DE102014108647B4

DE102014108647B4 - Werkzeugeinspannvorrichtung

Info

Publication number: DE102014108647B4
Application number: DE102014108647.3A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC Corporation Muramatsu Toshifumi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2034-06-21
Also published as: US9649698B2; JP5734354B2; CN104249264B; DE102014108647A1; CN104249264A; JP2015009283A; US20150003929A1

Abstract

Werkzeugeinspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugeinspannvorrichtung umfasst: eine Hauptwelle (1); eine in der Hauptwelle (1) vorhandene Feder (2); einen Zugstab (3), der in die Hauptwelle (1) so eingesetzt ist, dass er der Hauptwelle (1) gegenüberliegt, wobei sich die Feder (2) zwischen der Hauptwelle (1) und dem Zugstab (3) befindet, ein Ende des Zugstabs (3) mit einem konkaven Abschnitt (9) versehen ist, und der Zugstab (3) in der axialen Richtung der Hauptwelle (1) beweglich ist; und eine Stahlkugel (5), die um das Ende des Zugstabs (3) herum angeordnet ist und sich in radialer Richtung der Hauptwelle (1) bewegt, wenn sich der Zugstab (3) bewegt, eine hauptwellenseitige geneigte Fläche, die durch eine Vertiefung (13) in der Innenwand der Hauptwelle (1) gebildet wird, an einer Position, an der sich die Stahlkugel (5) nach innen und außen bewegt, wobei ein Werkzeughalter (6) einen Zugbolzen (7) umfasst, welcher eine werkzeughalterseitige geneigte Fläche (12) aufweist, an dem Ende der Hauptwelle (1) angebracht werden kann; und bei der Anbringung des Werkzeughalters (6) die hauptwellenseitige geneigte Fläche und die werkzeughalterseitige geneigte Fläche (12) einen Verstärkungsmechanismus mit der dazwischen angeordneten Stahlkugel (5) bildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinspannvorrichtung, die für eine Werkzeugmaschine verwendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Werkzeugeinspannvorrichtung, die in einer Werkzeugmaschine verwendet wird, insbesondere in einem Bearbeitungszentrum, muss eine vorbestimmte Kraft zum Einspannen eines Werkzeugs erzeugen. Erzeugt man diese Kraft nur mit einer Feder, so kann dies die Abmessungen der Werkzeugeinspannvorrichtung vergrößern. Um eine Zunahme der Abmessungen der Werkzeugeinspannvorrichtung zu verhindern enthält die Werkzeugeinspannvorrichtung einen Mechanismus, der eine Federkraft verstärkt.
1 zeigt eine Gesamtansichtsskizze der Werkzeugeinspannvorrichtung. Eine Hauptwelle 1 umfasst einen Zugstab 3, der über eine Feder 2 eingesetzt ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Werkzeughalter.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in 1. Ein konkaver Abschnitt 9 ist am Ende des Zugstabs 3 ausgebildet. In den konkaven Abschnitt 9 ist ein Zugbolzen 7 eingesetzt. In einem zylindrischen Abschnitt 4 des Zugstabs 3 befindet sich ein Führungsloch 10. In das Führungsloch 10 sind Stahlkugeln 5 eingesetzt. Auf dem Zugbolzen 7 befindet sich eine geneigte Fläche 12, die die Stahlkugeln 5 berührt. Zudem befindet sich eine geneigte Fläche 11 an der Innenseite der Hauptwelle 1, die im Wesentlichen der geneigten Fläche 12 gegenüberliegt, die sich auf dem Zugbolzen 7 befindet. Die Stahlkugeln 5 befinden sich zwischen den geneigten Flächen 11 und 12. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Hauptwellen-Innenwandfläche.
Werden in dieser Anordnung der Zugstab 3 und der Zugbolzen 7 durch die Kraft der Feder 2 gehoben, so erzeugt die Feder 2 eine Reaktionskraft zwischen den Stahlkugeln 5 und der geneigten Fläche 12 des Zugbolzens 7 und zwischen den Stahlkugeln 5 und der geneigten Fläche 11 der Hauptwelle 1. Dadurch wird ein Verstärkungseffekt erzeugt, der die Kraft der Feder 2 erhöht.
In der offenbarten japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 2-104906 ist eine Werkzeughaltevorrichtung offengelegt, die eine sich verjüngende Hülse auf der gegenüberliegenden Seite eines Einführstabs hat, der mit einer Werkzeughaltevorrichtung versehen ist. Die Werkzeughaltevorrichtung umfasst einen Verstärkungsmechanismus, der aus der sich verjüngenden Hülse, Stahlkugeln und einer geneigten Oberfläche besteht, die sich auf der Hauptwelle befindet.
In der offenbarten japanischen Patentschrift Nr. 1-205905 ist eine Werkzeugeinspannvorrichtung offengelegt, in der ein Verstärkungsmechanismus aufweist: eine geneigte Oberfläche auf einem Zugbolzen, der sich in einem Werkzeughalter befindet, Stahlkugeln auf einem Zugstab und eine geneigte Oberfläche, die sich auf einer Hauptwelle befindet.
Bei jeder der herkömmlichen Vorgehensweisen, die in 5 dargestellt und in der beschriebenen offenbarten japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 2-104906 und der japanischen Patentschrift Nr. 1-205905 offengelegt sind, hat der Verstärkungsmechanismus die geneigte Oberfläche auf der Innenwandfläche der Hauptwelle. Die geneigte Oberfläche wird durch Schneiden oder einen ähnlichen Vorgang bei der Herstellung der Hauptwelle erzeugt. Damit erfordert die Herstellung der Werkzeugeinspannvorrichtung Arbeit zum Ausbilden der geneigten Oberfläche auf der Innenwandfläche der Hauptwelle. Dadurch kann die Anzahl der Mannstunden ansteigen, die für die Bearbeitung erforderlich sind, wodurch die Herstellungskosten der Werkzeugeinspannvorrichtung wachsen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugeinspannvorrichtung bereitzustellen, die einen Verstärkungsmechanismus aufweist und kostengünstig zu fertigen ist.
Eine Werkzeugeinspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung umfasst: eine Hauptwelle; eine in der Hauptwelle vorhandene Feder; einen Zugstab, der in die Hauptwelle so eingesetzt ist, dass er der Hauptwelle gegenüberliegt, wobei sich die Feder zwischen der Hauptwelle und dem Zugstab befindet, ein Ende des Zugstabs mit einem konkaven Abschnitt versehen ist, und der Zugstab in der axialen Richtung der Hauptwelle beweglich ist; und Stahlkugeln, die um das Ende des Zugstabs herum angeordnet sind und sich in radialer Richtung der Hauptwelle bewegen, wenn sich der Zugstab bewegt, wobei die Werkzeugeinspannvorrichtung eine Vertiefung in der Innenwand der Hauptwelle aufweist, und zwar an einer Position, an der sich die Stahlkugeln nach innen und außen bewegen.
Die Vertiefung kann an der Innenwand der Hauptwelle dadurch ausgebildet werden, dass eine zylindrische oder prismatische Schablone, die einen vorbestimmten Durchmesser hat, in einen konkaven Abschnitt des Zugstabs eingesetzt wird, wobei anschließend die Stahlkugeln durch die eingesetzte zylindrische oder prismatische Schablone gegen die Innenwand der Hauptwelle gepresst werden.
Eine Schablone zum Ausbilden der Vertiefung, die einen Schablonenkörper enthält, der einen hohlen Abschnitt aufweist, und ein Eindringteil, das sich am Ende des Schablonenkörpers befindet, kann in die Hauptwelle eingesetzt werden, und die Vertiefung kann in der Innenwand der Hauptwelle durch Einsetzen einer zylindrischen oder prismatischen Schablone in den hohlen Abschnitt der Schablone zum Ausbilden der Vertiefung ausgebildet werden, so dass das Eindringteil der Schablone zum Ausbilden der Vertiefung gegen die Innenwand der Hauptwelle gedrückt wird.
Die Erfindung kann eine Werkzeugeinspannvorrichtung bereitstellen, die einen Verstärkungsmechanismus aufweist und kostengünstig zu fertigen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Aufgaben und Merkmale der Erfindung und weitere Aufgaben und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.
Es zeigt:
1 eine Gesamtansichtsskizze einer Werkzeugeinspannvorrichtung;
2 eine vergrößerte Ansicht der Werkzeugeinspannvorrichtung der Erfindung, in der eine geneigte Oberfläche durch eine Vertiefung auf der Innenwandfläche einer Hauptwelle ausgebildet ist;
3 eine erläuternde Zeichnung einer ersten Ausführungsform der Werkzeugeinspannvorrichtung der Erfindung, bei der eine vergrößerte Ansicht die gegenseitige Lage zwischen Teilen darstellt, wenn eine Vertiefung auf der Innenwandfläche der Hauptwelle erzeugt wird;
4 eine erläuternde Zeichnung einer zweiten Ausführungsform der Werkzeugeinspannvorrichtung der Erfindung, bei der eine vergrößerte Ansicht die gegenseitige Lage zwischen Teilen darstellt, wenn eine Vertiefung auf der Innenwandfläche der Hauptwelle erzeugt wird; und
5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in 1 der Werkzeugeinspannvorrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand von 2 und 3 wird nun eine erste Ausführungsform einer Werkzeugeinspannvorrichtung der Erfindung beschrieben. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils, der dem Abschnitt A der Werkzeugeinspannvorrichtung in 1 entspricht.
Eine Hauptwellen-Innenwandfläche 8, siehe 2, auf einer Hauptwelle 1 hat eine geneigte Oberfläche, die durch eine Vertiefung 13 gebildet wird. Bei dieser Anordnung ist ein Zugbolzen 7 in einen konkaven Abschnitt 9 eines Zugstabs 3 eingesetzt. Der Zugstab 3 wird durch die Kraft einer Feder 2 (1) angehoben. Dadurch wird eine Kraft auf eine geneigte Fläche 12 auf dem Zugbolzen 7, die Stahlkugeln 5 und eine geneigte Oberfläche ausgeübt, die von der Vertiefung 13 in der Hauptwelle 1 gebildet wird. Dadurch entsteht ein Verstärkungseffekt.
Mit Hilfe von 3 wird nun ein Verfahren zum Bereitstellen der Vertiefung 13 auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 der Hauptwelle 1 beschrieben.
3 zeigt die gegenseitige Lage zwischen Teilen der Werkzeugeinspannvorrichtung wenn die Vertiefung 13 auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 der Hauptwelle 1 erzeugt wird. Die Vertiefung 13 wird direkt auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 der Hauptwelle 1 erzeugt, und zwar von dem Zugstab 3 und den Stahlkugeln 5, die die Werkzeugeinspannvorrichtung bilden. Die Stahlkugeln 5 werden gegen die Hauptwellen-Innenwandfläche 8 gepresst und bilden die Vertiefung 13 auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 der Hauptwelle 1 aus.
Die Phase der axialen Drehung des Zugstabs 3 gegen die Hauptwelle 1 ist festgelegt. Der Zugstab 3, siehe 3, wird zuerst in eine vorbestimmte Position bewegt. Anschließend, siehe 3, wird eine zylindrische Schablone 14 mit einem vorbestimmten Durchmesser in den konkaven Abschnitt 9 am Ende des Zugstabs 3 eingesetzt. Das Einsetzen der zylindrischen Schablone 14 in den konkaven Abschnitt 9 des Zugstabs 3 drückt die Stahlkugeln 5 gegen die Hauptwellen-Innenwandfläche 8 und bildet dadurch die Vertiefung 13 in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 aus.
Dabei können die Materialien und die Härte der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 und der Stahlkugeln 5 ausgewählt werden. Beispielsweise ist das Material der Stahlkugeln 5 härter als das Material der Hauptwellen-Innenwandfläche 8, wodurch die Stahlkugeln 5 die Vertiefung 13 in die Hauptwellen-Innenwandfläche 8 pressen. Bei diesem Verfahren kann der Schritt des Bereitstellens einer Vertiefung in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 in den Zusammenbau der Werkzeugeinspannvorrichtung integriert werden. Dies führt zu einfachen Arbeiten und verhindert ein Anwachsen der erforderlichen Mannstunden.
In dieser Ausführungsform wird die Vertiefung 13 auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 durch den Zugstab 3 und die Stahlkugeln 5 erzeugt, die die Werkzeugeinspannvorrichtung bilden, wodurch die geneigte Oberfläche auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 hergestellt wird. Man kann andere Verfahren zum Herstellen der Vertiefung 13 einsetzen.
In dieser Ausführungsform ist die Position (Phase) der Stahlkugeln 5 festgelegt, und damit befinden sich Vertiefungen 13 nur an den Berührpunkten der Stahlkugeln 5 mit der Hauptwellen-Innenwandfläche 8, damit eine geneigte Oberfläche auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 ausgebildet wird (d. h., in dieser Ausführungsform ist die Vertiefung 13 nicht durchgehend über den Umfang der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 ausgebildet). Die Vertiefung 13 wird jedoch nicht immer durch ein einmaliges Einpressen der Stahlkugeln 5 hergestellt. Die Vertiefung 13 kann wiederholt in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 erzeugt werden, indem die Phase der Stahlkugeln 5 verändert wird, so dass die Vertiefung 13 (2) schließlich einen Kreis an einer vorbestimmten Position (Höhe) der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 bildet. Wahlweise kann die Vertiefung 13 in Form eines Keils mit anderen Schablonen auf der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 hergestellt werden.
Mit Hilfe von 4 wird nun eine zweite Ausführungsform einer Werkzeugeinspannvorrichtung der Erfindung beschrieben. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht an einer Position, die dem Abschnitt A der Werkzeugeinspannvorrichtung in 1 entspricht.
In dieser Ausführungsform wird eine besondere Schablone dazu verwendet, eine Vertiefung 13 in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 herzustellen. Eine erste Schablone 16 hat eine hohle Form und weist ein Eindringteil 19 am Ende auf, das die Vertiefung 13 liefert. Die erste Schablone 16 besitzt einen Schlitz 20. Das Eindringteil 19 ist dafür ausgelegt, dass es sich nach außen dehnt, wenn eine innere Kraft darauf einwirkt.
Die erste Schablone 16 wird in die Hauptwelle 1 eingesetzt. Anschließend wird eine zweite Schablone 17 in den hohlen Abschnitt der ersten Schablone 16 eingesetzt und hin zum Eindringteil 19 bewegt. Dadurch drückt die Außenfläche der zweiten Schablone 17 von innen auf das Eindringteil 19 der ersten Schablone 16, so dass sich das Eindringteil 19 ausdehnt. Das gedehnte Eindringteil 19 drückt kraftvoll auf die Hauptwellen-Innenwandfläche 8 und bildet die Vertiefung 13 in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 aus.
In dieser Ausführungsform kann die Vertiefung 13 in der Hauptwellen-Innenwandfläche 8 auch dann ausgebildet werden, wenn der Zugstab 3 nicht in die Hauptwelle 1 eingebaut ist.

Claims

Werkzeugeinspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugeinspannvorrichtung umfasst: eine Hauptwelle (1); eine in der Hauptwelle (1) vorhandene Feder (2); einen Zugstab (3), der in die Hauptwelle (1) so eingesetzt ist, dass er der Hauptwelle (1) gegenüberliegt, wobei sich die Feder (2) zwischen der Hauptwelle (1) und dem Zugstab (3) befindet, ein Ende des Zugstabs (3) mit einem konkaven Abschnitt (9) versehen ist, und der Zugstab (3) in der axialen Richtung der Hauptwelle (1) beweglich ist; und eine Stahlkugel (5), die um das Ende des Zugstabs (3) herum angeordnet ist und sich in radialer Richtung der Hauptwelle (1) bewegt, wenn sich der Zugstab (3) bewegt, eine hauptwellenseitige geneigte Fläche, die durch eine Vertiefung (13) in der Innenwand der Hauptwelle (1) gebildet wird, an einer Position, an der sich die Stahlkugel (5) nach innen und außen bewegt, wobei ein Werkzeughalter (6) einen Zugbolzen (7) umfasst, welcher eine werkzeughalterseitige geneigte Fläche (12) aufweist, an dem Ende der Hauptwelle (1) angebracht werden kann; und bei der Anbringung des Werkzeughalters (6) die hauptwellenseitige geneigte Fläche und die werkzeughalterseitige geneigte Fläche (12) einen Verstärkungsmechanismus mit der dazwischen angeordneten Stahlkugel (5) bildet.
Werkzeugeinspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung an der Innenwand der Hauptwelle (1) dadurch ausgebildet wird, dass eine zylindrische oder prismatische Schablone (14), die einen vorbestimmten Durchmesser hat, in einen konkaven Abschnitt des Zugstabs (3) eingesetzt wird, und dass anschließend die Stahlkugel (5) durch die eingesetzte zylindrische oder prismatische Schablone (14) gegen die Innenwand der Hauptwelle (1) gepresst wird.
Werkzeugeinspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Schablone (16) zum Ausbilden der Vertiefung (13), die einen Schablonenkörper mit einem hohlen Abschnitt aufweist, und ein an einem Ende des Schablonenkörpers vorgesehenes Eindringteil (19) in die Hauptwelle (1) eingesetzt wird, und die Vertiefung (13) in der Innenwand der Hauptwelle (1) durch Einsetzen einer zylindrischen oder prismatischen Schablone (17) in den hohlen Abschnitt der Schablone (16) zum Ausbilden der Vertiefung (13) ausgebildet wird, so dass das Eindringteil (19) der Schablone (16) zum Ausbilden der Vertiefung gegen die Innenwand der Hauptwelle (1) gedrückt wird.