DE2726077C3

DE2726077C3 - Chuck

Info

Publication number: DE2726077C3
Application number: DE2726077A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 5100 Aachen Faber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2726077A1; DE2726077B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für mit einem zylindrischen Schaft bestimmten Durchmessers versehene, umlaufende Werkzeuge, dessen Futterkörper mit einer zentralen Aufnahmebohrung hoher Rundlaufgenauigkeit versehen ist, in welcher der Werkzeugschaft zur kraftschlüssigen Mitnahme in beiden Drehrichtungen durch Klemmkräfte von mindestens drei Spannsegmenten festlegbar ist, die um die zentrale Aufnahnnebohrung gleichmäßig verteilt und jeweils durch eine von der Stirnfläche des Futterkörpers ausgehende Aussparung gebildet sind.The invention relates to a chuck for provided with a cylindrical shaft of a certain diameter, rotating tools, the chuck body of which has a central mounting hole with high concentricity is provided, in which the tool shank for frictional driving in both directions of rotation can be fixed by clamping forces of at least three clamping segments around the central mounting hole evenly distributed and in each case through a recess extending from the end face of the chuck body are formed.

Außer sogenannten Spannpatronen oder Spannzangen, die mit axial geschlitzten und durch konische Spannsegmente in radialer Richtung an den Werkzeugschaft anpreßbaren Spannhülsen arbeiten, sowie Spannfuttern mit sehr komplizierten Spann- und Ausrichtmechanismen sind Spannfutter der voranslehend beschriebenen Art bekannt (US-PS 29 20 895), bei welchen die Klemmkräfte hydraulisch aufgebracht werden. Dies kann entweder gemäß der US-PS 29 20 895 aktiv durch Verformen elastischer Elemente infolge des Aufbringens eines hydrostatischen Druckes oder passiv durch Aufweiten der Spannelemente durch das Druckmittel und Festhalten der Werkzeugschäfte infolge der Rückstellkräfte der Spannelemente erfolgen.Except for so-called clamping cartridges or collets, which are axially slotted and conical Clamping segments work in the radial direction on clamping sleeves that can be pressed onto the tool shank, as well as clamping chucks with very complicated clamping and alignment mechanisms, chucks are those described above Art known (US-PS 29 20 895), in which the clamping forces are applied hydraulically. this can either according to US-PS 29 20 895 actively by deforming elastic elements as a result of the application a hydrostatic pressure or passively by expanding the clamping elements by the pressure medium and holding the tool shafts as a result of the restoring forces of the clamping elements.

Bei der Verwendung geschlitzter Spannhülsen ist weder eine gleichmäßige Führung des Werkzeugschaf-When using slotted clamping sleeves, neither a uniform guidance of the tool shaft

1» tes möglich, noch läßt sich eine Selbstverstellung des Werkzeuges innerhalb des Spannfutters vermeiden. Die unter Umständen mehrfachen konischen Passungsflächen vermindern außerdem die Anfangsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit durch geometrische Fehler, Reibungserscheinungen (Stick Slip) beim Anziehen sowie durch Beschädigung und Verschmutzung. Auch die mit einer Hydraulik arbeitenden Spannhülsen bestehen aus mehreren Teilen im Kraftfluß und bei der geometrischen Führung und haben weder die erforderlicheThe first thing is possible, and self-adjustment of the tool within the chuck can still be avoided. the possibly multiple conical fitting surfaces also reduce the initial accuracy and Reproducibility due to geometrical errors, friction phenomena (stick slip) when putting on as well as from damage and soiling. The clamping sleeves, which work with hydraulics, also consist of several parts in the power flow and in the geometric leadership and have neither the required

•20 konstante Ausgangsgenauigkeit noch die Möglichkeit einer Ausrichtung. Neben ihrem beträchtlichen baulichen Aufwand besitzen sie schließlich den Nachteil einer geringen Steifigkeit, weil bei einseitigen Belastungen des Werkzeuges die Hydraulikflüssigkeit ausweichen kann Die weiterhin erwähnten Spannfutter mit sehr komplizierten Spann- und Ausrichtmechanismen sind insoweit in der Praxis nachteilig, als auch sie nur für zylindrische Schäfte einer bestimmten Gestaltung geeignet und darüber hinaus störanfällig sind.• 20 constant output accuracy still possible an alignment. In addition to their considerable structural effort, they ultimately have the disadvantage low rigidity, because the hydraulic fluid gives way when the tool is unilaterally loaded can The chucks also mentioned with very complicated clamping and alignment mechanisms are disadvantageous in practice, as they are only used for cylindrical shafts of a certain design suitable and also prone to failure.

M Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs beschriebenen Art mit hoher Ausgangsgenauigkeit bezüglich des Rundlaufes so auszubilden, daß bei sicherer Krafteinleitung und hoher statischen sowie dynamischen Steifigkeit eine definierte Ausrichtbarkeit des Werkzeuges auf minimale Rundlauffehler ermöglicht ist, und zwar bei einfachster Konstruktion und geringem Raumbedarf sowie sicherer, einfacher und schneller Bedienbarkeit.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Spannsegmente einstückig mit dem Futterkörper durch im Abstand zur Aufnahmebohrung bis zu einer Freistichnut im Grund der Aufnahmebohrung verlaufende Aussparungen gebildet und jeweils einzeln durch ein mechanisches, radial wirkendes Hilfselement, beispielsweise eine Klemmschraube, elastisch verformbar sind. M The invention has the object of providing a chuck of the initially described type with high output accuracy with respect to form the concentricity such that when safer introduction of force and high static and dynamic stiffness, a defined adjustability of the tool is provided on minimal runout, namely at einfachster construction and requires little space and is safer, easier and faster to use.
The solution to this problem is, according to the invention, that the clamping segments are formed in one piece with the chuck body by recesses running at a distance from the receiving bore up to an undercut groove in the base of the receiving bore and each individually elastically deformable by a mechanical, radially acting auxiliary element, for example a clamping screw.

Mit diesem Vorschlag der Erfindung wird ein Spannfutter geschaffen, das bei einfachstem Aufbau, damit preiswerter Herstellmöglichkeit sowie einfacher, schneller und sicherer Bedienbarkeit neben einer sicheren Krafteinleitung ein exaktes Ausrichten des Werkzeuges auf minimale Rundlauffehler ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist das Spannfutter statisch und dynamisch sehr steif sowie sicher gegen Selbstverstellen des Werkzeuges. Es besitzt darüber hinaus ein geringes Bauvolumen und eine hohe Ausgangsgenauigkeit, die infolge des Fehlens beweglicher Teile stets wiederholbar ist, weil bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter die SpannsegmenteWith this proposal of the invention, a chuck is created which, with the simplest structure, thus inexpensive manufacturing options as well as easier, faster and safer operability in addition to one safe application of force enables the tool to be precisely aligned to minimal run-out errors. Due to the design according to the invention, the chuck is statically and dynamically very stiff as well safe against self-adjustment of the tool. It also has a small volume and a high output accuracy, which is always repeatable due to the lack of moving parts, because with the Chuck according to the invention the clamping segments

^fa0 keinem die Spanngenauigkeit beeinträchtigenden Verschleiß ausgesetzt sind. Durch die mechanischen Hilfselemente, beispielsweise Feingewinde-Spannschrauben, kann eine kontrollierbare Justierung eines Taumel- oder Achsfluchtfehlers in allen zirkulären Freiheitsgraden erreicht werden, wobei die Fertigungsformfehler des Werkzeugschaftes dabei mitberücksichtigt werden. Insgesamt ergibt sich somit durch den Vorschlag der Erfindung ein preiswertes Spannfutter, ^{fa0 are} not exposed to wear that would impair the clamping accuracy. The mechanical auxiliary elements, for example fine-thread tensioning screws, allow a controllable adjustment of a wobble or axial alignment error in all circular degrees of freedom, with the manufacturing errors of the tool shank being taken into account. Overall, the proposal of the invention thus results in an inexpensive chuck,

mil welchem Werkzeuge mit zylindrischem Schaft schnell und sicher eingespannt und zur Vermeidung von Rundlauffehlern ausgerichtet werden können.with which tools with cylindrical shank clamped quickly and safely and to avoid Runout errors can be aligned.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Aussparungen im Querschnitt die Form eines Kreisringsegments mit gegenüber der radialen Lage vergrößertem Krümmungsradius aufweisen. Eine alternative Ausführung sieht vor, die Aussparungen im Querschnitt mit der Form eines Kreisabschnittes mit tangential zur Aufnahmebohrung ausgerichteter Sehne auszubilden.In a preferred embodiment of the invention, the recesses in cross section can Have the shape of a circular ring segment with an enlarged radius of curvature compared to the radial position. An alternative embodiment provides the recesses in cross section with the shape of a Form a segment of a circle with a chord aligned tangentially to the receiving hole.

Gemäß ei.iem weiteren Merkmal der Erfindung kann die axiale Lage des Werkzeugschaftes innerhalb der Aufnahmebohrung durch einen im Futterkörper axial verstellbaren Anschlagbolzen bestimmt werden.According to another feature of the invention the axial position of the tool shank within the receiving bore through an axial one in the chuck body adjustable stop bolts are determined.

Zur Erhöhung der Elastizität der Spannsegmente ist es erfindungsgemäß möglich, die Spannsegmente einseitig durch einen über ihre gesamte axiale Länge verlaufenden Schlitz vom Futterkörper zu trennen. Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, zwischen den Spannsegmenten und den Klemmschrauben Einlagen anzuordnen, durch welche die Verteilung der Flächenpressung der Klemmschrauben verbessert wird.In order to increase the elasticity of the clamping segments, it is possible according to the invention to use the clamping segments to be separated from the chuck body on one side by a slot running over its entire axial length. Finally, the invention proposes between the clamping segments and the clamping screws To arrange inserts, through which the distribution of the surface pressure of the clamping screws is improved will.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannfutters dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the chuck according to the invention is shown, namely shows

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Spannfutters,Fig. 1 is a partially sectioned side view of the Chuck,

F i g. 2 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht gemäß der Schnittlinie H-Il in Fig. 1,F i g. 2 shows a cross section or a view according to the section line II-II in FIG. 1,

F i g. 3 ein Diagramm der Flächenpressung am Fräserschafl,F i g. 3 a diagram of the surface pressure at Milling cutter head,

F i g. 4 ein Diagramm der Schraubenspannkräfte,F i g. 4 a diagram of the bolt tensioning forces,

F i g. 5 eine schematische Darstellung zur Beseitigung von Achsfluchtfehlern undF i g. 5 shows a schematic representation of the elimination of axis misalignments and

F i g. 6 eine schematische Darstellung zur Beseitigung von Taumelfehlern.F i g. 6 shows a schematic representation for eliminating wobble errors.

Das anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte Spannfutter weist einen Futterkörper 1 auf, der mittels eines Aufnahmekegels la sowie einer Gewindebohrung \b an der Spindel einer Werkzeugmaschine befestigbar ist. Der Futterkörper 1 ist mit einem im Durchmesser vergrößerten Kopfstück Ic versehen, welches eine Aufnahmebohrung 2 mit hoher Rundlaufgenauigkeit aufweist. In dieser Aufnahmebohrung 2 wird ein auf der Zeichnung nicht dargestellter zylindrischer Schaft eines Werkzeuges befestigt, wobei dieser Schaft einen bestimmten Durchmesser aufweisen muß.The chuck shown on the basis of an exemplary embodiment has a chuck body 1 which can be fastened to the spindle of a machine tool by means of a receiving cone la and a threaded bore \ b. The chuck body 1 is provided with a head piece Ic which is enlarged in diameter and which has a receiving bore 2 with high concentricity. A cylindrical shaft, not shown in the drawing, of a tool is fastened in this receiving bore 2, this shaft having to have a certain diameter.

Die Befestigung dieses Schaftes erfolgt be^;m dargestellten Ausführungsbeispiel mittels dreier Spannsegmente 3, welche einstückig aus dem Kopfstück lc des Futterkörpers 1 herausgearbeitet sind, und zwar durch Anbringen jeweils einer Aussparung 4 bzw. 4'. Diese Aussparungen verlaufen zwischen der Stirnfläche lc/des Futterkörpers 1 und einer Freistichnut 5, die irr Grund der Aufnahmebohrung 2 ausgebildet ist. Auf diese Weise werden — wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist — elastisch verformbare Spannsegmente 3 bzw. 3' geschaffen, die nur an ihren in axialer Richtung verlaufenden Kanten mi¹ dem Futterkörper 1 verbunden sind, an ihren clUer vt-'rlaufenden Enden jedoch vom Material des Futterkörpet-s 1 getrennt sind.The attachment of this shaft takes place be ^; m illustrated embodiment by means of three clamping segments 3, which are machined in one piece from the head piece 1c of the chuck body 1, by making a recess 4 or 4 '. These recesses run between the end face 1c / of the chuck body 1 and an undercut groove 5 which is formed in the base of the receiving bore 2. In this way, as can be seen in particular in FIG. 2, elastically deformable clamping segments 3 and 3 'are created which are only ^{connected to the chuck body 1} at their axially extending edges, at their clUer vt-extending ends but are separated from the material of the chuck body 1.

Die Aussparungen 4 können im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes mit tangential zur Aufnahmebohrung 2 ausgerichteter Sinne aufweisen, oder aber im Querschnitt wie eii' Kreisringsegment ausgebildet sein, dessen Krümmungsradius größer ist als eine seiner radialen Lage im Futterkörper 1 entsprechende Krümmung. Diese bevorzugten Querschnittsausbildungen der Aussparungen 4 bzw. 4' sind in F i g. 2 eingezeichnetThe cross-section of the recesses 4 can have the shape of a segment of a circle with tangential to the receiving bore 2 aligned sense, or in Cross-section be designed like eii 'circular ring segment, whose radius of curvature is greater than one of its radial position in the chuck body 1 corresponding Curvature. These preferred cross-sectional configurations of the recesses 4 and 4 'are shown in FIG. 2 drawn

Zur elastischen Verformung der Spannsegmente 3 dient mindestens ein paariges mechanisches Hilfselement in zwei Ebenen, welches beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Klemmschraube 6 dargestelltAt least one pair of mechanical auxiliary elements is used for elastic deformation of the clamping segments 3 in two planes, which is shown as a clamping screw 6 in the illustrated embodiment

in ist. Vorzugsweise werden zwei Klemmschrauben 6 pro Spannsegment 3 verwendet, und zwar in Form von Feingewindeschrauben. Hierdurch ergibt sich eine verhältnismäßig gleichmäßige und trotzdem feimühlig beeinflußbare Verteilung der Schraubenspannkräfte über das Spannsegment 3 auf den Schaft 5 des Werkzeuges, wie dies in F i g. 4 schematisch dargestellt ist. Die gezielte Form der elastischen Verspannung der Spannsegmente 3 und die hierdurch entstehende Fiächenpressung sind in Fi g. 3 der Zeichnung schematisch dargestellt.in is. Preferably two clamping screws 6 per Clamping segment 3 used, in the form of fine-thread screws. This results in a Relatively even and nevertheless finely controllable distribution of the bolt tensioning forces via the clamping segment 3 onto the shaft 5 of the tool, as shown in FIG. 4 shown schematically is. The targeted form of the elastic bracing of the Clamping segments 3 and the resulting surface pressure are shown in Fi g. 3 of the drawing schematically shown.

Um eine axiale Ausrichtung des Werkzeugschaftes in der Aufnahmebohrung 2 des Futterkörpers 1 zu erzielen, kann im Futterkörper 1 ein axial verstellbarer Anschlagbolzen 7 angeordnet werden, wie er in Fi g. 1 der Zeichnung eingezeichnet ist. Eine Erhöhung der Elastizität der Spannsegmente 3 ist dadurch erreichbar, daß jedes Spannsegment 3 einseitig durch einen über seine gesamte axiale Länge verlaufenden Schlitz 8 vom Material des Futlerkörpers 1 getrennt ist, wie dies im linken Teil der F i g. 2 dargestellt ist. Schließlich läßt sich eine Verbesserung oder Änderung der Verteilung der Flächenpressung der Klemmschrauben 6 erzielen, wenn gemäß der weiteren Darstellung in Fig. 2 in die Aussparung 4 eine Einlage 9 eingebracht wird.About an axial alignment of the tool shaft to achieve the chuck body 1 in the mounting hole 2, an axially adjustable stop bolts 7 are arranged in the chuck body 1, as g in Fi. 1 of the drawing is shown. An increase in the elasticity of the clamping segments 3 can be achieved in that each clamping segment 3 is separated on one side by a slot 8 extending over its entire axial length from the material of the futile body 1, as shown in the left-hand part of FIG. 2 is shown. Finally, an improvement or a change in the distribution of the surface pressure of the clamping screws 6 can be achieved if, according to the further illustration in FIG. 2, an insert 9 is introduced into the recess 4.

Zum Festlegen des Werkzeugschaftes in der Aufnahmebohrung 2 werden die Klemmschrauben 6 aller drei Spannsegmente 3 gleichmäßig angezogen. Infolge der gleichmäßigen Verteilung der Spannsegmente 3 über den Umfang des Futterkörpers 1 erfolgt hierdurch imTo fix the tool shank in the mounting hole 2, the clamping screws 6 of all three Clamping segments 3 tightened evenly. As a result of the even distribution of the clamping segments 3 over the scope of the chuck body 1 takes place in this way

ίο Normalfal! eine gute Ausrichtung des Werkzeuges im Spannfutter und eine kraftschlüssige Mitnahme des Werkzeuges in beiden Drehrichtungen. Zur Beseitigung eines evt. vorhandenen Achsfluchtfehlers können die durch die Klemmschrauben 6 eines oder zweier Spannsegmente 3 aufzubringenden Klemmkräfte derart erhöht werden, daß der Werkzeugschaft insgesamt innerhalb der Aufnahmebohrung 2 so verschoben wird, daß der Achsfluchtfehler beseitigt wird. Dieser Sachverhalt ist in Fig.5 dargestellt, wobei die iii Höhe der Klemmschrauben 6 angebrachten Dreiecke mit ihren Abmessungen die Größe der jeweils aufgebrachten Klemmkräfte symbolisieren. F i g. 6 läßt erkennen, daß ein mit einem Taumelfehler behaftetes Werkzeug W ebenfalls exakt ausgerichtet werden kann, wenn zu einem Spannsegment 3 gehörige Klemmschrauben 6 mit unterschiedlich großen Klemmkräften angezogen werden.ίο normal case! a good alignment of the tool in the chuck and a force-fit driving of the tool in both directions of rotation. To eliminate any misalignment that may be present, the clamping forces to be applied by the clamping screws 6 of one or two clamping segments 3 can be increased in such a way that the tool shaft as a whole is displaced within the receiving bore 2 so that the misalignment is eliminated. This situation is shown in FIG. 5, the triangles attached to the height of the clamping screws 6 with their dimensions symbolizing the magnitude of the respectively applied clamping forces. F i g. 6 shows that a tool W afflicted with a wobble can also be precisely aligned if clamping screws 6 belonging to a clamping segment 3 are tightened with clamping forces of different magnitudes.

Selbstverständlich ist es möglich, anstelle von den beim Ausführungsbeispiel gezeichneten drei Spannsegmenten 3 eine größere Anzahl von Spannsegmenten einstückig im Futterkörper 1 auszubilden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Ausbildung der Schneidkanten des einzuspannenden Werkzeuges. Auch die Form und Größe der zur Herstellung der Spannsegmente 3It is of course possible, instead of the three clamping segments shown in the exemplary embodiment 3 to form a larger number of clamping segments in one piece in the chuck body 1, for example depending on the design of the cutting edges of the tool to be clamped. Also the shape and Size of the 3

^fa5 anzuordnenden Aussparungen 4 bzw. 4' .vann im Bedarfsfall abgeändert werden. ^fa 5 to be arranged recesses 4 or 4 '.vann can be modified if necessary.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Chucks for circumferential ones with a cylindrical shaft of a certain diameter Tools whose chuck body is provided with a central mounting hole with high concentricity is in which the tool shank for frictional driving in both directions of rotation can be fixed by clamping forces of at least three clamping segments around the central Mounting hole evenly distributed and each through one of the face of the chuck body outgoing recess are formed, thereby characterized in that the instep (3) integral with the chuck body (1) through at a distance from the receiving bore (2) up to one Undercut groove (5) formed in the base of the receiving bore (2) running recesses (4, 4 ') and each individually elastic by a mechanical, radially acting auxiliary element (clamping screw 6) are deformable.

2. Chuck according to claim 1, characterized in that the recesses (4 ') in cross section the shape of a circular ring segment with a larger radius of curvature than the radial position exhibit.

3. Chuck according to claim 1, characterized in that the recesses (4) in cross section have the shape of a segment of a circle with a chord oriented tangentially to the receiving bore (2).

4. Chuck according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the axial position of the tool shank within the mounting hole (2) through one in the chuck body (1) axially adjustable stop bolt (7) can be determined.

5. Chuck according to claims 1 to 4, characterized in that the clamping segments (3) on one side through a slot (8) from the chuck body (1) running over its entire axial length are separated.

6. Chuck according to claims 1 to 4, characterized in that between the clamping segments (3) and the clamping screws (6) inserts (9) are arranged.