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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Werkzeugstückbearbeitung,
insbesondere zur Fräs-,
Bohr- oder Schleifbearbeitung mit einer eine oder mehrere Spannfedern,
insbesondere Tellerfedern, umfassende Werkzeugspanneinheit zum Betätigen und/oder
Verspannen einer Haltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen
zur Fräs-,
Bohr- oder Schleifbearbeitung sind im Regelfall so konstruiert, dass
eine Spindel mit einer zur Bearbeitungsstelle gerichteten Werkzeugschnittstelle
ausgerüstet
ist. Im Spannsystem wird die Werkzeugeinzugskraft durch eine mechanisch,
hydraulisch und/oder pneumatisch gespeicherte Energie aufgebracht.
Die vom Energiespeicherelement erzeugte Kraft wird über eine
Zugstange auf ein Spannelement übertragen,
das im gespannten Zustand einen Form- und/oder Kraftschluss mit
dem Werkzeug herstellt, und dieses dadurch mit der Welle verbindet.
Während
des Werkzeugswechsels wird über
eine Löseeinheit
eine gegen die Spannvorrichtung wirkende Kraft auf die Zugstange
ausübt,
die den Form-/Kraftschluss des Spannelementes löst, das Werkzeug ausstößt und gleichzeitig
eine Gegenkraft auf den Energiespeicher erzeugt. Die Lebensdauer
des Werkzeugspannsystems und hierbei besonders des Energiespeichers
ist begrenzt und abhängig
von der Anzahl der Werkzeugwechsel.
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Ganz
besonders bei Maschinen in der Serienproduktion können der
Verschleiß des
Werkzeugwechslers und die damit verbundene Notwendigkeit des Austausches
des Werkzeugwechslers deutlich vor dem Verschleiß der Werkzeugmaschinenspindel bzw.
der gesamten Werkzeugmaschine eintreten. Aus diesem Grund wäre es wünschenswert,
den Werkzeugspanner im eingebauten Zustand der Spindel unter den
in der Produktion üblicherweise
herrschenden Randbedingungen austauschen zu können.
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Derartige
Spannsysteme für
Werkzeugmaschinen sind beispielsweise aus der
DE 196 36 701 A1 oder
DE 35 29 181 A1 bekannt.
Hierbei wird die Spanneinheit auf der dem Werkzeug gegenüberliegenden
Seite montiert bzw. demontiert. Dies ist jedoch aufgrund entsprechender,
erschwerter räumlicher
Bedingungen bei zahlreichen Werkzeugmaschinen in der Praxis häufig nicht
möglich,
so dass eine weitergehende Zerlegung der Werkzeugmaschine zum Auswechseln
des Werkzeugspanners notwendig ist.
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In
der
DE 41 30 469 C1 wird
eine Werkzeugspindel für
eine Werkzeugmaschine vorgeschlagen, bei der der Zangenhalter in
Richtung des lösbaren Werkzeugs
lösbar
ist.
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Der
Werkzeugspanner besteht aus mehreren Einzelteilen, so dass aufgrund
der Toleranzen der Einzelteile der Wuchtzustand der Spindel verändert wird.
Dies erfordert üblicherweise
ein Nachwuchten der Spindel beim Austausch des Spanners
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Werkzeugmaschine zur Werkstückbearbeitung der
einleitend genannten Art vorzuschlagen, wobei ein Auswechseln des
Werkzeugspannsystems oder von Teilen von diesem auch unter den üblichen
Bedingungen in der Praxis sicher gewährleistet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschine der einleitend
genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
dadurch aus, dass mindestens die Werkzeugspanneinheit wenigstens
teilweise in Richtung des lösbaren
Werkzeugs lösbar
ist. Dies bedeutet, dass die Werkzeugspanneinheit nach vorne bzw.
zur Werkstückseite
hin auswechselbar ist. Dieser Bereich ist in der Praxis immer zugänglich,
da in diesem Bereich das zu bearbeitende Werkstück anzuordnen ist und somit
in einer Bearbeitungsphase ohne Werkstück dieser Bereich zwangsweise
zugänglich
bzw. zum Auswechseln der Werkzeugspanneinheit verwendbar ist bzw.
Raum hierfür
zur Verfügung
steht.
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Gemäß der Erfindung
kann wie häufig
anzutreffen, eine entsprechende Werkzeugmaschine auch sehr nahe
an eine Wand und/oder eine zweite Werkzeugmaschine z. B. mit deren
Rückseite
positioniert werden, ohne dass der zum Auswechseln gemäß der Erfindung
notwendige Freiraum auf der Werkzeugseite der Werkzeugmaschine behindert bzw.
beeinträchtigt
wird.
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Vorzugsweise
ist die Werkzeugspanneinheit wenigstens teilweise entgegen der Richtung
des lösbaren
Werkzeugs verbindbar. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird der Einbau der
Werkzeugspanneinheit bzw. der einzuwechselnden Werkzeugspanneinheit, d.
h. einer zweiten Werkzeugspanneinheit, wesentlich verbessert.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Werkzeugspanneinheit
im Wesentlichen in Richtung des lösbaren Werkzeug lösbar bzw.
entgegen der Richtung des lösbaren
Werkzeugs verbindbar. Hiermit kann beispielsweise die Werkzeugspanneinheit
vollständig
entsprechend gelöst
bzw. verbunden und somit in vorteilhafter Weise ausgewechselt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens ein in Richtung des lösbaren Werkzeugs
lösbares
Anschlagelement zum axialen Anschlagen der Spannfeder im verbundenen
Zustand vorgesehen. Hierbei ist in vorteilhafter Weise das Anschlagelement
als von der Antriebswelle separates Teil ausgebildet oder als Teil
der Welle, der in Richtung des lösbaren
Werkzeuges lösbar/verbindbar
ist. Bei letztgenannter Variante wird z. B. eine zweiteilige oder
mehrteilige Welle in vorteilhafter Weise vorgesehen. Mit Hilfe eines
Anschlagelementes gemäß der Erfindung
kann die Kraft der Spannfeder und der Gegenkraft zum Lösen des
Werkzeuges aufgenommen werden.
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Vorzugsweise
ist das Anschlagelement zwischen der Antriebswelle und der/den Spannfedern angeordnet.
Hiermit wird ermöglicht,
dass die beim Lösen
erzeugte Gegenkraft von der Antriebswelle aufgenommen bzw. auf diese übertragen
wird. Das bedeutet z. B., dass im gespannten Zustand der Kraftfluss
von den Spannfedern über
die Zugstange, das Spannelement und das Werkzeug über die
Welle geschlossen wird. Im gelösten
Zustand wird die Gegenkraft der Löseeinheit auf die Welle übertragen und
erlaubt dadurch die zum Werkzeugwechsel erforderliche Verschiebung
der Zugstange relativ zur Welle. Hierdurch wird gewährleistet,
dass beispielsweise auf handelsübliche
Löseeinheiten
zurück
gegriffen werden kann.
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Generell
ist von Vorteil, dass die Werkzeugspanneinheit gemäß der Erfindung
eine Löseeinheit, insbesondere
eine handelsübliche
Löseinheit
umfasst. Hierdurch wird das Halten bzw. Betätigen der Werkzeugspanneinheit
vorteilhaft vereinfacht.
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Vorteilhafterweise
ist das Anschlagelement an der Antriebswelle mittels einer Fixiereinheit
fixierbar. Hierdurch ist ein sicheres, insbesondere mechanisches Übertragen
der aufzubringenden Gegenkraft der Spannfedern umsetzbar und es
wird eine definitive axiale Position und damit eine definierte Spannkraft
erzielt.
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Vorzugsweise
ist die Fixiereinheit als lösbare Fixiereinheit
zum lösbaren
Fixieren des Anschlagelementes an der Antriebswelle vorgesehen.
Hiermit wird das Auswechseln der Spanneinheit weiter verbessert.
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Beispielsweise
weist die Fixiereinheit eine Schraubverbindung oder andere form-
oder kraftschlüssige
Verbindungselemente auf. Vorzugsweise umfasst die Fixiereinheit
wenigstens einen Bajonettverschluss. Hierbei ist ganz besonders
von Vorteil, wenn der Bajonettverschluss derart ausgebildet ist, dass
das Anschlagelement im Wesentlichen axial entlang der Antriebswelle
verstellt und durch eine Rotation sowie vorzugsweise eine Verrastung
sicher an der Antriebswelle fixiert wird. Der Bajonettverschluss bzw.
die Fixiereinheit ist vorzugsweise derart auszubilden, dass das
Anschlagelement eine axial ausgerichtete Gegenkraft bezüglich der/den
Spannfedern aufbringen kann.
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In
einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle
als Hohlwelle ausgebildet. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann auf handelsübliche Zugstangen
zurückgegriffen
werden, die beispielsweise die Haltevorrichtung sowie eine entsprechende
Löseeinheit
in vorteilhafter Weise verbinden und wie bereits beim Stand der
Technik üblich,
innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeordnet
sind.
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In
einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das Anschlagelement
als Hülse
ausgebildet, wobei insbesondere die Haltevorrichtung wenigstens teilweise
innerhalb der Hülse und/oder
die Hülse
wenigstens teilweise innerhalb der als Hohlwelle auszubildenden
Antriebswelle angeordnet ist. Eine derartige Umsetzung der Erfindung
ermöglicht
ein vorteilhaftes ineinander Anordnen der entsprechenden Elemente,
wodurch eine besonders kompakte Bauweise realisierbar ist. Darüber hinaus
wird mit einer derartigen Anordnung erreicht, dass die Hohlwelle
im Wesentlichen das äußere rotierbare
Teil bildet und durch eine vorteilhafte, weitestgehend glatte bzw.
zylinderförmige äußere Gestalt
eine hohe Betriebssicherheit und eine vorteilhafte Lagerung ermöglicht.
Die zum Teil komplex ausgeformten inneren Komponenten sind hierdurch
auch mittels der Hohlwelle vor Beeinträchtigungen geschützt.
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In
vorteilhafter Weise ist eine Werkzeugmaschinenvariante derart ausgebildet,
dass wenigstens eine Winkelpositioniereinrichtung zum Festlegen
der Winkelposition der Werkzeugspanneinheit vorgesehen ist. Hierdurch
wird sicher gestellt, dass die Werkzeugspanneinheit in einer klar
definierten Position fixiert wird und beispielsweise bei bekannter
Unwucht der entsprechenden Komponenten eine vorteilhafte ausgleichende
Wirkung entsprechend der vorhandenen Unwuchten realisiert werden
kann.
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Darüber hinaus
kann beispielsweise die Unwucht der zweiten, einzubauenden Werkzeugspanneinheit
in gleicher Weise positioniert werden, wie die Unwucht der ersten,
auszuwechselnden Spanneinheit positioniert war. Hierdurch ist es
möglich,
auch mit einer ausgewechselten Werkzeugspanneinheit den Gesamtwuchtzustand
des rotierenden Systems bzw. des Spindelsystems nicht zu verändern. Hierbei ist
von besonderem Vorteil, dass bei bekannten Wuchtzuständen der
entsprechenden Komponenten diese ohne großen Aufwand und lange Maschinenstillstandzeiten
ausgewechselt werden können.
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Gleichzeitig
ist die Lage entsprechender Mitnehmer genau positioniert.
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Vorzugsweise
umfasst die Positioniereinrichtung wenigstens das Anschlagelement.
Hierdurch ist es möglich,
dass das Fixieren des Anschlagelements an der Antriebswelle bzw.
in der Hohlwelle in einer vorgegebenen Position erfolgt, die zu
einem vorteilhaften Wuchtzustand des rotierenden Systems führt.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Positioniereinrichtung wenigstens ein Positionierelement
zum Festlegen der Winkelposition zwischen dem Anschlagelement und
der Antriebswelle. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass vor allem
das Antriebswellensystem eine relevante Unwucht und das Werkzeugspannsystem
eine zweite, relevante Unwucht aufweist, die mit der zuvor genannten
Maßnahme
in vorteilhafter Weise in Ausgleich bringbar sind. Hierbei ist die
Verwendung eines entsprechenden vorteilhaften Positionierelementes
zwischen den entsprechenden Komponenten einerseits einfach zu realisieren
und andererseits eine wirkungsvolle Festlegung der Winkelposition
zwischen diesen umsetzbar.
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In
einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist das Positionierelement
als Kugel ausgebildet. Mittels einer derartigen Kugel kann eine
punktgenaue Festlegung der Winkelposition zwischen den entsprechenden
Komponenten realisiert werden, wodurch die Genauigkeit der festzulegenden
Position erhöht
wird. Alternativ hierzu sind insbesondere auch kegelförmige, kegelstumpfförmige oder
sonstige, verjüngende
Elemente ebenfalls vorteilhaft zu verwenden.
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Vorteilhafterweise
wird die spielfreie Positionierung insbesondere durch selbständig nachsetzende
Positionierung realisiert. Dies erhöht die Betriebssicherheit.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
Figuren nachfolgend näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1:
ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
im montierten Zustand,
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2:
ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
im teilweise demontierten Zustand,
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3:
ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
im teilweise demontierten Zustand,
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4:
ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
im teilweise demontierten Zustand,
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5:
ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
im teilweise demontierten Zustand,
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6:
eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine von vorne
im teilweise demontierten Zustand,
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7:
ein schematischer Spanner im Schnitt für eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
im vormontierten Zustand und
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8: eine schematische, zum Teil geschnittene
Verdrehsicherung für
eine Antriebswelle in Seitenansicht und Draufsicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
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In 1 ist
schematisch ein Ausschnitt aus einer Werkzeugmaschine mit einem
Werkzeughalter 1 zum lösbaren
Halten eines nicht näher
dargestellten Werkzeugs für
die Werkstückbearbeitung
dargestellt. Der Werkzeughalter 1 bzw. ein Spanner 2 ist oberhalb
einer Drehachse 3 in der „Werkzeug gelöst” Stellung
und unterhalb der Drehachse 3 in der „Werkzeug gespannt” Stellung
abgebildet.
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Der
Werkzeughalter 1 ist im Wesentlichen entsprechend dem Stand
der Technik ausgebildet und umfasst insbesondere einen Spannkegel 4, Spannsegmente 5,
eine Konterschraube 6 zum Fixieren an einer Zugstange 7,
einen Zugstangenabstandshalter 8 und einen Seegerring 9.
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In 2 ist
ein teilweise demontierter Zustand der Werkzeugmaschine dargestellt,
wobei der Werkzeughalter 1 bereits gelöst bzw. vollständig demontiert
ist. Zudem ist ein Hilfswerkzeug 11 dargestellt, mit dem
eine Rückschlagbuchse 10 in
Demontagerichtung R gelöst
bzw. demontiert wird.
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Gemäß 3 wird
ein weiteres Hilfswerkzeug 12 auf die Zugstange 7 bis
zum Anschlagen aufgeschraubt und 2–3 Umdrehungen zurückgedreht.
Anschließend
wird der Einbauspanner in Stellung „gespannt” (ohne Werkzeug) verstellt,
wodurch eine Anschlaghülse 13 zum
Halten von Tellerfedern 14 entlastet wird.
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Weiterhin
werden insgesamt vier Gewindebolzen 15 (vgl. auch entsprechende
Bohrungen in Draufsicht gemäß 6 oder 8) gelöst.
Zur Sicherheit bzw. zur Festlegung der exakten und einzig möglichen
Winkelposition der Anschlaghülse 13 sind
die Gewindebolzen 15 unsymmetrisch um die Drehachse herum
verteilt. Hierbei ist auch die Verriegelung dieser Anschlaghülse 13 in
Umfangsrichtung mit einer Welle 19 durch die vier Druckbolzen 17 umgesetzt.
Diese stellen sicher, dass die Anschlaghülse 13 durch Bearbeitungskräfte im Betrieb
nicht verdreht werden kann und dass sie nur in genau einer definierter
Winkellage montierbar ist, was hinsichtlich eines definierten Wuchtzustandes
wesentlich ist.
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Die
Gewindebolzen 15 werden bei der Montage mit einer Verliersicherung
wie z. B. mit einem Kleber oder dergleichen vor unbeabsichtigtem
Verlieren gesichert.
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Bei
der Demontage werden anschließend Spiralfedern 16 aus
den Bohrungen für
die Bolzen 15 ggf. mittels eines Hakens oder dergleichen
entfernt. Daraufhin werden entsprechende Druckbolzen 17 gemäß 4 gelöst bzw.
in Richtung R heraus genommen werden. Auch hierbei kann ggf. ein
nicht näher
dargestellter Haken, eine Schraube oder dergleichen zu Hilfe genommen
werden. Die Druckbolzen 17 fixieren in der Montagestellung
Positionierkugeln 18, die in einigen Figuren leider etwas
oval verzerrt dargestellt sind. Diese Verriegelungselemente bzw. Positionierkugeln 18 stellen
auch eine spielfreie Fixierung der Anschlaghülse 13 sicher, da
sie durch Federn 16 automatisch nachstellen. Andersherum sind
sie in Gegenrichtung durch die abgeschrägten Druckbolzen 17 selbsthemmend.
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Gemäß der Erfindung
erfolgt die Abstützung des
Tellerfederpaketes 14 nicht direkt an der Welle 19,
sondern an einem von vorne austauschbarem Element, der Anschlaghülse 13,
das/die in diesem Fall durch ein Bajonett 20 axial mit
der Welle 19 verriegelt ist. Durch die Austauschbarkeit
dieses Elementes bzw. der Anschlaghülse 13 kann auch die Zugstange 7 und
das Tellerfederpaket 14 von vorne bzw. entgegen der Richtung
R montiert und in Richtung R demontiert werden.
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In 5 wird
deutlich, dass mittels einem weiteren Hilfswerkzeug 21 die
Anschlaghülse 13 gelöst wird.
Hierbei kann ggf. eine Verdrehsicherung 22 gemäß der 8 zur Fixierung der Welle 19 eingesetzt
werden.
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Die
Anschlaghülse 13 wird
mittels einer Fixierung bzw. in der dargestellten Variante mittels
eines Bajonettverschlusses 20 fixiert. Das Bajonett 20 legt
die Anschlaghülse 13 axial
zur Welle 19 fest und überträgt die Kräfte des
Federpaketes 14 von der Anschlaghülse 13 auf die Welle 19.
Die vier Kugeln 18 an den Enden der vier Druckbolzen 17 legen
die Winkellage der Anschlaghülse 13 zur
Welle 19 fest.
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Das
Lösen der
Anschlaghülse 13 mittels
des Bajonettverschlusses 20 wird in 6 deutlich.
Hierbei wird entgegen der dargestellten Pfeilrichtung das Hilfswerkzeug 21 bzw.
die Anschlaghülse 13 gedreht, bis
Markierungen 23 an Welle 19 und Anschlaghülse 13 fluchten.
Anschließend
kann die Anschlaghülse 13 in
Richtung R nach vorne gemäß der Erfindung entnommen
werden.
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Die
Montage eines zweiten Spanners 2 bzw. des ausgetauschten
Spanners 2 erfolgt in umgekehrter Weise. In 7 ist
ein neuer Spanner 2 im vormontierten Zustand abgebildet.
Dieser umfasst einen Einspannkopf 31, einen Zugstangenanschluss 32, ein
Montagewerkzeug 30 sowie die Tellerfedern 14.