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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung aus einem Werkzeughalter und einem Werkzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
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Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei dem Schneiden von Innen- oder Außengewinden mit Werkzeugmaschinen, beispielsweise Werkzeugmaschinen oder CNC-Bearbeitungszentren. Dafür wird mindestens ein Werkzeug zum Schneiden von Gewinden verwendet, das als Gewindeschneider, Gewindebohrer, Gewindeformer, Schneideisen, Rolleisen oder Gewinderollkopf ausgebildet werden kann und beispielweise in eine Werkzeugmaschine eingespannt wird. Die Werkzeugmaschine übermittelt ihre Drehbewegung dem Werkzeug, das dann in ein vorgebohrtes Loch oder auf einen Materialstab eines Werkstücks entlang einer Längsachse gefahren wird, um dort das Gewinde zu schneiden. Beim Gewindeschneiden entspricht der Vorschub der Werkzeugmaschine der Gewindesteigung, das heißt, dem axialen Weg, der durch eine Umdrehung des Gewindes zurückgelegt wird. Der Vorschub ist also konstant.
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Es ist häufig notwendig, ein Gewinde in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten zu fertigen, um die notwendige Bearbeitungskraft zu reduzieren. Dafür werden unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt, nämlich einem Vorschneider, einem Mittelschneider und einem Fertigschneider, in dieser Reihenfolge, die eine immer genauere und tiefere Bearbeitung des Gewindes erlauben. Es kann auch eine nachträgliche Bearbeitung eines schon vorhandenen Gewindes notwendig sein, welche üblicherweise manuell erfolgen muss, insbesondere wenn Ausschuss produziert wurde.
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In allen diesen Fällen, in denen das Gewinde schon teilweise bearbeitet wurde, wird eine weitere Bearbeitung des Gewindes in der Regel manuell durchgeführt, da nur so eine exakte Ausrichtung des Werkzeugs zum vorhandenen Gewinde erreicht werden kann. Auch für eine maschinelle Bearbeitung muss das neu eingesetzte Werkzeug manuell ausgerichtet werden, damit die Position des Gewindewerkzeuganschnitts mit dem Gewindeanfang des schon vorhandenen Gewindes übereinstimmt und nicht zwei unterschiedlichen Gewinden in einem einzigen Kernloch oder an einer Materialstange geschnitten werden. Eine solche manuelle Ausrichtung kostet Zeit und ist unnötig kompliziert. Insbesondere kann eine maschinelle Bearbeitung nur erfolgen, zu funktionieren, nachdem die Ausrichtung durchgeführt wurde.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Werkzeughalter bereitzustellen, der eine einfache und schnelle Ausrichtung des Werkzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Werkzeughalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung aus einem Werkzeug und einem Werkzeughalter mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Werkzeughalter zur Halterung eines Werkzeugs mit einem Gehäuseteil, das rückseitig angeordnet ist und an einer Maschine befestigt werden kann, und einem Aufnahmeteil, das vorderseitig angeordnet ist und in dem das Werkzeug aufgenommen werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass eine gesamte Länge des Werkzeughalters veränderbar ist.
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Mit diesem Werkzeughalter kann ein schon teilweise bearbeitetes Gewinde eines Werkstückes nachträglich bearbeitet werden, ohne das Werkzeug vorher gegenüber dem Werkstück ausrichten zu müssen. Das Werkzeug wird in dem Aufnahmeteil des Werkzeughalters eingespannt, ggf. mittels eines zusätzlichen Halters, während das Gehäuseteil mit der Werkzeugmaschine verbunden wird. Die Werkzeugmaschine läuft mit einem vorgegebenen Vorschub, der der gewünschten Gewindesteigung entspricht. Wenn das Werkzeug auf das Werkstück trifft, kann sich die Länge des Werkzeughalters verändern, bis der Anschnitt des Werkzeugs den Gewindeanfang findet. Diese Ausrichtung erfolgt also automatisch bei laufender Werkzeugmaschine. Somit wird eine nachträgliche Bearbeitung bzw. eine mehrstufige Bearbeitung ohne vorherige, manuelle Ausrichtung ermöglicht. Diese automatische Ausrichtung ist einfach, zeitsparend, und sehr genau. Außerdem bietet der Werkzeughalter eine stabile und sichere Halterung des Werkzeugs.
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Eine besonders einfache Veränderbarkeit der Länge des Werkzeughalters wird erreicht, wenn das Aufnahmeteil entlang einer Längsachse gegenüber dem Gehäuseteil beweglich ist. Insbesondere, wenn eine Bewegung des Aufnahmeteils in rückseitiger Richtung, das heißt in Richtung des Gehäuseteils, möglich ist, ist ein negativer Längenausgleich zum Ausgleich der Gewindesteigung möglich.
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Besonders günstig ist es, wenn der Werkzeughalter so ausgebildet ist, dass das Aufnahmeteil ausgehend von einer vorderen Anschlagsposition entlang der Längsachse in rückseitiger Richtung in das Gehäuseteil hineingeschoben werden kann. Beim Treffen des Werkzeughalters auf das Werkstück wird somit das Aufnahmeteil in das Gehäuseteil solange hineingeschoben, bis die Position des vorderseitigen Anschnitts des Werkstückes mit dem Gewindeanfang des Werkstückes übereinstimmt.
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Vorzugsweise weist das Gehäuseteil ein erstes Teil mit einer ersten Bohrung auf, in der das Aufnahmeteil zumindest teilweise angeordnet ist. Das erste Teil ist als Drehteil ausgebildet, welches schnell und einfach gefertigt werden kann. Das Aufnahmeteil kann dann in die Bohrung des Gehäuseteils einfach hineingeschoben werden, was eine besonders platzsparende Anordnung bildet.
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Um eine Drehmomentübertragung zwischen dem Gehäuseteil und dem Aufnahmeteil zu ermöglichen, kann das Gehäuseteil ein zweites Teil mit einer Öffnung aufweisen, die zumindest teilweise einen mehreckigen Querschnitt aufweist und in der das Aufnahmeteil zumindest teilweise angeordnet ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Außenkontur des Aufnahmeteils zumindest teilweise auch einen an dem Querschnitt der Öffnung des Gehäuseteils angepassten, mehreckigen Querschnitt aufweist, so dass sich diese Konturen beim Hineinschieben des Aufnahmeteils in das Gehäuseteils überlappen.
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Indem das Gehäuseteil einen ersten Längenanschlag aufweist, der eine Bewegung des Aufnahmeteils in rückseitiger Richtung axial begrenzt, kann verhindert werden, dass das Aufnahmeteil beim Hineinschieben in das Gehäuseteil aus dem Gehäuseteil herausfällt.
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Zusätzlich kann das Gehäuseteil einen zweiten Längenanschlag aufweisen, der eine Bewegung des Aufnahmeteils in vorderseitiger Richtung axial begrenzt. Mit den zwei Längenanschlägen wird das Aufnahmeteil in dem Gehäuseteil so gehaltert, dass es aus dem Gehäuseteil nicht herausfallen kann. Das Aufnahmeteil ist dann zwischen den Längenanschlägen beweglich. Somit definieren diese Längenanschläge eine maximale Längenveränderung des Werkzeughalters, welche zum Längenausgleich verfügbar ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Aufnahmeteil mit einer Feder in vorderseitiger Richtung vorgespannt. Die Feder bildet ein einfaches Mittel zum Längenausgleich. Damit wird das Aufnahmeteil gegen den zweiten Längenanschlag geschoben, was eine vorderseitige Anfangsposition für das Aufnahmeteil definiert. Wenn das Werkzeug auf das Werkstück trifft, wird das Aufnahmeteil gegen die Federkraft in das Gehäuseteil hineingeschoben.
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Die Feder kann in einer Bohrung innerhalb des Gehäuseteils angeordnet sein. Diese Anordnung ist besonders platzsparend.
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Vorzugsweise ist eine Vorspannung der Feder einstellbar. Somit kann die Federkraft an die Größe des Gewindes oder an das Material des Werkstückes angepasst werden. Dies kann in einfacher Weise über eine rückseitig angeordnete Madenschraube erfolgen, über die eine Kompression der Feder in Axialrichtung eingestellt werden kann.
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Um das Werkzeug stabil aufzunehmen, ist das Aufnahmeteil werkzeugseitig als Spannzange ausgebildet. Das Werkzeug wird in die Spannzange eingelegt und kann dann mit einer darauf aufgesetzten Überwurfmutter gespannt werden. Somit ist es möglich, verschiedene Werkzeuge mit einem einzigen Aufnahmeteil aufzunehmen. Die Spannzange bietet außerdem eine sichere Drehmomentübertragung.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Werkzeughalter und einem in dem Werkzeughalter gehalterten Werkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkzeughalter gemäß der obigen Beschreibung und das Werkzeug ein Werkzeug zum Schneiden eines Gewindes mit einer vorgegebenen Steigung in, bzw. an einem Werkstück ist. Insbesondere kann das Werkzeug ein Gewindeschneider, ein Gewindebohrer, ein Gewindeformer, ein Schneideisen, ein Rolleisen oder ein Gewinderollkopf sein. Gewindebohrer, Gewindeformer und Gewinderollkopf können direkt in der Spannzange des Werkzeughalters aufgenommen werden. Schneideisen und Gewinderolleisen lassen sich mit Hilfe eines Halters in der Spannzange des Werkzeughalters aufnehmen. Mit dieser Anordnung kann ein bereits vorhandenes Gewinde in, bzw. an einem Werkstück ohne manuelle Ausrichtung des Werkzeugs nachbearbeitet werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine maximale Veränderung der gesamten Länge des Werkzeughalters mindestens der Steigung des Werkzeugs entspricht. Somit wird gesichert, dass eine Ausrichtung des Werkzeugs gegenüber dem Gewinde des Werkstückes immer möglich ist, selbst im Fall, dass sie um fast eine ganze Gewindesteigung gegeneinander verstellt sind. Um dies für typische Gewindesteigungen zu gewährleisten, ist eine Längenänderung in der Größenordnung von 6 mm ausreichend.
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Der Werkzeughalter gemäß der vorliegenden Anmeldung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeughalters in einer Draufsicht,
- 2 eine Längsschnittdarstellung des Werkzeughalters aus 1 in einer Seitenansicht und
- 3 eine Vorderansicht des Werkzeughalters aus 1.
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In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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1, 2 und 3 zeigen eine Draufsicht (1), einen Querschnitt in Seitenansicht (2) und eine Vorderansicht (3) eines Ausführungsbeispiels eines Werkzeughalters 100.
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Die Draufsicht der 1 erfolgt parallel zu einer ersten Ebene, die durch eine Längsachse A, die in 1 dargestellt ist, und eine radiale Achse B, die in 3 dargestellt ist, definiert ist. Der Querschnitt der 2 erfolgt entlang einer zweiten Ebene, die durch die Längsachse A und eine radiale Achse C, die in 3 dargestellt ist, definiert ist. Die radialen Achsen B und C sind orthogonal zueinander in der Draufsichtebene der 3.
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Der Werkzeughalter 100 ist im Wesentlichen zylindrisch mit einer Längsachse A ausgebildet und weist eine gesamte Länge l auf. Der Werkzeughalter 100 umfasst ein Gehäuseteil 1, das rückseitig angeordnet ist, und ein Aufnahmeteil 2, das vorderseitig angeordnet ist.
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Das Aufnahmeteil 2 ist vorderseitig als eine Spannzange 21 ausgebildet, die zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Werkzeugs geeignet ist. Das Werkzeug kann beispielweise ein Werkzeug zum Schneiden eines Gewindes in ein Kernloch oder an einen Materialstab eines Werkstücks sein. Der Werkzeughalter 100 kann aber auch für andere Werkzeuge verwendet werden. Das Werkzeug wird in die Spannzange 21 eingesetzt und mit einer auf die Spannzange 21 aufgesetzte Überwurfmutter 3 eingespannt. Somit können verschiedene Arte von Werkzeugen durch das Aufnahmeteil 2 aufgenommen werden. Die Überwurfmutter 3 weist auf ihrer Oberfläche Nuten 31 zum Spannen der Überwurfmutter 3 auf. Der Werkzeughalter 100 kann auch abhängig von dem aufzunehmenden Gewindewerkzeug flexibel für verschiedene Gewindewerkzeuge ausgelegt werden, indem das Aufnahmeteil 2 an das aufzunehmende Werkzeug angepasst wird.
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Das Aufnahmeteil 2 weist drei im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete, in rückseitiger Richtung axial nacheinander angeordnete Abschnitte 22, 23, 24 auf, deren jeweiligen radialen Abmessungen in rückseitiger Richtung immer geringer werden. Damit wird ein erster Längenanschlag 25 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 22, 23 und ein zweiter Längenanschlag 26 zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt 23, 24 gebildet. Der mittlere Abschnitt 23 weist einen mehreckigen Querschnitt auf. Insbesondere kann der Querschnitt 4- oder 6-eckig sein. Der rückseitige Abschnitt 24 ist dagegen kreiszylindrisch ausgebildet.
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Das Gehäuseteil 1 weist rückseitig ein erstes Teil 14, und vorderseitig ein zweites Teil 15 auf, wobei die Teile 14, 15 mit Schrauben 17, vorliegend vier, miteinander fest verbunden sind. Die Schrauben 17 sind in 3 sichtbar. Das Gehäuseteil 1 kann auch einstückig ausgebildet sein.
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Das erste Teil 14 ist ein Drehteil und weist eine axiale Bohrung auf, die drei axial nacheinander angeordnete Bohrungen 141, 142, 143 umfasst. Insbesondere weist die mittlere Bohrung 142 einen geringeren Durchmesser als die rückseitige Bohrung 143 auf, so dass ein Längenanschlag 12 gebildet ist. Außerdem ist der Durchmesser der Bohrung 142 so angepasst, dass der rückseitige Abschnitt 24 des zweiten Teils 2 in die Bohrung 142 eingesetzt werden kann.
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Das zweite Teil 15 weist eine axiale Öffnung 151 auf, die einen mehreckigen Querschnitt aufweist. Die mehreckige Kontur des zweiten Teils 15 und die Kontur des mittleren Abschnitts 23 des Aufnahmeteils 2 sind so aneinander angepasst, dass der mittlere Abschnitt 23 in die Öffnung 151 eingesetzt werden kann und eine Drehmomentübertragung zwischen diesen Teilen möglich ist. Die radiale Abmessung der Öffnung 151 ist größer als der Durchmesser der Bohrung 142 ausgebildet, so dass ein weiterer Längenanschlag 11 gebildet ist, der mit dem Längenanschlag 25 des Aufnahmeteils zusammenwirken kann.
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Das Gehäuseteil 1 und das Aufnahmeteil 2 sind so ausgebildet, dass das Aufnahmeteil 2 in der Öffnung 151, 142, 143 des Gehäuseteils 1 teilweise angeordnet werden kann.
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In der rückseitigen Bohrung 143 des ersten Teils 14 ist eine Feder 4 angeordnet, die als Rückstellfeder wirkt und als Schraubenfeder ausgebildet ist. Die Feder 4 ist rückseitig an einem in der Bohrung 143 angeordneten Stützelement 7 und vorderseitig an einer in der Bohrung 143 angeordneten Platte 6 abgestützt. Das Stützelement 7 ist kreiszylindrisch ausgebildet und kann in die Bohrung 143 eingeschraubt werden. Außerdem weist das Stützelement 7 einen Innensechskant oder Innenvierkant 5 auf, mit der die Vorspannung der Feder eingestellt werden kann. Die Platte 6 ist in der Bohrung 143 axial beweglich und weist einen an den Durchmesser der Bohrung 143 angepassten Außendurchmesser auf, so dass die Bewegung der Platte 6 in vorderseitiger Richtung durch den Längenabsatz 12 begrenzt ist.
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Das Aufnahmeteil 2 wird durch die Öffnung 151, 142, 143 in das Gehäuseteil 1 aufgenommen und ist rückseitig durch eine Schraube 61 an der Platte 6 befestigt. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind aber auch denkbar. Somit überlappen sich teilweise der mittlere Abschnitt 23 des Aufnahmeteils 2 mit mehreckiger Kontur und die Öffnung 151 des Gehäuseteils 1 mit mehreckigem Querschnitt, derart, dass eine Drehmomentübertragung möglich ist. Andererseits überlappen sich der rückseitige Abschnitt 24 des Aufnahmeteils 2 und die Bohrung 142 des Gehäuseteils 1. Das Aufnahmeteil 2 ist dementsprechend in dem Gehäuseteil 1 beweglich angeordnet, wobei die Bewegung des Aufnahmeteils 2 rückseitig durch das Zusammenwirken des Längenanschlags 12 und der Platte 6 und vorderseitig durch das Zusammenwirken der Längenanschlägen 11 und 26 begrenzt ist. In 2 ist eine Anfangsposition des Werkzeughalters 100 dargestellt, in der die Platte 6 durch die Feder 4 in vorderseitigen Richtung geschoben wird und gegen den Längenanschlag 12 stößt. Dies stellt die vorderste Position des Aufnahmeteils 2 und daher die maximale Länge l des Werkzeughalters 100 dar. Das Aufnahmeteil 2 kann soweit in das Gehäuseteil 1 gegen die Feder 4 hineingeschoben werden, bis der Abschnitt 23 gegen den Längenanschlag 11 stößt. Dies stellt die hinterste Position des Aufnahmeteils 2 und daher die minimale Länge l des Werkzeughalters 100 dar.
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Die gesamte Länge l des Werkzeughalters 100 ist somit um eine Länge d verstellbar, die eine maximale Längenveränderung des Werkzeughalters 100 darstellt und zum Längenausgleich verwendet werden kann. In der Anfangsposition ist diese maximale Längenveränderung d durch den Abstand zwischen den Längenanschlägen 11 und 26 gebildet ist. Die Länge d beträgt vorliegend 6mm und ist damit größer als die Gewindesteigung des zu schneidenden Gewindes, kann aber auch abhängig von der Gewindesteigung größer oder kleiner ausgebildet sein.
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Außerdem wirkt vorliegend der erste Längenanschlag 25 des Aufnahmeteils 2 mit einer Vorderseite 152 des zweiten Teils 15 des Gehäuseteils 1 zusammen, derart, dass der maximale Abstand zwischen dem Längenanschlag 25 und der Vorderseite 152 der Länge d entspricht. In der hintersten Position des Aufnahmeteils 2 stößt auch der Längenanschlag 25 gegen die Vorderseite 152 für eine bessere Kräfteverteilung.
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Das Gehäuseteil 1 ist mittels Schrauben 16, vorliegend vier, mit einer nicht näher dargestellten Maschine verbunden, vorliegend einer Werkzeugmaschine. Je nachdem in welcher Maschine der Werkzeughalter 100 eingesetzt wird, kann das Gehäuseteil 1 passend zur Maschinenaufnahme, die zum Beispiel als Rundschaft, Hohlkegelschaft, Steilkegel oder Morsekegel ausgebildet werden kann, ausgelegt werden.
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Der erfindungsgemäße Werkzeughalter 100 funktioniert wie folgt.
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Das nicht näher dargestellte Werkzeug ist vorliegend ein Werkzeug zum Schneiden eines Gewindes mit einem vorderseitig angeordneten Anschnitt zum Schneiden eines Gewindes mit einer bestimmten Gewindesteigung in oder an einem Werkstück. Das Werkstück weist schon ein mindestens teilweise bearbeitetes Gewinde auf, das nachbearbeitet werden muss und einen Gewindeanfang aufweist, und wird so eingespannt, dass es sich nicht verdrehen kann, zum Beispiel anhand eines Spanntischs. Das Werkzeug wird in die Spannzange 21 des Aufnahmeteils 2 aufgenommen und durch die Überwurfmutter 3 ohne es gegenüber dem Werkzeug auszurichten eingespannt. Rückseitig ist das Gehäuseteil 1 mittels den Schrauben 16 mit einer Werkzeugmaschine verbunden. An der Maschine wird der Gewindeschneidzyklus für starres Gewindeschneiden programmiert. Die Maschine wird mit einem Vorschub programmiert, der der Gewindesteigung entspricht. Somit entspricht die Position des Werkzeughalters der Position der 2. Dann wird das Werkzeug in Richtung des Werkstücks entlang der Längsachse A gefahren. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die Überlappung der aneinander angepassten mehreckigen Konturen des zweiten Teils 15 des Gehäuseteils 1 und des mittleren Abschnitt 23 des Aufnahmeteils 2, sowie über die Einspannung des Werkzeugs mit der Spannzange 21. Trifft nun das Werkzeug auf das Werkstück, bewegt sich die Maschinenachse mit gleichbleibendem Vorschub immer weiter, das Werkzeug mit dem daran befestigten Aufnahmeteil 2 steht jedoch am Werkstück an und kann aufgrund des negativen Längenausgleich im Werkzeughalter 100 solange in das Gehäuseteil 1 gegen die Feder 4 hineingeschoben werden, bis sich der Anschnitt des Werkzeugs und der Anfang des bereits vorhandenen Gewindes finden. Da die maximale Längenveränderung l des Werkzeughalters 100 immer größer als die Gewindesteigung ist, ist der notwendige negative Längenausgleich immer möglich. Danach kann das Werkzeug anfangen, das Gewinde zu schneiden, und zwar in dem gleichen Gewindegang wie das bereits vorhandene Gewinde.
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Hiermit wird erreicht, dass Gewinde mit mehreren Gewindewerkzeugen in mehreren aufeinander erfolgenden Schritten gefertigt werden können. Somit kann die Bearbeitungsgenauigkeit, insbesondere bei größeren Gewinden, erhöht werden. Außerdem können Gewinde nachbearbeitet werden, wenn Ausschuss produziert wird. Das Werkzeug wird dann aus dem Werkstück herausgenommen und dann nochmals darin eingelegt, ohne es vorher auszurichten.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Werkzeughalter
- 1
- Gehäuseteil
- 11, 12
- Längenanschlag
- 14
- Erstes Teil
- 141, 142, 143
- Bohrung
- 15
- Zweites Teil
- 151
- Öffnung
- 152
- Vorderseite
- 16, 17
- Schraube
- 2
- Aufnahmeteil
- 21
- Spannzange
- 22, 23, 24
- Abschnitt
- 25, 26
- Längenanschlag
- 3
- Überwurfmutter
- 31
- Nut
- 4
- Feder
- 5
- Innensechskant, Innenvierkant
- 6
- Platte
- 61
- Schraube
- 7
- Stützelement
- l
- Länge
- d
- Maximale Längenveränderung
- A
- Längsachse
- B, C
- Achse