CH663562A5

CH663562A5 - Kupplungsvorrichtung fuer modulare werkzeugsysteme.

Info

Publication number: CH663562A5
Application number: CH882/84A
Authority: CH
Inventors: Ferenc Dudas; Ivan Levardy
Original assignee: Forgacsolos Zamipari Vall
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1987-12-31
Also published as: CS253586B2; GB8402622D0; GB2137124B; JPS59196142A; SU1355114A3; DE3341958A1; SE8400658D0; DD230817A1; IT1170056B; FR2542652B1; SE8400658L; GB2137124A; FR2542652A1; US4557642A; HU188534B; DE3341958C2; IT8324365A0

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Kupplungsvorrichtung für modulare Werkzeugsysteme, insbesondere zum Verbinden oder Verkuppeln von in die Hauptspindel von Werkzeugmaschinen einspannbarem Grundkörper und/oder Adapter und/oder Verlängerungsstück und/oder Werkzeug, wobei in einem der zu verbindenden Teile eine konzentrische Bohrung, und am anderen ein in diese passender konzentrischer Zapfen vorgesehen ist und beide mit einem Feststell- bzw. Mitnehmerelement versehen sind, wobei der eine Teil eine in die konzentrische Bohrung mündende, koaxiale Gewindebohrung besitzt, während der andere Teil mit einer konzentrischen Gewindebohrung versehen ist.

Die Hauptspindelenden der Bohr-_und Fräswerke sowie der Bearbeitungszentren zeigten auch schon früher eine ausserordentliche Vielfalt. Die unterschiedlich ausgebildeten automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen führten zu weiteren Varianten und vervielfachten die bereits bestehende Vielzahl der Anschlussarten.

Dieser Umstand hat zur Folge, dass mit den aus einem Stück bestehenden Werkzeugen, in einer für eine Maschine charakteristischen fixen Ausführung, weder der Werkzeugbestand der Maschinen noch die Fertigung der Werkzeuge optimalisiert werden können. Aus diesem Grunde ist eine Trennung des sich an die Werkzeugmaschine anschliessenden Teiles vom zum Ein- bzw. Aufspannen der Schneidwerkzeuge dienenden Teil und die lösbare Verbindung der Teile mittels eines geeigneten Kupplungs- bzw. Befestigungssystems von Vorteil. In dieser Weise wird ermöglicht, gleiche Werkzeugspannelemente mit verschiedenen sich an die Maschinen anschliessenden Elementen zu verbinden bzw. an ein sich an die Maschine anschliessendes Element einer Ausführung mehrere unterschiedliche Werkzeugspannelemente anzuschliessen.

Die Steuerungen moderner Werkzeugmaschinen ermöglicht, dass nach Abschluss einer mit einem einschneidigen Werkzeug vorgenommenen Bohrbearbeitung die Schneide von der bearbeiteten Fläche abgehoben aus der Bohrung herausgehoben wird.

Voraussetzung dafür ist, dass ein bestimmter Punkt der Hauptspindel und die Werkzeugschneide — in Abhängigkeit von der Art der Steuerung — eine gegenseitig dazu geeignete Stellung einnehmen.

Mehrteilige Werkzeugspannvorrichtungen sind bereits bekannt (siehe z.B. DE-PS 14 77 140; DE-OS 3039 456; 31 08 071 ; 30 08 189; 28 31 660; DE-GM 75 29 196). Die einzelnen sich aneinander anschliessenden Elemente sind so ausgebildet, dass ein auf der einen Einheit ausgeführter Zentrierzapfen sich in die konzentrische Bohrung der anderen Einheit hineinfügt.

Bei einer anderen bekannten Ausführung werden die sich aneinander anschliessenden Einheiten neben dem Zentrierzapfen und der Bohrung zwecks Verschraubung mit einem Gewindeteil versehen. Diese Ausführung zeichnet sich zwar durch ihre Einfachheit aus, ermöglicht jedoch nicht, dass ein ausgewählter Punkt der Hauptspindel und die Werkzeugschneide in eine gegenseitig bestimmte Position gelangen. Eine so ausgeführte Konstruktion kann nur auf eine das Gewinde in der Schliessrichtung beanspruchende Weise, kennzeichnend mit rechtem Drehsinn, eingesetzt werden. Ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes Moment würde eine Lockerung des Mechanismus zur Folge haben.

Bei einer anderen bekannten Ausführung wird die Verbindung der Bauelemente durch den Zentrierzapfen und die Bohrung sowie eine zu deren Achslinie senkrecht angeordnete Schraube mit kegeligem Ansatz gesichert, die gegen die kegelige Einsenkung im Zentrierzapfen gespannt wird. Diese Verbindung ergibt — da die Feststellkraft nicht konzentrisch wirkt — keine einwandfreie ebenenartige Auflage der Stirnseiten und keine entsprechende Starrheit der Verbindung.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung werden die sich aneinander anschliessenden Elemente ebenfalls durch einen Zentrierzapfen und eine Bohrung verbunden. Ihre Feststellung erfolgt durch eine Imbussschraube, die durch einen Ring gesteckt ist, welcher Ring in der Fortsetzung der Zentrierbohrung durch ein Gewinde oder Querbolzen befestigt ist, wobei die Schraube in die im Zentrierzapfen vorgesehene Gewindebohrung eingeschraubt werden kann. Diese Ausführung ist hinsichtlich der Übertragung der konzentrischen Feststellkraft zufriedenstellend, weist jedoch den Nachteil auf, dass der auf einfache Weise mit einem Gewinde erfolgende Einbau des Ringes sehr leicht gelockert wird.

Zweck vorliegender Erfindung ist die Beseitigung der beschriebenen Nachteile und die Schaffung einer Kupplungsvorrichtung, die den angeführten Forderungen restlos entspricht und durch ihren einfachen Aufbau eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Kupplungsvorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Zwischen den Gewindeteilen der Differentialschraube ist zweckdienlicherweise ein zylindrischer Halsteil ausgebildet, und das Verhältnis der Gewindesteigungen der Gewindeteile ist vorzugsweise 1:2. Die Dififerentialschraube kann ebenfalls zweckdienlicherweise als eine Imbussschraube ausgeführt und gegebenenfalls mit einer Durchgangsbohrung versehen sein.

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Der Mitnehmerbolzen kann in der Bohrung mit dem grösseren Durchmesser in axialer Richtung mittels einer Kugel abgestützt und/oder mittels eines in einem im Mantel vorgesehenen Einstich angeordneten Ringes befestigt sein. Besteht die Kupplungsvorrichtung aus mehr als zwei Bauelementen, so sind die Mitnehmerbolzen vorzugsweise in der gleichen Achsebene und auf dem gleichen Radius angeordnet.

Mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung sind — infolge der konzentrischen das entsprechende Ausmass aufweisenden Krafteinwirkung — die korrekte Auflage der Stirnseiten sowie die entsprechende Festigkeit und Starrheit aufweisende Verbindung zwischen den Werkzeugträger-, Einspann- bzw. Verlängerungselementen gesichert. Die Vorrichtung enthält keine starken Verschleiss ausgesetzte und häufigen Wechsel erfordernde Bauelemente. Der speziell ausgebildete Mitnehmerbolzen sichert einerseits durch einfach herstellbare Bohrungen eine gute Pass Verbindung ohne die Gefahr eines zu engen Sitzes. Der Mitnehmerbolzen ist zur Übertragung hoher Momente geeignet, da seine Beanspruchung nahe der reinen Scherbeanspruchung liegt und gewährleistet andererseits die Belastbarkeit der Vorrichtung mit Drehmomenten beliebiger Richtung. Die Beziehung zwischen einem ausgewählten Punkt der Hauptspindel der Werkzeugmaschine bzw. des an diese angeschlossenen Elementes und der Lage der Werkzeugschneide ist kennzeichnend bei der schlechten Bearbeitung von Bohrungen. Die unterschiedlichen Steuerungen bedingen abweichende Werkzeugschneidenpositionen im Vergleich zu einer bestimmten Hauptspindelposition. Die erfin-dungsgemässe Ausführung ermöglicht die Erfüllung dieser Forderungen in einfacher Weise. Der Mitnehmerbolzen bestimmt die allgemein gebräuchliche Position. In abweichendem Falle kann er in eine beliebige Stellung verdreht und in dieser fixiert werden, wobei die Tatsache genutzt wird, dass die Differentialschraube — durch ihre die gleiche Gewindesteigung aufweisenden Gewindeabschnitte — in der Steigungsrichtung eine Selbstsperrung sichert.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung sichert durch Verwendung einer mit einer Durchgangsbohrung versehenen Differntialschraube die Möglichkeit, die durch die Hauptspindel zugeleitete Kühl- und Schmierflüssigkeit der Werkzeugschneide zuzuführen.

Die weiteren Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung zum direkten Verbinden eines steilen Kegels und eines Ausdrehwerkzeuges,

Fig. 2 die Ausgestaltung des in Fig. 1 dargestellten Mitnehmerbolzens und

Fig. 3 die erfindungsgemässe Kupplungsvorrichtung zum Verbinden eines steilkegeligen Grundkörpers, eines Verlängerungsstük-kes und eines beliebigen Werkstückspannelementes.

In Fig..l ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung im Schnitt dargestellt, wobei die Verbindung bzw. Kupplung des Grundkörpers und des Drehwerkzeuges zu sehen ist. Die Spezifikation des mit einem Steilkegel versehenen Grundkörpers 1 entspricht der Spezifikation der Werkzeugmaschine. In die zur Kegelfläche 2 koaxialen Bohrung 3 ist der Zentrierzapfen 4 des Werkzeuges 4' eingepasst. Die starre Verbindung des Grundkörpers 1 und des Werkzeuges sichert eine Differentialschraube 6. Diese ist in die konzentrische Gewindebohrung 7 des Grundkörpers 1 eingeschraubt, während ihr anderes Ende in die Gewindebohrung 8 des Werkzeuges 4' passt. Das am in der Gewindebohrung 7 des Grundkörpers 1 sitzenden Gewindeteil 9 der Differentialschraube 6 befindliche Gewinde hat eine kleinere — zweckdienlich halb so grosse — Gewindesteigung als der am anderen Ende der Differentialschraube

6 befindliche — übrigens das gleiche Nennmass aufweisende — Gewindeteil 10. Dieser Gewindeteil 10 ist in die im Werkzeug 4' vorgesehene Gewindebohrung 8 eingeschraubt, sodass bei Verdrehen der Differentialschraube 6 in der Schliessrichtung — zweckdienlicherweise nach rechts — unter Einwirkung der Gewindesteigungsdifferenz die Stirnfläche 11 des Grundkörpers 1 und die Stirnfläche 12 des Werkzeuges 4' sich einander nähern und dann mit der dem Anziehdrehmoment entsprechenden Kraft gegeneinander gepresst werden. Der entsprechende Bewegungsweg der Differentialschraube 6 in den Gewindebohrungen 7 bzw. 8 wird durch den einen kleineren Durchmesser als die Kerndurchmesser aufweisenden zylindrischen Halsteil 13 der Schraube gesichert. Die Differentialschraube 6 ist mit einem das Verdrehen ermöglichenden Innenmehrkant 14 versehen.

Eine gegenseitige Verdrehung des Grundkörpers 1 und des Werkzeuges 4' wird durch einen Mitnehmerbolzen 15 verhindert, dessen Ausführung detailliert aus der Fig. 2 ersichtlicht ist. Der obere Teile 16 des Mitnerhmerbolzens 15 ist in die Bohrung 17 des Grundkörpers 1 verdrehbar eingepasst. Seine drehbahre axiale Stellung wird durch eine am Bohrungsboden angeordnete Kugel 18 mittels der Kernbohrung bestimmt. Die Stellung des Mitnehmerbolzens 15 sichert ein elastischer Federring 21, welcher eine Verdrehung des Bolzens erlaubt und in eine um die Mitte des oberen Teiles 16 ausgebildete Nut 20 eingesetzt ist.

Der untere Teil 22 des Mitnehmerbolzens 15 sitzt in der Bohrung 23 des Werkzeuges 4' und ist bezüglich des oberen Teils 16 exzentrisch angeordnet. Der Durchmesser des unteren Teiles 22 des Mitnehmerbolzens 15 ist im Vergleich zum oberen Teil 16 um den zweifachen Wert der Exzentrizität vermindert. Die Exzentrizität ermöglicht, die Bohrungen 17 und 23 ohne die Gefahr eines zu engen Sitzes und einer Verspannung mit einer verhältnismässig lockeren Positionstoleranz zu fertigen. Dazu darf die vom Nennwert gemessene summierte Streuung der Lage der Bohrungen 17 und 23 den zweifachen Wert der Exzentrizität nicht überschreiten. Beim Zusammenkuppeln stösst die Bohrung 23 auf die am unteren Teil 22 des Mitnehmerbolzens 15 durch Verjüngung kegelig ausgestaltete Fläche 24 und dreht den Mitnehmerbolzen 15 in eine Stellung, in welcher der untere Teil 22 in die Bohrung 23 eindringen kann und dadurch eine sichere Mitnahme herbeiführt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der zwischen dem Grundkörper 1 und dem Werkzeug 4' ein Verlängerungseinsatz 25 angeordnet ist. Der obere Teil des Verlängerungseinsatzes 25 ist genauso ausgebildet, wie der sich anschliessende Teil des Werkzeuges 4' und sein unterer Teil wie der des Grundkörpers 1. Dementsprechend erfolgt die Befestigung und Mitnahme gleich wie der Ausführung nach den Fig. 1 und 2.

Aus der Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass bei dieser Lösung die Differentialschrauben mit den durchgehenden Bohrungen 26 versehen sind, um die Weiterleitung der inneren Kühl- und Schmierfiüs-sigkeit zu gewährleisten. Der Durchmesser der Bohrungen 26 ist durch die Abmessung der InnenmehrkantöfFnungen begrenzt.

In der im Verlängerungseinsatz 25 ausgebildeten Gewindebohrung 27 werden die beiden unterschiedliche Gewindesteigungen aufweisenden Teile durch einen Einstich 28 voneinander getrennt.

Aus den dargestellten Beispielen ist zu ersehen, dass die vorgeschlagene Lösung eine schnelle und sichere Verbindung (Verkupp-lung) zwischen Werkzeugen und Bearbeitungsmaschinen ermöglicht, und gleichzeitig in ihrer Ausgestaltung ziemlich einfach und leicht zu fertigen ist. Die sich aneinander anschliessenden Teile sind austauschbar, ermöglichen dadurch beliebige Elementenkombinationen und gewährleisten die wirtschaftliche Zusammenstellung eines optimalen Werkzeugbestandes.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Kupplungsvorrichtung für modulare Werkzeugsysteme, insbesondere zum Verbinden oder Verkuppeln von in die Hauptspindel von Werkzeugmaschinen einspannbarem Grundkörper (1) und/oder Adapter und/oder Verlängerungsstück und/oder Werkzeug, wobei in einem der zu verbindenden Teile eine konzentrische Bohrung, und am anderen ein in diese passender konzentrischer Zapfen (4) vorgesehen ist und beide mit einem Feststell- bzw. Mitnehmerelement (15) versehen sind, wobei der eine Teil (1) eine in die konzentrische Bohrung mündende, koaxiale Gewindebohrung (7) besitzt, während der andere Teil (5) mit einer konzentrischen Gewindebohrung (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrung (7) des einen Teiles (1) mit einem die gleiche Gewindesteigungsrichtung jedoch eine grössere Gewindesteigung aufweisenden Gewinde (9) als der andere Teil versehen ist, und in diese Gewinde eine Differentialschraube (6) eingeschraubt ist, weiterhin dass das Mitnehmerelement ein Mitnehmerbolzen (15) ist, dessen eine Hälfte (16) in einer zur konzentrischen Bohrung (7) exzentrisch angeordneten achsparallelen Bohrung (17) Aufnahme findet, während die andere Hälfte (22)

einen kleineren Durchmesser aufweist und exzentrisch zur ersten Hälfte angeordnet ist, wobei das mit einer kegelförmigen Verjüngung (24) versehene Ende in eine Bohrung (23) des anderen Elementes (4') eingepasst ist.

2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewindesteigungen der Gewindeteile (9,10) der Differentialschraube (6) 1:2 ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gewindeteilen (9,10) der Differentialschraube (6) ein zylindrischer Halsteil (13) ausgebildet ist.

4. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ganzen Länge der DifTerential-schraube (6) eine Durchgangsbohrung (26) vorgesehen ist.

5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialschraube (6) mit einer Innenmehrkantöffnung (14) versehen ist.

6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (15) in der den grösseren Durchmesser aufweisenden Bohrung (17) axial mit einer Kugel (18) gelagert und/oder mittels eines in einem Einstich (20) im Mantel angeordneten elastischen Schlitzringes (21) befestigt ist.

7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehr als zwei Elementen besteht, wobei sämtliche Mitnehmerbolzen (15) in der gleichen Achsebene und mit dem gleichen Radius angeordnet sind.