DE102004033043A1

DE102004033043A1 - Modulare Werkzeugschnittstelle

Info

Publication number: DE102004033043A1
Application number: DE102004033043A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfob; Horst Leidner
Original assignee: Zettl CNC Praezisions und Sonderwerkzeuge GmbH
Current assignee: Zettl CNC Praezisions und Sonderwerkzeuge GmbH
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme (1), insbesondere für angetriebene Werkzeuge, wobei diese Vorrichtung eine Spindel (2) aufweist, die eine nach vorn gerichtete Oberfläche (3) und eine Bohrung (4) besitzt, welche die nach vorn gerichtete Oberfläche schneidet und sich von dieser ausgehend rückwärts erstreckt, um einen Schaft (5) der Werkzeugaufnahme (1) aufzunehmen, sowie mit einer Einrichtung (6) zum Verriegeln der Werkzeugaufnahme mit der Spindel (2), bei der ein inneres (7) mit einem äußeren (8) Verriegelungselement, die miteinander in Eingriff treten, vorgesehen sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme zur Verfügung zu stellen, die eine besonders kurze Bauform aufweist, darüber hinaus eine axiale Zufuhr von Medien, wie beispielsweise Kühlschmiermittel, erlaubt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verriegelungselemente (7, 8) nach Art eines Bajonettverschlusses wirkend ausgebildet sind, wobei ein vorstehendes Element (9) in eine sich von einer Stirnfläche (10) zunächst axial, dann radial in einer Umfangsfläche (11) verlaufenden blind endenden Nut (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme, insbesondere für angetriebene Werkzeuge, wobei diese Vorrichtung eine Spindel aufweist, die eine nach vorn gerichtete Oberfläche und eine Bohrung besitzt, welche die nach vorn gerichtete Oberfläche schneidet und sich von dieser ausgehend rückwärts erstreckt, um einen Schaft der Werkzeugaufnahme aufzunehmen, sowie mit einer Einrichtung zum Verriegeln der Werkzeugaufnahme mit der Spindel, bei der ein inneres mit einem äußeren Verriegelungselement, die miteinander in Eingriff treten, vorgesehen sind.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 37 81 559 T2 bekannt.

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß sie eine relativ lange Bauform aufweist und durch zentral angeordnete Betätigungsmittel keine zentrale Zufuhr von Medien, beispielsweise von Schmiermitteln, erlaubt.

Eine weitere Vorrichtung, bei der die Verriegelung der auszutauschenden Teile mittels Kugeln erfolgt, ist aus der DE 199 20 407 A1 bekannt. Auch diese Vorrichtung weist die zuvor genannten Nachteile auf.

In Bearbeitungszentren, bei denen beispielsweise auf den Revolverkopf angetriebene Werkzeuge gespannt werden, behindert eine große Baulänge der Vorrichtung den Arbeitsbereich der Werkzeuge am Werkstück. Deshalb sind kurzbauende Aufnahmevorrichtungen, die einfach, schnell und präzise einen Wechseln von angetriebenen Werkzeugen ermöglicht, von den Betreibern der Bearbeitungszentren gewünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme Verfügung zu stellen, die eine besonders kurze Bauform aufweist, darüber hinaus eine axiale Zufuhr von Medien, wie beispielsweise Kühlschmiermittel, erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme, insbesondere für angetriebene Werkzeuge, wobei diese Vorrichtung eine Spindel aufweist, die eine nach vorn gerichtete Oberfläche und eine Bohrung besitzt, welche die nach vorn gerichtete Oberfläche schneidet und sich von dieser ausgehend rückwärts erstreckt, um einen Schaft der Werkzeugaufnahme aufzunehmen, sowie mit einer Einrichtung zum Verriegeln der Werkzeugaufnahme mit der Spindel, bei der ein inneres mit einem äußeren Verriegelungselement, die miteinander in Eingriff treten, vorgesehen sind, dadurch gelöst, daß die Verriegelungselemente nach Art eines Bajonettverschlusses wirkend ausgebildet sind, wobei ein vorstehendes Element in eine sich von einer Stirnfläche zunächst axial dann radial in der Umfangfläche verlaufenden blind endenden Nut angeordnet ist. Auf diese Weise ist mit Vorteil die Betätigung der Verriegelung aus dem zentralen Bereich der Vorrichtung in die Peripherie verschoben. Die Verriegelung kann leicht manuell von außen erfolgen. Die Funktion einer solchen Verriegelung nach Art eines Bajonettverschlusses ist für das Bedienpersonal solcher Bearbeitungszentren selbsterklärend.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das vorstehende Element in der Bohrung der Spindel angeordnet ist und die Nut in einer Umfangsfläche des Schaftes der Werkzeugaufnahme. Auf diese Weise ergibt sich eine dynamisch besonders vorteilhafte, weil steife Halterung. Die Kontaktflächen der Schnittstelle werden durch die Verriegelung nur unwesentlich verringert bzw. geschwächt.

Denselben Vorteil bietet die Maßnahme, daß das vorstehende Element beweglich in einer Öffnung der Spindel gehalten ist und ein Feststellelement auf das vorstehende Element wirkend vorgesehen ist.

Mit Vorteil ist vorgesehen, das Feststellelement als Spannring mit einer auf das vorstehende Element wirkenden schrägen Auflauffläche ausgebildet ist. Durch die schräge Auflauffläche erfolgt eine weitere Verstärkung der Spannkraft. In den meisten Fällen reicht deshalb eine manuelle Betätigung des Spannrings ohne zusätzliche Werkzeuge zum Spannen aus.

Zur Erhöhung der Spannkräfte ist mit Vorteil zusätzlich vorgesehen, daß das Feststellelement einen Eingriff für einen Spannschlüssel zum Verstellen des Spannrings gegenüber der Spindel aufweist.

In alternativer Ausgestaltung kann die Spannung beispielsweise bequem auch mittels eines Sechskantschlüssels erfolgen, wenn ein Schneckengetriebe zwischen dem Spannring und der Spindel wirkend vorgesehen ist.

Durch die Maßnahme, daß der Spannring und die Spindel mittels eines Gewindes miteinander koaxial verschraubt sind, trägt ebenfalls vorteilhaft zur kurzen Bauform der Halterung bei.

Die Steifheit der Halterung wird vorteilhaft erhöht, wenn die Bohrung zur Aufnahme des Schaftes der Werkzeugaufnahme kegelig ausgebildet ist und die Umfangsfläche des Schaftes daran angepaßt ist.

Dasselbe gilt für die Maßnahme, daß die Werkzeugaufnahme eine Stützfläche zur Anlage an die nach vorn gerichtete Oberfläche der Spindel aufweist.

Mit Vorteil sind die Toleranzen so eng gewählt, daß die Vorrichtung eine statische Überbestimmung von Kontaktflächen zwischen Spindel und Werkzeugaufnahme aufweist, wobei nach dem Spannen insbesondere sowohl die kegeligen Flächen von Werkzeugaufnahme und Spindel als auch die nach vorn gerichtete Oberfläche mit der Stützfläche in Kontakt tretend ausgebildet ist. Die Schnittstelle verhält sich dadurch so, als sei sie einstückig.

Die neue Schnittstelle eignet sich besonders für das Spannen von Werkzeughaltern für CNC-Drehmaschinen etwa zur Bestückung von Werkzeugrevolvern, einschließlich Sternrevolvern. Sie kann aber auch ganz allgemein zum Zwecke der Spanntechnik im Vorrichtungsbau Verwendung finden, wobei anstelle von Werkzeugen in besonderen Fällen auch Werkstücke und dergleichen gespannt werden können.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Darin zeigt die einzige 1 einen axialen Schnitt durch die im wesentlich rotationssymmetrische erfindungsgemäße Halterung.
In 1 ist die Werkzeugaufnahme 1 fest mit der Spindel 2 verspannt. Dabei liegt an einer nach vorn gerichteten Oberfläche 3 der Spindel 2 eine an diese angepaßte Stützfläche 20 der Werkzeugaufnahme 1 an. Außerdem liegen auch die kegeligen Flächen des Schaftes 5 der Werkzeugaufnahme 1 und der Bohrung 4 in der Spindel 2 fest aufeinander.
Diese statische Überbestimmung der Anlageflächen ist eine Folge der engen Fertigungstoleranz sowie der entsprechenden Spannkräfte.
Die Spannkräfte werden über den Spannring 15 aufgebracht. Der Spannring 15 kann entweder von Hand gegenüber der Spindel 2 verdreht werden oder mittels eines Schlüssels, der in den Schlüsseleingriff 17 faßt. Die Spindel 2 weist zu diesem Zweck ein Außengewinde 19 auf, auf das der Spannring mit seinem Innengewinde 19 aufgeschraubt ist. Eine innenkegelartige Auflauffläche 16, die im Spannring 15 eingearbeitet ist, drückt auf die Kugel 21, die ihrerseits über die in der Werkzeugaufnahme 1 eingearbeitete Nut 12 den Schaft 5 der Werkzeugaufnahme 1 in die kegelige Fläche der Bohrung 4 preßt. Auf diese Weise kann ein Drehmoment von der Spindel 2 über die kegeligen Fläche der Bohrung 4 und des Schaftes 5 auf die Werkzeugaufnahme 1 übertragen werden.
Durch Drehen des Spannrings 15 in die entgegengesetzte Richtung kann die Pressung aufgehoben werden und die beim Spannen zur Anlagenoberfläche 3 gelangende Stützfläche 20 getrennt werden. Sobald dies erfolgt ist, ist die Werkzeugaufnahme radial um einem bestimmten Winkel drehbar. Dabei kann sich die Nut 12, die in unterbrochener Linienführung angedeutet ist, über die Kugel 21 bewegen, bis die Kugel 21 an dem Ort angelangt ist, an dem die Nut ihre Richtung parralel zur Achse ändert. In dieser Stellung kann die Werkzeugaufnahme 1 axial aus der Spindel 2 gezogen werden, da die Nut 12 frei in der Stirnfläche 10 ausläuft. Die Nut 12 verläuft also von der Stirnfläche 10 zunächst in axialer Richtung und ändert dann die Richtung in Umfangsrichtung auf der Umfangsfläche 11, in der sie eingearbeitet ist.
Damit die Kugel 21 aus der Öffnung 13 der Spindel 2 nicht herausfällt, ist schräg ein federndes Rückhalteelement 25 in der Spindel vorgesehen. Dieses Rückhalteelement drückt auf die Kugel an geeigneter Stelle, so daß die Kugel gegen ein Herausfallen gesichert ist.
In strickpunktierter Linienführung ist alternativ zur Verstellung des Spannrings 15 mittels des Schlüsseleingriffs 17 ein Schneckengetriebe 18 angedeutet. Dieses kann beispielsweise mittels eines Sechskants betätigt werden, so daß es mit entsprechender Übersetzung den Spannring 15 auf dem Gewinde 19 verdreht.
In der Einrichtung 6 zum Verriegeln wirkt somit die Kugel 21 als vorstehendes Element 9 nach Art eines Bajonettverschlusses zum axialen Verriegeln des inneren Verriegelungselements 7 mit dem äußeren Verriegelungselement 8.
Die Spindel 2 ist ihrerseits in Kugellagern 22 im Gehäuse 23 drehbeweglich gehalten. Axial werden die Kugellager auf der Spindel 2 durch die Wellenmutter 24 gesichert.
Alle Teile sind rotationssymmetrisch angeordnet. Insgesamt werden mit Vorteil drei um jeweils 120 Grad versetzt angeordnete Einrichtungen zum Verriegeln vorgesehen.
Axial können Bohrungen vorgesehen werden, beispielsweise um Kühlschmiermittel zuzuführen.
Auf diese Weise ist eine universelle Schnittstelle geschaffen, die axial besonders kurz baut und eine vorteilhaft hohe dynamische Steifheit aufweist.

1: Werkzeugaufnahme
2: Spindel
3: Oberfläche (nach vorn gerichtet)
4: Bohrung
5: Schaft
6: Einrichtung zum Verrriegeln
7: Inneres Verriegelungselement
8: Äußeres Verriegelungselement
9: Vorstehendes Element
10: Stirnfläche
11: Umfangsfläche
12: Nut
13: Öffnung
14: Feststellelement
15: Spannring
16: Auflauffläche
17: Eingriff
18: Schneckengetriebe
19: Gewinde
20: Stützfläche
21: Kugel
22: Kugellager
23: Gehäuse
24: Wellenmutter
25: Rückhalteelement

Claims

Vorrichtung zum Halten einer Werkzeugaufnahme (1), insbesondere für angetriebene Werkzeuge, wobei diese Vorrichtung eine Spindel (2) aufweist, die eine nach vorn gerichtete Oberfläche (3) und eine Bohrung (4) besitzt, welche die nach vorn gerichtete Oberfläche schneidet und sich von dieser ausgehend rückwärts erstreckt, um einen Schaft (5) der Werkzeugaufnahme (1) aufzunehmen, sowie mit einer Einrichtung (6) zum Verriegeln der Werkzeugaufnahme mit der Spindel (2), bei der ein inneres (7) mit einem äußeren (8) Verriegelungselement, die miteinander in Eingriff treten, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente (7, 8) nach Art eines Bajonettverschlusses wirkend ausgebildet sind, wobei ein vorstehendes Element (9) in eine sich von einer Stirnfläche (10) zunächst axial dann radial in einer Umfangfläche (11) verlaufenden blind endenden Nut (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorstehende Element (9) in der Bohrung (4) der Spindel (2) und die Nut (12) in der Umfangsfläche (11) des Schaftes (5) der Werkzeugaufnahme (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorstehende Element (9) beweglich in einer Öffnung (13) der Spindel (2) gehalten ist und ein Feststellelement (14) auf das vorstehende Element (9) wirkend vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststellelement (14) als Spannring (15) mit einer auf das vorstehende Element (9) wirkenden schrägen Auflauffläche (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststellelement (14) einen Eingriff (17) für einen Spannschlüssel zum Verstellen des Spannrings (15) gegenüber der Spindel (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneckengetriebe (18) zwischen dem Spannring (15) und der Spindel (2) wirkend vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (15) und die Spindel (2) mittels eines Gewindes (19) miteinander koaxial verschraubt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (4) zur Aufnahme des Schaftes (5) der Werkzeugaufnahme (1) kegelig ausgebildet ist und die Umfangsfläche des Schaftes daran angepaßt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (1) eine Stützfläche (20) zur Anlage an die nach vom gerichtete Oberfläche (3) der Spindel (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine statische Überbestimmung von Kontaktflächen zwischen Spindel (2) und Werkzeugaufnahme (1) aufweist, wobei nach dem Spannen insbesondere sowohl die kegeligen Flächen (11, 4) von Werkzeugaufnahme (1) und Spindel (2) als auch die nach vorn gerichtete Oberfläche mit der Stützfläche (20) in Kontakt tretend ausgebildet ist.