DE1801672A1

DE1801672A1 - Spannfutter

Info

Publication number: DE1801672A1
Application number: DE19681801672
Authority: DE
Inventors: Better Bernard R; Kosinski Joseph W
Original assignee: SCULLY JONES CO
Current assignee: SCULLY JONES CO
Priority date: 1968-05-27
Filing date: 1968-10-07
Publication date: 1969-12-11
Also published as: US3592482A; DE1801672C3; DE1801672B2

Description

18Q1672

Dr. Ing. H. NrQ»ncUnk

Dipl. fng. W H-.-jdt Dipl. Phys. * . Schnute

SMUnchsn'.S_>: .ozäfMr.B Td. 5 3· 05 86

ocully-Jones Company
1901 S. Rockwell Gc.

USA 7. Oktober 1968

Anwaltaakte 11-430

Spannfutter

Die Lrfindune betrifft ein Spannfutter oder eine Haltevorrichtune für einen Gegenstand ₃ insbesondere ein V.erl:zeu£·, und insbesondere eine hydraulisch betätigte Haltevorrichtung zum M.tern eines nicht-kreisförmigen Werkzeugachaftes.

iei bekannten Vferkzeug-Lal.tevorrichtungen, die die Werkzeuge oder 'erkstücke entweder auf der Innen- oder Außenseite festspannen, ■rfolgt das Pestspannen mittels eines Strömungsmitteldruckes, der lner Hülse zugeführt wird, in der der Schaft des angetriebenen auteils gehalten ist. üblicherweise werden dünnwandige, zyllnder-'örmige Hülsen verwendet, die durch Zufuhr eines hydraulischen iruckmittels aufgeweitet werden können. Die Hülse ist in einem carren Spannfutter angeordnet, das beispielsweise durch eine erkzeugmaschine betrieben wird. Eine derartige hydraulisch be- ;ätigte Werkzeug-Kaltevorrichtung ist in der USA-Patentschrift .133.740 beschrieben.

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Derartige Haltevorrichtungen dienen zum Pestspannen eines zylinder förmigen Werkzeugschaftes, und beim Ausdehnen oder Zusammenziehen der Hülse wird der Werkzeugschaft über eine zylinderförmi^e Berührungsfläche antriebsschlüssig mit der Hülse verbunden. Dies führt zu einer scatisch unbe se irrsten drehschlüssiren Verbindung, und das Werkzeug und das Spannfutter sind in Drehrichtun«· qenenseitig nicht genau festgelegt, obzwar das Werkzeug auf einfache Weise eingesetzt, entnommen und ausgetauscht werden kann.

Weiterhin ist es bekannt, Werkzeuge ir.it eineni oopenannten PoIygonal-Schaft mit einem gebotenem dreimal gewölbten Puerschr.it.c zu versehen, jedoch werden derartige Werkzeuge lediglich bei Spannfuttern verwendet, in denen aer Zentriervorgang vollständig auf mechanische Weise erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Kaltevorrichtun zum Haltern eines Polygonal-Gchaftes zu schaffen, bei der die Werkzeuge rasch ausgewechselt und festgespannt werden können und die Zentrierung der Achse des angetriebenen Werkzeugschaftes mit großer Genauigkeit, vorzugsweise hydraulisch, erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Haltevorrichtung für einen Gegenstand, insbesondere ein Werkzeug, die gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse, einer am Gehäuse befestigten Hülse die eine nicht-kreisförmige Mittelbohrung zum Einschieben eines entsprechend geformten Schaftes des Gegenstandes und in Umfangsrichtung versetzte, verformbare Randabschnitte aufweist₃ sowie

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eine Spannvorrichtung zum Verbiegen der verformbaren Wandabschnitt der Hülse zwecks Festspannens und/oder Zentrierens des Schaftes.

Vorzugsweise ist die Spannvorrichtung eine Druckmittelzufunreinrichtung die die verformbaren Wandabschnitte der I:ülse mit Druckmittel beaufschlagt.

\veitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindun^sgeirilße, vorzugsweise hydraulisch betätigte Haltevorrichtung dient zum lesbaren Pestspannen von Vfe?kzeugschäften mit einem nicht -kreis förmip;e η Querschnitt. Bei einem bevorzugten Aus-■führungsbeispiel hat der Querschnitt die Form eines dreiseitigen Polygons nie abgerundeten Scheitelabschnitten. Ein derartiger ocnaft wird durch die haltevorrichtung £;enau festgespannt und angetrieben, wobei die nicht-kreisförmige Hittelbohrung der Haltevorrichtung eine den Schaftquerschnitt entsprechende Form hat und daher der Schaft teleskopartig in die Hittelbohrung eingeschoben werden kann.

Der Werkzeugschaft wird dabei durch eine am Gehäuse befestigte Hülse festgespannt, wobei die Hülse mit einer nicht-konischen Axialbohrunc versehen ist, in der der Schaft eines ausgewählten Werkzeuges gleitend aufgenommen wird, und weiterhin mehrere in Lmfangs rieh tun,- versetzte dickwandige V/andab schnitte aufweist,die wechselweise rrit dünneren, in Umfangsrichtung versetzten verform-

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baren Wandabschnitten angeordnet sind, welche, gedehnt werden und den angetriebenen'Werkzeügschaft erfassen und zentrieren, wenn ziiiscnen der Hülse und dem Gehäuse angeordnete Strömungsmittelkammern mit; Druck beaufschlagt werden. Die Kammern sind vorzugsweise abgeflachte, in Längsrichtung der Hülse verlaufende äußere Mantelabschnitte der Hülse, deren Zahl'der Anzahl der Wölbungen der Hülsen-Mittelbohrung entspricht. Diese Strömungsmittelkammern., die miteinander verbunden sind, werden über eine Druckmittelzufuhreinrichtung mit Druck beaufschlagt, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein einstellbarer Kolben ist, der. durch den Be_T dienungsmann zur Steuerung des Strömunrsmitceldruckes verstellt wird, wenn das Werkzeug 'in der Hülse festgeklemmt wird.

Da die Mittelbohrung in der Hülse vorzugsweise dreifach gewölbt ist, sind drei in Umfangsrichtung versetzte Strömungsmittelkammern vorgesehen, die die dünneren Wandabschnitte der Hülse gegen das Werkzeug andrücken und für eine feste Einspannung und Halterung sowie eine gleichzeitige-Zentrierung des Werkzeuges sorgen, da die' Wölbungen und die Strömungsmittelkammern symmetrisch zur Mittelachse angeordnet sind. · ■ .- .

Die Achsen der Wölbungen der Mitteibohrung in der Hülse sind in · Drehrichtung nach' vorn gegenüber den dünnsten Wandabschnitten der Hülse versetzt, so daß die von der Haltevorrichtung über die Hülse übertragenen Antriebskräfte über einen verhältnismäßig dicken _:Abschnitt der Hülse an die abgerundeten Scheitelabschnitte des Werkzeugschaftes übertragen werden. Die auf das Werkzeug ausgeübten

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Kinapannkräfte werden jedoch im wesentlichen längs der flacheren Lülsenabschnitte übertragen und ergeben sich aus der reibschlüssig Verbindung der verformten Lülsenabschnitte mit dem Werkzeugschaft, die ein herausziehen des Werkzeuges verhindere. Bei übertrap;ung eines Drehmomentes werden die Hülse und das Werkzeug zusätzlich

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verkeilt., so daß die Axialverschieblich'des Werkzeuges noch weitgehender unterbunden wird. Diese Xeilwirkung verstärkt außerdem die Einspannkraft. In der Haltevorrichtung sind weiterhin Anschlug vorgesehen, die die maximale Einschub tiefe des Werkzeuges begrenzen, wenn das Werkzeug in die geradlinig verlaufende I'ittelbohrung der Hülse eingesetzt wird. Daher läßt sich eine Vielzahl unter-

chiedlicher Werkzeuge auf einfache Vase vorher einstellen und ein ausgewähltes Werkzeug derart in die Haltevorrichtung einsetzen,daß

s um eine genau vorbestimmte Strecke vor der Stirnseite der Halte vorrichtung endet.

rfindungsgemäß wird also eine schnell auswechselbarej vorher eintellbare Werkzeug-Haltevorrichtung geschaffen, die durch Verwendung eines Strömungsmitteldruckes für eine genaue Zentrierung sorgt und gleichzeitig durch Verwendung einer nicht-kreisförmigen oder mehrfach gewölbten Mittelbohrung und eines entsprechend geformten ^rerkzeugschaftes für eine sichere Antriebsverbindung sorgt. Der ntrieb ist daher äußerst starr und während des SchnittVorganges .es Werkzeuges wird ein Spiel oder ein Rattern weitgehend ausgechaltet. Ein möglicherweise auftretendes Spiel zwischen dem Werkeugschaft und der Mittelbohrung der Haltevorrichtung wird zwischer en drei Antriebswölbungen ausgeglichen und die Drehmomentübertra-

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gung an den Werkzeugschaft ist symmetrisch. Die Haltevorrichtung läßt sich in jeder Anfcriebslage in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwenden und bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Festspannen des ausgewählten Werkzeuges in der Haltevorrichtung durch einen Steckschlüssel erzielt, der den erwünschten Strömungsmitteldruck in der Hydraulikanlage erzeugt. Die Achse des angetriebenen Schaftes läßt sich wiederholt äußerst genau mit der Achse der Haltevorrichtung zentrieren und das Werkzeug muß nur um eine geringe Strecke über die Stirnseite der Faltevorrichtung oder des Spannfutters vorstehen, und erfindungsgemäß ist eine große Einspannkraft , eine hohe Steifigkeit, eine sicher.· Kraftübertragung und ein schnelles und leichtes Auswechseln des Werkzeuges sichergestellt.

l/eitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Haltevorrichtung oder des Spannfutterkopfes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt, der die Lage der auf der Außenseite der Hülse angeordneten Strömungsmittelkammern gegenüber den Wölbungen der Hittelbohrung in der Hülse darstellt,

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"ig. 5 eine perspektivische Darstellung der-Haltevorrichtung gemäß Fig. 1_,

Fign. 6 und 7 -¹JcI tenans ich Den unterschiedlicher, durch die Kalte-.: - vorrichtung einspannbarer Werkzeuge, und

Fig. 3 einen' Cchnitt durch den Schaft eines dieser Werkzeuge längs der Linie 3-8 der Tig. 7.

Die haltevorfichcung enthält ein Gehäuse oder einen Spannfutterkörper 10 mit einer Ironischen Außenfläche 11, die in einem entsprechend geformten Teil der Werkzeugmaschine, die die Haltevorrichtung antreibt j aufgenommen v/erden kann. Am einen Ende des Gehäuses ist ein "Flansch 12 ausgebildet, und das Gehäuse ist mit einer zylindrischen bohrung 13 versehen, die teilv/eise durch das Gehäuse verläuft und in einer abgeschrägten bohrung Ik endet, die beispielsweise bein Bohren der Bohrung 13 entsteht und konisch ausgebildet ist und die in eine Cewindebohrung 15 übergeht, in die ein Anschlag Ib eingeschraubt -ist. gegen den das Ende eines eingesetzten Werkzeuges anschlägt, um das Werkzeug in Längsrichtung gegenüber der haltevorrichtung zu positionieren.

Im Gehäuse ist eine Hülse 18 angeordnet, die mit einem Stirnflansch 19 ersehen ist, der durch Schrauben 20 mit dem Flansch 12 des Gehäuses verbunden ist. Der Flansch 19 ist einstückig an einen Luisenabschnitt 21 angeformt, der über teilzylindrisch gebogene Kantelabschnitte an die Bohrung 13 des Gehäuses angepaßt ist. Im

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Flansch 12 des Gehäuses und im Plansch 19 der Hülse ist jeweils eine Nut ausgebildet, in der ein Feststellkeil 17 eng einsitzt, der· die beiden Bauteile auf sichere V/eise drehfest miteinander verbindet.

Die Hülse enthält eine in Längsrichtung gerade verlaufende Mittelbohrung 2k von nicht-kreisförmigem Querschnitt, in die ein entsprechend ausgebildeter, nicht-kreisförmiger Schaft eines angetriebenen Gegenstandes, beispielsweise ein Werkzeugschaft 26 (Fig. hineinpaßt. Der Querschnitt ist derart gewählt, daß mehrere symmetrisch zur Mittelachse angeordnete Wölbungen mit abgerundeten Scheitelabschnitten gebildet werden (Flg. 2). Bei einer derartig gewölbten Polygonalausbildung sind gebogene Seitenränder mit abgerundeten Scheitelabschnitten vorgesehen, und bei drei Wölbungen sind die Achsen der Scheitelabschnitte um 120° versetzt. Solange die Wandungen der Hülse noch nicht, durch den Strömungsmitteläruck nach innen verbogen sind, kann der Werkzeugschaft leicht, jedoch mit einem minimalen Spiel in die Mittelbohrung der Hülse eingesetzt werden, wie das bei einem engen Gleitsitz der Fall ist.

An ihren axialen Enden 1st die Hülse mit Nuten versehen, in denen O-Ringdlchtungen 30 und 31 angeordnet sind, und an ihrem zylindrisch ausgebildeten Mantelabschnitt nahe der O-Rlngdichtung 31 ist eine Ringnut 32 vorgesehen, die die Strömungsmittelkammern miteinander verbindet.

Bei der gezeigten dreifach gewölbten Polygonalform sind auf der

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Außenseite der Hülse zwischen den O-Ringdichtungen 30 und 31 drei Äbflachungen 34, 35 und 36 vorgesehen, durch die drei in Ümfangsrichtung versetzte;, dünnere, verformbare Wandabschnitte und drei in Ümfangsrichtung versetzte, damit wechselweise angeordnete, verhältnismäßig dicke Wandabschnitte sowie Strömungsmittelkammern an denjenigen Stellen gebildet werden, wo die Hülse eine geringere Wandstärke aufweist, so daß sich die Hülse verformen, also nach innen ausbiegen oder zusammenziehen, sowie den in die Hülse eingesetzten, angetriebenen Schaft fest erfassen und zentrieren kann, wenn die Strömungsmittelkammern mit Druck beaufschlagt werden. Der inspannvorgang erfolgt im wesentlichen in dem Bereich zwischen den abgerundeten Scheitelabschnitten der Wölbungen des angetriebenen Schaftes und führt zu einer festen Einspannung, während gleichzeitig infolge der symmetrischen Anordnung der Bauteile eine genaue ;entrierung stattfindet, durch die jegliches Spiel zwischen dem chaft und der Hülse ausgeschaltet wird.

ie Fig. 4 zeigt, sind die drei Strömungsmittelkammern 34, 35 und 6 entgegen der Drehrichtung nach hinten (also im Uhrzeigersinn ;emäß der Darstellung) gegenüber den Achsen der Wölbungen versetzt, odaß diejenigen Hülsenabschnitte, die das größte Drehmoment an Ie abgerundeten Scheitelabschnitte des Werkzeuges übertragen, vertärkt ausgebildet sind. Die das Drehmoment bildenden Kräfte sind urch die geraden Pfeile in Fig. 4 dargestellt und werden durch ie dickeren Wandabschnitte der Hülse übertragen, da die Wölbungsachsen nicht mit der Lage der Einspannbereiche übereinstimmen, demzufolge wird das Werkzeug mit einer großen Einspannkraft ge-

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haltert und gleichzeitig für eine große Verstärkung gesorgt, mittels der das Drehmoment von der Haltevorrichtung an das Werkzeug übertragen wird.

Die Druckmittelzufuhreinrlehcung kann aus einer handbetätigten;, äem Bedienungsmann leicht zugänglichen Einstellschraube 40 bestehen äie bei Drehung in der einen Richtung einen Kolben 4l in eine Druckmit telzuf uhrkainmer 42 einschiebt, die mit einem geeigneten Hydraulikmittel gefüllt ist. Die Kammer 42 steht über einen Kanal 44 mit der Kammer 35 der.auf der Außenseite der Hülse zwischen den )-Rlngdichtungen 30 und 31 gelegenen Strömungsmittelkammern In Verbindung. Die Kanäle 46 und 47 sind mit den Kammern 35 bzw. erbunden und münden in Rückschlagventile 46 bzw. 47, über die las Hydraulikmittel nachgefüllt werden kann. Die Hut 32 in dem creisförmig ausgebildeten Hülsenabschnitt verbindet die Kammern 34, 5 und 36 miteinander, so daß bei einer Verschiebung der Schraube 0 und Verstellung des Kolbens 4l in die Kammern 42 hinein ein ruck erzeugt wird, durch den alle Seiten des Werkzeuges gleicheitig eingespannt, die Achse des Werkzeuges in der Hülse zentriert nd die Hülse und das Werkzeug fest miteinander verspannt werden.

nsteile von drei Wölbungen kann natürlich auch eine andere Anzahl on Wölbungen verwendet werden.

Ie erfindungsgemäße Haltevorrichtung vermittelt eine Vielzahl von brteilen, da Arbeitsvorgänge wie Bohren, Räumen, Stirnfräsen, andfräsen und -drehen an einer Stelle mit einem bequemen Aus-

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xiecliseln des Werkzeuges in definierten, vorgegebenen Lagen vorgenommen v/erden können. Einspindelige Dreh- und Bohrmaschinen können den Arbeitsbereich einer vielspindeligen Maschine erhalten und für ein schnelles₃ leichtes und sicheres Auswechseln der Werkzeuge und

und eine sichere übertragung hoher Drehmomente sorgen/gleichzeitig das Werkzeug gegen ein Herausziehen sichern. Die polygonalförmigen Werkzeuge können auf schnelle und einfache Weise in die Haltevorrichtung eingesetzt oder aus ihr entfernt werden, indem lediglich die Schraube der Druckmittelzufuhreinrichtung gedreht wird. Vor dem Einsetzen in die Maschine können die Werkzeuge auf die gewünschte Weise eingestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Haltevorrichtung für einen Gegenstand, insbesondere ein Werkzeug, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10), eine am Gehäuse befestigte Hülse (18), die eine nicht-kreisförmige Mittelbohrung (24) zum Einschieben eines entsprechend geformten Schaftes (26) des Gegenstandes und In Umfangsrichtung versetzte, verformbare Wandabschnitte (3¹I, 35, 36) aufweist, sowie eine Spannvorrichtung (40, 4l_s H2) zum Verbiegen der verformbaren Wandabschnitte der Hülse zwecks Festspannens und/oder Zentrierens des Schaftes.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (40, 4l₅ k2) eine Druckmittelzufuhreinrichtung ist, die die verformbaren Wandabschnitte der Hülse mit Druckmittel beaufschlagt.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelbohrung (24) eine gerade verlaufende, mehrmals

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symmetrisch gewölbte mittlere Öffnung ist.

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4. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung dreimal gewölbt ist.

5. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine Bohrung (13) aufweist, an die gebogene 1-lante lab schnitte der rohrförmigen Hülse (18) angepaßt sind, daß die Hülse (18) in Umfangsrichtung abwechselnd mit dickeren und den verformbaren dünneren Wandabschnitten versehen ist, und daß der Raum zwischen Hülse und Gehäuse mit Druckmittel beaufschlagbar ist.

6. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anschläge (l6) zum Begrenzen der Einschubtiefe des Schaftes (26).

HaiteVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrmals gewölbte Ilittelbohrung (24) der Hülse abgerundete Scheitelabschnitte aufweist.

Haltevorrichtung nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) am Außenmantel derart ausgebildet ist, daß zwischen Gehäuse (10) und Hülse (18) drei in Umfangsrichtung versetzte Strömungsmittelkammern (34₃ 35₃ 36) angeordnet sind, wobei die schwächsten Wandabschnitte der Hülse an die Kammern angrenzen.

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9. Haltevorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (13) in Gehäuse (10) zylinderförmig ist und die gebogenen Mantelabschnitte der Hülse (18) teilzylindriscii ausgebildet sind und über die gesamte Länge der Hülse verlaufen- vmä daß die dreifach gewölbte Ilittelbohrung (24) der Luise (13) mit in Umfangsrichtung um 120° versetzten abgerundeten Scheitel abschnitten versehen und die hülse zwischen den Scheitelabschnitten in in Längsrichtung verlaufende Einspannabschnitte abgeteilt ist, und daß von den dickwandigeren Hülsenabschnitten an die abgerundeten Scheitelabschnitte des Schaftes (26) eine Kraftübertragung erfolg;.

10.Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche_a dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) einen mit einer Stirnseite (12) des Gehäuses (10) verbindbaren Flansch (19) aufweist vmä daß die verformbaren Wandabschnitte der Hülse (18) den Schaft (26) des Gegenstandes lösbar festspannen und zentrieren

daß
und[die zwischen den verformbaren Wandabschnitten liegenden Hülsenabschnitte mit dem Schaft (26) zwecks Drehmomentübertragung zusammenwirken.

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