DE10210749B4 - Schnellfrequenzspindel - Google Patents

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Abstract

Schnellfrequenzspindel (100)
mit einer Spindelwelle (6),
mit einem an einem Endbereich der Spindelwelle (6) vorgesehenen, wahlweise durch Drehung um die Rotationsachse (A) der Spindelwelle (6) montier- und demontierbaren Werkzeughalter (2), der eine Mehrzahl von Spannelementen (22) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeughalter (2) von seinem freien Ende her gesehen hinter den Spannelementen (22) eine zentrale Längsausnehmung (23) mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, die ein Ansetzen einer Einrichtung zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters zumindest nahezu ohne Ausübung von Kräften auf die Spannelemente (22) erlaubt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnellfrequenzspindel der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
  • Unter Schnellfrequenzspindel sind solche Werkzeugmaschinen zu verstehen, die für die üblichen Bearbeitungsaufgaben wie Fräsen, Bohren, Schleifen und dergleichen dienen, meist jedoch kein eigenes Maschinengestell besitzen. Sie werden dann vielmehr an ihrem meist zumindest in axialen Abschnitten zylindrischen Gehäuse in eine externe Aufspannvorrichtung eingespannt. Der direkt auf die Spindelwelle wirkende – meist elektrisch betriebene – Antriebsmotor erzeugt hohe Drehzahlen im Bereich von 30.000 bis weit über 100.000 U/min.
  • Eine Schnellfrequenzspindel kann jedoch auch integrierter Bestandteil einer Bearbeitungsmaschine sein.
  • Die Spindelwelle ist an ihrem der Ankopplung eines Werkzeugs dienenden Ende üblicherweise mit einem Werkzeughalter versehen, der – je nach Ausführungsform – einen manuellen oder einen vollautomatischen Werkzeugwechsel gestattet.
  • Insbesondere an die Werkzeughalter von Schnellfrequenzspindeln für Drehzahlen über 100.000 U/min müssen sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, da bereits geringe Unwuchten zu erheblichen Belastungen der Radiallager der Spindel führen und deren Standzeit erheblich reduzieren können.
  • Die Werkzeughalter sind im Falle der besonders hoch drehenden Schnellfrequenzspindeln üblicherweise einstückig hergestellt. Sie weisen eine zentrale Bohrung auf, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des aufzunehmenden Werkzeugs angepasst ist. Um das Werkzeug kraftschlüssig in dem Werkzeughalter fixieren zu können, ist dieser im Bereich der Werkzeugaufnahme durch parallel zur Spindelachse verlaufende radiale Schlitze mehrfach unterteilt und weist in diesem Bereich eine sich vom freien Ende her sich konisch verjüngende äußere Umfangsfläche auf, die mit einer im vorderen Endbereich der Spindelwelle ausgebildeten komplementären Innenumfangsfläche zusammenwirkt. Zwischen den Schlitzen sind somit einzelne Spannelemente ausgebildet, die zur Erzeugung des Kraftschlusses mit dem Werkzeug elastisch verformt werden, wenn der Werkzeughalter durch eine axial wirkende Kraft in den konischen Sitz gezogen wird. Hierzu dient meist ein in einer zentralen Ausnehmung der Spindelwelle in Längsrichtung verlagerbarer Zuganker, der in Einzugsrichtung des Werkzeughalters kraftbeaufschlagt, beispielsweise federkraftbeaufschlagt ist, wozu beispielsweise eine zwischen der Spindelwelle und dem Zugbolzen wirkende Tellerfederanordnung dient.
  • Der Werkzeughalter weist bei den bekannten Ausführungsformen in seinem der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden Endbereich eine axiale Gewin debohrung auf, mit der er zwecks Befestigung an dem Zugbolzen auf ein komplementäres Aussengewinde aufgeschraubt ist.
  • Zur Einleitung des Drehmoments, das zum Auf- bzw. Abschrauben des Werkzeughalters erforderlich ist, ist es bekannt, den freien Endbereich des Werkzeughalters – d.h. die Spannelemente – mit einem Aussen-Sechskant zu versehen, auf den dann zwecks Drehbetätigung ein passendes Drehwerkzeug – beispielsweise ein Steckschlüssel – aufgesteckt werden kann.
  • Um den mit der Herstellung der Aussen-Sechskantfläche verbundenen Fertigungsaufwand zu vermeiden und aufgrund der Tatsache, dass von der Kreisform abweichende Querschnitte ein Auswuchten des Werkzeughalters erschweren, ist eine weitere Ausführungsform bekannt, bei der auf den Aussen-Sechskant verzichtet wurde und stattdessen ein Werkzeug Verwendung findet, das in die Werkzeugaufnahme einführbar ist und dabei in einen der Schlitze zwischen zwei Spannelementen eingreift, um so das Drehmoment zum Anziehen oder Lösen des Werkzeughalters übertragen zu können.
  • Nachteilig ist bei beiden der vorstehenden Ausführungsformen, dass die zum Aufschrauben bzw. Abschrauben des Werkzeughalters von dem Zugbolzen übertragenen Drehmomente zumindest eines der Spannelemente belasten, was in der Praxis zu plastischen Verformungen führen kann, die eine Unwucht des Werkzeughalters und Spannungenauigkeiten bewirken können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schnellfrequenzspindel zu schaffen, bei der die Gefahr der Verformung der Spannelemente des Werkzeughalters bei einer Montage bzw. Demontage nicht besteht.
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
  • Der Werkzeughalter umfasst nun Mittel, die ein Ansetzen einer Einrichtung zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters durch Drehung um die Rotationsachse der Spindelwelle erlauben, ohne dass hierbei Kräfte auf die Spannelemente ausgeübt werden.
  • Diese Mittel sind derart ausgebildet, dass sie ein formschlüssiges Ansetzen der Einrichtung zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters erlauben. Er umfasst hierzu von seinem freien Ende her gesehen hinter den Spannelementen eine zentrale Längsausnehmung, die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist. In diese Längsausnehmung ist dann eine Einrichtung – beispielsweise eine Handhabe – mit einer komplementären Außenfläche einführbar.
  • Die Längsausnehmung weist vorzugsweise einen sechseckigen Querschnitt auf. Zum Lösen oder Festziehen kann dann ein handelsüblicher Innensechskant-Schlüssel dienen.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Schnellfrequenzspindel, bei der der Werkzeughalter an seinem dem freien gegenüberliegenden Ende ein Außengewinde umfasst. Diese, auch unabhängig von der oben beschriebenen Erfindung vorteilhafte Weiterbildung einer Schnellfrequenzspindel ermöglicht eine Bauweise des Werkzeughalters mit einem möglichst geringen Außendurchmesser, was die auf ihn aufgrund der hohen Drehzahl wirkenden Kräfte reduziert und ein Auswuchten erleichtert. Mit seinem Außengewinde ist der Werkzeughalter dann üblicherweise mit dem Zugbolzen verschraubt, der hierzu in seinem dem Werkzeughalter zugewandten Endbereich ein zentrales, komplementäres Innengewinde aufweist.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schnellfrequenzspindel dargestellt. Es zeigen:
  • 1 – schematisch – eine perspektivische Ansicht der Schnellfrequenzspindel schräg von seiten der Werkzeugaufnahme, teilgeschnitten;
  • 2 den Detailausschnitt II in 1 in einer vergrößerten Darstellung;
  • 3 den vorderen Teil der Schnellfrequenzspindel in einer etwa 1 entsprechenden Ansicht vor Angriff eines Innensechskant-Schlüssels an der Werkzeugaufnahme;
  • 4 dieselbe Darstellung wie in 3 mit nahezu vollständig eingeschobenem Innensechskant-Schlüssel sowie
  • 5 den Ausschnitt V in 4 in einer vergrösserten Darstellung.
  • Die in 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Schnellfrequenzspindel umfasst ein Gehäuse 1, welches einen vorderen, d.h. einer Werkzeugaufnahme 2 zugewandten Gehäuseteil 3 mit zylindrischer Aussenumfangsfläche aufweist. Im Bereich des der Werkzeugaufnahme 2 abgewandten Endes springt der zylindrische Aussenumfang des Gehäuses 1 in einem zylindrischen Umfangsbund 4 auf einen ersten größeren und in einem weiteren Umfangsbund 5 in einen abermals größeren Durchmesser vor.
  • Innerhalb des Gehäuses ist eine Spindelwelle 6 um die Spindelachse A drehbar mittels aerostatischer Lageranordnungen 7, 8, deren Aufbau hier nicht näher beschrieben werden soll, gelagert, wobei die hintere Lageranordnung 8 derart ausgebildet ist, dass sie die Spindelwelle auch in axialer Richtung lagert.
  • Zwischen den Lageranordnungen 7, 8 ist drehfest in dem Gehäuse 1 ein Stator 9 angeordnet, der zusammen mit einem von der Spindelwelle 6 gebildeten Rotor 10 einen elektrischen Hochfrequenz-Antriebsmotor bildet.
  • In dem vorderen, freien Endbereich weist die Spindelwelle 6, wie insbesondere 2 entnehmbar ist, eine sich zu ihrer vorderen Stirnseite 11 hin vergrößernden Kegelsitz 12 auf, der an der Stelle 13 in eine zentrale Längsbohrung 14 mündet.
  • Der Kegelsitz 12 und der an ihn anschliessende erste Bereich der Längsbohrung 14 dient der Aufnahme der Werkzeugaufnahme, deren hinterer Bereich 15 einen zylindrischen Aussenumfang eines an die Längsbohrung 14 angepassten Umfanges aufweist, so dass dieser auch Führungsfunktion übernehmen kann, wohingegen der vordere Bereich 16 eine zum Kegelsitz 12 komplementäre, konische Aussenfläche besitzt.
  • Die Werkzeugaufnahme 2 ist mit einem Zuganker 17 verschraubt, der durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtung – beispielsweise durch ein Tellerfederpaket – mit einer in Richtung der Spindelachse wirkenden, die Werkzeugaufnahme 2 in den Kegelsitz 12 ziehenden Kraft beaufschlagt ist. Wie insbesondere 5 entnehmbar ist, die die Werkzeugaufnahme 2 in einem von dem Zuganker 17 getrennten Zustand zeigt, dient der Verschraubung der Werkzeugaufnahme ein axialer Gewindefortsatz 18, der in eine im vorderen Endbereich des Zugankers 17 eingearbeitete, komplementäre Gewindebohrung 19 einschraubbar ist.
  • In dem konischen Bereich 16 weist die Werkzeugaufnahme radiale Längsschlitze 20 auf, die der elastischen Verformbarkeit des konischen Bereichs des Werkzeughalters zwecks Einspannung eines in den 1 und 2 nicht näher dargestellten Werkzeugs 21 dienen. Zum Wechsel des Werkzeugs wird der Zuganker 17 manuell oder mit in der Zeichnung nicht dargestellten technischen Mitteln nach vorn verlagert, so dass sich der konische Bereich 16 der Werkzeugaufnahme 2 aus dem Kegelsitz 12 schiebt und somit der Kraftschluss der zwischen den Schlitzen 20 ausgebildeten Spannelemente 22 und dem Werkzeug 21 gelöst wird.
  • Um die Werkzeugaufnahme 2 von dem Zuganker 17 lösen bzw. befestigen zu können, ist die Einleitung eines Drehmoments um die Spindelachse A in die Werkzeugaufnahme 2 erforderlich. Hierzu weist diese von der Stirnseite 11 aus betrachtet hinter dem konischen Bereich 16 eine zentrale Längsausnehmung 23 mit einem Sechskantquerschnitt auf, in die ein Innensechskant-Schlüssel 24 eingeführt werden kann. Mit diesem Innensechskant-Schlüssel ist es möglich, ein Drehmoment auf die Werkzeugaufnahme 2 zu übertragen, um diese von dem Zuganker 17 zu lösen oder sie an letzterem zu befestigen, ohne dass Kräfte, insbesondere Torsionskräfte auf die empfindlichen Spannelemente 22 der Werkzeugaufnahme 2 wirken.
  • 1
    Gehäuse
    2
    Werkzeugaufnahme
    3
    Gehäuseteil
    4
    Umfangsbund
    5
    Umfangsbund
    6
    Spindelwelle
    7
    Lageranordnung
    8
    Lageranordnung
    9
    Stator
    10
    Rotor
    11
    Stirnseite
    12
    Kegelsitz
    13
    Stelle
    14
    Längsbohrung
    15
    Bereich
    16
    Bereich
    17
    Zuganker
    18
    Gewindefortsatz
    19
    Gewindebohrung
    20
    Längsschlitze
    21
    Werkzeug
    22
    Spannelemente
    23
    Längsausnehmung
    24
    Innensechskant-Schlüssel
    100
    Schnellfrequenzspindel
    A
    Spindelachse

Claims (4)

  1. Schnellfrequenzspindel (100) mit einer Spindelwelle (6), mit einem an einem Endbereich der Spindelwelle (6) vorgesehenen, wahlweise durch Drehung um die Rotationsachse (A) der Spindelwelle (6) montier- und demontierbaren Werkzeughalter (2), der eine Mehrzahl von Spannelementen (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (2) von seinem freien Ende her gesehen hinter den Spannelementen (22) eine zentrale Längsausnehmung (23) mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, die ein Ansetzen einer Einrichtung zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters zumindest nahezu ohne Ausübung von Kräften auf die Spannelemente (22) erlaubt.
  2. Schnellfrequenzspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsausnehmung (23) einen sechseckigen Querschnitt aufweist.
  3. Schnellfrequenzspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (2) an seinem dem freien gegenüberliegenden Ende ein Außengewinde (18) umfasst.
  4. Werkzeughalter für eine Schnellfrequenzspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3834140A1 (de) * 1988-10-07 1990-04-12 Micro Crystal Ag Hochfrequenzspindel zur werkstueckbearbeitung
DE4239559A1 (de) * 1992-11-25 1994-05-26 Festo Kg Handwerkzeugmaschine mit einer Blockiereinrichtung zum Blockieren der Werkzeugspindel beim Werkzeugwechsel

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