Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung zum Ansetzen
eines Gegenstands, wie z. B. eines ein Werkzeug haltenden Werkzeughalters, an
die Drehspindel einer Werkzeugmaschine (z. B. eines Bearbeitungszentrums).
Üblicherweise wird eine Einspannvorrichtung verwendet, um einen
Werkzeughalter, in den ein Werkzeug eingesetzt wird, an dem Vorderende der
Drehspindel einer Werkzeugmaschine zu befestigen. Dabei wird der Konusschaft
des Werkzeughalters in das Vorderende der Drehspindel eingesetzt, und ein
Eingreifteil eines aus dem rückwärtigen Ende des Konusschafts herausragenden
Zugbolzens greift in eine Zugstange ein, die mittels eines Eingreifteils von der
Drehspindel gehalten wird. Dann wird die Zugstange von einer Anzahl
Tellerfedern nach hinten gezogen.
Bei einer derartigen Einspannvorrichtung ist es vorteilhaft, die durch die
Zugstange auf den Zugbolzen ausgeübte Zugkraft zu erhöhen. Wenn jedoch die
Anzahl der Tellerfedern erhöht wird, um die Zugkraft zu verstärken, nimmt die
Gesamtlänge der Drehspindel zu. Wenn stärkere Tellerfedern verwendet werden,
ermüden sie leichter und werden schadhaft.
Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, ist am hinteren Ende
der Zugstange ein kraftverstärkender Mechanismus vorgesehen, der eine
Vielzahl von Kugeln verwendet. Alternativ ist zwischen der Zugstange und einer
Klemmhülse ein kraftverstärkender Mechanismus vorgesehen, der am
Vorderende der Zugstange befestigt ist. Beim kraftverstärkenden Mechanismus
greift ein aus der rückwärtigen inneren Umfangsfläche der Hülse herausragender
Vorsprung durch abgeschrägte Flächen in einen aus der äußeren Umfangsfläche
der Zugstange herausragenden Vorsprung ein.
Wenn die erstgenannte Einspannvorrichtung einen kraftverstärkenden
Mechanismus am hinteren Ende der Zugstange besitzt, wird die Zugkraft
theoretisch verstärkt. Beim tatsächlichen Betrieb bedeutet dies allerdings, daß die
Zugstange länger wird und eine ausreichende Wirkung nicht erzielt werden kann.
Wenn die letztgenannte Einspannvorrichtung verwendet wird, bei der ein
Vorsprung der rückwärtigen inneren Umfangsfläche der Klemmhülse durch
abgeschrägte Flächen in einen außen an der Zugstange befindlichen Vorsprung
eingreift, um einen kraftverstärkenden Mechanismus am Vorderteil der Zugstange
zu schaffen, ist kein Mechanismus vorhanden, um das Öffnen und Schließen der
vorderen und hinteren Hälfte der Klemmhülse zu erzwingen. Zusätzlich besteht
die Klemmhülse aus einer Vielzahl von Teilstücken, z. B. aus vier Teilen in
Umfangsrichtung. Deshalb wirken unnatürliche Kräfte auf die Klemmhülse, was
eine Beschädigung der Hülse und anderer Teile zur Folge hat.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme
zu lösen und eine Einspannvorrichtung zum Einspannen eines Gegenstandes,
wie z. B. eines an einer Drehspindel befestigten Werkzeughalters zu schaffen, bei
der ein kraftverstärkender Mechanismus an dem vorderen Teil der Zugstange so
verbessert wird, daß das Vorderende der Klemmhülse zwangsweise geöffnet
wird, wenn die Zugstange vorgeschoben wird, woraufhin der Durchmesser des
hinteren Endes der Klemmhülse verringert und so eine Beschädigung der Hülse
verhindert wird.
Um das o.g. Ziel zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung eine Einspannvorrichtung für die Drehspindel einer
Werkzeugmaschine geschaffen, die eine Zugstange aufweist, welche in die
Drehspindel einer Werkzeugmaschine so eingeführt wird, daß sie vorgeschoben
und zurückgezogen werden kann; eine Klemmhülse, die aus einer Mehrzahl von
Teilstücken besteht, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und geöffnet und
geschlossen werden können, wobei die Klemmhülse so gearbeitet ist, daß sie die
Spitze der Zugstange von außen umschließen kann; sowie eine Stützhülse, die so
ausgebildet ist, daß sie die Klemmhülse umschließt und an der Drehspindel
befestigt ist, und einen Abstandhalter, der fest mit der Drehspindel verbunden ist
und sich somit am Vorderende der Stützmuffe befindet.
Ein abgeschrägtes Teil wie ein Konusschaft eines Gegenstandes, wie z. B.
eines Werkzeughalters, wird in eine am Vorderende der Drehspindel befindliche
Konusbohrung eingepaßt, so daß das am hinteren Ende des Schaftteils
befindliche Eingreifteil mit größerem Durchmesser (wie z. B. ein Zugbolzen, der
nach hinten aus dem abgeschrägten Teil herausragt) in die vorderen
Auskragungen der Klemmhülse eingreift. Wenn die Zugstange durch eine Feder,
z. B. eine Tellerfeder, nach hinten gedrückt wird, wird sowohl an der Zugstange
als auch an der Klemmhülse gezogen. Dadurch werden die erste leicht
abgeschrägte Fläche, die an der äußeren Umfangsfläche des Eingreifteils der
Zugstange so geformt ist, daß der Außendurchmesser der ersten Schrägfläche
sich nach hinten verkleinert, und eine zweite leicht abgeschrägte Fläche, die an
der inneren Umfangsfläche des hinteren Innenvorsprungs jedes Teilstücks der
Klemmhülse so ausgebildet ist, daß der Innendurchmesser der zweiten
Schrägfläche sich nach hinten verkleinert, unter Druck aufeinandergepreßt.
Deshalb werden die hinteren Innenvorsprünge durch das Eingreifteil so nach
außen gepreßt, daß sie den Gegenstand, z. B. einen Werkzeughalter, einspannen.
Weiterhin werden die hinteren Außenvorsprünge jedes Teilstücks unter Druck
zusammengezogen, wobei das hintere Ende der Schrägfläche der Stützhülse an
der Drehspindel befestigt ist. Dementsprechend entsteht am vorderen Teil der
Zugstange ein kraftverstärkender Mechanismus. Dieser bewirkt, daß das
Eingreifteil mit vielfacher Kraft der Tellerfedern gehalten werden kann, so daß
nach Einspannen des Eingreifteils die Teilstücke sicher arretiert werden können.
Weiterhin wird es möglich, die Ermüdung der Feder bzw. Tellerfeder zu
reduzieren. Der Winkel jeder am Eingreifteil ausgebildeten leicht abgeschrägten
Fläche zum hinteren Vorsprung beträgt vorzugsweise ca. 10°.
Der Abstandhalter, der zusammen mit der Stützhülse so an der Drehspindel
befestigt ist, daß er sich an der Vorderseite der Stützhülse befindet, weist
Positionierplättchen auf, die rückseitig aus dem Ringglied herausragen. Die
Positionierplättchen fügen sich zwischen die Teilstücke der Klemmhülse ein,
damit sie linear vorgeschoben und zurückgezogen werden können, wobei die
zwischen ihnen gebildeten Zwischenräume erhalten bleiben. Zwischen den
Positionierplättchen befinden sich Hülsenöffnungsnasen, die aus dem Ringglied
des Abstandhalters herausragen. Wenn die Zugstange nach vorn geschoben
wird, greift ihr Vorderende in die Eingreifvorsprünge ein, die sich auf der inneren
Umfangsfläche der Hülsenteilstücke befinden, so daß die Zugstange mit der
Klemmhülse zusammen nach vorn geschoben wird. Dadurch greift die
abgeschrägte Vorderfläche, die sich am Vorderende jedes Hülsenteilstücks
befindet und deren Durchmesser zum hinteren Hülsenende hin abnimmt, in die
äußere abgeschrägte Fläche der Hülsenöffnungsnase, so daß der vordere
Außenvorsprung jedes Teilstücks zwangsweise in den am Vorderteil der
Stützhülse befindlichen Teil mit größerem Innendurchmesser gedrückt wird.
Dadurch wird das Vorderende der Hülse geöffnet. Durch Beibehalten dieses
Zustandes kann verhindert werden, daß weder das sich am hinteren Ende des
Schaftteils befindliche Eingreifteil noch die vorderen Innenvorsprünge der
Teilstücke sich gegenseitig behindern oder beschädigen, und das Eingreifteil kann
sicher in die vorderen Innenvorsprünge eingepaßt und wieder herausgeführt
werden.
Vorzugsweise ist der Neigungswinkel der abgeschrägten Außenfläche jeder
Hülsenöffnungsnase geringfügig größer als der Neigungswinkel der
entsprechenden abgeschrägten Fläche jedes Teilstücks. Z.B. ist die
abgeschrägte Außenfläche jeder Hülsenöffnungsnase um 50° geneigt und die
abgeschrägte Außenfläche jedes Hülsenteilstücks ist um 45° zur Mittelachse
geneigt.
Im Vergleich zur ersten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung einen am rückwärtigen Ende der
hinteren Innennut befindlichen Vorsprung auf sowie einen Vorsprung am hinteren
Vorsprung jedes Hülsenteilstücks; eine ringförmige Spiralfeder ist in eine
Aussparung in der äußeren Umfangsfläche des rückwärtigen Vorsprungs
eingepaßt, so daß der rückwärtige Teil der Klemmhülse in eine Richtung gedrückt
wird, und der Durchmesser der Hülse sich verkleinert. So wird verhindert, daß die
rückwärtigen Enden der Teilstücke auseinanderdriften, wenn die Zugstange und
die Klemmhülse zurückgezogen werden, und die Teilstücke werden zusammen
mit der Zugstange zurückgezogen, ohne daß Teilstücke und Zugstange
voneinander getrennt werden. Weiterhin vergrößert die ringförmige Feder den
Abstand zu den Vorderenden der Teilstücke, wenn die Klemmhülse
vorgeschoben wird, wodurch sie daran mitwirken, daß die vorderen
Außenvorsprünge der Teilstücke in das mit dem größeren Innendurchmesser
versehene Teil der Stützhülse gepreßt werden.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einspannvorrichtung ist eine Flüssigkeitszufuhrleitung vorgesehen, die mit einem
im Mittelteil der Zugstange befindlichen Flüssigkeitszuleitungskanal in Verbindung
steht, und es ist zusätzlich eine Druckfeder innerhalb der Zugstange vorgesehen,
um so die Flüssigkeitszufuhrleitung nach vorn zu pressen. Weiterhin ist das am
hinteren Ende des Schaftteils vorgesehene Eingreifteil, z. B. ein Zugbolzen,
entfernbar in ein Vorderende der Flüssigkeitszufuhrleitung eingelassen. Während
der Gegenstand eingespannt ist, wird unter Hochdruck stehende Flüssigkeit, wie
z. B. Schneidflüssigkeit oder von einer Flüssigkeitszufuhrquelle ausgestoßene
Luft, durch einen im Gegenstand befindlichen Flüssigkeitsdurchlaß (wie z. B. in
einem Zugbolzen und einen Werkzeughalter) über den Flüssigkeitszufuhrkanal
und die Flüssigkeitszufuhrleitung zugeführt. Die Flüssigkeit wird der Schneidkante
eines mit dem Werkzeug verbundenen Werkzeughalters und/oder einem von
der Werkzeugschneide zu bearbeitenden Teil des Werkstücks zugeführt. So ist
es möglich, die Schneidkante des Werkzeugs und/oder den Teil des Werkstücks,
der bearbeitet wird, durch Verwendung der Schneidflüssigkeit zu kühlen und zu
schmieren und/oder am Werkzeug klebende Späne mit Hilfe von Druckluft zu
entfernen.
Verschiedene andere Ausführungsformen und Merkmale der vorliegenden
Erfindung und viele damit verbundene Vorteile werden durch die nachfolgende
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsquerschnitt des Hauptteils einer Einspannvorrichtung für
eine Drehspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht der Klemmhülse, der
Stützhülse und des Abstandhalters der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Vorderansicht der in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten
Spiralfeder,
Fig. 4a-c Ansichten der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, die den
Einspannvorgang verdeutlichen,
Fig. 5a-c ebenfalls Ansichten der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, die den
Einspannvorgang verdeutlichen,
Fig. 6a, b die in Fig. 1 gezeigte Einspannvorrichtung beim Lösevorgang;
Fig. 7a, b ebenfalls den Vorgang des Lösens;
Fig. 8 eine Darstellung eines kraftverstärkenden Mechanismus der in Fig. 1
gezeigten Einspannvorrichtung, und
Fig. 9 einen teilweisen Längsschnitt durch die Einspannvorrichtung für eine
Drehspindel gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Im folgenden wird eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform anhand
der Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 1 ist die Drehspindel 1 einer Werkzeugmaschine, wie z. B. eines
Bearbeitungszentrums, dargestellt. Eine Zugstange 3 wird durch ein in der
Drehspindel 1 befindliches Durchgangsloch 2 so eingeführt, daß sie vor- und
zurückgeschoben werden kann. Am hinteren Teil der Zugstange 3 befindet sich
eine Vielzahl von Tellerfedern (nicht gezeigt), die die Zugstange 3 nach hinten
drücken. Am hinteren Ende der Zugstange 3 befindet sich ein hydraulischer
Zylindermechanismus (nicht gezeigt), der die Zugstange 3 nach vorn drückt. Die
Drehspindel 1 wird durch einen Spindelkopf 4 drehbar gehalten.
Der vordere Teil 1a der Drehspindel 1, der einen größeren Durchmesser hat,
weist eine konische Bohrung 2a auf, die sich bis zum Vorderende des
Durchgangslochs 2 über einen inneren Vorsprung 1b fortsetzt. Ein
Werkzeughalter 5, in den ein Werkzeug (nicht gezeigt) eingespannt ist, ist
herausnehmbar in die konische Bohrung 2a eingepaßt. D.h. ein Konusschaft 5b,
der aus der Rückseite des Haltestücks 5a eines Werkzeughalters 5 herausragt,
ist in die konische Bohrung 2a eingepaßt. Die Rückenfläche des inneren
Vorsprungs 1b verläuft senkrecht zur Mittelachse der Drehspindel, und die
Vorderseite der Innennut 1b ist so abgeschrägt, daß der Innendurchmesser des
abgeschrägten Teils in Richtung der Vorderseite der Drehspindel 1 zunimmt.
Ein Zugbolzen 6 ragt aus dem rückwärtigen Ende des Konusschafts 5b des
Werkzeughalters 5 heraus. Der Zugbolzen 6 weist einen Schaftteil 6a und ein an
dessen hinterem Ende befindliches Eingreifstück 6b auf, das einen größeren
Durchmesser hat als der Schaftteil 6a. Der rückwärtige Teil des Eingreifstücks 6b
hat eine stumpfe Konusform, deren Durchmesser sich nach hinten verkleinert; die
Vorderfläche des Eingreifstücks 6b erstreckt sich vom hinteren Ende des
Schaftteils 6a senkrecht zu seiner Achse nach außen.
Im Durchgangsloch 2 ist an geeigneter Stelle in Axialrichtung eine Hülse 1c
an der Drehspindel 1 angebracht. An ihrem Vorderende hat die Hülse 1c einen
Bereich 1 c1 mit größerem Innendurchmesser. Innerhalb des Durchgangslochs 2
befindet sich an der Vorderseite der Hülse 1c eine Klemmhülse 7, die auf die
äußere Umfangsfläche des Vorderteils der Zugstange 3 aufgeschoben ist; die
Klemmhülse 7 wird von einer Stützhülse 8 umschlossen, an deren Vorderseite
sich ein Abstandhalter 9 befindet. Die Klemmhülse 7, die Stützhülse 8 und der
Abstandhalter 9 sind so im Durchgangsloch 2 untergebracht, daß sie koaxial
zueinander verlaufen.
An der äußeren Umfangsfläche des Vorderteils der Zugstange 3 befindet
sich eine rückwärtige Aussparung 3a sowie weiter vorn eine Aussparung 3b, die
schmaler als die rückwärtige Aussparung 3a ist, so daß zwischen ihnen ein
Eingreifteil 3c entsteht. An der Vorderseite der vorderen Aussparung 3b befindet
sich ein Vorderteil 3d mit geringfügig größerem Durchmesser als das Eingreifteil
3c. Die vorderen und hinteren Endflächen sowohl des Eingreifteils 3c als auch
des Vorderteils 3d sind um 45° gegenüber der Achse geneigt. Am rückwärtigen
Teil der äußeren Umfangsfläche des Eingreifteils 3c befindet sich eine leicht
abgeschrägte Fläche 3c₁, die um ca. 10° zur Mittelachse geneigt ist, so daß ihr
Durchmesser sich nach hinten verringert.
Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, ist die Klemmhülse 7 in vier Teilstücke 7₁ in
Umfangsrichtung unterteilt. Von der inneren Umfangsfläche jedes der Teilstücke
7₁ ragen ein hinterer Innenvorsprung 7a, ein Führungsvorsprung 7b, ein
Eingreifvorsprung 7c und ein vorderer Innenvorsprung 7d vor (in der Reihenfolge
von der Hinterseite zur Frontseite). Aus der äußeren Umfangsfläche jedes der
Teilstücke 7₁ ragen ein hinterer Außenvorsprung 7e und ein vorderer
Außenvorsprung 7f hervor, die dem hinteren Innenvorsprung 7a und dem
vorderen Innenvorsprung 7d in Axialrichtung entsprechen.
Jede der Vorderflächen des hinteren Innenvorsprungs 7a, die Vorder- und
Hinterflächen des Führungsvorsprungs 7b, des Eingreifvorsprungs 7c, die
Vorderfläche des hinteren Außenvorsprungs 7e, Vorder- und Hinterfläche der
vorderen Außennut 7f, sind um 45° zur Mittelachse geneigt. An der Vorderfläche
des vorderen Innenvorsprungs 7d befindet sich eine abgeschrägte Fläche 7i, die
um 45° zur Mittelachse geneigt ist und deren Durchmesser sich in Richtung der
Rückseite der Klemmhülse 7 verringert. Die hintere Fläche des vorderen
Innenvorsprungs 7d erstreckt sich senkrecht zur Mittelachse.
An der inneren Umfangsfläche jedes der hinteren Innenvorsprünge 7a
befindet sich eine leicht abgeschrägte Fläche 7a₁, die um einen Winkel von ca.
10° zur Mittelachse geneigt ist und deren Durchmesser sich in Richtung der
Rückseite der Klemmhülse verringert. Diese geneigte Fläche 7a, greift in die
leicht geneigte Fläche 3c₁ des Eingreifteils 3c der Zugstange 3 ein, so daß ein
kraftverstärkender Mechanismus 11 geschaffen wird.
Weiterhin ragt ein Vorsprung 7g vom hinteren Ende des hinteren
Innenvorsprungs 7a und des hinteren Außenvorsprungs 7e jedes der Teilstücke
7₁ der Klemmhülse 7 hervor, und eine Nut 7h befindet sich in der äußeren
Umfangsfläche des hinteren Vorsprungs 7g.
Die Klemmhülse 7 ist aus einem zylindrischen Metallteil gefertigt. Dieses
zylindrische Metallteil wird zunächst zugeschnitten, um die oben beschriebenen
Vorsprünge 7a-7g und Nut 7h zu erhalten. Es wird in Längsrichtung über seine
gesamte Länge in vier Teilstücke geschnitten. So werden die Teilstücke 7₁ der
Klemmhülse 7 hergestellt. Die Nuten 7h der Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7
nehmen eine ringförmige Spiralfeder 10 auf, die die Hinterenden der Teilstücke 7₁
so in eine Richtung drückt, daß der Durchmesser der Klemmhülse 7 sich
verringert. Die Enden der Spiralfeder 10 sind miteinander verbunden, so daß diese
ringförmig ist.
Fig. 3 zeigt die Spiralfeder 10. Ein elastischer Metalldraht 10a wird eng
gewickelt und zweimal an jedem Ende des gewickelten Teils gedreht, so daß
ringförmige Verbindungsösen 10b und 10c aus dem gewickelten Teil herausragen,
die senkrecht zueinander sind. Diese Verbindungsglieder 10b und 10c greifen
ineinander, um so die ringförmige Spiralfeder 10 zu bilden.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist die Stützhülse 8 aus einem zylindrischen
Metallteil gefertigt. Am hinteren Endstück des zylindrischen Teils befindet sich
eine Schrägfläche 8a, deren Innendurchmesser in Richtung des Hinterendes des
zylindrischen Teils zunimmt. Ein Teil 8b mit größerem Innendurchmesser befindet
sich am Vorderende der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Teils. Jede der
rückwärtigen abgeschrägten Flächen 8a und die rückwärtige Fläche des Teils 8b
sind um 45° zur Mittelachse geneigt. Vier Schlitznuten 8c befinden sich am
Vorderteil der Stützhülse 8. Sie weisen in Umfangsrichtung den gleichen Abstand
voneinander auf und erstrecken sich in Axialrichtung. Die Schlitznuten 8c sind
zum Vorderende des zylindrischen Teils hin offen.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, hat der aus Metall gefertigte Abstandhalter 9
ein Ringglied 9a. Vier rechtwinklige Positionierplättchen 9b stehen in gleichen
Abstand voneinander von der Rückseite des Ringglieds 9a an. Die Außenkanten
der Positionierplättchen 9b ragen über den äußeren Umfang des Ringglieds 9a
hinaus. Aus der hinteren Fläche des Ringgliedes 9a herausragende dreieckige
Hülsenöffnungsnasen 9c befinden sich in der Mitte zwischen zwei benachbarten
Positionierplättchen 9b.
Das Ringglied 9a weist eine konische Öffnung 9d auf, deren Umfang sich in
Richtung seiner Frontseite vergrößert, und die Hülsenöffnungsnasen 9c sind um
die konische Öffnung 9d so angeordnet, daß die rechtwinklige Kante jeder
Hülsenöffnungsnase 9c sich nahe der hinteren Umfangskante der konischen
Öffnung 9d befindet. Eine der sich an beiden Seiten ihrer rechtwinkligen Kante
befindlichen Hülsenöffnungsnase 9c erstreckt sich senkrecht zum Ringglied 9a,
und die andere ist an der Rückseite des Ringglieds 9a fixiert. Die Hypothenuse
der Hülsenöffnungsnasen 9c ist um etwa 50° zur Mittelachse geneigt und bildet
so äußere abgeschrägte Flächen, deren Höhe nach hinten abnimmt.
Der Abstandhalter 9 und die Stützhülse 8 sind in das Vorderteil des
Durchgangslochs 2 in der Drehspindel 1 folgendermaßen eingepaßt. Die
Vorderkanten der Positionierplättchen 9b des Abstandhalters 9 treffen auf die
hintere Fläche des innen Vorsprungs 1b der Drehspindel 1, die Positionierplättchen
9b greifen in die Schlitznuten 8c der Stützhüse 8 auf, und das Vorderende der
Stützhülse 8 trifft auf die hintere Fläche des Innenvorsprungs 1b.
Die Klemmhülse 7 wird nach Aufnahme der Spiralfeder 10 in die Stützhülse
8 eingeführt, und die Positionierplättchen 9b des Abstandhalters 9 schieben sich
zwischen die Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7. Die Stützhülse 8 und der
Abstandhalter 9 werden an dem Vorderteil der Drehspindel 1 durch den
Innenvorsprung 1b der Drehspindel 1 und einen Führungskörper 1c fixiert.
Im folgenden wird ein Anwendungsbeispiel für die erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung erläutert.
Wenn der hydraulische Zylindermechanismus ausgelöst wird, um die
Zugstange 3 gegen die Federkraft der Tellerfedern zu drücken, befindet sich das
Vorderende 3d der Zugstange 3 im Eingriff mit den Eingreifvorsprüngen 7c der
Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 (gezeigt in Fig. 4a). In dieser vorgeschobenen
Stellung werden die abgeschrägten Flächen 7i des Vorderendes der vorderen
Innenvorsprünge 7d durch die äußere abgeschrägte Fläche der
Hülsenöffnungsnasen 9c des Abstandhalters 9 gehalten. Da der Durchmesser
der vorderen abgeschrägten Endflächen 7i sich nach hinten verkleinert, wird die
Vorderseite der Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 geöffnet und in Schrägstellung
gehalten.
In dieser Stellung wird das Haltestück 5a des Werkzeughalters 5 mit Hilfe
eines nicht gezeigten automatischen Werkzeugwechslers gehalten und in die
konische Bohrung 2a der Drehspindel 1 eingeführt, so daß der Schaftteil 6a des
Zugbolzens 6, der aus dem hinteren Ende des Konusschafts 5b herausragt, in
das Ringglied 9a des Abstandhalters mit Zwischenraum eingeführt (siehe Fig. 1)
wird. Dadurch wird das am hinteren Ende des Schaftteils 6a befindliche
Eingreifteil 6b an der Hinterseite der vorderen Innenvorsprünge 7d der Teilstücke
7₁ der Klemmhülse 7 positioniert, und die hintere Fläche des Eingreifteils 6b stößt
dadurch an die Vorderfläche des Vorderteils 3d der Zugstange 3.
Wenn der Betrieb des hydraulischen Zylindermechanismus ausgesetzt wird,
nachdem der automatische Werkzeugwechsler das Haltestück 5a des
Werkzeughalters 5 freigegeben hat, wird die Zugstange 3 durch die Federkraft
der Tellerfedern zurückgezogen, so daß die hintere Fläche des Eingreifteils 3c
der Zugstange 3 durch die Vorderflächen der hinteren Innenvorsprünge 7a der
Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 gehalten wird, und das Vorderteil 3d der
Zugstange 3 am hinteren Ende der Eingreifvorsprünge 7c in die richtige Lage
gebracht wird. Dadurch bildet sich ein kleiner Zwischenraum zwischen dem
Vorderende 3d der Zugstange 3 und dem Eingreifteil 6b des Zugbolzens 6. Der
automatische Werkzeugwechsler, der das Haltestück 5a freigegeben hat, kehrt in
die Ausgangsstellung zurück.
Beim weiteren Zurückziehen der Zugstange 3 zieht sich die Klemmhülse 7
entsprechend zurück. Dadurch werden die vorderen Außenvorsprünge 7f der
Teilstücke 7₁ der Klemmhülse ebenfalls zurückgezogen und am hinteren Ende
des Teils 8b mit größerem Innendurchmesser positioniert, das sich am
Vorderende der Stützmuffe 8 befindet (siehe Fig. 4c), so daß die Vorderteile der
Teilstücke 7₁ vom geöffneten Zustand in eine im wesentlichen parallele Stellung
zueinander geöffnet werden.
Wenn die Zugstange 3 und die Klemmhülse 7 weiter nach hinten gezogen
werden, greifen die hinteren Flächen der vorderen Innenvorsprünge 7d der
Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 in die Vorderfläche der Eingreifteils 6b des
Zugbolzens 6 ein (siehe Fig. 5a).
Durch weiteres Zurückziehen der Zugstange 3 tritt der Konusschaft 6 des
Werkzeughalters 5 unter Druck mit der Umfangsfläche der konischen Bohrung
2a der Drehspindel 1 in Kontakt, und die hintere Fläche des Haltestücks 5a des
Werkzeughalters 5 stößt an die Vorderfläche der Drehspindel 1 (siehe Fig. 1).
Dadurch (siehe Fig. 5b) schiebt sich die Schrägfläche des Eingreifteils 3c der
Zugstange 3 auf die abgeschrägten Vorderflächen der hinteren Innenvorsprünge
7a der Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7.
Anschließend (siehe Fig. 5c) berühren die am hinteren Teil der äußeren
Umfangsfläche des Eingreifteils 3c der Zugstange 3 ausgebildeten leicht
abgeschrägten Flächen 3c, unter Druck die leicht abgeschrägten Flächen 7a,
auf den inneren Umfangsflächen der hinteren Innenvorsprünge 7a der Teilstücke
7₁ der Klemmhülse 7. Dadurch tritt die Zugstange 3 in den zurückgezogenen
Zustand ein, in dem die äußere Umfangsfläche des Vorderteils 3d der Zugstange
3 in die inneren Umfangsflächen der Führungsvorsprünge 7b der Teilstücke 7i
der Klemmhülse 7 eingreift, um diese zu halten.
In dieser Stellung, in der die Zugstange 3 zurückgezogen wurde, wird sie
durch die Tellerfedern in Axialrichtung nach hinten gedrückt. Dadurch (siehe Fig. 8)
werden die leicht abgeschrägte Fläche 3c₁, die an der äußeren Umfangsfläche
des Eingreifteils 3c der Zugstange 3 so geformt ist, daß ihr Durchmesser sich
rückwärtig verkleinert, und die leicht abgeschrägten Flächen 7a₁, die auf den
inneren Umfangsflächen der Innenvorsprünge 7a der Teilstücke 7₁ der
Klemmhülse 7 so geformt sind, daß der Innendurchmesser sich rückwärtig
verkleinert, unter Druck in einem kleinen Neigungswinkel von ca. 10°
aufeinandergedrückt. Dadurch (vgl. Pfeil a in Fig. 8) ist die Seitenkraft in Richtung
der äußeren Umfangsrichtung der Zugstange 3 groß, und das Eingreifteil 3c übt
auf die hinteren Innenvorsprünge 7a in Richtung der äußeren Umfangsfläche der
Klemmhülse 7 großen Druck aus. Auf diese Weise wird der Werkzeughalter 5
eingespannt.
Die Enden der Teilstücke 7₁ werden auseinandergedrückt, und die
Vorderflächen der hinteren Außenvorsprünge 7e, die entsprechend den hinteren
Innenvorsprüngen 7a nach außen ragen, werden mit der abgeschrägten Fläche
8a der Stützhülse 8 in Kontakt gebracht, die in einem Neigungswinkel von 45°
an der Drehspindel 1 befestigt ist, so daß nach Beendigung des
Einspannvorgangs das Eingreifteil 6b des Zugbolzens 6 mit mehrfacher Kraft der
Tellerfedern gehalten werden kann. Dadurch wird der kraftverstärkende
Machanismus 11 am Vorderende der Zugstange 3 geschaffen.
Dementsprechend können die Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 sicher an
der Stützhülse 8 befestigt werden. Auch können dünnere Tellerfedern, die nicht
so leicht ermüden wie die oben beschriebenen, verwendet werden, und es ist
nicht nötig, ihre Anzahl zu erhöhen.
Während der Werkzeughalter 5 eingespannt ist, läßt man die Drehspindel 1
laufen, um ein Werkstück zu bearbeiten, z. B. durch Schneiden, wobei ein in den
Werkzeughalter 5 eingespanntes Werkzeug verwendet wird. Nach Beendigung
des Bearbeitungsvorgangs kehren die Drehspindel 1 und die andere Bauteile in
ihre Ausgangsstellung zurück, woraufhin das Werkzeug automatisch gewechselt
wird. Der Vorgang des automatischen Werkzeugwechselns läuft folgendermaßen
ab. Das Halteteil 5a des Werkzeughalters 5 wird im eingespannten Zustand
(siehe Fig. 1 und 5c) vom automatischen Werkzeugwechsler gehalten, und der
hydraulische Zylindermechanismus wird in Betrieb gesetzt, um die Zugstange
nach vorn zu führen. Dadurch wird die Vorderfläche des Vorderendes 3d der
Zugstange 3 durch die Rückseiten der Eingreifvorsprünge 7c der Teilstücke 7₁
der Klemmhülse 7 gehalten (siehe Fig. 6a). Durch die Federkraft der in die Nuten
7h der hinteren Außenvorsprünge 7e der Teilstücke 7₁ eingreifen den Spiralfeder
10 wird jedes der Teilstücke 7₁ leicht gekippt, so daß der Durchmesser des
Klemmhülsenendes sich verkleinert. Dadurch bildet sich eine Öffnung zwischen
dem Vorderteil der in die Klemmhülse 7 eingeführten Zugstange 3 und den
Teilstücken 7₁ mit Ausnahme der Vorderfläche des Vorderteils 3d der Zugstange
3.
Durch weiteres Vorschieben der Zugstange 3 (siehe Fig. 6b) werden die
Eingreifvorsprünge 7c der Teilstücke 7₁ durch das Vorderteil 3d der Zugstange 3
herausgedrückt, um so die Klemmhülse 7 nach vorn zu führen, so daß die
Hinterflächen der vorderen Innenvorsprünge 7d der Teilstücke 7₁ von der
Vorderfläche des Eingreifteils 6b des Zugbolzens 6 getrennt werden. Weiter wird
die Vorderfläche der hinteren Außenvorsprünge 7e der Teilstücke 7₁ nach vorn
in die hintere abgeschrägte Fläche 8a der Stützhülse 8 geschoben, und die
vorderen Schrägflächen 7i der vorderen Außenvorsprünge 7f der Teilstücke 7₁
werden mit den äußeren Schrägflächen der Hülsenöffnungsnasen 9c des
Abstandhalters 9 in Kontakt gebracht. Außerdem werden die hinteren Flächen
der vorderen Innenvorsprünge 7d der Teilstücke 7₁ von der Vorderfläche des
Eingreifteils 6b des Zugbolzen 6 getrennt.
Durch weiteres Vorschieben der Zugstange 3 werden die Teilstücke 7₁
herausgedrückt (siehe Fig. 7a). So greifen die äußeren Umfangsflächen der
hinteren Außenvorsprünge 7e der Teilstücke 7₁ in die hintere Innen
umfangsfläche der Stützmuffe 8 ein und werden von dieser gehalten. Zusätzlich
werden die hinteren Flächen der vorderen Außenvorsprünge 7f der Teilstücke 7₁
auf die geneigte Rückseite des Teils 8b mit dem größeren Innendurchmesser
geschoben. Zu diesem Zeitpunkt werden die Teilstücke 7₁ so gekippt, daß ihre
Vorderteile durch die Federkraft der Spiralfeder 10 und die Bewegung der
äußeren Schrägflächen der Hülsenöffnungsnasen 9c geöffnet werden.
Wenn die Zugstange zur Endposition vorgeschoben wurde (siehe Fig. 7b),
tritt die Vorderfläche des Vorderteils 3d der Zugstange 3 in Kontakt mit der
hinteren Fläche des Eingreifteils 6b des Zugbolzens 6. In diesem
vorgeschobenen Zustand liegen die Außenflächen der vorderen
Außenvorsprünge 7f der Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 an der inneren
Umfangsfläche des Teils 8b der Stützhülse 8 an, und die inneren Umfangsflächen
der vorderen Innenvorsprünge 7d der Teilstücke 7₁ befinden sich in Abstand
voneinander auf der radial äußeren Seite der äußeren Umfangsfläche des
Eingreifteils 6b des Zugbolzens 6.
Dann wird der automatische Werkzeugwechsler betätigt, um das Haltestück
5a des Werkzeughalters 5 zu halten und diesen sowie den Zugbolzen 6 in
Richtung der Außenseite der Drehspindel 1 (siehe Fig. 5, rechts) heraus zu
ziehen. Anschließend wird ein anderer vom automatischen Werkzeugwechsler
gehaltener Werkzeughalter durch den oben beschriebenen Vorgang an der
Drehspindel 1 befestigt (vgl. Fig. 4a-4c, Fig. 5a-c).
Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspann
vorrichtung haben alle Hülsenöffnungsnasen 9c die Form eines rechtwinkligen
Dreiecks und sind auf dem plattenförmigen Ringglied 9a des Abstandhalters 9
angeordnet; wenn die Klemmhülse 7 vorgeschoben wird, greifen die an den
vorderen Innenvorsprüngen 7f der Teilstücke 7₁ befindlichen vorderen
Schrägflächen 7i in die Schrägflächen der Hülsenöffnungsnasen 9c ein. Deshalb
können die Teilstücke 7₁ zuverlässig geöffnet werden (siehe Fig. 7b).
Da die ringförmige Spiralfeder 10 in die in den hinteren Endvorsprüngen 7g
der Teilstücke 7₁ der Klemmhülse 7 befindlichen Nuten eingepaßt ist, können die
Teilstücke 7₁ durch das Vorschieben der Klemmhülse 7 gekippt werden, um so
den Durchmesser des hinteren Endes der Klemmhülse 7 zu verringern und vorn
zu vergrößern. Dadurch kann die Hülse 7 den Öffnungsvorgang sicher
ausführen, so daß das Eingreifteil 6b des Zugbolzens 6 stoßfrei mit der
Klemmhülse 7 verbunden und wieder von ihr abgezogen werden kann.
Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Einspannvorrichtung. Bei dieser kann
Flüssigkeit wie Schneideflüssigkeit oder Reinigungsluft von der Zugstange 3 zum
Werkzeughalter 5 geführt werden.
Genauer gesagt setzt sich die Zugstange 3 aus einer Vorderstange 3₂ und
einer Hinterstange 3₁ zusammen. Das Hinterende der Vorderstange 3₂ greift in
das Vorderende einer Hinterstange 3₁ ein und ist an ihr befestigt. Innerhalb der
Vorderstange 3₂ befindet sich eine Flüssigkeitszufuhrleitung 12; diese ist in
Axialrichtung verschiebbar. Ein am hinteren Teil der Flüssigkeitszufuhrleitung 12
befindliches Teil 12a mit größerem Durchmesser wird in den Teil 3 des Lochs mit
größerem Durchmesser 3 2a der Vorderstange 3₂ eingepaßt, und das Teil 12a
wird durch eine vom Vorderende der Hinterstange 3₁ gehaltene ringförmige
Druckfeder 13 nach vorn gepreßt. Ein Teil 12b mit kleinerem Durchmesser
erstreckt sich einstückig vom Vorderende des Teils 12a über ein abgestuftes Teil
12c. Das Teil 12b ist in ein Loch 3 2b mit kleinem Durchmesser eingepaßt, das an
der Vorderseite des Lochs 3 2a der Stange 3₂ über ein abgestuftes Teil 3 2c
gebildet ist. Das Vorderteil des Teils 12b mit kleinerem Durchmesser steht aus
dem Vorderende der Vorderstange 3₂ hervor. Das Teil 12b weist ein Teil 12e mit
kleinerem Außendurchmesser auf, das sich an dessen Vorderende über ein
abgestuftes Teil 12d ausbildet.
In die Vorderstange 3₂ ist eine Kerbe 3 2d eingelassen, die zur
Vorderfläche hin offen ist und das Teil 12b umschließt. Ein röhrchenförmiger
Vorsprung 6c, der in die Kerbe 3 2d eingepaßt ist, ragt rückwärtig aus dem
Eingreifteil 6b der Zugstange 6 heraus. Ein Flüssigkeitsdurchlaß 14, der mit dem
röhrchenförmigen Vorsprung 6c in Verbindung steht, ist innerhalb des
Zugbolzens 6 und des Werkzeughalters 5 ausgebildet. Das Vorderende des
Flüssigkeitsdurchlasses 14 steht in Verbindung mit einem zugehörigen Punkt wie
z. B. dem Boden eines nicht dargestellten Werkzeugaufnahmelochs.
Weiterhin befindet sich in der Mitte der Hinterstange 3₁ ein sich in
Axialrichtung erstreckender Flüssigkeitszuleitungskanal 15. Das Vorderende des
Flüssigkeitszuleitungskanals 15 steht mit dem Loch 3 2a mit großem Durchmesser
der Vorderstange 3₂ in Verbindung, während sein rückwärtiges Ende an eine
nicht gezeigte Flüssigkeitszufuhrquelle angeschlossen ist, die außerhalb der
Drehspindel 1 über ein Hilfsmittel angeschlossen ist.
Abgesehen vom oben beschriebenen Abschnitt gleicht die Struktur der
zweiten Ausführungsform der Einspannvorrichtung derjenigen der ersten. Die
Bezugszeichen in Fig. 9, die denjenigen der Fig. 1-3 entsprechen,
bezeichnen die entsprechenden Teile.
Bei der zweiten Ausführungsform der Einspannvorrichtung ist der
Werkzeughalter 5 eingespannt, wie durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 9
gezeigt. Hier liegt die rückwärtige Fläche des Eingreifteils 6a des Zugbolzens 6
an der Vorderfläche des Eingreifteils 3c der Zugstange an, welche sich in
vorgeschobener Stellung befindet. Dadurch wird die röhrchenförmige Nut 6c in
die in der Vorderstange 3₂ der Zugstange 3 befindliche Kerbe 3 2d eingepaßt,
und das Teil 12e mit kleinerem Durchmesser vom Vorderende des Teils 12b mit
kleinerem Durchmesser der Flüssigkeitszufuhrleitung 12 wird in den
röhrchenförmigen Vorsprung eingepaßt. Weiterhin liegt das Vorderende des Teils
12e mit kleinerem Außendurchmesser an der Rückenfläche des Eingreifteils 6b
des Zugbolzens 6 an, so daß die Flüssigkeitszufuhrleitung 12 zurückgezogen
wird, während ihr Teil 12a die Druckfeder 13 zusammendrückt.
Wenn ein Werkstück bearbeitet wird, wird von der Flüssigkeitszufuhrquelle
gelieferte, unter Druck stehende Schneidflüssigkeit vom in der Hinterstange 3₁
befindlichen Flüssigkeitszufuhrkanal 15 über das Loch 3 2a mit großem
Durchmesser der Vorderstange 3₂ in die Flüssigkeitszufuhrleitung 12 geleitet. Die
Schneidflüssigkeit wird dann von der Flüssigkeitszufuhrleitung 12 zum
Flüssigkeitsdurchlaß 14 geleitet, der sich durchgehend im Zugbolzen 6 und
Werkzeughalter 5 befindet, so daß die Schneidflüssigkeit zum Boden des
Werkzeugaufnahmelochs des Werkzeughalters 5 und dann zur Schneidkante
des Werkzeugs geführt wird. So werden die Schneidkante des Werkzeugs und
ein Teil des zu bearbeitenden Werkstücks gekühlt und/oder geschmiert.
Der Betrieb und die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung sind bis auf den oben beschriebenen
Arbeitsvorgang und seine Wirkungsweise identisch mit der ersten
Ausführungsform. Deshalb wird ihre Beschreibung ausgelassen.
Bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einspannvorrichtung ist es möglich, den im Werkzeughalter befindlichen
Flüssigkeitsdurchlaß durch Verwendung bekannter Mittel frei zu verändern. Z.B.
wird der Flüssigkeitsdurchlaß verzweigt, um so die Schneidflüssigkeit vom
Werkzeughalter in Richtung des äußeren Umfangs der Schneidkantenstellen des
Werkzeugs einzuspritzen. Alternativ wird anstelle der Schneidflüssigkeit
Reinigungsluft durch das Werkzeug geleitet, um am Werkzeug klebende Späne
und ähnliches zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung weist eine Feder zum Vorwärtsdrücken der
Zugstange und einen kraftverstärkenden Mechanismus am Vorderende der
Zugstange auf. Deshalb ist es möglich, anstelle einer Mehrzahl von Tellerfedern
eine Spiralfeder zu verwenden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Klemmhülse (wie in den oben
beschriebenen Ausführungsformen) vorzugsweise in vier Teile in
Umfangsrichtung geteilt, obgleich die Anzahl der Teilstücke der Klemmhülse frei
gewählt werden kann.
Gegenstände, die durch die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung
eingespannt werden, sind nicht auf die in den oben beschriebenen
Ausführungsformen genannten Werkzeughalter beschränkt; Werkstücke können
ebenfalls durch die Einspannvorrichtung eingespannt werden, vorausgesetzt, daß
jedes der Werkstücke einen abgeschrägten Teil, einen sich vom abgeschrägten
Teil nach hinten erstreckenden Schaftteil und ein am Schaftteil ausgebildetes
Eingreifteil mit größerem Durchmesser als das Schaftteil aufweist.
Es sind zahlreiche verschiedene Modifizierungen der vorliegenden
Erfindung angesichts der oben beschriebenen Lehren möglich. Die Erfindung
kann anders ausgeführt sein als beschrieben, solange sie im Schutzbereich der
Ansprüche liegt.
Bezugszeichenliste
1 Drehspindel
1a vorderes Teil mit größerem Durchmesser
1b innerer Vorsprung
1c Hülse
1 c1 Teil mit größerem Durchmesser
2 Durchgangsloch
2a konische Bohrung
3 Zugstange
3a hintere ringförmige Aussparung
3b vordere ringförmige Aussparung
3c Eingreifteil
3c₁ leicht abgeschrägte Fläche
3d Vorderteil
3₁ Hinterstange
3₂ Vorderstange
3 2a Loch
3 2b Loch
3 2d Kerbe
4 Drehspindelkopf
5 Werkzeughalter
5a Haltestück
5b Konusschaft
6 Zugbolzen
6a Schaftteil
6b Eingreifstück
6c röhrchenförmiger Vorsprung
7 Klemmhülse
7a hinterer Innenvorsprung
7a₁ leicht abgeschrägte Fläche
7b Führungsvorsprung
7c Eingreifvorsprung
7d vorderer Innenvorsprung
7e hinterer Außenvorsprung
7f vorderer Außenvorsprung
7g Vorsprung
7i Schrägfläche
7h Nut
7₁ vier Teilstücke
8 Stützhülse
8a abgeschrägte Fläche
8b Teil mit größerem Innendurchmesser
8c vier Schlitznuten
9 Abstandhalter
9a Ringglied
9b Positionierplättchen
9c Hülsenöffnungsnasen
9d konische Öffnung/Loch
10 Spiralfeder
10a elastischer Metalldraht
10b ringförmiges Verbindungsglied
10c ringförmiges Verbindungsglied
11 kraftverstärkende Mechanismus
12 Flüssigkeitszufuhrleitung
12a Teil mit größerem Durchmesser
12b Teil mit kleinerem Durchmesser
12c abgestufter Teil
12d Vorderende des abgestuften Teils
12e Teil mit kleinerem Außendurchmesser
13 Druckfeder
14 Flüssigkeitsdurchlaß
15 Flüssigkeitszuleitungskanal