DE3721521A1

DE3721521A1 - Tool-chucking system

Info

Publication number: DE3721521A1
Application number: DE19873721521
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Phys Dr Haag
Original assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Current assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1989-01-12

Abstract

The invention relates to a tool-chucking system which is designed in particular for high-speed machining. Specific shaping of the tool shank (3) and the chucking system and a suitable selection of material combination of tool shank and chucking bush (5) of the chucking system ensure that the deformation of tool shank and chuck occurring as a result of rotation is compensated for and the chucking force of the chucking system is thereby maintained. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug-Spannsystem, welches insbesondere für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a tool clamping system, which is especially designed for high-speed machining, according to the preamble of claim 1.

Bekannt sind Werkzeug-Spannsysteme unterschiedlichster Art. Im Be reich der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung treten jedoch infolge der hohen Drehfrequenz beträchtliche dynamische Verformungen sowohl des verwendeten Werkzeugs als auch des Spannsystems auf. Eine unzulässige Verminderung der Spannkraft des Spannsystems sind die Folge.Tool clamping systems of various types are known however, high-speed machining occur as a result of high rotational frequency considerable dynamic deformations both of the tool used as well as the clamping system. A impermissible reduction in the clamping force of the clamping system are Episode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug-Spannsy stem der eingangs erwähnten Art zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.The object of the invention is a tool clamping system to create stem of the type mentioned. This task will solved by the features characterized in claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims Chen marked.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß in den meisten Anwendungsfällen das zur Übertragung der Maschinenleistung auf das Werkzeug vorge sehene Spannsystem und jeweilige Werkzeug von verschiedenen Her stellern bezogen wird und diese nach unterschiedlichen Gesichtspunk ten ausgelegt sind. Die in Zukunft angestrebten hohen Drehzahlen moderner Werkzeugmaschinen (40 000 bis 120 000 1/min) können jedoch nur dann verwirklicht werden, wenn das zur Bearbeitung verwendete Werkzeug und das Spannsystem optimal aufeinander abgestimmt sind. Nur unter diesen Bedingungen kann eine unzulässige Verminderung der Spannkraft bei hohem Drehfrequenzen und damit auch das Sicherheits risiko so klein als möglich gehalten werden. Um unzulässige Schwin gungen zu verhindern, müssen sowohl Werkzeug als auch Spannsystem möglichst symmetrisch in ihrem konstruktiven Aufbau sowie präzise ausgewuchtet sein. Das Spannsystem wird aus diesem Grunde in Dehn spanntechnik aufgebaut. Dies hat ferner den Vorteil, daß eine gleich mäßige Spannung über den gesamten Umfang des Werkzeuges erzielt werden kann. Schaftdurchmesser des Werkzeugs und Spanndurchmes ser des Spannsystems sind in guter Passungsqualität aufeinander ab zustimmen.It is a known fact that in most applications the pre-transferred to transfer the machine power to the tool seen clamping system and respective tool from different Her is related and this according to different points of view are designed. The high speeds targeted in the future However, modern machine tools (40,000 to 120,000 rpm) can can only be realized if the one used for processing Tool and the clamping system are optimally coordinated. Only under these conditions can an inadmissible reduction in the Clamping power at high rotational frequencies and thus also safety risk is kept as small as possible. To illegal Schwin prevent both tools and the clamping system as symmetrical as possible in their construction and precise be balanced. For this reason, the clamping system is in stretch clamping technology built. This also has the advantage of being the same moderate tension is achieved over the entire circumference of the tool can be. Tool shank diameter and clamping diameter The clamping system is in good fit with one another agree.

Grundgedanke der Erfindung ist es, durch eine spezielle Formgebung von Werkzeugschaft und Spannsystem und/oder einer geeigneten Auswahl der Werkstoffkombination von Werkzeugschaft und Spannbüchse des Spannsystems dafür zu sorgen, daß sich insbesondere bei sehr hohen Drehfrequenzen die, infolge Rotation eintretende Verformung von Werkzeugschaft und Spannfutter nicht nachteilig auf die Spannkraft des Spannsystems auswirkt.The basic idea of the invention is through a special shape of tool shank and clamping system and / or a suitable selection the material combination of tool shank and clamping sleeve of the Clamping system to ensure that especially at very high Rotational frequencies the deformation of due to rotation Tool shank and chuck do not adversely affect the clamping force of the clamping system.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die dynamische Vergrößerung des Werkzeugschaftes infolge Rotation die Vergrößerung des Spanndurchmessers des Spannsystems minde stens kompensiert. Die Spannkraft des Spannsystems bleibt daher er halten oder kann sogar durch Rotation erhöht werden.The measures according to the invention ensure that the dynamic enlargement of the tool shank due to rotation the increase in the clamping diameter of the clamping system is at least most compensated. The clamping force of the clamping system therefore remains the same hold or can even be increased by rotation.

Um zu erreichen, daß die Ausdehnung des Werkzeugschaftes infolge Rotation größer ist als die Ausdehnung des Spannsystems, muß der Quotient Dichte/Elastizitätsmodul des Werkzeugschaftes um einen be stimmten Betrag größer sein als der Quotient Dichte/Elastizitätsmodul des Spannsystems. Bei gleicher Drehfrequenz, gleichem Werkstoff und gleichem Durchmesser weist ein Vollzylinder eine geringere Verfor mung auf als ein Hohlzylinder. Deshalb wird erfindungsgemäß eine größere Änderung des Schaftdurchmessers des Werkzeuges bei Rota tion dadurch erzielt, daß der Werkzeugschaft als Hohlzylinder ausge bildet wird. Als Werkstoff für den erfindungsgemäßen Werkzeug schaft kommen daher insbesondere spezielle Titan- oder Aluminium legierungen in Frage. Es können auch bestimmte, auf die Spannbüchse abgestimmte Stähle Verwendung finden. Wird etwa der Werkzeugschaft aus einer Titanlegierung gefertigt (Dichte ca. 4,51 g/cm³; Elastizitätsmodul ca. 112 000 N/mm²) und die auf die sen Werkstoff abgestimmte Spannbüchse aus einem geeigneten Stahl (Dichte ca. 7,85 g/cm³; Elastizitätsmodul ca. 216 000 N/mm²), so ist die relative Durchmesseränderung des Werkzeugschaftes ca. 10% größer als die des Spannsystems (unter alleiniger Berücksichtigung der Rota tion und bei gleichem Spanndurchmesser). Es existiert daher bei einem vorgegebenen Passungsspiel und der erfindungsgemäßen Auslegung des Werkzeug-Spannsystems für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eine kritische Drehfrequenz, oberhalb derer schon allein aufgrund der unter schiedlichen Ausdehnungsrate von Werkzeugschaft und Spannsystem, die Verbindung kraftschlüssig wird.In order to ensure that the expansion of the tool shank as a result of rotation is greater than the expansion of the clamping system, the quotient density / modulus of elasticity of the tool shaft must be greater than the quotient density / elastic modulus of the clamping system. With the same rotational frequency, the same material and the same diameter, a solid cylinder has less deformation than a hollow cylinder. Therefore, according to the invention, a major change in the shank diameter of the tool in rotation is achieved in that the tool shank is formed as a hollow cylinder. Special titanium or aluminum alloys are therefore particularly suitable as the material for the tool shank according to the invention. Certain steels matched to the clamping sleeve can also be used. If, for example, the tool shank is made of a titanium alloy (density approx. 4.51 g / cm ³ ; elastic modulus approx. 112 000 N / mm ² ) and the adapter sleeve matched to this material is made of a suitable steel (density approx. 7.85 g / cm ³ ; modulus of elasticity approx. 216 000 N / mm ² ), the relative change in diameter of the tool shank is approx. 10% larger than that of the clamping system (taking the rotation into account and with the same clamping diameter). There is therefore a given rotational clearance and the design according to the invention of the tool clamping system for high-speed machining, a critical rotational frequency above which the connection becomes non-positive simply because of the different rate of expansion of the tool shank and clamping system.

Durch den, je nach Betätigungsart erzeugten Innendruck im Dehnspann system wird schon im Ruhezustand der Bearbeitungsmaschine eine kraft schlüssige Verbindung zwischen Werkzeug und Werkzeugaufnahme er zeugt. Das erfindungsgemäße Werkzeug-Spannsystem gewährt daher selbst bei hohen Drehfrequenzen eine sichere Spannung des Werkzeugs, ohne Verlust an Spannkraft.Due to the internal pressure generated in the expansion clamp, depending on the type of actuation system becomes a force even when the processing machine is idle conclusive connection between tool and tool holder testifies. The tool clamping system according to the invention therefore grants Safe clamping of the tool even at high rotational frequencies, without loss of elasticity.

Sicherheitstechnischen Gesichtspunkten sind bei der Hochgeschwin digkeitsbearbeitung besondere Bedeutung zuzumessen. Deshalb ist das erfindungsgemäße Werkzeug-Spannsystem mit einer Sicherheits aufnahme versehen. Diese Sicherheitsaufnahme gewährleistet, daß selbst bei einem möglichen Bruch der Spannbüchse des Dehnspannsy stems das Werkzeug nicht selbsttätig lösen kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, durch die Spindel der Werkzeugmaschine und über eine zentrische Bohrung im besonders ausgestalteten Werk zeugschaft an die Werkzeugschneiden, bzw. zu bestimmten, in das Spannsystem eingesetzten Aggregaten Kühlflüssigkeit zu transpor tieren. Da diese Kühlflüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft gegen die innere Wandung des Werkzeugschaftes gepreßt wird, bedeutet dies gleichzeitig eine weitere Erhöhung der Spannkraft. Durch den gewähl ten speziellen Aufbau des Werkzeugs wird die Rotationssymmetrie nicht gestört.Safety aspects are at the high speed of particular importance. Therefore the tool clamping system according to the invention with a safety record. This safety recording ensures that even if the Dehnspannsy clamping bush breaks stems the tool can not solve automatically. Another Possibility is through the spindle of the machine tool and via a central hole in the specially designed plant testimony to the cutting edges, or to certain, in the Clamping system used to transport coolant animals. Since this coolant due to the centrifugal force against the inner wall of the tool shank is pressed, this means at the same time a further increase in tension. By the chosen The special structure of the tool is the rotational symmetry not bothered.

Eine zusätzliche Vergrößerung der Ausdehnung des Werkzeugschaftes bei Rotation kann erfindungsgemäß auch dadurch erzielt werden, daß der Werkzeugschaft als Verbundsystem aufgebaut wird. In diesem Falle wird z. B. auf die Innenseite des als Holhzylinder ausgeführten Werk zeugschaftes eine zusätzliche Massenbelegung aufgebracht.An additional increase in the expansion of the tool shank with rotation according to the invention can also be achieved in that the tool shank is built as a composite system. In this case z. B. on the inside of the work executed as a hollow cylinder testimony applied an additional mass allocation.

In dieser Arbeit ist stets von einem Spannsystem die Rede. Dabei kann dieses Spannsystem sowohl als eigenständiges Spannsystem ausgelegt sein, d. h. zum Spannen eines speziell angepaß ten Werkzeugs verwendet werden, wobei dieses Spannsystem mittels einer besonderen Aufnahme z. B. in die Spindel einer Hochgeschwindig keitswerkzeugmaschine eingebracht wird als auch direkt in eine ent sprechende Hochgeschwindigkeitsspindel integriert sein.
In this work there is always talk of a clamping system. This clamping system can be designed both as an independent clamping system, ie used for clamping a specially adapted tool, this clamping system by means of a special receptacle z. B. is introduced into the spindle of a high-speed machine tool and also be integrated directly into a corresponding high-speed spindle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen darge stellten Ausführungsformen in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnenThe invention is based on the Darge in the drawings presented embodiments in their structure and in their function explained in more detail. It shows in detail

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems im ent spannten Zustand; Figure 1 shows an embodiment of the tool clamping system in the ent clamped state.

Fig. 2 ein Detail des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 im gespan nten Zustand; FIG. 2 shows a detail of the exemplary embodiment according to FIG. 1 in the tensioned state;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Ausdehnung von Werkzeugschaft und Spannbüchse des Dehnspannsystems in Abhängigkeit von der Drehfrequenz; Figure 3 is a schematic diagram of the expansion of the tool shank and the collet Dehnspannsystems in dependence on the rotational frequency.

Fig. 4 wichtige Maße von Werkzeug und Spannsystem, die erfindungs gemäß aufeinander abzustimmen sind; Fig. 4 important dimensions of the tool and clamping system, which are to be coordinated according to the invention;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems, wel ches mit einer Sicherheitsaufnahme versehen ist; Fig. 5 shows an embodiment of the tool clamping system, which is provided with a safety receptacle;

Fig. 6a ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems, wobei der Werkzeugschaft des Hochgeschwindigkeitswerkzeugs symmetrisch bezüglich der Mitte der Spannbüchse des Dehn spannfutters aufgebaut ist; FIG. 6a, an embodiment of the tool-clamping system, wherein the tool shank of the high speed tool of Dehn is constructed symmetrically with respect to chuck the center of the collet;

Fig. 6b ein Detail des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6a; Fig. 6b shows a detail of the embodiment of Fig. 6a;

Fig. 7a ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems, wobei der Werkzeugschaft des Hochgeschwindigkeitswerkzeugs massiv ausgeführt ist; Fig. 7a, an embodiment of the tool-clamping system, wherein the tool shank of the high speed tool is solid;

Fig. 7b ein Detail des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7a; FIG. 7b shows a detail of the embodiment according to Fig. 7a;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems, wobei der Werkzeugschaft des Hochgeschwindigkeitswerkzeugs mit einem Dehnspannsystem versehen ist; Fig. 8 shows an embodiment of the tool-clamping system, wherein the tool shank of the high speed tool is provided with a Dehnspannsystem;

Fig. 9a ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugspannsystems, wobei das Dehnspannsystem durch Betätigungsplatten, die gleich zeitig als Sicherheitsaufnahme dienen, betätigt wird; 9a, an embodiment of the tool clamping system, said Dehnspannsystem by operating plates which simultaneously serve as a safety receptacle is operated.

Fig. 9b die Vorderansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9a; FIG. 9b is a front view of the embodiment of FIG. 9a;

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Werkzeugschaftes, mit eingesetzter, geschlitzter Büchse. Fig. 10 shows another embodiment of the tool shank, with an inserted, slotted sleeve.

In Fig. 1 ist mit 1 das Hochgeschwindigkeitswerkzeug bezeichnet, des sen Werkzeugschaft 3 hier beispielhaft als Holhzylinder ausgeführt ist. Der Kopf 2 des Werkzeugs 1 kann je nach Bearbeitungsaufgabe und Drehfrequenz unterschiedlich gestaltet sein. Auf die verschiedenen möglichen Ausführungsformen des Kopfes 2 soll hier jedoch nicht wei ter eingegangen werden. Das HG-Werkzeug 1 ist mit seinem Werkzeug schaft 3 in das hier als Dehnspannfutter gestaltete Spannsystem 4 ein gesetzt. Die Spannbüchse 5 des Dehnspannfutters kann in ihrer Ge stalt, insbesondere in ihrem Durchmesser d ₂ durch Änderung des Druckes im Kammersystem 6 verändert werden. Bekannterweise kann die Druckänderung im Kammersystem durch Betätigung einer Spann schraube über einen Kolben erfolgen, oder über einen Spannzylinder mit Druckstange oder auch direkt mit Hilfe eines geeigneten Druckag gregates. Diese Möglichkeiten sind Stand der Technik und werden da her hier nicht weiter ausgeführt. In der Mitte des Spannsystems befin det sich eine Bohrung 7, die z. B. als Kühlmittelzuführung zum HG- Werkzeug verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Werkzeug- Spannsystem ist in Fig. 1 im nicht gespannten Zustand dargestellt. Der Spanndurchmesser d ₂ des Spannsystems (Dehnspannfutters) ist daher um das Passungsspiel größer als der Schaftdurchmesser d ₁ des HG- Werkzeugs.In Fig. 1, 1 denotes the high-speed tool, the sen tool shank 3 is exemplified here as a hollow cylinder. The head 2 of the tool 1 can be designed differently depending on the machining task and the rotational frequency. The various possible embodiments of the head 2 should not be discussed here, however. The HG tool 1 is set with its tool shank 3 into the clamping system 4 designed here as an expansion chuck. The clamping sleeve 5 of the expansion chuck can be changed in shape, in particular in its diameter d _2, by changing the pressure in the chamber system 6 . As is known, the pressure change in the chamber system can be carried out by actuating a clamping screw via a piston, or via a clamping cylinder with a push rod or directly with the aid of a suitable pressure unit. These options are state of the art and are therefore not discussed here. In the middle of the clamping system is a hole 7 , the z. B. can be used as a coolant supply to the HG tool. The tool clamping system according to the invention is shown in FIG. 1 in the non-clamped state. The clamping diameter d _{2 of} the clamping system (expansion chuck) is therefore larger than the shank diameter d _{1 of} the HG tool by the clearance.

In Fig. 2 ist in einem Ausschnitt das Werkzeug-Spannsystem im ge spannten Zustand dargestellt. Durch den, je nach Betätigungsart auf gebrachten Spanndruck im Kammersystem 6, wird die Spannbüchse 5 verformt und dosiert gegen den Werkzeugschaft 3 des eingesetzten HG- Werkzeuges gepreßt. Die so entstehende kraftschlüssige Verbindung 8 zeichnet sich durch ein hohes übertragbares Drehmoment bei sehr guter Rundlaufgenauigkeit aus. Im Bereich der angestrebten Drehfre quenzen müssen an die Rundlaufgenauigkeit des HG-Werkzeuges höch ste Forderungen gestellt werden, d. h. die erforderliche Rundlaufge nauigkeit des Werkzeuges sollte kleiner 2 µm betragen, um unzuläs sige Vibrationen zu verhindern und gleichzeitig die Standzeit des HG- Werkzeuges beträchtlich zu erhöhen. Ferner ist es wünschenswert ein automatisches Ausrichten des Werkzeuges beim Spannvorgang zu er reichen. Damit die Drehachse des Spannsystems mit einer Hauptachse des Spannungstensors des Spannsystems zusammenfällt, muß der Auf bau des Spannsystems symmetrisch gestaltet werden. Aufgrund dieser Forderungen wird das Spannsystem in Dehnspanntechnik ausgeführt.In Fig. 2, the tool clamping system is shown in a clamped state in a section. The clamping sleeve 5 is deformed and metered against the tool shaft 3 of the HG tool used, depending on the type of actuation applied to the clamping pressure in the chamber system 6 . The frictional connection 8 thus created is characterized by a high transferable torque with very good concentricity. In the range of the desired rotational frequencies, the concentricity of the HG tool must meet the highest demands, i.e. the required concentricity of the tool should be less than 2 µm in order to prevent unacceptable vibrations and at the same time considerably increase the service life of the HG tool . Furthermore, it is desirable to automatically align the tool during the clamping process. So that the axis of rotation of the tensioning system coincides with a main axis of the tension tensor of the tensioning system, the construction of the tensioning system must be designed symmetrically. Due to these requirements, the clamping system is designed using stretching technology.

Fig. 3 dient zur Veranschaulichung der Ausdehnung von Werkzeug schaft und Spannbüchse des Dehnspannsystems in Abhängigkeit von der Drehfrequenz. Zur Verdeutlichung der Spannkraftzunahme infolge Rotation ist das erfindungsgemäße Werkzeug-Spannsystem im gefüg ten jedoch nicht gespannten Zustand dargestellt. Der als Hohlzylinder der Wandstärke s ₁ schematisch dargestellte Werkzeugschaft 3 des HG-Werkzeuges dehnt sich in Abhängigkeit von der Drehfrequenz ω aus. (- - - -). Die Spannbüchse 5, besitzt die Wandstärke s ₂ und erfährt infolge Rotation ebenfalls eine Durchmesseränderung (- - - -). Er findungsgemäß sind nun die Wandstärken s ₁ und s ₂, sowie die Werk stoffe von Werkzeugschaft und Spannbüchse so aufeinander abge stimmt, daß die Durchmesseränderung des Schaftdurchmesser d ₁ des HG-Werkzeuges infolge Rotation größer ist als die entsprechende Durchmesseränderung der Spannbüchse 5, bei gleicher Drehfrequenz. HG-Werkzeug und HG-Spannsystem sind daher als eine Einheit zu be trachten. Bei einem vorgegebenen Passungsspiel h wird daher ober halb einer kritischen Drehfrequenz ω _c schon allein aufgrund der unter schiedlichen Ausdehnungen die Verbindung von Werkzeugschaft 3 und Spannbüchse 5 kraftschlüssig. Betrachten wir das Werkzeug-Spannsy stem nun im gespannten Zustand. Durch den Spanndruck wird die Spannbüchse 5 gegen den Werkzeugschaft 3 des HG-Werkzeuges ge preßt. Die Durchmesser von Spannbüchse d ₂ und Werkzeugschaft d ₁ sind dabei so zu wählen, daß das Passungsspiel h durch elastische Ver formung der Spannbüchse 5 überwunden und die gewünschte Spann kraft zur Spannung des HG-Werkzeuges aufgebracht werden kann. Dem sich einstellenden komplexen Spannungszustand innerhalb des HG-Werkzeugschaftes und innerhalb der Spannbüchse überlagert sich im Betrieb der Spannungszustand infolge Rotation des Gesamtsystems. Durch die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahmen wird daher eine dynamische Erhöhung der Spannkraft erzielt. Fig. 3 is used to illustrate the expansion of the tool shaft and bushing of the expansion system depending on the rotational frequency. To illustrate the increase in clamping force due to rotation, the tool clamping system according to the invention is shown in the jointed but not clamped state. The tool shaft 3 of the HG tool, shown schematically as a hollow cylinder of wall thickness s _1, expands as a function of the rotational frequency ω . (- - - -). The clamping sleeve 5 has the wall thickness s ₂ and also undergoes a change in diameter as a result of rotation (- - - -). He according to the invention are now the wall thicknesses s ₁ and s ₂ , as well as the materials of the tool shank and clamping sleeve so that the change in diameter of the shaft diameter d _{1 of} the HG tool as a result of rotation is greater than the corresponding change in diameter of the clamping sleeve 5 , at the same Rotational frequency. The HG tool and the HG clamping system are therefore to be considered as one unit. For a given fit clearance h , the connection between tool shank 3 and clamping sleeve 5 is therefore non-positively above half of a critical rotational frequency ω _c simply because of the different dimensions. Let us now consider the tool clamping system in the clamped state. The clamping sleeve 5 is pressed against the tool shank 3 of the HG tool by the clamping pressure. The diameter of the bushing d ₂ and tool shank d ₁ are to be chosen so that the clearance h is overcome by elastic deformation of the bushing 5 and the desired clamping force can be applied to tension the HG tool. The complex state of tension that arises within the HG tool shank and within the clamping sleeve is superimposed during operation by the state of tension due to rotation of the overall system. A dynamic increase in the clamping force is therefore achieved by the design measures according to the invention.

In Fig. 4 sind einige wichtige Maße des Werkzeug- und Spannsystems angegeben, die erfindungsgemäß aufeinander abzustimmen sind. Die Wandstärken s ₁ und s ₂ des Werkzeugschaftes 3 und Spannbüchse 5 des Spannsystems 4 richten sich nach dem verwendeten Werkstoff, der gewünschten zu übertragenden Spannkraft sowie den Schnittkräften. In guter Passungsqualität sind Schaftdurchmesser d ₁ des HG-Werk zeuges und Spanndurchmesser d ₂ des HG-Spannsystems aufeinander abzustimmen. Die Länge l ₂ der Spannbüchse 5 wird zweckmäßiger weise gleich der Länge l ₁ des Hohlzylinders des Werkzeugschaftes 3 ausgeführt. Hierdurch wird erzielt, daß der Hohlzylinder auf seiner ge samten Mantelfläche sicher gespannt wird. Die Spanntiefe L ₂ des Spannsystems 4 muß mindestens so groß sein wie die Länge L ₁ des Werkzeugschaftes 3. Die Gesamtlänge des HG-Werkzeuges L sowie die Ausgestaltung des Werkzeugkopfes 2 (b; D) richten sich nach dem je weiligen Anwendungsfall. Das Kammersystem 6 ist in seiner kon struktiven Ausgestaltung symmetrisch aufgebaut. Außerdem sollte das Volumen des Kammersystems V _k möglichst gering sein.In FIG. 4, some important dimensions of the tool and clamping system are shown to be agreed according to the invention to each other. The wall thicknesses s ₁ and s _{2 of} the tool shank 3 and clamping bush 5 of the clamping system 4 depend on the material used, the desired clamping force to be transmitted and the cutting forces. The shaft diameter d _{1 of} the HG tool and clamping diameter d _{2 of} the HG clamping system must be coordinated with one another in a good fit. The length l _{2 of} the clamping sleeve 5 is expediently carried out equal to the length l _{1 of} the hollow cylinder of the tool shank 3 . This ensures that the hollow cylinder is securely clamped on its entire lateral surface. The clamping depth L _{2 of} the clamping system 4 must be at least as large as the length L _{1 of} the tool shank 3 . The total length of the HG tool L and the design of the tool head 2 (b; D) depend on the respective application. The chamber system 6 is constructed symmetrically in its con structive configuration. In addition, the volume of the chamber system V _k should be as small as possible.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems dar gestellt, welches mit einer Sicherheitsaufnahme versehen ist. Der als Hohlzylinder ausgebildete Werkzeugschaft 3 des HG-Werkzeuges 1 ist hier mit einer Sicherheitsaufnahme 9 versehen. Die Sicherheitsaufnahme ist hier beispielhaft als Außengewinde ausgeführt und wird in ein da rauf abgestimmtes Innengewinde, welches in das Spannsytsem einge bracht ist, eingeschraubt. Um mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug- Spannsystem zu arbeiten, wird zunächst das HG-Werkzeug 1 so weit in das HG-Spannsystem 4 mittels der Sicherheitsaufnahme 9 einge schraubt, bis dasselbe bündig mit dem Spannsystem ist. Anschließend wird über das Kammersystem 6 die Spannbüchse 5 mit Druck beauf schlagt und somit das HG-Werkzeug 1 mit der gewünschten Spann kraft durch das Spannsystem 4 gehalten. Die Bohrungen 7, 10 im Spann system und HG-Werkzeug dienen als Kühlmittelkanal. Damit ist es möglich, über interne Kühlmittelkanäle im Werkzeugkopf 2 das Kühl mittel direkt zu den Werkzeugschneiden zu transportieren. Ein wei terer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Werkzeug- Spannsystems besteht darin, daß im Betrieb infolge der Rotation die Kühlflüssigkeit gegen die Innenwand des Werkzeugschaftes 3 (Hohl zylinders) gepreßt wird und damit eine zusätzliche Erhöhung der Spannkraft erfolgt.In Fig. 5 an embodiment of the tool clamping system is provided, which is provided with a safety holder. The tool shaft 3 of the HG tool 1, which is designed as a hollow cylinder, is provided here with a safety receptacle 9 . The safety receptacle is designed here as an external thread, for example, and is screwed into an internal thread matched to it, which is inserted into the clamping system. In order to work with the tool clamping system according to the invention, the HG tool 1 is first screwed into the HG clamping system 4 by means of the safety receptacle 9 until it is flush with the clamping system. Then the clamping sleeve 5 is pressurized with pressure via the chamber system 6 and thus the HG tool 1 is held by the clamping system 4 with the desired clamping force. The holes 7, 10 in the clamping system and HG tool serve as a coolant channel. This makes it possible to transport the coolant directly to the tool cutting edges via internal coolant channels in the tool head 2 . A further advantage of this embodiment of the tool clamping system according to the invention is that the coolant is pressed against the inner wall of the tool shank 3 (hollow cylinder) during operation as a result of the rotation, and thus an additional increase in the clamping force takes place.

In Fig. 6a ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems auf gezeigt, wobei der Werkzeugschaft 3 des Hochgeschwindigkeitswerk zeuges 1 symmetrisch bezüglich der Mitte der Spannbüchse 5 des Dehn spannfutters aufgebaut ist. Hierdurch wird erreicht, daß - wie in Fig. 6b angedeutet - die Verformung des Werkzeugschaftes 3 ebenfalls sym metrisch zur Mitte des Hohlzylinders erfolgt. Die richtige Lage des HG-Werkzeuges im Spannsystem wird daher durch rücktreibende Kräfte eindeutig fixiert. Dies erhöht ebenfalls die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Spannsystems. Der Durchmesser des Kühlmit telkanals 11 ist auf den Durchmesser des Kühlmittelkanals 10 abge stimmt. Die bei Betrieb des Werkzeug-Spannsystems sich im Inneren des Hohlzylinders permanent befindende Kühlmittelmenge wirkt sich in einer kontrollierten dynamischen Erhöhung der Spannkraft positiv aus. Die gewünschte Formgebung des Werkzeugschaftes gemäß Fig. 6a kann mittels unterschiedlichster Konstruktionen und Fertigungs methoden erreicht werden. Auf die Vielzahl der denkbaren Realisie rungsmöglichkeiten soll jedoch hier im einzelnen nicht eingegangen werden. Gemäß Fig. 6a ist es denkbar, den Werkzeugschaft aus mehre ren Teilen zu fügen, z. B. einem Hohlzylinder und einem Abschlußteil 12, in welches die Sicherheitsaufnahme 9 und der Kühlmittelkanal 11 ein gebracht ist. Das Abschlußteil muß nicht notwen digerweise aus demselben Werkstoff wie der Werkzeugschaft 3 des HG-Werkzeuges hergestellt sein.In Fig. 6a an embodiment of the tool clamping system is shown on, wherein the tool shaft 3 of the high-speed tool 1 is constructed symmetrically with respect to the center of the clamping sleeve 5 of the expansion chuck. This ensures that - as indicated in Fig. 6b - the deformation of the tool shank 3 is also carried out sym metrically to the center of the hollow cylinder. The correct position of the HG tool in the clamping system is therefore clearly fixed by pushing back forces. This also increases the operational reliability of the clamping system according to the invention. The diameter of the coolant channel 11 is tuned to the diameter of the coolant channel 10 . The amount of coolant permanently inside the hollow cylinder when the tool clamping system is in operation has a positive effect in a controlled dynamic increase in the clamping force. The desired shape of the tool shank according to Fig. 6a can be achieved by means of different designs and manufacturing methods. However, the large number of possible implementation options will not be discussed in detail here. According to Fig. 6a, it is conceivable to add the tool shank from several ren parts, for. B. a hollow cylinder and a closing part 12 , in which the safety receptacle 9 and the coolant channel 11 is brought. The end part need not necessarily be made of the same material as the tool shank 3 of the HG tool.

In Fig. 7a ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems aufgezeigt, wobei der Werkzeugschaft 13 des Hochgeschwindigkeits werkzeugs 1 massiv ausgeführt ist. Erfindungsgemäß ist hier der Werk zeugschaft 13 symmetrisch zur Mitte der Spannbüchse 5 leicht ver jüngt ausgeführt, 14, um rücktreibende Kräfte zu erhalten, die im ge spannten Zustand die Lage des Werkzeugs im Spannsystem eindeutig festlegen. Siehe Fig. 7b. Im gespannten Zustand legt sich die Spann büchse 5 durch den Druck im Kammersystem 6 gleichmäßig in die Ver tiefungen und sichert damit das Werkzeug gegen Verschiebung in Längsrichtung. Die Sicherheitsaufnahme ist hier mit 15 bezeichnet.In Fig. 7a an embodiment of the tool clamping system is shown, wherein the tool shaft 13 of the high-speed tool 1 is solid. According to the invention here the tool shaft 13 symmetrically to the center of the clamping sleeve 5 is slightly tapered, 14 , in order to obtain restoring forces which clearly define the position of the tool in the clamping system in the clamped state. See Fig. 7b. In the clamped state, the clamping sleeve 5 lies evenly in the depressions in the chamber system 6 due to the pressure in the chamber system 6 and thus secures the tool against displacement in the longitudinal direction. The safety recording is designated here by 15 .

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems dargestellt, wobei der Werkzeugschaft 16 des Hochgeschwindigkeits werkzeugs 1 in Dehnspanntechnik ausgeführt ist. Über eine Spann schraube 17 wird ein Kolben 18 mit Hubbegrenzung betätigt. Um die volle Spannkraft zu erreichen, muß die Spannschraube 17 auf Anschlag gedreht werden. Durch die Dichtung 20 wird die Hydraulikflüssigkeit mittels der Kapillaren 21 gleichmäßig im Kammersystem 19 verteilt. Der symmetrische Aufbau garantiert, daß die Deviationsmomente ver schwinden. Der sich aufbauende Druck im Kammersystem 19 preßt die Dehnbüchse 22 des Werkzeugschaftes 16 gegen die Werkzeugaufnahme 4 des Werkzeug-Spannsystems. Die Werkzeugaufnahme 4 ist in diesem Falle äußerst einfach aufgebaut. Durch eine Abdeckscheibe 23 wird ein Lösen des Werkzeuges, selbst bei Bruch der Dehnbüchse 22 verhindert.In Fig. 8, an embodiment of the tool clamping system is shown, wherein the tool shaft 16 of the high-speed tool 1 is carried out in expansion clamping technology. About a clamping screw 17 , a piston 18 is actuated with stroke limitation. In order to achieve the full clamping force, the clamping screw 17 must be turned to the stop. The seal 20 distributes the hydraulic fluid evenly in the chamber system 19 by means of the capillaries 21 . The symmetrical structure guarantees that the moments of deviation disappear. The pressure building up in the chamber system 19 presses the expansion sleeve 22 of the tool shank 16 against the tool holder 4 of the tool clamping system. The tool holder 4 is extremely simple in this case. A cover disk 23 prevents the tool from being released, even if the expansion sleeve 22 breaks.

In Fig. 9a ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeug-Spannsystems dargestellt, wobei das Spannsystem 24 durch Betätigungsplatten 25, die gleichzeitig als Sicherheitsaufnahme dienen, betätigt wird. Da der Kopf 2 des HG-Werkzeugs 1 sehr unterschiedlich gestaltet sein kann, ist es zweckmäßig mehrere Betätigungsplatten 25, entsprechend Fig. 9b, zu verwenden. Das Spannsystem 24 wird auf der Aufnahme 25 der Hochgeschwindigkeitsspindel befestigt. Kühlmittel wird über die Kühl mittelkanäle 7, 10 an die Schneiden des Werkzeugkopfes 2, befördert. Über die Betätigungsplatten 25 werden die Kolben 26 mit Hubbe grenzung betätigt und mittels der Dichtungen 27 der gewünschte Spanndruck im Werkzeug-Spannsystem aufgebaut. Die Verteilung der Hydraulikflüssigkeit im Kammersystem 6 erfolgt über entsprechend angeordnete Kapillaren 28. Das Kammersystem kann mittels der Be lüftungseinrichtungen 29 entlüftet und in seinem Spanndruck vorein gestellt werden.In Fig. 9a, an embodiment of the tool-clamping system is illustrated, wherein the clamping system 24 is actuated by actuating plates 25, which simultaneously serve as a safety recording. Since the head 2 of the HG tool 1 can be designed very differently, it is expedient to use a plurality of actuating plates 25 , as shown in FIG. 9b. The clamping system 24 is attached to the receptacle 25 of the high-speed spindle. Coolant is conveyed via the coolant channels 7, 10 to the cutting edges of the tool head 2 . Via the actuating plates 25 , the pistons 26 are actuated with a stroke limitation and the desired clamping pressure is built up in the tool clamping system by means of the seals 27 . The hydraulic fluid in the chamber system 6 is distributed via appropriately arranged capillaries 28 . The chamber system can be vented by means of the ventilation devices 29 and can be preset in its clamping pressure.

In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Werkzeugschaftes 3, mit eingesetzter, geschlitzter Büchse 30 dargestellt. Der Werkzeug schaft des HG-Werkzeuges ist hier erfindungsgemäß als Verbundsy stem ausgeführt. Aufgabe der eingesetzten geschlitzten Büchse ist es, eine größere Ausdehnung des Werkzeugschaftes bei Rotation herbei zuführen. Die zusätzlich eingebrachte Masse drückt gegen die Innen seite des als Hohlzylinder ausgebildeten Werkzeugschaftes und be wirkt damit den erfindungsgemäß gewünchten Effekt. Es ist auch möglich, durch die Wahl einer geeigneten Massenbelegung der Innenseite des Hohlzylinders die rotationsabhängige Verfor mung des Werkzeugschaftes in Grenzen wunschgemäß zu vari ieren.In Fig. 10 is a further embodiment of the tool shaft 3, shown with inserted slotted sleeve 30. The tool shaft of the HG tool is designed according to the invention as a composite system. The task of the slotted bushing used is to bring about a greater expansion of the tool shank during rotation. The additionally introduced mass presses against the inside of the tool shank designed as a hollow cylinder and thus has the effect desired according to the invention. It is also possible to vary the rotation-dependent deformation of the tool shank as desired by choosing a suitable mass assignment of the inside of the hollow cylinder.

Bei allen bisher dargestellten und beschriebenen Ausführungs formen wurde von dem Vorliegen einer einzigen Spannbüchse 5 ausgegangen. Insbesondere beim Einspannen über größere Län gen ist es jedoch vorteilhaft, die Spannvorrichtung mit meh reren in Längsrichtung nacheinander angeordneten Spannbe reichen auszubilden, deren Kammern vorzugsweise über Kapil laren miteinander verbunden sind. Durch diese konstruktive Ausgestaltung kann die biegekritische Drehzahl des Werkzeug- Spannsystems bedeutend erhöht werden.In all previously shown and described execution forms was assumed to be the presence of a single clamping sleeve 5 . In particular when clamping over longer lengths, it is advantageous to form the clamping device with a plurality of clamping elements arranged one after the other in the longitudinal direction, the chambers of which are preferably connected to one another via capillaries. This design allows the critical speed of the tool clamping system to be significantly increased.

Wie bereits mehrfach erwähnt, weist ein erfindungsgemäßes Werkzeug-Spannsystem ein Hochgeschwindigkeitswerkzeug und eine Spannvorrichtung auf. Im vorstehenden Text ist die Spannvorrichtung teilweise auch als Spannsystem bezeichnet, dann jedoch nicht in Verbindung mit dem Wort "Werkzeug". Auf die konkrete Ausgestaltung der Spannvorrichtung (Spannsys tem) kommt es nicht an. Es kann eine hydraulische Dehnspann vorrichtung oder eine mechanische Spannvorrichtung sein. Die Spannvorrichtung kann von innen spannen oder von außen. So könnte z. B. in Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 4 der Innendurchmesser des hohlen Werkzeugschaftes größer sein als der Außendurchmesser der Spannvorrichtung, die dann als Dehn spanndorn mit Hydraulikkammern nahe dem Außenumfang wirken würde.As already mentioned several times, a tool clamping system according to the invention has a high-speed tool and a clamping device. In the above text, the clamping device is sometimes also referred to as a clamping system, but then not in connection with the word "tool". The specific design of the clamping device (clamping system) is not important. It can be a hydraulic expansion device or a mechanical tensioner. The tensioning device can tension from the inside or from the outside. For example, B. in a modification of the embodiment of FIG. 4, the inner diameter of the hollow tool shank may be larger than the outer diameter of the clamping device, which would then act as an expansion mandrel with hydraulic chambers near the outer circumference.

Allein wichtig ist, daß sich unter der Einwirkung von Flieh kräften der Außendurchmesser des innenliegenden Systemteiles mit zunehmender Drehzahl stärker vergrößert als der Innen durchmesser des außenliegenden Systemteiles. Diese Bedingung kann rein durch die Formgebung eines oder beider Systemteile erfüllt sein, ohne daß von herkömmlicher Materialwahl abge wichen wird. So kann z. B. lediglich der herkömmlich massive Schaft eines Werkzeuges hohl ausgebildet und vorzugsweise auch noch mit längslaufenden Schlitzen versehen werden. Die se Änderungen reichen aus, daß im Betrieb die vorgenannte Bedingung erfüllt wird. Bei einer solchen Konstruktion äußert sich die Erfindung bereits eindeutig an einem Teil des Werkzeug-Spannsystems, nämlich dem Werkzeug selbst.The only important thing is that under the influence of fleeing forces the outside diameter of the internal system part increases with increasing speed more than the inside diameter of the external system part. This condition can be done purely by shaping one or both system parts be met without abge from conventional choice of materials will give way. So z. B. only the conventionally massive Shank of a tool is hollow and preferably can also be provided with longitudinal slots. The These changes are sufficient for the operation of the aforementioned Condition is met. With such a construction The invention expresses itself clearly in one part the tool clamping system, namely the tool itself.

Umgekehrt können herkömmliche Formen beibehalten werden, je doch Materialien so gewählt werden, daß sich der Außendurch messer des innenliegenden Teiles stärker vergrößert oder der Innendurchmesser des außenliegenden Teiles weniger ver größert als dies unter Verwendung bisher üblicher Mate rialien der Fall ist. Auch bei solcher Ausgestaltung äußerst sich die Erfindung direkt an einem der Teile des Werkzeug- Spannsystems.Conversely, conventional shapes can be maintained, depending but materials are chosen so that the outside through knife of the inner part enlarged or the Ver inner diameter of the outer part less larger than this using previously common mate rialien is the case. Extreme even with such a configuration the invention directly on one of the parts of the tool Clamping system.

Es kann also durchaus der Fall sein, daß bereits eines der Teile durch seine Ausgestaltung zeigt, daß es in Erfüllung der erfindungsgemäßen Lehre konstruiert ist.It may well be the case that one of the Parts through its design shows that it is fulfilled the teaching of the invention is constructed.

Das im Vorstehenden gebrauchte Wort "Teil" ist in erster Linie in der Bedeutung "Bauteil" gebraucht. Es bestehen jedoch auch Ausführungen, bei denen das Werkzeug und die Spannvorrichtung nicht baulich, sondern nur funktionsmäßig getrennte Teile sind. Ein Beispiel dafür ist die Ausführungs form gemäß Fig. 8. Hier beinhaltet der Werkzeugschaft einen Teil der Spannvorrichtung. Der restliche Teil der Spannvor richtung umgibt den Werkzeugschaft in dessen gespanntem Zu stand.The word "part" used above is primarily used to mean "component". However, there are also versions in which the tool and the clamping device are not structurally, but only functionally separate parts. An example of this is the embodiment according to FIG. 8. Here the tool shank contains part of the clamping device. The rest of the clamping device surrounds the tool shank in its clamped state.

Wie eingangs erläutert, ist es von Vorteil, für das innen liegende Teil ein Material zu wählen, für das der Quotient aus Dichte und Elastizitätsmodul möglichst groß ist. Ein großer Wert wird insbesondere dann erreicht, wenn der Elas tizitätsmodul gegen Null geht, wie dies bei Flüssigkeiten der Fall ist. Der stark nach außen drückende Effekt von Flüssigkeiten wurde bereits oben anhand der Beispiele mit den von Kühlflüssigkeit durchsetzten Werkzeugschäften be schrieben. Der Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, daß statt einer relativ leichten Kühlflüssigkeit eine schwe re Flüssigkeit, insbesondere Quecksilber, verwendet wird. Eine ähnliche Wirkung, wie sie ein Material mit geringem Elastizitätsmodul zeigt, wird durch das Schlitzen und auf andere Weise bewegliche Ausgestalten fester Körper erzielt. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß während der Rotation die Rotationssymmetrie der beweglichen Anordnung erhalten bleibt.As explained at the beginning, it is beneficial for the inside lying part to choose a material for which the quotient from density and modulus of elasticity is as large as possible. A great value is achieved especially when the Elas tity module goes to zero, as is the case with liquids the case is. The strong outward effect of Liquids were already mentioned above using the examples the tool shafts interspersed with coolant wrote. The effect can be enhanced by that instead of a relatively light coolant, a sweat re liquid, especially mercury, is used. An effect similar to that of a material with little Modulus of elasticity is shown by the slitting and on otherwise achieved flexible design of solid bodies. However, care must be taken that during the rotation maintain the rotational symmetry of the movable assembly remains.

Claims

1. Tool clamping system for high-speed machining, consisting of a high-speed tool and a high-speed clamping device, characterized in that the special deformation of the tool shaft and / or clamping device and / or selection of a suitable material combination of tool shaft and clamping device, the deformation of the tool shaft occurring as a result of rotation the simultaneously occurring deformation of the tensioning device is at least compensated.

2. Tool clamping system according to claim 1, characterized in that the tool shaft ( 3 ) of the high-speed tool ( 1 ) is designed as a hollow cylinder, the interior of the hollow cylinder can serve as a cooling channel and which at its end with a safety receptacle ( 9, 11th ) can be provided and the clamping system is designed as an expansion chuck, in which a locking possibility can be introduced, which is coordinated with the safety receptacle of the high-speed tool, and the material and wall thickness of the tool shank ( 3 ) and clamping sleeve ( 5 ) of the expansion chuck are selected in such a way that that no tension loss due to rotation occurs in the tensioned state.

3. Tool-chucking system according to claim 1 and claim 2, characterized in that the tool shank (3) is designed as a Verbundsy stem is preferably inserted a bush (30) in the form of a hollow cylinder tool shank (3) in the longitudinal direction can be designed slotted and which causes an increased expansion of the tool shank diameter as a result of rotation.

4. Tool clamping system according to claims 1 to 3, characterized in that the hollow tool shaft ( 3 ) is constructed symmetrically with respect to the center of the clamping sleeve ( 5 ) of the expansion chuck.

5. Tool clamping system according to claim 1 and claims 3 and 4, characterized in that the predominantly symmetrical expansion chuck by one or more actuating plates ( 25 ), which also serve as a safety receptacle, is actuated.

6. Tool clamping system according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the clamping executed in stretching technology system directly into the high-speed spindle of the tool machine is introduced.

7. Tool clamping system according to claim 1 as well as claims 5 and 6, characterized in that the tool shank provided with a safety measure ( 3 ) is solid, where the tool shank is slightly tapered symmetrically to the center of the clamping chuck of the expansion chuck.

8. Tool clamping system according to claim 1, characterized in that the high-speed spindle of the machine tool is provided with a cylindrical tool holder and the tool shaft ( 16 ) of the high-speed tool is designed as an expansion clamping system which can be clamped by an actuating element ( 17 ) and by a securing plate ( 23 ) is additionally locked.

9. Tool clamping system according to claims 1 to 8, characterized characterized that the tool shank of the high speed tool made of a suitable titanium alloy or aluminum is made of alloy and the clamping system made of steel high modulus of elasticity.

10. Tool clamping system according to claims 1 to 9, characterized in that the clamping bush ( 5 ) of the clamping system is divided into two or more clamping areas, separated by areas of smaller extent, the individual Kammersy systems of the respective clamping areas being connected to one another via capillaries can.