DE3225173A1 - Verbindungsvorrichtung zur verbindung einer werkzeugmaschinenspindel mit kegelfoermiger aufnahmebohrung mit einem werkzeughalter - Google Patents

Description

Verbindungsvorrichtung zur Verbindung einer Werkzeugmaschinenspindel mit kegelförmiger Aufnahmebohrung mit einem Werkzeughalter.

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur Ver bindung einer Werkzeugmaschinenspindel mit kegelförmiger Aufnahmebohrung mit einem Werkzeughalter, der einen in die Aufnahmebohrung passenden Hegelschaft und einen Mitnahmeflansch aufweist, der mit Abstand von der Stirnfläche der Spindel angeordnet ist.

Bei einer darartigen bekannten Verbindungsvorrichtung (vgl. z.B. DIIM 2DB0) weist der Kegelschaft eine Gewinde-

1Π bohrung auf, in welche eine in der Spindel gelagerte Spannstange mit ihrem vorderen Ende eingreift. Durch die Einzugskraft dieser Spannstange soll der Kegelschaft in der kegelförmigen Aufnahmebohrung gehalten und hierdurch der Werkzeughalter biegesteif mit der Werkzeugmaschinen-

15. spindel verbunden werden. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt durch IMutensteine, welche an der Spindel angeordnet sind und in zwei diametral gegenüberliegende, im Mitnahmeflansch angeordnete Nuten eingreifen. Obwohl Kegelschäfte die am meisten benützte Verbindung zwischen Spindel und Werkzeughalter sind, sind derartige Verbindungen an heutigen, leistungsstarken Werkzeugmaschinen nicht immer in der Lage, die volle Maschiner\leistung auf das Werkzeug zu übertragen. Der Hauptgrund besteht darin, daß der größte Durchmesser des Kegelschaftes erheblich kleiner ist als der Spindel-Außendurchmesser oder auch der Außendurchmesser des Mitnahmeflansches. Da die Biegesteifigkeit des Werkzeughalters durch dessen kleinsten nicht eingespannten Durchmesser bestimmt wird, ist die Biegesteifigkeit abhängig von dem größten Durchmesser des Kegelschaftes. Dieser hat beispielsweise bei einem Steilkegel ISO 50 einen Durchmesser von rund 70 mm. In der Zerspanungstechnik gilt als Regel, daß Bohrstangen dann schwingungssteif sind, wenn ihre freie Länge nicht größer ist als etwa das 4,5fache des Durchmessers. Die größte

freie LängE bei einem IS0-5D-Kegelschaft wäre also 3 15 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung zur Verbindung einer Werkzeugmaschinenspindel mit kegelförmignr Aufnahmebohrung mit einem Werkzeughalter der eingangs ermähnten Art zu schaffen, die gegenüber bekannten derartigen Verbindungsvorrichtungen eine höhere Biegesteifigkeit aufweist und damit die Verwendung won Werkzeugen mit größerer frei ausladender Länge bzw. auch 1D die Übertragung der gesamten Maschinenleistung an das Werkzeug ermöglicht.

Dies ujirri nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen der Stirnfläche der Spindel und dem Mitnahmeflansch mehrere in etwa gleichen Winkelabständen angeordnete Paßstücke vorgesehen sind, die über Halteschrauben mit dem Mi tnahrnef lansch verbunden sind und sich an der Stirnfläche abstützen.

2Π Durch diese verhältnismäßig einfache Maßnahme kann die Biegesteifigkeit der Verbindung zwischen Werkzeugmaschinenspindrl und Werkzeughalter wesentlich verbessert y?rden. Entscheidend hierbei ist auch, daß sich diese Verbesserung nicht nur bei neuen Werkzeughaltern bzw. Werkzeu^maschinenspindeln sondern auch bei allen bereits vorhandenen Werkzeughaltern und Werkzeugmaschinenspindeln erreichen läßt. Zu diesem Zweck wird der Hegelschaft des Werkzeughalters in die Werkzeugmaschinenspindel eingesetzt und mit der Spannstange eingespannt. Man mißt dann genau

3D den Abstand zwischen dem Mitnahmeflansch und der Stirnfläche der Spindel und setzt Paßstücke mit entsprechender Dicke zwischen den Flansch und die Stirnfläche ein. Die Paßstücke wurden mit Schrauben am Mitnahmeflansch befestigt. Sie stützen sich an der Stirnfläche der Spindel an einem Durchmesser ab, der wesentlich größer ist als der zugehörige größte Durchmesser des Kegelschaftes. So weist bei einem ISG-SG-Kegelschaft der Mitnahmeflansch einen

Durchmesser von 9Θ mm auf. Man kann damit ein Werkzeug mit einer Ausladung bis zu 440 mm sicher spannen. Die Ausladung des Werkzeuges kann damit um ca. 40% gesteigert werden. Da sich der Werkzeughalter sozusagen auf einer breiteren Basis, d.h. an einem größeren Durchmesser der Spindel abstützt, uiird die Biegesteifigkeit der Verbindung zwischen Spindel und Werkzeughalter wesentlich verbessert. Damit wird die Bearbeitung sicherer, weniger schwingungsgefährdet und es ist möglich, die Maschinenleistung besser auf das Werkzeug zu übertragen. Damit können höhere Schnittleistungen und kürzere Bearbeitungszeiten erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt der Verbindungsvorrichtung oben und unten in zwei verschiedenen Ausführungsformen, Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II der Fig. ebenfalls in zwei verschiedenen Ausführungsformen links oben und rechts unten.

Die Werkzeugmaschinenspindel 1 weist eine kegelförmige Aufnahmebohrung 2 auf. In diese kegelförmige Aufnahmebohrung 2 paßt der Kegelschaft 3 eines Werkzeughalters 4. Der Werkzeughalter 4 kann beispielsweise eine Bohrstange sein oder auch ein Teil einer solchen, welches über nicht dargestellte, an sich bekannte Verbindungsvorrichtungen mit den übrigen Teilen der Bohrstange verbunden ist. Der Werkzeughalter 4 weist ferner einen Mitnahmeflansch 5 auf, der an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen mit je einer IMut 6 versehen ist, in welche je ein an der Stirnfläche 1a der Spindel 1 angeordneter, nicht dargestellter Mitnehmer eingreift. Der Kegel 3 ist an seinem linken nicht dargestellten Ende, wie üblich, mit einem Gewinde versehen, in welches eins in der Spindel 1 vorgesehene Spannstange eingreifen kann. Diese Spannstange zieht den

Hegel 3 mit einer Einzugskraft Z in die kegelförmige Boh-ϊϋπ¹] 2. J-e nach den BearbeitungstDleranzen verbleibt hierbei zwischen der Stirnfläche 1a der Spindel 1 und der dieser Stirnfläche 1a zugekehrten Fläche 5a des Mitnahmeflansches 5 ein mehr Qder weniger groBer Abstand a.

Um diesen Abstand a zu überbrücken und eine zusätzliche Abstützung des Werkzeughalters *t* an der Spindel 1 zu erreichen, kann man mit einem entsprechenden Meßgerät exakt den Abstand a zwischen der Spindelstirnfläche 1a und der der Spindel zugekehrten Fläche 5a des Mitnahmeflansches 5 ermitteln. Man setzt dann Paßstücke 7,7a, deren Dicke d genau dem Abstand a entspricht, ein und befestigt diese Paßstücke 7,7a mittels der Schrauben B an dem Mitnahmeflansch 5. Die Paßstücke 7,7a werden dabei in etwa gleichen bJinkelabständen angeordnet. Da der Mitnahmeflansch 5 durch die Mitnahmenuten 6 unterbrochen ist, ist es zweckmäßig, an jeder verbleibenden Hälfte des Mitnehmerflansches 5 zwei Paßstücke 7, 7a vorzusehen, die dann um jeweils 90 zueinander versetzt angeordnet sind. Nach dar Montage der Paßstücke 7,7a könnte man gegebenenfalls nnch eine Feinabstimmung der Dicke d auf den Abstand a dadurch erreichen, daß man den Werkzeughalter it auf eine Rundschleifmaschine einsetzt und die der Stirnfläche 1a zugekehrten Flächen der Paßstücke 7,7a überschleift.

Wird der se vorbereitete Werkzeughalter wieder in die Spindel 1 eingesetzt und mittels der Spannstange eingezogen, so wird einerseits eine Zentrierung des lüerkzeug-3Q halters k über seinen Kegelschaft 3 in der kegelförmigen Bohrung 2 erreicht und andererseits eine zusätzliche Abstützung des Werkzeughalters 4 über die Paßstücke 7,7a an der Stirnfläche 1a. Während ohne diese Paßstücke der größte Durchmesser DI des Kegelschaftes 3 gleichzeitig der größte Stützdurchmesser ist, wird nunmehr der Werkzeughalter k auf einem Durchmesser D2 abgestützt, der in etwa dem Durchmesser des Mitnahmeflansches 5 entspricht.

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Hierdurch uird der Werkzeughalter k sozusagen an einer
größeren Basis an der Spindel 1 abgestützt und es uierden
damit die oben erwähnten Vorteile erzielt.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung läßt sich
auch an bereits benützten Werkzeughaltern k anbringen.
Bei derartigen bereits benutzten Werkzeughaltern wird
die Fläche 5a des Mitnehmerflansches 5 vor der Anbringung der Paßstücke 7,7a auf einer Rundschleifmaschine egali-1D siert.

Damit der Benutzer νση Werkzeugen die erfindungsgemäße
Verbindungsvorrichtung selbst anpassen und montieren kann, ist es vorgesehen, daß Paßstücke, die sich in ihrer Dicke d um jeweils hundertste! Millimeter unterscheiden, vorgefertigt und dem Kunden als Paßstück-Sätze zur Verfügung
gestellt werden.

Die Paßstücke 7,7a sind zweckmäßig im wesentlichen kreisrunde Scheiben und weisen je eine exzentrisch angeordnete Durchtrittsbohrung 9 für die Halteschraube 8 auf. Die
exzentrische Anordnung der Durchtrittsbohrung 9 ist erforderlich, damit die Gewindebahrungen 10 im Mitnahmeflansch 5 auf einem geeigneten Durchmesser angebracht werden können und sich die Paßstücke 7,7a radial möglichst weit nach außen erstrecken. Um auch auf dem größten Durchmesser eine möglichst breite Abstützung der Paßstücke 7 an der Stirnfläche 1a zu gewährleisten, ist ein Teil des Umfanges der Paßstücke 7, wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, entsprechend dem Außendurchmeaser des Mitnahmeflansches 5 angepaßt. Die Paßstück-Scheiben 7 könnten jedoch gegebenenfalls auch, ijj f 's= -mit, ;; tri πΐφΜ-ik t j ■ j L.·"". Lir.j'r iv-gt^; ■· „-
*£;L ir'-t, über den Außendurchmesser des Mitnahmeflansches
5 vorstehen.

Um die Paßstücke 7,7a gegen Abschleudern zu sichern, kann man zusätzlich halbkreis-ringförmige Sicherungsplatten 10, 10a vorsehen, welche für jedes Paßstück 7,7a eine das-

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selbe teilweise oder ganz umfassende Ausnehmung 11,11a aufweisen. Die Höhe h dieser Sicherungsplatten in axialer Richtung ist kleiner als die Dicke d der Paßstücke 7,7a. Die Sicherungsplatten 10,1Da sind mit weiteren Schrauben 12 an dem Mitnahmeflansch 5 befestigt.

Das in Figur 1 oben und Figur 2 links oben dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 unten und Figur 2 rechts unten dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich durch den Durchmesser der Paßstücke 7,7a. Während die Paßstücke 7 einen größeren Durchmesser aufweisen und dadurch bis zum größtmöglichen Durchmesser D2, der dem Durchmesser des Mitnahmeflansches 5 entspricht, eine Abstützung zwischen Werkzeughalter und Stirnfläche 1a gewährleisten, sind die Paßstücke 7 im Durchmesser etwas kleiner, erstrecken sich nicht ganz bis zum größtmöglichen Durchmesser D2 und werden dafür an ihrem Umfang vollständig von den Aussparungen 11a umfaßt und damit noch besser gesichert.

Gegebenenfalls wäre es auch denkbar, die Paßstücke mit einem anderen Umriß zu versehen, beispielsweise rechteckig, quadratisch oder trapezförmig. In jedem Fall sollte jedoch darauf geachtet werden, daß sich die Paßstücke möglichst bis zum Außendurchmesser des Mitnahmeflansches 5 erstrekken.

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Claims (3)

Ansprüche

1. Verbindungsvorrichtung zur Verbindung einer Werkzeuymaschinenspindel mit kegelförmiger Aufnahmebohrung mit einem Werkzeughalter, der einen in die Aufnahmebohrung passenden Hegelschaft und einen Mitnahmeflansch aufweist, der mit Abstand von der Stirnfläche der Spindel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zuiischen der Stirnfläche (1a) der Spindel (1) und dem Mitnahmeflansch (5) mehrere in etwa gleichen ülinkelabptänrien angeordnete Paßstücke (7,7a) vorgesehen sind, die über Halteschrauben (8) mit dem Mitnahmeflansch (5) verbunden sind und sich an der Stirnfläche (1a) abstützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß vier um jeweils 90°
(7,7a) vorgesehen sind.

daß vier um jeweils 9D zueinander versetzte Paßstücke

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßstücke (7,7a) im wesentlichen kreisrunde Scheiben sind und je eine exzentrisch angeordnete Durchtrittsbohrung (9) für die Halteschraube (8) aufweisen.

^. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Mitnahmeflansch (5) "halbkreisringförmige Sicherungsplatten (10,10a) befestigt sind, welche für jedes Paßstück (7,7a) eine dasselbe teilweise oder ganz umfassende Ausnehmung (11,11a) aufweisen und deren Höhe

(h) in axialer Richtung kleiner ist als die Dicke (d) der Paßstücke (7,7a).