DE3046680C2 - Einspannvorrichtung für ein Werkzeug an einer hohlen Werkzeugspindel - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

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— zum Einspannen eines Schneidrades (10) einer Stoßmaschine, insbesondere Wälzstoßmaschine für die Zahnradherstellung, der Spanndorn (36) sich in an sich bekannter Weise durch das Schneidrad (10) hindurch erstreckt und an dessen von der Werkzeugspindel (12) abgewandten Seite mit einer Spannplatte (38) gekuppelt ist,

— der Spanndorn (36) in ebenfalls an sich bekannter Weise zu einer Differentialkolbenanordnung gehört, bei der eine mechanische Kraft auf ein mit einer kleineren Kolbenfläche (80) versehenes Bauteil (Zugstange 78; Druckstange 98) hydraulisch über eine größere Kolbenfläche (90) übersetzt wird,

— die Federanordnung (60) auf Jas Bauteil (78; 98) mit der kleineren Kolbenfläche (80) einwirkt

— und die größere Kolbenfläche (90) am Spanndorn (36) innerhalb eines Schneidradhalters (20) ausgebildet ist, der an der Werkzeugspindel (12) befestigt ist, den Spanndorn (36) führend auf- -to nimmt und eine Anlagefläche (28) für das Schneidrad (12) aufweist.

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Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art.

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Einspannvorrichtung (US-PS 40 63 488) ist der Spanndorn am werkzeugseitigen Ende einer Zugstange einstückig ausgebildet. Die Federanordnung ist zwischen einem Bund an der Zugstange und einer Steuerhülse eingespannt, die gegenüber der Werkzeugspindel begrenzt axial verschiebbar ist. In der Steuerhülse ist axial verschiebbar eine Kupplungshülse geführt, die zur Kupplung gehört und kreisbogenförmige Führungsschlitze aufweist, in denen je ein Riegel in einer axialen Ebene schwenkbar geführt ist. Wird die Kupplungshülse gegenüber der Steuerhiilse hin- und hergeschoben, so werden die Riegel zwischen einer Spannstellung und einer Freigabestellung hin- und hergeschwenkt. In der Spannstellung wird das Werkzeug von der Federanordnung mit deren Vorspannkraft festgespannt.

Zum Einspannen eines Schneidrades an einer Werkzeugspindel einer Stoßmaschine, insbesondere Wälzstoßmaschine für die Zahnradherstellung, sind erhebliche Spannkräfte erforderlich, um einerseits den Momenten der stark außermittig auf das Schneidrad einwirkenden Schnittkräfte und andererseits den beim Stoßen auftretenden Massenträgheitskräften standzuhalten. Hierfür ist die vorgenannte bekannte Einspannvorrichtung wenig geeignet, da sich die Federanordnung in einer ausreichenden Dimensionierung innerhalb der hohlen Werkzeugspindel einer Stoßmaschine kaum unterbringen ließe und da die innerhalb der Steuerhülse axial verschiebbare Kupplungshülse mit ihrer erheblichen trägen Masse bei jedem Arbeitshub der Werkzeugspindel infolge der beim Auftreffen auf das Schneidrad auftretenden Verzögerungskräfte die Tendenz hätte, die Einspannung des Schneidrades zu lokkern und infolgedessen ein Kippen des Schr.eidrades unter der exzentrischen Einwirkung der Schnittkräfte zu begünstigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einspannvorrichtung derart weiterzubilden, daE sie den erhöhten Anforderungen an die Einspannung des Schneidrades einer Stoßmaschine, insbesondere Wälzstoßmaschine für die Zahnradherstellung, gerecht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Bei der Einspannvorrichtung nach der Erfindung ist ein Teil der Kupplung am Spanndorn ausgebildet und dieser ist axial ve- jcPiiebbar im Schneidradhalter geführt Der Schneidradhalter bleibt fest mit der Werkzeugspindel verbunden, beispielsweise verschraubt wenn das Schneidrad ausgewechselt wird. Die bei der Einspannvorrichtung nach der Erfindung in der hohlen Werkzeugspindel axial verschiebbare Differentialkolbenanordnung, auf deren Bauteil mit der kleineren Kolbenfläche die Federanordnung einwirkt und deren größere Kolbenfläche am Spanndorn ausgebildet ist, der durch den mit der Anlagefläche für das Schneidrad versehenen Schneidradhalter geführt ist, hat den Verteil, daß die auf den Spanndorn einwirkende axiale Spannkraft gegenüber der Kraft der Federanordnung um einen Faktor verstärkt ist, der dem Verhältnis der beiden wirksamen Kolbenfiächen entspricht so daß sich eine kleiner dimensionierte Federanordnung verwenden läßt, die sich ohne Weiteres in der hohlen Werkzeugspindel unterbringen läßt und in Zusammenwirkung mit der Differentialkolbenanordnung ein Lockern des eingespannten Schneidrades und damit dessen Kippen unter der exzentrischen Einwirkung der Schnittkräfte mit Sicherheit verhindert.

Ein sich durch das Schneidrad hindurch erstreckender Und an dessen von der Werkzeugspindel abgewandten Seite mit einer Spannplatte gekuppelter Spanndorn ist zwir an sich bekannt (Firmenprospekt »Wälzstoßmaschinen LS 300—LS 300 R« der Maschinenfabrik Lorenz AG, Ettlingen, 129 D/2.81 R, S. 17), dabei ist jedoch der Schneidradhalter mit dem Spanndorn einstückig ausgebildet und an der Werkzeugspindel festgeschraubt. Am Spanndorn ist ein Außengewinde, und an der Spannplatte ist ein entsprechendes Innengewinde gebildet, so daß die Spannplatte nach dem Aufstecken des Schneidrades auf den Spanndorn mit diesem verschraubt werden kann, um das Schneidrad gegen die Anlagefläche des Schneidradhalters zu spannen. Damit eine ausreichende Spannkraft erzielt wird, muß aber zum Festziehen der Spannplatte ein Schlüssel mit großem Hebelarm verwendet werden. Die mit dem Schlüssel bei unsachgemäßer Handhabung mehr oder weniger stoßartig aufgebrachten Kräfte und die sich daraus ergebenden Momente werden über den Schneidradhalter

auf die Werkzeugspindel übertragen und belasten Führungen und Getriebe, die für die axial hin- und hergehenden Bewegungen bzw. Drehungen der Werkzeugspindel vorgesehen und wegen der von ihnen verlangten großen Genauigkeit recht empfindlich sind. Ein Drehmoment, das vor allem die Genauigkeit des Wälzgetriebes einer Wälzstoßmaschine beeinträchtigen könnte, braucht hingegen bei einer mit der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung ausgestatteten Maschine beim Auswechseln des Schneidrades nicht aufgebracht zu werden, da die erforderliche axiale Spannkraft aufgrund der Vorspannung der Federanordnung in Verbindung mit der Differentialkolbenanordnung von vornherein vorhanden ist und nur für die Dauer des Auswechselns des Schneidrades aufgehoben wird. Da die Federanordnung, die Differentialkolbenanordnung und der Kolben sowie der von ihm begrenzte Zylinderraum innerhalb der Werkzeugspindel angeordnet sind, erzeugen die Federanordnung, die Differentialkolbenanordnung und der Kolben keine äußere Kraft, die Führungen oder Aritriebsteüe der Werkzeugspinde! belasten würde. Infolgedessen behält die Stoßmaschine für lan^e Zeit ihre ursprüngliche Arbeitsgenauigkeit. Für den Mann an der Maschine ist das Auswechseln des Schneidrades ein müheloser und deshalb rasch durchführbarer Vorgang; infolgedessen läßt sich die damit verbundene Stillstandszeit der Maschine gering halten.

Es ist zwar auch an sich bereits bekannt (DE-OS 25 47 962), daß der Spanndorn zu einer Differentialkolbenanordnung gehört, bei der eine mechanische Kraft auf ein mit einer kleineren Kolbenfläche versehenes Bauteil hydraulisch über eine größere Kolbenfläche übersetzt wird, jedoch nur in Verbindung mit einer hydraulischen Spannvorrichtung, nicht aber in Verbindung mit einer Einspannvorrichtung der gattungsgemäßen Art, bei der die durch eine Federanordnung erzeugte Spannkraft nicht nur hydraulisch verstärkbar, sondern auch hydraulisch aufhebbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un\ZT Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch den unteren Teil einer Stoßspindel einer Wälzstoßmaschine samt benachbarten Bauteilen und einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung und

Fig.2 einen entsprechenden Axialschnitt durch die gesamte Stoßspindel mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäöen Einspannvorrichtung.

Die Einspannvorrichtung hat die Aufgabe, ein Schneidrad 10, das in den dargestellten Ausführungsbeispielen zum Wälzstoßen außenverzahnter Zahnräder vorgesehen ist, mit einer als Stoßspindel 12 einer Wälzstoßmaschine dargestellten Werkzeugspindel fest, jedoch leicht und schnell lösbar zu verbinden. Die Stoßspindel 12 ist in einem Ausleger 14 der Stoßmaschine mittels zweier darin befestigter Führungsbuchsen 16 und 18 axial verschiebbar geführt. Für axial hin- und hergehende Hubbewegungen sowie für Drehbewegungen der Stoßspindel 12 sind Antriebsmittel üblicher Bauart vorgesehen, die nicht im einzelnen dargestellt sind.

F.in Schneidradhalter 20 Weist an seiner von der Stoßspindel 12 abgewandten, in den Zeichnungen unteren Seite eine achsnormale Anlagefläche 28 sowie einen Zentrieransatz 30 für das Schneidrad 10 auf, außerdem einen achsparallelen Paßbolzen 32, der in eine radiale Nut 34 des Schneidrad« 10 eingreift, so daß dieses in einer vorbestimmten Winkelstellung in bezug auf den Schneidradhalter 20 festgelegt ist

Durch den Zentrieransatz 30 ragt axial nach unten ein Spanndorn 36, der sich durch das Schneidrad 10 hindurch erstreckt und eine Spannplatte 38 trägt, die das Schneidrad 10 zwischen sich und der Anlagefläche 28 des Schneidradhalters 20 eingespannt hält Der Spanndorn 36 ist mit der mutterartig ausgebildeten Spannplatte 38 verschraubt
In der hohlen Stoßspindel 12 ist ein Kolben 40 geführt Der Kolben 40 begrenzt mit seiner oberen Stirnfläche innerhalb der Stoßspindel 12 einen Zylinderraum 50 und weist eine Kolbenstange 52 auf, die sich bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 durch einen in die Stoßspindel 12 eingeschraubten Einsatz 54 hindurch nach oben erstreckt Der Einsatz 54 weist achsparallele Kanäle 56 auf, so daß der Zylinderraum 50 mit dem Raum oberhalb des Einsatzes kommuniziert Auf das obere Ende der Kolbenstange 52 sind in F i g. 1 nicht dargestellte Muttern aufgeschraubt die zwischen sich und dem Einsatz 54 eine Federanordnung 60 mit einer erheblichen Vorspannung von beispielsweise 600 kp eingespannt halten. Die Federanordnung 60 besteht in beiden dargestellten Ausführungsbeispielen aus einer Anzahl Tellerfedern 6Z

Der mit dem Zylinderraum 50 kommunizierende, die Federanordnung 60 enthaltende Raum ist durch einen Kanal 66 in der Stoßspindel 12 und über einen Ringraum 68 innerhalb der oberen Führungsbuchse 16 mii einem Druckmittelanschluß 70 verbunden, der seinerseits mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle verbindbar ist, was alles lediglich in F i g. 2 dargesuüt ist.

Solange der Zylinderraum 50 drucklos ist, wird die gesamte Vorspannkraft der Federanordnung 60 in Form einer axial nach oben gerichteten Kraft über die Kolbenstange 52 und eine schnell lösbare Kupplung 42, die aus der Gewindeverbindung zwischen dem Spanndorn 36 und der Spannplatte 38 besteht auf den Schneidradhalter 20 übertragen, so daß dieser Und mit ihm das Schneidrad 10 an der Stoßspindel 12 festgesp-^nnt ist. Wird dagegen von der genannten Druckmittelquelle aus der Zylinderraum 50 unter einen Druck gesetzt, dessen auf den Kolben 40 einwirkende, nach unten gerichtete Kraft größer ist als die Vorspannkraft der Federanordnung 60, so bewegt sich der Kolben 40 samt der Kupplung 42 nach unten, so daß sich die Spannplatte 38 unbehindert drehen und das Schneidrad 10 von der Stoßspindel 12 lösen läßt. Die Verbindung zwischen dem Kolben 40 und der Kupplung 42 ist im folgenden erläutert.

Der Schneidradnalter 20 weist einen zylindrischen Zentrierkörper 22 auf, der mit Schrauben 72, von denen nur eine dargestellt ist, am unteren Ende der Stoßspindel 12 befestigt ist. Der Spanndorn 36 ist im Schneidradhalter 20 axial verschiebbar geführt und erstreckt sich durch diesen hindurch nach oben.

Die von der Federanordnung 60 auf die Kolbenstange 52 ausgeübte, axial nach oben gerichtete Spannkraft wird vom Kolben 40 gemäß F i g. 1 über eine Zugstange 78 und ein;n hydraulischen Druckübersetzer, die im folgenden noch naher beschrieben sind, auf den Spanndorn 36 und von diesem über die Kupplung 42 und die Spannplatte 38 auf das Schneidrad 10 und von diesem letzten Endes auf den Schneidradhalter 20 übertragen. Zum Auswechseln des ochneidrades 10 wird der Zylinderraum 50 von der Druckmittelquelle aus unter Druck gesetzt, so daß der Kolben 40 die Spannkraft der Federanordnung 60 überwindet und den Spanndorn 36 nach

unten verschiebt. Es genügt eine minimale Verschiebung, um die Wirkung der Spannkraft auf die Kupplung 42 aufzuheben; danach läßt sich die Spannplatte 38 nahezu widerstandslos vom Spanndorn 36 nach unten abdrehen. Das Schneidrad 10 läßt sich dann oder schon gleichzeitig vom Zentrierkörper 22 nach unten abziehen, d. h. von einer das Schneidrad 10 in bezug auf den Schneidradhalter 20 auf dem Zentrieransatz 30 zentrierenden Kugelführung 30'.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. I ist der Schneidradhalter 20 mit der Stoßspindel 12 nicht unmittelbar, sondern über ein büchsenförmiges Zwischenstück 76 verschraubt. Durch das Zwischenstück 76 erstreckt sich Zugstange 78, die am oberen Ende 74 mit dem Kolben 40 dauerhaft verschraubt ist und in der Nähe ihres unteren Endes eine vom Spanndorn 36 abgewandte, also gemäß F i g. 1 nach oben gerichtete ringförmige Kolbenfläche 80 aufweist. Die Kolbenfläche 80, gcnsü gcnOiMiTiCfi cmc ·ΐ·Γ vorgCiSgcric

Dichtung 82, begrenzt innerhalb des Zwischenstücks 76 eine Kammer 84, die durch Kanäle 86 im Zwischenstück 76 und im Schneidradhalter 20 mit einer innerhalb des Schneidradhalters gebildeten Kammer 88 verbunden ist. Die Kammer 88 ist nach oben hin durch eine dem Schneidrad 10 zugewandte, also gemäß F i g. i nach unten gerichtete ringförmige Kolbenfläche 90 bzw. eine ihr vorgelagerte Dichtung 92 begrenzt. Die Kolbenfläche 90 ist am Spanndorn 36 ausgebildet und ist um ein Mehrfaches größer als die Kolbenfläche 80. Nach unten hin ist die Kammer 88 durch eine weitere Dichtung 94 abgeschlossen, die sich am Schneidradhalter 20 abstützt. Die Kammern 84 und 88 sowie die Kanäle 86 sind vollständig mit einem inkompressiblen Druckmittel, beispielsweise üblichem Hydrauliköl, gefüllt und bilden ein in sich abgeschlossenes System, das den oben erwähnten hydraulischen Druckübersetzer darstellt, der die Differentialkolben^nordnung mit den Kolbenflächen 80 und 90 enthält.

Wenn der Zylinderraum 50 drucklos ist und die Spannkraft der Federanordnung 60 infolgedessen als nach oben gerichtete Zugkraft von der Kolbenstange 52 auf die Zugstange 78 übertragen wird, übt deren Kolbenfläche 80 auf die Flüssigkeit in der Kammer 84 einen Druck aus, der sich in die Kammer 88 fortpflanzt und auf die größere Kolbenfläche 90 wirkt. Infolgedessen wird der Spanndorn 36 mit einer Kraft nach oben gedrückt, die ein Mehrfaches der Spannkraft der Federanordnung 60 beträgt Diese vergrößerte Kraft wird über die Kupplung 42 auf die Spannplatte 38 übertragen, so daß diese das Schneidrad 10 am Schneidradhalter 20 festgespannt hält

Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der gemäß F i g. 1 in erster Linie dadurch, daß der Einsatz 54 oberhalb des Kolbens 40 sowie die Muttern am oberen Ende der Kolbenstange 52 fortgelassen sind. Das obere Ende der Kolbenstange 52 ist axial verschiebbar in einer Hülse % geführt, die innerhalb der Stoßspindel 12 angeordnet und nach oben hin an dieser abgestützt ist. Die Federanordnung 60 ist zwischen der Hülse 96 und dem Kolben 40 eingespannt und übt auf diesen eine axial nach unten gerichtete Spannkraft aus. Diese Spannkraft wird im Betrieb auf eine axial angeordnete Druckstange 98 übertragen, deren in F i g. 2 unteres Ende im Spanndorn 36, und deren oberes Ende im büchsenförmigen Zwischenstück 76 axial verschiebbar geführt ist. Der Spanndorn 36 ist seinerseits im Zwischenstück 76 axial verschiebbar geführt, während das Zwischenstück 76 selbst an einer axialen Verschiebung in bezug auf die Stoßspindel 12 dadurch gehindert ist, daß es mit dem Schneidradhalter 20 verschraubt ist. Ein unbeabsichtigtes Lösen dieser Verschraubung ist durch eine radial angeordnete Madenschraube 100 verhindert. Der Spanndorn 36 ist durch eine Paßfeder 102 daran gehindert, sich in bezug auf das Zwischenstück 76 und somit in bezug auf die Stoßspindel 12 zu drehen. Zwischen dem Spanndorn 36 und dem Zwischenstück 76 ist eine Druckfeder 104 axial eingespannt, die bestrebt ist, den Spanndorn 36 nach unten zu drücken.

Gemäß Fi g. 2 wird im Betrieb die axial nach unten gerichtete Spannkraft der Federanordnung 60 vom Kolben 40 auf die Druckstange 98 übertragen, deren untere Stirnfläche als kleinere Kolbenfläche 80 wirkt und —

15 wie beim Beispiel gemäß Fig. I — über eine vorgelagerte Dichtung 82 eine Flüssigkeit in der Kammer 84 unter Druck setzt. Dieser Druck pflanzt sich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 über die Kanäle 86 in -in-·'«--·:-·« jj·- Kammer 83 fort und wirkt auf die dem Schneidrad 10 zugewandte, gemäß F i g. 2 also nach unten gerichtete größere Kolbenfläche 90, wodurch eine entsprechend vergrößerte Spannkraft über die Kupplung 42 auf die Spannplatte 38 und von dieser über das Schneidrad 10 letzten Endes auf den Schneidradhalter 20 übertragen wird. Durch diese Kraft wird einerseits das Schneidrad 10 sicher am Schneidradhalter 20 festgehalten und andererseits der Schneidradhalter fester als durch die Schrauben 72 allein an der Stoßspindel 12 festgehalten. Die Schrauben 72 haben bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 nur Bedeutung für den Fall, daß der Zylinderraum 50 unter Druck steht und infolgedessen die Spannkraft der Federanordnung 60 am Spanndorn 36 nicht wirksam ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

10

15

Patentanspruch:

Einspannvorrichtung für ein Werkzeug an einer hohlen Werkzeugspindel (12), mit

— einem Spanndorn (36), der in der Werkzeugspindel (12) axial verschiebbar geführt ist

— einer Federanordnung (60) zum Erzeugen einer axialen Spannkraft im Spanndorn (36),

— einer Kupplung (42), weiche die Spannkraft auf das Werkzeug überträgt und nach Aufhebung der Spannkraft leicht lösbar ist,

— sowie einem mit dem Spanndorn (36) verbundenen Kolben (40), der einen zum Aufheben der Spannkraft unter Druck setzbaren Zylinderraum (50) begrenzt,