete geneigte Rampen mit gleichen Winkeln verwenden, und schafft demgegenüber bedeutende Vorteile. Für einen gegebenen eingeschlossenen Winkel (hier der Winkel zwischen der Achse R-R und der Achse G-G) schafft die vorliegende Ausführung einen größeren Übersetzungseffekt mit einem im Vergleich zu einer Zweirampenausführung mit demselben eingeschlossenen Winkel, der zwischen den zwei Rampen gebildet wird, kürzeren erforderlichen Einsperrhub.
In einer alternativen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeughalter 100 in Fig. 5 gezeigt, der in der Bohrung 102 eines Werkzeugtragglieds 104 montiert ist. Die Einsatzgliedverschließstange, die Verschließelemente und die Keile wurden zur Klarheit weggelassen, aber können funktionell und strukturell identisch zu den in den Figuren 2 und 4 beschriebenen sein. Das Ausführungsbeispiel des Werkzeughalters 100 und des Werkzeugtragglieds 104 arbeitet und funktioniert in derselben Weise wie die vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Der Werkzeughalter 100 unterscheidet sich strukturell von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel darin,
daß sein Schaft 106 einen ersten Abschnitt 108 und einen zweiten Abschnitt 110 hat, deren radial äußere Flächen 112 und 114 beide konisch sind und vorzugsweise Teil derselben konischen rotationssymmetrischen Fläche sind, wie gezeigt. Zusätzlich haben die Durchgangsbohrungen 116 zur Aufnahme der Verschließelemente vollkommen zylindrische Wandungen 118.
Die Bohrung 102 des Werkzeugtragglieds 104 hat konische Flächen 120 und 122, die komplementär zu der (den) konischen Fläche(n) des Schafts 106 sind. Die erste konische Fläche 120 ist in Preßpassung mit dem ersten Abschnitt des Schafts, während der zweite Abschnitt des Schafts zur Anlage an die hintere konische Fläche 122 der Bohrung erweitert wird. Die hintere und die vordere konische Fläche der Bohrung sind getrennt voneinander durch eine Umfangsausnehmung 124 in der Bohrung, die angeordnet ist, um die Länge der sich verjüngenden Fläche 120, über die die Preßpassung hergestellt wird, zu bestimmen und zu gewährleisten, daß die vordere Kante 126 der Durchgangsbohrung 116 nicht die Bohrung während des Herstellens der Preßpassung berührt. Dadurch wird Schaden an der Bohrung oder an dem Werkzeugschaft verhindert.
Obwohl alle hierin verwendeten Bauteile vorzugsweise aus gehärteten und angelassenen Stählen bestehen, wird es für einen durchschnittlichen Fachmann klar sein, daß andere Werkstoffe ohne Beeinträchtigung der Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Obwohl z.B. die Verschließelemente 36 vorzugsweise aus einer Chrom-Stahl-Legierung mit einer Härte in Rockwell C von 60-65 bestehen, ist es auch möglich, daß sie aus Sinterkarbid bestehen können. Der Einsatz 42 kann aus AISI 4340 Stahl oder aus einem zu diesem äquivalenten Stahl mit einer Rockwell-Härte C von 40-45 bestehen. Obwohl die Verschließstange 38 vorzugsweise aus einer Stahllegierung wie AISI 4340 bestehen kann, besteht sie in noch stärker bevorzugter Weise aus einem stoßfesten Werkzeugstahl wie AISI S7 mit einer Rockwell-Härte C von ungefähr 56-58.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele der Verschließstangen, der Verschließmechanismen und der Tragglieder zum Gebrauch für die Werkzeughalter, die hierin beschrieben wurden, sind in R.A. Erickson-Anmeldungen enthalten, die als WO-88/05357 und WO-88/05358 veröffentlicht sind. Diese Anmeldungen ebenso wie die vorhergehenden genannten Patente sind hiermit in bezug auf ihre vollständigen Offenbarungen eingeschlossen.

Claims

1. Werkzeughalter (10) zur Montage auf ein Werkzeugtragglied (34) mit einer Bohrung (51), die sich darin nach hinten erstreckt, und einer darauf nach vorne gerichteten Fläche (54), wobei der Werkzeughalter (10) weiter aufweist:

ein vorderes Ende (12) zum Aufnehmen eines Werkzeugs;

einen Schaft (14), den die Bohrung (51) aufnehmen kann und der sich nach hinten von dem vorderen Ende (12) erstreckt;

eine nach hinten gerichtete Fläche (16) auf dem Werkzeughalter (10);

der Schaft (14) hat einen ersten Abschnitt (19) mit einer radial nach außen gerichteten ersten rotationssymmetrischen Fläche (20), die nach hinten radial nach innen konisch zuläuft;

die nach hinten gerichtete Fläche (16) auf dem Werkzeughalter (10) stößt an die nach vorn gerichtete Fläche (54) des Werkzeugtragglieds (34);

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (19) des Schafts (14) dimensioniert ist, um eine elastische Preßpassung von mindestens 0,0127 mm mit der Bohrung (51) zu schaffen, wenn die nach hinten gerichtete Fläche (16) im Anlage an der nach vorne gerichteten Fläche (54) ist, und dadurch ein selbstklemmender Kegel zwischen dem Schaft (14) und dem Werkzeugtragglied (34) geschaffen wird; und

daß der Schaft (14) zur Anlage an der Bohrung (51) einen elastisch dehnbaren und hinter dem ersten Abschnitt (19) angeordneten zweiten Abschnitt (21) hat.

2. Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, worin der zweite Abschnitt (21) eine radial nach außen gerichtete zweite rotationssymrnetrische Fläche (22) ist.

3. Werkzeughalter (10) nach Anspruch 2, worin die zweite rotationssymmetrische Fläche (22) eine Zylinderfläche ist.

4. Werkzeughalter (10) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin die zweite rotationssymmetrische Fläche (22) koaxial mit der ersten rotationssymmetrischen Fläche (20) ist.

5. Werkzeughalter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die erste rotationssymmetrische Fläche (20) konisch ist und sich unter einem eingeschlossenen Winkel im Bereich von 2 bis 10º radial nach innen verjüngt.

6. Werkzeughalter (10) nach Anspruch 2, worin sowohl die erste rotationssymrnetrische Fläche (20) als auch die zweite rotationssymmetrische Fläche (22) konisch sind und sich nach hinten radial nach innen verjüngen.

7. Verfahren zur lösbaren Montage eines Werkzeughalters (10) auf ein Werkzeugtragglied (34) mit einer Bohrung (51), die sich darin nach hinten erstreckt, und einer darauf nach vorne gerichteten Fläche (54), wobei der Werkzeughalter (10) ein vorderes Ende (12), einen Schaft (14), der sich davon nach hinten erstreckt, und eine nach hinten gerichtete Fläche (16) hat, und der Schaft (14) eine erste (20) radial nach außen gerichtete rotationssymmetrische Fläche hat, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:

Einführen des Schafts (14) in die Bohrung (51) und Anstoßen der nach hinten gerichteten Fläche (16) gegen die nach vorne gerichtete Fläche (54), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

elastisches Preßeinpassen der ersten Rotationsfläche (20) in die Bohrung (51), um ein Selbstklemmen zwischen dem Schaft (14) und dem Werkzeugtragglied (34) zu schaffen, wenn die nach hinten gerichtete Fläche (16) gegen die nach vorne gerichtete Fläche (54) stößt;

und elastische Aufnahme einer zweiten, radial nach außen gerichteten rotationssymmetrischen Fläche (22), die hinter der ersten rotationssymmetrischen Fläche (20) angeordnet ist, in Anlage an der Bohrung (51).

8. Werkzeughalterteilaufbau, wobei die Kombination umfaßt:

einen Werkzeughalter (10);

ein Werkzeugtragglied (34);

eine Einrichtung zur lösbaren Montage des Werkzeughalters (10) auf das Werkzeugtragglied (34);

der Werkzeughalter (10) hat ein vorderes Ende (12) zur Aufnahme eines Werkzeugs, einen Schaft (14), der sich davon um eine Längsachse (X-X) nach hinten erstreckt, und eine nach hinten gerichtete Widerlagerfläche (16);

der Schaft (14) hat eine erste rotationssymmetrische Fläche (20), um die Längsachse (X-X), die radial nach außen gerichtet ist und sich nach hinten radial nach innen verjüngt;

wobei das Werkzeugtragglied (34) eine darauf nach vorne gerichtete Fläche (54) und eine sich darin nach hinten erstrekkende Bohrung (51) hat;

die Bohrung (51) hat eine vordere rotationssymmetrische Fläche (52), um die Längsachse (X-X), die radial nach innen gerichtet ist und sich nach hinten radial nach innen verjüngt;

die nach hinten gerichtete Widerlagerfläche (16) stößt gegen die nach vorne gerichtete Fläche (54) des Werkzeugtragglieds (34);

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (14) eine um die Längsachse (X-X) hinter der ersten rotationssymmetrischen Fläche (20) angeordnete und radial nach außen gerichtete zweite rotationssymmetrische Fläche (22) hat;

die Bohrung (51) eine um die Längsachse (X-X) radial nach innen gerichtete hintere rotationssymmetrische Fläche (56) hat;

die erste rotationssymmetrische Fläche (20) elastisch in einer Preßpassung mit der vorderen rotationssymmetrischen Fläche (52) durch die Einrichtung zur lösbaren Montage gehalten ist und dadurch ein selbstklemmender Kegel zwischen dem Schaft (14) und dem Werkzeugtragglied (34) geschaffen wird;

und die zweite rotationssymmetrische Fläche elastisch gegen die hintere rotationssymmetrische Fläche (56) durch die Einrichtung zur lösbaren Montage gespannt ist.