DE102019102158A1

DE102019102158A1 - Plandrehkopf und Verfahren zum Spannen und zum Lösen eines Werkzeugs in bzw. aus einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung des Plandrehkopfes

Info

Publication number: DE102019102158A1
Application number: DE102019102158.8A
Authority: DE
Inventors: Werner Roth
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: US20200238406A1; DE102019102158B4; US11465215B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plandrehkopf (15) sowie ein Verfahren zum Einsetzen und/oder Entnehmen eines Werkzeugs aus einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) des Plandrehkopfes (15). Der Plandrehkopf (15) hat eine Spindelkopplungseinrichtung (17) zum auswechselbaren Koppeln mit einer Spindelaufnahme (18) einer Arbeitsspindel (11) einer Werkzeugmaschine (10). Der Plandrehkopf (15) hat einen Gehäusekörper (16) an oder in dem ein Planschieber (23) bewegbar geführt gelagert ist, vorzugsweise linear geführt gelagert. Der Planschieber (23) trägt die hydraulisch ansteuerbare Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36). Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) bzw. der Planschieber (23) hat einen Hydraulikanschluss (45, 47), der in einer Werkzeugwechselposition (III) des Planschiebers (23) mit einem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss (66, 67) des Gehäusekörpers (16) fluidisch gekoppelt ist. Außerhalb der Werkzeugwechselposition (III) ist die fluidische Verbindung zwischen dem Hydraulikanschluss (45, 47) und dem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss (66, 67) unterbrochen. In der Werkzeugwechselposition (III) kann durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung mit Hydraulikdruck ein Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung zwischen einem das Werkzeug (37) haltenden Haltezustand und einem das Werkzeug (37) freigebenden Freigabezustand (F) durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plandrehkopf sowie ein Verfahren zum Spannen eines Werkzeugs in einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung des Plandrehkopfes sowie ein Verfahren zum Lösen eines in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung des Plandrehkopfes gehaltenen Werkzeugs.
Ein Plandrehkopf ist ein mit einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine verbindbare Einrichtung, die eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung für ein Werkzeug hat. Das Werkzeug kann eine oder mehrere Schneiden tragen und beispielsweise ein Drehmeißel sein. Der Plandrehkopf kann gemeinsam mit der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine rotierend angetrieben werden. Während dieser Rotationsbewegung kann das am Plandrehkopf gehaltente Werkzeug seine Position relativ zur Rotationsachse verändern, so dass sich während des Betriebs der Flugkreisdurchmesser des Werkzeugs mithin der wenigstens einen Schneide ändern kann. Mit einem solchen Plandrehkopf ist es möglich, automatisiert unterschiedliche Radien eines Werkstücks zu bearbeiten.
DD 24 01 58 A1 beschreibt einen Plan-, Rohr- und Fräskopf, der mit einer Arbeitsspindel einer Maschine verbindbar ist. Dieser Plan-, Rohr- und Fräskopf weist ein Gehäuse auf, das von der Maschine wechselbar aufgenommen wird. In eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung kann ein Werkzeug mit Schaftkegel eingesetzt werden, welches über Mitnehmersteine die Drehbewegungsübertragung erhält und von Spannelementen festgespannt wird. Die Spannelemente sind mittels Federkraftvorspannung in eine Spannstellung vorgespannt und können über einen Druckbolzen und eine Planetenscheibe mit Auflaufnocken gegen die Federkraft betätigt werden, um ein Werkzeug zu wechseln.
DE 1 777 296 A beschreibt einen Plandrehkopf mit einer an einem Planschieber angeordneten Werkzeugaufnahmeeinrichtung, die eine Spannschraube aufweist. In einer Werkzeugwechselposition des Planschiebers kann die Spannschraube mechanisch betätigt werden
Weitere Plandrehköpfe sind aus JP 2003-326405 A sowie DE 195 37 070 C2 bekannt.
Mit solchen Plandrehköpfen können Verstellbewegungen des in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung gehaltenen Werkzeugs während der Rotation einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine ausgeführt werden. Dadurch kann die Flugkreisbahn des Werkzeugs verändert bzw. eingestellt werden. Um eine solche Verstellbewegung ausführen zu können, muss die Werkzeugaufnahmeeinrichtung bewegbar gelagert sein. Typischerweise ist die Werkzeugaufnahmeeinrichtung an einem Planschieber angeordnet, der über eine Verstelleinrichtung bewegbar ist. Hierzu ist die Verstelleinrichtung mit einer entsprechenden Antriebswelle an der Arbeitsspindel koppelbar. Außerdem müssen Mittel vorhanden sein, um das Halten und Freigeben eines Werkzeugs an der Werkzeugaufnahmeeinrichtung zu ermöglichen.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, einen Plandrehkopf zu schaffen, der ein einfaches Auswechseln eines am Plandrehkopf angeordneten Werkzeugs ermöglicht, das insbesondere automatisiert durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Plandrehkopf gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie Verfahren gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 14 und 15 gelöst.
Der erfindungsgemäße Plandrehkopf ist zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine eingerichtet, die mindestens eine Arbeitsspindel aufweist. Der Plandrehkopf hat einen Gehäusekörper. An dem Gehäusekörper ist eine Spindelkopplungseinrichtung vorhanden, die dazu eingerichtet ist, mit einer Spindelaufnahme der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine auswechselbar gekoppelt zu werden. Die Spindelkopplungseinrichtung ist dabei zentrisch bzw. koaxial zu einer Drehachse angeordnet, um die die Arbeitsspindel rotieren und um die die Arbeitsspindel daher eine Rotation des Plandrehkopfes veranlassen kann. Bevorzugt ist die Spindelkopplungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Einsetzen bzw. Entnehmen des Plandrehkopfes in bzw. aus der Spindelaufnahme mittels einer der Werkzeugmaschine zugeordneten Greifeinrichtung und somit insbesondere automatisiert durchführbar ist. Die Spindelkopplungseinrichtung kann eine genormte Schnittstelle und beispielsweise als Hohlschaftkegel ausgebildet ein.
Die Spindelkopplungseinrichtung kann zusätzlich auch als Medienschnittstelle zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Plandrehkopf und der Arbeitsspindel dienen. Die Spindelkopplungseinrichtung ist insbesondere auch dazu eingerichtet, bei hergestellter Verbindung mit der Spindelaufnahme eine hydraulische Verbindung zu einer Hydraulikversorgung der Arbeitsspindel herzustellen, über die Hydraulikmedium zum Plandrehkopf zu- und/oder abgeführt werden kann. Diese hydraulische Verbindung kann auch über eine zusätzliche Medienschnittstelle zwischen dem Plandrehkopf und der Arbeitsspindel hergestellt werden.
An oder in dem Gehäusekörper des Plandrehkopfes ist ein beweglich geführt gelagerter Planschieber angeordnet. Der Planschieber trägt eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung, die zur Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung ist hydraulisch ansteuerbar, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung zwischen einem das Werkzeug haltenden Haltezustand und einem das Werkzeug freigebenden Freigabezustand umzuschalten. Hierzu hat der Planschieber und/oder die Werkzeugaufnahmeeinrichtung wenigstens einen Hydraulikanschluss. Über den wenigstens einen Hydraulikanschluss kann ein Hydraulikdruck in wenigstens einer Arbeitskammer der Werkzeugaufnahmeeinrichtung gesteuert oder eingestellt oder verändert werden. Abhängig von dem eingestellten Hydraulikdruck kann die Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Haltezustand oder den Freigabezustand umgeschaltet oder im erreichten Haltezustand oder Freigabezustand gehalten werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient der Hydraulikdruck zumindest dazu, die Umschaltbewegung zwischen dem Haltezustand und dem Freigabezustand durchzuführen. Zusätzlich oder alternativ kann der Hydraulikdruck - insbesondere der Hydraulikdruck, der zum Umschalten eingestellt wurde - aufrechterhalten werden, um den betreffenden Haltezustand oder Freigabezustand aufrecht zu erhalten. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Werkzeugaufnahmeeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass der Haltezustand durch eine Selbsthemmung unabhängig davon aufrechterhalten werden kann, ob der zum Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Haltezustand vorhandene Hydraulikdruck aufrechterhalten werden kann oder nicht.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein Werkzeug mittels einer der Werkzeugmaschine zugeordneten Greifeinrichtung und insbesondere automatisiert eingesetzt bzw. entnommen werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der Werkzeugaufnahmeeinrichtung um eine genormte Schnittstelle, die als Aufnahme für einen Hohlschaftkegel ausgebildet sein kann.
Der Plandrehkopf hat außerdem eine Verstelleinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Planschieber mit der Werkzeugaufnahmeeinrichtung relativ zum Gehäusekörper zu bewegen. Die Verstelleinrichtung kann ein Verstellgetriebe aufweisen oder von einem Verstellgetriebe gebildet sein.
Mittels der Verstelleinrichtung kann der Planschieber zwischen einer Werkzeugwechselposition und wenigstens einer von der Werkzeugwechselposition verschiedenen Arbeitsposition relativ zum Gehäusekörper bewegt werden. Der wenigstens eine Hydraulikanschluss des Planschiebers und/oder der Werkzeugaufnahmeeinrichtung ist in der Werkzeugwechselposition fluidisch mit einem zugeordneten, am Gehäusekörper vorhandenen hydraulischen Steueranschluss verbunden. Demgegenüber ist der wenigstens eine Hydraulikanschluss in der wenigstens einen Arbeitsposition fluidisch vom zugeordneten hydraulischen Steueranschluss am Gehäusekörper getrennt.
Die Werkzeugwechselposition ist vorzugsweise eine Position an einem Endbereich des möglichen Bewegungsweges des Planschiebers. Die Werkzeugwechselposition kann eine Position außerhalb des vorgegebenen maximalen Positionsbereichs der Arbeitspositionen des Planschiebers sein, die beispielsweise durch einen Überhub oder Zusatzfahrweg erreicht wird.
Mittels der Verstelleinrichtung kann der Planschieber daher in die Werkzeugwechselposition gebracht werden. Dort ist der wenigstens eine Hydraulikanschluss über den zugeordneten hydraulischen Steueranschluss mit dem Hydraulikdruck beaufschlagbar, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Freigabezustand umzuschalten, einen Werkzeugwechsel auszuführen oder ein Werkzeug einzusetzen und anschließend die Werkzeugaufnahmeeinrichtung wieder in den Haltezustand umzuschalten. Danach kann der Planschieber in die gewünschte Arbeitsposition gebracht werden. Das in der wenigstens einen Arbeitskammer vorhandene Hydraulikmedium kann eingeschlossen bleiben. Durch die Trennung von dem wenigstens einen hydraulischen Steueranschluss am Gehäusekörper bleiben das Hydraulikvolumen und der Hydraulikdruck im Planschieber und der Werkzeugaufnahmeeinrichtung im Wesentlichen konstant. Während des Betriebs rotiert die Arbeitsspindel und ist ebenfalls von einem Hydraulikspeicher abgekoppelt, so dass ein Steuern oder Regeln des Hydraulikdrucks nicht möglich ist. Durch das Trennen der hydraulischen Verbindung zwischen dem Planschieber bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung und dem Gehäusekörper außerhalb der Werkzeugwechselposition wird vermieden, dass sich der Hydraulikdruck in der Arbeitskammer abhängig von der Bewegung des Planschiebers relativ zum Gehäusekörper ändert, was beispielsweise der Fall wäre, wenn die Länge einer teleskopierbaren Hydraulikzuleitung bei der Bewegung des Planschiebers zu- oder abnimmt. Außerdem wird das Verwenden von flexiblen Schlauchleitungen vermieden.
Somit kann an der Arbeitsspindel bzw. der Spindelaufnahme zur Verfügung stehendes Hydraulikmedium für das automatisierte Umschalten zwischen der Freigabe- und dem Haltezustand der Werkzeugaufnahmeeinrichtung verwendet werden, indem der Planschieber in die Werkzeugwechselposition gefahren wird und dadurch eine hydraulische Verbindung zwischen dem Plandrehkopf und zu der Werkzeugaufnahmeeinrichtung hergestellt wird.
Bevorzugt ist der wenigstens eine Hydraulikanschluss mit einem entsperrbaren Absperrventil versehen. Das Absperrventil bzw. der zugeordnete hydraulische Steueranschluss könnte derart ausgestaltet sein, dass das Absperrventil automatisch entsperrt wird, wenn der Planschieber die Werkzeugwechselposition einnimmt. Das Absperrventil kann derart ausgebildet sein, dass es ausschließlich in der Werkzeugwechselposition entsperrbar ist bzw. entsperrt wird. Zum Entsperren kann am hydraulischen Steueranschluss ein Entsperrmittel vorhanden sein. Das Entsperrmittel kann dazu eingerichtet sein, ein Ventilglied - beispielsweise durch Kontakt mit einem Entsperrstößel oder Stutzen - von einen Ventilsitz des Absperrventils gegen die Federkraft anzuheben, um die Fluidverbindung zwischen dem hydraulischen Steueranschluss und dem Hydraulikanschluss herzustellen. Das Entsperrmittel kann auch einen zusätzlichen hydraulischen Druck an einen optionalen Steuereingang des Absperrventils anlegen, um dieses druckgesteuert zu entsperren. Das Entsperrmittel kann somit mechanisch und/oder hydraulisch arbeiten.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung weist vorzugsweise einen Spannkörper auf, der in einer Spannrichtung bewegbar in einem Aufnahmekörper der Werkzeugaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Der Spannkörper kann beispielsweise in eine Spannposition bewegt werden, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Haltezustand umzuschalten. Der Spannkörper kann beispielsweise in eine Entspannposition bewegt werden, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Freigabezustand umzuschalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Werkzeugaufnahmeeinrichtung eine erste Arbeitskammer, die fluidisch mit einem ersten Hydraulikanschluss verbunden ist. Die erste Arbeitskammer ist an einer Seite durch einen bewegbar angeordneten Kolben fluiddicht verschlossen. Der Kolben ist mit dem Spannkörper bewegungsgekoppelt. Bei einer Ausgestaltung mit einer einzigen hydraulischen Arbeitskammer kann der Spannkörper durch Vorspannmittel, beispielsweise Tellerfedern, in seine Spannposition vorgespannt sein. Durch Beaufschlagung des Kolbens kann der Spannkörper entgegen der Vorspannung aus der Spannposition in die Entspannposition bewegt werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugaufnahmeeinrichtung sozusagen einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder mit einer ersten Arbeitskammer und einer zweiten Arbeitskammer auf. Die beiden Arbeitskammern sind durch den Kolben fluidisch voneinander getrennt. Die zweite Arbeitskammer ist fluidisch mit einem zweiten Hydraulikanschluss verbunden. Bei dieser Ausgestaltung kann der Spannkörper hydraulisch betätigt entweder in die Spannposition oder die Entspannposition bewegt werden. Vorspannmittel sind bei dieser Ausgestaltung optional möglich, jedoch nicht notwendig.
Vorzugsweise hat die Werkzeugaufnahmeeinrichtung ein Selbsthemmungsmittel. Das Selbsthemmungsmittel ist dazu eingerichtet, den Spannkörper durch eine Selbsthemmung in der Spannposition zu halten. Die Selbsthemmung wird vorzugsweise dadurch verursacht, dass eine auf den Spannkörper in der Spannposition einwirkende Kraft, die den Spannkörper aus der Spannposition in Richtung Entspannposition drängt, durch das Selbsthemmungsmittel in eine rechtwinklig zu der einwirkenden Kraft wirkende Klemmkraft übersetzt wird, die die Relativbewegung zwischen dem Spannkörper und dem Aufnahmekörper hemmt bzw. blockiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Selbsthemmungsmittel einen Keilkörper auf. In der Spannposition stützt sich der Keilkörper mit einer ersten Keilfläche am Aufnahmekörper und mit einer zweiten Keilfläche am Kolben ab. Der Spannkörper ist insbesondere mit dem Keilkörper bewegungsgekoppelt. Die Keilflächen liegen an einer jeweils zugeordneten Keilgegenfläche an. Der Keilkörper verjüngt sich durch seine beiden Keilflächen vorzugsweise in der Richtung, in der sich der Spannkörper bei einer Bewegung aus der Spannposition in die Entspannposition bewegt. Somit wird bei einer Zugkraft auf dem Keilkörper ein Verklemmen des Keilkörpers zwischen dem Kolben und dem Aufnahmekörper bewirkt und hindert den Spannkörper an einer Bewegung aus der Spannposition heraus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Planschieber und/oder die Werkzeugaufnahmeeinrichtung einen zusätzlichen Kühlmittelanschluss und/oder einen zusätzlichen Druckluftanschluss auf. Mittels dieser zusätzlichen Anschlüsse kann die Werkzeugaufnahmeeinrichtung beispielsweise über Druckluft von Verschmutzungen gereinigt werden. Eine andere Möglichkeit zur Nutzung der Druckluft ist das Prüfen, ob ein Werkzeug korrekt in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung positioniert ist. In korrekter Position werden optional vorhandene Druckluftöffnungen an der Werkzeugaufnahmeeinrichtung verschlossen, so dass zu den Druckluftöffnungen zugeführte Druckluft nicht entweichen kann. Über eine Druckmessung kann dann der korrekte Werkzeugsitz ermittelt werden.
Wenn ein Kühlmittelanschluss vorhanden ist, kann Kühlmittel zum Kühlen bzw. Schmieren des Werkzeugs unmittelbar zur Werkzeugaufnahmeeinrichtung zugeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zusätzliche Kühlmittelanschluss und/oder der zusätzliche Druckluftanschluss unabhängig von der Position des Planschiebers gegenüber dem Gehäusekörper stets fluidisch mit einem zugeordneten Versorgungsanschluss am Gehäusekörper verbunden. Für den Kühlmittelanschluss kann ein Kühlmittelversorgungsanschluss am Gehäusekörper vorhanden sein. Für den Druckluftanschluss kann ein Druckluftversorgungsanschluss am Gehäusekörper vorhanden sein. Insbesondere wird die fluidische Kopplung zwischen einem Versorgungsanschluss am Gehäusekörper und dem zugeordneten Kühlmittelanschluss bzw. Druckluftanschluss am Planschieber bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung dadurch hergestellt, dass jeweils ein Versorgungsrohr teleskopisch in einen Anschlusskanal bzw. eine Anschlussbohrung an der Werkzeugaufnahmeeinrichtung bzw. dem Planschieber hineinragt, so dass diese gegeneinander teleskopisch verschiebbar sind. Das wenigstens eine Versorgungsrohr und die wenigstens eine Anschlussbohrung erstrecken sich dabei in einer Schieberichtung, in der der Planschieber bewegt wird und sind derart dimensioniert, dass der maximale Bewegungsbereich des Planschiebers ausgeschöpft werden kann.
Zum Lösen eines Werkzeugs wird der Planschieber zunächst in die Werkzeugwechselposition bewegt. Dadurch wird eine fluidische Verbindung zwischen dem wenigstens einen Hydraulikanschluss der Werkzeugaufnahmeeinrichtung und dem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss am Gehäusekörper hergestellt. Durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung wird die Werkzeugaufnahmeeinrichtung hydraulisch in einen Freigabezustand umgeschaltet und das in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung gehaltene Werkzeug kann entnommen werden.
Zum Spannen kann jetzt, solange sich der Planschieber in der Werkzeugwechselposition befindet, ein Werkzeug in die Werkzeugaufnahmeeinrichtung eingesetzt werden und anschließend ein hydraulisches Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung in den Haltezustand durchgeführt werden, durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung der wenigstens einen Arbeitskammer der Werkzeugaufnahmeeinrichtung über den wenigstens einen hydraulischen Steueranschluss und den jeweils zugeordneten Hydraulikanschluss. Nachdem die Werkzeugaufnahmeeinrichtung den Haltezustand eingenommen hat, kann der Planschieber in die gewünschte Arbeitsposition relativ zum Gehäusekörper bewegt werden. Durch diese Bewegung wird der wenigstens eine Hydraulikanschluss von dem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss fluidisch getrennt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine Werkzeugmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines Plandrehkopfes in schematischer Seitenansicht,
2 das Ausführungsbeispiel des Plandrehkopfes aus 1 in einer schematischen Seitenansicht,
3 eine blockschaltbildähnliche Prinzipdarstellung des Ausführungsbeispiels des Plandrehkopfes aus den 1 und 2,
4 eine schematische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Plandrehkopfes mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung in einem Längsschnitt,
5 ein Ausführungsbeispiel eines Plandrehkopfes in einer schematischen Prinzipdarstellung mit Blick entlang einer Werkzeugachse der Werkzeugaufnahmeeinrichtung,
6 eine Prinzipdarstellung des Planschiebers und des Gehäusekörpers des Plandrehkopfes in einer Teildarstellung zur Veranschaulichung der fluidischen Verbindung zwischen dem Gehäusekörper und dem Planschieber bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung, wobei sich der Planschieber in einer Arbeitsposition befindet,
7 die Teildarstellung des Planschiebers und des Gehäusekörpers aus 6, wobei sich der Planschieber in einer Werkzeugwechselposition befindet und
8 eine schematische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Plandrehkopfes in einem Längsschnitt gemäß 4 mit einer abgewandelten Ausführungsform eines Selbsthaltemittels der Werkzeugaufnahmeeinrichtung.

In 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 mit wenigstens einer Arbeitsspindel 11 veranschaulicht, die in mindestens einer Raumrichtung bewegbar ist, z.B. vertikal und/oder horizontal, und dazu auf einem Schlitten 12 angeordnet ist, der relativ zu einem Maschinengestell 13 bewegbar ist. Die Arbeitsspindel 11 ist um eine Drehachse D rotierend antreibbar. Die Werkzeugmaschine 10 hat außerdem eine Werkstückaufnahme 14, an der ein Werkstück gehalten bzw. aufgespannt werden kann. Die Werkstückaufnahme 14 kann ebenfalls bewegbar an einem Maschinengestell 13 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet sein. Zur Bewegung der Arbeitsspindel 11 und/oder der Werkstückaufnahme 14 kann die Werkzeugmaschine 10 entsprechende Linearachsen und/oder Drehachsen bzw. Schwenkachsen aufweisen. Die Anzahl der Linearachsen und/oder die Anzahl der Dreh- oder Schwenkachsen können abhängig von der Ausführung der Werkzeugmaschine 10 variieren. Vorzugsweise sind vier bis fünf Maschinenachsen vorhanden, um das Werkstück und die Arbeitsspindel 11 in entsprechend vielen Freiheitsgraden relativ zueinander und/oder relativ zum Maschinengestell 13 bewegen und positionieren zu können.
An der Arbeitsspindel 11 kann ein Plandrehkopf 15 angebracht werden. Der Plandrehkopf 15 hat einen Gehäusekörper 16, an dem eine Spindelkopplungseinrichtung 17 angeordnet ist. Die Spindelkopplungseinrichtung 17 ist dazu eingerichtet, auswechselbar an einer Spindelaufnahme 18 der Arbeitsspindel 11 angeordnet zu werden. Insbesondere kann die Spindelkopplungseinrichtung 17 als genormte Schnittstelle ausgeführt sein, beispielsweise als Hohlschaftkegel 19. Die Spindelkopplungseinrichtung 17 kann außerdem einen Greifkörper 20, insbesondere eine Greifscheibe, aufweisen. Der Greifkörper 20 ist dazu eingerichtet, mit einer nicht dargestellten Greifeinrichtung gekoppelt zu werden, so dass mittels der Greifeinrichtung ein automatisches Einsetzen oder Entnehmen des Plandrehkopfes 15 in die Spindelaufnahme 18 bzw. aus der Spindelaufnahme 18 möglich ist.
Die Spindelkopplungseinrichtung 17 bzw. der Hohlschaftkegel 19 sind koaxial zur Drehachse D der Arbeitsspindel 11 angeordnet, wenn der Plandrehkopf 15 an der Arbeitsspindel 11 angeordnet ist.
Die Spindelkopplungseinrichtung 17 weist beim Ausführungsbeispiel zusätzlich auch eine Medienschnittstelle 21 zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Plandrehkopf 15 und der Arbeitsspindel 11 auf (3).
Der Plandrehkopf 15 ist dazu eingerichtet, in einem nicht dargestellten Werkzeugmagazin bereitgehalten zu werden und von der Greifeinrichtung maschinell bzw. automatisch in die Spindelaufnahme 18 der Arbeitsspindel 11 eingesetzt bzw. umgekehrt aus der Spindelaufnahme 18 entnommen und im Werkzeugmagazin abgelegt zu werden. Die Relativbewegung zwischen der Greifeinrichtung und der Spindelaufnahme 18 kann dabei durch einen oder mehrere Antriebe der Greifeinrichtung und/oder eine oder mehrere der Maschinenachsen erfolgen.
An oder in dem Gehäusekörper 16 ist außerdem ein Planschieber 23 bewegbar geführt gelagert. Der Planschieber 23 kann beim Ausführungsbeispiel linear in einer Schieberichtung S bewegt werden. Die Schieberichtung S ist beim Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Drehachse D und insbesondere radial zur Drehachse D ausgerichtet, wenn der Plandrehkopf 15 an der Arbeitsspindel 11 angeordnet ist. Zur Verschiebung des Planschiebers 23 ist eine Verstelleinrichtung 24 vorhanden, die schematisch in den 3 und 5 veranschaulicht ist. Die Verstelleinrichtung 24 hat ein Verstellgetriebe 25, das den Planschieber 23 mit einer in der Arbeitsspindel 11 vorhandenen Wellenkupplung 26 koppelt, wenn der Plandrehkopf 15 an der Arbeitsspindel 11 angeordnet ist. Die Wellenkupplung 26 verbindet eine Eingangswelle 27 des Verstellgetriebes mit einer Ausgangswelle 28 der Arbeitsspindel 11, die auch als Planzugwelle bezeichnet wird. Beim Koppeln der Spindelkopplungseinrichtung 17 mit der Spindelaufnahme 18 wird mittels der Wellenkupplung 26 eine Antriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle 28 und der Eingangswelle 27 hergestellt. Die Ausgangswelle 28 rotiert gemeinsam mit der Arbeitsspindel 11 um die Drehachse D. Wird über die Arbeitsspindel 11 eine Relativdrehung zwischen der Ausgangswelle 28 und der Arbeitsspindel 11 veranlasst, kann diese Relativdrehung verwendet werden, um den Planschieber 23 in Schieberichtung S relativ zum Gehäusekörper 16 zu bewegen. Das Verstellgetriebe 25 kann hierfür entsprechende Getriebeelemente aufweisen, wie etwa ein oder mehrere Stirnräder 29, ein oder mehrere Kegelräder 30 (5), eine oder mehrere Gewindespindeln 31, eine oder mehrere Muttern 32, z.B. Planetenrollmuttern, usw.
Beim Ausführungsbeispiel wird die Rotationsbewegung der Eingangswelle 27 über zwei Getriebezweige 33 des Verstellgetriebes 25 übertragen, wobei jeder Getriebezweig aufweist: eine Eingangsgetriebestufe mit beispielsgemäß drei Stirnrädern 29, die ausgangsseitig mit einer Getriebewelle 34 verbunden ist, die ihre Drehung wiederum über zwei Kegelräder 30 auf eine Gewindespindel 31 überträgt. Die Gewindespindel 31 ist parallel zur Schieberichtung S angeordnet und trägt eine mit dem Planschieber 23 bewegungsgekoppelte Mutter 32. Bei der Drehung der Gewindespindel 31 bewegt sich die Mutter 32 in Schieberichtung S und überträgt ihre Bewegung auf den Planschieber 23.
Der Planschieber 23 trägt eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36, die zur Aufnahme eines Werkzeugs 37 eingerichtet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 eine standardisierte Schnittstelle und insbesondere zur Aufnahme eines Hohlschaftkegels des Werkzeugs 37 ausgebildet. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 hat einen Werkzeugaufnahmeraum 38, der zum Einsetzen des Werkzeugschaftes, insbesondere des Hohlschaftkegels, des Werkzeugs 37 zugänglich ist. Der Werkzeugaufnahmeraum 38 ist zu der Seite hin offen, die von der Spindelkopplungseinrichtung 17 weg weist. Im Betriebszustand ist der Plandrehkopf 15 daher zwischen der Arbeitsspindel 11 und dem Werkzeug 37 angeordnet.
Durch das Bewegen des Planschiebers 23 in Schieberichtung S kann ein Achsabstand x zwischen der Drehachse D der Arbeitsspindel 11 und der Werkzeugachse W der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 verändert werden (2). Dadurch lässt sich bei einer Rotation des Plandrehkopfes 15 um die Drehachse D die Flugkreisbahn des Werkzeugs 37 an die zu bearbeitende Dimension des Werkstücks anpassen. Dies kann beispielsweise zum Innenausdrehen eines hohlen zylindrischen Werkstücks vorteilhaft sein.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 ist hydraulisch ansteuerbar. Sie hat einen Spannkörper 39, der in einer Spannrichtung R parallel bzw. entlang einer Werkzeugachse W bewegbar ist. Der Spannkörper 39 ist dazu bewegbar in einem Aufnahmekörper 40 der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 gelagert. Der Aufnahmekörper 40 kann teilweise oder insgesamt vom Planschieber 23 gebildet sein.
Zur Bewegung des Spannkörpers 39 in Spannrichtung R ist ein hydraulisch beaufschlagbarer Kolben 41 vorhanden, der mit dem Spannkörper 39 in Spannrichtung R bewegungsgekoppelt ist. Der Kolben 41 begrenzt zumindest eine sich daran anschließende Arbeitskammer, die fluidisch mit wenigstens einem Hydraulikanschluss des Planschiebers 23 bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 verbunden ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel unterteilt der Kolben 41 einen Zylinderraum in eine erste Arbeitskammer 42 und eine zweite Arbeitskammer 43. Die beiden Arbeitskammern 42, 43 sind durch den Kolben 41 fluidisch voneinander getrennt. Die erste Arbeitskammer 42 ist über eine erste Hydraulikleitung 44 mit einem ersten Hydraulikanschluss 45 fluidisch verbunden. Die zweite Arbeitskammer 43 ist über eine zweite Hydraulikleitung 46 mit einem zweiten Hydraulikanschluss 47 fluidisch verbunden. Wenn eine Arbeitskammer 42, 43 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt wird und wenn die jeweils andere Arbeitskammer 43 bzw. 42 zum Abfließen von Hydraulikmedium offen ist, wird der Spannschieber 39 in Spannrichtung R entweder in eine Spannposition I oder in eine Entspannposition II bewegt.
Die Spannposition I und die Entspannposition II sind in der entlang der Werkzeugachse W geteilten Darstellung in 4 veranschaulicht. In der Spannposition I ist der Spannkörper 39 zurückgezogen und in der Entspannposition II ist der Spannkörper 39 weiter von der Spindelkopplungseinrichtung 17 weg positioniert. Das Umschalten von der Spannposition I in die Entspannposition II wird erreicht, wenn die erste Arbeitskammer 42 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird, während es dem Hydraulikmedium in der zweiten Arbeitskammer 43 ermöglicht wird, über die zweite Hydraulikleitung 46 und den zweiten Hydraulikanschluss 47 abzuströmen. Umgekehrt wird das Umschalten von der Entspannposition II in die Spannposition I erreicht, wenn die zweite Arbeitskammer 43 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird und das Abströmen von Hydraulikmedium aus der ersten Arbeitskammer 42 über die erste Hydraulikleitung 44 und den ersten Hydraulikanschluss 45 ermöglicht wird.
Befindet sich der Spannkörper 39 in seiner Spannposition I drängt er schwenkbar gelagerte Spannzangenelemente in eine entsprechende Aussparung am Werkzeugschaft des Werkzeugs 37. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 befindet sich in einem Haltezustand H (4 linke Seite). In diesem Haltezustand H wird das Werkzeug 37 fest an der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 gehalten und kann zur Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden.
Befindet sich der Spannkörper 39 in der Entspannposition II, können die Spannzangenelemente 51 aus der Aussparung am Werkzeugschaft des Werkzeugs 37 herausschwenken und das Werkzeug 37 kann von der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 abgenommen werden. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 befindet sich in einem Freigabezustand F (4 rechte Seite).
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Spannzangenelemente 51 in der Spannposition I des Spannkörpers 39 radial nach außen von der Werkzeugachse W weg gedrängt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Spannzangenelemente 51 in der Spannposition I des Spannkörpers 39 radial nach innen zur Werkzeugachse W hin zu drängen. Die Ausgestaltung hängt von der Art der Schnittstelle zwischen dem Werkzeug 37 und der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 ab.
Wie es in 4 außerdem veranschaulicht ist, weist die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 beispielsgemäß ein Selbsthemmungsmittel 52 auf, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 auch bei Druckverlust in der zweiten Arbeitskammer 43 im Haltezustand H zu halten. Dies wird beispielsgemäß dadurch erreicht, dass über das Selbsthemmungsmittel 52 der Spannkörper 39 in seiner Spannposition I gehalten wird. Beim Ausführungsbeispiel ist das Selbsthemmungsmittel 52 als mechanisches Selbsthemmungsmittel ausgebildet, das eine auf den Spannkörper 39 in Richtung der Entspannposition II einwirkenden Zugkraft in eine Klemmkraft radial zur Werkzeugachse W übersetzt und dadurch eine Hemmung bzw. Blockade der Bewegung des Spannkörpers 39 in Spannrichtung R zur Entspannposition II hin erreicht. Das Selbsthemmungsmittel 52 kann beispielsweise eine Übersetzung der Zugkraft in die Klemmkraft durch eine Keilflächengetriebewirkung bewirken.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Selbsthemmungsmittel 52 einen Keilkörper 53 mit einer ersten Keilfläche 54,einer zweiten Keilfläche 56 und einer dritten Keilfläche 57 auf. Durch die erste, zweite und dritte Keilfläche 54, 55, 56 verjüngt sich der Keilkörper 53 in Spannrichtung R in die Richtung, in die sich der Spannkörper 39 beim Bewegen in die Entspannposition II bewegt. Die erste Keilfläche 54 liegt in der Spannposition I an einer ersten Keilgegenfläche 56 des Aufnahmekörpers 40 an. Die dritte Keilfläche 56 liegt in der Spannposition I an einer dritten Keilgegenfläche 59 des Kolbens 41 an. Somit stützt sich der Keilkörper 53 in der Spannposition I des Spannkörpers 39 zwischen dem Kolben 41 und dem Aufnahmekörper 40 ab.
Der Keilkörper 53 ist mit dem Spannkörper 39 in Spannrichtung R bewegungsgekoppelt und sitzt beispielsweise in einer Aussparung am Spannkörper 39. Der Keilkörper 53 kann ein Keilring sein, an dessen Ringaußenseite die erste Keilfläche 54 und an dessen Ringinnenseite die zweite Keilfläche 55 und die dritte Keilfläche 56 gebildet ist. Der Ring umschließt die Werkzeugachse W und einen zylindrischen Abschnitt des Kolbens 41, an dem die zweite Keilgegenfläche 57 gebildet ist. In Spannrichtung R liegen sich die erste Keilfläche 54 und die erste Keilgegenfläche 56 gegenüber bzw. aneinander an.
Wenn der Spannkörper 39 mittels des Kolbens 41 in die Spannposition I bewegt wird, drängt der Kolben 41 den Keilkörper 53 zunächst mittels der zweiten Keilgegenfläche 58 und der zweiten Keilfläche 55 radial nach außen von der Werkzeugachse W weg und gegen die erste Keilgegenfläche 56 am Aufnahmekörper 40. Die zweite Keilfläche 56 und die mit ihr zusammenwirkende zweite Keilgegenfläche 58 weisen zur Werkzeugachse W einen Winkel α von beispielsweise 45° auf, so dass der Keilkörper 53 bei der Bewegung des Kolbens 41 in Richtung der Spannposition I einen radialen Weg zurücklegt, der ungefähr gleich groß ist wie der vom Kolben 41 dabei zurückgelegte axiale Weg. Das bedeutet, dass der Keilkörper 53 bereits nach einer relativ kurzen Hubbewegung des Kolbens 41 beinahe seine radiale Endposition erreicht. Kurz vor Erreichen dieser radialen Endposition gelangt die dritte Keilfläche 56 mit der dritten Keilgegenfläche 59 in Kontakt. Die dritte Keilfläche 56 und die mit ihr zusammenwirkende dritte Keilgegenfläche 59 weisen zur Werkzeugachse W einen verglichen mit dem Winkel α kleineren Winkel β von beispielsweise 2° bis 5° auf, so dass bei der Bewegung des Kolbens 41 in Richtung der Spannposition I der Keilkörper 53 nur noch einen sehr geringen radialen Weg zurücklegt. Der Winkel β wird so festgelegt, dass zwischen der dritten Keilfläche 56 und der dritten Keilgegenfläche 59 Selbsthemmung auftritt.
Wirkt in der Spannposition I eine Zugkraft auf den Spannkörper 39 in Richtung der Entspannposition II, wird der Keilkörper 53 durch diese Zugkraft in Spannrichtung R zwischen die erste Keilgegenfläche 56 und die dritte Keilgegenfläche 59 gedrängt und bewirkt - bedingt durch den kleinen Winkel β - eine hohe Kraft radial zur Werkzeugachse W zwischen dem Aufnahmekörper 40, dem Keilkörper 53 und dem Kolben 41. Durch diese hohe radiale Klemmkraft in Verbindung mit der Selbsthemmung zwischen der dritten Keilfläche 56 und der dritten Keilgegenfläche 59 wird die Bewegung des Spannkörpers 39 in Spannrichtung R aus der Spannposition I heraus gehemmt oder blockiert. Eine Bewegung des Kolbens 41 in der Spannposition I und damit eine Bewegung des Keilkörpers 53 sowie des Spannkörpers 39 wird durch die Selbsthemmung zwischen der dritten Keilfläche 56 und der dritten Keilgegenfläche 59 auch bei Druckverlust sicher verhindert.
In 8 ist eine alternative Ausführungsform eines Selbsthemmungsmittels 52 veranschaulicht. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der 8 dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel. Anstelle des Keilkörpers 53 ist in wenigstens einer Radialaussparung 80 des Spannkörpers 39 jeweils eine radial zur Werkzeugachse W bewegbare Kugel 81 angeordnet. An dem Aufnahmekörper 40 ist wenigstens eine schräg geneigt zur Werkzeugachse W verlaufende erste Schrägfläche 82 vorhanden, die sich ausgehend von einem hinteren Ende in Richtung nach vorne, in Richtung zu den Spannzangenelementen 51 hin, an die Werkzeugachse W annähert. Jeder vorhandenen Kugel 81 kann eine separate Schrägfläche 82 zugeordnet sein oder an dem Aufnahmekörper 40 kann eine ringsumlaufende erste Schrägfläche 82 für sämtliche Kugeln 81 vorhanden sein.
Radial innerhalb des Spannkörpers 39 im Bereich der wenigstens einen Radialaussparung 80 weist der Kolben 41 einen vorderen Abschnitt mit einer zweiten Schrägfläche 83, einer dritten Schrägfläche 84 und einer zwischen der zweiten Schrägfläche 83 und der dritten Schrägfläche 84 angeordneten Umfangsfläche 85 auf. Im Bereich der Umfangsfläche 85 hat der vordere Abschnitt des Kolbens 41 einen Durchmesser, der in etwa dem Innendurchmesser des Spannkörpers 39 an der wenigstens einen Radialaussparung 80 entspricht. Ausgehend von der Umfangsfläche 85 erstrecken sich die zweite Schrägfläche 83 und die dritte Schrägfläche 84 jeweils schräg geneigt zur Werkzeugachse W hin und von der Umfangsfläche 85 weg. Die zweite Schrägfläche 83 ist näher an den Spannzangenelementen 51 angeordnet ist als die dritte Schrägfläche 84. Durch die zweite Schrägfläche 83, die dritte Schrägfläche 84 und die Umfangsfläche 85 hat der vordere Abschnitt des Kolbens 41 einen Umfangsbereich mit einem in etwa trapezförmigen Querschnitt.
Durch die Betätigung des Kolbens 41 kann die wenigstens eine Kugel 81 in der Spannposition I aus der Radialaussparung 80 radial nach außen gedrückt werden, so dass sich die wenigstens eine Kugel 81 an der ersten Schrägfläche 82 des Aufnahmekörpers 40 abstützt. Da die Umfangsfläche 85 im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse W verläuft, wird eine Selbsthemmung erzielt.
In der Entspannposition II ist der vordere Abschnitt des Kolbens 41 relativ zum Spannkörper 39 nach vorne verschoben, so dass die wenigstens eine Kugel 81 radial nach innen aus der Radialaussparung 80 herausragt und sich im Bereich der dritten Schrägfläche 84 am Kolben 41 abstützen kann. Die wenigstens eine Kugel 81 ragt radial nach au-ßen nicht oder nicht wesentlich aus der Radialaussparung 80 hervor, so dass der Spannkörper 39 mit der wenigstens einen Kugel 81 an einer Innenfläche oder Innenseite des Aufnahmekörpers 40 bewegt werden kann.
In der Entspannposition II kann durch Zurückbewegen des Kolbens 41 unter Vermittlung der wenigstens einen Kugel 81 der Spannkörper 39 soweit bewegt werden, bis die wenigstens eine Kugel 81 entlang der ersten Schrägfläche 82 am Aufnahmekörper 40 radial nach außen bewegt werden kann. Wenn die wenigstens eine Kugel 81 nicht mehr an der dritten Schrägfläche 84 des Spannkörpers 39 anliegt und durch die Umfangsfläche 85 in ihrer radial äußersten Position gehalten wird, ist wieder die Spannposition I erreicht.
In den 3 und 4 ist außerdem schematisch veranschaulicht, dass an dem Planschieber 23 bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 zusätzlich zu den beiden Hydraulikanschlüssen 45, 47 ein Druckluftanschluss 60 und ein Kühlmittelanschluss 61 vorhanden sind. Der Druckluftanschluss 60 führt über eine Druckluftleitung 62 in den Bereich des Werkzeugaufnahmeraums 38. Dort kann über die austretende Druckluft 62 eine eventuell vorhandene Verschmutzung durch Späne, Kühlschmiermittel oder dergleichen entfernt werden, um ein definiertes und exaktes Spannen des Werkzeugs 37 zu ermöglichen. Hierfür können an dem Aufnahmekörper 40 und/oder dem Planschieber 23 eine oder mehrere Luftaustrittsöffnungen vorhanden sein.
Über den Kühlmittelanschluss 61 und eine damit fluidisch verbundene Kühlmittelleitung 63 kann in den Bereich des Werkzeugaufnahmeraums 38 Kühlmittel bzw. Kühlschmiermittel zugeführt werden, um das Werkzeug 37 während der Bearbeitung eines Werkstücks zu kühlen bzw. zu schmieren.
In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel kann auch lediglich der Druckluftanschluss 60 oder der Kühlmittelanschluss 61 zusätzlich zu dem wenigstens einen Hydraulikanschluss 45, 47 vorhanden sein.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die beiden Hydraulikanschlüsse 45, 47 jeweils durch ein Absperrventil 64 abgesperrt. Das Absperrventil 64 ist entsperrbar, so dass eine Hydraulikmediumströmung in beiden Strömungsrichtungen möglich ist, also in die zugeordnete Arbeitskammer 42, 43 bzw. aus der zugeordneten Arbeitskammer 42, 43.
In den 6 und 7 ist stark schematisiert veranschaulicht, dass die beiden Hydraulikanschlüsse 45, 47 sowie die optional vorhandenen weiteren Anschlüsse (Druckluftanschluss 60, Kühlmittelanschluss 61) beispielsgemäß an einer gemeinsamen Anschlussseite 65 des Planschiebers 23 angeordnet sind. Zumindest die beiden Hydraulikanschlüsse 45, 47 sind an einer gemeinsamen Anschlussseite 65 des Planschiebers 23 in Schieberichtung R von außen zugänglich angeordnet, um das Ankoppeln an zugeordnete hydraulische Steueranschlüsse bzw. ein Abkoppeln von den zugeordneten hydraulischen Steueranschlüssen des Gehäuseteils 16 durch eine Bewegung des Planschiebers 23 zu ermöglichen.
Wie es bereits erläutert wurde, kann der Planschieber 23 mittels der Verstelleinrichtung 24 in die Schieberichtung S relativ zum Gehäusekörper 16 bewegt werden. Durch diese Bewegung kann der Planschieber 23 zwischen einer Werkzeugwechselposition III (7) und wenigstens einer sich von dieser Werkzeugwechselposition III unterscheidenden Arbeitsposition IV (6) bewegt werden. Durch das Bewegen des Planschiebers 23 in die Werkzeugwechselposition III wird das Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 vom Haltezustand H in den Freigabezustand F und umgekehrt ermöglicht. In der wenigstens einen Arbeitsposition IV ist ein Umschalten nicht möglich und die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 bleibt in ihrem Haltezustand H, in dem ein Werkzeug fest in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 gehalten ist.
Wie es schematisch in den 6 und 7 veranschaulicht ist, ist an dem Gehäusekörper 16 ein erster hydraulischer Steueranschluss 66, ein zweiter hydraulischer Steueranschluss 67, ein Druckluftversorgungsanschluss 68 sowie ein Kühlmittelversorgungsanschluss 69 vorhanden. Der erste hydraulische Steueranschluss 66 ist dem ersten Hydraulikanschluss 45 zugeordnet und der zweite hydraulische Steueranschluss 67 ist dem zweiten Hydraulikanschluss 47 zugeordnet. Eine mechanische und fluidische Kopplung zwischen den hydraulischen Steueranschlüssen 66, 67 und den zugeordneten Hydraulikanschlüssen 45, 47 ist nur in der Werkzeugwechselposition III des Planschiebers 23 gegeben. In dieser Position liegen die Hydraulikanschlüsse 45, 47 an den zugeordneten hydraulischen Steueranschlüssen 66, 67 mechanisch an bzw. sind ineinander gesteckt, so dass eine Fluidverbindung möglich ist.
In der wenigstens einen Arbeitsposition IV des Planschiebers 23 sind die Hydraulikanschlüsse 45, 47 des Planschiebers 23 bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 von den zugeordneten hydraulischen Steueranschlüssen 66, 67 entfernt, so dass die Absperrventile 64, die Hydraulikleitungen 44, 46 sowie die Arbeitskammern 42, 43 fluidisch abschließen. Ein eingeschlossenes Hydraulikmediumvolumen und der jeweils eingestellte Hydraulikdruck bleiben in dem bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 erhalten.
Die hydraulischen Steueranschlüsse 66, 67 verfügen jeweils über ein Entsperrmittel 73, um das zugeordnete Absperrventil 64 vom sperrenden Zustand in einen nicht sperrenden Zustand umzuschalten, so dass eine Fluidströmung vom hydraulischen Steueranschluss 66, 67 in den Hydraulikanschluss 45 bzw. 47 oder umgekehrt ermöglicht ist. Beim Ausführungsbeispiel ist das Entsperrmittel 73 durch einen Stutzen 74 gebildet, der in der Werkzeugwechselposition III auf ein Ventilglied 75 des jeweiligen Absperrventils 64 drückt und vom betreffenden Ventilsitz abhebt, so dass eine Hydraulikströmung um das Ventilglied 75 herum ermöglicht wird. Das Ventilglied 75 kann beispielsweise durch eine Feder gegen den Ventilsitz gedrängt werden. In der Werkzeugwechselposition III bewegt der Stutzen 74 das Ventilglied 75 gegen die Kraft der Feder und entsperrt das betreffende Absperrventil 64. Der entsperrte Zustand der Absperrventile 64 ist in 7 dargestellt.
Sobald sich der Planschieber 23 aus der Werkzeugwechselposition III wegbewegt, werden die Ventilglieder 75 wieder in ihre Sperrstellung gedrängt und sperren das zugeordnete Hydraulikvolumen im Planschieber 23 bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 ab.
Somit besteht keine permanente Hydraulikverbindung zwischen den hydraulischen Steueranschlüssen 66, 67 am Gehäusekörper 16 und den Hydraulikanschlüssen 45, 47 des Planschiebers 23. Flexible Hydraulikleitungen werden auf diese Weise vermieden. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass sich der Hydraulikdruck bzw. das Hydraulikvolumen im Planschieber 23 bzw. der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 in der wenigstens einen Arbeitsposition IV nicht verändert und ein Werkzeug 37 sicher gehalten wird.
Demgegenüber werden die zusätzlichen fluidischen Verbindungen, beispielsgemäß die Druckluftverbindung und die Kühlmittelverbindung, permanent und unabhängig von der Position des Planschiebers 23 aufrechterhalten. Dies ist dadurch erreicht, dass am Druckluftversorgungsanschluss 68 bzw. am Kühlmittelversorgungsanschluss 69 jeweils ein Versorgungsrohr 76 vorhanden ist, das sich in Schieberichtung S erstreckt und an seinem freien Ende eine Austrittsöffnung 77 für das betreffende Medium (Druckluft bzw. Kühlmittel) aufweist. Die Versorgungsrohre 76 ragen in einen zugeordneten Anschlusskanal 78 im Planschieber 23 hinein, der auf der Anschlussseite 65 offen ist und sich in Schieberichtung S erstreckt. Die Versorgungsrohre 76 und die Anschlusskanäle 78 sind in Schieberichtung S derart dimensioniert, dass sich die Austrittsöffnung 77 des jeweiligen Versorgungsrohres 76 in jeder Position des Planschiebers 23 relativ zum Gehäusekörper 16 immer innerhalb des zugeordneten Anschlusskanals 78 befindet. Dadurch ist sozusagen eine teleskopierbare Fluidverbindung zwischen dem Druckluftanschluss 60 und dem Druckluftversorgungsanschluss 68 sowie dem Kühlmittelanschluss 61 und dem Kühlmittelversorgungsanschluss 69 geschaffen. Somit kann unabhängig von der Position des Planschiebers 23 relativ zum Gehäusekörper 16 eine dauerhafte Versorgung der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 mit Druckluft und Kühlmittel erreicht werden.
Es versteht sich, dass anstelle des gezeigten Ausführungsbeispiels die Versorgungsrohre 76 auch am Planschieber 23 und die zugeordneten Anschlusskanäle 78 im Gehäusekörper 16 vorhanden sein können. Die in den 6 und 7 gezeigte und vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform hat den Vorteil, dass der vorhandene Bauraum besser ausgenutzt werden kann.
Mittels des vorstehend beschriebenen Plandrehkopfes 15 kann ein Werkzeug 37 wie nachfolgend erläutert eingesetzt bzw. entnommen werden.
Zunächst wird der Planschieber 23 mittels der Verstelleinrichtung 24 in die Werkzeugwechselposition III gefahren (7). In dieser Werkzeugwechselposition III kann die erste Arbeitskammer 42 mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden, um den Spannkörper 39 in die Entspannposition II zu bewegen. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 befindet sich dann im Freigabezustand F. Sofern in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 ein Werkzeug 37 gehalten war, kann dies nun entnommen werden. Wenn ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden soll, kann das gewünschte Werkzeug 37 mittels einer Greifeinrichtung aus einem Magazin entnommen und in die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen wird die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 in den Haltezustand H umgeschaltet. Dies erfolgt dadurch, dass der Hydraulikdruck in der ersten Arbeitskammer 42 über den ersten Hydraulikanschluss 45 und den ersten hydraulischen Steueranschluss 66 abgebaut und ein Hydraulikdruck in der zweiten Arbeitskammer 43 über den zweiten Hydraulikanschluss 47 und den zweiten hydraulischen Steueranschluss 67 aufgebaut wird. Der Spannkörper 39 bewegt sich dadurch in seine Spannposition I und sobald er diese erreicht hat, befindet sich die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 in ihrem Haltezustand H. Anschließend kann der Planschieber 23 aus der Werkzeugwechselposition III in die gewünschte Arbeitsposition IV bewegt werden. Dabei werden die Hydraulikverbindungen zwischen den Hydraulikanschlüssen 45, 47 und den zugeordneten hydraulischen Steueranschlüssen 66, 67 am Gehäusekörper 16 getrennt und die Absperrventile 64 gehen in ihren sperrenden Zustand über. Das Hydraulikmedium bleibt in der zweiten Arbeitskammer 43 eingeschlossen.
Sollte dennoch ein Druckverlust in der zweiten Arbeitskammer 43 auftreten, ist aufgrund der vorstehend erläuterten Selbsthemmung durch die Selbsthemmungsmittel 52 dennoch ein sicheres Halten des Werkzeugs 37 in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 gewährleistet.
In jeder Arbeitsposition IV des Planschiebers 23 sind die Druckluftverbindung und die Kühlmittelverbindung aufrechterhalten, so dass während des Bearbeitens des Werkstücks an der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 bzw. dem Planschieber 23 Druckluft und Kühlmittel zur Verfügung steht.
Die Erfindung betrifft einen Plandrehkopf 15 sowie ein Verfahren zum Einsetzen und/oder Entnehmen eines Werkzeugs 37 aus einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 des Plandrehkopfes 15. Der Plandrehkopf 15 hat eine Spindelkopplungseinrichtung 17 zum auswechselbaren Koppeln mit einer Spindelaufnahme 18 einer Arbeitsspindel 11 einer Werkzeugmaschine 10. Der Plandrehkopf 15 hat einen Gehäusekörper 16, an oder in dem ein Planschieber 23 bewegbar geführt gelagert ist, vorzugsweise linear geführt gelagert. Der Planschieber 23 trägt die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36. Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 ist hydraulisch ansteuerbar. Dazu hat die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 bzw. der Planschieber 23 einen Hydraulikanschluss 45, 47, der in einer Werkzeugwechselposition III des Planschiebers 23 mit einem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss 66, 67 des Gehäusekörpers 16 mechanisch und hydraulisch gekoppelt ist. Außerhalb der Werkzeugwechselposition III ist die mechanische und hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikanschluss 45, 47 und dem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss 66, 67 unterbrochen. In der Werkzeugwechselposition III kann durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung mit Hydraulikdruck ein Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 36 zwischen einem das Werkzeug 37 haltenden Haltezustand H und einem das Werkzeug 37 freigebenden Freigabezustand F durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

10: Werkzeugmaschine
11: Arbeitsspindel
12: Schlitten
13: Maschinengestell
14: Werkstückaufnahme
15: Plandrehkopf
16: Gehäusekörper
17: Spindelkopplungseinrichtung
18: Spindelaufnahme
19: Hohlschaftkegel
20: Greifkörper
21: Medienschnittstelle
23: Planschieber
24: Verstelleinrichtung
25: Verstellgetriebe
26: Wellenkupplung
27: Eingangswelle
28: Ausgangswelle
29: Stirnrad
30: Kegelrad
31: Gewindespindel
32: Mutter
33: Getriebezweig
34: Getriebewelle
36: Werkzeugaufnahmeeinrichtung
37: Werkzeug
38: Werkzeugaufnahmeraum
39: Spannkörper
40: Aufnahmekörper
41: Kolben
42: erste Arbeitskammer
43: zweite Arbeitskammer
44: erste Hydraulikleitung
45: erster Hydraulikanschluss
46: zweite Hydraulikleitung
47: zweiter Hydraulikanschluss
51: Spannzangenelement
52: Selbsthemmungsmittel
53: Keilkörper
54: erste Keilfläche
55: zweite Keilfläche
56: dritte Keilfläche
57: erste Keilgegenfläche
58: zweite Keilgegenfläche
59: dritte Keilgegenfläche
60: Druckluftanschluss
61: Kühlmittelanschluss
62: Druckluftleitung
63: Kühlmittelleitung
64: Absperrventil
65: Anschlussseite
66: erster hydraulischer Steueranschluss
67: zweiter hydraulischer Steueranschluss
68: Druckluftversorgungsanschluss
69: Kühlmittelversorgungsanschluss
73: Entsperrmittel
74: Stutzen
75: Ventilglied
76: Versorgungsrohr
77: Austrittsöffnung
78: Anschlusskanal
80: Radialaussparung
81: Kugel
82: erste Schrägfläche
83: zweite Schrägfläche
84: dritte Schrägfläche
85: Umfangsfläche
I: Spannposition
II: Entspannposition
III: Werkzeugwechselposition
IV: Arbeitsposition
D: Drehachse
F: Freigabezustand
H: Haltezustand
R: Spannrichtung
S: Schieberichtung
W: Werkzeugachse
x: Achsabstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 240158 A1 [0003]
DE 1777296 A [0004]
JP 2003326405 A [0005]
DE 19537070 C2 [0005]

Claims

Plandrehkopf (15) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (10), die mindestens eine Arbeitsspindel (11) aufweist, mit einem Gehäusekörper (16), der eine Spindelkopplungseinrichtung (17) aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit einer Spindelaufnahme (18) der Arbeitsspindel (11) der Werkzeugmaschine (10) auswechselbar gekoppelt zu werden, wobei die Spindelkopplungseinrichtung (17) koaxial zu einer Drehachse (D) angeordnet ist, mit einem an oder in dem Gehäusekörper (16) beweglich geführt gelagerten Planschieber (23), an dem eine hydraulisch ansteuerbare Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) angeordnet ist, die zur Aufnahme eines Werkzeugs (37) eingerichtet ist, wobei der Planschieber (23) und/oder die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) wenigstens einen Hydraulikanschluss (45, 47) aufweist, mittels dem der Hydraulikdruck in wenigstens einer Arbeitskammer (42, 43) der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) veränderbar ist, um die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) zwischen einem das Werkzeug (37) haltenden Haltezustand (H) und einem das Werkzeug (37) freigebenden Freigabezustand (F) umzuschalten, mit einer Verstelleinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, den Planschieber (23) zwischen einer Werkzeugwechselposition (III) und wenigstens einer von der Werkzeugwechselposition (III) verschiedenen Arbeitsposition (IV) relativ zum Gehäusekörper (16) zu bewegen, wobei der wenigstens eine Hydraulikanschluss (45, 47) der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) in der Werkzeugwechselposition (III) fluidisch mit einem am Gehäusekörper (16) vorhandenen hydraulischen Steueranschluss (66, 67) verbunden ist und in der wenigstens einen Arbeitsposition (IV) fluidisch vom zugeordneten hydraulischen Steueranschluss (66, 67) getrennt ist.
Plandrehkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hydraulikanschluss (66, 67) ein entsperrbares Absperrventil (64) aufweist.
Plandrehkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am wenigstens einen hydraulischen Steueranschluss (66, 67) ein Entsperrmittel (73) vorhanden ist, das dazu eingerichtet ist, das Absperrventil (64) zu entsperren.
Plandrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) einen Spannkörper (39) aufweist, der in einer Spannrichtung (R) bewegbar in einem Aufnahmekörper (40) angeordnet ist und die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) in einer Spannposition (I) des Spannkörpers (39) den Haltezustand (H) und in einer Entspannposition (II) des Spannkörpers (39) den Freigabezustand (F) einnimmt.
Plandrehkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) eine fluidisch mit einem ersten Hydraulikanschluss (45) verbundene erste Arbeitskammer (42) aufweist, die an einer Seite durch einen bewegbar angeordneten Kolben (41) fluiddicht verschlossen ist, wobei der Kolben (41) mit dem Spannkörper (39) bewegungsgekoppelt ist.
Plandrehkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) eine fluidisch mit einem zweiten Hydraulikanschluss (47) verbundenen zweite Arbeitskammer (43) aufweist, wobei die beiden Arbeitskammern (42, 43) durch den Kolben (41) fluidisch voneinander getrennt sind.
Plandrehkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) ein Selbsthemmungsmittel (52) aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Spannkörper (39) selbsthemmend in einer Spannposition (I) zu halten.
Plandrehkopf nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Selbsthemmungsmittel (52) einen Keilkörper (53) aufweist, der sich in der Spannposition (I) zwischen einer an einer ersten Keilfläche (54) am Aufnahmekörper (40) und an einer zweiten Keilfläche (55) am Kolben (41) abstützt.
Plandrehkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilkörper (53) mit dem Spannkörper (39) bewegungsgekoppelt ist.
Plandrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planschieber (23) und/oder die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) einen zusätzlichen Druckluftanschluss (60) und/oder einen zusätzlichen Kühlmittelanschluss (61) aufweist.
Plandrehkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftanschluss (60) und/oder der Kühlmittelanschluss (61) unabhängig von der Position des Planschiebers (23) relativ zum Gehäusekörper (16) immer fluidisch mit jeweils einem am Gehäusekörper (16) vorhandenen Druckluftversorgungsanschluss (68) bzw. Kühlmittelversorgungsanschluss (69) verbunden ist.
Plandrehkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) und/oder die Spindelkopplungseinrichtung (17) eine genormte Schnittstelle ist bzw. sind.
Plandrehkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelkopplungseinrichtung (17) ein Hohlschaftkegel (19) ist und/oder die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) eine Aufnahme für einen Hohlschaftkegel ist.
Verfahren zum Spannen eines Werkzeugs (37) in einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) eines Plandrehkopfs (15), die an einem Planschieber (23) angeordnet ist, der an oder in einem Gehäusekörper (16) des Plandrehkopfs (15) beweglich geführt gelagert und mittels einer Verstelleinrichtung (24) bewegbar ist, mit folgenden Schritten: - Bewegen des Planschiebers (23) in eine Werkzeugwechselposition (III), wodurch eine fluidische Verbindung zwischen wenigstens einem Hydraulikanschluss (45, 47) des Planschiebers (23) und/oder der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) und einem zugeordneten hydraulischen Steueranschluss (66, 67) am Gehäusekörper (16) hergestellt wird, - hydraulisches Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) in einen Freigabezustand (F), in dem ein Werkzeug (37) in die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) einsetzbar ist, - Anordnen eines anderen Werkzeugs (37) in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36), - hydraulisches Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) in einen Haltezustand (H), in dem das Werkzeug (37) in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) festgehalten wird, - Bewegen des Planschiebers (23) in eine von der Werkzeugwechselposition (III) verschiedene Arbeitsposition (IV) relativ zum Gehäusekörper (16), wodurch der wenigstens eine Hydraulikanschluss (45, 47) von dem wenigstens einen hydraulischen Steueranschluss (66, 67) fluidisch getrennt wird.
Verfahren zum Lösen eines in einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) eines Plandrehkopfs (15) angeordneten Werkzeugs (37), wobei die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) an einem Planschieber (23) angeordnet ist, der an einem Gehäusekörper (16) des Plandrehkopfs (15) beweglich geführt gelagert und mittels einer Verstelleinrichtung (24) bewegbar ist, mit folgenden Schritten: - Bewegen des Planschiebers (23) in eine Werkzeugwechselposition (III), wodurch eine fluidische Verbindung zwischen wenigstens einem Hydraulikanschluss (45, 47) des Planschiebers (23) und/oder der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) und jeweils einem am Gehäusekörper (16) vorhandenen hydraulischen Steueranschluss (66, 67) hergestellt wird, - hydraulisches Umschalten der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) in einen Freigabezustand (F), in dem das Werkzeug (37) aus der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) entnehmbar ist, - Entnehmen des in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (36) angeordneten Werkzeugs (37).