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Vorrichtung zur Befestigung eines Werkzeuges, insbesondere eines Feinbohrwerkzeuges,
in einer Spindel Die Erfindung betrifft die schnell lösbare Befestigung des vorzugsweise
kegeligen Zapfens eines rotierenden Werkzeuges in der Aufnahme einer Spindel. Vor
allem bei Feinbohrwerkzeugen besteht das Problem, exzentrische und/oder durch Hammerschläge
eingeleitete Befestigungskräfte zwischen Werkzeug und Spindel zu vermeiden, so daß
die Keilbefestigung eines »Morsekegels« bereits durch andere, ebenfalls von außen
bedienbare Spannelemente ersetzt wurde. Solche bekannten Mittel sind z. B. Kurzkegel,
die auf dem Umfang mehrere Befestigungsschrauben besitzen, Flansche, überwurfmuttern,
Differentialmuttern u. a. m. Alle jene Spannelemente verhindern nicht ausreichend
die exzentrische bzw. ungeradlinige Verspannung. Hinzu kommt, daß sie oft umständlich
in der Handhabung sind und daß ihre Durchmesser im Verhältnis zum Spindeldurchmesser
so groß sind, daß vor allem bei Mehrspindel-Bohrmaschinen ihre Anwendung erschwert
ist.
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Die Erfindung bezweckt, diesem übelstand abzuhelfen und eine Befestigungsvorrichtung
zu schaffen, die den Zapfen genau zentrisch auf den Sitz preßt und die sich dabei
rasch und bequem bedienen läßt und in bezug auf den Spindeldurchmesser baulich nicht
aufträgt.
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Bei einer bekannten Vorrichtung spannt das Spannelement den Zapfen
des Werkzeuges nicht zentrisch auf einen Sitz, und die Gleitstellen liegen weit
von der Achse entfernt. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß der Werkzeugkegelschaft
aus dem Spindelschaft herausgeschlagen werden muß, was besonders bei Feinbohrwerken
unerwünscht ist, und daß die weit von der Achse entfernt liegenden Gleitstellen
einen großen Reibungswiderstand zur Folge haben.
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Bei der bekannten Vorrichtung ist schon durch Nichtbeachtung der Regel,
dem Spindelkopf möglichst eine glatte Außenhaut zu geben, eine Unfallgefahr vorhanden.
Außerdem ist dort keine Sicherung für den Fall vorhanden, daß der Bedienungsmann
nach Einsetzen des Werkzeuges und des Querstiftes vergißt, die Nutmutter anzuziehen.
Erfahrungsgemäß kommt dies im praktischen Betrieb öfter vor. Dann wird der Querstift
durch die Zentrifugalkraft mit großer Wucht herausgeschleudert; ferner fällt das
Werkzeug dann aus dem Spindelkopf bei voller Drehzahl heraus. Bei der Erfindung
dagegen sitzt, wenn vergessen wird, das Werkzeug zu verspannen, das Werkzeug zwar
locker im Spindelkopf, aber der Verschluß verhindert, daß es herausfällt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement ein
den Schaft umschließender, mit einem radial sich erstreckenden Zapfen versehener
Ring ist, dessen Innenmantel zwei gegenüberliegende Vorsprünge aufweist, die mit
entsprechenden Abflachungen des Schaftes korrespondieren und nach Drehung des Schaftes
um einen der Arbeitsdrehrichtung entgegengesetzten Winkel mit an den Vorsprüngen
angeordneten Nocken an seitlichen Begrenzungsflächen einer Umlaufnut des Schaftes
anliegen, wobei der Ring auf der dem Zapfen gegenüberliegenden Seite auf einem in
der Spindel angeordneten Vorsprung sich abstützt und durch ein am Zapfen angreifendes
Bedienungsmittel verschränkbar ist.
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Die als Gegenschulter dienenden Flächen des Ringes können mit Nocken
versehen sein, deren Wirkungslinie im wesentlichen die Achse des Zapfens schneidet.
Um dies möglichst genau zu erreichen, wird der Außenmantel des Ringes zweckmäßig
ballig ausgeführt, wodurch der Ring in jeder Schrägstellung in der Aufnahmebohrung
der Spindel zentriert ist.
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Die Art des Bedienungsmittels richtet sich nach der Eigenart der Werkzeuge
bzw. der Maschine. Ist das Bedienungsmittel eine in die Stirnfläche der Spindel
eingesetzte Schraube, so kann der Schlüssel im wesentlichen axial zur Spindel angesetzt
werden, was bei Vielspindehnaschinen mit engem Spindelabstand vorteilhaft ist. Ist
das Bedienungsmittel eine in einer zur Spindelachse senkrechten Bohrung drehbare,
mittels Schraubenschlüssel zu handhabende Scheibe, so kann ein selbsthemmend sitzender
Kegelzapfen durch den Schlüssel herausgedrückt werden.
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Die Anflächungen des Zapfens münden zweckmäßig in den Boden der Umlaufnut
hinein. Dabei kann die in Spannrichtung rückwärtige Begrenzungsfläche der Umlaufnut
zugleich offene Begrenzung einer segmentförmigen Umlaufnut sein, in die hinein sich
ein radial in der Spindelwand sitzender Mitnehmerstift
erstreckt
und deren eines Ende Anschlag des Mitnehmerstiftes ist. Der Mitnehmerstift wird
zweckmäßig so angeordnet, daß er dem Ring als Widerlager dienen kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 im Längsschnitt eine Befestigungsvorrichtung für
einen kegeligen Zapfen, F i g. 2 die Befestigungsvorrichtung nach F i g. 1, jedoch
in dem Längsschnitt senkrecht zu demjenigen von F i g. 1, F i g. 3 einen Querschnitt
nach Linie 111-11I der Fig.2, F i g. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig.2,_
F i g. 5 im Längsschnitt entsprechend demjenigen von F i g. 2 eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung, F i g. 6 einen Detailquerschnitt entsprechend Linie VI-VI der F
i g. 5.
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Ein in der Nennform kegeliger Zapfen 1 eines Werkzeughalters 2 sitzt
in der Aufnahme einer Spindel 3. Der in der Länge größere Mittenbereich des
kegeligen Zapfens ist freigedreht, so daß nur das äußere Ende 1 a und das innere
Ende 1 b des Zapfens in der Aufnahme tragen. Auch der Mittenbereich des Aufnahmekegels
ist freigedrelht. Er besteht aus einer zylindrischen Bohrung 4 und einer kegeligen
Bohrung 5. Der dem Ende 1 a benachbarte freigedrehte Teil 6 des Kegels ist gegenüberliegend
mit zwei parallel verlaufenden Anflächungen 7 versehen, deren gegenseitiger Abstand
gleich dem Innendurchmesser einer Umlaufnut 8 ist; d. h., die Anflächungen 7 münden
in den Grund der Tut B. Der dem Ende 1 b des Zapfens benachbarte freigedrehte Teil
9 des Kegels hat mit der Umlaufnut 8 die Begrenzungsfläche 10 gemeinsam. 11 ist
die andere, durch die Anflächungen 7 unterbrochene Begrenzungsfläche der Umlaufnut.
In dem Teil 9 ist eine segmentförmige Umlaufnut 12 eingefräst, die zur Begrenzungsfläche
10 hin offen ist. In die Nut 12 hinein erstreckt sich ein radial in der Spindelwand
festsitzender, als Mitnehmerstift ausgebildeter Vorsprung 13. Die Segmentlänge der
Nut 12 ist so groß, daß eine 90°-Relativdrehung des Zapfens 1 zur Spindel 3 möglich
ist, andererseits aber das Ende 14 der Nut als Arbeitsanschlag für den Vorsprung
13 dient.
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Im Bereich der Umlaufnut 8 wird der Zapfen von einem Ring 15 umschlossen,
dessen Außenmantel 16 ballig ist und der in der zylindrischen Bohrung 4 ein Bewegungsspiel
hat. Der an sich kreisförmige Innenmantel 17 des Ringes weist zwei gegenüberliegende
Vorsprünge 18 mit ebenen Innenflächen 19 auf, die miteinander parallel sind. Die
Stirnfläche 20 des Ringes ist im Bereich der Vorsprünge 16 mit Nocken 21 versehen.
Die Verbindungslinie der Nocken schneidet die Achse des Zapfens 1. Dem Vorsprung
13 gegenüberliegend weist die Spindel ein sich parallel zur Spindelachse erstreckendes
Lanb loch 22 auf, das außen durch einen selbstsichernden Deckel 23 verschlossen
ist. Das Langloch nimmt einen am Ring 15 angeordneten zylindrischen Stift 24 auf,
an dem gegen die Rückstellkraft einer Feder 25 ein durch eine Schraube 26 verschiebbarer
Stößel 27 angreift.
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Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 bis 4: Die Zeichnung zeigt
den betriebsfertigen Zustand der Verbindung. Dabei sind die Kegelsitze 1a und 1b
durch die Nocken 21 in der Spindel festgepreßt. Die Nocken 21 sind im Kraftsinne
Gegenschulter zur umlaufenden und durch die Anflächungen 7 unterbrochenen Begrenzungsfläche
11. Da ihre gemeinsame Wirkungslinie die Zapfenachse schneidet, ist der resultierende
Anpreßdruck zentrisch und axial gerichtet, Was das eine Ziel der Erfindung ist.
Erzeugt wird der Nockendruck durch die gegen die festgezogene Schraube 26 elastische
Schrankverformung des Ringes 15. Widerlager des Ringes ist der Vorsprung 13.
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Zum Herausnehmen des Werkzeughalters 2 wird die Schraube 26 gelockert.
Der Ring 15 wird dadurch spannungsfrei, und die Feder 25 hebt die Nocken 21 von
der Fläche 11 ab. Durch eine Drehung des Werkzeughalters 2 um 90° im Arbeitsdrehsinn
gleiten die Kegelsitze 1 a und 1 b in der Aufnahme so lange, bis das Ende 29 der
Umlaufnut 12 den Vorsprung 13 berührt. Das Ende 14 der segmentförnnigen Umlaufnut
12 dient als Anschlag für den Werkzeughalter in Arbeitsstellung, während das andere
Ende 29 als Anschlag des Werkzeughalters 2 in Lösestellung dient. Da in dem Zustand
die Anflächungen 7 mit den Innenflächen 19 des Ringes 15 fluchten, kann jetzt der
Zapfen aus der Spindel herausgezogen werden. Das Wiedereinsetzen oder das Einsetzen
eines austauschbaren Werkzeughalters geschieht in umgekehrter Reihenfolge.
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Ein Werkzeughalter 30, der gemäß F i g. 5 dicker als der kegelige
Zapfen l ist, behindert die Betätigung einer achsparallelen Schraube 26. Die Betätigung
sitzt daher im Spindelmantel und besteht aus einer in einer zur Spindel senkrechten
Sackbohrung 31 drehbaren Scheibe 32, die durch einen in eine Umlaufnut einschnappenden
Ring 33 axial arretiert ist. Nach außen hin weist die Scheibe einen Hals 34 auf,
der mit einem Innensechskant 35 versehen ist. Stirnseitig ist in die Scheibe eine
spiralförmige Kurvenführung 36 eingefräst. Das in die Kurvenführung 36 hineinragende
Ende 37 des Stiftes 38 ist ballig ausgebildet, um ein geringes Führungsspiel trotz
der Schwenkbewegung des Ringes 39 zu erhalten. Der Ring 39 besitzt außer den Nocken
21 gleiche Nocken 41 an der gegenüberliegenden Stirnfläche.
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Die Betätigung der Vorrichtung nach F i g. 5 und 6 entspricht im wesentlichen
derjenigen nach den F i g. 1 bis 4. Unterschiedlich ist, daß der Schraubenschlüssel
des Innensechskants 35 radial angesetzt wird und nicht, wie bei F i g. 2, axial.
Beim Drehen der Scheibe 32 vollführt der Stift 38 eine Bewegung in Richtung des
Langlochs 22' und verschränkt damit den Ring 39 bzw. hebt eine vorherige Schranklage
auf. Die Spiralsteigung der Kurvenführung 36 ist so gering, daß die Verspannung
selbsthemmend ist.
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Die Nocken 41 haben die Aufgabe, einen fest in der Aufnahme sitzenden
Zapfenkegel herauszudrücken, so daß sich die Anordnung nach F i g. 5 vor allem für
schlanke Zapfenkegel eignet,