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Dokumentenidentifikation DE69901086T2 21.11.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 1008409
Titel Schneidwerkzeug und dessen Befestigung mittels Schrumpfsitz
Anmelder Mitsubishi Materials Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nagaya, Hidehiko, Yuuki-gun, Ibaraki-ken, JP;
Shimomura, Hiroshi, Yuuki-gun, Ibaraki-ken, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69901086
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.12.1999
EP-Aktenzeichen 991239872
EP-Offenlegungsdatum 14.06.2000
EP date of grant 27.03.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.11.2002
IPC-Hauptklasse B23B 31/117
IPC-Nebenklasse B23P 19/00   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schrumpfpassen von Schneidwerkzeugen, wobei ein Werkzeug in eine Werkzeughalterung schrumpfgepasst wird, sowie ein Schneidwerkzeug, welches man durch dieses Verfahren erhält.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 6 zeigt ein herkömmliches Beispiel eines Verfahrens zum Schrumpfpassen eines Schneidwerkzeugs dieser Art.

Dieses Schneidwerkzeug 1 ist ausgestattet mit einer Werkzeughalterung 2, welche an der Spindel einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) angebracht ist, und mit einem Werkzeug 3, welches in die Werkzeughalterung 2 schrumpfgepasst ist.

Die Werkzeughalterung 2 beinhaltet einen sich verjüngenden Dorn 4, welcher beispielsweise an der Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, einen Griff 5 in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser, der größer ist als der des Dorns 4, und mit einem Nutenbereich, welcher von einem Werkzeugaustauscharm oder ähnlichem ergriffen werden kann, und einen Lagerbereich 7 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Öffnung 6 in der Mitte und mit beispielsweise einer sich verjüngenden Ausgestaltung, wobei der Dorn 4, der Griff 5 und der Lagerbereich 7 koaxial und als integrale Einheit ausgestaltet sind und eine Mittelachse O für die Drehung haben. Die Öffnung 6 des Lagerbereichs 7 ist mit einer zylindrischen inneren Umfangsfläche 8 versehen mit einem inneren Durchmesser φd und einer Grundfläche 9, welche am tiefsten Ende vorgesehen ist, wobei eine Nut mit großem Durchmesser 8a koaxial in der inneren Umfangsfläche 8 ausgeformt ist.

Nur der zylindrische Schaftbereich am Basisende des Werkzeugs 3, welcher in die Öffnung 6 der Werkzeughalterung 2 schrumpfgepasst ist, ist dargestellt. Dieses Werkzeug 3 besitzt einen Außendurchmesser φD, welcher ein wenig größer ist als der innere Durchmesser d der Öffnung 6, und der Unterschied zwischen diesem Außendurchmesser D und dem inneren Durchmesser d der Öffnung 6, (D-d), ist der Presssitz.

Das Verfahren zur Schrumpfpassung dieses Schneidwerkzeugs 2 wird beschreiben. Zunächst wird, wie in Fig. 6 gezeigt, die Basisendfläche 3a des Werkzeugs 3 auf der Endfläche 7a auf der Seite der Werkzeughalterung 2 mit der Öffnung 6a platziert, und sie wird im Wesentlichen koaxial mit der Öffnung 6 ausgerichtet, wobei ein Positionieren bei Raumtemperatur durchgeführt wird, während der Bediener das Werkzeug 3 manuell oder durch ein Spannfutter in diesem Zustand hält. Anschließend wird der Lagerbereich 7 der Werkzeughalterung 2, welcher die Öffnung 5 aufweist, erhitzt, so dass er einer thermischen Erweiterung unterliegt, und wenn der innere Durchmesser d größer geworden ist als der Außendurchmesser D des Werkzeugs 3, wird das Werkzeug 3 in die Öffnung 6 hineingezwungen, um dadurch die Passung auszuführen.

Wenn der Öffnungsbereich 6 sich durch Abkühlen zusammengezogen hat, sind das Werkzeug 3 und die Werkzeughalterung 2 bezüglich einander zentriert und beide durch den Presssitzdruck in ihrer Lage gehalten.

Durch die Erfindung zu lösende Probleme

Bei diesem Schneidwerkzeug 1 ist es jedoch beim Positionieren vor dem Schrumpfpassen notwendig, dass der Bediener das Werkzeug 3 mit der Hand oder mit einem Spannfutter hält und es gegen die Endfläche 7a zum Anschlag bringt, wo die Öffnung 6 der Werkzeughalterung 2 sich öffnet, was zu einem komplizierten Vorgang führt. Außerdem müssen die Öffnung 6 und das Werkzeug 3 beim Positionieren des Werkzeugs 3 koaxial positioniert sein, bevor das Werkzeug 3 effizient beim Erhitzen eingeführt werden kann.

Aufgrund dieser Probleme offenbart die DE 196 38 822 A1, auf welcher auch der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, eine Spannvorrichtung, welche dazu dient, ein Werkzeug mittels eines Presssitzes zu halten. Die Spannvorrichtung weist eine Bohrung auf, in welche der Werkzeugschaft montiert werden kann, und welche einen äußeren Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser groß genug ist, den Werkzeugschaft vor dem Erhitzen der Spannvorrichtung aufzunehmen. Der Durchmesser eines inneren Abschnitts der Öffnung ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des Werkzeugschafts, so dass die Grundfläche des Schafts auf einer Stufe zwischen dem äußeren und inneren Abschnitt der Öffnung ruht. Wenn die Spannvorrichtung erhitzt wird, erweitert sich der Durchmesser des inneren Abschnitts, und das Werkzeug gleitet in den inneren Abschnitt der Bohrung. Der Betrag des Hervorstehens des Werkzeugs steigt jedoch aufgrund der Existenz des Abschnitts der Öffnung mit dem großen Durchmesser, und daher senkt sich die Steifigkeit des Werkzeugs.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht worden. Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug zu schaffen, wobei das Werkzeug in die Werkzeughalterung leicht und korrekt eingepasst werden kann, sowie ein Passverfahren für dieses Schneidwerkzeug.

Mittel zum Lösen der Probleme

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidwerkzeug mit einem Werkzeug und einer Werkzeughalterung mit einer Öffnung zum Einpassen des Werkzeughauptkörpers durch eine Schrumpfpassung geschaffen. Das Werkzeug besteht aus einem Werkzeughauptkörper und einem Führungsbereich, welcher einen kleineren Durchmesser hat als der Werkzeughauptkörper und koaxial damit ausgebildet ist. Der äußere Durchmesser des Werkzeughauptkörpers ist größer als der innere Durchmesser der Öffnung, so dass die Differenz als Passung dienen kann, wobei der äußere Durchmesser oder der Umkreisdurchmesser des Führungsbereichs des Werkzeugs geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung, und wobei die Länge des Führungsbereichs des Werkzeugs im Bereich von 1/4 d < L < d liegt, so dass der Führungsbereich bei Raumtemperatur fest in die Öffnung eingeführt wird. Im Verbindungsabschnitt zwischen dem Werkzeughauptkörper und dem Führungsbereich ist ein Schulterbereich vorgesehen, welcher in Kontakt mit einer Fläche um die Öffnung herum gerät.

Das Positionieren kann durchgeführt werden durch Einführen des Führungsbereichs des Werkzeugs in die Öffnung der Werkzeughalterung vor dem Erhitzen, und es besteht keine Notwendigkeit, das Werkzeug für die Schrumpfpassung festzuhalten, und anschließend fällt der Werkzeughauptkörper automatisch in die Öffnung beim Erhitzen der Werkzeughalterung, und das Einpassen kann durch Abkühlen geschehen, so dass eine Schrumpfpassung leicht erzielt wird.

Die Länge L des Führungsbereichs, gemessen entlang der Mittelachse des Führungsbereichs, liegt im Bereich von d/4 bis d, wo d der innere Durchmesser der Öffnung ist.

Wenn die Länge L kleiner ist als d/4, kann das Werkzeug nicht koaxial bezüglich der Werkzeughalterung gehalten werden, wenn der Führungsbereich in die Öffnung eingeführt wird. Wenn andererseits die Länge größer ist als d, ist die Passlänge des Werkzeughauptkörpers und der Öffnung zu klein, so dass die erforderliche Festigkeit nicht erzielt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Werkzeughalterung und des Werkzeugs des Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung, und zwar in einem Zustand, in dem sie entlang der Mittelachse voneinander getrennt sind.

Fig. 2 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht der Werkzeughalterung und des Werkzeugführungsbereichs in einem Zustand, in welchem das Positionieren dieser Elemente bei Raumtemperatur durchgeführt wird.

Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Werkzeughalterung und des Werkzeugs aus Fig. 2.

Fig. 4 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht, welche das Werkzeug in dem Zustand zeigt, in welchem es in die Werkzeughalterung eingepasst ist.

Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) sind Draufsichten, welche andere Beispiele für die Ausgestaltung des Führungsbereichs zeigen.

Fig. 6 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht, welche zeigt, wie das Positionieren bei einem herkömmlichen Schrumpfpassverfahren bei Raumtemperatur durchgeführt wird.

Bezugsziffern

3 Werkzeughalterung

6 Öffnung

7 Lagerbereich

7a Endfläche

10 Schneidwerkzeug

12 Werkzeug

13 Werkzeughauptkörper

13a Endfläche (Schulterbereich)

14 Führungsbereich

Beschreibung der Ausführungsform

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben. Die Komponenten oder Elemente, welche gleich sind wie bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik, sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und auf eine Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet. Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Werkzeugs und einer Werkzeughalterung im Zustand vor dem Zusammenpassen, welche diese Elemente in einem getrennten Zustand zeigt; Fig. 2 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht, welche den Zustand zeigt, in welchem der Werkzeugführungsbereich in die Öffnung der Werkzeughalterung eingeführt und darin positioniert worden ist; Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Bereichs aus Fig. 2, wo das Werkzeug in die Öffnung eingepasst ist; und Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines schrumpfgepassten Schneidwerkzeugs.

Das Schneidwerkzeug 10 aus Fig. 1 weist ein Werkzeug 12 sowie die Werkzeughalterung 3 auf, welche mit Bezug auf die herkömmliche Technik bereits beschrieben worden sind. Die Werkzeughalterung 3 hat den gleichen Aufbau wie in dem oben genannten herkömmlichen Beispiel, und sie besteht aus einem Material mit einem thermischen Expansionskoeffizienten, der größer ist als der des Werkzeugs 12, wie beispielsweise Stahl, wobei das Werkzeug 12 beispielsweise aus Hartmetall, Cermet oder Keramik besteht. In der Zeichnung ist nur der Basisseitenbereich des Werkzeugs 12 dargestellt, welcher in die Öffnung 6 der Werkzeughalterung 3 eingepasst ist. Dieser Bereich wird als Werkzeughauptkörper 13 bezeichnet. Der Basisseitenbereich des Werkzeughauptkörpers 13, welcher in die Werkzeughalterung 3 eingepasst ist, ist als Zylinder mit einem äußeren Durchmesser D1 ausgeformt, und an seiner Basisendfläche 13a ist integral ein zylindrischer Führungsbereich 14 mit einem äußeren Durchmesser D2 ausgeformt, welcher geringfügig kleiner ist als D1. Damit dieser Führungsbereich 14 fest in die Öffnung 6 der Werkzeughalterung eingepasst werden kann, ist der Außendurchmesser D2 des Führungsbereichs geringfügig kleiner als der Innendurchmesser d der Öffnung 6. Der Außendurchmesser D1 des Werkzeughauptkörpers 13 ist geringfügig größer als der Innendurchmesser d der Öffnung 6 bei Raumtemperatur.

Im Zustand in Fig. 4 sind der Führungsbereich 14 des Werkzeugs 12 und der Werkzeughauptkörper 13 in die Öffnung 6 schrumpfgepasst. Der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser D1 des Werkzeughauptkörpers 13 und dem Innendurchmesser d der Öffnung 6, (D1-d), dient als Presssitz, und durch den Pressdruck aufgrund dieses Presssitzes sind das Werkzeug 12 und die Werkzeughalterung 3 fest aneinander befestigt.

Der Führungsbereich 14 und der Werkzeughauptkörper 13 sind koaxial bezüglich der Mittelachse O ausgeformt, und der Verbindungsabschnitt zwischen der Außenfläche 14a des Führungsbereichs 14 und der Endfläche 13a des Werkzeughauptkörpers 13 ist ein rechtwinkliger Stufenbereich, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei die ringartige Endfläche 13a einen Schulterbereich bildet.

Es ist wünschenswert, dass die Länge L des Führungsbereichs 14, gemessen entlang der Mittelachse O, im Bereich zwischen (1/4)d bis d liegt. Wenn die Länge L kleiner ist als (1/4)d, besteht die Gefahr, dass das Werkzeug 12 sich bezüglich der Werkzeughalterung 3 neigt, wenn der Führungsbereich 14 in die Öffnung 6 zum Einpassen bei Raumtemperatur eingeführt wird. Wenn andererseits die Länge L größer ist als d, ist die Länge des Presssitzes, wenn das Werkzeug 12 eingepasst wird, klein, was zu einer geringen Festigkeit der Passung führt.

Das Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist wie oben beschrieben ausgeformt. Nun wird ein Verfahren zur Schrumpfpassung beschrieben.

Im Zustand nach Fig. 1 sind die Werkzeughalterung 3 und das Werkzeug 12 getrennt voneinander. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, wird dann der Führungsbereich 14 des Werkzeugs 12 in die Öffnung 6 der Werkzeughalterung 3 eingeführt, welche aufrecht steht, wobei die Öffnung 6 nach oben gerichtet ist. In diesem Zustand wird die Außenfläche 14a des Führungsbereichs 14 in engem Kontakt mit der Innenfläche 8 der Öffnung 6 gehalten. Außerdem stößt die Endfläche 13a, welche den Schulterbereich des Werkzeughauptkörpers 13 bildet, gegen die Endfläche 7a um die Öffnung 6 der Werkzeughalterung 3, so dass die Werkzeughalterung 3 und das Werkzeug 12 koaxial bezüglich der Mittelachse O positioniert sind.

In diesem Zustand wird das Werkzeug 12 koaxial bezüglich der Werkzeughalterung 3 gehalten, ohne dass das Werkzeug 12 mit der Hand oder einem Spannfutter oder ähnlichem gehalten werden müsste, was die anfängliche Positionierung bewirkt.

In diesem Zustand wird die äußere Umfangsfläche 7b des Lagerbereichs 7 der Werkzeughalterung 3 erhitzt, wodurch die Öffnung 6 sich thermisch erweitert und ihr Durchmesser sich vergrößert. Wenn der Innendurchmesser d der Öffnung 6 größer geworden ist als der Außendurchmesser D1 des Werkzeughauptkörpers 13, fällt der Werkzeughauptkörper in die Öffnung 6, und ein Teil des Werkzeughauptkörpers 13 wird in die Öffnung 6 eingepasst, wie in Fig. 4 gezeigt. Dann wird die Werkzeughalterung 3 abgekühlt, mit dem Ergebnis, dass der Werkzeughauptkörper 13 durch den Pressdruck fest in seiner Lage gehalten wird, wobei der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser D1 des Werkzeughauptkörpers 13 und dem Innendurchmesser d der Öffnung 6, (D1-d), als Passung dient.

Wie oben beschrieben, können in dieser Ausführungsform das Werkzeug 12 und die Werkzeughalterung 3 koaxial vor dem Erhitzen gehalten werden, und als Ergebnis des anschließenden Erhitzens fällt das Werkzeug 12 automatisch in die Öffnung 6 der Werkzeughalterung, wobei der Führungsbereich 14 als Führung verwendet wird, und wird in die Öffnung eingepasst. Daher können das Positionieren des Werkzeugs 12 bezüglich der Werkzeughalterung 3 und das Einpassen beim Schrumpfpassen leicht durchgeführt weißen, ohne dass das Werkzeug 12 mittels der Hand oder mittels eines Spannfutters oder ähnlichem gehalten oder hineingezwungen werden müsste.

Während in der oben beschriebenen Ausführungsform der Führungsbereich 14 zylindrisch ist, ist dies nicht als Begrenzung gedacht. Es ist beispielsweise auch möglich, einen Führungsbereich 14A in Form eines Viereck-Pols auszuformen, wie in Fig. 5(a) gezeigt. In diesem Fall hat der Umkreis P des Führungsbereichs 14A einen Durchmesser φD2. Wenn der Führungsbereich 14A in die Öffnung 6 eingeführt wird, stößt er fest gegen die innere Umfangsfläche 8 der Öffnung 6, was es ermöglicht, das Werkzeug 12 und die Werkzeughalterung 3 koaxial zu halten.

Gleichzeitig ist es möglich, jede geeignete Ausgestaltung des Führungsbereichs zu verwenden, welche auf dem Umkreis P liegt, beispielsweise einen Führungsbereich 14B in Form eines Dreieck-Pols, wie in Fig. 5(b) gezeigt, einen Führungsbereich 14C in Form eines Stern-Pols, wie in Fig. 5(c) gezeigt, oder einen Führungsbereich 14D in Form eines Fünfeck-Pols, wie in Fig. 5(d) gezeigt.

Während außerdem in der oben beschriebenen Ausführungsform das Werkzeug 12 aus Hartmetall oder ähnlichem geformt ist und die Werkzeughalterung 3 aus Stahl oder ähnlichem, sind die Materialien der Komponenten nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, verschiedene Materialien zu verwenden. Außerdem ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Komponenten aus verschiedenen Materialien bestehen. Sie können auch aus dem gleichen Material sein.

Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen anwendbar, beispielsweise auf Drehwerkzeuge oder Drehschneidwerkzeuge, wie Schaftfräser oder Bohrer.

Vorteile

Wie oben beschrieben, kann mit dem Schneidwerkzeug und mit dem Schrumpfpassverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein wechselseitiges Positionieren durchgeführt werden durch Einführen des Führungsbereichs in die Öffnung der Werkzeughalterung vor dem Erhitzen, und es besteht keine Notwendigkeit, das Werkzeug zum Schrumpfpassen festzuhalten; da der Werkzeughauptkörper automatisch in die Öffnung fällt, nachdem die Werkzeughalterung anschließend erhitzt worden ist, kann das Schrumpfpassen leicht und einfach durchgeführt werden, und ein Zentrieren wird ebenfalls bewirkt.


Anspruch[de]

1. Schneidwerkzeug mit einem Werkzeug (12) sowie einer Werkzeughalterung (3) mit einer Öffnung (6) zum Einpassen des Werkzeughauptkörpers (13) durch eine Schrumpfpassung, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (12) aus einem Werkzeughauptkörper (13) und einem Führungsbereich (14) besteht, welcher einen geringeren Durchmesser hat als der Werkzeughauptkörper (13) und koaxial damit ausgebildet ist, wobei der äußere Durchmesser (D1) des Werkzeughauptkörpers (13) größer ist als der innere Durchmesser (d) der Öffnung (6), so dass die Differenz als Passung dienen kann, wobei der äußere Durchmesser oder der Umkreisdurchmesser (D2) des Führungsbereichs (14) des Werkzeugs (12) geringfügig kleiner ist als der innere Durchmesser (d) der Öffnung (6), und wobei die Länge (L) des Führungsbereichs (14) des Werkzeugs (12) im Bereich von 1/4d < L < d liegt, so dass der Führungsbereich (14) bei Raumtemperatur fest in die Öffnung (6) eingeführt wird, und wobei im Verbindungsabschnitt zwischen dem Werkzeughauptkörper (13) und dem Führungsbereich (14) ein Schulterbereich (13a) vorgesehen ist, welcher in Kontakt mit einer Fläche um die Öffnung (6) herum gerät.







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