WERKZEUGSYSTEM

Werkzeugsystem

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem mit einem Halter und einem eine Werkzeugschneide und ein Festlegeteil aufweisenden Schneidwerkzeug gemäß der Merkmalsausgestaltung des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Im Stand der Technik sind Werkzeugsysteme für die Metallbearbeitung bekannt, die in Zusammenwirkung mit einer rotierenden Antriebsspindel oder mit einem nicht rotierenden Maschinensupport ein rotierendes oder nicht rotierendes Bearbeitungswerkzeug bilden. Beispielsweise zeigt die DE 34 48 086 C2 ein Werkzeug für eine Innenbearbeitung. In Verbindung mit einer Bearbeitungsmaschine, die dem Halter eine Translationsbewegung vermittelt, können derartige Werkzeugsysteme auch als Stoßwerkzeug Verwendung finden.

In der Regel werden solche Werkzeugsysteme, vorzugsweise mit aus einem Hartmetall werkstoff bestehenden Schneidwerkzeug, für Bearbeitungsvorgänge benutzt, die mit hoher Genauigkeit durchzuführen sind. Um die Einhaltung entsprechend enger Toleranzen zu gewährleisten und um eine hohe Güte der jeweils bearbeiteten Werkstückflächen zu erzielen, ist eine sichere und starre Befestigung des Schneidwerkzeuges am Halter von aus- schlaggebender Bedeutung, wobei sichergestellt sein muss, dass über die Werkzeugschneide auf das Festlegeteil einwirkende Schneidkräfte nicht zu Abweichungen der Zentrierung oder Positionierung des Schneidwerkzeuges führen. Die bekannten Werkzeugsysteme werden dieser Anforderung nicht in ausreichendem Maße gerecht. Dadurch, dass für die Werkzeugschneide ein Überstand über den Halter vorgesehen sein muss, um die spanende Bearbeitung in außerhalb der Kontur des Halters gelegenen Bereichen zu ermöglichen, wirkt die Schneidkraft an einer relativ zum Halter auskragenden Stelle des Systems, wodurch am Festlegeteil des Schneidwerkzeuges Kräfte und Momente auftreten, die die starre und sichere Festlegung beeinträchtigen.

Demgemäß ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 299 11 894 U1 zur Vermeidung der dahingehenden Nachteile bei einem gattungsgemäßem Werkzeugsystem bereits vorgeschlagen worden, die Werkzeugschneide für eine spanende Bearbeitung um einen vorgebbaren Überstand über den Halter des Werkzeugsystems vorstehend zu lassen, wobei der Halter außenum- fangsseitig mit einem Abstützteil versehen ist, das in Richtung auf den Überstand der Werkzeugschneide vorspringt und eine Abstützfläche für eine zumindest teilweise Anlage des Schneidwerkzeuges bildet. Bei der bekannten Lösung besitzt der Halter die Form eines eine Längsachse definierenden Schaftes, wobei das genannte Abstützteil durch einen, bezogen auf die Längsachse, aus der Umfangsfläche des Schaftes radial vorstehenden, mit diesem einstückigen Abstützkörper gebildet ist, und wobei der Schaft wiederum zumindest an seinem freien Ende eine an dessen Stirnfläche und dessen Umfang offene Vertiefung als Sitz für die Aufnahme eines Festlegeteiles des Schneidwerkzeuges bildet. Bei der bekannten Lösung sind in verschiedenen Schneidebenen verteilt und in mehreren gleich ausgebildeten Aufnahmen des Halters Schneidkörper als Schneidwerkzeuge eingesetzt, wobei das jeweilige Schneidwerkzeug sich vollflächig an einem bogen- oder wellenförmig verlaufenden Vertiefungsgrund als Sitz im Halter für eine spanende Bearbeitung abstützt. Dergestalt kann nicht ausgeschlossen werden, dass es zu statischen Überbestimmungen bei der Festlegung des Werkzeuges in der Aufnahme kommt, was die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen könnte. Auch ist bereits aufgrund der Vielzahl an eingesetzten Schneidwerkzeugen mit der hierfür vorgesehenen speziellen bogenförmigen Halterung eine besonders steife Gesamtauslegung des Werkzeugsystems nicht erreichbar, was sich wiederum nachteilig auf die Bearbeitungs- genauigkeit auswirken kann.

Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Werkzeugsystem zur Verfügung zu stellen, das bei kostengünstiger Realisierung eine besonders starre und gegen hohe Belastungen sichere Festlegung des Schneidwerkzeugs am Halter gewährleistet. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Werkzeugsystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Schneidwerkzeug zumindest über den Großteil des Festlegeteiles einen im großen Ganzen keilförmigen Umriss mit Seitenwänden besitzt, die, von einem der Werkzeugschneide entgegengesetzten Scheitelbereich ausgehend, V-förmig divergieren, dass der Sitz des Halters für die Zusammenwirkung mit den Seitenwänden des Festlegeteiles des Schneidwerkzeuges Sitzwände mit von einem Vertiefungsgrund radial nach außen, und zumindest teilweise ebenso V-förmig divergierenden Verlauf besitzt, und dass der Scheitelbereich des Schneidwerkzeugs einen vorgebbaren freien Abstand zu dem Boden des Vertiefungsgrundes aufweist, ist das Schneidwerkzeug nicht nur innerhalb des Umfangsbereiches des Halters gegen die Arbeitsbe- lastungen abgestützt, sondern auch in einem außerhalb des Umfangsberei- ches des Halters gelegenen Bereich, dh an der Stelle, die der auskragenden Werkzeugschneide benachbart ist. Schneidkräfte und erzeugte Momente werden daher in unmittelbarer Nachbarschaft der Angriffsstelle über das vorspringende Abstützteil in den Halter eingeleitet, was zu einer Verringerung der am Festlegeteil des Schneidwerkzeuges wirkenden Lastmomente beiträgt.

Aufgrund der V-förmigen Ausgestaltung für den Sitz des Schneidwerkzeuges unter entsprechender aussparender Freilassung durch den Vertiefungsgrund des Sitzes sind statische Überbestimmungen vermieden und unabhängig von der möglichen Toleranzsituation justiert sich das Schneidwerkzeug selbsttätig und positionsgenau zwischen den V-förmig divergierenden Sitzwänden des Halters. Dadurch, dass der Vertiefungsgrund gegenüber dem benachbarten Ende des Schneidwerkzeuges in Form des Scheitelbereiches frei geschnitten ist, sind insoweit statische Überbestimmungen vermieden und ein funktionsfähiger Toleranzausgleich, betreffend das System aus Halter und Schneidwerkzeug geschaffen. Insgesamt ist mit der erfindungsgemäßen Lösung ein sehr starrer funktionssicherer Aufbau erreicht, der sich kostengünstig realisieren läßt. Bei der Bearbeitung auftretende in den Halterschaft eingeleitete Schwingungen lassen sich dergestalt weitestgehend vermeiden oder zumindest sicher beherrschen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeug- Systems ist vorgesehen, dass die radial nach außen divergierenden Sitzwände des Halters in Richtung der Längsachse desselben in den Vertiefungsgrund ausmünden, der eine demgegenüber erweiterte, vorzugsweise kreisbogenförmig verlaufende Innenwand aufweist, die Teil des Bodens des Vertiefungsgrundes ist. Durch die dahingehende Ausnehmung in Form des ausgesparten Vertiefungsgrundes im Halter ist, bezogen auf die V-Form der Verbindungslösung, zwischen Seiten- und Sitzwänden eine Art Zangengriff realisiert, was große Halte- und Abstützkräfte ermöglicht. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass der Durchmesser des Kreisbogens für den Vertie- fungsgrund größer gewählt ist, als der freie Eingangsquerschnitt, in den die V-förmigen Sitzwände in den Vertiefungsgrund ausmünden. Vorzugsweise beträgt der Öffnungswinkel für die V-Form etwa 30 bis 45 Grad.

Bei weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen bildet der Schaft zumindest an seinem freien Ende einen Rotationskörper, wobei eine an dessen Stirnfläche und dessen Umfang offene Vertiefung einen Sitz für die Aufnahme des Festlegeteiles des Schneidwerkzeuges bildet.

Die Anordnung kann hierbei so getroffen sein, dass der Abstützkörper der- art axial an den Sitz angrenzt, dass seine zur vorderen Stirnfläche des Schaftes weisende Abstützfläche eine über den Umfang des Rotationskörpers radial vorstehende Fortsetzung der rückwärtigen Endfläche des Sitzes bildet. Somit bildet der Abstützkörper zusammen mit der rückwärtigen Endfläche des Sitzes eine durchgehende Abstützfläche für das Schneidwerkzeug, das mit einer ebenen Anlagefläche seines Festlegeteiles in formschlüssiger Anlage an der ebenen rückwärtigen Endfläche des Sitzes und der diese fortsetzenden Abstützfläche des Abstützkörpers anliegen kann. Mit anderen Worten gesagt, ergibt sich somit eine flächige Anlage, ausgehend vom Grund der Vertiefung bis zum radial außenliegenden Ende des Abstützkörpers.

Wenn das Werkzeugsystem für eine Bearbeitung vorgesehen ist, bei der entlang der Längsachse wirkende Kraftkomponenten der Schneidkraft auftreten, wenn beispielsweise das Werkzeugsystem als Stoßwerkzeug vorgesehen ist, sind vorzugsweise die Anlagefläche des Festlegeteiles, die rück- wattige Endfläche des Sitzes und die sich daran anschließende Abstützfläche des Abstützkörpers in einer Radialebene gelegen.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen besitzt das Schneid- Werkzeug die Gestalt eines vorzugsweise aus einem Hartmetallwerkstoff gebildeten Blockes, dessen Schneidenteil einen Fortsatz des Festlegeteiles bildet, wobei dieser das Schneidenteil bildenden Fortsatz derart geformt ist, dass er den Überstand der Werkzeugschneide über den Halter und den Abstützkörper hinaus bildet, und wobei der Fortsatz mit einer Endfläche als Teil der Anlagefläche mit der Abstützfläche des Abstützkörpers zusammenwirkt und die Werkzeugschneide zumindest eine Schneidkante aufweist, die an oder bei der der Stirnfläche des Halters zugewandten Vorderseite des Schneidenteiles gelegen ist.

Hierbei kann zumindest eine Hauptschneide vorhanden sein, die sich an der Vorderseite des Fortsatzes in einer zur Abstützfläche parallelen Ebene erstreckt. Bei translatorischer Bewegung des Halters bildet das System hierbei ein Stoßwerkzeug.

Für eine zweckmäßige Spanformung kann hierbei vorgesehen sein, dass die der rückwärtigen Endfläche entgegengesetzte vordere Seite des Fortsatzes eine sich an die Hauptschneide anschließende Spanfläche mit geringer Wölbung aufweist, die so gewählt ist, dass sich, abhängig von den Eigenschaften des Werkstückes, den Schneidbedingungen und dergleichen, der gewünschte Spanfluß ergibt.

Um optimale Sitzverhältnisse zu gewährleisten, ist vorzugsweise die Anordnung so getroffen, dass die mit den Sitzwänden zusammenwirkenden Seitenwände des Festlegeteiles des Schneidwerkzeuges von der Ebene ab- weichende Teilbereiche aufweisen, wobei beispielsweise eine ballige Formgebung im Kontaktbereich zwischen Seitenwänden und Sitzwänden vorgesehen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinander gezogen gezeichnete perspektivische Schrägansicht eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Werkzeugsy- stems;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößert gezeichnete perspektivische Schrägansicht lediglich des vorderen Endabschnittes des Halters des Ausführungsbeispieles ohne angebrachtes Schneidwerkzeug; Fig. 3 eine in noch größerem Maßstab dargestellte perspektivische Schrägansicht lediglich eines Schneidwerkzeuges für die Benutzung beim erfindungsgemäßen Werkzeugsystem und Fig. 4 und 5 in näherungsweise dem gleichen Maßstab wie Fig. 2 gezeichnete perspektivische Schrägansichten zweier unterschiedlich gestalteter Schneidwerkzeuge für das erfindungsgemäße Werkzeugsystem.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem das Werkzeugsystem ein Stoßwerkzeug bildet, wobei der Halter 1 mit dem an ihm stirnseitig festgelegten Schneidwerkzeug 3 in Richtung der Halterlängsachse 5 bewegt wird, um eine Stoßbearbeitung mit einer Hauptschneide 7 des Schneidwerkzeuges 3 an einem nicht gezeigten

Werkstück durchzuführen, wobei sich die Hauptschneide 7 senkrecht zur Längsachse 5 erstreckt. Beim Einsatz als Stoßwerkzeug wirkt beim Arbeitsvorgang eine Schneid- oder Arbeitskraft, die größtenteils entlang der Längsachse 5 gerichtet ist. Bei einer alternativen Anwendung des Werkzeugsy- stems für Drehbearbeitung oder Bohrbearbeitung, bei denen ein Zerspanungsvorgang an neben der Hauptschneide 7 gelegenen Schneidkanten 9 und/oder 1 1 stattfinden kann, s. Fig.3, ergibt sich ebenfalls eine Kraftkomponente entlang der Längsachse 5.

Fig.1 und 2 verdeutlichen die bei der Erfindung vorgesehene Abstützung des Schneidwerkzeuges 3 am Halter 1 , der die Form eines einen Rotationskörper bildenden Schaftes besitzt, wobei in der Nähe der Stirnfläche 13 des Halters 1 ein mit diesem einstückig ausgebildeter Abstützkörper 15 radial vorstehend ausgebildet ist. Der Abstützkörper 15 besitzt die Form eines zu seiner Ober- oder Außenseite hin leicht abgeschrägten Klotzes, der, abgesehen von seinen Abschrägungen 17, einen etwa quadratischen Querschnitt besitzt. An seiner der Stirnfläche 13 zugewandten Seite bildet der Abstützkörper 15 eine in einer Radialebene liegende ebene Abstützfläche 19. Die- se befindet sich von der vorderen Stirnfläche 13 des Halters 1 in einem axialen Abstand, welcher der axialen Erstreckung eines am Halter 1 befindlichen Sitzes 21 entspricht, in dem das Schneidwerkzeug 3 aufnehmbar und darin festlegbar ist.

Wie aus Fig. 1 und 2 erkennbar ist, ist der Sitz 21 durch eine an der Stirnfläche 13 und am Umfang des Halters 1 offene Vertiefung gebildet. Diese weist, ausgehend vom Vertiefungsgrund 23, der in der Nähe der Längsachse 5 gelegenen ist, Sitzwände 25 auf, die sich, ausgehend vom Grund 23 und zueinander divergierend, zum Außenumfang des Halters 1 hin erstrek- ken. Der Aufnahmeraum des Sitzes 21 für das Schneidwerkzeug 3 hat daher einen V-förmigen Querschnitt.

Die rückwärtige Endfläche 27 des Sitzes 21 liegt in gemeinsamer Ebene mit der Abstützfläche 19 des Abstützkörpers 15, so dass die Abstützfläche 19 eine unmittelbare Fortsetzung der hinteren Endfläche 27 des Sitzes 21 bildet. Somit steht für das im Sitz 21 festgelegte Schneidwerkzeug 3 eine durchgehende, plane Kontaktfläche zur Verfügung, die sich über den Außenumfang des Halters 1 hinaus radial mit der Abstützfläche 19 des Ab- Stützkörpers 15 fortsetzt.

Das Schneidwerkzeug 3 weist an seiner der vorderen Schneide 7 entgegengesetzten Rückseite eine plane Anlagefläche auf, die, wenn das Schneidwerkzeug 3 im Sitz 21 aufgenommen ist, formschlüssig an der hinteren En- fläche 25 und der sie radial fortsetzenden Abstützfläche 19 anliegt. Wie aus Fig.1 und 2 zur ersehen ist, befindet sich am Übergangsbereich zwischen Endfläche 27 und Abstützfläche 19 eine Gewindebohrung 29 für eine Spannschraube 31 in Form einer eine Durchgangsbohrung 33 im Schneidwerkzeug 3 durchgreifenden Senkkopfschraube, mittels deren das Schneidwerkzeug 3 im Sitz 21 festspannbar ist, wobei sich der Festlegeteil 35 des Schneidwerkzeuges 3 mit Seitenwänden 41 in seitlicher Anlage an den Sitzwänden 25 befindet und der der Schneide 7 benachbarte Schneidenteil 37 des Schneidwerkzeuges 3 an der Abstützfläche 19 des Abstützkörpers anliegt.

Wie ebenfalls aus den Figuren ersichtlich, hat das Festlegeteil 35 des block- förmig gestalteten Schneidwerkzeuges 3 im großen Ganzen eine Keilform, die dem V-förmigen Aufnahmequerschnitt des Sitzes 21 angepaßt ist, wobei die Keilform im unteren Scheitelbereich 39 abgerundet ist. Die sich vom Scheitelbereich 39 divergierend erstreckenden Seitenwände 41 des Festlegeteils 35 weisen von der ebenen Gestalt abweisende Flächenbereiche oder eine gewisse ballige Formgebung für eine optimale Anlage an den Sitzwänden 25 auf. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Enden der Sitzwände 25 am Grund 23 der den Sitz 21 bildenden Vertiefung durch eine Ausnehmung 43 in Form einer Teilbohrung voneinander getrennt, so dass am Grund 23 ein Freiraum zwischen Halter 1 und Scheitelbereich 39 des im Sitz 21 aufgenommenen Schneidwerkzeuges erzeugt wird.

Wie Fig.3 zeigt, weist das Schneidwerkzeug 3 einen Kanal 45 für ein Kühl- Schmi ermittel auf, wobei der Kanal 45 in der Nähe der Hauptschneide 7 mündet. Bei im Sitz 21 aufgenommenem Schneidwerkzeug 3 befindet sich der Eingang des Kanals 45 an der Austrittsöffnung 47 einer in üblicher Weise im Halter 1 befindlichen Zuführleitung (nicht gezeigt).

Fig. 4 und 5 zeigen zwei unterschiedliche Gestaltungen der Hauptschneide 7 des Schneidwerkzeuges 3. Während beim Beispiel von Fig. 4 eine zentral gelegene Hauptschneide 7 vorhanden ist, an die sich seitlich zurückgenommene Randbereiche des Schneidenteils 37 anschließen, ist beim Bei- spiel von Fig.5 die Hauptschneide im zwei seitliche Schneiden 7 unterteilt, zwischen denen sich ein zurückgesetzter Zentralteil des Schneidenteils 37 befindet. Wie ebenfalls aus Fig. 4 und 5 erkennbar, schließt sich an die jeweilige Schneide 7 kein planer Flächenabschnitt an, sondern eine Spanfläche 49, die eine leicht schaufeiförmige Wölbung 51 aufweist, um beim Ar- beitsvorgang eine optimale Spanformbildung zu begünstigen.