DE1752128C3

DE1752128C3 - Werkzeug-Schnellspanneinrichtung für Werkzeuge Von Bohr-, Fräs- u.dgl. Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE1752128C3
Application number: DE19681752128
Authority: DE
Inventors: Willi 5810 Witten Lipp
Original assignee: RHEINSTAHL HUETTENWERKE AG 4300 ESSEN
Current assignee: RHEINSTAHL HUETTENWERKE AG 4300 ESSEN
Priority date: 1968-04-06
Filing date: 1968-04-06
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DE1752128A1; DE1752128B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeug-Schnellspanneinrichtungfür Werkzeuge von Bohr-, Fräs- und dergleichen Werkzeugmaschinen, in deren Arbeitsspindel zentral eine Zugstange zur lösbaren Halterung des Werkzeuges angeordnet ist, an deren vorderem Ende eine Spannzange mit federnden Schenkeln befestigt ist, deren als Stollen ausgebildete Enden in einer

Ringnut des Werkzeugschaftes ragen.

Bei häufigen Werkzeugwechseln während des Bearbeitungsablaufes eines Werkstückes verlängern diese Nebenzeiten die Gesamt-Beaibeitungszeit. Für

den automatischen Bewegungsablauf in neuzeitlichen Bearbeitungszentren ist ein schneller und sicherer Werkzeugwechsel unbedingte Voraussetzung.

Aus der schweizerischen Patentschrift 437965, F i g. 2 ist eine Werkzeugeinriebtang bekannt, mit der

ίο das Spannen und Lösen des Werkzeuges mittels einer Spannzange mit federnden Schenkeln erfolgt. Die Spannzange ist in der Werkzeugspindel verschiebbar. Die als Stollen ausgebildeten Enden ihrer Schenkel greifen in die Nut eines Haltebolzens, der auf den

»5 Werkzeugschaft geschraubt ist. Zum Werkzeugwechsel wird die Spannzange vorgeschoben. Dabei laufen die Stollen ihrer Schenkel auf einen in der Werkzeugspindel fpst angeordneten Konus auf, die Schenkel der Spannzange werden gespreizt und geben das Werkte zeug frei. Zum Spannen des eingeführten Werkzeuges wird die Spannzange zurückgezogen, ihre Schenkel federn zurück und halten mit ihren Stollen das Werkzeug. Hierbei ist nachteilig, daß das Verklammern des Werkzeuges federnd erfolgt. Federn müssen infolge

»5 Bruches entweder durch Materialschaden oder durch natürlichen Verschleiß nach einer nicht voraus berechenbaren Zeit ermüden und dann ausgetauscht werden. Der Austausch kann auch vorsorglich erfolgen, er ist aber immer zeitraubend. Alsdann ist bei dieser bekannten Spannvorrichtung das Spannen nicht mehr sichergestellt. Bei Werkzeugmaschinen mit automatischen Werkzengwechselvorrichtungen ist aber erforderlich, daß Werkzeugwechsel in kuizer Zeit und absolut zuv ig erfolgt, weil sonst der Bearbei-

tungsvorgang unterbrochen wird. Ein sicherer Werkzeugwechsel ist bei dieser bekannten Vorrichtung demzufolge nicht verwirklicht, weil das Spannen des Werkzeuges abhängig von der unzuverlä· »igen Wirkung von Federn erfolgt.

Aus der französischen Patentschrift 1452 753 ist weiter eine Werkzeugspannvorrichlung mit einer Spannzange bekannt, bei der zwar das Verklammern starr, aber das Lösen federnd erfolgt.

Bei den vorgenannten Spannvorrichtungen haftet

der gemeinsame Mangel an, daß zum Ausbau der Werkzeuge dadurch mehr Raum benötigt wird, daß auf d Werkzeuge ein Verlängerungsstück aufgesetzt wird. Mit diesem Verlängerungsstück wirkt die Spannzange zusammen. Der zusätzliche Raumbedarf

zum Ausbau der Werkzeuge geht dem Arbeitsraum unter dem Werkzeug verloren.

Bei einer weiteren, aus der USA.-Patentschrift 3 323 419 bekannten Spannvorrichtung wird der Werkzeugschaft nicht verlängert. Das Spannen und Lösen des Werkzeuges erfolgt zwangsgesteuert über ein Kopfteil, Greifbacken und einen Führungsblock. Diese Teile sind voneinander unabhängig und müssen getrennt gefertigt werden. Toleranzbedingte Abweichungen von den Sollmaßen können sich in ungünstigen Fällen addieren. Insbesondere wirkt sich die Verwendung von zwei getrennten Greifbacken nachteilig aus, weil infolge unvermeidbarer Bearbeitungsungenauigkeiten innerhalb der zulässigen Herstellungstoleranz die gleichzeitige Anlage der Anlageflächen der Greifbacken an der Gegenfläche in dem Kopfteil nicht gewährleistet ist. Bei einseitigem Angriff aber wird das Werkzeug verkantet und läuft nicht mehr rund. Darüber hinaus sind für die getrennte

axiale und radiale Bewegung der Greifbacken zwei separate aufwendige Betätigungsvorrichtungen erforderlich.

Weiter sind Werkzeug-Schnellspanneinrichtungen bekannt, deren zentral in der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine angeordnete Zugstange mit Innen- oder Außengewinde versehen ist, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gedreht wird und hierbei den mit dem entsprechenden Gs-gengewinde versehenen Schaft des jeweiligen Werkzeuges in die Arbeitsspindel hineinzieht, bzw. ausstößt. Dieser Werkzeugwechsel ist sehr zeitaufwendig.

Bei einer anderen bekannten Werkzeug-Schnellspanneinrichtung sind in einer in der Arbeitsspindel axial verschiebbaren Zugstange Kugeln angeordnet. ¹S Die Kugeln wirken mit einem Kegelabsatz des Werkzeugschaftes zusammen. Diese Werkzeug-Schnellspanneinrichtung arbeitet zwar schnell und kann auf verschiedene Weise kraftbetätigt werden, ihr Aufbau ist jedoch sehr kompliziert, und die Berührungsflä- *° chen zwischen Kugeln und Spannkegel sind sehr klein. Dadurch drücken sich die Kugeln nach einer entsprechenden Einsatzzeit stark in den Spannkegel ein, so daß der Werkzeugschaft beschädigt wird und das Werkzeug ausgetauscht werden muß. Außerdem ver- ^a5 längert der Spannkegel den Werkzeugschaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug-Schnellspanneinrichtung der eingangs genannten Gattung so zu gestalten, daß der Spann- und Lösevorgang schnell, sicher und mit genauem Ruid- 3<> lauf der Werkzeuge durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stollen der Schenkel sich in an sich bekannter Weise bei zurückgezogener und bei vorgeschobener Spannzange mit Anlageflächen gegen eine diesen Flächen jeweils angepaßte ringförmige Umlauffläche an dem Werkzeugschaft im Bereich der Anlagefläche zwischen Arbeitsspindel und Werkzeug anlegen, daß die Schenkel über an diesen angeordnete Steuerkanten bei vorgeschobener Spannzange durch *° eine Steuerkante an der Arbeitsspindel bzw. an einer darin angeordneten Steuerbüchse in Werkzeugwechselstellung und bei zurückgezogener Spannzange über weitere Steuerkanten durch an dem Werkzeugschaft bzw. an der Steuerbüchse angeordnete weitere Steu- *5 erkanten in Haltestellung gedrückt sind.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, daß die Spann- und Halteelemente im Bereich der Anlagefläche zwischen Arbeitsspindel und Werkzeug angeordnet sind. Dadurch geht dem Arbeitsraum unter dem Werkzeug kein Platz verloren, der zum Ausbau der Werkzeuge benötigt wird.

Sowohl das Spannen als auch das Lösen ist zwangsgesteuert und sichergestellt, weil beide Vorgänge unabhängig von der unzuverlässigen Wirkung von Federn erfolgen. Alle zum Spannen und Lösen erforderlichen Bewegungen werden nur von einem einzigen axial verschieblichen Teil, der Spannzange, ausgeführt. Beim Verschieben nach unten bzw. oben werden deren Schenkel über Steuerkanten zwangläufig nach innen bzw. außen gedruckt und in dieser Stellung gehalten. Der Spann- und Lösevorgang ist in etwa einer Sekunde durchführbar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- ⁶S dung ist die Anlagefläche an den Schenkeln der Spannzange von einer hinteren Fläche an den Stollen eebildet. die sich bei zurückgezogener Spannzange gegen die von der hinteren Fläche einer in einer Bohrung im Werkzeugschaft angeordneten Nut gebildeten hinteren ringförmigen Umlauffläche anlegt. Die weitere Anlagefläche an den Schenkeln der Spannzange ist von vorderen Flächen an deren Stollen gebildet, die sich bei vorgeschobener Spannzange gegen die von der vorderen Fläche der Nut gebildeten ringförmigen Umlauffläche anlegen. Die Steuerkanten sind auf der Außenseite und auf der Innenseite dor Schenkel angeordnet. Die äußeren Steuerkanten wirken mit einer umlaufenden Steuerkante in einer Steuerbüchse und die inneren Steuerkanten mit einem in der Steuerbüchse befestigten Querstift zusammen.

Damit die Anlagenflächen zwischen Arbeitsspindel und v. erkzeugschaft nicht beschädigt werden, sieht eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Steuerbüchse an ihrem vorderen Ende so ausgebildet ist, daß zwei halbmondförmige Vorsprünge seitlich neben den Schenkeln der Spannzange den Werkzeugschaft vorfixieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Werkzeug-Schnellspanneinrichtung gemäß der Linie M in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II in Fig. 1.

Eine Arbeitsspindel 1 nimmt in einer zentralen Bohrung eine Zugstange 2 und eine an deren vorderem Ende befestigte Spannzange 3 mit zwei zusammendrückbaren Schenkeln 4 in sich auf. Die Schenkel werden gebildet aus den seitlichen Flächen 5 eines hierdurch abgeflachten Drehkörpers und einem senkrecht zu diesen Flächen verlaufenden Längsschlitz 6. Zur Vermeidung von Kerbspannungen endet dieser Längsschlitz hinten in einem Radius 7. Die vorderen Enden der Schenkel 4 sind als radial nach außen ragende Stollen 8 ausgebildet. Die Schenkel 4 haben an ihren Außenflächen äußere Steuerkanten 9 und an ihren Innenflächen innere Steuerkanten 10. Die zentrale Bohrung in der Arbeitsspindel 1 ist im vorderen Teil kegelig ausgebildet. Sie nimmt in dieser Aufnahme 11 den ebenfalls kegeligen Werkzeugschaft 12 des jeweiligen Werkzeuges in sich auf. Im hinteren Teil des Werkzeugschaftes 12 ist eine Bohrung 13 und, sich daran nach vorne anschließend, eine Ringnut 14 mit einer hinteren ringförmigen Umlauffläche 15 und einer vorderen ringförmigen Umlauffläche 16 angeordnet. In die Bohrung 13 ragen die Schenkel 4 der Spannzange 3 und in die Ringnut 14 greifen die Stollen 8 der Schenkel 4. Oberhalb der kegeligen Aufnahme 11 der Arbeitsspindel 1 ist an deren zentrale Bohrung eine Steuerbüchse IT geschraubt, in der die Spannzange mit ihrem Außendurchmesser 18 geführt ist. Die Steuerbüchse 17 hat innen eine umlaufende Steuerkante 19 und nimmt einen Querstift 20 in sich auf. Sie endet vorn in einem zylindrischen Ansatz, der in die Bohrung 13 des Werkzeugschaftes 12 ragt. Der zylindrische Ansatz ist für den Durchtritt der Spannzange 3 geschlitzt, wodurch zwei halbmondförmige Vorsprünge 21 gebildet werden.

Nachstehend wird die Funktion der Schnellspanncinrichtung beschrieben:

Zum Spannen eines Werkzeuges wird dessen Werkzeugschaft 12 in die kegelige Aufnahme 11 der Arbeitsspindel 1 eingeführt. Elevor die gegenseitigen Anlageflächen 22 und 23 sich berühren können, wird

der Werkzeugschaft 12 mit seiner Bohrung 13 über die beiden halbmondförmigen Vorsprünge 21 der Steuerbüchse 17 vorfixiert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannzange 3 über die Zugstange 2 vorgeschoben, die Schenkel 4 durch Auflaufen ihrer äußeren Steiiierkanten 9 auf die in der Steuerbüchse 17 umlaufende Steuerkante Vf so weit zusammengedrückt, daß der Außendurchmesser 24 der Stollen 8 kleiner ist als die Bohrung 13 in dem Werkzeugschaft 12. Nachdem die beiden Ksgdflächen 22 und 23 der Arbeitsspindel 1 bzw. des Werkzeugschaftes 12 über die Vorfixierung zur Anlage gekommen sind, wird die Zugstange 2 mit der Spannzange 3 zurückgezogen. Die äußeren Steuerkanten 9 der Schenkel 4 verlassen die Steuerkante 19 in der Steuerbüchse 17, federn zurück, und die Stollen 8 greifen in die Ringnut 14 des Werkzeugschaftes 12. 'Bei weiterem Zurückziehen der Spannzange 3 legen sich die hinteren Flächen 25 der Stollen 8 gegen die hintere ringförmige Umlauffläche 15 der Ringnut 14 und spannen das Werkzeug. Gleichzeitig laufen **^:<? inneren Steuerkanten 10 der Schenkel 4 auf den Querstift 20 in der Steuerbüchse 17, so daß die Schenkel 4 in gespreiztem Zustand gehalten werden.

Zum Lösen des Werkzeuges wird die Zugstange 2 vorgeschoben. Die inneren Steuerkanten 10 verlassen den Querstift 20. Dadurch ist die Verriegelung auf gehoben, durch die die Schenkel 4 gespreizt gehalten werden. Bei weiterem Vorschiebender Spannzange 3 laufen zunächst die äußeren Steuerkanten 9 auf die Steuerkante 19 auf, und die Schenkel werden zusammengedrückt. Dann legen sich die vorderen Flächen 26 der Stollen 8 gegen die vordere ringförmige Umlauffläche 16 der Ringnut 14 im Werkzeugschaft 12 und stoßen anach das Werkzeug aus.

Das Betätigen der Zugstange kann manuell sowie hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder auf jede an-

»5 dere bekannte Weise erfolgen.

Der einfache Aufbau des Erfindungsgegenstandes und der Einsatz von Steuerkanten garantieren den zwangläufigen Ablauf der Spann- und Lösefunktion und somit den störungsfreien Dauerbetrieb. Es wer-

*° den nicht nur Vorteile durch niedrigere Gesamt-Bearbeitungszeiten damit erreicht, es ist darüber hinaus eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. - Werkzeug-Schnellspanneinrichtung für Werkzeuge von Bohr-, Fräs- und dergleichen Werkzeugmaschinen, in deren Arbeitsspindel zentral eine Zugstange zur lösbaren Halterung des Werkzeuges angeordnet ist, an deren vorderem Ende eine Spannzange mit federnden Schenkeln befestigt ist, deren als Stollen ausgebildete Enden in eine Ringnut des Werkzeugschaftes ragen, d adurch gekennzeichnet, daß die Stollen (8) der Schenkel (4) sich in an sich bekannter Weise bei zurückgezogener und bei vorgeschobener Spannzange (3) mit Anlageflächen (25,26) gegen eine diesen Flächen angepaßte ringförmige Umlauffläche (15,16) an dem Werkzeugschaft (12) im Bereich der Anlageflächen zwischen Arbeitsspindel (1) und Werkzeug anlegen, daß die Schenke] (4) über an diesen angeordnete Steuerkanten

(9) bei vorgeschobener Spannzange (3) durch eine Steuerkante (19) an der Arbeitsspindel (1) bzw. an einer darin angeordneten Steuerbüchse (17) in Werkzeugwechselstellung und bei zurückgezogener Spannzange (3) über weitere Steuerkanten

(10) durch an dem Werkzeugschaft (12) bzw. an der Steuerbüchse (17) angeordnete weitere Steuerkanten (20) in Haltestellung gedrückt sind.

2. Werkzeug-Schnellspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (25) an den Schenkeln (4) der Spannzange (3) von einer hinteren Fläche an den Stollen (8) gebildet ist, die sich bei zurückgezogener Spannzange (3) gegen die von der hinteren Fläche einer in einer Bohrung (13) im Werkzeugschaft (12) angeordneten Nut (14) gebildeten hinteren ringförmigen Umlauffläche (15) anlegt und daß die weitere Anlagefläche (26) von vorderen Flächen an den Stollen (8) gebildet ist, die sich bei vorgeschobener Spannzange (3) gegen die von der vorderen Fläche der Nut (14) gebildeten ringförmigen Umlauffläche (16) anlegen, daß die Steuerkanten (9) auf der Außenseite und die Steuerkanten (10) auf der Innenseite der Schenkel (4) angeordnet sind und die äußeren Steuerkanten

(9) mit einer umlaufenden Steuerkante (19) in der Steuerbüchse (17) und die inneren Steuerkanten

(10) mit einem in der Steuerbüchse (17) befestigten Querstift (20) zusammenwirken.

3. Werkzeug-Schnellspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbüchse (17) an ihrem vorderen Ende so ausgebildet ist, daß zwei halbmondförmige Vorsprünge (21) seitlich neben den Schenkeln (4) der Spannzange (3) den Werkzeugschaft (12) vorfixieren.