DD137673B1

DD137673B1 - Spanneinrichtung fuer werkzeuge in arbeitsspindeln

Info

Publication number: DD137673B1
Application number: DD20661878A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Franz; Werner Helm; Wolfgang Otto
Original assignee: Ulrich Franz; Werner Helm; Wolfgang Otto
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1982-11-24
Also published as: DD137673A1

Description

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l'itel: Spanneinrichtung für Werkzeuge in Arbeitsspindeln

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft Spanneinrichtungen der genannten Art, insbesondere für Werkzeugmaschinen, die vorzugsweise zum selbsttätigen Spannen und Lösen von Werkzeugen geeignet sind. Solche werden beispielsweise bei Bohr- und/oder Fräsmaschinen ange~ wandt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bekannte Werkzeugspanneinrichtungen der genannten Art können im wesentlichen drei Spannprinzipien zugeordnet werden.

So wird der Werkzeugträger, welcher an der dem Werkzeug abgewandten Seite ein Gewinde auf.weist, von einer ebenfalls ext Gewinde versehenen, in der Arbeitsspindel verankerten Anzugsstange in die Aufnahme der Arbeitsspindel hineingezogen» Derartige Lösungen zeigen die Erfindunggbeschreibungen DD 8796; 48286; 58220 und DE 1 940522. Kennzeichnend für dieses Spannprinzip ist die hohe axiale Steife der Spanneinrichtung und ihr Nachteil nämlich die relativ lange Zeit, die für einen Werkzeugwechsel benötigt wird. Dies resultiert айв der notwendigen Zeit für das Ein- und Ausschrauben der Gewindeanzugsstange.

Іш Gegensatz dazu gestatten Werkzeugspanneinrichtungen mit kraftvQstärkenden Hebelmechanismen, wie sie beispielsweise die brfindungsbeschreibungen DE-OS 1 925 287 und 2 500 236 sowie bS 3 599 996 zeigen, kurze V/erkseugwechselzeiten· Dieses Spannprinzip ergibt auch eine gute axiale Steife der Spanneinrichtung. Nachteilig öind jedoch der relativ hohe KompliziertheitsgraS der Einrichtung und dor vergleichsweise ebenfalle hohe Per-

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tigungsaufwand.

Ebenfalls kurze Werkzeugweehselzeiten werden durch. Spanneinrichtungen erreicht, welche die Spannkraft mittels Feder elementen, insbesondere 'feilerfedern, erzeugen. Auch der Bauaufwand ist relativ gering₄ Ks werden einfache Bauelemente eingesetzt. AndererReits weisen diese Einrichtungen jedoch eine axiale Steife auf, die lediglich der Federsteife entspricht. Solche Lösungen sind beispielsweise in den Erfindungsbeßchreibungen DD 57793; 73219; 128788; DE-OS 2650758 und US 3242819; 3490333; 3530570 und 3804426 enthalten.

Ziel der Erfindung

Im Zusammenhang mit der ständigen Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Zerspanungswerkzeuge und der zunehmenden Verwendung echvverzerspanbarer Werkstoffe, steigen die Anforderungen an die Zerspanungsleistung der Werkzeugmaschinen« Damit steigen unmittelbar auch die Kräfte, welche von der jeweiligen Werkzeugspanneinrichtung aufgebracht werden müssen.

Parallel zu dieser Leistungsentwicklung besteht die Forderung nach einer Minimierung der Nebenzeiten an den Werkzeugmaschinen, zu denen auch die Zeit für das Wechseln des Werkzeuges gehört. 'Während dieser Zeit produziert die Maschine nicht. Im Interesse einer hohen Arbeitsproduktivität muß daher der Werkzeugwechsel so schnell wie möglich ablaufen.

Zu berücksichtigen ist auch, daß die Fertigung von Werkzeugmaschinen mit hoher Arbeitsproduktivität erfolgen muß, wofür einfache, aber funktionssichere konstruktive Lösungen eine wesentliche Voraussetzung sindo

Wie dargelegt wurde, kann mit keinem der bekannten Spannprinzipe diesen gesellschaftlichen Erfordernissen insgesamt entsprochen werden. Jedes einzelne Prinzip vernachlässigt mindestens eines dieser Erfordernisse.

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Es sell daher eine Spanneinrichtung für V/erkzeuge in Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen geschaffen werden, welche den genannten gesellschaftlichen Erfordernissen entspricht und insbesondere Schwingungen des Werkzeugträgers in der Werkzeugaufnahme der Spindel und die damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die Spannfläche (Reibungsrost) und das Bearbeitungsergebnis KQualität der bearbeiteten Werkstückoberfläche) weitgehend verhindert«

Darlegung des Webens_in der Erfindung

Die Mängel der bekannten Lösungen sind durch das jeweils gewählte Prinzip zur Erzeugung der Spannkraft begründet. So ist funktionsgemäß die Werkzeugspannung mittels Gewindeanzugs stange langsamer als die mit Federspannung. Andererseits besitzt erstere jedoch eine wescrtlich höhere Steife. Die kraftverstärkenden Hebelmechanismen sind schnell und besitzen eine hohe Steife, sind aber gegenüber den genannten Spanneinrichtungen koißplizierter aufgebaut und verursachen daher den höchsten Fsrtigungsaufwand.

Ausgehend vom Ziel der Erfindung ist es daher deren Aufgabe, eine Spanneinrichtung der genannten Art zu schaffen, mit welcher bei hoher Steife des Mechanismus ein schneller Werkzeugwechsel erfolgen kenn. Außerdem soll die Spanneinrichtung vergleichsweise einfach aufgebaut sein.

Die Erfindung geht aus von der bekannten konzentrischen Anordnung einer längsbeweglichen Anzugsstange in der Arbeitsspindel und von dem gleichermaßen bekannten Zusammenwirken dieser Anzugsstange mit Elementen zum Fassen des Werkzeugträgers oder Werkzeuges z* B. mit schwenkbaren Spannklauen.

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ErfindungGgemäß ist die Anzugsstange mit einem Hohlraum versehe η _t in dessen wandung in radialen Durchbrüchen Arretierungskörper angeordnet sind, die durch einen, in dem Hohlraum axial bewegbaren Stel3körper, bewegbar sind* Der die Anzugsstange aufnehmende Hohlraum der Arbeitsspindel ist, in dem Bereich, welchen die Arretierungskörper bei einer axialen Bewegung der Anzugsstange durchfahren, mit einer Anlagefläche fur den oder die Arretierungskorpe'r versehen.

Der Stellkörper ist vorteilhafterweise in Richtung Spindelstirn durch einen Kraftantrieb _r beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch, und entgegengesetzt durch Federkraft bewegbar.

Die Punktion der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispieles beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Arbeitsspindel mit einer erfindungsgemäß gestalteten Spanneinrichtung.

Eine Arbeitsspindel 1 ist in -einem Gehäuse 2 beispielsweise eines Präsaggregates gelagert. In einem die Arbeitsspindel 1 axial durchdringenden Hohlraun 3 ist die Arszugsstange 4 angeordnet und wirkt mit Elementen z. B₀ Spannklauen 5 zum Passen des Werkzeugträgers 6 zusammen. An ihrem der Spindelstirn abgewandten Ende ist die Anzugsstange 4 mit einem Hohlraum 7 versehen, in welchem in Form eines Kegelstückes 8 ein Stellkörper für die in der Wandung 9 des Hohlraumes 7 in dieselbe in radialer Richtung durchdringenden Bohrungen 10 angeordneten Kugeln 11 beweglich angeordnet ist. Das Kegelstück ißt durch eine ebenfalls im Hohlraum 7 angeordnete Druckfeder 12 belastet. Andererseits kann ein zu einem hydraulischen oder pneumatischen Motor gehöriger Kolben 13 entgegen der Kraft der Druckfeder 12 auf das Kegelstück 8 wirken und dieses in Richtung Spindelstirn verschieben.

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An ihrem der Spindelstirn abgewandten Ende ist die Arbeitsspindel 1 mit einer Kegelringfläche 14 versehen, welche sich in Richtung Spindelstirn verjüngt.

Über einen die Arbeitsspindel 1 radial durchdringenden M.zen 15j welcher fest mit der Anzugsstange 4 verbunden ist, wirkt ein in an sich bekannter Y/eise auf der Arbeitsspindel 1 angeordnetes und an dieser abgestütztes Tellerfederpaket auf die Anzugsstange 4.

Die Zeichnung zeigt die Spanneinrichtung sowohl mit in der Arbeitsspindel 1 gespanntem Werkzeug als auch im Zustand mit gelöster Werkzeugspannung.

Der funktioneile Ablauf ist folgender: Im Moment des Einsetzens eines "Werkzeuges oder Werkzeugträgers 6 in die 'Werkzeugaufnahme der Arbeitsspindel 1 befindet eich die Spanneinrichtung in dem Zustand, der in der Zeichnung mit "gelöst" bezeichnet ist. Der Kolben 13 hält die Anzugsstange 4 und das Kegelstück 8 entgegen der Federkraft des Tellerfederpaketes 16 bzw. entgegen der Kraft der Druckfeder 12 in der gezeichneten Stellungo Soll nun das eingesetzte Werkzeug gespannt werden, wird der Kolben 13 entlastet, die Kraft des Tellerfederpaketes 16 bewegt über die Bolzen 15 die Anzugsstange 4 nach rechts und der vordere Teil der Anzugsstange 4 erfaßt in bekannter Weise mittels der Spannklauen 5 den Werkzeugträger Im weiteren Verlauf dieser Bewegung wird der Werkzeugträger soweit in die Werkzeugaufnähme hineingezogen, bis er in derselben zur Anlage kommt. Die Kraft des Tellerfederpaketes 16 halt die Anzugsstange 4 in dieser Stallung, die in der Zeichnung mit "gespannt" gekennzeichnet ist. Im Moment des Auftreffends des Werkzeugträgers 6 auf seine Anlagefläche in der Vr'erkzeugaufnahme der Arbeitsspindel 1 befinden sich die Bohrungen 10, in welchen die Kugeln 11 liegen, gegenüber der in der Arbeitsspindel 1 vorgesehenen Kegeiringflache 14*

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Unter dew Einfluß der Druckfeder 12, welche sich in Richtung Kolben 13 entspannen kann, wird das Kegel stück δ in diese Richtung bewegt. Diese axiale Bewegung desselben ruft Ubei seinen kegligen Abschnitt eine radiale Bewegung der am Kegel stück 8 anliegenden Kugeln 11 hervor und bewegt diese zui Kegelringfläche I4 der Arbeitsspindel 1 bis zur Anlage an dieselbe. In dieser Lage werden die Kugeln 11 durch das fedeibelastete Kegelstück 8 bis zum Beaufschlagen des Kolbens ІЗ gehalten. Erfolgt dies, dann bewegt sich der Kolben 13 in Richtung Spindelstirn. Dabei trifft er zunächst auf das Kegelstück 8 und bewegt dieses unter Überwindung der Kraft der Druckfeder 12 in der Zeichnung nach links, so daß der keglige Abschnitt desselben von den Kugeln 11 entfernt wird. Damit entfällt die Kraft, welche die Kugeln 11 in Richtung Kegelringfläche 14 bewegte. Im weiteren Verlauf seiner Bewegung trifft der Kolben 13 nun an der Stirnfläche 17 der Anzugsstange 4 auf dieselbe und bewegt auch diese um einen festgelegten Betrag in der Zeichnung nach links. Bei dieser Bewegung werden die Kugeln 11 mitgenommen, wobei sie unter dem Einfluß der Kegelringfläche 11 und infolge des Umstandes, daß eie in Richtung zur Längsachse der Arbeitsspindel in diesem Moment kein Widerlager haben, in eben diese Richtung, also radial zur Arbeitsspindel 1, bewegt werden. Sie treten dabei mindestens soweit in die Bohrungen 10 zu rück, daß die Anzugsstange 4 ungehindert nach links bewegt werden kann. Diese Bewegung erfolgt soweit, bis in bekannter V/eise die Klauenspannung gelöst und damit das Werkzeug zur Entnahme freigegeben ist.

Wie dargelegt wurde, liegen bei gespanntem Werkzeugträger die Kugeln 11 mit einem Teil ihrer Oberfläche an der Kegelringfläche 14 der Arbeitsspindel 1 an und zum Teil befinden sie sich innerhalb der Bohrung 10 der Anzugsstange 4. Sie bilden so ein Veiriegelungs- und Arretierungselement, d. h. sie stabilisieren die Lage der Anzugsstange 4· Infolgedessen wird die Steife der Spanneinrichtung in axialer Richtung gegenüber der allgemeinen Steife des Pederpaketes um ein Vielfaches erhöht .

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Außerdem wird durch die erfindungegemäße Lösung erreicht, daß diese erhöhte Steife nicht auch eine erhöhte Lösekraft beim Entspannen erforderlich macht. Vieiraehr wird die Verrie~ gelung ohne zusätzlichen Kraftaufwand kurz vor dem Entspannen des Werkzeuges aufgehoben«

Insgesamt ergibt daher die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe eine Spanneinrichtung für Werkzeuge in Arbeitsspindeln, welche eine vergleichsweise wesentlich höhere axiale Steife aufweist. Damit wurde unter Beibehaltung der Vorteile der Spanneinrichtungen mit Federspannung, nämlich einfacher Aufbau und kurze V/erkzeugwechselzciten, deren Kachteil, die vergleichsweise geringe Steife gegenüber den Spanneinrichtungen mit Gewindeönzugsstange oder kraftverstärkenden He be!mechanismen beseitigt.

Per Einsatz sicher Spanneinrichtungen, beispielsweise bei Fräsmaschinen, gestattet einen schnellen Werkzeugwechsel und bei nahezu gleichbleibendem technologischem Aufwand eine um ein Vielfaches höhere Sicherheit gegen Schwingungen des Werkzeugträgers in der V/erkzeugaufnähme der Arbeitsspindel auch bei Schwerzerspanungen. Dadurch wird der die Y/erkzeugaufnähme unbrauchbar machende Reibungsrost verhindert und außerdem wird das Bearbeitungsergebnis, d. h. die Qualität der bearbeiteten Oberfläche, wesentlich besser.

Claims

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Erfindungsanspruch

1· Spanneinrichtung für Werkzeuge in Arbeitsspindeln mit einer konzentrisch in der Arbeitsspindel angeordneten, unter Einwirkung eines Kraftspeichers längsbewegbaren, mit Elementen гит Passen des Werkzeugträgers oder Werkzeuges ständig oder zeitweilig zusammenwirkenden Anzugsstange, gekennzeichnet dadurch,

daß die Anzugsstange (4) einen Hohlraum (7) aufweist, in welchem ein Stellkörper (8) axial beweglich und in dessen V/andung (9) im Bewegungsbereich des Stellkörpers (8) ein oder mehrere die V/andung (9) durchdringende Arretierungskörper (11) bewegbar angeordnet sind und das der die Anzugsstange (4) aufnehmende Hohlraum (3) der Arbeitsspindel (1) in dem von dem oder den Arretierungskörpern (11) bei axialer Bewegung der Anzugsstange (4) durchfahrenden Bereich eine Anlagefläche (14) für den oder die Arretierungskörper (11) aufweist.
2. Spanneinrichtung nach Punkt 1
gekennzeichnet dadurch,

daß der Stellkörper (8) in Pachtung Spindelstirn durch Kraftantrieb (13) und entgegengesetzt durch Federkraft (12) bewegbar ist.

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