DE1940522C - Werkzeugspannvorrichtung fur Werkzeug maschinenspindeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspannvorrichtung für die Spindel einer Werkzeugmaschine, die ein zur Spindel koaxiales Planetenraduntersetzungsgetriebe aufweist und mit einem reversierbaren Antriebmotor verschen ist, dessen Rotor den Planetenradträger des Untersetzungsgetriebes antreibt. Die beiden Sonnenräder dieses Getriebes sind ebenso wie die Planetenräder als Stirnräder ausgebildet und unterscheiden sich geringfügig in ihren Zähnezahlen; das eine Sonnenrad ist mit der Spindel, das andere mit einer zur Spindel koaxialen, mit einem Anzuggewinde für das Werkzeug versehenen Zugstangc zur Drehung der Spindel bzw. der Zugstange verbunden, !n der deutschen Auslegeschrift 1237 405 ist eine solche Werkzeugspannvorrichtung beschrieben und dargestellt.

Bein, motorischen Antrieb solcher Spannvorrichtungen erfordert die Tatsache, daß das zum Lösen des festgespannten Werkzeuges erforderliche Drehmoment größer ist als das zum Festspannen aufgewendete Drehmoment, besondere Maßnahmen. Man hat dies bisher auf verschiedene Weise erreicht. Entweder verändert man auf elektrischem Wege das vom Spannmotor abgegebene Grenzdrehmoment durch unterschiedliche Erreger- oder Hauptströme in den beiden Drehrichtungen, oder man schaltet hinter den Motor "ine mechanische Kupplung, welche in den beiden Drehrichtungen unterschiedliche Drehmomente überträgt.

Die Erfindung geht das Problem auf eine neue Weise an, indem vor den« Lösen die beim Festspannen erzeugte Spannung aufgehoben wird, so daß die Anzuggewinde bestehende Reibung als Quelle des vergrößerten Löse-Drehmomentes entfällt.

Bei einer der eingangs beschriebenen Spannvorrichtungen mit einem Planetenraduntersctzungsgetriebe ist die Erfindung dadurch verkörpert, daß eines der beiden Sonnenräder des Getriebes auf dem zugehörigen Organ (Werkzeugspindel bzw. Zugttange) in einem durch Anschläge begrenzten Bereich drehbar und über Schraubflächen axial verschiebbar gelagert ist, wobei der Steigungswinkel der Schraubflächen im selbsthemmenden Bereich unterhalb des Reibungswinkels und oberhalb des Steigungswinkels des Anzuggewindes liegt, und daß zwischen diesem Sonnenrad und dem das andere Sonnenrad tragenden Organ (Zugstange bzw. Werkzeugspindel) eine axial wirkende Spannfeder vorgesehen ist. Dadurch, daß der Steigungswinkel der Schraubflächen, welche die begrenzte Verdrehung des Sonnenrades gegenüber dem tugehörigen Organ in eine begrenzte axiale Verschie-Ining umsetzen, nahe der oberen Grenze der Selbstliemmung liegt, wird bei der Lösebewegung des Sonnenrades zunächst diese axiale Verschiebung, die beim Spannen noch vor der Belastung der Spannfeder in der einen Richtung bewirkt wurde, rückgängig gemacht und dadurch die Spannfeder entlastet. Das Lösen des Anzuggewindes der Zugstange aui dem Werkzeug, dessen Steigung weit unterhalb der Selbsthemmungsgrenzc liegt, erfolgt dann ohne Vorspannung sehr leicht und erfordert ein Drehmoment, das weit geringer ist als das zum Spannen erforderliche.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das axial verschiebbare Sonnenrad aus einer mit den Schraubflächen versehenen Hülse und einem auf der Hülse axial geführten Zahnkranz. Dann beschränkt sich die Axialverschiebung auf die Hülse, während der Zahnkranz se'ne axiale Lage im Planetengetriebe beibehält.

In der mit Schraubflächen versehenen Hülse ist als Spannfeder zweckmäßig ein Federpaket untergebracht, dessen Arbeitsweg höchstens gleich ist dem Bereich der begrenzten axialen Verschiebung der Hülse auf den Schraubflächen. Dann ist gewährleiste¹,, daß die Spannfeder beim Lösen stets vollständig entlastet wird.

ίο Auch für das andere Sonnenrad, z. B. das der Zugstange zugeordnete, ist zweckmäßig eine Keilwellen- oder ähnliche drehfeste Verbindung vorgesehen, welche die axiale Lage des Zahnkranzes von der axialen Lage der Zugstange unabhängig macht.

Da, wie oben ausgeführt, die für die Entspannung der Spannvorrichtung maßgeblichen Schraubflächen eine Steigung haben, welche nahe der Grenze ikr Selbsthemmung liegt, ist das für die Entspannung erforderliche Drehmoment sehr gering. Das kann .:u Schwierigkeiten führen, wenn ein Spannmotor verwendet wird, dessen Stator gleichachsig zur Werkzeugspindel angeordnet und drehfest mit ihr verbunden ist und dessen Rotor über Getriebeteile die Zugstange für das Werkzeug antreibt. Dann können näm-

lieh beim scharfen Aniauf der Werkzeugspindel der Rotor und die mit ihm verbundenen Getriebeteile, die hierbei auf die gleiche Geschwindigketi wie die Werkzeugspindel und der mit dieser verbundene Stator gebracht werden müssen, auf Grund ihres Behar-

rungsvermögens ein Drehmoment ausüben, welches bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lösen der Federspannung ausreicht.

Um solche Drehmomente bei Spannvorrichtungen mit einem mit der Werkzeugspindel umlaufenden Spannmotor zu verhindern, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Zuge der vom Motor angetriebenen Getriebeteile ein deren Drehrichtung umkehrendes Zahnrad vorgesehen, wobei die Trägheitsmomente der gegenläufig verbundenen Getriebeteile,

reduziert auf die Welle des Umkehrzahnrades, einander im wesentlichen gleich sind. Die beiden miteinander verbundenen Gruppen gegenläufiger Getriebeteile halten sich dann an dem oder den Umkehrzahnrädern beim Anlauf und beim Abbremsen der Werkzeugspindel stets das Gleichgewicht, so daß auf die Zugstange kein Drehmoment ausgeübt wird.

Zum leichteren Abstimmen der Trägheitsmomente der gegenläufig verbundenen Getriebeteile kann am Rotor eine Schwungscheibe angeordnet sein, deren

Trägheitsmoment durch symmetrisch angeordnete Bohrungen oder Zusatzmassen veränderbar ist.

Weist eine Spannvorrichtung der eingangs beschriebenen Ausführung einen vom Motor angetriebenen Planetenradträger auf, so sind zweckmäßig mehrere Umkehrzahnräder kreisförmig auf einem mit der Werkzeugspindel drehfest verbundenen Ring angeordnet, die mit einem zenlrischen Ritzel des Antriebsmotors und mit der Innenverzahnung des Planetenradträgers im Eingriff stehen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. Es zeigt
Fi g. 1 eine Fräsmaschine in Seitenansicht,

F i g. 2 bis 4 den Spindelbock der Fräsmaschine in drei zusammengehörigen Teilstücken, im Schnitt,
F i g. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der F i g. 3,
F i g. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der F i g. 3.

An dem Ständer tO einer Fräsmaschine ist ein und anderseits das Ritzel SZ und die mit diesem ver Konsol 12 vertikal verschiebbar geführt, das einen bwndenen Teile einschließlich der Schwungscneipe Tisch 14 zum Aufspannen der Werkstücke trägt. Auf 46 durch die Umkehrzahnräder 86 mitgenommen, der Oberseite des Ständers 10 ist ein Spindelbock 16 Die polaren Trägheitsmomente dieser beiden leumit einer Horizontalspindel 18 horizontal verschieb- 5 gruppen sind so bemessen, daß sie, bezogen aui au. bar. Die Spindel 18 hat (Fig. 2) eine konische Auf- Bolzen 88 der Umkehrzahnräder 86, einander im nähme 20 für Werkzeuge 21, die mit einem Anzug- wesentlichen gleich sind, so daß beim Anlauf oer gewinde versehen sind, welches in die Gewindeboh- Spindel 18 die Beschleunigungskräfte an den diarung 22 einer Zugstange 24 eingreift und durch metralen Eingriffsstcllen an den Umkehrzannraaern Drehen der Zugstange festgezogen oder gelöst werden io 86 in Richtung und Größe gleich sind. Dann behaikann. Beim Lösen des Werkzeuges 21 wird die Zug- ten das Ritzel 52 und der Planctenradtrager ö», /u stange 24 frei, so daß sie durch eine Feder 26 in ihre ihre Stellungen relativ zueinander bei, weil die beiderrechte Grenzstellung gedrückt wird. Die Spindel 18 ist seltigen Kräfte zum Beschleunigen beim Anfahren durch Radiallager 30 und Axiallager"28 in dem Spin- oder zum Verzögern beim Abbremsen, wie groli sie delbockl8 gelagert. Sie wird motorisch angetrieben; 15 auch immer sind, stets einander aufheben. In den die Antriebteile sind nicht dargestellt. An seinem Zahnkranz 84 ist mittels Kugellager 90 ein bonnenrückwärtigen Ende trägt der Spindelbock 16 einen rad 92 drehbar gelagert, dessen Bohrung nach innen motorischen Antrieb für die Zugstange 24, der in vorstehende Keilleisten aufweist, in denen eine: als einem mit dem Spindelbock fest verschraubten Ge- Keilwelle ausgebildete büchse 94 axial ^v"^s™'^^bbar h 32 bh i d d Eilhi i i Di i ittl Gewi-de und eine

einem mit dem Spindelbock fest verschraubten Ge Keilwelle ausge ^

hause 32 untergebracht ist und dessen Einzelheiten in 20 ist. Diese ist mittels Gewi-.de und einem Stift 96 au F i g. 3 bis 6 dargestellt sind. der Zugstange 24 befestigt. Das Sonnenrad «greift

Der Zugstangenantrieb weist einen Elektromotor mit einer Außenverzahnung in dh Planetenrader»« auf, dessen Stator 34 mit der Wicklung 36 im Motor- ein, ebenso das zweite Sonnenrad 98 des .^Dlttereⁿgehäuse 38 sitzt. Der Rotor 40 ist mit seiner Welle 42 tialgetriebes, mit dem über einen Keil 100 eine t-iuise in Kugellagern gelagert. Das rechte Kugellager 44 25 102 drehfest und axial verschiebbar ^verb""°^en '^st· sitzt in der Stirnwand des Gehäuses 38 und ist auf die Die beiden verzahnten Sonnenräder 92 undI 98 haben Nabe einer Schwungscheibe 46 aufgebracht, die mit eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl, so dau der Welle 42 drehfest verbunden ist. In ähnlicher sie beim Antrieb des Planetenradtragers mit starK Weise sitzt das linke Kugellager 48 in dem Lager- untersetzter Geschwindigkeit zu gegenseitiger verflansch 50 und ist auf die Nabe eines Motorritzels 52 30 drehung angetrieben werden. Die Hülse lüZ entnai aufgebracht, das ebenfalls mit der Welle 42 drehfest ein Paket von Tellerfedern 104, welche über Axiaiverbunden ist. Der Lagerflansch 50 ist durch Schrau- lager 106 auf die Büchse 94 und somit aut die ben 54 an einem zweiteiligen Getriebegehäuse be- Zugstange 24 wirken. Anderseits ist die Hülse iua festigt, dessen beide Teile 56 und 58 durch Schrau- durch ein Gewinde 108 mit einer Buchse 110 Ve₁-ben 60 zusammengehalten werden. Der deckelartige 35 bunden, welche fest in die Honzontalspindel 18 ein-Gehäuseteil 58 ist fest mit der Spindel 18 verschraubt. geschraubt ist. Durch einen Stift 112, der in die mit Wird die Spindel 18 angetrieben, so drehen sich eines mit der Büchse 110 verbundenen Flansches 114 mit ihr auch das Getriebegehäuse 56, 58 und das eingreift, ist die Verdrehung der Hülse 102 aut der Motorgehäuse 38 mit der Wicklung 36. Die Strom- Büchse 110 begrenzt. Das Gewinde zwischen diesen zufuhr zu der Wicklung erfolgt deshalb über Schleif- 40 beiden Teilen hat einen Steigungswinkel α, der im ringe 62, die auf einer topfförmigen Kappe 64 (F i g. 4) selb^themmenden Bereich dicht unterhalb des Keiangeordnet sind, die ihrerseits am Motorgehäuse 38 bungswinkels ρ liegt.

befestigt ist. Die zu den Schleifringen 62 gehörigen In Fig. 3 ist die Vorrichtung in gespanntem zu-

Schleifbürsten 66 sitzen fest an dem mit dem Spindel- stand dargestellt: Die Hülse 102 ist durch Verdrebock 16 verbundenen Gehäuse 32. 45 hung auf der Büchse 110 in ihre rechte Grenzstellung

Das Getriebegehäuse 56, 58 umschließt ein Diffe- verschoben, die Federn 104 sind zusammengepreßt rential-Unterwtzungsgetriebe. Dieses besteht aus und geben über das Axiallager 106 und die Buchse einem zweiteiligen Pianetenradträger, dessen beide 94 eine Zugspannung auf die Zugstange 24 durch Feile 68 und 70 durch Schrauben 72 zusammen- welche das in der Gewindebohrung Λ (b ig. L) vergehalten werden. Er ist in dem Gehäuse 56, 58 -uf 50 schraubte Werkzeug 21 fest in den Aufnahmekonus Kugellagern 74 bzw. 76 gelagert, enthält auf Bolzen hineingezogen wird. Wird der Rotor 40 des Spann-76 drehbare Planetenräder 80 und trägt, mit Schrau- motors zum Lösen des Werkzeuges angetrieben se ben 82 befestigt, einen Zahnkranz 84 mit Innenver- dreht er über das Ritzel 52, die Umkehrzahnrade, zahnung. Diese Innenverzahnung greift in Umkehr- 86 und den Zahnkranz 84 den P ane enradtrager 68 Zahnräder 86 ein, die mittels Bolzen 88 in dem Lager- 55 70, wodurch die beiden Sonnenrader92 und 98 ζ flansch 50 gelagert sind. Die Umkehrzahnräder 86 gegense.t.ger Verdrehung angetrieben werden. Diesel verbinden den Pianetenradträger 68, 70 mit dem Bewegung setzt das Sonnenrad9zunachsjjne Motorritzel 52 in der Weise, daß eine Drehung des heblichen Widerstand entgegenja dlmi1 ihm ve Rotors 40 im Stator 34 mit einer den Zähnezahlen bundene Zugstange 24 ^besondere durch die au. des Ritzels 52 und des Zahnkranzes 84 entsprechen- 60 der Federspannung resultierende Reib mg in der Gc den Untersetzung und unter Umkehrung der Dreh- winde'xArung 22 vom Werkzeug 21 festgehaltei richtung auf den Pianetenradträger 68, 70 übertragen wird. Demgegenüber ist der Widerstand des Sonnen wird. Beim Anlauf der Spindel 10, an dem - wie rades 98 ganz wesentlich geringer, weil in dem Ge oben erwähnt - auch das Getriebegehäuse 56, 58 winde 108 die Federspannung nur noch mit den und das Motorgehäuse 38 mit dem Stator 34 und 6₅ Faktor tg fe-*) zur W.ming kommt; die er Fakto dem Lagerflansch 50 teilnehmen, werden einerseits ist sehr klein, da _ft nur wenig kleiner ist als ρ. Bein der Pianetenradträger 68, 70 und die mit diesem Antrieb des Planetenradtragers dreht sich also da verbundenen Teile einschließlich der Zugstange 24 Sonnenrad 92 zunächst nicht, sondern nur das Sun

nenrad 98, wodurch die Hülse 102 sich auf der Büchse 110 nach links verschiebt. Dadurch wird das Federpaket 104 vollständig entlastet. Hat die Hülse ihre linke Grenzstellung erreicht, so wird sie durch den Stift 112 an einer weiteren Drehung gehindert, so S daß nunmehr nur noch das Sonnenrad 92 sich drehen kann. Das hierfür erforderliche Drehmoment ist wesentlich geringer als zuvor, weil durch die Entlastung des Federpaketes 104 die Zugspannung aufgehoben ist. Die Zugstange 24 läßt sich daher jetzt ganz leicht aus dem Gewinde des Werkzeuges 21 herausdrehen.

Beim Einsetzen und Festspannen eines Werkzeuges ist der Vorgang umgekehrt. Hierbei kann sich die Zugstange 24 zunächst ungehindert nach rechts bewegen, so daß die Hülse 102 durch das Sonnenrad i$ 98 auf dem Gewinde 108 verdreht und gemeinsam mit dem Federpaket nach rechts verschoben werden kann, ohne daß die Federn dabei gespannt werden, tn der rechten Grenzstellung wird eine weitere Drehung der Hülse 102 durch den Stift 112 verhindert. *> so daß nunmehr bei Stillstand des Sonnenrades 98 nur noch das Sonnenrad 92 und damit die Zugstange 24 gedreht werden kann. Mit zunehmendem Einziehen des Werkzeuges 21 in die Aufnahme 20 wächst das Spanndrehmoment, bis der Rotor 40 beim Erreichen des Kipp-Drehmnmentes abgebremst wird. Hierbei erfolgt durch das Schwungmoment der Schwungscheibe 46 ein besonders kräftiges Festspannen des Werkzeuges. Zweckmäßig wird in diesem Moment der Motor durch ein Uberstromrelais selbsttätig ausgeschaltet.

Fs hat sich als zweckmäßig erwiesen, dem Sonnenrad 98 eine größere Zähnezahl zu geben als dem Sonnenrad 92. weil dann die Drehzahl des Planetcnradträgers 68. 70 auf die Hülse 102 stärker untersetzt wird als auf die Zugstange 24 Umgekehrt erhält die Hülse 102 ein größeres Drehmoment als die Zugstange 24. was erwünscht ist. um mit Sicherheit sowohl beim Lösen wie beim Festspannen des Werkzeuges zunächst die Hülse 102 und danach erst, wenn +o die Hülsendrehung durch den Stift 112 blockiert ist. die Zugstange zu betätigen. Bei dem angegebenen Verzahnungsverhältnis der beiden Sonnenräder ergibt sich ferner, daß zwischen der Drehung des PIanetcnradträgers und des Sonnenrades 98 Gleichsinnigkeit, für das Sonnenrad 92 dagegen Gegensinnigkeit besteht. Auch dies wirkt sich dahin aus, das Sonnenrad 98 bevorzugt anzutreiben.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Werkzeugspannvorrichtung für die Spindel einer Werkzeugmaschine mit einem zur Spindel koaxialen Planetenraduntersetzungsgetriebe und mit einem reversierbaren Antriebmotor, dessen Rotor den Planctenradträger des Untersetzungsgetriebes antreibt, wobei die ebenso wie die PIanetcnräder als Stirnräder ausgebildeten beiden Sonnenräder in ihren Zähnezahlen gerinefüeie voneinander abweichen und mit der SpindeT bzw. einer zu dieser koaxialen, mit einem Anzuggewinde für das Werkzeug versehenen Zugstance zur Drehung derselben verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Sonnenräder (98) auf dem zugehörigen Organ (18) (Werkzeugspindd bzw. Zugstange) in einem durch Anschläge (1130 begrenzten Bereich drehbar und über Schraubflachen (108) axial verschiebbar gelagert ist, wobei der Steigungswinkel der Schraubflachen (108) iim selbsthemmenden Bereich unterhalb des Retbimgswinkels und oberhalb des Steigungswinkels des Anzuggewindes liegt, und daß zwischen diesem Sonnenrad (98) und dem das andere Sontienrad (92) tragenden Organ (24) (Zugstange bim. Werkzeugeptndet) eine axial wirkende Spannfeder (104) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das axial verschiebbare Sonnenrad (98) aus einer mit den Schraubflächen (108) versehenen HUlse (1112) und einem auf der Hülse axial geführten Zahnkranz (98) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der mit Schraubflachen (108) versehenen Hülse (102) als Spannfeder ein Federpaket (104) untergebracht ist, dessen Arbeitsweg höchstens gleich ist dem Bereich der axialen Verschiebung der Hülse (102) auf den Schraubflächen (108).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge als Kreisnut im einen (114, 18) und in diese eingreifender Stift (112) im anderen Teil (102) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (24) mit dem zugehörigen Sonnenrad (92) durch eine Keilwellenverbindung (94) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schraubflächen (108) zugeordnete Sonnenrad (98) eine größere Zähnezahl besitzt als das andere Sonnenrad (92).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der der Stator des Flcktromotors gleichachsig zur Werkzcugspindel angeordnet und drehfest mit ihr verbunden ist und sein Rotor über Getriebeteile der Zugstange für das Werkzeug antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Getriebeteile ein die Drehrichtung umkehrendes Zahnrad (86) vorgesehen ist. wobei die Trägheitsmomente der g .genläufig verbundenen Getriebeteile, reduziert auf die Welle (88) des Umkehrzahnrades (86). einander im wesentlichen gleich sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch ge kennzeichnet, daß am Rotor (40) zur Abstim mung des Trägheitsmomentes eine Schwung scheibe (46) angeordnet ist. deren Trägheit* moment durch symmetrisch angeordnete Bob rungen oder Zusatzmassen veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 in Ver bindung mit einem der Ansprüche 1 bis (S. da durch gekennzeichnet, daß mehrere Umkehrzahn räder (86) kreisförmig auf einem mit der Werk zeugspindel drehfest verbundenen Ring (50) an geordnet sind, die mit einem zentrischen Ritze (52) des Antriebsmotors und mit der Innen verzahnung des Planetenradträgers (84) im F,in griff stehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen