CH669346A5

CH669346A5 -

Info

Publication number: CH669346A5
Application number: CH187586A
Authority: CH
Inventors: Josef Steinberger
Original assignee: Forkardt Paul Gmbh
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1989-03-15
Also published as: GB8611008D0; GB2175227A; IT8621759V0; DE8513540U1; GB2175227B; FR2581572B3; FR2581572A3; IT210567Z2

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festspannen von mit mindestens einer Schneide zum spanabhebenden Bearbeiten versehenen Werkzeugköpfen an einem während der Bearbeitung nicht umlaufenden Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine mit am Werkzeugkopf und Werkzeugträger ausgebildeten Zentrierflächen sowie mit Anschlagflächen zur axialen Lagebestimmung und mit einem axial beweglichen Zugelement zur Festlegung des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger, wobei der Werkzeugkopf gegen Verdrehen gegenüber dem Werkzeugträger durch eine Nut-Feder-Verbindung gesichert ist.

Derartige Vorrichtungen zum Festspannen von Werkzeugköpfen an einem Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.

Bei einer dieser bekannten Ausführungen ist am Werkzeugträger ein zylindrisches Zentrierelement ausgebildet, auf welches der mit einer zylindrischen Bohrung ausgeführte Werkzeugkopf aufgesetzt wird. Der Werkzeugkopf wird gegen Verdrehen durch eine in radialer Richtung am Werk- . zeugträger angeordnete Feder gehalten, die in eine entsprechende, radiale Nut des Werkzeugkopfes eingreift. Die Verriegelung des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger erfolgt durch mehrere schrägradial angeordnete Spannstifte, die in eine ringförmige Nut in der Aufnahmebohrung des Werkzeugkopfes eingreifen und bei ihrer Betätigung durch das mit einem kegeligen Kopf versehene Zugelement bewirken, dass der Werkzeugkopf gegen eine Planfläche des Werkzeugträgers gedrückt wird.

Diese bekannte Ausführung hat den Nachteil, dass sich aufgrund der zylindrischen Ausbildung des am Werkzeugträger ausgebildeten Aufnahmezapfens zwangsläufig ein Spiel ergibt, das sich wegen der zum Aufsetzen und Abnehmen des Werkzeugkopfes erforderlichen Durchmesserdiffe-renz zwischen zylindrischen Aufnahmezapfen und zylindrischer Aufnahmebohrung im Werkzeugkopf systembedingt nicht beseitigen lässt. Da dieses Spiel aus Stabilitätsgründen möglichst gering gehalten wird, ergibt sich ein geringes Zentrierspiel, so dass die bekannte Ausführung einen automatischen Werkzeugkopfwechsel nur ermöglicht, wenn der Wechselautomat mit einer sehr hohen Genauigkeit arbeitet. Ein weiterer entscheidender Nachteil ergibt sich dadurch, dass die Kraftübertragung beim Festsetzen des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger durch Spannstifte mit geringen Übertragungsflächen geschieht, die somit nicht nur sehr hoch belastet sind, sondern auch einem grossen Verschleiss unterliegen, zumal sie durch das konstruktionsbedingte Spiel zwischen zylinderförmigem Aufnahmezapfen und zylindrischer Aufnahmebohrung auch mit den dynamischen Schnittkräften belastet sind.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung erfolgt die Verbindung zwischen dem Werkzeugkopf und dem Werkzeugträger über eine Hirth-Verzahnung und durch eine Spannzange. Die Spannzange umfasst mehrere Klemmelemente, die an einem Haltezapfen des Werkzeugkopfes angreifen.

Der Nachteil dieser bekannten Konstruktion besteht in der Überbestimmung der Zuordnung des Werkzeugkopfes zum Werkzeugträger infolge der Zähne der Hirth-Verzah-nung, die nicht nur der Verdrehsicherung zwischen Werkzeugkopf und Werkzeugträger dient, sondern gleichzeitig die Zentrierung und axiale Lagebestimmung übernehmen muss. Ein Teilungsfehler der Hirth-Verzahnung führt zu einem Lagefehler in axialer und radialer Richtung an der Schneide des Werkzeugkopfes. Trotz der Verwendung einer sehr teuren und aufwendig herzustellenden Hirth-Verzahnung ist diese bekannte Ausführungsform somit mit dem Nachteil einer geringen Genauigkeit behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zum Festspannen von Werkzeugköpfen an einem Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine derart auszubilden, dass unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen und mit geringem Konstruktionsaufwand ein spielfreier Sitz des Werkzeugkopfes auf dem Werkzeugträger mit eindeutiger Zentrierung

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und axialer Lagebestimmung erzielt wird, wobei zum Zwek-ke des automatischen Werkzeugkopfwechsels ein möglichst grosses Zentrierspiel vorhanden sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf mit einem kurzen Kegelmantel und der Werkzeugträger mit einem entsprechenden Gegenkegelmantel zur Zentrierung versehen sind und dass zur axialen Lagebestimmung des Werkzeugkopfes auf dem Werkzeugträger am Ende des grossen Durchmessers der Kegelmäntel jeweils eine Planfläche ausgebildet ist, die im gespannten Zustand durch die axiale Zugkraft des Zugelements ebenso wie die Kegelmäntel spielfrei aneinanderliegen.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung mit als Kegelmäntel ausgeführten Zentrierflächen ergibt sich ein grosser Zentrierweg beim Ansetzen des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger, so dass ein automatischer Werkzeugkopfwechsel ohne Schwierigkeiten möglich ist. Trotz dieses grossen Zentrierweges wird eine spielfreie Lagerung des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger im gespannten Zustand erzielt, wobei sich eine eindeutige Zentrierung und axiale Lagebestimmung ergibt, da die Zentrier- und Anschlagflächen voneinander getrennt sind, so dass eine Überbestimmung vermieden wird. Aufgrund der grossflächigen Zentrier- und Anschlagflächen ergibt sich ein vernachlässigbar kleiner Verschleiss und eine geringe Schmutzempfindlichkeit. Ausserdem ist die erfindungsgemässe Ausführung preiswert herzustellen.

Der Werkzeugkopf kann mit einer Gewindebohrung versehen sein, in die unmittelbar eine im Werkzeugträger angeordnete, als Zugelement dienende Zugschraube eingreift. Hierdurch ergibt sich eine einfache und starre sowie durch das Gewinde selbsthemmende Verbindung zwischen Werkzeugkopf und Werkzeugträger.

Zur Weiterbildung dieser Konstruktion wird vorgeschlagen, die Zugschraube zwischen zwei Endstellungen verschiebbar im Werkzeugträger zu lagern und durch eine in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes wirkende Feder zu belasten. Durch eine Abstimmung der Endstellungen und der Feder wird erreicht, dass beim Aufsetzen des Werkzeugkopfes die Zugschraube nur soweit aus dem Werkzeugträger vorsteht, dass die kegeligen Zentrierflächen zur Vorzentrierung zusammenwirken und die Verdrehsicherung wirksam wird, das Gewinde der Zugschraube jedoch gerade in die Gewindebohrung des Werkzeugkopfes eingreift.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist hinter dem Innenkegelmantel im Werkzeugkopf eine im Querschnitt trapezförmige Ringnut ausgebildet, in die radial verstellbare Spannelemente mit der Ringnut entsprechenden Spannflächen eingreifen, die durch eine Axialbewegung des Zugelements verstellbar sind. Bei geringfügig grösserem konstruktiven Aufwand ergibt sich durch diese Ausgestaltung eine besonders verschmutzungssichere Ausführung, die ein sehr schnelles Spannen und Lösen des Werkzeugkopfes ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zugelement zum radialen Verstellen der Spannelemente mit einem Bewegungsgewinde versehen. Ein Drehen an einer axial unverschiebbar gehaltenen Mutter hat somit eine axiale Verlagerung des mit Gewinde versehenen Zugelements zur Folge, welches zu diesem Zweck unverdrehbar im Werkzeugträger gehalten ist.

Sofern ein schnelles Spannen und Lösen des Werkzeugkopfes mit einfachen Elementen an der Werkzeugmaschine durchgeführt werden soll, ist das Zugelement erfindungsge-mäss zum radialen Verstellen der Spannelemente in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes durch mindestens eine Feder ständig belastet und in Gegenrichtung durch eine von aussen aufbringbare Kraft verschiebbar, die beispielsweise durch ei-

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nen einseitig beaufschlagten Zylinder erzeugt wird. Hierdurch ist eine einfache Automatisierung des Spann- und Lösevorganges möglich.

Als weitere Ausführungsmöglichkeit kann das Zugelement zum radialen Verstellen der Spannelemente durch einen im Werkzeugträger eingebauten Druckmittelzylinder betätigbar sein. Diese Ausbildung bietet sich dann an, wenn der Werkzeugträger bereits mit Druckmittelanschlüssen versehen ist.

Es kann schliesslich vorgesehen sein, die Spannelemente an einer geschlitzten Spannpatrone auszubilden und durch den kegelförmigen Kopf des Zugelements entgegen der Eigenfederung der Spannpatrone radial nach aussen zu verstellen. Diese in verschiedenen Ausführungen bekannte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass handelsübliche Bauteile mit hoher Funktionssicherheit verwendet werden können.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen an einen Werkzeugträger angesetzten Werkzeugkopf mit einer ersten Ausführungsform des Zugelements bei Beginn des Befestigungsvorganges,

Fig. 2 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung im gespannten Zustand,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt bei Verwendung einer zweiten Ausführungsform des Zugelements,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für das Zugelement anhand eines Längsschnittes durch einen am Werkzeugträger festgespannten Werkzeugkopf und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung bei Verwendung einer alternativen Lösung für die Betätigung des Zugelements.

Die Fig. 1 und 2 zeigen anhand einer ersten Ausführungsform einen Werkzeugträger 1, der an seiner einen Werkzeugkopf 2 tragenden Seite mit einer ringförmigen Planfläche la als Anschlagfläche für den Werkzeugkopf 2 versehen ist, der eine korrespondierende, ringförmige Planfläche 2a aufweist. Die Planfläche la des Werkzeugträgers 1 umgibt einen aus dem Werkzeugträger 1 hervorstehenden, kurzen Aussenkegelmantel lb, dessen Kegelwinkel im Bereich zwischen 1:10 und 1:4 liegt. Auf diesen Aussenkegelmantel lb ist der Werkzeugkopf 2 mittels eines Innenke-gelmantes 2b aufsetzbar, der in einer zentralen Anbohrung des mit einem oder mehreren Schneidplättchen 3 versehenen Werkzeugkopfes 2 ausgebildet ist.

Die Sicherung des Werkzeugkopfes 2 gegen Verdrehen auf dem Werkzeugträger 1 erfolgt bei den dargestellten Ausführungsbeispielen durch eine in radialer Richtung im Bereich der Planfläche la am Werkzeugträger 1 befestigte Feder 4, die in eine entsprechende Nut am Werkzeugkopf 2 eingreift.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird als Zugelement zum Festspannen des Werkzeugkopfes 2 auf dem Werkzeugträger 1 eine Zugschraube 5 verwendet, deren Gewindeteil in eine Gewindebohrung 2c des Werkzeugkopfes 2 eingreift. Die Zugschraube 5 ist mittels eines zylinderförmigen Ringflansches 5a zwischen zwei Endstellungen verschiebbar in einer Bohrung lc des Werkzeugträgers 1 geführt. Die hintere Endstellung ergibt sich durch die Anlage des Ringflansches 5a an einem Sprengring 6. Bei abgenommenem Werkzeugkopf 2 wird diese hintere Endstellung durch eine Feder 7 bewirkt, die zwischen dem Ringflansch 5a und dem Grund der Bohrung lc im Werkzeugträger 1 angeordnet ist und die Zugschraube 5 in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes 2 belastet. Die andere, vordere

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Endstellung der Zugschraube 5 ergibt sich durch Anlage ihres Ringflansches 5a an der zusammengedrückten Feder 7.

Am Ende der Zugschraube 5 ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ein Aussensechskant 5b ausgebildet, durch den die Zugschraube 5 gedreht werden kann. Die Längenverhältnisse sind derart aufeinander abgestimmt,

dass die Zugschraube 5 mit ihrem ersten Gewindegang gemäss Fig. 1 gerade soweit aus dem Werkzeugträger 1 herausragt, dass beim Aufsetzen des Werkzeugkopfes 2 mit seinem Innenkegelmantel 2b auf den Aussenkegelmantel lb des Werkzeugträgers 1 der erste Gewindegang greift, wenn die Zugschraube 5 gedreht wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass über die kegeligen Mantelflächen lb und 2b eine Vorzentrierung und durch die Feder 4 eine Verdrehsicherung erfolgt, wenn der Werkzeugkopf 2 auf den Werkzeugträger 1 zum Festspannen automatisch oder von Hand aufgesetzt worden ist. Ein Drehen der Zugschraube 5 bewirkt somit ein ordnungsgemässes Festspannen des Werkzeugkopfes 2, wobei durch die kegeligen Mantelflächen lb und 2b und durch die Anlage der Planflächen la und 2a ein spielfreier Sitz im gespannten Zustand erreicht wird.

Beim Lösen der Zugschraube 5 bewirkt die Feder 7, dass die Zugschraube 5 entsprechend dem Lösevorgang in den Werkzeugträger 1 zurückgezogen wird, so dass der Werkzeugkopf 2 bis zum Austreten der Zugschraube 5 aus der Gewindebohrung 2c des Werkzeugkopfes 2 seine Spannstellung beibehält und demgemäss auch automatisch am Ende des Lösevorganges vom Werkzeugträger 1 abgenommen werden kann.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im Werkzeugkopf 2 hinter dem Innenkegelmantel 2b eine im Querschnitt trapezförmige Ringnut 2d ausgebildet. In diese Ringnut 2d greifen radial verstellbare Spannelemente 8a mit der Ringnut 2d entsprechenden Spannflächen ein, die beim Ausführungsbeispiel an einer Spannpatrone 8 ausgebildet sind. Diese Spannelemente 8a werden durch den kegelförmigen Kopf 9a eines Zugelements 9 in radialer Richtung entgegen der Eigenfederung der Spannpatrone 8 verstellt, wenn das Zugelement 9 in axialer Richtung relativ zum Werkzeugträger 1 verschoben wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die radiale Verschiebung des Zugelements 9 mit Hilfe eines Bewegungsgewindes, das am Ende des Zugelements 9 als Aussengewinde und im vorderen Teil einer mit einer Schlüsselfläche 10a versehenen Mutter 10 ausgebildet ist. Während die Mutter 10 drehbar im Werkzeugträger 1 gelagert ist,

wird das Zugelement 9 durch eine Madenschraube 11 unver-drehbar gehalten, so dass eine Verdrehung der Mutter 10 eine Axialbewegung des Zugelements 9 zur Folge hat.

Das Festspannen und Lösen des Werkzeugkopfes 2 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, wobei die Spannelemente 8 a zum Ansetzen und Abnehmen des Werkzeugkopfes 2 durch den nach vorn herausgefahrenen Kopf 9a des Zugelements 9 soweit in radialer Richtung aufgrund ihrer Eigenfederung nach innen bewegt sind, dass der Werkzeugkopf 2 ohne Schwierigkeiten aufgesetzt bzw. abgenommen werden kann.

Das dritte Ausfürungsbeispiel gemäss Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 3 durch die Art der Betätigung des auf die Spannelemente 8a der Spannpatrone 8 wirkenden Zugelements 9. Bei dieser Ausführungsform ist das Zugelement 9 durch einen auf das hintere Ende aufgeschraubten Ringflansch 9b verschiebbar in einer Bohrung lc des Werkzeugträgers 1 geführt und in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes 2 durch Federkraft belastet, die beim Ausführungsbeispiel durch eine Mehrzahl von Tellerfedern 12 erzeugt wird. Hierdurch befinden sich die Spannelemente 8a aufgrund der Kraft der Tellerfedern 12 stets in der Spannstellung. Soll ein Werkzeugkopf 2 abgenommen und ein neuer Werkzeugkopf 2 aufgesetzt werden, ist es erforderlich, das Zugelement 9 durch eine von aussen aufzubringende, die Tellerfedern 12 überwindende Kraft in Richtung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeiles zu verschieben, damit die Spannelemente 8a aufgrund ihrer Eigenelastizität sich radial nach innen verlagern, um ein Abnehmen bzw. Aufsetzen des Werkzeugkopfes 2 zu ermöglichen. Sobald diese von aussen aufgebrachte Kraft weggenommen wird, verschieben die Tellerfedern 12 das Zugelement 9 in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes 2, wodurch der Kopf 9a des Zugelements 9 die Spannelemente 8 a der Spannpatrone 8 spreizt und den aufgesetzten Werkzeugkopf 2 über die Ringnut 2d am Werkzeugträger 1 festspannt.

Beim vierten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 liegt die Abweichung in der Konstruktion lediglich in der Art der Verstellung des Zugelements 9. Bei dieser Ausführungsform trägt das Zugelement 9 einen Kolben 9c, der in einem Zylinderraum ld im Werkzeugträger 1 verschiebbar geführt ist. Der Zylinderraum ld ist durch Deckel le gegenüber den übrigen Teilen des Werkzeugträgers 1 abgedichtet und mit Druckmittelanschlüssen lf versehen, so dass der Kolben 9c in beiden Richtungen durch Druckmittelbeaufschlagung verschiebbar ist. Durch eine geeignete Steuerung des Druckmittelzuflusses und -abflusses kann somit ein Spannen und Lösen der Spannelemente 8a der Spannpatrone 8 erfolgen, so dass der Werkzeugkopf 2 in der voranstehend beschriebenen Weise am Werkzeugträger 1 festgespannt bzw. von diesem abgenommen werden kann.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

669346 PATENTANSPRÜCHE

(1) angeordnete, als Zugelement dienende Zugschraube (5) eingreift.

1. Vorrichtung zum Festspannen von mit mindestens einer Schneide zum spanabhebenden Bearbeiten versehenen Werkzeugköpfen an einem während der Bearbeitung nicht umlaufenden Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine mit am Werkzeugkopf und Werkzeugträger ausgebildeten Zentrierflächen sowie mit Anschlagflächen zur axialen Lagebestimmung und mit einem axial beweglichen Zugelement zur Festlegung des Werkzeugkopfes am Werkzeugträger, wobei der Werkzeugkopf gegen Verdrehen gegenüber dem Werkzeugträger durch eine Nut-Feder-Verbindung gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (2) mit einem kurzen Kegelmantel (2b) und der Werkzeugträger (1) mit einem entsprechenden Gegenkegelmantel (lb) zur Zentrierung versehen sind und dass zur axialen Lagebestimmung des Werkzeugkopfes (2) auf dem Werkzeugträger (1) am Ende des grossen Durchmessers der Kegelmäntel (lb, 2b) jeweils eine Planfläche (la, 2a) ausgebildet ist, die im gespannten Zustand durch die axiale Zugkraft des Zugelements (5, 9) ebenso wie die Kegelmäntel (lb, 2b) spielfrei aneinanderlie-gen.
(2) durch mindestens eine Feder (12) ständig belastet ist und in Gegenrichtung durch eine von aussen aufbringbare Kraft verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (2) mit einer Gewindebohrung (2c) versehen ist, in die unmittelbar eine im Werkzeugträger
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugschraube (5) zwischen zwei Endstellungen verschiebbar im Werkzeugträger (1) gelagert ist und durch eine in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes (2) wirkende Feder (7) belastet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Innenkegelmantel (2b) im Werkzeugkopf (2) eine im Querschnitt trapezförmige Ringnut (2d) ausgebildet ist, in die radial verstellbare Spannelemente (8a) mit der Ringnut (2d) entsprechenden Spannflächen eingreifen, die durch eine Axialbewegung des Zugelementes (9) verstellbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) zum radialen Verstellen der Spannelemente (8a) mit einem Bewegungsgewinde versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) zum radialen Verstellen der Spannelemente (8a) in Anzugrichtung des Werkzeugkopfes
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) zur radialen Verstellung der Spannelemente (8a) durch einen im Werkzeugträger (1) eingebauten Druckmittelzylinder (ld, 9c, le) betätigbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (8a) an einer geschlitzten Spannpatrone (8) ausgebildet und durch den kegelförmigen Kopf (9a) des Zugelements (9) entgegen der Eigenfederung der Spannpatrone (8) radial nach aussen verstellbar sind.