DE19957218A1 - Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen - Google Patents
Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von BearbeitungsmaschinenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezweckt eine konstruktiv einfache Werkzeugmaschinenanordnung, die einen automatischen Wechsel von Werkzeugen mit einem rückstellbaren Schrumpfverband bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gewährleistet. Darüber hinaus soll die Arbeitsspindel wenig Masse aufweisen und einen geringen Platzbedarf erfordern, um eine hohe Leistungsdichte realisieren zu können. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist die Antriebsspindel (3) am abtriebsseitigen Endabschnitt (4) einen Führungsabschnitt (5) mit Rastausnehmungen (6) zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel (3) in einer definierten Rastposition und endseitig eine Nabe (15) als Schnittstelle für ein Werkzeug (7) auf, die mit einer Spanneinrichtung (44) und Spannbacken (52) elastisch verformbar und als metallischer Schrumpfverband mit polygonaler Innenkontur (8) ausgebildet ist. DOLLAR A Das Einsatzgebiet ist das mehrseitige Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, insbesondere das Formstofffräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gußteile.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Werkzeugmaschine zum
mehrseitigen Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen,
Freiformflächen und Hinterschneidungen, insbesondere zum Formstoffräsen für die direkte
Herstellung von Formen für Gußteilen, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine
Arbeitsspindel mit einer Schnittstelle für ein Schaftwerkzeug zum Fräsen oder Bohren
aufweist und das Schaftwerkzeug mit einem elastisch verformbaren metallischen
Schrumpfverband gehalten wird.
Bekannt sind Bearbeitungsmaschinen mit einer Schnittstelle, die für den automatischen
Wechsel der Werkzeuge eine Motorspindel mit einem integrierten Spannsystem aufweisen,
das durch Federkraft Werkzeuge spannt und durch Pneumatik oder Hydraulik Werkzeuge
löst. Bekannte Schnittstellen bei Werkzeugmaschinen sind zum einen die Steilkegelaufnahme
(SK) und zum anderen die Hohlschaftkegelaufnahme (HSK). Für beide Bauarten gibt es
mehrere genormte Baugrößen und Modifikationen. Bei der Steilkegelaufnahme wird über
geschliffene kegelförmige Paßflächen durch Einzug des Werkzeughalters in die Spindelwelle
ein Reibschluß erzeugt, welcher zur Übertragung des Drehmoments dient. Gleichzeitig wird
das Werkzeug in der Spindelwelle über die kegelförmigen Paßflächen zentriert und
positioniert.
Aus der DE 195 21 755 C1 ist des weiteren ein Werkzeugspannsystem bekannt, das zum
Einspannen von Werkzeugschäften einen hülsenförmigen oder buchsenförmigen
Werkzeughalter enthält, der zum Befestigen des Werkzeugschaftes mit einem elastisch
verformbaren metallischen Schrumpfverband ausgebildet ist. Hierbei weist der hülsenförmige
Werkzeughalter im wesentlichen eine aus einem regelmäßigen Dreieck bestehende,
abgerundete polygonale Innenkontur auf, bei der die lichte Weite des in das Dreieck
eingeschriebenen Inkreisdurchmessers kleiner als der Außendurchmesser des
Werkzeugschaftes ist. Durch Druckeinwirkung in Richtung auf die Spitzen des Dreiecks wird
die polygonale Innenkontur beim Spannen des Werkzeugschaftes in eine kreisförmige Kontur
überführt, bei welcher der Durchmesser geringfügig größer als der Außendurchmesser des
Werkzeugschaftes ist. Bei Nachlassen des Spanndruckes wird die Polygonalform wieder
hergestellt und der Werkzeugschaft gespannt. Die Wirkungsweise eines Schrumpfverbandes
ist bekannt und beispielsweise in einer abgewandelten Form auch in der DE 195 18 763 A1
beschrieben.
Um die Werkzeuge in der Werkzeugmaschine zu befestigen, ist als Schnittstelle für den
Werkzeughalter eine Steilkegelaufnahme oder zum anderen die Hohlschaftkegelaufnahme
vorgesehen. Weitere Modifikationen der Spannaufnahmen verfügen über Klauen, welche
einen zusätzlichen Formschluß zum Übertragen hoher Drehmomente herstellen. Nach H.
Schulz, high speed cutting, Hanser 1996, S. 176 ff., besteht ein Problem beim Einsatz einer
Steilkegelaufnahme beziehungsweise einer Hohlschaflkegelaufnahme, da es bei der
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung infolge der hohen Drehzahlen mit der Fliehkraft zur
Aufweitung des Konus kommen kann, die nach dem Anhalten der Spindel wieder zurückgeht
und zu einer Presspassung führt, so daß die Schnittstelle nur unter Schwierigkeiten wieder
gelöst werden kann. Aus diesem ergibt sich, daß die Schnittstelle mit einem Steilkegel beim
automatischen Werkzeugwechsel mit Schwierigkeiten behaftet ist. Der Werkzeugwechsel
muß daher von Hand vorgenommen werden.
Kennzeichnend für die HSK-Aufnahmen ist die Plananlage zwischen Werkzeug und
Arbeitsspindel. Diese Verbindung ist sehr steif und erlaubt sehr hohe Drehzahlen.
Arbeitsspindeln mit HSK-Aufnahmen werden deshalb bevorzugt in Maschinen zur
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt.
Sowohl die SK als auch die HSK-Aufnahmen erfordern einen komplizierten Aufbau der
Arbeitsspindel mit einer Hohlwelle und einem Einzugsmechanismus. Die Fertigung einer
Spindel für den automatischen Werkzeugwechsel gestaltet sich deshalb sehr kostenintensiv.
Gleichzeitig sind die Aktivelemente des Einzugsmechanismus relativ verschleißanfällig.
Weiterhin erhöht sich die Masse, der Außendurchmesser und die Länge der Spindel um ca. 30
bis 50% gegenüber einer Spindel mit einem Voll- Wellenquerschnitt. Entsprechend
verschlechtert sich das Masse-Leistungsverhältnis des Spindelantriebs.
Ein wichtiges Kriterium ist hier die Steifigkeit der Spindel einschließlich der
Werkzeugaufnahme sowie die Steifigkeit der bewegten Maschinenteile, was bei den
bekannten Maschinenspindeln eine große Masse voraussetzt.
Ganz im Gegensatz dazu fordert die Bearbeitung von komplexen Werkstücken aus leicht
zerspanbaren Werkstoffen relativ hohe Vorschubgeschwindigkeiten, wobei hohe
Beschleunigungen in den Achsen erforderlich sind. Bei der mehrseitigen Bearbeitung großer
Werkstücke in einer Aufspannung sowie bei tiefen Konturen, Freiformflächen und
Hinterschneidungen sind außerdem Dreh- und Schwenkachsen erforderlich. Hier sind Masse
und Einbauverhältnisse der Arbeitsspindel kritische Faktoren. Bei der Bearbeitung derartiger
Werkstücke in Verbindung mit einem automatischen Werkzeugwechsel ist der Einsatz der
bekannten Arbeitsspindeln wegen ihrer relativ großen Masse und ihres großen Platzbedarfs
begrenzt.
Die Erfindung bezweckt eine konstruktiv einfache Werkzeugmaschinenanordnung, die einen
automatischen Wechsel von Werkzeugen mit einem rückstellbaren Schrumpfverband bei der
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gewährleistet. Darüber hinaus soll die Arbeitsspindel
wenig Masse aufweisen und einen geringen Platzbedarf erfordern, um eine hohe
Leistungsdichte realisieren zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Bearbeitungsmaschine durch eine Anordnung
mit einer Arbeitsspindel gelöst, die am abtriebsseitigen Endabschnitt einen Führungsabschnitt
mit Rastausnehmungen zum formschlüssigen Arretieren der Arbeitsspindel in einer
definierten Rastposition und endseitig eine Nabe als Schnittstelle für ein Werkzeug aufweist,
die mittels Spannvorrichtung und Spannbacken elastisch verformbar und als metallischer
Schrumpfverband mit polygonaler Innenkontur ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Festsetzen der Arbeitsspindel in
der Rastposition über die Spannvorrichtung des Schrumpfverbandes mit einer Anzahl von
synchron bewegbaren Arbeitszylindern, vorzugsweise mit drei Hydraulik- oder
Pneumatikzylindern, welche konzentrisch zur Rotationsachse des Werkzeugs und in
Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial
zur Mittelachse der Spannvorrichtung wirken. Jeder Arbeitszylinder trägt eine Spannbacke
mit einem Rastelement, das formschlüssig mit der jeweiligen Rastausnehmung in dem
Führungsabschnitt der Arbeitsspindel versperrt werden kann. Die Arbeitsspindel kann somit
auf eine einfache mechanische Art und Weise in einer vorgeschriebenen Lage festgelegt und
in die Werkzeugwechselposition gestellt werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung sind die Spannbacken und die Rastelemente einstückig ausgebildet.
Die vorgeschlagene Lösung einer massesparenden Bauweise eignet sich infolgedessen
besonders gut für die Bearbeitung von großen und schweren Werkstücken mit tiefen
Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, bei denen es in der Praxis günstiger ist,
die Vorschubbewegungen in das Werkzeug zu legen. Dadurch werden hohe
Beschleunigungen in den Achsen der Bearbeitungsmaschine möglich, die zu kürzeren
Bearbeitungszeiten führen. Die vorgeschlagen Erfindung eignet sich besonders für das
Formstoff-Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gußteile.
Da die erfindungsgemäße Lösung auf eine Steilkegelaufnahme oder eine
Hohlschaftkegelaufnahme verzichtet, können die dadurch bedingten Nachteile vermieden
werden. Die komplizierte Herstellung des Kegels mit Plananlage wird vermieden, so daß der
fertigungstechnische Aufwand wesentlich gesenkt werden kann. Insbesondere werden die
Nachteile vermieden, die sich durch das Adaptieren einer zweiten Schnittstelle ergeben. Die
Auswirkungen der fliehkraftbedingten Aufweitungen können vollständig vermieden werden.
Bei sehr großen Drehmomenten ist die Adaption einer Mitnehmerkupplung sinnvoll. Eine
bevorzugte Ausführung einer Mitnehmerkupplung, die durch einfaches axiales
Zusammenbringen beim Verbinden herstellbar ist, wird dadurch gebildet, daß die Nabe im
Nabengrund und der Werkzeugschaft an der Stirnseite mit Kupplungselementen wie Klauen
oder Zähnen versehen ist. Alternativ kann die Mitnehmerkupplung im Nabengrund durch eine
Keilnut ausgebildet werden, wenn der Schaft des Werkzeuges stirnseitig mit einem Keil als
Mitnehmerkupplung ausgebildet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Greifeinrichtung mit Greifklauen
und Greiffingern für das Werkzeug vorgesehen, mit der das Werkzeug in Richtung der Achse
der Antriebsspindel in einer vorgegebenen Winkellage zuführbar ist. Das Werkzeug ist mit
axial angeordneten zu jeweils einem Greiffinger passenden Formelementen ausgebildet,
wodurch die Winkellage definierbar ist.
Das Arretieren der Spindel kann auf einfache Weise durch den Vorschub der
Bearbeitungsmaschine erreicht werden, wobei die Spindel durch axialen Vorschub im
Leerlauf ohne Drehmoment in die Rastposition eingedreht wird. Alternativ kann die Spindel
langsam drehend mit kleinem Drehmoment in die Rastposition überführt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, daß die
Werkzeugaufnahme mit einfachen Mitteln selbstzentrierend ist. Die Bearbeitungsmaschine
kann damit bei hohen Drehzahlen schwingungsfrei und mit geringer Unwucht betrieben
werden.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zu
dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 die Antriebsspindel einer Bearbeitungsmaschine in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 die Antriebsspindel nach Fig. 1 in der Seitenansicht,
Fig. 3 ein Werkzeug in der Seitenansicht,
Fig. 4 das Werkzeug nach Fig. 3 in perspektivischer Darstellung,
Fig. 5 eine Werkzeugausführung mit Schaft in Seitenansicht,
Fig. 6 die perspektivische Ansicht des Werkzeuges nach Fig. 5,
Fig. 7 die perspektivische Ansicht eines Werkzeughalters für kleine Werkzeuge,
Fig. 8 die perspektivische Ansicht eines Werkzeughalters für kleine Werkzeuge,
Fig. 9 die Spannvorrichtung mit der Greifeinrichtung vor dem Werkzeugwechsel,
Fig. 10 die Spannvorrichtung nach dem Werkzeugwechsel,
Fig. 11 die Spannvorrichtung beim Einfahren der Antriebsspindel,
Fig. 12 die Spannvorrichtung beim Spannen des Werkzeugschaftes,
Fig. 13 eine Spannbacke mit Rastnase und
Fig. 14 eine Spannbacke mit Rastbolzen
in schematischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine Motorspindel 1 mit einer um eine Drehachse 2
angetriebene Antriebsspindel 3, die aus dem Spindelgehäuse herausgeführt ist. Die
Antriebsspindel 3 ist an ihrem abtriebsseitigen Endabschnitt 4 mit einem Führungsabschnitt 5
mit Rastausnehmungen 6 versehen, die zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel 3
in einer definierten Winkelposition vorgesehen sind. Die definierte Winkelposition ist
erforderlich, um im automatischen Arbeitsablauf ein Bearbeitungswerkzeug, nachfolgend
Werkzeug 7, in einer ebenfalls vorgeschriebenen Lage mit der Antriebsspindel 3
formschlüssig mit einem Schrumpfverband zu verbinden, der eine elastisch durch Druck
verformbare und rückstellbare polygonale Innenkontur 8 aufweist.
Zum Festsetzen der Antriebsspindel 3 weist der Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3
eine Anzahl n im gleichmäßigen Winkelabstand auf der Mantelfläche versetzt angeordnete
axial oder radial wirkende Rastausnehmungen 6, wie Nuten oder Kurven mit divergierenden
prismatischen Führungsflanken 9 auf. Die in Fig. 1 erkennbare Rastausnehmung 6 mit
keilförmig divergierenden Führungsflanken 9 dient zur Führung eines Rastelements 11, das in
Fig. 13 und Fig. 14 dargestellt ist. Das Rastelement 11 kann durch eine Rastnase 12 in
Fig. 13 oder einen Rastbolzen 13 in Fig. 14 gebildet werden.
Zwischen dem Führungsabschnitt 5, der einen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen
kann, und der Stirnseite 14 der Antriebsspindel 3 in Fig. 1 erstreckt sich eine Nabe 15 mit
einer polygonalen Querschnittsform, die aus mindestens einem regelmäßigem Dreieck
gebildet wird, das mit abgerundeten Seitenflächen und in einer Abmessung hergestellt wird,
daß der einbeschriebene Inkreisdurchmesser im unbelasteten Zustand kleiner als der
Außendurchmesser des zu spannenden Werkzeuges 7 ist. Die Wirkungsweise ist an sich unter
der Bezeichnung Schrumpfspanntechnik bekannt und braucht an dieser Stelle nicht weiter
ausgeführt werden. Wie in der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt ist, erstreckt sich die
polygonale Innenkontur 8 von der Stirnseite 14 der Nabe 15 in Axialrichtung bis zur Höhe
des Führungsabschnittes 5, so daß die Nabe 15 in ihrem hülsenförmigen Bereich durch Druck
verformbar und für die Aufnahme eines Werkzeuges 7 imstande ist.
Das in Fig. 3 beispielhaft ausgeführte Werkzeug 7 weist ein Schneidenteil 16 und einen
Schaft 17 mit einem an das Schneidenteil 16 angrenzenden Schaftansatz 18 auf. Der
Schaftansatz 18 ist auf der Außenseite mit einer umlaufenden Ringnut 19 versehen, was in
Fig. 3 deutlich erkennbar ist. Durch die Ringnut 19 wird ein Ringbund 21 gebildet, der mit
einem axial angeordneten Formelement 22 in Umfangsrichtung unterbrochen ist. Das
Formelement 22 kann eine U-förmige Ausnehmung 22' aufweisen, deren Innenflächen 23
leicht konisch gestaltet sind. Rechtwinklig zur Längserstreckung des Ringbundes 21 ist der
Schaftansatz 18 mit einer Planfläche 24 abgeschlossen, die an der in Fig. 1 gezeigten
Plananlage 14 der Antriebsspindel 3 zur Anlage kommt, wenn das Werkzeug 7 mit der
Antriebsspindel 3 gekuppelt ist.
Der Schaft 17 des Werkzeuges ist rotationssymmetrisch und mit einem Durchmesser
versehen, der geringfügig größer als der Inkreisdurchmesser des einbeschriebenen Kreises bei
der Innenkontur 8 der Nabe 15 der Arbeitsspindel 3 ist. Endseitig ist der Schaft 17 mit einer
Mitnehmerkupplung 25 ausgebildet, die drei kleeblattförmig angeordnete Klauen 26 aufweist,
die in entsprechende Klauenvertiefungen 27 in den Nabengrund 28 der Innenkontur 8 der
Nabe 15 in Fig. 1 eingreifen.
Bei einer anderen in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausführung, die bei der Herstellung der
Nabe 15 fertigungstechnisch günstiger ist, befinden sich die Klauen 26 der
Mitnehmerkupplung 25 an der Stirnseite des Schaftansatzes 18. In diesem Fall befinden sich
die gegenseitigen Mitnehmerklauen 31 stirnseitig an der Nabe 15 der Antriebsspindel 3. Die
Mitnehmerklauen 31 an der Nabe 15 dienen gleichzeitig als Plananlage 32 für die zwischen
den Klauen 26 liegende Planfläche 33 des Werkzeuges 7.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf die gezeichnete Ausführungsform beschränkt werden,
vielmehr sind im Rahmen der Patentansprüche weitere Ausführungsformen eines Werkzeugs
7 möglich. Außerdem kann zum automatischen Ankuppeln von sehr kleinen Werkzeugen und
bei unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben ein Werkzeughalter 34 vorgesehen werden, der
in Fig. 7 und Fig. 8 näher bezeichnet ist. Der in Fig. 7 gezeichnete Werkzeughalter 34
weist eine Schaftaufnahme 35 für den Schaft 17 des Werkzeugs 7 und einen Schaftkörper 36
auf, der zu dem in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigten Schaft 17 identisch ausgebildet ist.
Außerdem können Werkzeugschäfte eingesetzt werden, die anstelle der Nabe 15 an der
Antriebsspindel 3 mit einem Nabenschaft mit polygonalen Innenkontur ausgebildet sind.
Zum automatischen Ankuppeln des Werkzeugs 7 ist eine Greifeinrichtung 38 mit einem
Greifarm 39 vorgesehen, was in Fig. 9 und Fig. 10 abgebildet ist. In Fig. 9 ist die
Greiferhand 40 mit Greifklauen 41 erkennbar, die in die Ringnut 19 eingreifen. Seitlich der
Greifklauen 41 sind Greiffinger 42 erkennbar, die in die U-förmige Ausnehmung 22'
eingreifen, die im Ringbund 21 des Schaftansatzes 18 angeordnet ist. Aus der angegebenen
Darstellung ergibt sich, daß auf diese Weise das Werkzeug 7 und die Antriebsspindel 3 in
einer definierten Winkelposition beim Werkzeugwechsel gehalten sind, wenn die
Rastelemente 11 der Spanneinrichtung 44 in die Rastausnehmungen 6 der Antriebsspindel 3
und die Greiffinger 42 der Greifeinrichtung 38 in die U-förmige Ausnehmung 22' des
Werkzeugs 7 eingreifen. Fig. 9 zeigt die Greifeinrichtung 38 und Spanneinrichtung 44 vor
dem Werkzeugwechsel, während Fig. 10 die Greifeinrichtung 38 nach dem
Werkzeugwechsel zeigt.
Aus der gezeigten Darstellung wird außerdem deutlich, daß die Entnahme des Werkzeugs 7
aus der Antriebsspindel 3 eine definierte Winkelstellung erforderlich macht, damit die
Greiffinger 42 der Greifeinrichtung 38 in das Formelement 22 eingreifen können.
Andererseits ist es beim Einsatz der Schrumpfspanntechnik erforderlich, daß die beim
Spannen und Lösen des Werkzeugs 7 auf die Nabe 15 einwirkenden Kräfte bei einer genau
vorgeschriebenen Umfangsfläche der Nabe 15 einsetzen müssen, damit die polygonale,
gespannte Nabe 15 in eine Kreisform überführt werden kann. Dies kann auf eine einfache Art
und Weise dadurch ermöglicht werden, wenn die Spanneinrichtung 44 mit Rastelementen 11
versehen ist, die zugleich die Winkelstellung der Antriebsspindel 3 gewährleisten.
Die Spanneinrichtung 44 weist auf einer Halteplatte 45 eine Durchgangsöffnung 46 auf, die
konzentrisch zur der Drehachse 2 der Antriebsspindel 3 beziehungsweise der Rotationsachse
47 des Werkzeugs 7 angeordnet ist. In konzentrischer Form zur Drehachse 2 der
Antriebsspindel 3 ist eine Anzahl synchron betätigbarer Arbeitszylinder 48 angeordnet.
Als Arbeitszylinder 48 werden vorzugsweise Hydraulik- oder Pneumatikzylinder eingesetzt,
welche in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind
und radial zur Mittelachse 49 der Spanneinrichtung 44 wirken. Die Arbeitskolben 51 sind
jeweils mit einer Spannbacke 52 ausgerüstet. Nach Fig. 13 weist die Spannbacke 52 eine an
der Außenseite der Nabe 15 anliegende Wange 53 auf die, die in einem oberen Bereich mit
dem Rastelement 11 versehen ist. Das Rastelement 11 ist in der gezeigten Darstellung eine
Rastnase 12. In Fig. 14 ist eine Spannbacke 52 mit einem Rastbolzen 13 erkennbar. Die
Krümmung 54 der Wange 53 ist kreisbogenförmig mit dem Radius der kreisförmigen
Grundkontur der Nabe 15 ausgeführt. Hierdurch befindet sich der Radienmittelpunkt der
Wange 53 mit dem Mittelpunkt der Nabe 15 im druckverformten Zustand in Deckung.
Um einen Werkzeugwechsel vornehmen zu können, befindet sich die Spanneinrichtung 44
gemäß Fig. 11 mit der Durchgangsöffnung 46 in konzentrischer Lage zur Drehachse 2 der
Antriebsspindel 3. Die Arbeitskolben 51 der Arbeitszylindern 48 werden in die pfeilmäßig
gekennzeichnete Kolbenrichtung SS durch Betätigen der Arbeitszylindern 48 bis auf die Tiefe
der Rastausnehmung 6 in der Antriebsspindel 3 vorgeschoben und in dieser Stellung zunächst
gehalten. Anschließend oder simultan wird der durch den Vorschubpfeil 56 verdeutlichte
Vorschub der Antriebsspindel 3 in Betrieb genommen. Dadurch erfolgt gleichzeitig eine
gegenseitige axiale und radiale Annäherung der Rastausnehmungen 6 mit den Rastelementen
11, die durch die divergierenden Führungsflanken 9 bis zum vollständigen Einrasten der
Rastnase 12 geführt werden.
Das Eindrehen der Antriebsspindel 3 in die Raststellung kann somit einfach durch axialen
Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment der Werkzeugmaschine vorgenommen werden.
Soweit erforderlich kann die Antriebsspindel 3 langsam drehend mit kleinem Drehmoment
bewegt werden, wobei gegebenenfalls eine Endabschaltung erforderlich ist.
Nach dem Einfahren der Antriebsspindel 3 in der Raststellung werden die Arbeitszylinder 48
mit dem zum Verformen der Nabe 15 erforderlichen Druck beaufschlagt und die
Arbeitskolben 51 bis zum Anschlag der gegenüberliegenden Spannbacke 52 ausgefahren. Auf
diese Weise kann die in der Nabe 15 gegenüber dem Schaft 17 vorhanden Spannkraft
aufgehoben und das Werkzeug 7 mit dem Greifarm 39 der Greifeinrichtung 38 in axialer
Richtung entnommen oder zugeführt werden, was in Fig. 11 bis 12 durch einen Doppelpfeil
57 gekennzeichnet ist.
Beim Einwechseln wird das Werkzeug 7 mit der Greifeinrichtung 38 in der Achsrichtung der
Antriebsspindel 3 zugeführt, bis mit der Planfläche 33 des Werkzeugs 7 die Plananlage 32 der
Antriebsspindel 3 erreicht ist.
Eine Vereinfachung der Anordnung zum Werkzeugwechsel kann dadurch erreicht werden,
daß die Spanneinrichtung 44 und die Greifeinrichtung 38 in einen gemeinsamen
Wechselgreifer integriert sind, was zeichnerisch nicht weiter ausgeführt ist.
Der Werkzeugwechsel kann bei einer Werkzeugmaschine auf kleinstem Raum bei geringer
Baugröße realisiert werden. Neben der konstruktiven Vereinfachung und der
Leistungssteigerung zeichnet sich die Erfindung durch eine Unempfindlichkeit gegenüber
nicht- schmierenden oder abrasiv wirkenden Bearbeitungsrückständen aus, die insbesondere
bei der Bearbeitung von Formstoffen bei der Herstellung von Formen für die Produktion von
Gußteilen entstehen können.
Claims (15)
1. Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel
einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine zum mehrseitigen
Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen
und Hinterschneidungen, insbesondere zum Formstoffräsen für die direkte Herstellung
von Formen für Gußteilen, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine
Arbeitsspindel mit einer Schnittstelle für ein Schaftwerkzeug zum Fräsen oder Bohren
aufweist und das Schaftwerkzeug mit einem elastisch verformbaren metallischen
Schrumpfverband gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspindel (3) am
abtriebsseitigen Endabschnitt (4) einen Führungsabschnitt (5) mit Rastausnehmungen (6)
zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel (3) in einer definierten Rastposition
und endseitig eine Nabe (15) als Schnittstelle für ein Werkzeug (7) aufweist, die mit einer
Spanneinrichtung (44) und Spannbacken (52) elastisch verformbar und als metallischer
Schrumpfverband mit polygonaler Innenkontur (8) ausgebildet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festsetzen der
Arbeitsspindel in der Rastposition über die Spannvorrichtung mit einer Anzahl von
synchron bewegbaren Arbeitszylindern (48), vorzugsweise mit drei Hydraulik- oder
Pneumatikzylindern ausführbar ist, welche konzentrisch zur Rotationsachse (47) des
Werkzeugs (7) und in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt
angeordnet und radial zur Mittelachse (49) der Spanneinrichtung (44) wirksam sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszylinder
(48) eine Spannbacke (52) mit einer Wange (53) trägt, deren Krümmung (54)
kreisbogenförmig mit dem Radius der Grundkontur der Nabe (15) derart ausgeführt ist,
daß der Radienmittelpunkt der Wange (53) mit dem Mittelpunkt der Nabe (15) im
druckverformten Zustand in Deckung ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacke (52) mit
einem Rastelement (11) ausgebildet ist, das formschlüssig mit der jeweiligen
Rastausnehmung (6) in dem Führungsabschnitt (5) der Arbeitsspindel versperrbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacke (52) und
das Rastelement (11) einteilig ausgebildet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehfeste
formschlüssige Mitnehmerkupplung (25) zwischen der Nabe (15) und dem Werkzeug (7)
vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (15) in ihrem
Nabengrund (28) mit einer Klauenvertiefung (27) und das Werkzeug (7) stirnseitig mit
Klauen (26) oder Zähnen versehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerkupplung
(25) im Nabengrund (28) eine Keilnut aufweist, wobei der Schaft (17) des Werkzeuges (7)
stirnseitig mit einem Keil als Mitnehmerkupplung (25) ausgebildet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung (38)
mit Greifklauen (41) und Greiffingern für das Werkzeug (7) versehen ist, mit der das
Werkzeug (7) in der Achsrichtung der Antriebsspindel (3) in einer vorgegebenen
Winkellage zuführbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) mit
axial angeordneten zu jeweils einem Greiffinger (42) passenden Formelementen (22)
ausgebildet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsabschnitt
(5) der Spindelwelle n im Winkel von 360°/n versetzt angeordnete axial oder radial
wirkende Rastausnehmungen (6), wie Nuten oder Kurven mit divergierenden
Führungsflanken (9) angeordnet sind, die beim Positionieren mit entsprechenden
Spannbacken (52) mit Rastelementen (11) zusammenwirken, wobei das Eindrehen der
Antriebsspindel (3) durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment oder langsam
drehend mit kleinem Drehmoment ausführbar ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung
(44) in einen Wechselgreifer integriert ist.
13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des
Werkzeuges (7) ein Werkzeughalter (34) vorgesehen ist.
14. Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft hülsenförmig mit
polygonaler Innenkontur und die Antriebsspindel (3) als Spindelvollwelle ausgebildet ist.
15. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugschaft ohne Mitnehmerkupplung (25) ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19957218A DE19957218B4 (de) | 1999-11-27 | 1999-11-27 | Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19957218A DE19957218B4 (de) | 1999-11-27 | 1999-11-27 | Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen |
Publications (2)
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