DE19940330C2 - Werkzeugspanneinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspanneinrichtung mit einem ein Werkzeug aufnehmenden Werkzeughalter zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Werkzeugträgers, insbesondere einer Drehmaschine, bei der der Werkzeughalter und der Werkzeugträger einander zugeordnete Auflageflächen und Einrichtungen zur Befestigung des Werkzeughalters an dem Werkzeugträger aufweisen und Stellmittel zur lagegenauen Einstellung des Werkzeughalters bezüglich der Aufnahmebohrung vorgesehen sind.

Beispielsweise bei CNC-Drehzentren mit beweglichen Werkzeugträgern in Gestalt von Werkzeugrevolverscheiben und dergleichen werden Werkzeughalter zur Aufnahme von Drehwerkzeugen, Bohrwerkzeugen, Fräswerkzeugen oder sonstigen zur Fertigung erforderlichen Werkzeugen verwendet, die in entsprechende Aufnahmen des Werkzeugträgers eingesetzt werden. Dabei kommen häufig automatische Werkzeugwechselsysteme zum Einsatz, die entsprechend dem Bearbeitungsfortschritt Werkzeughalter mit voreingestellten Werkzeugen einsetzen oder austauschen.

Werkzeughalter mit Zylinderschaft sind nach DIN 69880 genormt. Sie können für feststehende oder umlaufende Werkzeuge eingerichtet sein. Dabei ist es auch bekannt den Werkzeughalter mit einem Befestigungsflansch zu versehen, der bei in die Aufnahme eingesetztem Werkzeughalter an dem Werkzeugträger anliegt und an diesen festgeschraubt wird, so dass der Werkzeughalter starr mit dem Werkzeugträger verbunden ist. Zur Lagefixierung des Werkzeughalters an dem Werkzeugträger findet in der Praxis auch eine zusätzliche, meist zentrisch zur Mitte der Aufnahmebohrung vorgesehene Passfedernut Verwendung, in die eine entsprechende Passfeder an dem Schaft des Werkzeughalters eingreift. Häufig ist auch eine im radialen Abstand zu der Achse der Aufnahmebohrung angeordnete Fixierbohrung an dem Werkzeugträger bzw. dem Werkzeughalter vorhanden, in die ein Passstift eingesetzt ist, der insbesondere die Winkellage des Werkzeughalters bezüglich des Werkzeugträgers fixiert.

Die grundsätzliche Problematik dieser oder ähnlicher bekannter Lösungen zur Lagefixierung eines mit seinem Zylinderschaft in eine Aufnahmebohrung des Werkzeugträgers eingesetzten Werkzeughalters besteht darin, dass Fertigungstoleranzen an dem Werkzeughalter und am Werkzeugträger und das zum Wechseln des Werkzeughalters erforderliche Fügespiel zwischen dem Schaft und der Wandung der Aufnahmebohrung im Ergebnis eine gewisse Lageungenauigkeit des in den Werkzeughalter eingesetzten Bearbeitungswerkzeuges verursachen. Diese Lageungenauigkeit ist besonders hinsichtlich der Winkellage bei radial zu der Achse der Aufnahmebohrung angeordneten Werkzeugen störend, weil sie bei längeren Werkzeugen zu erheblichen Bearbeitungsungenauigkeiten Anlass gibt. Gerade bei für hohe Bearbeitungspräzision ausgelegten CNC-Drehzentren genügt die Lagegenauigkeit des Werkzeughalters relativ zu dem Werkzeugträger ohne zusätzliche Maßnahmen in der Regel nicht den Anforderungen. Es ist deshalb meistens eine Nachjustierung des in die Aufnahme eingesetzten Werkzeughalters erforderlich. Dies gilt auch für Werkzeughalter, die ohne Schaft ausgebildet sind und lediglich zu dem Werkzeugträger festgeschraubt oder sonstwie befestigt werden.

Solche Nachjustierungen von Werkzeughaltern an der Maschine sind aber zeitaufwendig und erhöhen die sogenannten Rüstzeiten erheblich. Außerdem können die Werkzeughalter nicht so voreingestellt werden, dass sie mit der erforderlichen (sehr kleinen) Lagetoleranz gewechselt werden können. Dies fällt besonders auch bei automatischen Werkzeugwechselsystemen nachteilig ins Gewicht.

Um hier eine gewisse Abhilfe zu schaffen sind in der Praxis schon Werkzeugspanneinrichtungen bekannt geworden, bei denen an dem Werkzeughalter und dem Werkzeugträger Vorkehrungen getroffen sind, um über Stellmittel eine insbesondere winkellagegenaue Einstellung des Werkzeughalters bezüglich der zugeordneten Aufnahmebohrung des Werkzeugträgers zu ermöglichen. Zu diesem Zwecke ist es bekannt auf dem Gehäuse des Werkzeughalters eine eine V-förmige, maßgenaue Aussparung aufweisende Leiste mittels einer Einstelllehre zu montieren und auf der Revolverscheibe ein zugehöriges Gegenstück festzuschrauben, das beim Einsetzen des Werkzeughalters in die Aufnahme in die V-Leiste eingreift. Andere Stellmittel sind in Gestalt eines Exzenterbolzens ausgebildet, der in eine im radialen Abstand zu der Achse der Aufnahmebohrung angeordnete Bohrung des Werkzeugträgers eingesetzt ist und in eine entsprechende Bohrung oder Aufnahme an dem Werkzeughalter ragt. Der Exzenterbolzen kann auch mit Spreizklemmung ausgebildet sein und kann bspw. über einen Schlüsselansatz oder von außen her zugängliche Stellschrauben, die neben der Achse des Exzenterbolzens an diesem angreifen, verstellt werden.

Bei einer aus der DE 39 29 802 C1 bekannten Werkzeugträgeranordnung, insbesondere für Drehmaschinen, mit auswechselbaren Werkzeughaltern weist wenigstens einer der Werkzeughalter zwei seitliche Ansätze auf, die über je einen Stirnflächenrand des Werkzeugträgers greifen und sich an diesem abstützen. An jedem der seitlichen Ansätze ist ein Einstellglied in Form einer Madenschraube gelagert, das gegen den benachbarten Stirnflächenrand des Werkzeugträgers spannbar und derart angeordnet ist, dass es im gespannten Zustand eine in Bezug auf den zugehörigen Schaft exzentrische Reaktionskraft auf den Werkzeughalter ausübt. Auf der Vorder- und der Rückseite des Werkzeugträgers (Revolverscheibe) ausgebildete Stirnflächenränder oder Fasenflächen bedeuten, wenn sie wie hier eng toleriert sein müssen, einen gewissen Herstellungsaufwand. Außerdem ist es nicht ganz einfach, die einander gegenüberliegenden jeweils unter Vorspannung stehenden Einstellglieder feinfühlig einzustellen.

Alle diese Einrichtungen zur Justierung der Winkellage eines Werkzeughalters bezüglich dem Werkzeugträger haben im Gebrauch gewisse Nachteile, weil sie entweder nicht einfach und feinfühlig genug zu bedienen sind oder unerwünscht hohe Anforderungen an die Aufmerksamkeit des Bedienpersonals stellen oder aber Maßnahmen an dem Werkzeugträger, bspw. der Revolverscheibe und/oder dem Werkzeughalter erfordern, die bspw. einen zusätzlichen Platzbedarf hervorrufen und deshalb problematisch sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Werkzeug­ spanneinrichtung mit einem ein Werkzeug aufnehmenden Werk­ zeughalter zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Werkzeug­ trägers, bspw. einer Revolverscheibe zu schaffen, die es erlaubt, ohne störende oder übermäßig aufwendige Maßnahmen an dem Werkzeugträger und ohne unerwünscht hohen Bedien­ aufwand, eine eng tolerierte Lagefixierung des Werkzeughal­ ters bezüglich des Werkzeugträgers zu gewährleisten, so dass insbesondere die Werkzeughalter voreingestellt werden können und eine spielfreie Übertragung der Winkellage ge­ währleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Werkzeugspanneinrichtung die Merkmale des Patentanspruch 1 auf.

Bei der neuen Werkzeugspanneinrichtung sind an dem Werkzeughalter wenigstens zwei spielfrei geführte, im Ab­ stand voneinander angeordnete Stellelemente vorgesehen, während an dem Werkzeugträger wenigstens zwei diesen Stellelementen zugeordnete Anlagestellen ausgebildet sind. Bei in die Aufnahme eingesetztem Werkzeughalter liegen dessen Stellelemente passgenau an den Anlagestellen an. Den Stellelementen sind Verstellmittel an dem Werkzeughalter zugeordnet, durch die sie im Sinne der maßgenauen Justierung der Winkellage und/oder der Achslage des Werkzeughalters bezüglich der Achse der Aufnahme einstellbar sind. Die Anlagestellen und/oder die Stellelemente an ihren mit den Anlagestellen zusammenwirkenden Teilen können so ausgebildet sein, dass sich eine flächige Berührung ergibt oder dass eine Flächen-/Linienberührung zustande kommt.

Die Anlagestellen sind an einer Wand wenigstens einer Aufnahmenut des Werkzeugträgers ausgebildet, die im Bereiche der Auflagefläche für den Werkzeughalter angeordnet ist. Eine solche Aufnahmenut ist mit verhältnismäßig einfachen Mitteln präzise herstellbar; sie ist für die Funktion des Werkzeugträgers nicht störend und erfordert auch keinen zusätzlichen Platzbedarf. In einer einfachen Ausführung ist sie im Querschnitt rechteckig, doch sind grundsätzlich auch andere Querschnittsprofilformen, bspw. V-förmig möglich, wobei die Stellelemente an den an einer Nutenwand anliegenden Teilen entsprechend der Nutenform gestaltet sind. Bei Nuten mit parallelen Nutenwänden sind sie mit Vorteil als passgenaue Nutensteine ausgebildet, während z. B. bei im Querschnitt V- förmigen Nuten eine prismatische oder keilförmige Gestaltung der Stellelemente an deren Eingriffsbereich mit der Nutenwand infrage kommt.

Bereits mit zwei Stellelementen, die im Abstand voneinander an Anlagestellen etwa in einer Aufnahmenut des Werkzeugträgers passgenau anliegen, ist eine sehr eng tolerierte reproduzierbare Winkellagefixierung des Werkzeughalters gewährleistet. Abhängig von den Erfordernissen des jeweiligen Einsatzzweckes können auch mehr als zwei im Abstand voneinander angeordnete Stellelemente an dem Werkzeugträger vorgesehen sein, die rings um die Achse des Werkzeughalters verteilt sind. So können z. B. zwei sich kreuzende Aufnahmenuten in dem Werkzeugträger vorhanden sein, deren Schnittstelle bei einem Werkzeughalter mit einem Schaft und einer Aufnahme in Gestalt einer Bohrung im Bereiche der Aufnahmebohrung liegt. An dem Werkzeugträger sind vier Stellelemente vorhanden, so dass sich vier voneinander beabstandete Anlagestellen ergeben. Damit ist es möglich, nicht nur die Winkellage des Werkzeughalters bezüglich des Werkzeugträgers, sondern auch die Lage der Achse des Werkzeughalters zur Achse der Aufnahme (seitlicher Achsversatz) mit hoher Genauigkeit einzustellen bzw. zu korrigieren. Insbesondere bei Einsatzfällen, bei denen es nur darum geht den Achsversatz einzustellen oder zu korrigieren, könnte man auch mit einer kreisrunden Aufnahmenut in dem Werkzeugträger das Auslangen finden.

Bei in die Aufnahme des Werkzeugträgers eingesetztem Werkzeughalter liegen dessen Stellelemente unter einer gewissen Vorspannung an den Anlagestellen an. Dies wird in einer bevorzugten Ausführungsform durch Vorspannmittel erreicht, die in Führungen des Werkzeugträgers verschieblich geführten Stellelemente gegen Anlagestellen spielfrei andrücken.

Dazu kann bei einer entsprechenden Ausführungsform des Werkzeughalters mit Schaft der Werkzeughalter mit einer Vorzentrierung ausgebildet werden, wozu dem Schaft des Werkzeughalters Vorzentriermittel zugeordnet sind, durch die zumindest ein Teil des Schaftes einseitig, radial gegen die Wandung der ihn aufnehmenden Aufnahmebohrung elastisch andrückbar ist. Dabei ergeben sich besonders einfache konstruktive Verhältnisse, dadurch dass diese Vorzentrier- oder Vorspannmittel durch einen elastischen Rundschnurring gebildet sind, der zur Abdichtung des Schaftes gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung in der Regel ohnehin vorhanden ist und der hier auf einer zu der Schaftlängsachse exzentrischen Auflagefläche, in der Regel dem Boden der Schnurringnut des Schaftes aufgenommen ist. Mit der so erreichten Anlage des entsprechenden voreingestellten Stellelementes an der Anlagestelle, bspw. auf der Wand der Aufnahmenut, wird das Fügespiel zwischen dem Stellelement und den Wandungen der Aufnahmenut unbedeutend, womit Winkelabweichungen beim Werkzeughalterwechsel minimiert werden.

Die neue Werkzeugspanneinrichtung erlaubt eine spielfreie Übertragung der Winkellage des Werkzeughalters mit definierter Vorspannung, wobei erforderlichenfalls auch ein Achsversatz zwischen Werkzeughalter und Aufnahme berücksichtigt werden kann. Die Einrichtung kann bei vertretbaren Aufwand mit großer Genauigkeit hergestellt werden, weil z. B. die Aufnahmenuten sehr präzise in den Werkzeugträger eingearbeitet werden können, ohne dass dazu ein übermäßiger Aufwand erforderlich wäre. Die an dem Werkzeughalter vorhandenen Stellelemente erlauben eine genaue Justierung (im Bereich unter 0,01 mm), die es im Zusammenwirken mit den an dem Werkzeugträger vorgesehenen Anlagestellen gestatten, Fertigungstoleranzen einwandfrei auszugleichen.

Schließlich können die Werkzeughalter auf einer dem Werkzeugträger entsprechenden Aufnahme einwandfrei voreingestellt werden. Beim Werkzeugwechsel ergeben sich wiederholbare Ergebnisse hinsichtlich der Lagegenauigkeit, was in der Praxis bspw. bedeutet, dass bei einer Werkzeugspitze eines quergespannten Werkzeugs die im Abstand von 150 mm von der Achse bspw. der Aufnahmebohrung liegt, eine reproduzierbare Genauigkeit mit einer Toleranz von +/-0,01 mm erzielbar ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der neuen Werkzeugspanneinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Weiterbildungen der Werkzeugspanneinrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Werkzeugspanneinrichtung, gemäß der Erfindung, mit einem Werkzeughalter und einem Werkzeugträger in Gestalt einer Sternrevolverscheibe, in schematischer Darstellung und in der Draufsicht,

Fig. 2 den Werkzeugträger der Werkzeugspanneinrichtung nach Fig. 1 in einer Ansicht längs der Linie II-II der Fig. 1 unter Veranschaulichung einer Auflagefläche für einen Werkzeughalter und im Ausschnitt,

Fig. 3 den Werkzeughalter der Werkzeugspanneinrichtung nach Fig. 1, im größeren Detail, im axialen Schnitt in einer Seitenansicht,

Fig. 4 den Werkzeughalter nach Fig. 3 in einer Draufsicht,

Fig. 5 den Werkzeughalter nach Fig. 3 in einer Seitenansicht von der Spannzange her,

Fig. 6 den Werkzeughalter nach Fig. 4 eingesetzt in eine Aufnahmebohrung des im Ausschnitt dargestellten Werkzeugträgers nach Fig. 1, in einer Ansicht entsprechend Fig. 4,

Fig. 7 einen Ausschnitt aus dem Werkzeughalter nach Fig. 6 unter Veranschaulichung eines Stellelementes im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in einem anderen Maßstab,

Fig. 8 einen Werkzeughalter für eine Werkzeugspannein­ richtung gemäß der Erfindung in einer abgewandelten Ausführungsform, im axialen Schnitt in einer Ansicht,

Fig. 9 den Werkzeughalter nach Fig. 8 in der Draufsicht,

Fig. 10 den Werkzeugträger nach Fig. 8, in einer Ansicht von der Seite des Schaftes her,

Fig. 11 einen Werkzeughalter für eine Werkzeugspannein­ richtung gemäß der Erfindung, in einer zweiten Ausführungsform für feststehende Werkzeuge, in der Draufsicht und in einem anderen Maßstab,

Fig. 12 den Werkzeughalter nach Fig. 11, geschnitten längs der Linie XII-XII der Fig. 11, in einer Seitenansicht,

Fig. 13 den Werkzeughalter nach Fig. 1, in einer Ansicht von der Seite des Schaftes her und

Fig. 14 einen Ausschnitt des Werkzeughalters nach Fig. 11 unter Veranschaulichung eines Stellelementes im axialen Schnitt in der Draufsicht und in einem anderen Maßstab.

Die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugspanneinrichtung weist einen Werkzeugträger 1 in Gestalt eine Revolverscheibe auf, die Teil eines nicht weiter dargestellten bekannten Werkzeug- Sternrevolvers mit radial angeordneten Werkzeugen ist. Der Werkzeugträger 1 ist als regelmäßiges Polygon ausgebildet und trägt an seinem Umfang ebene Auflageflächen 2 für Werkzeughalter, von denen einer bei 3 schematisch angedeutet ist. Im Bereiche jeder Auflagefläche 2 ist der Werkzeugträger 1 mit einer radial gerichteten zylindrischen Aufnahmebohrung 4 versehen, die als Stufenbohrung mit einem an die Auflagefläche 2 sich anschließenden zylindrischen Abschnitt 5 ausgebildet ist und eine Aufnahme für einen Werkzeughalter 3 bildet. Wie bspw. aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen, weist der Werkzeughalter 3 einen zylindrischen Schaft 6 auf, der mit einem zylindrischen Führungsabschnitt 7 größeren Durchmessers ausgebildet ist und bei in den Werkzeugträger 1 eingesetztem Werkzeughalter 3 in der zugeordneten Aufnahmebohrung 4 bzw. in deren Abschnitt 5 aufgenommen ist. Der Schaft 6 trägt ein Gehäuse 8, in dem eine zu dem Schaft 6 koaxiale Spindel 9 über Wälzlager 10, 11, 12, 13 drehbar gelagert ist. Die Spindel 9 ist an ihrem einen Ende mit einer Kupplung 14 für eine im Bereiche des Werkzeugträgers 1 vorgesehene Antriebsquelle ausgebildet und an ihrem anderen Ende mit einer Spannzange 15 zum Spannen eines bei 16 angedeuteten Werkzeugs, bspw. eines Bohrers versehen. Das Werkzeug 16 ist in einer Werkzeugaufnahme 17 der Spindel 9 aufgenommen und axial gegen eine Stellschraube 18 abgestützt. Das Gehäuse 8 ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil an dem Schaftabschnitt 7 angeformt ist und der andere Teil in Gestalt eines Deckel 19 mittels Innensechskantschrauben 20 (Fig. 5) mit diesem Teil verschraubt ist. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass sich ein über den Schaftabschnitt 7 seitlich vorstehender Flanschabschnitt mit einer ebenen Auflagefläche 21 ergibt, mit dem der eingesetzte Werkzeughalter auf der Auflagefläche 2 des Werkzeugträgers 1 aufliegt und in deren Bereich vier Befestigungsschrauben 22 vorgesehen sind, mittels derer der Werkzeughalter 3 über seinen flanschartigen Teil mit dem Werkzeugträger 1 verschraubt ist.

Bei 23 ist schließlich noch eine Anschlussleitung für eine Kühl- oder Schmiermittelversorgung angedeutet. In dem Schaftabschnitt 7 ist eine Ringnut 24 vorgesehen, in die ein elastischer Schnurring 25 eingelegt ist, der bei eingesetztem Werkzeughalter den Schaft 6 gegen die Aufnahmebohrung 4 abdichtet.

Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse 8 des Werkzeughalters 3 vier Stellelemente in Gestalt von Nutensteinen 26 vorgesehen, die rings um die Achse 27 des Schaftes 6 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Nutensteine 26 liegen jeweils paarweise auf zwei rechtwinklig zueinander liegenden Durchmessern 28, 29, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist und ragen axial über die Auflagefläche 21 des Werkzeughalters 3 vor. Die Nutensteine 26 sind im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig (vgl. Fig. 4, 5) und mit einem angeformten Führungsteil 30 ausgebildet, mit dem sie jeweils in einer im Querschnitt rechteckigen, zu der Achse 27 des Schaftes 6 parallelen, nutartigen Führung 31 des Gehäuses 8 aufgenommen sind, die nach außen hin durch ein aufgeschraubtes Abdeckblech 320 (Fig. 4) abgedeckt ist. Wie insbesondere aus der Detaildarstellung der Fig. 6 zu entnehmen, die einen Ausschnitt innerhalb des in Fig. 7 eingetragenen Kreises "a" darstellt, ist in die parallelflankig begrenzte, im Querschnitt rechteckige, nutartige Führung 31 eine Druckplatte 32 mit einer nach außen zu geneigten Keil- oder Schrägfläche 33 eingesetzt, die mit einer an dem Führungsteil 30 ausgebildeten korrespondierenden Keilfläche 34 ein Keilgetriebe bildet. In Achsrichtung ist die Druckplatte 32 über eine Federhülse 35 gegen den Deckel 19 des Gehäuses 8 abgestützt. In die Federhülse 35 ist ein Tellerfederpaket 36 eingesetzt, das den Nutenstein 26 in der in Fig. 6 durch einen Pfeil "x" bezeichneten von der Auflagefläche 21 wegweisenden Richtung vorspannt. In eine zu der Längsachse der Führung 31 im Wesentlichen koaxiale Gewindebohrung 37 des Nutensteins 26 und dessen Führungsteils 30 ist eine Innenseckskantstell-schraube 38 eingeschraubt, die durch eine Bohrung 39 in dem Deckel 19 verläuft und von der Vorderseite des Werkzeughalters 3 aus verstellbar ist.

Auf der der Keilfäche 34 gegenüber liegenden Seite ist in dem Führungsteil 30 des Nutensteins 26 eine Aussparung 40 vorgesehen, in die ein zweites Tellerfederpaket 41 eingesetzt ist, das sich auf einem in der Ausnehmung 40 verschieblich geführten Federteller 42 abstützt, der an der der Keilfläche 34 gegenüber liegenden geraden Innenwand 43 der Führung 31 angepresst ist. Das Führungsteil 30 ist in den innerhalb der Führung 31 liegenden, der Keilfläche 43 zugewandten Bereichen bei 44 zurückgesetzt, so dass das Führungsteil 30 innerhalb der Führung 31 eine gewisse Querbeweglichkeit aufweist.

Die Stellschraube 38, das Führungsteil 30 mit der Keilfläche 34 und die Druckplatte 32 bilden gemeinsam mit den Tellerfederpaketen 36, 41 und dem Federteller 42 Verstellmittel für den Nutenstein 26. Durch Verdrehen der Stellschraube 38 wird der durch den Federteller 42 und das Tellerfederpaket 41 mit seiner Keilfläche 34 unter Vorspannung gegen die Schrägfläche 33 der Druckplatte 32 angepresste und damit in der Führung 31 unverdrehbar gehaltene Führungsteil 30 mit dem Nutenstein 26 in der Längsrichtung "x" (Fig. 6) gegen die Wirkung der von dem ersten Tellerfederpaket 36 ausgeübten Vorspannung verschoben. Dabei erfolgt eine Verschiebung des Nutensteines 26 parallel zu der Innenfläche 45 (Fig. 5) der Führung 31, während gleichzeitig der Nutenstein 26 eine durch einen Doppelpfeil "y" in Fig. 6 angedeutete Querbewegung ausführt. Der Stellbereich dieser Querbewegung liegt, wie noch erläutert werden wird, bspw. in dem Bereich von +/-0,05 mm. Die Nutensteine 26 sind in ihren Abmessungen als Präzisions- Nutensteine sehr genau bearbeitet. Über das Keilgetriebe 33/34 ergibt sich eine sehr genaue und feinfühlige Verstellung in der "y"-Richtung, während gleichzeitig die Verstellmittel selbsthemmend sind, so dass eine über die Stellschraube 38 einmal eingestellte Einstellung des Nutensteines 26 maßgenau erhalten bleibt.

Wie insbesondere aus den Fig. 1, 2 zu ersehen ist, sind in dem Werkzeugträger 1 im Bereiche jeder seiner Auflageflächen 2 jeweils zwei, im Querschnitt rechteckige, parallelflankig begrenzte Aufnahmenuten 45, 46 vorgesehen, die sich rechtwinklig im Bereiche der Aufnahmebohrung 4 schneiden, derart, dass der Schnittpunkt der Nutenachsen 45a, 46a auf der Achse 50 der Aufnahmebohrung 4 liegt. Die als auch Passfedernuten zu bezeichnenden Aufnahmenuten 45, 46 nehmen die vier Nutensteine 26 des Werkzeughalters 3 auf, wenn der Werkzeughalter 3 über die Befestigungsschrauben 22 und die zugehörigen Gewindebohrungen 47 an dem Werkzeugträger 1 befestigt ist.

Die Abmessungen der Präzisions-Nutensteine 26 sind auf die Breite der Aufnahmenuten 45, 46 derart abgestimmt, dass die Nutensteine 26 beim Aufsetzen des Werkzeughalters 3 auf den Werkzeugträger nur ein geringes Fügespiel in der Größenordnung von ca. 0,02 mm haben. Fig. 5 zeigt, dass die vier Nutensteine 26 des Werkzeughalters 3 derart angeordnet sind, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende Nutensteine 26 in eine Aufnahmenut 45 bzw. 46 eingreifen, wobei die Nutensteine 26 so orientiert sind, dass die Federteller 42 benachbarter Führungen 31, im Uhrzeigersinn gesehen immer auf der gleichen Seite liegen.

Bei an dem Werkzeugträger 1 angebrachtem Werkzeughalter 3 liegen die Nutensteine 26 mit der der Druckplatte 32 gegenüberliegenden Anlagefläche 49 passgenau an der eine maßgenaue, flächige Anlagestelle bildenden Seitenwand 48 der Nut 45 bzw. der entsprechenden Seitenwand 49 der Nut 46 an (Fig. 2, 7). Zurfolge der anhand der Fig. 5 geschilderten Orientierung der Nutensteine 26 in dem Werkzeughalter 3 ergeben sich in jeder der Aufnahmenuten 45, 46 zwei Anlagestellen, die beidseitig der Achse 50 der Aufnahmebohrung aufeinander gegenüberliegenden Seitenwänden 48 bzw. 49 der Aufnahmenut 45 bzw. 46 liegen. Durch geeignete Verstellung der vier Stellschrauben 38 können die vier Nutensteine 26 über einen zumindest dem Fügespiel zwischen den Nutensteinen 26 und den Aufnahmenuten 45, 46 entsprechenden Stellweg in der "y"- Richtung der Fig. 7 bewegt werden. Diese Verstellbewegung erlaubt es, über die Nutensteine 26 und die Aufnahmenuten 45, 46, sowohl die Winkellage des Werkzeughalters 3 bezüglich des Werkzeugträgers 1 feinfühlig mit höchster Präzision einzustellen, als auch die Achse 27 des Schaftes 6 und damit des Werkzeugs 16 des Werkzeughalters 3 bezüglich der Achse 50 der Aufnahmebohrung 4 seitlich zu verschieben und damit einen Achsversatz bspw. zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen einzustellen oder zu korrigieren. Der Werkzeughalter 3 kann somit über die Präzisions-Nutensteine 26 an den Aufnahmenuten 45, 46 zentriert und bezüglich des Werkzeugträgers 1 präzise verstellt und einjustiert werden.

In der Praxis werden die Werkzeughalter 3 auf einer dem Werkzeugträger 1 entsprechenden Aufnahme voreingestellt. Diese Voreinstellung ist exakt reproduzierbar, so dass die Winkellage und ein etwaige Achsversatz spielfrei übertragen werden können, wenn der Werkzeughalter 3 in die Aufnahme des Werkzeugträgers 1 eingesetzt wird.

Anstelle der beschriebenen, im Querschnitt rechteckigen Nutensteine 25, die als Präzisions-Nutensteine, bspw. mit der Passung 18H6 hergestellt sind, können auch anders gestaltete Stellelemente verwendet werden, die bspw. eine linienförmige Berührung an der Anlagestelle auf den Nutenseitenwänden 48, 49 ergeben. Die Anlagestellen brauchen auch nicht an Nutenseitenwände vorgesehen sein. Grundsätzlich können die Aufnahmenuten, abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten des Werkzeugträgers auch an Vertiefungen, Vorsprüngen oder anderen geeigneten Konstruktionselemente angeordnet sein. Kommt es nur an darauf an die Winkellage des Werkzeughalters einzujustieren, so genügen in der Regel zwei Anlagestellen und eine Aufnahmenut 45 oder 46, während andererseits in Fällen, in denen lediglich ein Achsversatz zwischen dem Schaft 6 und de Aufnahmebohrung 4 einjustiert oder korrigiert werden muss, auch mit einer zu der Achse 50 der Aufnahmebohrung 4 konzentrischen, kreisrunden Aufnahmenut oder -vertiefung das Auslangen gefunden werden könnte, wie diese in Fig. 2 bei 51 gestrichtelt angedeutet ist.

In Fig. 6 ist der Werkzeughalter nach Fig. 3 im eingebauten Zustand dargestellt, wobei die paarweise Anlage der Präzisions-Nutensteine 26 an den Anlagestellen der Seitenwände 48 der Aufnahmenut 45 veranschaulicht ist. Der den Schaftabschnitt 7 des Werkzeugträgers 3 gegen den Abschnitt der Aufnahmebohrung 4 abdichtende elastische Rundschnurring 25 wird gleichzeitig zur Erzielung einer Vorzentrierung des Werkzeughalters 3 bezüglich des Werkzeugträgers 1 bei der Montage benutzt. Zu diesem Zwecke ist die den Rundschnurring 25 aufnehmende Ringnut 24 exzentrisch um den in Fig. 7 der besseren Deutlichkeit halber nicht maßstäblich dargestellten Betrag 52 bezüglich der Achse 50 und der Aufnahmebohrung 4 versetzt ausgebildet. Damit wird erreicht, dass der Rundschnurring 25 über einen Teil seines Umfanges stärker zusammengepresst wird, mit der Folge, dass die Nutensteine 26 mit einer von dem Rundschnurring 25 erzeugten, elastischen Vorspannung an den Nutenseitenwänden angedrückt werden. Der Durchmesser des Schaftabschnittes 7 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Aufnahmebohrungsabschnittes 5, damit ein Ausgleich auf die genaue Lage des Werkzeughalters 3 zum Werkzeugträger 1 möglich ist. Mit dieser Vorspannung mit der die Nutensteine 26 an ihre Anlagestellen angedrückt werden, wird das bei 53 in Fig. 6, 7 übertrieben groß dargestellte Fügespiel 53 für die Lageeinstellung des Werkzeugträger 3 unbeachtlich, so dass dieser beim Festziehen der Befestigungsschrauben 22 exakt die voreingestellte Lage bezüglich des Werkzeugträgers 1 einnimmt.

Eine exakt Einjustierung der Winkellage des Werkzeughalters bezüglich des Werkzeugträgers ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Werkzeughalter quer zur Schaftachse verlaufende Werkzeuge aufnimmt, die eine beträchtliche Länge aufweisen. Ein Beispiel dafür ist in den Fig. 8 bis 10 veranschaulicht, wo ein Werkzeughalter 3a mit Queraufnahme für das Werkzeug 16 dargestellt ist. Der Werkzeughalter 3a ist grundsätzlich ähnlich wie der bereits anhand der Fig. 1 bis 7 erläuterte Werkzeughalter 3 aufgebaut. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Unterschiedlich ist im Wesentlichen lediglich, dass das Gehäuse 8a anstelle des Deckels 19 der Fig. 3 ein Getriebegehäuse 54 trägt, in dem über ein Winkelgetriebe 55 die die Spannzange 15 und das Werkzeug 16 tragende Spindel 9a mit rechtwinklig zu der Achse 27 orientierter Achsrichtung drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Spindel 9a erfolgt über eine in dem Schaft 6 drehbar gelagerte Welle 56, die wiederum die Kupplung 14 trägt. Die Einzelheiten des Winkelgetriebes 55 und der Spindellagerung sind bekannt und brauchen nicht weiter erläutert zu werden.

Der Werkzeughalter 3a weist, wie insbesondere aus Fig. 10 hervorgeht, wiederum vier gleichmäßig um die Achse 27 herum verteilte angeordnete Stellelemente auf, die in die Aufnahmenuten 45, 46 des Werkzeugträgers 1 eingreifen. Diese Stellelemente sind ebenfalls in Gestalt von Präzisions- Nutensteinen 26, 26a ausgeführt, von denen drei Nutensteine 26 den Nutensteinen 26 in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7 entsprechen. Der vierte Nutenstein 26a ist aber im Wesentlichen L-förmig ausgebildet, wie dies insbesondere die Fig. 8, 9 zeigen. Die Nutensteine 26, 26a sind in der bereits erläuterten Weise in Führungen 31, 31a des Gehäuses 8a geführt und können über Stellschrauben 38 in der anhand der Fig. 7 erörterten Weise eingestellt werden. Während die Stellschrauben 38 der in dem flanschartigen Teil des Gehäuses 8a angeordneten Nutensteine 26 für ihre Betätigung von außen her leicht zugänglich sind (Fig. 8, 9), würde die zu der Achse 27 parallele Anordnung der Stellschrauben 38 dieser Nutensteine 26 im Bereiche des Getriebegehäuses 54 zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Zugänglichkeit führen. Aus diesem Grunde ist in diesem Bereiche die Führung 31a in dem flanschartigen Teil des Gehäuses 8a rechtwinklig zu der Achse 27 ausgerichtet angeordnet, so dass die Stellschraube 38 von der Umfangsseite des Gehäuses 8a aus zugänglich ist. Der zurfolge seiner L-förmigen Gestaltung über die Auflagefläche 21 axial vorstehende Nutenstein 26a wirkt im Übrigen in der gleichen Weise wie die Nutensteine 26 mit seiner zugeordneten Anlagestelle in einer der Aufnahmenuten 45, 46 zusammen. Die Führung 31a ist zur Umfangsseite hin durch ein in eine entsprechende Vertiefung des flanschartigen Gehäuseteils eingesetztes Flanschstück 57 verschlossen, das über Schrauben 58 (Fig. 10) verankert ist und in dem auch die Federhülse 35, Fig. 7 ausgebildet ist.

Die in Fig. 8 bei 59 angedeutete Werkzeuglänge macht verständlich, dass bereits geringfügige Winkellage-Fehler des Werkzeughalters 3a zu erheblichen seiltichen Lagefehlern der Werkzeugspitze führen. Mit der ausführlich geschilderten Voreinstellung der Präzisions-Nutensteine 26, 26a und der von dem Rundschnurring 25 erzeugten, ebenfalls bereits erklärten Vorspannung, wird das Fügespiel bei der Montage unbedeutend, womit Lagefehler der Werkzeugspitze beim Werkzeughalterwechsel minimiert werden.

Die geschilderte Werkzeugspanneinrichtung ist nicht nur für Werkzeughalter 3, 3a mit angetriebenen Werkzeugen geeignet. Sie kann vielmehr für jede Art von Werkzeughaltern eingesetzt werden. So zeigen die Fig. 11 bis 14 als Beispiel noch einen Werkzeughalter 3b für ein nicht angetriebenes Werkzeug, nämlich eine nicht weiter dargestellte Bohrstange. Mit dem bereits beschriebenen Ausführungsformen 3, 3a gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert. Das Werkzeughaltergehäuse 8b ist mit dem zylindrischen Schaft 6 einstückig ausgebildet und weist eine querverlaufende Aufnahme 60 für eine Bohrstange auf. In dem Gehäuse 8a sind vier Führungen 31 mit zugehörigen Präzisions-Nutensteinen 26 vorgesehen, die entsprechend Fig. 13, ähnlich wie in Fig. 5, gleichmäßig um die Achse 27 des Schaftes 6 verteilt angeordnet sind. Die Führungen 31 sind in einem flanschartigen Teil 61 des Gehäuses 8b untergebracht, in dem auch die Bohrungen 62 für die Befestigungsschrauben 22 (Fig. 1) angeordnet sind. Fig. 14 zeigt, dass die Führungen 31 wiederum nach Art von Rechtecknuten ausgebildet sind, die aus Herstellungsgründen an einer Stirnseite durch eine Zylinderfläche 63 abgeschlossen sind. Demgemäß ist auch die Federhülse 35b in ihrer Gestalt entsprechend angepasst.

Alternativ könnte der flanschartige Gehäuseteil 61 auch durch einen eigenen, mit dem Gehäuse 8b verbundenen Flansch ersetzt sein, was für alle Werkzeughalter 3, 43a, 3b gilt.

Claims (22)

1. Werkzeugspanneinrichtung, mit einem ein Werkzeug aufnehmenden Werkzeughalter zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Werkzeugträgers, insbesondere einer Drehmaschine, bei der der Werkzeughalter und der Werkzeugträger einander zugeordnete Auflageflächen und Einrichtungen zur Befestigung des Werkzeughalters an dem Werkzeugträger aufweisen und Stellmittel zur lagegenauen Einstellung des Werkzeughalters bezüglich der Aufnahme vorgesehen sind, wobei der Werkzeughalter wenigstens zwei im Abstand voneinander angeordnete Stellelemente aufweist, an dem Werkzeugträger wenigstens zwei den Stellelementen zugeordnete Anlagestellen ausgebildet sind, an denen bei in die Aufnahme eingesetztem Werkzeughalter, dessen Stellelemente passgenau anliegen und das den Stellelementen Verstellmittel an dem Werkzeughalter zugeordnet sind, durch die die Stellelemente im Sinne der maßgenauen Justierung des Werkzeughalters bezüglich der Achse der Aufnahme einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagestellen an einer Wand wenigstens einer Aufnahmenut (45; 46) des Werkzeugträgers (1) ausgebildet sind, die im Bereiche der Anlagefläche an dem Werkzeugträger (1) angeordnet ist und dass die axial über die Anlagefläche (21) des Werkzeughalters (3) vorragenden, an dem Werkzeughalter (3) spielfrei geführten Stellelemente (26) bei in die Aufnahme eingesetztem Werkzeughalter (3) in die Aufnahmenut (45; 46) eingreifend angeordnet sind.

2. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg der Stellelemente für die Lagejustierung des einen Schaft (6) aufweisenden Werkzeughalters (3) zumindest innerhalb des zwischen dessen Schaft (6) und der Innenwand einer dem Schaft zugeordneten Aufnahmebohrung (4) vorhandenen Fügespieles (53) liegt und bei eingesetztem Werkzeughalter die Stellelemente unter Vorspannung an den Anlagestellen anliegen.

3. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagestellen um die Achse (50) der Aufnahme (4) herum verteilt angeordnet sind.

4. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmenut (45, 46) quer zu der Aufnahme (4) verlaufend angeordnet ist.

5. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagestellen an Nutenwänden (48, 49) von zwei sich kreuzenden Aufnahmenuten (45, 46) ausgebildet sind, deren Schnittstelle im Bereiche der Aufnahme (4) liegt.

6. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmenut (4) mit ihrer Längsachse (45a; 46a) die Achse (50) der Aufnahme (4) schneidend angeordnet ist.

7. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagestellen an einer Wand einer kreisringförmig ausgebildeten Aufnahmenut (51) des Werkzeugträgers (1) ausgebildet sind.

8. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie vier Stellelemente (26) in dem Werkzeughalter (3) und vier diesem zugeordnete Anlagestellen an dem Werkzeugträger (1) aufweist, die rings um die Achse der Aufnahme (4) verteilt angeordnet sind.

9. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anlagestellen Anlageflächen für die Stellelemente (26) vorhanden sind.

10. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (26) in Führungen (31) des Werkzeughalters (1) verschieblich geführt sind und die Verstellmittel (38 etc.) von der Außenseite des Werkzeughalters (3) her betätigbar ausgebildet sind.

11. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (26) in dem Werkzeughalter (3) verdrehsicher geführt sind.

12. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel ein mit dem jeweiligen Stellelement zusammenwirkendes Keilgetriebe (33/34) aufweisen durch das eine in Längsrichtung des Stellelementes (26) gerichtete Verschiebung ("x") des Stellelementes (26) in seiner Führung (31) in eine quer dazu gerichtete Stellbewegung ("y") zumindest eines Teiles des Stellelementes umsetzbar ist.

13. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (26) in seiner Führung (31) federnd vorgespannt ist.

14. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (26) in seiner Führung durch Federmittel (41) gegen eine Führungsfläche (33) spielfrei angedrückt ist.

15. Werkzeugspanneinrichtung nach den Ansprüchen 10 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (26) durch erste Federmittel (26) in seiner Verschieberichtung und durch zweite Federmittel (42) gegen die seitliche Führungsfläche (33) federnd vorgespannt ist.

16. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (26) zumindest in einem über die Auflagefläche des Werkzeughalters vorragenden Bereich als Nutenstein ausgebildet ist, dessen Abmessungen auf die Abmessungen einer zugeordneten Aufnahmenut (45, 46) im Werkzeugträger (1) abgestimmt sind.

17. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel eine von der Außenseite des Werkzeughalters betätigbare Stellschraube (38) aufweisen.

18. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (26a) im Wesentlichen L-förmig ist.

19. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (3) einen Schaft (6) aufweist und dem Schaft (6) des Werkzeughalters (3) Vorzentriermittel (25) zugeordnet sind durch die zumindest ein Teil (7) des Schaftes einseitig radial gegen die Wandung einer ihn aufnehmenden Aufnahmebohrung (4, 5) im Werkzeugträger (1) elastisch andrückbar ist.

20. Werkzeugspanneinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel durch einen elastischen Rundschnurring (25) gebildet sind, der auf einer zu der Schaftlängsachse exzentrischen Auflagefläche des Schaftes (6) aufgenommen ist.

21. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (1) ein Teil eines Werkzeugrevolvers ist.

22. Werkzeugspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (1) Teil eines Maschinentisches oder zur Verwendung an Halte- oder Spannvorrichtungen auf Maschinentischen eingerichtet ist.