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Werkzeugmaschine Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit
einem drehbar in der Maschine: gelagerten ersten Maschinenelement und einem verschiebbar
und drehbar in diesem ersten Maschinenelement liegenden zweiten Maschinenelement,
wo.-bei das zweite Maschinenelement an einem aus dem ersten Maschinenelement vorspringenden
Ende eine Werkzeugaufnahme trägt und eine Klemmeinrichtung an dem einen der Maschinenelemente
derart angeordnet ist, daß es gegen das andere anklemmbar ist und man die beidenMaschinenelemente
gegeneinander
festlegt und eine Kraftbetätigungseinrichteng für den Klemmechanismus vorgesehen
ist. Werkzeugmaschinen mit einer Werkzeugspindel, die mit einer kraftgetriebenen
Hülse oder Buchse gleitbar verkeilt ist, sind an sich bekannt (USA-Patent 2 339
435)0 Diese bekannte Werkzeugmaschine ist für ihren beabsichtigten Zweck
gut geeignet, wenn die Spindel axial mit Bezug auf die Hülse oder Buchse im Betrieb
bewegt werden soll, beispielsweise für Bohrarbeiten, während welchen das Werkstück
feststehend ist und ein sich drehendes Werkzeug, das mit der Spindel verbunden ist,
axial dem Werkstück zugeführt wird. Wenn jedoch die Spindel nicht axial zur Buches
bewegt werden soll, z.B. während bestimmter Präsarbeiten, wurde festgestellt, daß
ein unerwünschtes "Rattern" stattfindet, das für Präzisionsarbeiten nicht geduldet
werden kann.
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Um das Rattern unter den Umständen zu vermeiden, in denen die Spindeln
nicht axial zur Spindelbüchse verschoben werden sollen, ist vorgeschlagen (USA-Patent
3 103 144) an einer Werkzeugmaschine eine Klemme vorzusehen, um die _pindel gegen
die Büchse festzulegen. De Klemmeinrichtung
besteht aus einem an
der Büchse angebrachten Ring, der um die Spindel liegt und elastisch verformbar
ist, um den Klemmeffekt zu bewirken. Der Hing ist axial an der Büchse verschiebbar=
und zwar unter der Einwirkung eines: Druckmediums und die Büchse und der Hing haben
zusammenwirkend geneigte Zeitflächen, welche die elastische Verformung des Ringes
bei Achsialbewegung bewirken: Bei dieser bekannten Anordnung muß aber durch die
Achsialversehiebung.des Ringes die Spindel axial aus ihrer eiregestellten Lage verschoben
werden.
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Es ist die der ßrfindung zu Grunde liegende Aufgabe, eine Werkzeugmaschine
zu schaffen, - bei der eine Festlegung der Spindel in der Büchse auf einfachste
Weise ohne Verschiebung der Spindel gegen die Büchse erfolgen kann.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daB die Klemmeinrichtung
gegen Achsialbewegung zu dem einen der Maschinenelemente festgelegt ist, Vorzugsweise
besteht die Klemmeinrichtung aus einem am ersten Maschinenelement befestigten um
das zweite Glied liegenden Ring, der durch den Betätigungsmechanismus zum
Klemmen
des zweiten Bauelementes elastisch verformbar ist, wobei der Betätigungsmechanismus
eine Nockeneinrichtung zusammenwirkende schräge Zeitflächen aufweisen, die die Verformung
des Ringes bei Bewegung der Nockene-inrichtung bewirken.
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Der Ring kann eine Vielzahl von axial verlaufenden-Fingern einschließen,
die elastisch in Eitigriffatellung gegen das zweite Bauelement verformbar ist.
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Um eine vollständig starre Verbindung zwischen den beiden Bauelementen,
nämlich Spindel und Büchse zu erhalten, wird die Nockeneinrichtung mit dem ersten
Bauelement verbunden, nachdem der Ring verformt ist.
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Um eine sichere stoßfreie Bewegung mit einfachsten Mitteln zu ermöglichen,
ist die Nockeneinrichtung
ein Ringkolben, der um den Ring liegt und-axial
unter der Einwirkung eines Druckmediums zur Verformung des Ringes bewegbar ist und
daß der Ringkolben eine Kammer aufweist, deren Außenwand unter der Einwirkung des
Druckmediums sich ausdehnt, um die Nockeneinrichtungmit dem ersten Bauelement zu
verbinden.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Bsechreibung.einer bevorzugten Ausiührungsform.der Erfindung
in: Verbindung mit den beiliegen-. den Zeichnungen> und zwar zeigen:.
| Fg.1 einen senkrechten Schnitt des Vorderteils eines |
| _ Sp.indelkopfes :einer erfndungegemäBen Werkzeug- |
| maschine und Teile im Aufriß, |
| Pigo 2 einen Schnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 im |
| wesentlichen nach der Linie 2--2. |
| Fg. 3.einen Schnitt etwa nach der Linie 3-r3 in Pig. 1 |
| und |
| Fi$'o 4 eine- Telaneich't im Schnitt einer abgeänderten |
| Binspannanordnung' welche Teile im Auiri,ß zeigt. |
Obwohl für die Erfindung verschiedene Ausführungsformen möglich.sind und diese auf
verschiedene Arten von Werkzeugmasehn:en anwendbar ist' wird sie nachfolgend für
einen Spindelkopf einen kombinierten Horizontal- und Fräsmaschine beschrieben.
Die
gezeigte Maschine besitzt einen Spindelkopf A mit einem Rahmen 10 innerhalb welchem
eine Hülse oder eine Buchse 12 durch axial voneinanäer_.in Abstand befindliche Kegellager
14 drehbar gelagert ist, von uenen nur das vordere gezeigt ist. Eine Spindel 16
wird innerhalb der Buchse 12 durch zwei voneinander in Abstand-befindliche Hüleenläger
18 gleitbar gelagert, von denen nur das vordere gezeigt ist. Die Spindel 16 ist
zur Drehung innerhalb der Buchse 12 gelagert, jedoch mit Bezug auf diese mittels
eines (nicht gezeigten) Keils axial beweglich, der an der Buchse befestigt ist und
in eine xeilnut 20 in der Spindel 16 eingreift.
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Ein Werkzeugspanndorn mit dem ein Werkzeug verbunden ist, kann am
vorderen oder rechten Ende der Spindel, gesehen in pig. 1, durch eine geeignete
nicht gezeigte Verbindung an sich bekannter Art befestigt werden. Der Vorschub und
der Rücklauf des Werkzeuge zum. bzw. vom Werkstück kann durch axiale Hin- und Herbewegung
der Werkzeugspindel mitlles eines hierfür geeigneten (nicht gezeigten) Mechanismus
am hinteren oder linken ßnde des Spindelkopfes bewirkt werden. Die Drehung des Werkzeugs
geschieht durch ,-:.rin (nicht gezeigten) Antrieb, der mit der Buchse 12'
hinter
dem in Fig. 1 gezeigten Teil der Buchse bzw. links dieses Teils verbunden ist und
der in Betrieb die Buchee 12 antreibt:, die ihrerseits die Spindel 16 durch die
Keilverbindung mit dieser dreht. Der Antrieb für die Drehbewegüng der Buchse-12
und die Hin- und Harbewegung der Spindel 1!6 in der Buchse wird nicht mit näheren
Einzelheitert beschrieben, da diese Antriebe für das Verständnie der Erfindung nicht
Wichtig sind und für diesen Zweck jeder beliebige Antrieb vorgesehen werden kann.
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Für viele Arbeiten werden die Buchse 12 und die Spindel 16 gedreht
und die Spindel 16 wird: axial mit Bezug auf die Buchse bewegt, um ihr einen Vorschub
zum Werkstück mitzuteilen. Beispielsweise Arbeiten sind Bohr- und Präsarbeiten,-während
während welchen das Werkstück feststehend sein kann arid das sich drehende Werkstück
axial dem Werkstück zugeführt wird. Bei Arbeiten, bei welchen die Spindel nicht
axial zur Buchse bewegt wird, z.B. bei gewissen Fräsarbeiten, ist es wünschenswert,
die Spindel an. der Buchse festzuklemmen, um ein Rattern zu vermeiden; Dies geschieht
durch eine druckmittelbetätigte Einspanneinrchtung,,,die allgemein mit B bezeichnet
ist, die so betätigt werden kann, daß sie die Spindel an der Buchse
sichert
oder umgekehrt, ohne daß die Spindeldrehung abgestellt wird. Die-gezeigte Einspanneinrichtung
B besitzt eine Spannpätrone 24, von der Weile in Anlage an der Spindel durch einen
druckmittelbetätigten Motor 26 mit einem Ringkolben 27 bewegt werden. Die Spannpatrone
24 ist-zwischen der Spindel und dem riolben 27 des Motors 26 angeordnet gezeigt
und besitzt ein ringförmiges Element 28, welches die Spindel umgibt und mehrere
sich a$ial erstreckende elastische Einspannglieder 30 aufweist, bei der bevorzugten
Ausführungsform zwölf, die sich axial von diesem zum vorderen oder Werkzeugende
der Spindel erstrecken, Das freie Ende jedes Einspanngliedes 30 weist eine Erweiterung
oder einen Einspannblock 32 auf, der sich radial von diesem sowohl nach innen
als auch nach außen erstreckt, und welche Einspannblöcke in Reibungsanlage an den
Spindelumfang durch den Motor 2b bei Ausübung eines Druckmitteldrucke auf das linke
Ende des Motoro*26 bewegt werden können.
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Der Kolben 27 des druckmittelbetätigten Motors 26 ist innerhalb einer
Ringkammer 35 mit einer Öffnung in deren
Seite hin- und herbeweglich, welche
der Spannpatrone 24 oder
den Binapanngliedern 30 zugekehrt ist.und in welche
Öffnung
Teile der Einspannblöcke
32 hineinragen.. Der Kolben besitzt eine kontinuierliche
geneigte oder kegelstumpfförmge Innenfläche 36 benachbart seinem rechten Ende, welche
die geneigten Flächen 38 an den anliegenden Seiten der Ensparinblöeke 32 umgibt
und diesen entspricht, die in die Kammer
35 hineinragen bzwo zu dieser gerichtet
sind. Die: Bewegung des Kolbens 27 nach rechtsp gesehen in Fig. 1:erzeugt eine Verkeilungserkung,
zwischen den ge-. neigten Flächen 36 und 38, welche die Einspannblöcke 32: radial
in Heilungslage an der Spindel an Stellen in Abstand um deren Umfang herum drückt.
Die Bewegung des Kolbens
3:4 nach links,: gesehen in Figo.
l p. löst
die Verkeilungewirkung auf.die Einapannblöcke, wodurch die .Spindel frei wird und-sich
axial mit Bezug auf die Buchse bewegen kann, Der Kolben 27 besitzt zwei konzentrische
Ringflansche 4a,.
42, die- sich axial zum hinteren - Bnde der - Spindel -
von -der -einen Seite eines ringförmigen Basisteile
44 erstrecken. Die-beiJen
konzentrischen. Flansche 40 und 42 begrenzen mit demIaesteil 44 eine Druckmittelkammer
46, die .n den hinteren 11ei1 47 der Kammer 35 mündet, innerhalb welcher der Kolben
27 sioh hin- und herbewegt, und die
flansche 40 und 42 des Kolbens
liegen gleitbar an den anliegenden Ringwänden der Kammer, Das hecken
des
Druckmittels am Kolben vorbei wird durch herkömmliche )ichtungsringe 41 und 43 verhindert,
die durch den Kolben 27 getragen werden, Die Kammer 35 weist bei der in fig, 1 -
3 dargestellten Ausführungsform einen inneren zylindrischen Teil 48, der die hintere
und die kurze'Wand von xleinerem Durchmesser der zylindrischen Kammer bildet. Der
zylindrische Teil befindet sich in der zurückgezogenen Stellung: in einer Öffnung
im vorderen Ende der Buchse und wird in dieser durch einen äußeren zylindrischen
Teil 49 gehalten, der die vordere und die lange Wand von größerem Durchmesser der
Kammer 35 bildet. Der äußere zylindrische Teil 49 ist an der Buchse durch geeignete
mit Gewinde versehenen Befestigungsmittel befestigt,, wodurch zumindest der äußere
zylindrische Teil 49 fest mit der Buchse verbunden ist. Gegebenenfalls kann die
Kammer 35 unmittelbar in der Buchäe ausgebildet sein und der innere und der äußere
zylindrische Teil 48, 49 kann mit Ausnahme des Teils des
vordere Endwand der Kammer 35 bildet: Diese Iammeranordnung ist
in zig: 4 dargestellt,: in welcher die Teile, die denen in Figa 1 3 identisch sind,-die
gleichen Bezugs--ziffern haben, jedoch.mit einem Strich versehen sind.
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Diese Anordnung zeigt eine Ver schlußkappe 50, welche die vordere
Endwand des Zylinders oder der Kammer 35 bildet, und der Kolben 27 wird von den
zylindrischen Wänden gleitbar'getrageng die bei dieser Ausführungsform einen Teil
der Buchse bilden.
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Der Kolben 27 bewegt sich in der Einspannrichtung, dmh. gesehen in
Fig. 1, mit Bezug auf die zylindrischen Teile 48, 49 unter der Wirkung des
Drückmittels nach rechts, das dem Kolben zugeführt wird, so daß dieser sich um einen
kleinen weiteren Betrag, beispielsweise von einigen tau- _ sendstel Zoll, entgegen
der Belastung einer Federscheibe 51 bewegt, die zwischen den entgegengesetzten Enden
des Kobens 27 und der Kammer 35 angeordnet ist. Diese Bewegung reicht aus, .die
Einspannblöcke '32 in Reibungsanlage an dem Spindelumfang zu treiben. Die Einspanuwirkung,
die die Spindel an der Buchse sichert, wird durch die Sicherung dies Kolbens 27
an der Buchse ergänzt. Die Sicherungs-oder Bindewirkung zwechen dem Kolben und der
Buchse wird
über den äußeren zylindrischen Teil 49 durch einen@elastischen
Wandteil 52 bewirkt, der vorzugsweise ringförmig ist und der dünner als die übrige
Kolbenwand ist und derart ist, daß bei der Ausübung einesSestimmten Druckmitteldrucke
in der Kolbenkammer 46 sich der elastische Wandteil radial nach außen in Bindeanlage
an die Innenwand.des äußeren zylindrischen Teils 49 ausdehnt. Das Spiel
zwischen dem elastischen Wandteil und dem äußeren zylindrischen feil 49 ist
sehr gering und deshalb ist der Grad der Auswärtsbiegebewegung, die erforderlich
ist, um den Kolben an der Buchse zu binden, sehr klein. Wenn die Einspannwirkung
abgeschlossen ist, sind die Spindel 16, die Einspannblöcke 32, der Kolben
27, die zylindrischen Weile 48, 49 und die Buchse 12 aneinander gesichert, um eine
Einheit zu bilden, welche ein wirksames Mittel zum Festspannen der Spindel an der
Buchse darstellt und welche ein Rattern verhindert während sich die Teile
in zusammengespanntem Zustand befinden. Die Spindel wird von der Buchse dadurch
gelöst, daß der Druckmitteldruck auf den Kolben 34 aufgehoben wird, so daß eich
der elastische Wandteil 52 zusammenziehen kann und sich außer Bindungsanlage an
dem äußeren zylindrischen Teil 49 bewegen kann, was zur Folge hat, daß die Feder-
Scheibe
59 den Kolben 27 nach linke bewegt,@wodureh die Verkeilungewirküng auf die
Einspannblöcke 32 aufgehoben wird und sich daher die Spindel frei axial zur Buchse
bewegen kann.: Die Belieferung und die Ableitung des linken Endteils 47
der
Kammer 35 und damit des Kolbens 27 geschieht durch eine hydraulische Anlage
am Spindelkopfrahmen 10, die einen Behälter, eine Pumpe und (nicht gezeigte) Regelorgane
aufweist" die geeignete (.nicht gezeigte) Ventile. zur Regelung der Druckmittelströmung
durch eine biegsame Zeitung 54 betätigen, von der ein Teil in Fgo 1 gezeigt ist,
und die an einem-radialeh Kanal 56 im Spindelkopfrahmen:10 angeschlossen
ist. .Der Kanal 56 steht mit einem Ringkanal 58 um den Umfang eines Druckzwischenstücks-60
in Verbindung, das vorzugsweise feststehend. ist und um die Buchse 12 und zwischen
dem Rahmen 10 und der Buchse angeordnet ist. Der Ringkanal 58 steht mit einem Kanal
62 in Verbindung, der sich durch das Druokzwischenstück 64 erstreckt und in einen
weiteren Ringkanal 64 mündet, der seinerseits mit einem Kanal 66 in Verbindung steht,
der sich durch die Buchse 12 erstreckt und im Endteil 47. der Kammer 35 durch eine
Öffnung 68 im inneren zylindrischen
Teil 48 mündet, der die hintere
Wand der Kammer 35 bildet. Diese Verbindung. ermöglicht eine ständige Druckmittelströmung
in die Kammer 35,während-der Drehung der Spindel mit Bezug auf das Druckzwischenstück
60 und den üahmen 10.
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wenn die Spindel an der Buchse festgespannt werden s031, was sowohl
geschehen kann, während sich die Spindel und die Buchse drehen, als auch, wenn sich
die Teile im Stillstand befinden, beispielsweise vor der Bearbeitung eines Werkstücks,
werden die Regelorgane betätigt, damit Druckmittel durch das Leitungssystem 54,
56f 589 62, 64, 66, 68 in die Kammer 35 entgegen dem belasteten Kolben 27
eintreten kann.@Das pruckmittel verdrängt den Kolben 27, gesehen in Fig. 1, entgegen
der Belastung der Federscheibe 51 um einen Teilbetrag nach rechts, was eine Verkeilungswirkung
auf die Einspannblöcke 32 zur Folge hat, durch welche sie auf den Spindelumfang
festgeapannt werden.
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Wenn sich der Kolben nach rechts bewegt, baut sich ein Druck in der
Kolbenkammer 46 auf und wirkt auf d'en elastischen Wandteil 52, um ihn radial
nach außen in Anlage an der äußeren zylindrischen Wand 48 auszudehnen, wodurch der
Kolben 27 mit der Buchse 12 fest verbunden und dadurch
der Einspannvorgang_
abgeschlosseri wird. Zur i#reigabe der Spindel in der Weise, daB sie sich axial
mit Bezug auf die Buchse bewegen kann, wird der Druck in der Kammer 35
durch
eine geeignete Betätigung der Regelorgane aufgehoben, wodurch sich der elastische
Wandteil 52 außer Anlage an der Kammerwand bewegen kann und sich daher der Kolben
nach links-unter der Wirkung der Feder 51 bewegen kann,. wodurch der Druck auf die.Einapannblöcke
32 aufgehoben wird und de Spindel 16 sich axial mit Bezug auf die Buchse bewegen
kann.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht das rasche Ein-und Ausbauen
der Spannpatrone in und aus der Buchse, so daB sie zum Auswechseln und/oder zur
Instandsetzung entfernt .werden können. Die Spannpatrone ist mit der Buchse durch
eine 2chnelltrennkupplung verbunden, die eine Anzahl Keilelemente 70 aufweist, welche
um den Umfang der Spannpatrone 28 angeordnet sind, die mit einer Reihe Keilelemente
72 zusammenwirkt, welche um die Innenfläche bzw.
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den Innenumfang des inneren zylindrischen Teils 4.8 (Fig. 1 - 3@ angeordnet
sind,, oder mit der Buchse (Fig. 4) aus einem Stück bestehen.. Während des-Einbaus
der Spannpatrone werden die Keilelemente 70 in Ausfluchtung mit den Ö ffnungen
zwischen
den Keilelementen 72 gebracht, so daß die Elemente 70 durch diese hindurchtreten.können,
und die Spannpatrone wird dann um einige Grad gedreht, um zumindest eine teilweise
Ausfluchtung der Keilelemente 70 und 72 zu erhalten, welche eine axiale Auswärtsbewegung
der Spannpatrone verhindert. Bei der dargestellten Anordnung sind der Kolben
279 die zylindrischen Teile 48, 49 und die Feder 51 leicht dadurch auswechselbar,
daß der äußere zylindrische Teil 49 entfernt wird, Außer den Vorteilen einer leichten
Zugänglichkeit zu den Teilen des Einspannmechanismus wird durch die Anordnung
ferner der Vorteil der Begrenzung der Wärmeausdehnung der Spindel infolge von Veränderungen
in den Lagertemperaturen von dem Einapannmechanismus nach rechte erzielt, so daß
die Genauigkeit der Werkzeugeinstellung hierdurch nicht beeinflußt wird. Dieser
Vorteil ergibt sich aus der Anordnung der Einspannelemente zwischen den äußeren
Kegellagern 14 und dem durch das rechte Ende der Spindel ge-i tragene Werkzeug,
da eine der stärksten Wärmequellen durch die Kegellager 14 gebildet wird. Bei der
dargestellten Hauform wird durch die Lager 44 sowie durch die anderen Teile der
Anordnung erzeugte Wärme, die von der
Spindel aufgenommen wird.,
die Spindel nach links von den Einspannblöcken 32 ausgedehnt, so daß die Werkzeugeinstellung
nicht beeinträchtigt wird, Die Anwendung der Einspannung allein trägt zum Zentrieren
der Spindel in der Buchse bei.
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Obwohl de Erfindung mit näheren Einzelheiten dargestellt und beschrieben
wurde, ist sie natürlich nicht auf diese beschränkt und beispielsweise kann die
Spannpatrone aus mehreren gesonderten Teilen bestehen, die sich in Abständen um
die Spindel herum befinden. Gegebenenfalls bracht der Kolben nicht ringförmig zu
sein' kann jedoch aus einem oder mehreren gesonderten Kolben bestehen, die um die
Spindel herum angeordnet -sind.
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Als weitere Alternative kann die Spannpatrone außerhalb des Kolbens
vorgesehen sein, und die biegsame Kolbenwand kann sieh benachbart der Spindel befindenö
Eine weitere Abänderung kann darin bestehen, daß die Spannpatrone weggelassen wird
und jeder der beiden konzentrieohen zylindrischen Kolbenwandteile mit einem odermehreren
elastischen Teilen versehen wird:
Aus dem Vorangehenden ergibt
sich, daß die Ziele der Erfindung und eine neue und verbesserte Vorrichtung zum
Einspannen eines gleitbar gelagerten Elements geschaffen wurde, vorzugsweise eines
Elements, das in einer drehbaren kraftgetriebenen Hülse gelagert ist, und durch
welche die- Te-,le während der Drehung der Hülse fest miteinander verbunden werden
können.
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.Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene bevorzugte
Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Abänderungen
erfahren.