DE19957218A1 - Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen - Google Patents

Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen

Info

Publication number
DE19957218A1
DE19957218A1 DE19957218A DE19957218A DE19957218A1 DE 19957218 A1 DE19957218 A1 DE 19957218A1 DE 19957218 A DE19957218 A DE 19957218A DE 19957218 A DE19957218 A DE 19957218A DE 19957218 A1 DE19957218 A1 DE 19957218A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tool
arrangement according
spindle
hub
drive spindle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19957218A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19957218B4 (de
Inventor
Ralf Wagner
Ruediger Hauschild
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schunk GmbH and Co KG
Original Assignee
ACTech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ACTech GmbH filed Critical ACTech GmbH
Priority to DE19957218A priority Critical patent/DE19957218B4/de
Publication of DE19957218A1 publication Critical patent/DE19957218A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19957218B4 publication Critical patent/DE19957218B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02Driving main working members
    • B23Q5/04Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/20Adjusting or stopping working-spindles in a predetermined position
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02Chucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/008Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control with arrangements for transmitting torque

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

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.
DE19957218A 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen Expired - Fee Related DE19957218B4 (de)

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)

Publication Number Publication Date
DE19957218A1 true DE19957218A1 (de) 2001-05-31
DE19957218B4 DE19957218B4 (de) 2005-10-20

Family

ID=7930609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19957218A Expired - Fee Related DE19957218B4 (de) 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19957218B4 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014016016A1 (de) * 2012-07-24 2014-01-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und verfahren zum zusammenfügen einer welle -nabeverbindung eines läufers
CN109365850A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 福建工程学院 一种送纱管自动装夹装置
CN112109024A (zh) * 2020-11-02 2020-12-22 哈尔滨理工大学 一种用于钝化刀具的夹具
CN118559479A (zh) * 2024-07-31 2024-08-30 吴江天吴特种安全阀有限公司 一种真空破坏阀阀盖加工换位装置及其换位方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3721521A1 (de) * 1987-06-30 1989-01-12 Schunk Fritz Gmbh Werkzeug-spannsystem
DE3805527A1 (de) * 1988-02-23 1989-08-31 Schunk Fritz Gmbh Werkzeugwechselsystem
DE4007072A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Bosch Gmbh Robert Anordnung zum wechseln von werkzeugen oder werkzeughaltern an nc-gesteuerten werkzeugmaschinen
DE19521755C1 (de) * 1995-06-14 1996-10-02 Schunk Fritz Gmbh Verbindungssystem zum lösbaren festen Verbinden zweier Bauteile
DE19518763A1 (de) * 1995-05-22 1996-11-28 Univ Dresden Tech Simultan lösbare, kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Bauteilen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19716491C2 (de) * 1997-04-19 1999-07-29 Chiron Werke Gmbh Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstückhohlräumen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3721521A1 (de) * 1987-06-30 1989-01-12 Schunk Fritz Gmbh Werkzeug-spannsystem
DE3805527A1 (de) * 1988-02-23 1989-08-31 Schunk Fritz Gmbh Werkzeugwechselsystem
DE4007072A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Bosch Gmbh Robert Anordnung zum wechseln von werkzeugen oder werkzeughaltern an nc-gesteuerten werkzeugmaschinen
DE19518763A1 (de) * 1995-05-22 1996-11-28 Univ Dresden Tech Simultan lösbare, kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Bauteilen
DE19521755C1 (de) * 1995-06-14 1996-10-02 Schunk Fritz Gmbh Verbindungssystem zum lösbaren festen Verbinden zweier Bauteile

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014016016A1 (de) * 2012-07-24 2014-01-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und verfahren zum zusammenfügen einer welle -nabeverbindung eines läufers
CN109365850A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 福建工程学院 一种送纱管自动装夹装置
CN109365850B (zh) * 2018-12-07 2024-01-26 福建工程学院 一种送纱管自动装夹装置
CN112109024A (zh) * 2020-11-02 2020-12-22 哈尔滨理工大学 一种用于钝化刀具的夹具
CN118559479A (zh) * 2024-07-31 2024-08-30 吴江天吴特种安全阀有限公司 一种真空破坏阀阀盖加工换位装置及其换位方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE19957218B4 (de) 2005-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3007440C2 (de)
EP0339321B1 (de) Spannvorrichtung zum axialen Spannen zweier voneinander lösbarer Maschinenteile
EP0714338B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schleifen einer kurbelwelle
EP3266546B1 (de) Spanneinheit
EP1874496B1 (de) Spannvorrichtung
EP3760352A1 (de) Ausgleichsspannfutter zum spannen von werkstücken für bearbeitungszentren
EP1932607A1 (de) Werkstückträger zum positionsgenauen Festlegen an einem Spannfutter sowie Spannvorrichtung mit einem Spannfutter und einem positionsgenau daran festspannbaren Werkstückträger
WO1996027468A1 (de) Positionierantrieb, insbesondere für den einsatz in maschinenwerkzeugen sowie werkzeugkopf mit einem solchen positionierantrieb
DE3937570C2 (de)
EP3765235B1 (de) Werkzeugrevolver
EP2001625A1 (de) Spannvorrichtung für rotierende werkzeuge oder werkstücke
DE3913139C2 (de)
WO2001039926A1 (de) Honahle
DE19957217B4 (de) Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen
EP0304002A1 (de) Bohrer für Handbohrmaschinen, Schraubbithalter und Verfahren zum Herstellen dieser Werkzeuge
EP0132825A1 (de) Teilbares Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung
EP0972613B1 (de) Mitnahmevorrichtung für eine Werkzeugmaschine
DE69308053T2 (de) Vorrichtung für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine
DE19957218A1 (de) Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen
EP0332036A2 (de) Werkzeugwechselhalter
WO1993022091A1 (de) Spannfutter
EP0169543B1 (de) Teilbares Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung
DE4207353C2 (de) Werkzeughalter für ein Schneidwerkzeug
DE102007052778A1 (de) Rotationssymmetrischer Körper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3708363A1 (de) Spannfutter fuer werkzeugmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ACTECH GMBH, 09599 FREIBERG, DE

8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SCHUNK GMBH & CO. KG SPANN- UND GREIFTECHNIK, , DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SCHUNK GMBH & CO. KG SPANN- UND GREIFTECHNIK, DE

Free format text: FORMER OWNER: ACTECH GMBH, 09599 FREIBERG, DE

Effective date: 20110408

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130601