DD284353A7 - CLAMPING DEVICE FOR INTERCHANGEABLE TOOL COOKS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung fuer auswechselbare Werkzeugkoepfe. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Spanneinrichtungen fuer auswechselbare Werkzeugkoepfe zum Drehen, Bohren oder Fraesen an Werkzeughaltern fuer den manuellen oder automatischen Werkzeugwechsel, bestehend aus einem mit einem zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen und einer axialen ringfoermigen Anlageflaeche versehenen Werkzeugkopf, einem Werkzeughalter mit axialer ringfoermiger Anlageflaeche und dem Aufnahmezapfen angepaszter Aufnahmebohrung, einem zentrisch in der Aufnahmebohrung anbringbaren und in den aufgebohrten Aufnahmezapfen eingreifenden zylindrischen Zapfen und Spannmitteln zur loesbaren Verbindung von Werkzeugkopf und zylindrischem Zapfen bzw. Werkzeughalter. Erfindungsgemaesze Spanneinrichtungen finden Anwendung bei sogenannten modularen Werkzeugsystemen, die auf programmgesteuerten Bearbeitungszentren zur Komplettbearbeitung eingesetzt werden. Fig. 1{Spanneinrichtung; Werkzeugkoepfe, auswechselbar; Werkzeughalter; Maschinenspindel; kegelige Aufnahmebohrung; kegeliger Aufnahmezapfen; Drehen; Bohren; Fraesen; Werkzeugwechsel, manuell und automatisch; Spannmittel; Spannelemente, nockenfoermig}The invention relates to a clamping device for replaceable tool heads. Field of application of the invention are clamping devices for replaceable tool heads for turning, drilling or milling tool holders for manual or automatic tool change, consisting of a provided with a centrally bored receiving pin and an axial ringfoermigen Anlageflaeche tool head, a tool holder with axial ringfoermiger Anlageflaeche and the receiving pin adapted receiving bore , A centrally mounted in the receiving bore and engaging in the drilled receiving pin cylindrical pin and clamping means for releasably connecting the tool head and cylindrical pin or tool holder. Inventive clamping devices are used in so-called modular tool systems that are used on program-controlled machining centers for complete machining. Fig. 1 {clamping device; Tool heads, interchangeable; Tool holder; Machine spindle; conical receiving bore; tapered spigot; Rotate; Drill; Milling; Tool change, manual and automatic; Clamping means; Clamping elements, cam-shaped}
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
Anwendungsgebiet der Erfindung sind Spanneinrichtungen für auswechselbare Werkzeugköpfe zum Drehen, Bohren oder Fräsen an Werkzeughaltern für den manuellen oder automatischen Werkzeugwechsel, bestehend aus einem mit einem zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen und einer axialen ringförmigen Anlagefläche versehenen Werkzeugkopf, einem Werkzeughalter mit axialer ringförmiger Anlagefläche und dem Aufnahmezapfen angepaßter Aufnahmebohrung, einem zentrisch in der Aufnahmebohrung anbringbaren und in den aufgebohrten Aufnahmezapfen eingreifenden zylindrischen Zapfen und Spannmitteln zur lösbaren Verbindung von Werkzeugkopf und zylindrischem Zapfen bzw. Werkzeughalter.Field of application of the invention are clamping devices for replaceable tool heads for turning, drilling or milling tool holders for manual or automatic tool change, consisting of a provided with a centrally bored receiving pin and an axial annular contact surface tool head, a tool holder with axial annular contact surface and the receiving pin adapted receiving bore , A centrally in the receiving bore attachable and engaging in the drilled receiving pin cylindrical pin and clamping means for releasably connecting the tool head and cylindrical pin or tool holder.
Im Heft 9/1987 der Zeitschrift „Werkstatt und Betrieb" wird eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern beschrieben, bei der in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters ein von einer Zugstange durchsetzter rohrförmiger Zapfen befestigt ist, der in zwei radialen Aufnahmebohrungen je eine Spannkugel trägt. Die Spannkugeln stützen sich auf je einer Keilfläche an der Zugstange ab und werden durch diese gegen eine Keilfläche im Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes gedrückt. Durch die unterschiedliche Neigung der Keilflächen an der Zugstange und im Aufnahmezapfen wird die auf die Zugstange aufgebrachte Spannkraft verstärkt. Nachteilig an dieser Spanneinrichtung sind die großen Verschiebewege der Schubstange zum Spannen und Lösen des Werkzeugkopfes sowie der kleine Querschnitt der Schubstange im Bereich der Keilflächen, durch den die übertragbare Spannkraft begrenzt ist.In issue 9/1987 of the magazine "Workshop and Operation" a clamping device for replaceable tool heads is described on tool holders, in which in the conical receiving bore of the tool holder a penetrated by a pull rod tubular pin is attached, which carries in two radial mounting holes each have a clamping ball. The clamping balls are supported on a respective wedge surface on the pull rod and are pressed by the latter against a wedge surface in the receiving journal of the tool head are the large displacement paths of the push rod for clamping and releasing the tool head and the small cross-section of the push rod in the region of the wedge surfaces through which the transferable clamping force is limited.
Für kleinere Baugrößen ist diese Spanneinrichtung auf Grund dieser Nachteile nicht geeignet. Bedingt durch die große Anzahl von Bauelementen, aus denen diese Spanneinrichtung besteht und die für eine einwandfreie Funktion und große Wechselgenauigkeit erforderliche hohe Fertigungsgenauigkeit ist der Herstellungsaufwand sehr hoch.For smaller sizes, this clamping device is not suitable due to these disadvantages. Due to the large number of components that make up this clamping device and the high manufacturing accuracy required for proper function and high accuracy of change, the production cost is very high.
Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern, die aus wenigen Bauelementen besteht, eine hohe Wechselgenauigkeit ermöglicht und einen geringen Fertigungsaufwand erfordert.The aim of the invention is the development of a clamping device for replaceable tool heads on tool holders, which consists of a few components, allows a high accuracy of change and requires low production costs.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern zu entwickeln, bei der über die Spannelemente trotz geringer Baugrößen große Spannkräfte mit einer hohen Sicherheit gegen selbsttätiges Lösen übertragbar sein sollen.The object of the invention is to develop a clamping device for replaceable tool heads on tool holders, in which over the clamping elements despite small sizes large clamping forces with high security against automatic loosening should be transferable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zylindrische Zapfen an dem in den Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes ragenden Ende mit mindestens zwei zur Umfangsfläche und zur Stirnfläche offenen Spannausnehmungen mit jeweils zwei V-förmig zueinander und geneigt zur Stirnfläche angeordneten Spannflächen versehen ist und in radialen Bohrungen des Werkzeugkopfes mindestens zwei mit einem nockenform igen Kopf an den Spannflächen angreifende Spannelemente drehbar gelagert sind.This object is achieved in that the cylindrical pin is provided on the protruding into the receiving pin of the tool head end with at least two open to the peripheral surface and the end face Spannausnehmungen with two V-shaped each other and inclined to the end face clamping surfaces and in radial bores of Tool head at least two with a cam-shaped head on the clamping surfaces attacking clamping elements are rotatably mounted.
Der nockenförmige Kopf eines Spannelementes ist mit zwei nockenförmigen Spannflächen versehen, wobei der Steigungswinkel der einen nockenförmigen Spannfläche doppelt so groß wie der Steigungswinkel der anderen nockenförmigen Spannfläche ist und die Anfangspunkte beider nockenförmigen Spannflächen um 120° zueinander versetzt sind.The cam-shaped head of a clamping element is provided with two cam-shaped clamping surfaces, wherein the pitch angle of a cam-shaped clamping surface twice as large as the pitch angle of the other cam-shaped clamping surface and the starting points of both cam-shaped clamping surfaces are offset by 120 ° to each other.
Die beiden nockenförmigen Spannflächen sind durch eine flache V-förmige Nut voneinander getrennt, die an der Schnittstelle zwischen dem Ende der einen und dem Anfang der anderen nockenförmigen Spannfläche angeordnet ist.The two cam-shaped clamping surfaces are separated by a flat V-shaped groove, which is arranged at the interface between the end of the one and the beginning of the other cam-shaped clamping surface.
Die nockenförmige Spannfläche mit dem größeren Steigungswinkel ist in ihrem Endbereich als Lösenase ausgebildet.The cam-shaped clamping surface with the larger pitch angle is formed in its end region as a release nose.
Die Spannflächen einer Spannausnehmung am zylindrischen Zapfen haben einen unterschiedlichen Neigungswinkel zur Längsachse des zylindrischen Zapfens.The clamping surfaces of a clamping recess on the cylindrical pin have a different inclination angle to the longitudinal axis of the cylindrical pin.
Beim axialen Verspannen von Werkzeugkopf und Werkzeughalter ist die nockenförmige Spannfläche mit dem größeren Steigungswinkel mit der Spannfläche mit dem größeren Neigungswinkel und dementsprechend die nockenförmige Spannfläche mit dem kleinen Steigungswinkel mit der Spannfläche mit dem kleinen Neigungswinkel in Wirkverbindung gebracht.During axial clamping of the tool head and tool holder, the cam-shaped clamping surface with the larger pitch angle with the clamping surface with the larger inclination angle and accordingly the cam-shaped clamping surface with the small pitch angle with the clamping surface with the small inclination angle is brought into operative connection.
Die Spannelemente müssen vor dem Einführen des kegeligen Aufnahmezapfens in die kegelige Aufnahmebohrung des Werkzeughalters so gedreht werden, daß die flache V-förmige Nut am nockenförmigen Kopf etwa in Richtung des kegeligen Aufnahmezapfens weist. Dann wird der kegelige Aufnahmezapfen so weit in die kegelige Aufnahmebohrung eingeführt, bis die Spannelemente in die Spannausnehmungen des zylindrischen Zapfens einzugreifen beginnen. Unter gleichzeitiger Drehung der Spannelemente wird jetzt der kegelige Aufnahmezapfen zur Anlage in der kegeligen Aufnahmebohrung gebracht und durch die Spannelemente verspannt. Dabei wird die Hauptspannkraft durch die nockenförmige Spannfläche mit dem großen Steigungswinkel erzeugt, während die nockenförmige Spannfläche auf Grund des kleinen Steigungswinkels im Selbsthemmungsbereich liegt und dadurch ein selbsttätiges Lösen verhindert.The clamping elements must be rotated before inserting the tapered receiving pin in the tapered receiving bore of the tool holder so that the flat V-shaped groove on the cam-shaped head has approximately in the direction of the tapered receiving pin. Then the tapered receiving pin is inserted so far into the tapered receiving bore until the clamping elements begin to engage in the clamping recesses of the cylindrical pin. With simultaneous rotation of the clamping elements of the tapered receiving pin is now brought to rest in the tapered receiving bore and clamped by the clamping elements. In this case, the main clamping force is generated by the cam-shaped clamping surface with the large pitch angle, while the cam-shaped clamping surface is due to the small pitch angle in the self-locking area, thereby preventing an automatic release.
Zum Auswechseln des Werkzeugkopfes werden die Spannelemente gelöst. Dabei drückt die nockenförmige Spannfläche mit dem als Lösenase ausgebildeten Ende gegen die hintere Begrenzungsfläche der Spannausnehmung des zylindrischen Zapfens, so daß der kegelige Aufnahmezapfen aus der kegeligen Aufnahmebohrung gedrückt und der Werkzeugkopf unter gleichzeitiger Drehung der Spannelemente aus dem Werkzeughalter entnommen werden kann.To replace the tool head, the clamping elements are released. In this case, the cam-shaped clamping surface presses with the end formed as a Lösase against the rear boundary surface of the clamping recess of the cylindrical pin, so that the tapered receiving pin pressed out of the tapered receiving bore and the tool head with simultaneous rotation of the clamping elements can be removed from the tool holder.
Die vorgeschlagenen Spannelemente sind sowohl für den manuellen als auch für den automatischen Werkzeugwechsel geeignet. Für letzteren ist der zylindrische Zapfen mit einem Einspannzapfen versehen und wird durch die Spannelemente gegen ein Tellerfederpaket mit dem Werkzeugkopf verspannt. Der Werkzeugkopf wird dabei in bekannter Weise über den in der Maschinenspindel angeordneten Zangengreifer in der Maschinenspindel gespannt. Demgegenüber ist der zylindrische Zapfen bei Werkzeughaltern für den manuellen Werkzeugwechsel in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters befestigt und der Werkzeugkopf wird in der beschriebenen Weise durch die Spannelemente mit dem Werkzeughalter verspannt.The proposed clamping elements are suitable for both manual and automatic tool change. For the latter, the cylindrical pin is provided with a Einspannzapfen and is clamped by the clamping elements against a plate spring package with the tool head. The tool head is clamped in a known manner on the arranged in the machine spindle pliers gripper in the machine spindle. In contrast, the cylindrical pin is attached to tool holders for manual tool change in the tapered receiving bore of the tool holder and the tool head is clamped in the manner described by the clamping elements with the tool holder.
Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Spanneinrichtung besteht in der geringen Anzahl von Einzelteilen und der großen übertragbaren Spannkraft.The particular advantage of the proposed clamping device consists in the small number of items and the large transferable clamping force.
Die vorgeschlagene Spanneinrichtung ist auch für kleine Baugrößen geeignet und damit universell einsetzbar. Bedingt durch die geringe Anzahl von Einzelheiten ist auch der Fertigungsaufwand gegenüber den bekannten Spanneinrichtungen kleiner.The proposed clamping device is also suitable for small sizes and thus universally applicable. Due to the small number of details and the production cost compared to the known clamping devices is smaller.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show
Fig. 1: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für manuellen Werkzeugwechsel im Schnitt Fig. 2: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für automatischen Werkzeugwechsel im Schnitt Fig.3: die Stellung eines Spannelementes zur Spannausnehmung beim Einsetzen des Werkzeugkopfes in den Werkzeughalter Fig. 4: die Spannstellung des Spannelementes in der Spannausnehmung1: the side view of a clamping device according to the invention for manual tool change in section FIG. 2: the side view of a clamping device according to the invention for automatic tool change in section FIG. 3: the position of a clamping element for clamping recess when inserting the tool head into the tool holder FIG Clamping position of the clamping element in the clamping recess
Fig. 5: die Lösestellung des Spannelementes in der Spannausnehmung.Fig. 5: the release position of the clamping element in the clamping recess.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Spanneinrichtung für den manuellen Werkzeugwechsel ist in der kegeligen Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 ein zylindrischer Zapfen 3zentrisch befestigt, der in eine Bohrung 4 im kegeligen Aufnahmezapfen 5 des Werkzeugkopfes 6 eingreift. Der zylindrische Zapfen 3 ist mit drei um 120° zueinander versetzten Spannausnehmungen 7 versehen, die zur Stirnfläche 8 und zur Umfangsfläche 9 offen sind. Wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich ist, sind diese Spannausnehmungen 7 mit jeweils zwei zueinander und zur Mittelachse 10 des zylindrischen Zapfens 3 geneigten Spannflächen 11 und 12 versehen, wobei der Neigungswinkel der Spannfläche 11 doppelt so groß wie der Neigungswinkel der Spannfläche 12 ist.In the clamping device for the manual tool change shown in Fig. 1, a cylindrical pin 2c is fixed in the tapered receiving bore 1 of the tool holder 2, which engages in a bore 4 in the tapered receiving pin 5 of the tool head 6. The cylindrical pin 3 is provided with three staggered by 120 ° to each other clamping recesses 7, which are open to the end face 8 and the peripheral surface 9. As can be seen from FIGS. 3 to 5, these clamping recesses 7 are each provided with two clamping surfaces 11 and 12 inclined to one another and to the central axis 10 of the cylindrical journal 3, the angle of inclination of the clamping surface 11 being twice as great as the angle of inclination of the clamping surface 12 ,
In radialen Bohrungen 13 des Werkzeugkopfes 6 sind drei um 120° zueinander versetzte Spannelemente 14 drehbar gelagert, die mit ihrem nockenförmigen Kopf 15 in eineSpannausnehmung 7 eingreifen. Der nockenförmige Kopf 15 eines Spannelementes 14 ist, wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich, mit zwei nockenförmigen Spannflächen 16 und 17 versehen, deren Anfänge um 120° zueinander versetzt sind. Der Steigungswinkel der nockenförmigen Spannfläche 16 ist doppelt so groß wie der Steigungswinkel der Spannfläche 17. Die nockenförmigen Spannflächen 16 und 17 sind durch eine flache V-förmige Nut 18 voneinander getrennt, die an der Schnittstelle zwischen dem Ende der nockenförmigen Spannfläche 17 und dem Anfang der nockenförmigen Spannfläche 16 angeordnet ist. Die nockenförmige Spannfläche 16 ist an ihrem Ende als Lösenase 19 ausgebildet.In radial bores 13 of the tool head 6 three mutually offset by 120 ° clamping elements 14 are rotatably mounted, which engage with its cam-shaped head 15 in a clamping recess 7. The cam-shaped head 15 of a clamping element 14 is, as shown in Figures 3 to 5, provided with two cam-shaped clamping surfaces 16 and 17, whose beginnings are offset by 120 ° to each other. The pitch angle of the cam-shaped clamping surface 16 is twice as large as the pitch angle of the clamping surface 17. The cam-shaped clamping surfaces 16 and 17 are separated by a flat V-shaped groove 18, which at the interface between the end of the cam-shaped clamping surface 17 and the beginning of the Cam-shaped clamping surface 16 is arranged. The cam-shaped clamping surface 16 is formed at its end as a release lug 19.
Bei der in Fig.2 dargestellten Spanneinrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel ist der mit einem Spannzapfen 20 versehene zylindrische Zapfen 3 gegen ein in der Bohrung 4 des kegeligen Aufnahmezapfens 5 angeordnetes Tellerfederpaket 21 mit dem Werkzeugkopf 6 verspannt. Der Werkzeugkopf 6 ist durch einen in der Maschinenspindel 22 angeordneten Zangengreifer 23 mit der Maschinenspindel 22 verspannt.In the illustrated in Figure 2 clamping device for automatic tool change the provided with a clamping pin 20 cylindrical pin 3 is clamped against a arranged in the bore 4 of the tapered receiving pin 5 disc spring assembly 21 with the tool head 6. The tool head 6 is clamped to the machine spindle 22 by a nipper gripper 23 arranged in the machine spindle 22.
Vor dem Einführen des kegeligen Aufnahmezapfens 5 in die kegelige Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 werden die Spannelemente 14 so gedreht, daß die V-förmige Nut 10 etwa in Richtung des kegeligen Aufnahmezapfens 5 weist. Dann wird dieser in die kegelige Aufnahmebohrung 1 eingeführt. Dabei greift, wie in Fig.3 dargestellt, jedes Spannelement 14 mit seinem nockenförmigen Kopf 15 in eine Spannausnehmung 7 des zylindrischen Zapfens 3 ein. Sobald die in die Spannausnehmung 7 ragende Nase 24 in die V-förmige Nut 18 des nockenförmigen Kopfes 15 eingreift, werden die Spannelemente 14 gleichmäßig nach rechts gedreht und der kegelige Aufnahmezapfen 5 zur Anlage in der kegeligen Aufnahmebohrung 1 gebracht. Durch weitere Rechtsdrehung der Spannelemente 14 wird der Werkzeugkopf 6 mit dem Werkzeughalter 2 verspannt. Dabei greift, wie in Fig.4 dargestellt, die nockenförmige Spannfläche 16 mit dem großen Steigungswinkel an der geneigten Spannfläche 11 mit dem großen Neigungswinkel an und erzeugt die Hauptspannkraft, während die nockenförmige Spannfläche 17 an der geneigten Spannfläche 12 angreift und auf Grund des kleinen, im Selbsthemmungsbereich liegenden Steigungswinkels ein selbsttätiges Lösen verhindert.Before inserting the tapered receiving pin 5 in the tapered receiving bore 1 of the tool holder 2, the clamping elements 14 are rotated so that the V-shaped groove 10 has approximately in the direction of the tapered receiving pin 5. Then this is introduced into the tapered receiving bore 1. In this case, as shown in Figure 3, each clamping element 14 with its cam-shaped head 15 in a clamping recess 7 of the cylindrical pin 3 a. As soon as the protruding into the clamping recess 7 nose 24 engages the V-shaped groove 18 of the cam-shaped head 15, the clamping elements 14 are rotated evenly to the right and the tapered receiving pin 5 brought into abutment in the tapered receiving bore 1. By further clockwise rotation of the clamping elements 14 of the tool head 6 is clamped to the tool holder 2. In this case, as shown in Figure 4, the cam-shaped clamping surface 16 engages with the large pitch angle of the inclined clamping surface 11 with the large inclination angle and generates the main clamping force while the cam-shaped clamping surface 17 engages the inclined clamping surface 12 and due to the small, in the self-locking range slope angle prevents an automatic release.
Zum Lösen der Spannung zwischen Werkzeugkopf 6 und Werkzeughalter 2 wird jedes Spannelement 14, wie in Fig. 5 dargestellt, nach links gedreht, bis es mit seiner Lösenase 19 gegen die hintere Begrenzungsfläche 25 der Spannausnehmung 7 stößt. Durch weitere Linksdrehung der Spannelemente 14 wird der kegelige Aufnahmezapfen 5 aus der kegeligen Aufnahmebohrung 1 gedrückt und der Werkzeugkopf 6 kann aus dem Werkzeughalter 2 genommen werden.To release the tension between the tool head 6 and tool holder 2, each clamping element 14, as shown in Fig. 5, rotated to the left until it abuts with its release lug 19 against the rear boundary surface 25 of the clamping recess 7. By further turning the left of the clamping elements 14 of the tapered receiving pin 5 is pressed out of the tapered receiving bore 1 and the tool head 6 can be removed from the tool holder 2.
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