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Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen
Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen,
insbesondere Fräsmaschinen mit umlaufender Maschinenspindel, die zur übertragung
der Arbeitsdrehbewegung mit dem Werkzeug fest zu verbinden ist.
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Bei der am häufigsten benutzten Art werden die Werkzeuge oder deren
Spannteile (vor allem Fräsdorne) mit einem kegeligen Schaft in eine entsprechend
ausgebildete Bohrung der Maschinenspindel eingesetzt. Eine rechteckige Ausnehmung
und seitliche, ebene Flächen an den Werkzeugen oder Spannteilen sichern diese gegen
unbeabsichtigtes Verdrehen gegenüber der Maschinenspindel. Eine Spannschraube, die
durch die Maschinenspindel hindurchgeht und die von der Spindelrückseite aus zu
betätigen ist, hält die in der Kegelbohrung der Maschinenspindel eingesetzten Werkzeuge
oder Spannteile.
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Diese Art der Befestigung weist zahlreiche, technische Nachteile auf.
So ist das Entfernen der Werkzeuge bzw. Spannteile aus der Maschinenepindel stets
mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Bei flachkegeliger Ausbildung der Spindelbohrung,
z. B. Morsekegeln oder metrischen Kegeln, zieht sich, infolge der Zugspannung der
Spannschraube und der nur geringen Neigung des Kegels (etwa 1 : 20), und infolge
des Aufweitens der Spindelbohrung bei zu kräftigem Einziehen der Anzugsschraube,
auch infolge Erwärmung -der Maschinenspindel und der Zugfederwirkung der
angezogenen Spannschraube das Werkzeug oder seine Aufnahme fast stets so stramm
in die Maschinenspindel, daß nach Beendigung der Arbeit das Werkzeug in der Spindel
wie mit einem Schrumpfsitz gehalten wird. Meist ist das Lösen nur mit Hammerschlägen
möglich. Eine solche Behandlung ist für die Maschinenspindel und ihre Lagerung sehr
schädlich. Die axiale Lage des Werkzeuges oder Spannteiles ist dabei auch nicht
eindeutig festgelegt. Sie hängt von der Größe der Kraft ab, mit der der Bedienungsmann
das Werkzeug oder Spannteil in der Maschinenspindel festzieht. Auch bei der sogenannten
steilkegeligen Ausbildung der Maschinenspindelbohrung treten ähnliche Nachteile
auf. Dazu kommt bei diesen Maschinenkegeln, daß das Entfernen der Werkzeuge bzw.
der Werkzeugaufnahmen auch noch gefahrvoll ist. Da das Spannen und Lösen nur vom
rückwärtigen Ende der Maschinenspindel aus möglich ist, kann der Bedienungsmann
während des Spannens oder Lösens der Spannschraube das Werkzeug nicht festhalten.
Damit besteht die Gefahr des Herunterfallens des Werkzeuges. Maschinen-, Werkstück-
und Werkzeugbeschädigungen sind eine häufige Folge. Bei großen Gewichten der Werkzeuge
besteht darüber hinaus Unfallgefahr.
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Die Forderung, die Verbindung von Maschinenspindel und Werkzeug so
auszubilden, daß sie bequem, schnell und ohne Unfallgefahr lösbar ist und daß außerdem
die Werkzeuge auch bei wiederholtem Werkzeugwechsel immer wieder die gleiche Stellung
gegenüber der Maschinenspindel erhalten, um die Maßgenauigkeit der zu bearbeitenden
Werkstücke zu gewährleisten, ist bei den erwähnten Werkzeugaufnahmen in keiner Weise
erfüllt.
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Der wirtschaftliche Na.;hteil dieser Art der Verbindung von Werkzeug
und Spindel besteht darin, daß für die verschiedenen Maschinenspindeln, die je nach
Größe und Herkunft unterschiedlich ausgebildete Spindelbohrungen aufweisen, nicht
die gleichen Werkzeuge bzw. Spannteile verwendbar sind und man gezwungen ist, für
jede Größe und Art der Spindelbohrungen je einen kompletten Satz von Werkzeugen
und Werkzeugaufnahmen auf Lager zu halten. Ein einziger kompletter Satz von Werkzeugaufnahmen
umfaßt nun sehr viele Teile. Hier seien nur die wichtigsten genannt, nämlich Langfräsdorne
für Satz- und Profilfräser mit unterschiedlichen Sitzdurchmessern und -längen je
nach Bohrung und Länge der jeweils aufzunehmenden Fräser, Normalfräsdorne für Walzen-
und Winkelstirn.-fräser mit verschiedenen Sitzdurchmessern und -längen je nach Bohrung
und Länge dieser Fräser, Kurzfräsdorne für Messerköpfe mit zylindrischer Bohrung,
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Kurzfräsdorne für Messerköpfe mit kegeliger Bohrung, Reduzierhülsen
mit vvrschledernen Größen der Innenkegel zur Aufnahme von Werkzeugen mit unterschiedlich
großem Kegelschaft, Spannzangenfutter;. mit verschiedenen Spannhülsenbohrungen zum
Spannen von Werkzeugen mit zylindrischem Schaft je nach Schaftdurchmesser usw. usw.
Um
die technischen Schwierigkeiten des Lösens von der Maschinenrückseite zu vermeiden,
ist bereits vorgeschlagen worden, die Werkzeuge oder Spannteile durch eine ausschließliche
Stirnspannung mit einer an sich zum Maschinenteil gehörenden Spannhülse zu bewirken.
Hierbei ist jedoch nach wie vor die lange Konuszentrierung mit ihren erwähnten Nachteilen
vorhanden. Außerdem besteht bei dieser Spannhülse die Gefahr, daß die Spannkraft
nicht zentrisch zur Mäschinenspindelachse wirkt. Unterschiedliche Formsteifigkeit
gegenüber den je nach der Drehlage in unterschiedlicher Richtung wirkenden äußeren
Kräften, Verziehen (Schlagen) des Werkzeuges, großer Raumbedarf zum Ein- und Ausbau
des Werkzeuges und andere Nachteile sind die Foige.
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Um die erwähnten Nachteile der Konuszentrierung zu beseitigen, ist
bei Stirnspannung bereits vorgeschlagen worden, einen langen zylindrischen Zentnersitz
und eine ebene Stirnlage der Werkzeuge mit Stirnmitnahme durch Keile vorzusehen
und das Spannen mit Hilfe einer Schraube zu bewirken, mit der das Werkzeug von vorn
gespannt wird. Diese Ausbildung einer Spänneinrichtung ist jedoch nur einseitig
für Kurzdorne anwendbar. Sie enthält vor allem eine Spannschraubenverwendung, die
mit der Erfindung vermieden werden soll.
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Es ist ferner eine Stirnspannung mit Stirnmitnahme bekannt, die eine
Spannhülse verwendet. Hier ist als Zentrierteil an dem zu spannenden Teil ein kurzer
zylindrischer Schaft und ein kurzes Konusteil mit Bund vorgesehen. Die: Zentrierung
ist hier überbestimmt. Auch dieser Vorschlag ist nur für Kurzdorne gemacht. .Eine
zwangläufige Abdrückung der Spannteile beim Lösen ist hier nicht gegeben.
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Erfindungsgemäß wird zur Überwindung aller vorerwähnten Schwierigkeiten
und Nachteile für eine Ausbildung der Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere
Fräsmaschinen zum Spannen von Werkzeugen und Spannteilen, bei der mittels einer
ein Spindelteil hintergreifenden Spannhülse das mit Gewinde und Zentrierteil versehene
Werkzeug oder Spannteil gespannt wird, vorgeschlagen, daß als Zentrierteil nur eine
an sich bekannte, zylindrische Zentrierung (b) mit Stirnanlagefläche
(d) .
und als Mitnahme, wie an sich bekannt, in der Stirnanlagefläche angeordnete
Keile (ei, e_,) vorgesehen sind.
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Es ist erfindungsgemäß möglich, entweder die Werkzeugmaschinenspindel
oder den Einsatzdorn ; derart auszubilden. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben,
die Vorteile des Vorschlages ohne Spindeländerung anwendbar zu machen. Zum Drehen
der Spannhülse wird gemäß einem weiteren Merkmal ein Motor und eine Getriebeverbindung
zur Spannhülse vorgesehen. Diesem Merkmal kommt im Rahmen der Erfindung keine selbständige
Bedeutung zu.
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Mit dieser Ausbildung werden alle genannten Schwierigkeiten der bekannten
Spanneinrichtungen mit Anzugsschraube . überwunden, ohne daß die Nachteile entstehen,
die bei anderen bekannten Spanneinrichtungen entstehen, bei denen das Stirnspannen
am Spindelkopf der Maschinenspindel mit einer Spannhülse oder Überwurfmutter, oder
mit Stirnspannschraube erfolgt. Das Lösen und Befestigen der Werkzeuge bzw. Werkzeugdorne
erfolgt also in bekannter Weise von vorn, so daß keine Unfallgefahr besteht. Der
zylindrische Sitz verklemmt sich nie, so daß ein Losschlagen nicht erforderlich
wird. Maschine und Maschinenspindel werden also geschont. Die axiale Lage der Werkzeuge
ist mit höchster Präzision gesichert, da die beiden ebenen Stirnflächen stets die
gleiche genaue Lage zueinander behalten und nicht wie bei kegeliger Aufnahme je
nach der 'Kraft, mit der die Anzugsschraube angezogen wird, die Fräsdorne oder Werkzeuge
mehr oder weniger tief in die Spindel hineingezogen werden. Das übertragbare Drehmoment
der Fräsdorne wird nicht durch Bohrungen, mit denen die Dorne in der Spindel oder
dem Einsatzstück gehalten werden, vermindert. Weitere Vorteile der Erfindung werden
in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erkennbar. Es zeigt
A b b. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Werkzeugspindel
und ein herausgenommenes Werkzeug in zur Spindel gleichachsiger Lage, A b b. 2 einen
Längsschnitt durch eine Maschinenspindel herkömmlicher Bauart mit einem Einsatzdorn
gemäß der Erfindung, A b b. 3 eine Stirnansicht auf den Einsatzdorn von A b b. 2,
A b b. 4 einen Langfräsdorn in der Ausbildung gemäß der Erfindung im Axialschnitt,
A b b. 5 eine Stirnansicht von A b b. 4 in Richtung des Pfeiles 5; A b b. 6 einen
Normalfräsdorn in der Ausbildung gemäß der Erfindung, A b b. 7 einen Kurzfräsdorn
in der Ausbildung gemäß der Erfindung, A b b. 8 einen Messerkopf-Kurzfräsdorn mit
zylindrischem Messerkopfsitz nach DIN 2079 in Ausbildung gemäß der Erfindung, A
b b. 9 einen Messerkopf-Kurzfräsdorn mit kegeligem Messerkopfsitz, A b b. 10 ein
Spannzangenfutter, A b b. 11 eine Werkzeugaufnahme zum Spannen von Werkzeugen mit
Kegel, und Anzugsgewinde, A b b. 12 eine Werkzeugaufnahme ähnlicher Art für Werkzeuge
mit Kegel und Mitnehmerlappen, A b b. 13 ein Reduzierstück.
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In A b b. 1 bezeichnet a eine erfindungsgemäß ausgebildete Maschinenspindel.
Diese hat auf der Vorderseite eine zylindrische Bohrung b und eine senkrecht zur
Spindelachse c verlaufende Stirnfläche d. In diese Stirnfläche, sind zwei Stirnkeile
e, und e9 eingelassen. Sie sind fest an der Spindel angeschraubt: Auf der Spindel
sitzt lose drehbar eine aus den Teilstücken f und g bestehende überwurfmutter; die
einen Bund h der Maschinenspindel a hinterfaßt: Der Fräser
i ist mit einem der Bohrung b genau entsprechenden zylindrischen Zapfen
k, einem Außengewindeteil m und Nuten n1 und n. versehen, die den Stirnkeilen e1
und e2 entsprechen.
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Zum schnellen Verbinden von Spindel a und Fräser i dient ein Motor
s, der über Kegelräder r, Vielkeilwelle q, ein Ritzel p und eine Außenverzahnung
o der überwurfmutter f, g bei stillstehender Spindel a das Werkzeug i in axialer
Richtung an= zieht oder löst. Das Ritzel p sitzt längs verschiebbar auf der Vielkeilwelle
q und wird mit Hilfe eines Schalthebels t wahlweise so geschaltet, daß es für das
Spannen und Lösen im Eingriff mit der Verzahnung o der überwurfmutter f, g ist,
bei der Arbeitsdrehbewegung der Spindel ab aber die'Verzahnung o freigibt.
Die
drehsichere, zentrische Verbindung zwischen der Spindel a und dem Werkzeug i wird
durch Einsetzen des zylindrischen Zapfens k in die Bohrung b und der Nuten h1 und
n2 in die Stirnkeile ei und e2 bewirkt, während die überwurfmutter f, g das Werkzeug
i durch Anziehen über das Gewinde m bis zum straffen Anliegen einer
Planfläche u des Werkzeuges an der Planfläche d der Spindel a in axialer
Richtung festlegt.
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Maschinenspindeln herkömmlicher Bauart mit flach- oder steilkegeligen
Bohrungen können erfindungsgemäß durch einen einfachen Konuseinsatz, der ständig
in der Maschinenspindel verbleibt, nachdem er einmal eingesetzt wurde, zu einer
Maschinenspindel der oben geschilderten Art verwandelt werden. Dies zeigen die A
b b. 2 und 3.
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Die Maschinenspindel a' herkömmlicher Bauart, die die kegelige Bohrung
w hat, wird hierzu mit einem Einsatzstück, einem Grunddorn v versehen. Dieser hat
einen kegelig ausgebildeten Zapfen x mit Befestigungsgewinde x'. Die Drehmitnahme
zwischen der Spindel a' und dem Einsatzstück v ist zur Spindel passend ausgebildet
und beispielsweise ein seitlich abgeflachter Zylinder y an der Vorderseite des Kegelzapfens
x, der in eine rechteckige Ausnehmung an der Vorderseite der Maschinenspindel ä
paßt. Das Einsatzstück v hat eine zylindrische Bohrung b und eine Stirnfläche
d senkrecht zur Achse c, in die zwei Stirnkeile ei und e, eingesetzt sind.
Auf dem Einsatzstück sitzt eine überwurfmutter g', die eine hintere Stirnfläche
h des Einsatzstückes v hinterfaßt.
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Jede beliebige Maschinenspindel, gleichgültig welcher Art und Größe,
ist mit Hilfe eines solchen Einsatzstückes ohne weiteres in eine Maschinenspindel
nach A b b. 1 zu verwandeln, und es genügt ein einziger Einsatz für jede Maschine,
um jede beliebige Maschinenspindel mit einem bekannten Satz von angepaßten Werkzeugen
oder Werkzeugaufnahmen bestücken zu können. Die verschiedenartigen Werkzeugaufnahmen
eines solchen Satzes, also Langfräsdorne nach A b b. 4 und 5, Normalfräsdorne nach
A b b. 6, Kurzfräsdorne nach A b b. 7, Messerkopf-Kurzfräsdorne mit zylindrischem
Messerkopfsitz nach A b b. 8, Messerkopf-Kurzfräsdorne mit kegeligem Messerkopfsitz
nach A b b. 9, Spannzangenfutter nach A b b. 10, Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge
mit Kegel und Anzugswinde nach A b b. 11, Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge mit Kegel
und Mitnehmerlappen nach A b b. 12 und Reduzierstücke nach A b b. 13 sind hierzu
ebenso wie das in A b b. 1 dargestellte Werkzeug i mit einem zylindrischen Zapfen
k, einer zur Achse c senkrecht verlaufenden Planfläche u, einem Außengewinde
m und Nuten h1 und n", versehen. Sie sind infolge dieser Ausbildung ebenso
wie das in A b b. 1 dargestellte Werkzeug i entweder direkt bzw. über das Einsatzstück
v mit der Maschinenspindel verbindbar. Zu bemerken ist hinsichtlich der Reduzierstücke
nach A b b. 13, daß bei diesen das Gewindeteil g der überwurfmutter mit zwei halben
Haltescheiben f' und f" versehen ist.
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Die den jeweiligen Werkzeugen zugeordneten Werkzeugaufnahmen können
bei Ausbildung der Spindel gemäß A b b. 1 oder nach Einsetzen eines Grunddornes
nach A b b. 2, eventuell unter Benutzung eines Reduzierstückes nach A b b. 13 für
jede beliebige Maschine verwendet werden. Es genügt also ein einziger Satz Werkzeugaufnahmen
für alle Werkzeuge bzw. Maschinen. Es ist für jede Art von Fräsdornen eine positive
Drehmitnahme gewährleistet und die Anzugsmutter (überwurfmutter) wird nicht durch
Drehmomente in Löserichtung belastet. Durch das motorische Klemmen und Lösen kann
der Bedienungsmann beim Einsetzen oder Ausspannen des Werkzeuges ein Augenmerk auf
das Werkzeug richten und dieses richtig halten. Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist nicht auf einige Arten von Werkzeugaufnahmen beschränkt, und schließlich ist
das Befestigen wesentlich vereinfacht.