CH664520A5

CH664520A5 - Einrichtung zur verbindung eines werkzeuges mit einem halteteil.

Info

Publication number: CH664520A5
Application number: CH1103/87A
Authority: CH
Inventors: Gennady Yakovlevich Potemkin
Original assignee: Potemkin Gennady Y
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1988-03-15
Also published as: DE3590825T1; FR2586369A1; FI871188A7; FI871188A0; FR2586369B1; FI871188L; GB8706550D0; US4832546A; SE8701167D0; HU200427B; SE8701167L; GB2191124A; JPS63500294A; SE456323B; GB2191124B; WO1987000465A1; HUT46258A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil (SU-Erfinderschein 589 085, erteilt am 2. September 1975 und veröffentlicht am 25. Januar 1978 im SU-Amtsblatt «Entdeckungen, Erfindungen, Geschmacksmuster und Warenzeichen», H. 3). Das Werkzeug weist einen in einer Bohrung des Halteteils aufgenommenen Schaft in Form eines Rotationskörpers auf. Die Einrichtung enthält einen Stift, der in der Halteteilbohrung und einer am Werkzeugschaft eingearbeiteten Nut aufgenommen wird. Die Nut ist in einer Ebene in der krummlinigen Erzeugenden des Schaftes angeordnet und hat die Seitenflächen unter einem Winkel zu deren Längsachse. Der Stift, mittels dessen das Werkzeug mit dem Halteteil verbunden wird, ist in der Halteteilbohrung und der Nut am Werkzeugschaft so aufgenommen, dass er über seine Oberfläche mit den beiden Seitenflächen der Nut oder mit der Gesamtfläche der Nut in Berührung steht. Derartige Berührung ergibt eine radiale Kraft, unter deren Wirkung das Werkzeug im Halteteil befestigt wird. Dadurch entsteht eine zuverlässige Selbstverklem-mung des Werkzeuges im Halteteil, für das Werkzeug-Halteteil-System wird jedoch keine ausreichend hohe Steifigkeit gewährleistet, da die Steifigkeit dieses Systems durch die Grösse der Steifigkeit im Querschnitt des Stabes, d. h. des umgriffenen Elementes bedingt wird. Im Zusammenhang damit, dass der Durchmesser des umgriffenen Elementes (des Halteteils) den Durchmesser des umgreifenden (des Schaftes) stets unterschreitet, wird somit auch die Steifigkeit des ersten die des zweiten unterschreiten, d.h. die Steifigkeit des Werkzeug-Halteteil-Systems kann im vorliegenden Fall die des Schaftquerschnittes nicht überschreiten. Die bekannte Einrichtung ist somit lediglich zur Befestigung eines Werkzeuges anwendbar, das während seines Einsatzes keine wesentlichen Belastungen erfährt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil zu schaffen, bei welcher der Stift unter Gewährleistung einer solchen Berührung angebracht wäre, dass er über seine Oberfläche mit nur einer Seitenfläche der Nut in Berührung steht, was eine hohe Steifigkeit des Werkzeug-Halteteil-Systems gewährleisten würde.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil, deren eines mit einer Bohrung ausgebildet ist und das andere einen in der Bohrung aufgenommenen, einen Rotationskörper darstellenden Stab aufweist, an dessen Oberfläche eine in einer Ebene in seiner krummlinigen Erzeugenden angeordnete Nut mit Seitenflächen eingearbeitet ist, welche Einrichtung einen in der Stabnut und im Hohlraum der Bohrung aufgenommenen Stift enthält, erfindungsgemäss die Bohrung und der Stab die gegenseitige axiale Verschiebung Werkzeuge und Halteteil begrenzende Auflageflächen aufweisen, wobei der Mindestabstand von der Auflagefläche des Stabes bis zu der von dieser am weitesten distanzierten Seitenfläche der Nut den Abstand von der Auflagefläche der Bohrung bis zu der von dieser Auflagefläche der Bohrung maximal distanzierten Stiftoberfläche unterschreitet.

Das Werkzeug wird im Halteteil mittels des Stiftes befestigt, der in die Nut am Stab eingreift. In die unmittelbare Berührung mit der Stiftoberfläche kommt dabei nur eine Seitenfläche der Nut, wodurch der Stab in der Bohrung entlang deren Achse verschoben wird.

Durch eine derartige Berührung wird sichergestellt, dass im Werkzeug-Halteteil-System in axialer und radialer Richtung bleibende Steifigkeit hergestellt wird, welche eine sichere Verbindung des Werkzeuges mit dem Halteteil gewährleistet und die Anwendung der Einrichtung zur Befestigung eines Grossprofil-Schneidwerkzeuges in den Halteteilen an Zerspanungsmaschinen ermöglicht.

Das Vorhandensein der die gegenseitige axiale Verschiebung von Werkzeug und Halteteil begrenzenden Auflageflächen und die Wahl des Abstandes von der Auflagefläche des Stabes bis zu der von dieser am weitesten distanzierten Seitenfläche der Nut geringer als der Abstand von der Auflagefläche der Bohrung bis zu der von dieser Auflagefläche maximal distanzierten Stiftfläche ermöglichen bei relativer Verdrehung des Werkzeuges und des Halteteils die Berührung der Seitenfläche der Nut mit der Stiftoberfläche. Dadurch wird eine ausreichend innige Berührung der Auflageflächen des Stabes und der Bohrung sichergestellt. Bei der Verbindung liegt zugleich eine innige Berührung der Zylinderflächen des Stabes und der Bohrung vor. Im Werkzeug-Halteteil-System entstehen dadurch verschiedengerichtete Eigenspannungen, da das Werkzeug und das Halteteil die Einwirkung von Axial- und Radialkräften erfahren werden, was beim System eine ausreichend hohe Steifigkeit gewährleistet, die der Steifigkeit des umgreifenden Elementes annähernd gleich sein wird.

Da das Werkzeug und das Halteteil zusätzliche (stirnseitige) Auflageflächen aufweisen, erfolgt diese Verschiebung bis zum Zeitpunkt, in welchem die obenerwähnten Auflageflächen in gegenseitige Berührung gekommen sind. Bei der Weiterverdrehung des Stabes in der Bohrung nimmt die Be2

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rührungsspannung der zu koppelnden Auflage- und Radialflächen und somit die Steifigkeit der Verbindung des Werkzeuges mit dem Halteteil zu, wobei die Steifigkeit für das Werkzeug-Halteteil-System der Steifigkeit beim umgriffenen Element des Halteteils annähernd gleich sein wird, was die Steifigkeit des Werkzeugschaftes in dessen Querschnitt wesentlich übersteigt.

Die Auflagefläche des Stabes wird zweckmässig zur von der erwähnten Staboberfläche am weitesten distanzierten Seitenfläche der Nut in einem zwei Grösstdurchmesser des Stabes unterschreitenden Abstand angeordnet.

Eine Auswertung der Daten ergab die Schlussfolgerung, dass das Werkzeug-Halteteil-System die grösste Steifigkeit hat, wenn die Seitenfläche der Nut von der stirnseitigen Auflagefläche des Stabes in Grenzen angeordnet wird, die eine Grösse nicht überschreiten, die zwei Grösstdurchmessern des Stabes gleich ist.

Um die Einrichtung zur Befestigung eines für den Einsatz unter schwereren Zerspanungsbedingungen bestimmten Werkzeuges zu verwenden, kann an der von der Auflagefläche der Bohrung maximal distanzierten Stiftoberfläche mindestens eine Abflachung ausgebildet werden. Durch das Vorhandensein der erwähnten Abflachung an der Stiftfläche wird es möglich, die Fertigungsgenauigkeit für das Mass . zwischen der in Berührung stehenden Seitenfläche der Nut und der Auflagefläche des Stabes zu verringern. Die Abfla-chung vergrössert ausserdem die Berührungsfläche des Stiftes und des Stabes, wodurch deren Kopplung vergrösserte Kräfte bei der Befestigung des Werkzeuges aushalten kann.

Die Stiftoberfläche kann mindestens teilweise kegelig sein.

Die Kegelform des Stiftes erlaubt, die Grösse der axialen Verschiebung des Stabs in bezug auf die Oberfläche der Bohrung zu vergrössern, folglich entsteht die Möglichkeit, die Fertigungsgenauigkeit für das Mass zwischen der in Berührung stehenden Seitenfläche der Nut und der stirnseitigen Auflagefläche des Schaftes zu verringern, ohne die Steifigkeit des Systems zu beeinträchtigen.

Zweckmässig übersteigt die Werkstoffhärte des Stiftes die des Stabes. Bei der Befestigung des Werkzeuges oder während dessen Einsatzes können an diesem wesentliche Drehmomente angreifen, was wiederum die Vergrösserung der Steifigkeit der Verbindung des letzteren mit dem Halteteil begünstigt. Die vergrösserten Drehmomente bewirken genau so hohe Berührungsspannungen zwischen Stift und Stab, selbst bis zur Entstehung von Quetschungen. Um die Berührungsfläche zwischen Stift und Stab zu vergrössern sowie den Effekt der Selbstverklemmung des Werkzeuges im Halteteil zu erhöhen, muss die Staboberfläche die Verquet-schung erfahren. Diese Bedingung wird dadurch erfüllt, dass die Werkstoffhärte des Stiftes die des Stabes überschreitet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch eingehende Beschreibung eines konkreten Beispieles ihrer Ausführung mit Hinweisen auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert, in welchen es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtansicht der erfindungsgemässen Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil, die einen eine Zylinderfläche aufweisenden Stift enthält, im teilweisen Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II—II der Fig. 1;

Fig. 3 einen erfindungsgemässen Stift mit einer Kegelfläche im Längsschnitt;

Fig. 4 einen erfindungsgemässen Stift mit zwei Kegelflächen im Längsschnitt;

Fig. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil, die einen an seiner Zylinderfläche eine Abflachung aufweisenden Stift enthält, im teilweisen Längsschnitt;

Fig. 6 einen erfindungsgemässen Stift, an dessen Oberfläche nur eine Abflachung ausgebildet ist;

Fig. 7 einen erfindungsgemässen Stift, an dessen Oberfläche zwei Abflachungen ausgebildet sind, im Längsschnitt;

Fig. 8 einen erfindungsgemässen Stift, dessen Oberfläche ballig ist, im Längsschnitt.

Es wird eine Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil vorgeschlagen, die in Fig. 1 dargestellt ist, wo das Halteteil 1 mit einer Bohrung 2 ausgebildet ist, während das Werkzeug 3 einen in der Bohrung 2 aufgenommenen Stab 4 aufweist. Der Stab 4 stellt einen Rotationskörper dar und weist einen kegeligen 5 und einen zylindrischen Abschnitt 6 auf. An der Oberfläche des Zylindierab-schnittes 6 des Stabes 4 ist eine Nut 7 mit Seitenflächen 8 und 9 eingearbeitet, die in der krummlinigen Erzeugenden des Zylinderabschnittes 6 des Stabes 4 angeordnet ist. Die Nut 7 ist exzentrisch zur Achse 0—0 des Stabes 4 mit Exzentrizität e ausgeführt. Die Seitenfläche 8 der Nut 7 ist unter einem beliebigen Winkel a < 90° zur Achse 0 — 0 des Stabes 4 angeordnet.

Die Einrichtung enthält einen in der Nut 7 am Stab 4 und im Hohlraum der Bohrung 2 aufgenommenen Stift 10. Bei dieser Ausführungsform ist der Stift 10 zylindrisch ausgebildet. Am Zylinderabschnitt 6 des Stabes 4 ist eine ebene Fläche 11 (Fig. 2) vorgesehen, die für den Eintritt des Stiftes 10 in die Nut 7 (Fig. 1) bestimmt ist.

Die Bohrung 2 und der Stab 4 weisen erfindungsgemäss Auflageflächen 12 bzw. 13 auf, die die gegenseitige axiale Verschiebung des Halteteils 1 und des Werkzeuges 3 begrenzen und wie Fig. 1 zeigt kegelig ausgebildet sind. Die Auflageflächen 12 und 13 sind dabei so angeordnet, dass der Mindestabstand 1 von der Auflagefläche 13 des Stabes 4 bis zu der von dieser am weitesten distanzierten Seitenfläche der Nut 7 den Abstand L von der Auflagefläche 12 der Bohrung 2 bis zu der von dieser Auflagefläche 12 der Bohrung 2 maximal distanzierten Oberfläche des Stiftes 10 unterschreitet.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Stiftes 14, der in der Bohrung 15 eines Halteteils 16 aufgenommen ist und nur eine Kegelfläche 17 aufweist. In diesem Fall wird die Umverteilung der Axialkraft P (Fig. 1) und der Radialkraft R gewährleistet, die bei der Befestigung des Werkzeuges im Halteteil entstehen.

Der in Fig. 4 gezeigte Stift 18 ist in der Bohrung 19 eines Halteteils 20 aufgenommen und mit zwei Kegelflächen 21 ausgebildet. Ein derartiger Stift sorgt ebenfalls für die Umverteilung der Axialkraft P und der Radialkraft R und wird sowohl beim rechten als auch beim linken Drehmoment verwendet, das am Werkzeug angreift.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil, wo das Werkzeug 22 mit einer Bohrung 23 ausgebildet ist, während das Halteteil 24 einen in der Bohrung 23 aufgenommenen Stab 25 aufweist. Der Stab 25 stellt einen zylindrischen Rotationskörper dar, an welchem eine Nut 26 eingearbeitet ist, die in der krummlinigen Erzeugenden der Zylinderfläche des Stabes 25 angeordnet und zur Achse 01—01 des Stabes 25 konzentrisch ausgebildet ist. Die Nut 26 weist Seitenflächen 27 und 28 auf, wobei die Fläche 27 unter einem beliebigen Winkel von ß < 90° angeordnet ist. Die Einrichtung enthält einen Stift 29, der in der Nut 26 am Stab 25 und der Bohrung 23 aufgenommen ist und an seiner Zylinderfläche eine Abflachung 30 aufweist (Fig. 6), die ebenso wie der Stift 14 (Fig. 3) mit nur einer Kegelfläche 17 für die Umverteilung der Axialkraft P (Fig. 5) und der Radialkraft R sorgt.

Die Bohrung 23 und der Stab 25 weisen Auflageflächen 31 bzw. 32 auf, die die gegenseitige axiale Verschiebung des Halteteils 24 und des Werkzeuges 22 begrenzen und im wesentlichen senkrecht zur Achse 01 —01 des Stabes 25 ausgebil5

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det sind. Die Auflageflächen 31 und 32 sind dabei so angeordnet, dass der Mindestabstand h von der Auflagefläche 32 des Stabes 25 bis zu der von dieser am weitesten distanzierten Seitenfläche 27 der Nut 26 den Abstand H von der Auflagefläche 31 der Bohrung 23 bis zu der von dieser Auflagefläche 31 der Bohrung 23 maximal distanzierten Oberfläche

31 des Stiftes 29 unterschreitet.

Der in Fig. 7 gezeigte Stift 33 ist in der Bohrung 34 in einem Werkzeug 35 aufgenommen und mit zwei Abflachungen 36 ausgeführt, deren Bestimmung die gleiche wie bei den beiden Kegelflächen 21 am Stift 18 (Fig. 4) ist.

Der Stift 37 (Fig. 8), der durch die Bohrung 38 in einem Halteteil 39 aufgenommen wird, ist ballig. Der Stift 37 einer solchen Form wird in den gleichen Fällen verwendet wie der Stift 18 (Fig. 4) mit zwei Kegelflächen 21.

Bei den in Fig. 1 und 5 gezeigten und obenbeschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung ist die Auflagefläche 13, 32 des Stabes 4 bzw. 25 zur von der erwähnten Fläche 13,

32 des Stabes 4, 25 am weitesten distanzierten Seitenfläche 8, 27 der Nut 7 bzw. 26 in einem Abstand angeordnet, der zwei Grösstdurchmesser D und D' des Stabes 4, 25 unterschreitet.

Die Werkstoffhärte des Stiftes übersteigt die des Stabes. Die Stäbe bei den Abwandlungen der Einrichtung gemäss Fig. 3, 4, 7 und 8 sind bedingt nicht gezeigt.

Die Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil funktioniert folgenderweise.

Die erfmdungsgemässe Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil eines verhältnismässig einfachen Aufbaus sorgt für eine ausreichend steife und zuverlässige gegenseitige Selbstverklemmung des Werkzeuges und des Halteteils. Wie Fig. 1 zeigt, wird das Werkzeug 3 im Halteteil 1 durch Verdrehung des Werkzeuges 3 in Pfeilrichtung M befestigt.

Durch ihre exzentrische Anordnung kommt dabei die Seitenfläche 8 der Nut 7 in Berührung mit der Oberfläche des Stiftes 10. Der Stab 4 wird dadurch in die Bohrung 2 im Halteteil 1 eingezogen und verschiebt sich in Pfeilrichtung P entlang der Achse 0 — 0, bis die kegeligen Auflageflächen 12 und 13 der Bohrung 2 bzw. des Stabes 4 in gegenseitige Berührung gekommen sind. Bei Vergrösserung des am Werkzeug 3 angreifenden Drehmomentes in Pfeilrichtung M nimmt proportional dazu die Berührungsinnigkeit sowohl der kegeligen Auflageflächen 12 und 13 als auch der zu koppelnden Zylinderflächen des Stabes 4 und der Bohrung 2 zu, da sich der Stab 4 dabei ebenfalls auch in radialer Richtung gemäss dem Pfeil R verschieben wird. Die Vergrösserung der

Innigkeit bei der gegenseitigen Berührung der zu koppelnden Oberflächen wird durch die Erhöhung der Steifigkeit beim Werkzeug-Halteteil-System begleitet. Die erhöhte Steifigkeit dieses Systems kann dabei Werte erreichen, die der Grösse der Steifigkeit des Halteteils 1 annähernd gleich sind. In dem hier betrachteten Fall übersteigt die Steifigkeit des Halteteils 1 beim Werkzeug-Halteteil-System die des Stabes 4 in erheblichem Masse.

Fig. 5 zeigt die Abwandlung der Verbindung des Aufsetzwerkzeuges 22 mit dem Halteteil 24, wo sie mittels der im Werkzeug 22 ausgeführten Zylinderbohrung 23 und des einen Bestandteil des Halteteils 24 darstellenden ebensolchen Zylinderstabes 25 miteinander gekoppelt werden.

Das Werkzeug 22 wird am Halteteil 24 durch Verdrehung des Werkzeuges 22 in Pfeilrichtung M befestigt.

Die Seitenfläche 27 der konzentrischen Nut 26 kommt dabei mit der schrägen Abflachung 30 am Stift 29 in Berührung.

Dadurch wird das Werkzeug 22 in bezug auf das Halteteil 24 in axialer Richtung gemäss Pfeil P verschoben, bis die stirnseitigen Auflageflächen 31 und 32 des Werkzeuges 22 bzw. des Halteteils 24 in gegenseitige Berührung gekommen sind. Bei Vergrösserung des am Werkzeug 22 angreifenden Drehmomentes in Pfeilrichtung M nimmt proportional dazu die Berührungsinnigkeit sowohl der stirnseitigen Auflageflä-chen 31 und 32 als auch der zu koppelnden Zylinderflächen der Bohrung 23 und des Stabes 25 zu, da sich das Werkzeug dabei ebenfalls in radialer Richtung gemäss Pfeil R verschieben wird. Die Vergrösserung der Innigkeit bei der gegenseitigen Berührung der zu koppelnden Oberflächen wird von der Erhöhung der Steifigkeit des Werkzeug-Halteteil-Systems begleitet, wobei die Erhöhung der Steifigkeit bei diesem System Werte erreichen kann, die der Steifigkeitsgrösse im Grösstdurchmesser D des Halteteils 24 annähernd gleich sind. Die Steifigkeit des Halteteils 24 an der Stelle seines Grösstdurchmessers D übersteigt wesentlich die dessen Stabes 25.

Die Erfindung ist mit dem grössten Erfolg bei Einrichtungen zur Verbindung eines Werkzeuges mit einem Halteteil anwendbar, die beim Einsatz wesentliche radiale Belastungen erfahren, und zwar bei Befestigung und Festspannung des Werkzeuges an Zerspanungsmaschinen.

Die Erfindung ist darüber hinaus anwendbar, wenn zu koppelnde Elemente miteinander verbunden werden und deren steife und innige Verbindung erforderlich ist.

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3 Blatt Zeichnungen

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664 520 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Verbindung eines Werkzeuges (3, 22) mit einem Halteteil (1, 24), deren eines (1, 22) mit einer Bohrung (2, 23) ausgebildet ist und das andere (3, 24) einen in der Bohrung (2, 23) aufgenommenen, einen Rotationskörper darstellenden Stab (4, 25) aufweist, an dessen Oberfläche eine in der krummlinigen Erzeugenden desselben angeordnete Nut (7, 26) mit Seitenflächen (8 und 9,27 und 28) eingearbeitet ist, welche Einrichtung einen in der Nut (7, 26) des Stabes (4, 25) und den Hohlraum der Bohrung (2, 23) aufgenommenen Stift (10, 29) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2, 23) und der Stab (4, 25) die gegenseitige axiale Verschiebung des Werkzeuges (3, 22) und des Halteteils (1, 24) begrenzende Auflageflächen (12 und 13, 31 und 32) aufweisen, wobei der Mindestabstand (1, h) von der Auflagefläche (13, 32) des Stabes (4, 25) bis zu der von dieser am weitesten distanzierten (L, H) Seitenfläche (8,27) der Nut (7, 26) den Abstand von der Auflagefläche (12, 31) der Bohrung (2, 23) bis zu der von dieser Auflagefläche (12, 31) der Bohrung (2, 23) maximal distanzierten Oberfläche des Stiftes (10, 29) unterschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (13, 32) des Stabes (4,25) zu der von der erwähnten Auflagefläche (13, 32) des Stabes (4, 25) am weitesten distanzierten Seitenfläche (8, 27) der Nut (7, 26) in einem zwei Grösstdurchmesser (D, D') des Stabes (4, 25) unterschreitenden Abstand angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Auflagefläche (31) der Bohrung (23) maximal distanzierten Oberfläche des Stiftes (29) mindestens eine Abflachung (30) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stiftes (14,18) mindestens teilweise kegelig ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffhärte des Stiftes (10) die des Stabes (4,25) übersteigt.