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Die Erfindung betrifft eine Zentrierung von Werkzeugen oder Werkzeughaltern
in bzw. auf der Spindel von Werkzeugmaschinen, mit zwei tragenden zylindrischen
Paßflächen verschiedenen Durchmessers und einer zu deren Achse rechtwinklig verlaufenden
Planpaßfläche an der Spindel bzw. einem an ihr festen Teil und an dem Werkzeug bzw.
einem an ihm festen Teil.
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Eine derartige Zentrierung ist bei einer Messerkopfspannung bekannt,
bei der ein aus der Maschinenspindel herausragender Dom vorgesehen ist, der eine
zylindrische Paßfläche trägt. Der -MesSetköpf ist mittels in Bohrungen an der Stirnseite
der Maschinenspindel eingedrehten Schrauben an der Spindel gehalten. Dabei übergreift
der Messerkopf die Spindel und liegt an der Spindelaußenfläche tragend an. Eine
zweite Zentrierung des Messerkopfes ist durch die zylindrische Paßfläche des Domes
gegeben (Zeitschrift »Werkstatt-Technik und Maschinenbau«, 40. Jahrgang, Heft
1, Januar 1950, S. 15, Bild 26).
Nachteilig bei dieser Zentrierung
ist der Umstand, daß das Werkzeug, insbesondere wenn es sich um relativ schwere
Werkzeuge handelt, beim Aufsetzen auf den Dom bzw. die Spindel leicht verkanten
und festsitzen kann, wodurch die Paßflächen beschädigt werden können und wodurch
der Werkzeugwechsel häufig mehr Zeit beansprucht, als eigentlich erforderlich wäre,
wenn das Werkzeug glatt aufgeschoben werden könnte. Zwar erleichtert der Dom wegen
des günstigeren Verhältnisses von Länge zum Durchmesser der Zentrierfläche das Aufbringen
des Messerköpfüs, jedoch ist diese Erleichterung relativ unbedeutend, da ein Verkanten
beim Aufspannen des Messerkopfes auf der Paßfläche des Domes trotzdem noch leicht
vorkommen kann. Die zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt als die erste Paßfläche
in Eingriff kommende zweite zylindrische Paßfläche hilft bei dem Zentriervorgang
nicht mit, da zu diesem späteren Zeitpunkt der eigentliche Zentriervorgang längst
abgeschlossen ist. Deshalb könnte auch, soweit die zweite zylindrische Paßfläche
nicht als tragende Fläche erforderlich ist, diese bekäüiite Zentridr- und Spannvorrichtung
durch eine in der Zeitschrift »Das Industrieblatt«, Stuttgart, August
1957, S. 376,
Bild 4, veröffentlichte Messerkopfspannung ersetzt werden, bei
der lediglich die Dornzylinderfläche als Paßfläche ausgebildet ist und den Messerkopf
zentriert. Nachteilig ist bei der Verwendung von zwei zylindrischen Paßflächen an
der Spindel bzw. einem in die Spindel eingesetzten Dorn jedoch, daß die beiden zylindrischen
Paßflächen im allgemeinen nicht in einer Einspannung geschliffen werden können,
wodurch sich zusätzliche Toleranzen in Förih Vöfi Mttenabweichungen ergeben, Schließlich
eignet sich eine solche Spannung mit zwei Zylinderpaßflächen zwar für Messerköpfe
mit größen Durchmessern, sie eignet sich jedoch keineswegs zur Aufnahme von Spannzangen.
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Es ist ferner eine Zentrier- und Spannvorrichtung bekanntgeworden,
bei der das Werkzeug mit einem eine zylindrische Paßfläche aufweisenden Dom und
mit einer zur Zylinderachse senkrechten Planfläche versehen ist. Der Dorn ist dabei
in bekannter Weise an seiner vorderen Kante angefast. Trotz der Anfasung, die allgemein
angewandt wird, besteht beim Zusi-minenstecken die Gefahr des Verkantens des zylindrischen
Zapfens in der Zentrierbohrung, wodurch Zapfen und Bohrung beschädigt und ungenau
werden und das besonders bei schweren unhandliehen Werkzeugen, wie beispielsweise
bei Messerköpfen, zu befürchtön ist (deutsche Auslegeschrift 1182507).
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Diese Nachteile, die durch das verkantete Aufsetzen des Werkzeuges
bedingt sind, waren bisher nur durch das Verwenden konischer Zentrierungen vermeidbar.
Diese Zentrierungen haben jedoch den Nachteil, daß keine Planfläche vorgesehen werden
kann, an der das Werkzeug mit einer Gegenplanfläche zur Anlage kommt und die große
Querkräfte aufzünehmen vermag. Eine solche Planfläche kann bei konischen Passungen
deshalb nicht vorgesehen werden, weil die Eindringtiefe des konischen Dornes in
die konische Bohrung nicht exakt festlegbar ist, die Lage der Planfläche relativ
zur konischen Paßfläche jedoch unveränderlich ist. Ein Nachteil der Verwendung konischer
Paßflächen liegt schließlich darin, daß hierbei zum Werkzeugwechsel das Werkstück
relativ weit von der Maschinenspindel entfernt werden muß, um den Ausfahrweg des
konischen Domes aus der konischen Bohrung freizugeben. Dadurch werden jedoch die
Werkzeugwechselzeiten in unerwünschter Weise vergrößert. Es sind deshalb die vorgeschriebenen
Zentrierungen mit zylindrischer tragender Paßfläche und die Querkräfte aufnehmender
Planpaßfläche entwickelt worden, die aber ihrerseits die erwähnten anderen Nachteile
aufweisen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zentrierung zu schaffen,
die den Werkzeugwechsel erleichtert und beschleunigt und bei- der die Gefahr von
Beschädigungen empfindlicher Paßflächen stark vermindert ist.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung bei Werkzeughalterungen
mit zwei tragenden zylindrisehen Paßflächen verschiedenen Durchmessers und einer
zu deren Achse rechtwinklig verlaufenden Planpaßfläche dadurch, daß der Durchmesserunterschied
der beiden tragenden zylindrischen Paßflächen klein ist.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch den ]deinen
Durchmesserunterschied der beiden Paßflächen beim Auf-schieben des Werkzeuges der
Dornabschnitt mit dem kleineren Durchmesser und der Bohrungsabschnitt mit dem etwas
größeren Durchmesser eine lose Vorzentrierung bewirken, ohne daß die Länge der tragenden
zylindrischen Paßfläche merklich vermindert wird. Durch die Erfindung ist also eine
Zentrierung geschaffen, die den Werkzeugwechsel erleichtert und beschleunigt und
bei der die Gefahr von Beschädigungen der Paßflächen durch Verkanten des Werkzeuges
oder Werkzeughalters praktisch iiieht mehr besteht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß die beiden zylindrischen tragenden Paßflächen mit wenig unterschiedlichem
Durchmesser in der gleichen Einspannung geschliffen werden können, wodurch Gewähr
dafür gegeben ist, daß die beiden Paßflächen exakt zusammenfallende Achsen aufweisen.
Vorteilhaft ist beim Erfindungsgegenstand schließlich ferner, daß trotz der Vorzentrierung
diese die Vorzentrierung bewirkende Dornfläche nicht als Paßfläche verlorengeht,
wodurch auch vermieden ist, daß die Belastbarkeit vermindert oder die Flächenpressung
erhöht wird. Alle diese beschriebenen Vorteile ergeben sich in einer für den Fachmann
überraschenden Weise allein dadurch, daß die Zylinderpaßfläche einen wenig abgesetzten
Zylinderpaßflächenabschnitt aufweist.
Durch die Erfindung wird ein
seit langer Zeit bekanntes Problem in verblüffend einfacher Weise gelöst. Man erreicht
durch die Erfindung annähernd die Bedienungsvorteile von konischen und damit selbstzentrierenden
Paßflächen.
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Der übergang zwischen den beiden Zylinderpaßflächen kann in beliebiger
Weise geformt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsförm der Erfindung ist zwischen
den beiden zylindfischen Flächen der Spindel und/oder des Werkzeuges eine Kggelfläche
vorgesehen. Es genügt dabei, wenn entweder zwischen den Zylinderpaßflächen des Dornes
oder den Zylinderpaßflächen der Böhrung eine Kegelfläche vorgesehen ist. Die kegglige
Anlauf- und Verbindungsfläche führt das aufgeschobene, vorzentrierte Teil exakt
in seine endgültige koaxiale, Position, ohne daß ein Verecken oder Verkanten möglich
wäre. Die kegeligen Anlauf- und Verbindungsflächen sind jedoch keine Paßflächen
und brauchen nicht genau maßhaltig zu sein. Durch die kurze kegelige übergangsfläche
wird die tragende zylindrische Paßfläche in ihrer Größe nur ganz unwesentlich verkleinert,
so daß die Flächenbelastung hierdurch praktisch nicht vergrößert wird. Es wird dadurch
der Werkzeugwechselvorgang weiter vereinfacht und beschleunigt. Dabei kann, wie
bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, zwischen den zylindrischen Paßflächen
der Zylinderbohrung und/oder des Zylinderdomes mindestens eine Hohlkehle vorgesehen
sein. Dabei weist vorteilhafterweise die Hohlkehle eine kurze steile Flanke und
eine etwas längere und weniger steile Flanke auf.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Es zeigt F i g. 1 eine Zentrierung nach der Erfindung, wobei
eine Hülse und ein Zentrierdorn zur klareren Darstellung in einem Abstand voneinander
gezeichnet sind, und F i g. 2 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeughalter
im Schnitt.
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Die Spannvorrichtung weist einen Zentrierdorn 1
auf, der in
das eine Kegelbohrung 2 aufweisende Ende einer Maschinenspindel 3 eingesteckt
und dort in an sich bekannter Weise befestigt ist. Der Zentrierdom weist an seinem
inneren Ende eine Gewindebohrung 4 auf, in die eine in einer Bohrung 5
der
Maschinenspindel 3 geführte nicht dargestellte Anzugsstange zum Zwecke der
Befestigung des Zentrierdornes 1 eingeschraubt werden kann, wie dies bei
Schaftwerkzeugen mit Zentrierkonus bekannt ist. Der Zentrierdorn weist eine zentrale
Bohrung 6 auf, die unter Bildung einer Schulter 7 zum werkzeugseitigen
Ende hin erweitert ist. Bei Bedarf kann in die Bohrung 6 eine Schaftschraube
8 von vom eingeführt werden, deren Kopf sich über einen Bund oder eine Unterlagsscheibe
10 an der Schulter 7 abstützt.
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Auf dem Ende der Antriebsspindel 3 ist ein Flanschteil
11 durch in der Stirnfläche 13 der Maschinenspindel 3 vorgesehene
Gewindebohrungen 12 befestigt. Der spindelseitige Rand 14 des Flanschteiles
11 übergreift die Stirnseite 13 der Spindel 3 und liegt passend
an der Umfangfläche 15 der Spindel 3 an. Dadurch ist der Flanschteil
11 auf der Spindel 3 genau zentriert. In dem Flanschteil
11 ist eine zentrale Bohrung 16 vorgesehen, deren Durchmesser etwas
größer als der benachbarte Außendurchmesser des Zentrierdornes 1 ist, so
daß der Zentrierdorn 1 auch bei Maßtoleranzen des Flanschteiles
11 in jedem Falle satt in die Kegelbohrung 2 der Spindel 3 eingesetzt
werden kann.
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Die der _Spindel 3 benachbarte Fläche 19 ist genau plan
und liegt passend an der Stimfläche 13 der Spiti# del 3 an, die genau
senkrecht zur Spindelachse verläuft, Eine vordere Stimfläche 10 des Flanschteiles
11
verläuft genau parallel zu der hinteren Fläche 19 und ist als Paßfläche
ausgebildet. Das Drehmornent-wird ,von der Spindel 3 auf das Flanschteil
11 durch einen Nutenstein21 übertragen, der durch eine Schraube 22 auf der
Spindelstimseite 13 in einer radial verlaufenden Nut 23 befestigt
ist und in eine nach innen mündende, ebenfalls radiale Nut 24 des Flanschteiles
11 eingreift. An Stelle des Nutensteines können auch Paßstifte zur Drehmomentübertragung
verwendet sein.
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Der Flanschteil 11 weist ein Außengewinde
17 auf, auf dem eine Übcrwurfmutter 18 geführt ist, die einen Wei7kzeughalter
25 gegen die Paßfläche 20 des Flanschteiles 11 zieht. Die der Paßfläche
20 gegenüberliegende rückseitige Fläche 26 ist ebenfalls als Paßfläche ausgebildet.
Liegt die Fläche 26 dicht an der Fläche 20 des Vlanschteiles 11 an,
so verläuft die Paßfläche 26 genau senkrecht zur Spüldelächse.
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Zum Zwecke der Schnellspannung weist der Werkzeughalter radial abstehende
Klauen 27 auf, und die überwurfinutter 18 ist an ihrem vorderen Rand
mit nach innen ragenden Klauen 28 vergehen. Die einander zugekehrten Flächen
der Klauen 27 und 28
können in einer zur Achse senkrechten Ebene verlaufen
oder aber schräg nach Art einer Schlauchkupplung ausgeführt sein. Das Gewinde
17, mit dem die überwurfmutter 18 am Flanschteil 11 geführt
ist, ist so steil, daß eine Drehung um einen verhältnismäßig kleinen Winkel genügt,
um den Werkzeughalter 25 fest gegen die Paßfläche 20 zu pressen.
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Der Werkzeughalter weist auf seiner dem Spindelende zugewandten Seite
eine Bohrung 29 auf, in die zwei zylindrische Paßflächen 30 und
31 eingeschliffen sind, wie es aus F i g. 1 besonders deutlich ersichtlich
ist. Die Paßfläche 30 weist einen kleineren Innendurchmesser auf als die
Paßfläche 31. Entsprechend sind an dem vorderen Teil des Zentrierdornes
1 Paßflächen 32 und 33 vorgesehen, die bei eingesetztem Werkzeughalter
25 genau an den Paßflächen 30 bzw. 31 anliegen. Zwischen den
Paßflächen 30 und 31 und den Paßflächen 32 und 33 kann
jeweils eine Hohlkehle vorgesehen sein. Diese Hohlkehle besteht vorzugsweise, wie
in F i g. 1 dargestellt, aus einer flachen Flanke 34 bzw. 35, aus
einem kurzen zylindrischen Abschnitt 36 bzw. 37 und aus einer kurzen
kegeligen, verhältnismäßig steilen Flanke 38
bzw. 39. Die langen und
weniger steilen Flanken 34 und 35 befinden sich an denjenigen Seiten der
zylindrischen Mittelabschnitte 36 bzw. 37, an denen beim Zusammenstecken
der Teile 1 und 25 die Teile aneinandergeführt werden; die steilen Flanken
38 bzw. 39 befinden sich auf denjenigen Seiten der zylindrischen Abschnitte
36 bzw. 37, die beim Zusammenstecken der Teile 1 und
25 nicht zur Führung des je-
weils anderen Teiles herangezogen werden.
An die Paßfläche 33 mit größerem Außendurchmesser schließt sich also die
weniger geneigte Flanke 34 an, auf die der zylindrische Abschnitt 36 folgt,
der wiederum -über eine kurze steile Kegelfläche, die durch die Flanke
38 der Hohlkehle gebildet ist, mit der Paßfläche 32 mit kleinerem
Außendurchmesser verbunden
ist. Umgekehrt schließt sich die flache
Flanke 35 an das dem Boden der Sackbohrung 29 abgewandte Ende der
Paßfläche 30 an. Die steile Flanke 39 schließt an das dem Boden, der
Sackbohrung 29
zugewandte Ende der Paßfläche 31 an. Die Reihenfolge
von steilen und flachen Flanken ist also bei Zentrierdom 1 -und Werkzeughalter
25 umgekehrt, wodurch ein schnelles und sicheres Aufstecken des Werkzeughalters
25 auf die Paßflächen 32 und 33 des Zentrierdornes
1 ermöglicht ist., Am vorderen Ende des Zentrierdornes 1 ist noch
eine Kegelfläche oder Anfasung 40 vorgesehen. Die Bohrung 29 in dem Werkzeughalter
25 ist etwas länger als der in sie eingesetzte Teil des Zentrierdornes
1, so daß zwischen der Stirnfläche des Zentrierdornes 1 und der Bodenfläche
der Bohrung 29 noch ein kleiner Zwischenraum 41 bleibt. Der Werkzeughalter
25 weist außerdem am offenen Rand der Bohrung 29 eine der Anfasung
40 des Zentrierdornes 1 entsprechende Schrägfläche 42 auf. Es wird dadurch
eine Beschädigung der Kanten von Zentrierdorn und Bohrung beim Zusammenstecken vermieden.
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Der in F i g. 2 dargestellte Werkzeughalter 25 weist
an seinem werkzeugseitigen Ende eine Spannzange 42 auf, die durch eine überwurfmutter
43 in eine Kegelbohrung 44 des Werkzeughalters 25 eingezogen wird. Der Werkzeughalter
zentriert sich durch die Paßfläche 26 und die zylindrischen Paßflächen
30
und 31 bzw. 32 und 33. Das Drehmoment wird über Afitnehmerstifte
45 vom Flanschteil auf den Werkzeughalter 25 übertragen.