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"Kegelbefestigung an Werkzeugmaschinen" Die Erfindung bezieht sich
auf eine Kegelbefestigung an Werkzeug~ maschinen ftir Fräser, Bohrer, Senker, Ausdrehdorne
o. dgl., bestehend aus einer drehbar ge,lagerten und antreibbaren Hülse bzw.
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Spindel mit Innenkegel als Werkzeu,gaufnahme und einem das Werkzeug
tragenden Schaft, welcher mit einem in den Innenkegel paesenden Außenkegel verdrehungasicher
und auswechselbar an der Werkzeugaufnahme befestigbar ist, wobei, lösbare Spannmittel
zum Aufeinanderpressen der Paßflächen vorgesehen sind.
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Derartige Kegelbefestigungen sind in den verschiedensten Ausfuhrungsformen
bekannt (Werkstatt-Technik 1967, Heft 1, Seite 10 bis 12). So werden seit langem
zur Werkzeugaufnahme am Spindelkopf von Bohr- und Fräswerken sogenannte Morse- und
metrische Kegel mittels Querkeilspannung befestigt. Nachteile dieser Kegelbefestigung
sind: die genaue Paßarbeit der langen, schlanken Kegel, die Quersdhnittsschwächung
von Hülse und Schaft durch Langlöcher für Querkeil und Auswerferlappen und durch
eine Gewindebohrung für die Anzugsschraube des Auswerferkeils, die verhältnismäßig
aufwendige Montage und Demontage des konischen.
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Schaftes. Auch bei der demgegenüber verbesserten Steilkegelbe.
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festigung muß eine unterbrochene Kegelhülse in Kauf genommen werden,
was durch einen der Verdrehungssicherung dienenden Eingriff zwischen Vorsprüngen
am Schaft und Aussparungen der H Hülse bedingt ist. Hierbei werden die Spannkräfte
durch eine den konischen Schaft in die Hülse ziehenden zentralen Zuganker aufgebracht.
Eine weitere Verbesseruag wird durch eine Kegelbefestigung mit Federstiftspannung
erzielt, bei welcher ein aus dew-Innenkonus der Hülse ragender zylindrischer Schaffteil
mit einer Qu,'erbohru,ng versehen ist, wobei d.ieser Scha;ftteil von einem mit Außengewinde
versehenen Kragen der Hälse umgeben ist.
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Durch die Querbohrung wird der Federstift gesteckt, welcher
durch
einen aufgeschraubten Gewindering mit balligen Anlag,eflachen gegen zentrische Gegenflächen
innerhalb der Querbohrung gepreßt wird. Auf diese Weise erfolgt keine Schwächung
der die k@nischen Paßflächen aufweisenden Hülsen und Schaftteile; es ist jedoch
eine vollständige Umrüstung entsprechender Werkzeugmaschinen erforderlich, da die
Hülsen einen Gewindekragen und die Schäfte die entsprechende Querbohrung aufweisen
müssen. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kegelbefestigung
an Werkzeugmaschinen anzugeben, welche die Nachteile der bisherigen Kegelbefestigungen
unter Verwendung von Mo'rse-, metrischen und Steilkegeln vermeidet, bei der jedoch
mit einem Minimum an Umrüstaufwand ausgekömmen werden kann, so daß im Bedarfsfalle
bestehende Werkzeugmaschinen ohne Austausch der Werkzeugaufnahme und der Werkzeugschäfte
weiter verwendet werden können. Weiterhin soll eine schnelle und leichte Montage
und Demontagege des Werkzeugs und die Aufnehmbarkeit eines hohen Drehmoments und
hoher Axialdrücke bei, festem Sitz und hoher Rundlaufgenauigkeit gegeben sein.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einer Kegelbefestigung an Werkzeugmaschinen
für Fräser, Bohrer,, Senker, aus Drehdorne o. dgl. der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in die Innenkegel-Paßflächen der Werkzeugaufnahme und die Außenkegel-Paßflächen
des Schaftes Spiralnuten gleicher Steigung eingearbeitet sind und eine sowohl in
die inneren als auch äußeren Spira.lnuten passende drahtförmige Spiralwendel derart
vorgesehen ist, daß der Außenkegel unter Zwischenfügung der Wendel, die- als' die,
beiden Kegel kuppelnder Gewindevorsprung dient, in den Innenkegel, einschraubbar
ist. Die Spiralwendel überträgt somit das Drehmomeint und formt es in eine entsprechende
Flächenpressung der Pa.ßflächen um.- in bevorzugter Ausführungsform der, Erfindung
ist eine solche Steigung d-er Spiralnuten und zugehörigen Wendel sowe ein solcher
Winkel der ineinandergreifenden Kegel vorgesehen, daß das zum Lösen erforderliche
Rückdrehmoment manuell aufbringbar ist. Hierzu wir man der Spiralnut eine relativ
große Steigung geben, die maximal etwa dem Schaft- bzw. Dorndurchmesser entspricht,
so daß das Drehmoment den Schaft nicht zu fest in die
Hälse eintreiben
kann. Die während des Betriebes auftretende Axialkraft, z. B. die Vorschubkraft
beim Bohren, kann den Schaft gleichfalls nicht zu fest in die Hälse eintreiben,
da die Reibung im Kegelsitz und die Spiralwendel dae verhindern.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile Bind vor allem darin zu
sehen, daß vorhandene Werkzeuge, z. B. Fräser, Bohrer o.-dgl.
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im Rahmen der erfindungsgemäßen Kegelbefestigung weiter,verwendet
werden können, gleichgültig, ob eine Morse- oder Steilkegiç befestigung gegeben
ist. Beim Morsekegel entfallen Austreiblappen, Querkeilloch, Mitnehmerfenster, Anzugsgewinde,
Anzugsstange und Querkeile, d. h. praktisch alles Unzulänglicba Beim Steilkegel
entfallen der teure Mitnehmerflansch, das Anzugsgewinde, die Anzugstange und die
automatische An zieh- und Aflsdräckvorrichtung an der Maschine. Es entfallen weiterhin
Hammerschläge auf die Spindel zum Befestigen und Lösen, wie sie bei älteren Morsekegeln
erforderlich sind. Eine Schwächung der Hülse bzw. Spindel einerseits und der Schäfte
bzw. Dorne andererseits durch Schlitze oder Nuten tritt praktisch nicht auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Innenkegel-Paßflächen
der Werkzeugaufnahme sowohl mit einer Links- als auch einer Rechtsspirale versehen,
derart, daß Werkzeuge für Rechts-oder Linkslauf mit entsprechenden Links- oder Rechts-Spiralnuten
und zugehörige Links- oder Rechtswendeln befestigbar sind. Es ist damit eine Universal-Werkzeugaufnahme
geschaffen, in welche beide Arten von Werkzeuge eingesetzt werden können, wobei
lediglich die Wendel gewechselt werden muß, die sehr preisgünstig (als Pfennigartikel)
herstellbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausfährungsform der Erfindung weisen die
Spiralnuten Halbrund- oder Urapezprofil auf. Derartige Nuten lassen sich leicht
in vorhandene Hälsen und Dorne einarbeiten. Zweckmäßigerweise wefi die Wendel Kreisquerschnitt
auf, so daß sie bei Haibrundprofil der Spiralnuten letztere ausfüllt. Bei Trapezprofil
ergeben sich Anlagepunkte zwischen Wendel und Nutenflanken, die weiter ab von der
Trennfuge liegen, so daß die Wendel praktisch nicht auf Scherung, sondern auf Druck
beansprucht wird mit zu ihrem Zentrum
gerichteten Auflagekräften.
Die Wendel kann bei üblicher Verwendung von Stahl für Schaft und Hälse aus Stahl,
Messing, Aluminium oder sogar Kunststoff bestehen, z. B. einem zäh-elastischen Thermoplasten
wie Polyäthylen oder Polypropylen. Kunststoff hat den besonderen Vorteil der Abreißsicherung
bei bestimmtem Drehmoment, wodurch ein Überlastschutz; gegeben ist. Eine Kunststoffwendel
schont außerdem ihre Sitz- bzw. Paßflächen. Im Falle der Neuherstellung der Kegelbefestigung
von Bohr- und Fräswerken wird erfindungsgemäß ein Kegelwinkel von etwa 1:10 einheitlich
für die Bohr- und Fräswerke empfohlen.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden usführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben und die Wirkungsweise erläutert. Es zeigen in schematischer, vereinfachter
Darstellung: Fig. 1 die Außenansicht eines Werkeeugschaftes für einen Fräser mit
in seine Außenkegel-aßflächen eingebrachter Spirainut, Fig. 2 die zugehörige Werkzeugaufnahme
im Schnitt mit in die Innenkegel-Pa.ßflächen der Hälse eingearbeiteter Gegen-Spirainut,
Fig. 3 eine Spiralwendel, die in die Spiralnuten nach Fig. 1 und 2 paßt und mit
dem Schaft nach Fig. 1 in die Werkzeugzafnahme nach Fig, 2 einsetzbar ist, Fig.
4 einen Schnitt, vergrößert im Detail, durch die Spiralwendel und die sie umgebenden
Partien des Außenkegels, Innenkegels und der Spiralnuten, Fig. 5 in etwas verkleinerter
Darstellung die erfindungsgemäße, Kegelbefestigung mit einem Fräser, der abweichend
mn Fig. 1 und 2 durch Linksdrehung in die zugehörige Werkzeugaufnahme einbring-.bar
ist.
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Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Kegelbefestigung an Werkzeugmaschinen
ist fär Fräser, Bohrer, Senker, Ausdrehdorne o. dgl.
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geeignet. Sie ist im auseinandergenommenen Zustand dargestellt
und
besteht aus der drehbar an einer nicht da.rgegtellten Werkzeugmaschine gelagerten
und antreibbaren Werkzeugaufnahme 1 in Form--einer Hülse bzw. einer Spindel, wobei
nur die hier intereæsierenden Partien darge-stellt sind. Diese-weist einen Innenkegel
2 mit zugehörigen innenkegel-Paßflächen 2a auf, wobei der Innenkegel 2 in eine sacklochartige
Aussparung 5 ausläuft.
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In Fig. 1 ist der zugehörige, ein nicht dar1gestelltes-Werkzeug (Fräser,
Bohrer o. dgl.) tragender Schaft 4 dargestellt, der an seinem äußeren'Umfa.ng mit
einem in den Innenkegel 2 passenden Außenkegel 5 mit Paßflächen 5a versehen ist.
An den Innenkegel 5 schließt sich ein zylindrischer Halsteil 6 an, an welchem das
Werkzeug angeformt oder auf geeignete Weise befestigt ist. Der Schaft 4 muß nun
hinsichtlich der Werkzeugaufnahme 1 genau zentrisch, unverrückbar und verdrehungssicher
einfügbar sein bzw.
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leicht herausnehtnbar sein für den Fall, daß das Werkzeug ausgewechselt
werden soll, wobei die Paßflächen 55, -2a,während des Betriebes mit Preßsitz aufeinander
sitzen müssen. Erfindungsgemäß sind hierzu in die innenkegel-Paßflächen.2a der Werkzeugaufnahme
1 (Fig. 2) und die Außenkegelpaßflächen 5a des -Schaftes 4 (Fig. 1), Spiralnuten
7, 8 gleicher Steigung eingearbeitet und ist eine sowohl in die inneren Spralnuten
7 als auch äußeren Spiralnuten 8 passende drahtförmige Spiralwendel 9 (Fig. 3) derart
vorgesehen, daß der Außenkegel 5 unter Zw-ischenwägung der Wendel 9, die als die
beiden Kegel 5, 2 kuppelnder Gewindevorsprung dient, in den Innenkegel 2 einschraubbar
iSt.
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Die Einfägebewegung ist durch die Pfeile m1 und m2 in -Fig. 1, angedeutet,
d. h. der Schaft 4 wird mit aufgeschraubter Wendel 9 unter Rechtsdrehung gemäß Pfeil
m1 und Längsverschiebung gemäß Pfeil m-2 in den -innenkegel 2 eingesetzt, wobei
die Paßflächen 5a-, -2a miteinander in satte Anlage kommen. Die Wendel 9 könnte
auch zu-erst-in .die-Spiralnut 7 eingeschraubt sein, worauf dann der Schaft 4 eingefügt
wird. Eine solche Kegelbefestigung, d.
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h. -mit -in Uhrzeigerrichtung erfolgender Einfügung, ist für Linksla.uf
bestimmt, d. h. die am Werkzeug-angreifenden Bearbeitungsmomente und Kräfte können
das Werkzeug bzw. den Schaft 4 nur noch fester in die Werkzeugaufnahme 1 eindrehen.
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Das Herausnehmen des Schaftes' 4 aus der Werkzeugaufnahme geschieht
gemäß Pfeilen d1 und d2 -in entgegengesetzten Richtungen.
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Zweckmäßigerweise werden die Spiralnuten 7, 8 und die zugehörige Wendel
9 mit einer solchen Steigung und die ineinander-greif-enden Kegel 5, 2 mit einem
solchen Kegelüinkel (Gesamtwinkel) versehen, daß das zum Lösen des Schaftes 4 erforderliche
Räckdrehmoment manuell aufbringbar ist, z. B. mittels geeigneter, an nicht dargestellten
Ausnehmungen bzw. Vorsprüngen des zylindrischen Teils 6 angreifender Schlüssel.
Der Kegelwinkel liegt, wie ersichtlich, in der Größenordnung der von Morse- oder
metrischen -Kegeln her bekannten Kegelwinkel, so daß die Erfindung mit geringem
Aufwand bei solchen realisierbar ist. Gleichermaßen könnten jedoch auch Steilkegel
verwendet sein. Die Ganghöhe h der Wendel 9 bzw. der Spiralnuten 7, 8 ist im allgemeinen
etwas kleiner als der ma.
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Scha.ftdurchmesser zu wählen, damit einerseits die Befestigung manuell
lösbar ist, andererseits die Spralnuten nicht zu dicht aufeinanderfolgen, was auf
zysten der Paßflächengröße gehen würde.
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Maximal liegt die Ganghöhe h etwa in der Größenordnung des Schaftdurchmessers
D. Fig. 4 zeigt genauer, daß die Spiralnuten 7, 8 Halbrundprofil aufweisen und die
Wendel 9 mit einem entsprechenden Kreisprofil in den Nuten 7, 8 sitzt. Zweckmäßigerweise
sind die Nuten 7, 8 an den Stellen ?a, 8a etwas erweitert, wie dargestellt, damit
keine extreme Scherkraftbeanspruchung der Wendel 9 in der Trennfuge 10~auftritt.
Noch günstigere Beanspr chungsverhältnisse sind unter Umständen durch ein Trapezprofil
der Nuten 7,8 erreichbar bei Rundprofil der ;Wendel 9.
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Fig. 5 zeigt die Kegelbefestigung nach der Erfindung im eingesetzten
Zustand, wobei jedoch im Vergleich zu Fig. 1 bis 3 eine Abwandlung insofern getroffen
ist, als Linksspiralnuten 7 und 8 und eine Linkswendel 9 vorgesehen sind. Gleiche
Teile zu Fig. 1 bis 4 tragen im übrigen gleiche Bezugszeichen. Bei Betrachtung in
Einfügungsrichtung m1' wird der Schaft -4 somit im Gegen Zeiger sinn gedreht, --wQgegen
er zum Herausnehmen des Werkzeuges in Uhrzeigersinn gedreht wird. Der dargestellte
Schaft 4 mit Eräser 4a ist damit für Rechtslauf bei der Bearbeitung bestimmt. Durch
die Pfeile 11 sind die sich über die Paßflächen 2a, 5a verteilenden Auflager- bzw.
Verspannungskräfte angedeutet. Es ist auch
möglich, den Innenkegel
2 der Werkzeugaufna.hme 1 sowohl mit einer Links- als auch einer Rechtsspiralnut
zu versehen, derart, daß Werkzeuge für Rechtslauf oder Linkslauf in die gleiche
Werkzeugaufnahme 1 eingefügt werden können, wobei der Schaft 4 dieser Werkzeuge
entsprechende Links- bzw. Rechtsspiralnuten aufweist und zugehörige Rechts- oder
Linkswendel 9 vorgesehen sind.
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Die Wendel 9 kann grundsätzlich aus Stahl, Messing, Aluminium oder
Kunststoff gefertigt sein. Bür den Fall, daß sie aus einem geeigneten Kunststoff
besteht, ist eine Abreißsicherung bei bestimmtem Drehmoment und damit ein Uberlastschutz
realisierbar.
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5 Fig.
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