DD275426B5 - Axiale Spannvorrichtung fuer auswechselbare Werkzeugkoepfe - Google Patents

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine axiale Spannvorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe, insbesondere für Werkzeugköpfe kleiner Abmessungen und für Handbetätigung, die sowohl für stehende als auch für drehende Werkzeuge geeignet ist, bestehend aus einem Werkzeughalter mit Aufnahmebohrung, zwei mittels einer Spannschraube radial gegeneinander bewegbaren, in die Aufnahmebohrung ragenden Spannelementen und einem Werkzeugkopf mit einem der Aufnahmebohrung angepaßten Aufnahmezapfen und in einer zentrischen Bohrung des Aufnahmezapfens angeordneten geneigten Spannflächen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der US-PS 4 726 268 (B 23 B, 29/00) ist eine axiale Spannvorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe bekannt geworden, bei der in einer hinter der Aufnahmebohrung für den Werkzeugkopf im Werkzeughalter angeordneten Querbohrung zwei mit einem Spannschenkel in die Aufnahmebohrung ragende Spannelemente radial gegeneinander verschiebbar geführt sind. Jedes der Spannelemente ist am Spannschenkel mit einem radial nach auße gerichteten Spannocken versehen, der an seiner durch eine Querbohrung im Aufnahmezapfen gebildeten geneigten Spannfläche angreift. Werden die Spannelemente mittels einer Doppelgewindeschraube radial auseinander bewegt,

wird der Werkzeugkopf mit dem Werkzeughalter durch die auf den geneigten Spannflachen abgleitenden Spannocken axial verspannt

Beim Spannen wirkt auf Grund der winkelförmigen Ausbildung der Spannelemente auf diese ein großes Drehmoment, so daß es zum Verkanten der Spannelemente in der Querbohrung des Werkzeughalters kommt Um das zu verhindern, ist hinter den Spannelementen in einer Achsbohrung des Werkzeughalters eine Stutzschraube angeordnet, auf der sich die Spannelemente abstutzen

Auf Grund der kleinen Stutzflachen ist jedoch der Verschleiß groß und damit die Lebensdauer der Spannvorrichtung klein Ein Nachteil dieser bekannten Spannvorrichtung ist auch darin zu sehen, daß keine Mittel zum Losen der durch Selbsthemmung bewirkten Verspannung von Werkzeugkopf und -halter vorgesehen sind Aus der DE-OS 3 540 921 (B 23 C, 5/26) ist eine axiale Spannvorrichtung fur auswechselbare Werkzeugkopfe bekannt geworden, bei der zwei Spannstifte mi kellverzahnten Stirnseiten in einer Querbohrung im Aufnahmezapfen des Werkzeughalters radial gegeneinander verschiebbar angeordnet sind und in entsprechende Ringnuten in der Aufnahmebohrung des Werkzeugkopfes eingreifen Werden die Spannstifte radial nach außen bewegt, entsteht durch die aufeinander abgeleiteten Seitenflachen der Ringnuten und der Zahnflanken eine Spannkraft, durch die Werkzeugkopf und -halter axial miteinander verspannt werden Der Nachteil dieser bekannten Spannvorrichtung besteht darin, daß der Werkzeughalter durch die an zwei radial gegenüberliegenden Stellen wirkende Spannkraft deformiert wird und dadurch Genauigkeitseinbußen entstehen

Kommt es zu bleibenden Verformungen, wird der Werkzeugwechsel erschwert Fur Werkzeugkopfe und -halter mit kegligen Aufnahmezapfen und -bohrungen ist diese Spannvorrichtung nicht geeignet, da keine Mittel zum Losen der durch Selbsthemmung bewirkten Verspannung vorgesehen sind

Die DE-OS 3 522 555 (B 23 B, 31/06) betrifft eine Einrichtung zum Verbinden eines auswechselbaren Werkzeugkopfes mit der Spindel einer Werkzeugmaschine, bei der ein mit einem konzentrischen zylindrischen Zapfen versehener Werkzeugkopf in die entsprechend ausgeführte Spindelbohrung aufgenommen und dort durch in einem radialen Durchbruch des Zapfens angeordnete, diametral einander gegenüberliegende Keilschieber mit der Spindel verspannbar ist Diese Einrichtung ist in ihrer Gesamtkonzeption ausschließlich fur den automatischen Werkzeugwechsel vorgesehen und mit den hierzu angegebenen technischen Mitteln fur ein manuelles Einspannen von auswechselbaren Werkzeugkopfen an Werkzeughaltern nicht bestimmt, und wenn überhaupt, auch weniger gut geeignet Schon die bei dieser axial wirkenden Spanneinrichtung zur Verwendung kommenden Spannglieder sind in Bezug auf ihre Betatigungsart und auch im Hinblick auf die erzeugten Spannwirkungen fur eine präzise und sichere Verbindung eines Prazisionswerkzeuges in der Werkzeugaufnahme nicht vorteilhaft einsetzbar Ähnlich liegen die Dinge bei der Axial-Spannverbindung gemäß der DE-OS 3 433 878 (B 23 B, 31/06) Bei dieser Konstruktion tragt das Werkzeug bzw der Werkzeugkopf einen zylindrischen, mit einem Spannansatz versehenen Zentrierzapfen, mit dem er in die achsgerecht liegende Zentrierbohrung des Werkzeughalters eingefugt wird Das Festspannen der Teile zu- und miteinander erfolgt durch eine in Radialbohrungen des Werkzeughalters angeordnete Differentialschraube, mit der zwei Spannzylinder gegeneinander zum Spannansatz bewegt werden und durch formschlüssig wirkende Spannflachen denselben teilweise noch aufspreizend, in der Zentrierbohrung verspannen. Fur relativ hoch, vor allem mit Querkraften belastete und dazu auch genau arbeitende Spannverbindungen an Prazisionswerkzeugen ist diese Axial-Spannverbindung nur unter Inkaufnahme von nachteiligen Wirkungen einsetzbar Es wird als unvorteilhaft einzuschätzen sein, daß bei dieser Spannverbindung die Flachenbereiche, in denen der Spannkontakt hergestellt wird, relativ klein sind, einer hohen Belastung und auf Dauer einem hohen Verschleiß unterliegen, zumal unter den spezifischen Bedingungen, der zur Wirkung kommenden Spannkräfte auch nachteilig sich auswirkende Verformungen im Bereich der Paßflachen unvermeidlich sind

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer axialen Spannvorrichtung fur auswechselbare Werkzeugkopfe, die eine sichere und genaue Verbindung von Werkzeugkopf und halter ermöglicht, mit geringem Aufwand herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer besitzt

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine axiale Spannvorrichtung fur auswechselbare Werkzeugkopfe, insbesondere fur den manuellen Werkzeugwechsel zu entwickeln, die eine gleichmaßige Belastung des Werkzeugkopfes beim Spannen ermöglicht, einen geringen Platzbedarf erfordert und auch zum Losen der durch Selbsthemmung bewirkten Verspannung von Werkzeugkopf und halter geeignet ist

Die erfindungsgemaße Losung dieser Aufgabe sieht eine axiale Spannvorrichtung fur auswechselbare Werkzeugkopfe vor, die aus einem Werkzeughalter mit kegeliger Aufnahmebohrung, einen dem Werkzeughalter zugehörigen zylindrischen Aufnahmezapfen, einem Werkzeugkopf mit zylindrischer Aufnahmebohrung sowie zwei den Aufnahmezapfen durchdringenden, in die Aufnahmebohrung hineinragenden Spannelementen besteht und deren kennzeichnende Konstruktionsmerkmale darin bestehen, daß in einer im vorderen Abschnitt kegelig ausgeführten und im hinteren Abschnitt zylindrisch gestalteten Aufnahmebohrung des Werkzeughalters der zylindrische Haltezapfen fest angeordnet ist, der mit seinem vorderen Abschnitt in die Aufnahmebohrung eines im Bereich dieser Aufnahmebohrung kegeligen und in den vorderen Abschnitt der Aufnahmebohrung passenden Aufnahmezapfen hineinragt und daß im

vorderen Abschnitt des Aufnahmezapfens die zwei radial gegeneinander bewegbaren in Nuten geführten,durch eine Doppelschraube betatigbaren Spannelemente angeordnet sind, von denen jedes mit einer nockenartig ausgebildeten Spannflache versehen und mit je einer im Aufnahmezapfen eingearbeiteten Ringnut in Spannverbindung gebracht ist Zum Losen der Spannung zwischen Werkzeugkopf und -halter, insbesondere bei Kegelverbindungen im Selbsthemmungsbereich, ist die Spannschraube der Spannelemente vorzugsweise an ihrem Betatigungsende kegelig angefast und die zur Betätigung der Spannschraube im Aufnahmezapfen angeordnete Querbohrung an der Mundung zur zentrischen Bohrung des Aufnahmezapfens mit einer entgegen der Spannrichtung geneigten Keilflache versehen In einer anderen Ausfuhrungsform ist zum Losen der Spannung in einer achsparallelen Bohrung des Haltezapfens ein am Bohrungsgrund der zentrischen Bohrung des Aufnahmezapfens angreifender Druckstift axial verschiebbar angeordnet, der sich mit seinem vorzugsweise kugelkappenformigen Kopf an je einer in Richtung des Werkzeugkopfes geneigten Keilflache an jedem Spannelement abstutzt Der Radius der nockenformigen Spannflache des in einer Quernut im Haltezapfen geführten kreisabschnittformigen Spannelementes ist vorteilhafterweise geringfügig großer und der Radius der nockenformigen Spannflache des stiftformigen Spannelementes geringfügig kleiner als der Radius der Doppelringnut in der zentrischen Bohrung des Aufnahmezapfens

Das stiftformige Spannelement ist in einer in die Quernut mundenden Querbohrung des Haltezapfens gefuhrt, wobei der mit einer nockenformigen Spannflache versehene Kopf des stiftformigen Spannelementes zum Zwecke der Verdrehsicherung seitlich abgeflacht und in einer weiteren, der ersten Quernut diametral gegenüberliegenden Quernut, gefuhrt ist

Werden die Spannelemente mittels der als Doppelgewindeschraube ausgebildeten Spannschraube radial auseinanderbewegt, greift jedes Spannelement mit seinen nockenformigen Spannflachen in eine andere Ringnut der Doppelnngnut im Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes ein Durch die nockenformige Ausbildung der Spannflachen und die geneigten Seitenflächen der Doppelringnut entsteht dabei eine Spannkraft, durch die der Werkzeugkopf mit dem Werkzeughalter axial verspannt wird Auf Grund des gegenüber der Doppelringnut größeren Radius der nockenformigen Spannflache des kreisabschnittformigen Spannelementes kommt dieses nur an zwei voneinander entfernten Punkten zur Anlage in der Doppelringnut Damit wird die Spannkraft an drei nahezu gleichmäßig am Umfang der Doppelringnut liegenden Punkten wirksam und so eine gleichmäßige Belastung des Aufnahmezapfens des Werkzeughalters und damit eine hohe Genauigkeit und Lebensdauer erreicht Da jedes Spannelement in eine andere Ringnut der Doppelringnut eingreift, werden die Spannelemente beim Spannen in der Quernut und der Querbohrung des Haltezapfens etwas verkantet und so gegen selbsttätiges Losen gesichert Zum Losen der Spannung zwischen Werkzeugkopf und -halter werden die Spannelemente mittels der Spannschraube radial aufeinanderzu bewegt, bis das kreisabschnittformige Spannelement auf der Grundflache der Quernut im Haltezapfen aufsitzt Durch weiteres Drehen der Spannschraube wird diese mit ihrem kegeligen Betatigungsende gegen die Keilflache an der Querbohrung des Aufnahmezapfens gedreht und dadurch eine Losekraft erzeugt, durch die die Selbsthemmung zwischen dem kegeligen Aufnahmezapfen und der Aufnahmebohrung des Werkzeughalters überwunden wird Nach dem Zurückdrehen der Spannschraube kann der Werkzeugkopf aus dem Werkzeughalter entnommen werden In der Ausfuhrungsform mit axial im Haltezapfen verschiebbarem Druckstift wird beim Losen der Spannelemente durch die an diesen angeordneten Keilflachen der Druckstift gegen die Grundflache der zentrischen Bohrung des Aufnahmezapfens gedruckt und dadurch der Werkzeugkopf vom Werkzeughalter gelost Diese Ausfuhrungsform hat den Vorteil, daß die Spannschraube nach dem Losen nicht zurückgedreht werden muß, um den Werkzeugkopf vom Werkzeughalter abnehmen zu können

Der Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes wird durch die beschriebene Form und Anordnung der Spannelemente gleichmäßig belastet Damit wird eine hohe Wechselgenauigkeit und eine sichere Verbindung von Werkzeugkopf und halter erreicht Die gleichmaßige Belastung des Aufnahmezapfens hat außerdem eine hohe Lebensdauer zur Folge Der Werkzeugwechsel ist in kurzer Zeit mit wenig Handgriffen möglich

Ausfuhrungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung an Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 1 die Seitenansicht der axialen Spannvorrichtung im Schnitt,

Fig 2 die Vorderansicht der axialen Spannvorrichtung in Ausgangslage im Schnitt,

Fig 3 die Vorderansicht der axialen Spannvorrichtung in Spannstellung im Schnitt A A gemäß Fig 1,

Fig 4 die teilweise Seitenansicht der axialen Spannvorrichtung gemäß Fig 1 in Losestellung im Schnitt und

Fig 5 die Seitenansicht einer axialen Spannvorrichtung mit Druckstift im Schnitt

Wie aus Fig 1 ersichtlich, ist in einer kegeligen Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 ein Aufnahmezapfen 3 befestigt, der wie auch aus Fig 2 und 3 ersichtlich, mit zwei Quernuten 4 und 5 und einer diese verbindenden Querbohrung 6 versehen ist In der Quernut 5 ist ein kreisabschnittformiges Spannelement 7 und in der Querbohrung ein stiftformiges Spannelement 8 mittels einer Spannschraube 9 radial gegeneinander verschiebbar angeordnet, wobei das stiftformige Spannelement 8 mit seinem seitlich abgeflachten Kopf 10 in der Quernut 4 gegen Verdrehung gesichert ist

Das kreisabschnittformige Spannelement 7 ist mit einer nockenformigen Spannflache 11 versehen, deren Radius großer ist als der Radius einer aus zwei Ringnuten 12, 13 gebildeten Doppelringnut 17, die in einer konzentrischen Bohrung 14 eines in der kegeligen Aufnahmebohrung 1 aufgenommenen kegeligen Aufnahmezapfens 15 eines Werkzeugkopfes

16 eingearbeitet ist. Der Kopf 10 des stiftförmigen Spannelementes 8 ist mit einer nockenförmigen Spannfläche 18 versehen, deren Radius geringfügig kleiner als der Radius der Doppelringnut 17 ist. In dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannschraube 9 an ihrem Betätigungsende 19 kegelig ausgebildet. Der Werkzeughalter 2 und der Aufnahmezapfen 15 sind mit je einer Querbohrung 20 und 21 versehen, die miteinander fluchten und durch die hindurch die Spannschraube 9 mit einem Stiftschlüssel betätigt wird. Die Querbohrung 21 im Aufnahmezapfen 15 ist an der Mündung in die zentrische Bohrung 14 mit einer in Richtung des Werkzeugkopfes 16 geneigten Keilfläche versehen, die durch eine Einfräsung 23 gebildet ist. Zum Einführen des Aufnahmezapfens 1 5 in die Aufnahmebohrung 1 werden die Spannelemente 7 und 8 mittels der Spannschraube 9 in die in Fig.2 dargestellte Lage gebracht, in der sie mit ihren nockenförmigen Spannflächen 11 und 18 den Haltezapfen 3 nicht überragen. Nach dem Einführen des Aufnahmezapfens 15 bis zur Anlage in der Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 werden die Spannelernente 7 und 8 mittels der Spannschraube 9 radial auseinanderbewegt. Dabei greift das kreisabschnittförmige Spannelement 7 mit seiner nockenförmigen Spannfläche 11 in die werkzeugkopfseitige Ringnut 13 im Aufnahmezapfen 15 ein und kommt in der Ringnut 13, wie aus Fig.3 ersichtlich, an zwei Anlagepunkten 24 und 25 zur Anlage. Das stiftförmige Spannelement 8 greift mit seiner nockenförmigen Spannfläche 1 8 in die werkzeughalterseitige Ringnut 1 2 ein und kommt dort am Anlagepunkt 26 zur Anlage.

Bedingt durch die Ausbildung der nockenförmigen Spannflächen 11 und 1 8 und die Querschnittsform der Doppelringnut 17 entsteht dabei eine Spannkraft, durch die der Aufnahmezapfen 1 5 in die Aufnahmebohrung 1 gezogen wird. Da jedes Spannelement 7, 8 in eine andere Ringnut 12, 13 der Doppelringnut 17 eingreift, verkanten die Spannelemente 7 und 8 in der Quernut 5 und der Quernut 6 im Haltezapfen 3 und werden dadurch gegen selbsttätiges Lösen gesichert. Zum Lösen der Spannung werden die Spannelemente 7, 8 mittels der Spannschraube 9 radial aufeinanderzu bewegt, bis das kreisabschnittförmige Spannelement 7, wie aus Fig.2 ersichtlich, auf dem Nutgrund 26 der Quernut 5 aufsitzt. Durch weiteres Drehen der Spannschraube 9 in Löserichtung wird diese, wie in Fig.4 dargestellt, mit ihrem kegeligen Betätigungsende 19 gegen die durch die Einfräsung 23 gebildete Keilfläche 22 im Aufnahmezapfen 1 5 gedreht. Dadurch entsteht eine Lösekraft, durch die die Selbsthemmung zwischen Aufnahmezapfen 15 und Aufnahmebohrung 1 überwunden wird. Danach wird die Spannschraube 9 in die in Fig.2 dargestellte Lage zurückgedreht und der Werkzeugkopf 16 vom Werkzeughalter 2 abgenommen. Bei dem in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedes Spannelement 7, 8 mit einer in Richtung des Werkzeugkopfes 16 geneigten Keilfläche 28, 29 versehen. Vor den Spannelementen 7, 8 ist im Bereich der Keilflächen 28, 29 in einer achsparallelen Bohrung 30 des Haltezapfens 3 ein Druckstift 31 axial verschiebbar angeordnet, der sich mit seinem kugelkappenförmigen Kopf 32 an den Keilflächen 28,29 abstützt. Werden die Spannelemente 7, 8 mittels der Spannschraube 9 radial aufeinanderzu bewegt, gelangen sie außer Eingriff mit der Doppelringnut 17 und drücken gleichzeitig durch die Keilflächen 28, 29 den Druckstift 31 gegen die Grundfläche 33 der zentrischen Bohrung 14 des Aufnahmezapfens 15 und damit den Aufnahmezapfen 15 aus der Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Axiale Spannvorrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe, bestehend aus einem Werkzeughalter mit kegeliger Aufnahmebohrung, einem dem Werkzeughalter zugehörigen zylindrischen Aufnahmezapfen, einem Werkzeugkopf mit zylindrischer Aufnahmebohrung sowie zwei den Aufnahmezapfen durchdringenden, in die Aufnahmebohrung hineinragenden Spannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer im vorderen Abschnitt kegelig ausgeführten und im hinteren Abschnitt zylindrisch gestalteten Aufnahmebohrung (1) des Werkzeughalters (2) der zylindrische Haltezapfen (3) fest angeordnet ist, der mit seinem vorderen Abschnitt in die Aufnahmebohrung (14) eines im Bereich dieser Aufnahmebohrung (14) kegeligen und in den vorderen Abschnitt der Aufnahmebohrung (1) passenden Aufnahmezapfen (15) hineinragt und daß im vorderen Abschnitt des Aufnahmezapfens (15) die zwei radial gegeneinander bewegbaren in Nuten geführten, durch eine Doppelschraube (9) betätigbaren Spannelemente (7, 8) angeordnet sind, von denen jedes mit einer nockenartig ausgebildeten Spannfläche (11, 18) versehen und mit je einer im Aufnahmezapfen (15) eingearbeiteten Ringnut (12, 13) in Spannverbindung gebracht ist.

2. Axiale Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (9) der Spannelemente (7, 8) an ihrem Betätigungsende (19) kegelig ausgebildet und die zur Betätigung der Spannschraube (9) im Aufnahmezapfen (15) angeordnete Querbohrung (21) an ihrer Mündung in die zentrische Bohrung (14) mit einer entgegen der Spannrichtung geneigten Keilfläche (22) versehen ist.

3. Axiale Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spannelement (7, 8) mit einer in Richtung des Werkzeugkopfes (16) geneigten Keilfläche (28, 19) versehen und ein in einer achsparallelen Bohrung (30) des Haltezapfens (3) axial verschiebbar geführten Druckstift (31) an den Keilflächen (28, 29) und der Grundfläche (33) der zentrischen Bohrung (14) des Aufnahmezapfens (15) abgestützt ist.

4. Axiale Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der nockenförmigen Spannfläche (11) des in einer Quernut (5) des Haltezapfens (3) geführten kreisabschnittförmigen Spannelementes (7) geringfügig größer und der Radius der nockenförmigen Spannfläche (18) des stiftförmigen Spannelementes (8) geringfügig kleiner als der Radius der Doppelringnut (17) ist.