Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen.
Bei der am häufigsten benutzten Einspann-Art werden die Werkzeuge oder deren Spannteile (vor allem Fräsdorne) mit einem kegeligen Schaft in eine entsprechend ausgebildete Bohrung der Maschinen spindeleingesetzt. Eine rechteckige Ausnehmung und seitliche, ebene Flächen an den Werkzeugen oder Spannteilen sichern diese gegen unbeabsichtigtes Verdrehen gegenüber der Maschinenspindel. Eine Spannschraube, die durch die Maschinenspindel hin durchgeht und :die von :der Spindelrückseite aus zu betätigen. ist, hält die in der Kegelbohrung der Maschinenspindel :eingesetzten Werkzeuge oder Spannteile.
Diese Art :der Befestigung weist zahlreiche, tech nische Nachteile ,auf. So ist das Entfernender Werk zeuge bzw. Spannteile aus der Maschinenspindel stets mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Bei flachkegeliger Ausbildung der Spindelbohrung, z. B.
Morsekegeln oder metrischen Kegeln, zieht sich, in folge der Zugspannung der Spannschraube und der nur .geringen Neigung :des Kegels (etwa 1:20), und infolge .des Aufweitens der Spindelbohrung bei zu kräftigem Anziehen der Anzugsschraube, auch in folge Erwärmung der Maschinenspindel und der Zug- federwirkung der angezogenen Spannschraube das Werkzeug oder seine Aufnahme fast stets so stramm in die Maschinenspindel, dass nach Beendigung der Arbeit .das Werkzeug in der Spindel wie mit einem Schrumpfsitz gehalten wird. Meist ist das Lösen nur mit Hammerschlägen möglich. Eine solche Behand lung ist für die Maschinenspindel und ihre Lagerung sehr schädlich.
Die axiale Lage des Werkzeuges oder Spannteiles :ist dabei auch nicht eindeutig festgelegt. Sie hängt von der Grösse der Kraft ab, mit der der Bedienungsmann .das Werkzeug oder Spannteil in der Maschinenspindel festzieht. Auch bei der sogenann ten steilkegeligen Ausbildung :der Maschinenspindel bohrung treten ähnliche Nachteile auf. Dazu kommt bei diesen Maschinenkegeln, dass ,das Entfernen der Werkzeuge bzw. der Werkzeugaufnahmen auch noch gefahrvoll ist. Da das Spannen und Lösen nur vom rückwärtigen Ende :der Maschinenspindel aus mög lich ist, kann der Bedienungsmann während des Spannens oder Lösens der Spannschraube das Werk zeug nicht festhalten.
Damit besteht die Gefahr des Herunterfallens des Werkzeuges. Maschinen-, Werkstück- und Werkzeugbeschädigungen sind :eine häufige Folge. Bei ,grossen Gewichten der Werkzeuge besteht darüber hinaus Unfallgefahr.
Die Forderung, die Verbindung von Maschinen- spindel und Werkzeug so auszubilden, dass sie be quem, schnell und ohne Unfallgefahr lösbar ist und dass ausserdem die Werkzeuge auch bei wiederhol tem Werkzeugwechsel immer wieder die gleiche Stel lung gegenüber der Maschinenspindel erhalten, um die Massgenauigkeit der zu bearbeitenden Werk stücke zu gewährleisten, ist bei den erwähnten Werk zeugaufnahmen in keiner Weise erfüllt.
Der wirtschaftliche Nachteil dieser Art der Ver bindung von Werkzeug und .Spindel :besteht :darin, dass für die verschiedenen Maschinenspindeln, die je nach Grösse und Herkunft unterschiedlich ausgebil dete Spindelbohrungen aufweisen, nicht die gleichen Werkzeuge bzw. Spannteile verwendbar sind und man gezwungen ist, für jede Grösse und Art der Spin- delbohrungen je einen kompletten Satz von Werkzeu gen und Werkzeugaufnahmen auf Lager zu halten.
Ein einziger kompletter Satz von Werkzeugaufnah- men umfasst nun .sehr viele Teile. Hier seien nur die wichtigsten genannt, nämlich: Langfräsdorne für Satz- und Profilfräser mit un terschiedlichen Sitzdurchmessern und -längen je nach Bohrung und Länge der jeweils aufzunehmenden Frä ser, Normalfräsdorne für Walzen- und Winkelstirnfrä ser mit verschiedenen Sitzdurchmessern und -längen je nach Bohrung und Länge dieser Fräser, Kurzfräsdorne für Messerköpfe mit zylindrischer Bohrung, Kurzfräsdorne für Messerköpfe mit kegeliger Bohrung, Reduzierhülsen mit verschiedenen Grössen der In nenkegel zur Aufnahme von Werkzeugen mit unter schiedlich grossem Kegelschaft,
Spannzangenfutter mit verschiedenen Spannhül senbohrungen zum Spannen von Werkzeugen mit zylindrischem Schaft je nach Schaftdurchmesser usw. <B>USW.</B>
Um die technischen Schwierigkeiten des Lösens von der Maschinenrückseite zu vermeiden, .ist bereits vorgeschlagen worden, die Werkzeuge oder Spannteile durch eine ausschliessliche Stirnspannung mit einer an sich zum Maschinenteil gehörenden Spannhülse zu bewirken. Hierbei ist jedoch nach wie vor die lange Konuszentrierung mit ihren erwähnten Nachtei len vorhanden. Ausserdem besteht bei dieser Spannhülse die Gefahr, dass die Spannkraft nicht zentrisch zur Maschinenspindelachse wirkt.
Unter schiedliche Formsteifigkeit gegenüber den je nach der Drehlage in unterschiedlicher Richtung wirkenden äusseren Kräften:, Verziehen (Schlagen) .des Werkzeu ges, grosser Raumbedarf zum Ein- und Ausbau des Werkzeuges und andere Nachteile sind die Folge.
Um die erwähnten Nachteile der Konuszentrie rung zu beseitigen, ist bei Stirnspannung bereits vor geschlagen worden, einen langen zylindrischen Zen- triersitzund eine ebene Stirnlage der Werkzeuge mit Stirnmitnahme durch Keile vorzusehen und das Spannen mit Hilfeeiner Schraube zu bewirken, mit der das Werkzeug von vorn gespannt wird. Diese Ausbildung einer Spanneinrichtung ist jedoch nur einseitig für Kurzdorne anwendbar. Sie enthält vor allem eine Spannschraubenverwendung, die mit der Erfindung vermieden werden soll.
Es ist ferner eine Stirnspannung mit Stirnmit nahme bekannt, die eine Spannhülse verwendet. Hier ist als Zentrierteil an dem zu spannenden Teil ein kurzer zylindrischer Schaft und ein kurzes Konusteil mit Bund vorgesehen. Die Zentrierung ist hier Über bestimmt. Auch dieser Vorschlag ist nur für Kurz dorne gemacht. Eine zwangläufige Abdrückung der Spannteile beim Lösen ist hier nicht .gegeben.
Erfindungsgemäss wird zur Überwindung aller vorerwähnten Schwierigkeiten und Nachteile für eine Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen, insbeson dere Fräsmaschinen, zum Spannen von Werkzeugen und Spannteilen, bei der mittels einer ein Spindelteil hintergreifenden Spannhülse das mit Gewinde und Zentrierteil versehene Werkzeug oder Spannteil ge spannt wird, vorgeschlagen, dass als Zentrierung nur eine zylindrische Zentrierfläche und eine Stirnanlage fläche und als Mitnahme in der Stirnanlagefläche an geordnete Keile vorgesehen sind. Es ist erfindungsge- mäss möglich, entweder die Werkzeugmaschinenspin del oder den Einsatzdorn derart auszubilden.
Hier durch ist die Möglichkeit gegeben, die Vorteile des Vorschlages ohne Spindeländerung anwendbar zu machen. Mit dieser Ausbildung werden alle genannten Schwierigkeiten der bekannten Spanneinrichtungen mit .Anzugsschraube überwunden, ohne dass deren Nachteile entstehen, die das Stirnspannen am Spin delkopf der Maschinenspindel mit einer Spannhülse oder Überwurfmutter, oder mit Stirnspannschraube ergeben. Der zylindrische Sitz verklemmt sich nie, so dass ein Losschlagen nicht erforderlich wird. Maschine und Maschinenspindel werden also ge schont.
Die axiale Lage des Werkzeuges oder Spann teiles ist mit höchster Präzision ,gesichert, da die bei den ebenen Stirnflächen stets die gleiche genaue Lage zueinander behalten und nicht wie bei kegeliger Auf nahme je nach der Kraft, mit der die Anzugschraube angezogen wird, die Fräsdorne oder Werkzeuge mehr oder weniger tief in die Spindel hineingezogen wer den. Das übertragbare Drehmoment der Fräsdorne wird nicht durch Bohrungen, mit denen die Dorne. in der Spindel oder dem Einsatzstück .gehalten werden, vermindert. Weitere Vorteile werden in der nachste henden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung erkennbar.
Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs- gemäss ausgebildete Werkzeugspindel-Spanneinrich tung und ein herausgenommenes Werkzeug in zur Spindel gleichachsiger Lage, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Maschinen spindel herkömmlicher Bauart mit einem Einsatzdorn gemäss der Erfindung, Fig. 3 eine Stirnansicht auf den Einsatzdorn von Fig. 2, Fig. 4 einen Langfräsdorn in der Ausbildung ge- mäss der Erfindung im Axialschnitt, Fig. 5 eine Stirnansicht von Fig. 4 in Richtung des Pfeiles 5, Fig. 6 einen Normalfräsdorn in der Ausbildung gemäss ,der Erfindung, Fig.
7 einen Kurzfräsdorn in der Ausbildung ge- mäss der Erfindung, Fig. 8 einen Messerkopf-Kurzfräsdorn mit zylin drischem Messerkopfsitz nach DIN 2079 in Ausbil dung gemäss der Erfindung, Fig. 9 einen Messerkopf-Kurzfräsdorn mit kegeli gem Messerkopfsitz, Fig. 10 ein Spannzangenfutter, Fig. 11 eine Werkzeugaufnahme zum Spannen von Werkzeugen mit Kegel und Anzugsgewinde, Fig. 12 eine Werkzeugaufnahme ähnlicher Art für Werkzeuge mit Kegel und Mitnehmerlappen, Fig. 13 ein Reduzierstück.
In Fig. 1 bezeichnet a eine erfindungsgemäss aus- gebildete Maschinenspindel. Diese hat auf der Vor derseite eine zylindrische Bohrung b und eine senk recht zur Spindelachse c verlaufende Stirnfläche d. In diese Stirnfläche sind zwei Stirnkeile e1 und e2 eingelassen. Sie .sind fest an der Spindel ange schraubt. Auf :der Spindel sitzt lose drehbar eine aus den Teilstücken f und g bestehende Überwurfmutter, die einen Bund h der Maschinenspindel a hinterfasst.
Der Fräser i ist mit einem der Bohrung b genau entsprechenden zylindrischen Zapfen k, einer Stirn anlagefläche u, einem Aussengewindeteil m und Nuten n1 und n2 versehen, die den Stirnkeilen e1 und e2 entsprechen.
Zum schnellen Verbinden von Spindel a und Frä ser i dient ein Motor s, der über Kegelräder r, Viel keilwelle q, ein Ritzel p und eine Aussenverzahnung o der Überwurfmutter f, g bei stillstehender Spindel a das Werkzeug i in axialer Richtung anzieht oder löst. Das Ritzel p sitzt längs verschiebbar auf der Vielkeil welle<I>q</I> und wird mit Hilfe eines Schalthebels<I>t</I> wahl weise so geschaltet, dass :es für das Spannen und Lösen im Eingriff mit der Verzahnung o der über wurfmutter f, g ist, beider Arbeitsdrehbewegung der Spindel<I>ab</I> aber die Verzahnung o freigibt.
Die :drehsichere, zentrische Verbindung zwischen der Spindel<I>a</I> und dem Werkzeug<I>i</I> wird durch Einset zendes zylindrischen Zapfens k in die Bohrung b und der Nuten n1 und n2 in die Stirnkeile e1 und e2 be wirkt, während die Überwurfmutter f, g das Werk zeug<I>i</I> -durch Anziehen über das Gewinde<I>m</I> bis zum straffen Anliegen der Planfläche u des Werkzeuges an der Planfläche<I>d</I> :der .Spindel <I>a</I> in axialer Richtung festlegt.
Maschinenspindeln herkömmlicher Bauart mit flach- oder steilkegeligen Bohrungen können erfin- dungsgemäss durch einen einfachen Konuseinsatz, der ständig in der Maschinenspindel verbleibt, nach dem er einmal eingesetzt wurde, zu .einer Maschinen spindel der oben geschilderten Art verwandelt wer den. Dies zeigen die Fig. 2 und 3.
Die Maschinenspindel cl herkömmlicher Bauart, die die kegelige Bohrung w hat, wird hierzu mit einem Einsatzstück, einem Grunddorn v versehen. Dieser hat einen kegelig ausgebildeten Zapfen x mit Befestigungsgewinde x'. Die Drehmitnahme zwischen der Spindel a und dem Einsatzstück v ist zur Spindel passend ausgebildet und beispielsweise ein seitlich abgeflachter Zylinder y an :der Vorderseite .des Kegel zapfens x, der in eine rechteckige Ausnehmung an der Vorderseite der Maschinenspindel ä passt.
Das Einsatzstück v hat :eine zylindrische Bohrung b und eine Stirnfläche d senkrecht zur Achse c, in die zwei Stirnkeile e1 und e2 eingesetzt sind. Auf dem Einsatz stück sitzt eine Überwurfmutter g', die eine hintere Stirnfläche h des Einsatzstückes v hinterfasst.
Jede beliebige Maschinenspindel, gleichgültig welcher Art und Grösse, ist mit Hilfe eines solchen Einsatzstückes ohne weiteres in eine Maschinenspin- del nach Fig. 1 zu verwandeln, und es genügt ein ein ziger Einsatz für jede Maschine, um jede beliebige Maschinenspindel mit .einem bekannten Satz von an- gepassten Werkzeugen oder Werkzeugaufnahmen bestücken zu können.
Die verschiedenartigen Werk zeugaufnahmen eines solchen Satzes, also Langfräs- dorne nach Fig. 4 und 5, Normalfräsdorne nach Fig. 6, Kurzfräsdorne nach Fig. 7, Messerkopf-Kurz- fräsdorne mit zylindrischem Messerkopfsitz nach Fig. 8, Messerkopf-Kurzfräsdorne mit kegeligem Messerkopfsitz nach Feg. 9, Spannzangenfutter nach Fig. 10, Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge mit Kegel und Anzugsgewinde nach Fig. 11, Werkzeug aufnahmen für Werkzeuge mit Kegel und Mitneh merlappen nach Fig. 12 und Reduzierstücke nach Fig. 13 sind hierzu ebenso wie das in Fig. 1 darge stellte Werkzeug<I>i</I> mit :
einem zylindrischen Zapfen<I>k,</I> einer zur Achse c senkrecht verlaufenden Planfläche u, einem Aussengewinde m und Nuten n1 und n2 ver sehen. Sie sind infolge dieser Ausbildung ebenso wie das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug i entweder direkt bzw. über das Einsatzstück v mit der Maschinenspin del verbindbar. Zu bemerken ist hinsichtlich der Re duzierstücke nach Fig. 13, dass bei diesen das Ge windeteil g der Überwurfmutter mit zwei halben Haltescheiben<I>f'</I> und<I>f"</I> versehen ist.
Die den jeweiligen Werkzeugen zugeordneten Werkzeugaufnahmen können :bei Ausbildung der Spindel gemäss Fig. 1 oder nach Einsetzen eines Grunddornes nach Fig. 2, eventuell unter Benutzung eines Reduzierstückes nach Fig. 13 für jede beliebige Maschine verwendet werden. Es genügt also ein :ein ziger Satz Werkzeugaufnahmen für alle Werkzeuge bzw. Maschinen.
Es ist für jede Art von Fräsdornen ,eine positive Drehmitnahme gewährleistet und die Anzugsmutter (Überwurfmutter) wird nicht durch Drehmomente in Löserichtung belastet. Durch das motorische Klemmen und Lösen kann :der Bedie- nungsmann beim Einsetzen oder Ausspannen des Werkzeuges ein Augenmerk auf das Werkzeug rich ten und dieses richtig halten. :Die erfindungsgemässe Einrichtung ist nicht auf einige Arten von Werkzeug- aufnahmen beschränkt, und schliesslich ist das.
Befe stigen wesentlich vereinfacht.