DE3007440A1 - Werkzeugeinrichtung mit wechselbarem werkzeugtraeger - Google Patents

Werkzeugeinrichtung mit wechselbarem werkzeugtraeger

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DE3007440A1 DE19803007440 DE3007440A DE3007440A1 DE 3007440 A1 DE3007440 A1 DE 3007440A1 DE 19803007440 DE19803007440 DE 19803007440 DE 3007440 A DE3007440 A DE 3007440A DE 3007440 A1 DE3007440 A1 DE 3007440A1
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Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
in Essen
Werkzeugeinrichtung mit wechselbarem Werkzeugträger
Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugeinrichtung, die aus einem Werkzeuggrundhalter und einem Werkzeugträger besteht, die mittels mechanischer Spannelemente über einen zylindrischen. Einpaß verbunden sind- Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Zerspanungswerkzeuge, die aus einem Werkzeuggrundhalter und einem Schneidenträger bestehen. Das Lösen bzw. Festsetzen der Spannelemente kann manuell oder maschinell erfolgen.
Zerspanungswerkzeuge der eingangs genannten Art mit einer mechanischen Verbindung sind bereits bekannt: So zum Beispiel Bohrstangen, also Innenbearbeitungswerkzeuge mit wechselbaren Bohrköpfen, die über eine Schwalbenschwanzaufnahme oder einen zylindrischen Einpaß mit dem Bohrkopfhalter verbunden sind- Nachteiligerweise erfordern derartige Verbindungen im allgemeinen zusätzliche Spannschrauben, die zum Wechseln des Kopfes manuell gelöst und wieder gespannt werden müssen, so daß sich eine solche Verbindung nicht für einen automatisierten Fertigungsablauf mit maschinellen Wechseln des Schneidenträgers nutzen läßt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, numerisch ge— steuerte Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechseleinrichtungen auszurüsten, die es ermöglichen. Schneide—
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werkzeuge einschließlich der Werkzeughaltereinrichtung manuell oder mittels eines Greifers von der Einsatzstelle, d.h. dem Werkzeugrevolver oder der Arbeitsspindel, in ein Werkzeugmagazin zu transpor— tieren, dort abzulagern und ein anderes Werkzeug zur Einsatzstelle zu bringen. Der Fertigungsablauf bei solchen Einrichtungen ist nur bedingt automatisierbar, . da bei einem .Schneidenwechsel-jedesmal gleichzeitig die teure und oft recht schwere WerkzeughaItereinrichtung gewechselt werden muß. Durch diesen Wechsel sind der optimalen Nutzung der Maschinen Grenzen gesetzt-Desweiteren ist es nachteilig, daß der manuelle Werkzeugwechsel zeitaufwendig und beschwerlich ist.
Dagegen ist ein vollständig automatisierter Ferti— gungsablauf mittels eines Wendeplattenwechslers für die Drehbearbeitung vorgeschlagen worden, der die verschlissene Schneide bzw. Schneidplatte nach Standzeitende auf einen Steuerbefehl hin automatisch gegen eine neue Platte aus einem Magazin ersetzt. Derarti— ge Einrichtungen sind jedoch nur bei speziellen Arbeitsoperationen anwendbar und auf den Einsatz von Schneidwerkzeugen einheitlicher Form und Größe beschränkt. Der wechselnde Einsatz verschiedener Schneidwerkzeuge ist mit der vorgeschlagenen Anordnung praktisch unmöglich. In der mechanischen Fertigung ist andererseits stets eine Vielzahl verschiedener Arbeitsoperationen wie Innen— und Außenbearbeitung oder Stech- und Gewindedrehen durchzuführen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugeinrichtung anzugeben, mit der unterschiedliche Werkzeuge, insbesondere Zerspanungswerkzeuge, eingesetzt werden können und die einen maschinellen Wechsel im Rahmen einer automatisierten Fertigung zuläßt. Die Werkzeugeinrichtung soll weiterhin so gestaltet sein, daß auch ein manueller Wechsel der Werkzeugträger möglich ist. Insbe—
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sondere soll die Werkzeugeinrichtung die Voraussetzungen erfüllen, die im Bereich der Drehbearbeitung und bei der Verwendung handelsüblicher Zerspa— nungswerkzeuge, wie z.B. Bohrer oder Wendeschneid— platten, unerläßlich sind.
Die Aufgabe wird mittels eines Werkzeuggrundhalters gelöst, der einen über einen bestimmten Hub beweglichen Spannbolzen aufweist, der an ihm liegende radial nach außen wirkende Spannstifte beaufschlagt, die in Ausnehmungen des Werkzeugträgers eingreifen, wodurch der Werkzeugträger fest eingespannt wird. Mit dieser Anordnung ist eine einfache und dennoch sichere Fixierung des Werkzeugträgers an den Werkzeuggrundhalter möglich. Ein Verschieben des Spann— bolzens, das ggf. auch automatisch erfolgen kann, bewirkt ein Lösen der Spannstifte, die daraufhin die Ausnehmungen des Werkzeugträgers verlassen, so daß dieser mittels eines ggf. automatisch gesteuerten Greifers abgenommen und durch einen anderen ersetzt werden kann. Weiterhin ist die Werkzeugeinrichtung sowohl für innenbearbeitende Werkzeuge als auch für außenbearbeitende Werkzeuge geeignet.
Vorteilhafterweise besitzt, der Werkzeuggrundhalter stirnseitig einen abgesetzten, ggf. zylindrischen Auf— nahmezapfen, auf den der mit einer entsprechenden Aufnahmebohrung versehene Werkzeugträger aufgesetzt ist, wobei er mit seiner äußeren ringförmigen Plan— fläche am Werkzeuggrundhalter anliegt- Der Werkzeugträger wird also über eine zylindrische Bohrung auf einem entsprechend ausgeformten Zapfen des Werkzeuggrundhalters aufgenommen und zentriert sowie gleichzeitig im äußeren Bereich ringförmig gegen eine Plananlage axial fixiert. Die Verspannung des Werkzeugträgers mit dem Werkzeuggrundhalter erfolgt über ra— dial nach außen wirkende, im Aufnahme zap fen angeordnete
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Spannstifte, die mittels des Spannbolzens in Ausnehmungen des Werkzeugträgers, im einfachsten Fall eine Ringnut, gedrückt werden und dabei die Stirnseite des Werkzeugträgers gegen die Plananlagefläche spannen. Die Bewegung des Spannbolzens kann durch mechanische Mittel, hydraulisch oder pneumatisch bewirkt werden.
Nach einer Weiterbildung der erfinderischen Werkzeugeinrichtung ist der Spannbolzen kopfförmig ausgebildet und beaufschlagt mehrere schräg im Aufnahmezapfen montierte oder lose einliegende Spannstifte. Die Spannstifte sind damit fest zwischen dem Kopf des Aufnahmezapfens und den Ausnehmungen des Werkzeugträgers eingespannt, womit gleichzeitig eine Arretierung des Werkzeugträgers herbeigeführt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt der Spannbolzen in einer zentralen Bohrung und wird im Werkzeuggrundhalter mit der Druckkraft einer oder mehrerer Teller- oder Druckfedern beaufschlagt. Ein Lösen des Spannbolzens, d.h. eine Überwindung der Federspannung, kann durch mechanische Druckeinwirkung auf den Spannbolzen herbeigeführt werden. Mit dem Lösen des Spannbolzens werden die Spannstifte aus den Ausnehmungen des Werkzeugträgers entfernt, so daß dieser vom Werkzeuggrundhalter abnehmbar ist. Der Spannbolzen kann vorteilhafterweise sowohl mittels eines pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Stellelementes, d.h. teilweise oder vollständig automatisiert, oder manuell verschoben werden. Eine leichtere manuelle Betätigung des Spannelementes ist jedoch gegeben, wenn der Werkzeuggrundhalter ein von außen bedienbares Schraubelement besitzt, mittels dessen die Verschiebung des Spannbolzens erfolgt. Damit ist es möglich, die prinzipiell eher für einen automatisierten Fertigungsablauf vorgesehene Werkzeugeinrichtung so
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zu gestalten, daß die Vorteile des universell verwendbaren Werkzeugträgers erhalten bleiben. Auch wenn sich dabei nicht der hohe Automatisierungsgrad verwirklichen läßt, können die Nebenzeiten wesentlieh verkürzt werden. Vorteilhafterweise wird ein modifizierter Werkzeuggrundhalter verwendet, der einen mit einer Schraubenfeder beaufschlagten Spannbolzen enthält. Nach Lösen des von außen bedienbaren Schraubelementes entspannt sich die Schraubenfeder und bewirkt damit gleichzeitig ein Lösen der Spannstiftarretierung. Anschließend ist der manuelle Werkzeugwechsel des Werkzeugträgers möglich.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannstifte auf der dem Aufnahmezapfen zugewandten Seite mit einem Kopf versehen, der verhindert, daß sie bei demontiertem Werkzeugträger herausfallen. Unter dem Kopf der Spannstifte ist eine Druckfeder montiert, welche die Stifte bei gelöstem Spannbolzen selbsttätig nach innen bewegt.
Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die Verbindung des Werkzeuggrundhaiters und des Werkzeugträgers rotationssymmetrisch auszubilden und zur In— dexierung und Verdrehsicherung in bekannter Weise mit einer oder mehreren Paßfedern oder Stiften zu versehen. Vorteilhafterweise weist der Kopf zwei . Mitnahmenuten auf, in die entsprechende Mitnehmersteine des Werkzeuggrundhaiters eingreifen. Die Aufnahme ist so gestaltet, daß für den Schneidenträger zwei um 180 versetzte Einspannmöglichkeiten gegeben sind. Damit wird der Werkzeuggrundhalter anwendungsneutral und erlaubt den Einbau sowohl rechtswie linksschneidender Werkzeugköpfe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 bis 3 jeweils Querschnitte durch verschieden gestaltete Werkzeugeinrichtungen und
Fig. 4 den automatischen Auswechselprozeß
des Werkzeugträgers in schematischer Form.
Die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Werkzeuggrundhalter mit einer zentralen Aufnahmebohrung 2, ±n welcher der Spannbolzen 3 ruht. An der Stirnseite des Werk— zeuggrundhalters 1 ist der Werkzeugträger 4, hier als Bohrkopf ausgestaltet, befestigt. Der Spannbol— zen 3 ist an der dem Werkzeugträger 4 zugewandten Seite kopfförmig ausgebildet. An ihm liegen Spann— stifte 6, deren gegenüberliegendes Ende in Ausnehmungen 7 des Werkzeugträgers 4 ragt. Die Spannstifte 6 sind, bezogen auf die Längsinittellinie 8 des Werkzeuggrundhalters 1 in einem Winkel von etwa 45 bis 75°, vorzugsweise 60 ° angeordnet. Der Spannbolzen selbst ist mit mehreren Tellerfedern 12 beaufschlagt, womit eine angemessen große Spannkraft erreicht wird, die den Werkzeugträger 4 ausreichend sichert. Zum Losen des Spannbolzens 3 kann auf diesen ein Druck in Richtung des Pfeils 20 ausgeübt werden.
Der Werkzeugträger 4 wird folgendermaßen mit dem Werkzeuggrundhalter 1 verbunden: Der Werkzeugträger 4 wird über eine entsprechend ausgeformte zylindri— sehe Bohrung auf dem Aufnahme zapfen 5 des Werkzeuggrund— halters zentriert und im äußeren Bereich ringförmig gegen eine Plananlage axial fixiert. Die Verspannung des Werkzeug-
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trägers 4 mit dem Werkzeuggrundhalter 1 erfolgt derart über den Spannbolzen 3, daß auf diesen die Druckkräfte der Teller federn 12 wirken, so daß der Spannbolzen radial nach außen wirkende Spannstifte 6 beaufschlagt. Das Abnehmen des Werkzeugträgers 4 erfolgt in umgekehrter Richtung und wird dadurch eingeleitet, daß über das dem Werkzeugträger 4 abgewandte Ende des Spannbolzens 3 durch externe Druckeinwirkung die Federn 12 zusammengeschoben werden und gleichzei— tig die kopfförmige Ausbildung des Spannbolzens 3 die Spannstifte aus den Ausnehmungen 7 gleiten läßt. Die in Fig. 2 dargestellte AusführungsVariante der Werkzeugeinrichtung besitzt im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Spannstifte 6, die zusätzlich mit einem Kopf 15 und einer Druckfeder 16 versehen sind. Während der Kopf 15 des Spannstifts 6 ein Herausfallen der Stifte bei demontiertem Werkzeugträger 4 verhindert, bewirkt die Druckfeder 16 eine selbsttätig zur Längsmittellinie 8 des Werkzeugs gerichtete Bewe— gung.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Alisführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkzeugeinrichtung, die für eine manuelle Auswechslung des Werkzeugträgers geeignet ist. Der Spannbolzen 3 ist derart ausgestaltet, daß eine Lageveränderung der an ihrer Spitze konisch verjüngten Schraube 13 bei jeweils anliegender Oberfläche des Spannbolzens 3 dessen Verschiebung bewirkt. Das Andrücken der Mantelfläche 19 des Spannbolzens an das konische Ende der Schraube 13 wird durch eine Schraubenfeder 14 herbeigeführt. Bei festgezogener Schraube 13 wird der Spannbolzen 3 in seine äußerste rechte Lage gedrückt, wobei gleichzeitig über sein kopfförmig ausgebildetes Ende die Spannstifte 6 in
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die Ausnehmungen 7 des Werkzeugträgers 4 gedrückt, werden. Löst man die Schraube 13, so bewegt sich der Spannbolzen 3 in Richtung des Werkzeugträgers, wobei gleichzeitig die Spannstifte 6 aus den Ausnehmungen 7 herausgleiten, womit die Verspannung des Werkzeugträgers 4 gelöst wird und dieser leicht abgenommen werden kann.
Fig. 4 zeigt in schematischer Weise, wie der Werkzeugträger 4 mittels eines Greifers abgenommen und in ein Werkzeugmagazin abgelegt werden kann, von wo aus der Greifer einen neuen Werkzeugträger aufnimmt und auf den Werkzeuggrundhalter 1, der belauf
spielsweise einem Werkzeugrevolver montiert ist, aufsetzt. Die dargestellten Arbeitsschritte sind vollständig automatisierbar: Nach Beendigung eines bestimmten Arbeitsprozesses bzw. der Abnutzung eines Werkzeuges wird ein Steuerbefehl gegeben, der die hydraulische oder pneumatische Lösung des Spannbolzens einleitet. Der nur noch lose aufsitzende Werkzeugträger 4 wird mittels eines Greifers abgenommen und in einem Werkzeugmagazin 17 abgelegt. Im nächsten Arbeitsschritt nimmt der Greifer 18 einen neuen Werkzeugkopf 4 auf und setzt ihn zentrisch, auf den Werk— zeuggrundhalter. Daraufhin wird über einen weiteren Steuerimpuls die nicht dargestellte Tellerfeder entspannt, so daß über den Spannbolzen 3 in geschilderter Weise der Werkzeugträger arretiert wird- Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß der Werkzeuggrundhalter im Werkzeugrevolver einer Drehmaschine verbleibt und der Werkzeugwechsel sich lediglich, auf ein klein dimensioniertes einfaches Teil, den Werkzeugträger, beschränkt. Der Werkzeugträger kann beispielsweise ein Werkzeugkopf sein, der primär auf die Erfordernisse der Innenbearbeitung abgestimmt ist. Bei der Außenbe-
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arbeitung bestehen weniger Einschränkungen hinsichtlich der Werkzeuggestaltung, jedoch gelangen hier zum Drehen ähnliche oder gleiche Schneidengeometrien wie bei der Innenbearbeitung zur Anwendung. Deshalb sind Werkzeugköpfe mit gleichen Anschlußmaßen auch für die Außenbearbeitung möglich, so daß Drehmaschinen mit Revolverköpfen und automatischem Werkzeugwechsel ausgerüstet werden können, wobei sowohl Werkzeuge für die Innen- als aucli für die Außenbearbeitung aufgenommen werden. Im Revolverkopf sind lediglich Werkzeuggrundhalter zu installieren, die für die Innenbearbeitung die notwendigerweise erforderliche, längere Auskragung besitzen und Werkzeuggrundhalter für die Außenbearbeitung, die im allgemeinen nicht axial, sondern radial angeordnet sind. Letztere haben eine kurze, kompakte Bauweise und lassen sich dementsprechend höher belasten. Die Verbindung zwischen Schneidenträger und Werkzeuggrundhalter für Außen- und Innenbearbeitungswerkzeuge ist einheitlieh gestaltet, so daß z.B. ein Bohrwerkzeug der Innenbearbeitung bedarfsabhängig auch als Planwerkzeug bei der Außenbearbeitung eingesetzt werden kann. Auf diese Weise lassen sich mit weniger Werkzeugtypen mehr Arbeitsoperationen durchführen als bisher. In einem Werkzeugmagazin der Maschine sind also lediglich die kleindiinensionierten Schneidenträger unterzubringen, so daß infolge des geringen Kosten- und Platzbedarfes eine größere Werkzeugzahl gespeichert werden kann und somit größere Fertigungs-Stückzahlen erzielbar sind und bei Standzeitende einer Schneide ohne Unterbrechung ein Ersatzwerkzeug zur Anwendung gelangen kann. Konnte man bisher bei Drehmaschinen eine Werkzeuggrundausrüstung von etwa 12 verschiedenen Werkzeugen unterbringen, dann lassen sich auf— grund des geringeien Platzbedarf es jetzt die dreifache
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Menge und mehr an Werkzeugen speichern, d.h. es können bei einem Grundbedarf von 12 Werkzeugen mindestens drei Standzeiten gefahren werden. Damit ist eine Fertigung ohne manuellen Eingriff über einen längeren Zeitraum gewährleistet, womit der Nutzungsgrad der Maschine wesentlich verbessert wird und gleichzeitig der Personalaufwand sinkt.
Je nach Leistungsfähigkeit der Maschine und durchzuführender Bearbeitung sind verschiedene Baugrößen und -formen von Werkzeugeinrichtungen möglich. Für den Bereich der Innenbearbeitung im kleineren Durch— messerbereich lassen sich Schneidenträger verwenden, die abgesetzt gestaltet sind oder mit einer Spanneinrichtung zur Aufnahme von Bohrern, Senkern o.a.
ausgelegt sind. Der Schneidenträger läßt sich bei gleichbleibenden Anschlußmaßen für den Werkzeuggrundhalter unterschiedlich ausbilden. Er kann z.B. auch mit gelöteten Hartmetallplatten bestückt sein oder, v/ie in den Zeichnungen dargestellt, geklemmte Wendeplatten aufnehmen.
Die Querschnitts:or~i der Werkzeugeinrichtung im Bereich der Verbindung zwischen Schneidenträger und Werkzeuggrundhalter Ls~ in bevorzugter Weise zylindrisch gestaltet, kann aber auch andere Querschnittsformen, z.B. für die Au£enbearbeitung die Form eines Quadrates aufweisen.
Zum Zwecke einer zentralen Kühlmittelzufuhr kann der Werkzeuggrundhalter in Inneren mit Bohrlöchern und Ausnehmungen versehen sein, die den Kühlschmierstoff durch eine Öffnung im Schneidenträger zur Schneide führen.
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Bei der bevorzugten Ausführung ist die Verbindung zwischen Werkzeuggrundhalter und Schneidenträger achssymmetrisch ausgebildet, so daß es möglich, istj auf dem Grundhalter die Schneidenträger in 2 um . 180 ° verdrehten Einbaulagen zu montieren. Dadurch kann sowohl"die Anzahl der■Grundhalter als auch die der Schneidenträger klein gehalten werden und durch Veränderung der Einbaulage eine Erweiterung des Anwendungsbereiches erzielt werden.
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Claims (10)

  1. Ansprüche
    ί 1 .JWerkzeugeinrichtung, bestehend aus einem Werkzeuggrundhalter und einem Werkzeugträger, die mittels mechanischer Spannelemente über einen zylindrischen Einpaß verbunden sind, insbesondere aus einem Werkzeuggrundhalter und einem Schneidenträger bestehende Zerspanungswerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggrundhalter (1) einen über einen bestimmten Hub beweglichen Spannbolzen (3) aufweist, der an ihm liegende, radial nach außen wirkende Spannstifte (6) beaufschlagt, die zur Arretierung des Werkzeugträgers in Ausnehmungen (7) des Werkzeugträgers eingreifen.
  2. 2. Werkzeugeinrichtung nach /iiispruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggrundhalter (1) stirn— seitig einen abgesetzten, gegebenenfalls zylindrischen Aufnahmezapfen (5) besitzt, auf den der mit einer entsprechenden Aufnahmebohrung (9) versehene Werkzeugträger (4) aufgesetzt ist, wobei er mit seinen äußeren ringförmigen Planflächen (1O) am Werkzeuggrundhalter (1) anliegt.
  3. 3. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (3) an der dem Werkzeugträger (4) zugewandten Seite kopfförmig ausgebildet ist und mehrere schräg im Aufnahmezapfen (5) montierte oder lose einliegende Spannstifte (6) zur festen Einspannung des Werkzeugträgers (4) beaufschlagt.
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  4. 4. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen in einer zentralen Bohrung (2) liegenden Spannbolzen (3) , der im Werkzeuggrundhalter (1) mit der Druckkraft einer oder mehrerer Teller- oder Druckfedern (12) beaufschlagt wird, wobei der Spannbolzen (3) von außen zur Überwindung der Federspannung betätigbar ist.
  5. 5. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (3) mittels eines pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Stellelements bewegbar ist.
  6. 6. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggrundhai— ter (1) ein von außen bedienbares Schraubelement (13) besitzt, worüber der Spannbolzen (3) verschiebbar ist.
  7. 7. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder (14) im sich entspannenden Zustand ein Lösen der Spannstift— arretierung"bewirkt.
  8. 8. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstifte (6) auf der dem Aufnahmezapfen zugewandten Seite einen Kopf (15) besitzen, der ein Herausfallen der Stifte bei demontiertem Werkzeugträger (4) verhindert.
  9. 9. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis B, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstifte (6) mit der Kraft einer Druckfeder (16) beaufschlagt werden, die die Spannstifte (6) selbsttätig gegen den Spannbolzen (3) drückt.
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  10. 10. Werkzeugeinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Stirnseiten des Werkzeuggrundhalters (1) und des Werkzeugträgers (4) rotationssymmetrisch ausgebildet und zur Indexierung und Verdrehsicherung in bekannter Weise mit einer oder mehreren Paßfedern oder Stiften (11) versehen sind.
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