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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels
eines Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur
spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken egal welcher Materialien
werden Werkzeuge verwendet, welche Teil eines Bearbeitungszentrums
sind. Dieses Bearbeitungszentrum weist eine Spindel mit einer sogenannten
Wechseladapteraufnahme auf. Diese besitzt an ihrem vorderen Ende eine
konische Aufnahme. Diese konische Aufnahme dient zur lösbaren Anordnung
eines sogenannten Wechseladapters. An diesem Wechseladapter ist das
Bearbeitungswerkzeug angeordnet. Beispielsweise kann dieser Wechseladapter
als Spannzange ausgebildet sein. Zur festen Verbindung dieses Wechseladapters
mit der Wechseladapteraufnahme weist der Wechseladapter an seinem
hinteren Ende einen Konus auf. Dieser wird in die konische Aufnahme
der Wechseladapteraufnahme eingeführt und darin fixiert. Dabei
kommen die miteinander korrespondierenden Konusflächen in
Anlage.
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Zur
Positionierung und Fixierung des Wechseladapters in der Wechseladapteraufnahme
dient eine Verriegelungseinrichtung zwischen den beiden vorgenannten
Einrichtungen. Es ist bekannt, diese Verriegelungseinrichtung durch
radial nach außen verstellbare
Haltearme zu bilden. Diese sind in der Wechseladapteraufnahme angeordnet
und greifen hinter entsprechende Vorsprünge des Wechseladapters. Bei
Betätigung
dieser Haltearme wird zum einen eine Fixierung des Wechseladapters
mit seinem Werkzeug in der Wechseladapteraufnahme erreicht, zum
anderen wird für
die exakte Lagepositionierung der Wechseladapter mittels seines
Konus in die konische Aufnahme der Wechseladapteraufnahme hereingezogen.
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Die
DE 40 03 795 A1 zeigt
eine Spann- und Lösevorrichtung
für Werkzeuge
mit kegeligem Werkzeugschaft der eingangs angegebenen Art. Die Vorrichtung
weist dabei stirnseitig eine konische Bohrung zur Aufnahme des kegeligen
Werkzeugschaftes auf. Zur Verriegelung des Werkzeugschaftes in der konischen
Bohrung dient eine Kolbenstange. Diese bewegt auf Führungsflächen Kugeln
radial nach innen.
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Die
DE 202 08 578 U1 zeigt
eine Spannvorrichtung zum lösbaren
Spannen eines Gegenstandes. Die Spannvorrichtung weist dabei eine
Nabe und eine in der Nabe gegen eine Vorspannkraft axial verschiebbare
Stange auf. An der Stange ist eine Schräge vorgesehen, die zumindest
eine in einem Durchgangsloch der Nabe gehaltene Kugel radial nach
außen
drückt
und dadurch eine Verriegelungseinrichtung definiert.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung
zum Bearbeiten von Werkstücken
mittels eines Werkzeugs die Verriegelungseinrichtung zwischen der
Wechseladapteraufnahme und dem Wechseladapter zu verbessern.
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Die
technische Lösung
ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Dadurch
ist ein automatisches Spannsystem bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten
von Werkstücken
mittels eines Werkzeugs mit einer verbesserten Verriegelungseinrichtung
geschaffen. Die Grundidee des erfindungsgemäßen automatischen Spannsystems
liegt in mehreren einzelnen sowie voneinander unabhängigen Spannkörpern. Diese
sind als im Wesentlichen kleine Körper mit einer rollenden oder
gleitenden Fläche
ausgebildet. Vorzugsweise sind drei oder mehr dieser Spannkörper vorgesehen,
welche um den Umfang herum gleichmäßig verteilt sind. Das Grundprinzip
dieser Spannkörper
besteht darin, daß sie
zum Erreichen der Spannposition aufgrund ihrer rollenden oder gleitenden
Oberfläche
auf entsprechenden Führungsflächen radial
nach außen
bewegt werden. Dadurch entsteht ein Formschluß zwischen der Wechseladapteraufnahme
und dem Wechseladapter, so daß diese
positionsgenau gegeneinander fixiert sind. Das Gesamtsystem bestehend
aus Wechseladapteraufnahme, Wechseladapter sowie Spannkörper ist
somit eindeutig reproduzierbar lagefixiert. Für die Entriegelung des Systems
zur Entnahme des Wechseladapters werden die Spannkörper wieder
in die entgegengesetzte, radial nach innen gerichtete Ausgangsposition übergeführt, so
daß der
Formschluß aufgehoben
ist. Es kann dann der Wechseladapter herausgenommen und durch einen
anderen Wechseladapter ersetzt werden. Das technische Grundprinzip
der Formschlußverriegelung
zwischen der Wechseladapteraufnahme einerseits und dem Wechseladapter
andererseits mittels des Spannkörpers
besteht darin, daß der
Wechseladapter in seinem Konus eine Ausnehmung aufweist. In dieser Ausnehmung
kommen die Spannkörper
zu liegen, und zwar hinter einem radial nach innen gerichteten Vorsprung.
Hier kann es sich beispielsweise um einen radial nach innen gerichteten
Ring handeln. Die Spannelemente kommen hinter diesem Vorsprung zu liegen,
nachdem sie radial nach außen
bewegt worden sind. Dadurch wird ein einwandfreier Formschluß zwischen
den Spannkörpern
und diesem Vorsprung des Wechseladapters gewährleistet. Die technische Realisierung
sowie Grundidee, um die Spannkörper
radial bewegen zu können,
sieht einen Spannkonus vor, welcher Teil eines axial verschiebbaren
Spannkolbens ist. Der Spannkonus definiert mit seiner konusförmigen Mantelfläche die
Führungsfläche für die Spannkörper. Wird
der Spannkolben mit seinem Spannkonus in die Verriegelungsposition verschoben,
rollen oder gleiten die Spannkörper
auf der Mantelfläche
des Spannkonus radial nach außen
in die formschlüssige
Verriegelungsstellung. Umgekehrt, wenn der Spannkolben mit seinem
Spannkonus wieder zurückgefahren
wird, haben die Spannkörper
die Möglichkeit,
sich radial nach innen in die Entriegelungsstellung zu bewegen.
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Vorzugsweise
sind gemäß der Weiterbildung in
Anspruch 2 die Spannkörper
Kugeln oder Zylinder. Diese definieren ein sehr gutes Abrollverhalten
auf der entsprechenden Führungsfläche.
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Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
3 schlägt
vor, daß die
Vorsprünge
in Axialrichtung gesehen Schrägen
aufweisen. Diese bewirken vor allem eine Kraftverstärkung beim
Einzug des Wechseladapters. Die Schrägen haben aber auch den Vorteil,
daß nach
dem Lösen
der Verriegelungseinrichtung für
den Fall, daß sich
die Spannkörper
immer noch in der forschlüssigen
Verriegelungsposition befinden, diese mittels der Schrägen radial
nach innen bewegt werden. Dadurch gelangen sie in die nicht mehr
formschlüssige
Entriegelungsposition.
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Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
4 schlägt
vor, daß in
der Grundstellung der Spannkolben mit seinem Spannkonus durch die
Kraft wenigstens einer Feder in der Verriegelungsposition gehalten
ist. Dies bedeutet, daß diese
Feder, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Druckfeder handelt, die
Spannkörper
radial nach außen
bewegt und in dieser Position fixiert. Wenn der Spannkolben entgegen
der Kraft der Feder zurückbewegt
wird, können sich – wie beschrieben – die Spannkörper radial
nach innen bewegen.
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Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
5 schlägt
vor, daß zwei
Federn mit unterschiedlichen Federcharakteristiken vorgesehen sind.
Das Grundprinzip besteht bei dieser Federkombination gewissermaßen in einer
Hauptfeder und in einer Ersatzfeder. Sollte die Hauptfeder mit der
höheren
Federkonstanten kaputt gehen, ist zwar nicht mehr eine exakte Ausrichtung
des Werkzeugs möglich,
es wird aber dennoch gewährleistet,
daß aufgrund
der Ersatzfeder der Wechseladapter einigermaßen an der Wechseladapteraufnahme
fixiert ist und nicht herausfällt.
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Um
den Spannkolben in die Entriegelungsposition entgegen der Kraft
der Feder überführen zu können, schlägt die Weiterbildung
gemäß Anspruch 6
vor, den Spannkolben mittels Druckluft zu beaufschlagen. Wird somit
der Spannkolben entgegen der Kraft der Feder mittels Druckluft bewegt,
können
die Spannkörper
wieder in die Entriegelungsstellung gelangen. In dieser Position
kann der Wechseladapter mit seinem Werkzeug entnommen werden. Nach dem
Einsetzen eines anderen Wechseladapters wird der Druckluftaufbau
wieder auf gehoben, so daß der Spannkolben
mit seinem Spannkonus aufgrund der Kraft der Federn wieder in seine
Verriegelungsstellung übergeht.
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Gegenstand
der Erfindung gemäß Anspruch 7
ist weiter ein Wechseladapter als solcher, wie er zuvor beschrieben
worden ist. Wesentlich bei diesem Wechseladapter ist die spezielle
Konturgebung in der hinteren Ausnehmung mit den zuvor beschriebenen radial
nach innen gerichteten Vorsprüngen
sowie der Schräge
in diesen Vorsprüngen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Bearbeiten von Werkstücken
mittels eines Werkzeugs wird nachfolgend anhand der Zeichnungen
beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht der Bearbeitungsvorrichtung, jedoch ohne
Werkzeugadapter;
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2 eine
Längsschnittdarstellung
durch die Bearbeitungsvorrichtung in 1;
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3 ein
Detailausschnitt im Bereich der Werkzeugadapteraufnahme beim Einsetzen
eines Werkzeugadapters;
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4 eine
Darstellung entsprechend der in 3, jedoch
nach vollständigem
Einführen
und Fixieren des Werkzeugsadapters in der Werkzeugadapteraufnahme.
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Die
Vorrichtung zum Bearbeiten von – nicht dargestellten – Werkstücken mittels
eines – ebenfalls nicht
dargestellten – Werkzeugs
weist am vorderen Ende einer Spindel eine Wechseladapteraufnahme 1 auf.
Diese besitzt eine konische Aufnahme 2.
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In
der Wechseladapteraufnahme 1 ist weiterhin ein Spannkolben 3 axial
verschiebbar angeordnet. Dieser Spannkolben 3 besitzt am
vorderen Ende einen Spannkonus 4. Zwischen dem Gehäuse der Wechseladapteraufnahme 1 und
dem Spannkolben 3 ist weiterhin eine Feder 5 abgestützt. Dieser
Feder 5 ist eine weitere Feder 5' mit einer niedrigeren Federkonstante
zugeordnet. Beide Federn 5, 5' wirken als Druckfedern.
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Die
vorbeschriebene Wechseladapteraufnahme 1 dient zur Aufnahme
eines Wechseladapters 6. Dieser trägt am vorderen Ende das – nicht
dargestellte – Werkzeug.
Rückseitig
weist der Wechseladapter 6 einen Konus 7 auf,
welcher korrespondierend zu der konischen Auf nahme 2 der
Wechseladapteraufnahme 1 ausgebildet ist. Im Konus 7 ist
eine Ausnehmung 8 ausgebildet. Diese ist am freien offenen Ende
durch einen radial nach innen gerichteten Vorsprung abgeschlossen.
Dieser Vorsprung weist eine konische Schräge 10 auf.
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Dem
System weiterhin zugeordnet sind um den Umfang gleichmäßig verteilt
Spannkörper 11 in Form
von Kugeln.
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Die
Funktionsweise ist wie folgt:
Die Ausgangsposition ist in 2 dargestellt.
Diese zeigt die Wechseladapteraufnahme 1 noch ohne Wechseladapter 6.
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3 zeigt,
wie der Wechseladapter 6 (mit seinem Werkzeug) in die Wechseladapteraufnahme 1 eingesetzt
wird. In dieser Position befinden sich die Spannkörper 11 im
radialen Innenbereich. Vorraussetzung hierfür ist, daß über eine Druckluftzuführung 12 der
Spannkolben 3 mit Druckluft beaufschlagt wird, so daß sich der
Spannkolben 3 entgegen der Kraft der Federn 5, 5' in der hinteren
Stellung befindet. Dadurch ist es möglich, den Wechseladapter 6 mit
seinem Konus 7 vollständig
in die konische Aufnahme 2 der Wechseladapteraufnahme 1 einzuführen.
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Zur
Verriegelung läßt man die
Druckluft entweichen. Dies bedeutet, daß aufgrund der Kraft der Federn 5, 5' sich der Spannkolben 3 und
damit der Spannkonus 4 in seine vordere Position bewegt.
Da der Spannkonus 4 des Spannkolbens 3 für die Spannkörper 11 eine
Führungsfläche bedeutet,
hat dies zur Folge, daß die
Spannkörper 11 radial
nach außen
bewegt werden, wie dies in 4 erkennbar ist.
In dieser Position der Spannkörper 11 kommen diese
hinter dem ringförmigen
Vorsprung 9 zu liegen und schaffen somit einen Formschluß. Dieser
verhindert, daß der
Wechseladapter 6 aus der konischen Aufnahme 2 der
Wechseladapteraufnahme 1 herausgezogen werden kann.
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Die
Verdrehsicherung des Konus 7 des Wechseladapters 6 in
der konischen Aufnahme 2 der Wechseladapteraufnahme 1 ist
durch einen entsprechenden Reibschluß zwischen den beiden Konusflächen gewährleistet.
Es ist denkbar, daß zusätzlich noch
eine Verdrehsicherung durch Formschluß vorgesehen ist, indem ein
Vorsprung im einen Teil in eine korrespondierende Ausnehmung im
anderen Teil eingreift.
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Soll
der Wechseladapter 6 gegen einen anderen Wechseladapter 6 (mit
einem anderen Werkzeug) ersetzt werden, ist es lediglich erforderlich,
die Druckluftzuführung 12 zu
betätigen.
In diesem Fall bewegt sich der Spannkolben 3 mit seinem
Spannkonus 4 in die hintere Entriegelungsposition, und
zwar entgegen der Kraft der Federn 5, 5'. Dadurch haben die
Spannkörper 11 die
Möglichkeit,
radial nach innen auszuweichen. Aufgrund der Schrägen 11 werden die
Spannkörper 11 ohnehin
radial nach innen zwangsgeführt,
wenn der Wechseladapter 6 herausgezogen wird.
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- 1
- Wechseladapteraufnahme
- 2
- konische
Aufnahme
- 3
- Spannkolben
- 4
- Spannkonus
- 5,
5'
- Feder
- 6
- Wechseladapter
- 7
- Konus
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Vorsprung
- 10
- Schräge
- 11
- Spannkörper
- 12
- Druckluftzuführung