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Spannvorrichtung zum Befestigen eines Werkzeughalters
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an einer Werkzeugspindel Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung
zum Befestig eines Werkzeughalters an einer hohlen Werkzeugspindel, in besonder
einer Stoßmaschine, mit - einem am Werkzeughalter ausgebildeten Schaft, der in ei:
Aufnahmebahrung der Werkzeugspindel einsetzbar ist, - einem vom Schaft aus weiter
in die Werkzeugspindel hineinragenden Endstück, das mindestens eine in bezug auf
die Achse des Werkzeughalters schräge, nach außen gewandt Flanke aufweist,
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einem in der Werkzeugspindel angeordneten Käfig, der mit dem Endstück zusammensteckbar
ist und mindestens einen Wälzkörper enthält, - und einem in der Werkzeugspindel
verschiebbaren Verriegelungsteil mit mindestens einerKeilfläche, die bei einer axialen
Relativverschiebung in bezug auf den Käfig den bzw.
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jeden Wälzkörper in eine Verriegelungsstellung drückt, in der er an
der zugehörigen Flanke des Endstücks anliegt und dieses dadurch mit dem Käfig verriegelt.
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Bei bekannten Spannvorrichtungen dieser Gattung (DE 23 60 337 Al)
ist die Länge der Keilflächen am Verriegelungsteil, in axialer Richtung des Werkzeughalters
gemessen, kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper. An die Keilflächen schließen
sich in beiden axialen Richtungen zylindrische Flächen an. Die Strecke, um welche
das Verriegelungsteil beim Verriegeln axial verschoben wird, ist größer als die
Länge der Keilflächen. Infolgedessen wirken die Keilflächen beim Verriegeln nur
während der Verschiebung des Verriegelungsteils auf die Wälzkörper ein und diese
werden dann von der sich anschließenden zylindrischen Fläche in ihrer Ver--tieiungsstellung
gehalten, in der sie in Richtung zum Verriegelungsteil nicht mehr aus dem Käfig
herausragen. Der Käfig ist an einer Spannstange befestigttdie nach dem Ver-.riegeln:des
Käfigs mit dem Endstück des Werkzeughalters hydraulisch oder durch eine Feder mit
einer axialen Spannkraft belastet wird; diese Spannkraft wird über den Käfig und
die Wälzkörper auf das Endstück übertragen, so daß der Schaft des Werkzeughalters
fest in die Aufnahmebohrung der Werkzeugspindel hineingezogen wird.
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Bei dieser Spannvorrichtung sind zwei verschiedene hydraulische oder
mechanische Antriebe erforderlich, um zunächst das Verriegelungsteil alleine und
dann die Spannstange, gegebenenfalls
gemeinsam mit dem Verriegelungsteil,
axial zl verschieben. Diese beiden Antriebe sowie die Spannstange selbst haben einen
erheblichen Platzbedarf und sind desha in einer schlanken Werkzeugspindel nicht
oder nur mit Schwierigkeiten unterzubringen. Hinzukommt, daß die Spann stange und
die beiden Antriebe wegen ihrer notwendigerwei kräftigen Gestaltung eine nicht vernachlässigbare
träge Masse haben, die sich störend bemerkbar macht, wenn die Werkzeugspindel rasche
hin- und hergehende Bewegungen aus führt, wie dies bei Stoßmaschinen, beispielsweise
Wälzsto maschinen zum Herstellen von Verzahnungen, der Fall ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung derar weiterzubilden, daß sie weniger Bauraum
beansprucht und eine geringere träge Masse aufweist als die bekannten gattungsgemäßen
Spannvorrichtungen.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß - der Käfig in
der Werkzeugspindel axial unverschiebbar l festigt ist, - der bzw. jeder Wälzkörper
in seiner Verriegelungsstelll noch aus dem Käfig in Richtung zum Verriegelungsteil
rad: herausragt, - und die bzw. jede Keilfläche ausreichend lang ist, um der Verriegelungsstellung
auf den bzw. jeden Wälzkörper eine Kraft auszuüben, die dieser in eine auf das Endstüc
einwirkende, den Schaft in die Aufnahmebohrung hineinzie hende Kraft umsetzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung entfällt die Spannstanae,
ohne die bekannte gattungsgemäße Spannvorrichtungen nicht funktionsfähig wären.
Die bzw. jede Kei fläche des Verriegelungsteils erfüllt in Verbindung mit
zugehörigen
Wälzkörper eine doppelte Aufgabe, nämlich den Käfig mit dem Endstück des Werkzeughalters
zu verriegeln und anschließend eine axiale Kraft auf das Endstück auszuüben, durch
die der Schaft des Werkzeughalters fest in die Aufnahmebohrung der Werkzeugspindel
hineingezogen wird. Dabei braucht das Verriegelungsteil insgesamt nicht um eine
nennenswert größere Strecke verschoben zu werden als dies bei den bekannten gattungsgemäßen
Spannvorrichtungen der Fall ist.
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Bei besonders zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung ist der
Käfig an einem Aufnahmekörper ausgebildet, der an der Werkzeugspindel befestigt
ist und die Aufnahmebohrung aufweist.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann ebenso wie verschiedene
Ausführungsformen der bekannten gattungsgemäßen Spannvorrichtung eine Kolben-Zylinderanordnung
zum Lösen der Verriegelung aufweisen, die beispielsweise gegen eine die Verriegelung
bewirkende Feder arbeitet.In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Käfig erfindungsgemäß
an seinem axial inneren Ende kolbenartig ausgebildet und in einer Zylinderbohrung
des Verrieglungsteils angeordnet ist.
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Ferner können, ebenso wie bei den bekannten gattungsgemäßen Spannvorrichtungen,
zwei Wälzkörper im Käfig einander diametral gegenüber angeordnet sein. Für diesen
Fall besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, daß das Endstück am Schaft
schwenkbar mittels eines Zapfens gelagert ist, der sich in der axialen Mittelebene
zwischen den beiden Wälzkörpern quer zur Achse des Werkzeughalters erstreckt. Mit
der schwenkbaren Lagerung des Endstücks wird erreicht, daß trotz unvermeidlicher
Herstellungsungenauigkeiten beide Wälzkörper gleichgroße Kräfte auf das Endstück
übertragen,
deren Resultierende ausreichend genau mit der Achse
des Werkzeughalters zusammenfällt.
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Eine zusätzliche Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß - der Werkzeughalter eine Längsbohrung sowie eine diese kreuzende Querbohrung
in seinem Schaft aufweist, - die Aufnahmebohrung eine Vertiefung aufweist, die mit
dez Querbohrung fluchtet, - in der Längsbohrung ein Sicherungsstift geführt ist,
der einen von der Stirnseite des Werkzeughalters aus zugängliches Ende sowie in
der Nähe der Querbohrung zeine Nut aufweist und in eine Stellung bewegbar ist, in
der die Nut mii der Querbohrung fluchtet, - und in der Querbohrung mindestens ein
Riegelelement geführt ist, das in die Vertiefung eingreift, sich jedoch voi dieser
weg in Richtung zur Nut verschieben läßt, wenn diese mit der Querbohrung fluchtet.
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Damit wird der vorallem bei senkrecht nach unten gerichteten Werkzeugspindeln
wichtige zusätzliche Vorteil erzielt, daß der Werkzeughalter nach dem Lösen der
Verriegelung zwischen dem Endstück des Werkzeughalters und dem Käfig nicht unbeabsichtigt
aus der Werkzeugspindel herausfallen kann, sondern erst dann entnommen werden kann,
wenn der Sicherungsstift von Hand in die Stellung verschoben wird, in der seine
Nut mit der Querbohrung fluchtet.
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Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist es
ferner zweckmäßig, wenn der Sicherungsstift von einer in der Längsbohrung angeordneten
Feder in eine Stellung vorgespannt ist, in der die Nut gegen die Querbohrung versetzt
ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig.l einen Axialschnitt einer Werkzeugspindel
samt Teilen einer Spannvorrichtung in entriegeltem Zustand, ohne Werkzeughalter;
Fig.2 einen entsprechenden Axialschnitt durch die Werkzeugspindel samt zugehörigem
Werkzeughalter und Werkzeug in Verriegelungsstellung; Fig.3 eine abgewandelte Ausführungsform
der Spannvorrichtung in Verriegelungsstellung und Fig.4 den Querschnitt IV-IV in
Fig.3.
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Fig.5 den Querschnitt IV-IV in Fig.3 in ausgerücktem Zustand.
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In einem Maschinenständer 10 einer Wälzstoßmaschine zum Herstellen
von Verzahnungen sind zwei senkrechte Führungsbuchsen 12 und 14 befestigt, in denen
eine hohle Werkzeugspindel 16 längs ihrer Achse A verschiebbar geführt sowie um
diese Achse drehbar gelagert ist. Der Werkzeugspindel 16 sind bekannte und deshalb
nicht dargestellte Antriebe für ihre axial hin- und hergehenden sowie drehenden
Bewegungen zugeordnet.
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Am unteren Ende der Werkzeugspindel 16 ist ein Aufnahmekörper 18 befestigt,
der einen an der unteren Stirnfläche der Werkzeugspindel 16 anliegenden Flansch
20 sowie einen in der Werkzeugspindel 16 zentrierten zylindrischen Zentrieransatz
22 und einen weiter in das Innere der Werkzeugspindel hineinragenden Käfig 24 aufweist.
An der von der Werkzeugspindel 16 abgewandten Seite des Flansches 20 ist eine kegelstumpfförmige
Sitz fläche 26 ausgebildet; außerdem beginnt im Flansch 20 eine zylindrische Aufnahmebohrung
28, die sich in den Zentrieransatz 22 erstreckt und in ein engeres Sackloch 30 im
Käfig 24 übergeht. In den Käfig 24
sind, einander diametral gegenüber,
zwei Querschlitze 32 eingearbeitet, die das Sackloch 30 mit dem Raum radial außerhalb
des Käfigs verbinden. Das obere Ende 34 des Käfigs 24 ist kolbenartig ausgebildet.
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In einigem Abstand oberhalb des Käfigs 24 verengt sich dez bis dahin
im wesentlichen zylindrische Innenraum der Werkzeugspindel 16 mit einer Schulter
36, an der eine Anschlac hülse 38 anliegt. Unterhalb der Anschlaghülse 38 ist in
d Werkzeugspindel 16 ein hülsenförmiges Verriegelungsteil 4t axial verschiebbar
angeordnet. Zwischen der Anschlaghülse 38 und dem Verriegelungsteil 40, und mehr
oder weniger vollständig in beiden aufgenommen, ist eine Druckfeder 42 angeordnet,
die bestrebt ist, das Verriegelungsteil 40 nas unten zu drücken. Von unten her ist
in das Verriegelungsteil 40 eine nach oben geschlossene Zylinderbohrung 44 ei] gearbeitet,
die durch Kanäle 46 im Verriegelungsteil 40 st wie in der Werkzeugspindel 16 und
in der Führungsbuchse 1: mit einer Druckmittelleitung 48 ständig verbunden ist.
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Am Verriegelungsteil 40 sind unterhalb der Zylinderbohrunl 44 zwei
innere Keilflächen 50 einander diametral gegenübe ausgebildet. Die beiden Keilflächen
50 wirken mit je eine: Wälzkörper 52 zusammen; diese beiden Wälzkörper sind in d
beiden Querschlitzen 32 des Käfigs 24 radial verstellbar geführt und sind im dargestellten
Beispiel als Zylinderrollen ausgebildet.
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Gemäß Fig.2 ist an der Werkzeugspindel 16, als derenBestandteil der
Aufnahmekörper 18 anzusehen ist, ein Werkzeughalter 54 befestigt. Der Werkzeughalter
54 hat einen Flansch 56 mit einem an dessen Oberseite befestigten, rin förmigen
und außen kegelstumpfförmig gestalteten Zentrier ansatz 58, der an der Sitzfläche
26 des Aufnahmekörpers 1
zentriert und an einer Relativdrehung
gegenüber diesem durch einen Queransatz 57 gehindert ist. Durch den ringförmigen
Zentrieransatz 58 hindurch erstreckt sich ein Schaft 60 des Werkzeughalters nach
oben, der eine Kugelführung 62 trägt und mit dieser in der zylindrischen Aufnahmebohrung
28 des Aufnahmekörpers 18 zentriert ist. Durch das Zusammenwirken des Zentrieransatzes
58 mit der Sitzfläche 26 einerseits und der Kugelführung 62 mit der Aufnahmebohrung
28 andererseits ist die Befestigung des Werkzeughalters 54 am Aufnahmekörper 18
überbestimmt, was in Verbindung mit entsprechend genauer Bearbeitung und vorbestimmter
elastischer Verformbarkeit der betroffenen Bauteile zu einer besonders biegesteifen
Befestigung führt, die wegen der im Betrieb auftretenden exzentrischen Belastungen
erwünscht ist.
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Zum Werkzeughalter 54 gehört ferner ein von dessen Schaft 60 aus nach
oben ragendes Endstück 64 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden seitlichen
Einkerbungen, die nach oben hin von je einer ebenen Flanke 66 begrenzt sind.
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Die Achse A der Werkzeugspindel 16 ist zugleich Achse des Werkzeughalters
54; die Ebenen der beiden Flanken 66 haben eine Schnittlinie, welche diese Achse
A im rechten Winkel schneidet und sich im rechten Winkel zur Zeichnungsebene der
Fig.l bis 3 erstreckt Der Werkzeughalter 54 weist ferner unterhalb seines Flansches
56 einen zylindrischen Zentrieransatz 68 auf, von dem ein Gewindezapfen 70 geringeren
Durchmessers nach unten ragt. Auf den Gewindezapfen 70 ist eine Mutter 72 aufgeschraubt,
die über ein Nadellager 74 gegen einen auf ihr drehbar gelagerten Spannring 76 drückt.
Auf dem Zentrieransatz 68 ist mittels einer Kugelführung 78 ein Schneidrad 80 zentriert,
das durch den Spannring 76 gegen den Flansch
56 gespannt und dadllreh
starr am Werkzeughalter 54 befest:gt ist Der Werkzeughalter 54 hat ferner eine axiale,
oben geschlossene Längsbohrung 82 sowie eine seinen Schaft 60 unmittelbar unterhalb
der Kugelführung 62 durchdringende Querbohrung, welche die Längsbohrung 82 im rechten
Winkel schneidet. In der Längsbchrung 82 ist ein im wesentlichen zylindrischer Sicherungsstift
86 verschiebbar geführt.
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Zwischen dem oberen Ende des Sicherungsstifts 86 und dem oberen geschlossenen
Ende der Längsbohrung 82 ist eine Druckfeder 88 eingespannt, die bestrebt ist, den
Sicherungsstift in seiner in Fig 2 und 3 abgebildeten normalen Betriebsstellung
zu halten, in der sein zylindrisches oberes Ende die Querbohrung 84 unterbricht.
Etwas weiter unten ist in den Sicherungsstift 86 eine ringförmige Nut eingearbeitete
Am unteren Ende des Gewindezapfens 70 ist ein Anschlagring 92 befestigt der den
Sicherungsstift 86 daran hindert, herauszufallen Das untere Ende des Sicherungsstiftes
86 bleibt zugänglich, so daß dieser sich bei spielsweise durch Fingerdruck gegen
den Widerstand der Feder 88 nach oben in eine Stellung schieben läßt, in wel cher
seine Nut 90 mit der Querbohrung 84 fluchtet.
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In der Querbohrung 84 ist ein stiftförmiges Riegelelement 94 geführt,
das in der Normalstellung des Sicherungsstift 86 in eine rinsförmige Vertiefung
96 der Aufnahmebohrung eingreift und durch den Sicheungsstift 86, solange diese
seine Normalsteilung einnimmt, daran gehindert ist, sich aus der Vertiefung 96 herauszubewegen.
Wenn jedoch der Sj cherungsstift 86 soweit nach oben verschoben ist, daß sei Nut
90 mit der Querbohrung 84 fluchtet, dann läßt sich dc Riegelaiement 94 aus der Vertiefung
96 heraus radial nach innen verschebn-
Wenn bei der in Fig.l und
2 dargestellten Ausführungsform der Werkzeughalter 54 samt Schneidrad 80 an der
Werkzeugspindel 16 befestigt werden soll, wird ein Druckmittel, beispielsweise Drucköl,
über ein nicht dargestelltes Steuerventil, die Druckmittelleitung 48 und die Kanäle
46 in die Zylinderbohrung 44 eingeleitet, wodurch das Verriegelungsteil 40 gegen
den Widerstand der Druckfeder 42 in seine obere Endstellung gemäß Fig.1 geschoben
wird. In dieser Stellung geben die Keilflächen 50 die Wälzkörper 52 frei, so daß
diese die ebenfalls in Fig.1 dargestellte radial äußere Stellung einnehmen können,
in der sie das Sackloch 30 freilassen.
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Nun wird der Werkzeughalter 54 von unten her in die Werkzeugspindel"l6,
oder genauer deren Aufnahmekörper 18 eingesetzt. Während des Einsetzens wird der
Sicherungsstift 86 nach oben gedrückt, damit das Riegelelement 94 nach innen ausweichen
kann. Sobald sich der kegelstumpfförmige Zentrieransatz 58 an die Sitzfläche 26
angelegt hat, gibt man den Sicherungsstift 86 frei, so daß dieser von der Feder
88 nach unten gedrückt und dadurch das Riegelelement 94 zum Eingriff in die Vertiefung
96 nach außen gedrängt wird, wodurch der Werkzeughalter 54 vorläufig mit der Werkzeugspindel
16 verriegelt ist.
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Anschließend wird das erwähnte Ventil umgestellt, so daß die Zylinderbohrung
44 vom Druckmittel entlastet wird.
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Infolgedessen drückt die Druckfeder 42 das Verriegelungsteil 40 nach
unten, so daß dessen Keilflächen 50 die Wälzkörper 52 radial nach innen gegen die
Flanken 66 des Endstücks 64 drücken. Die Keilflächen 50 schließen mit der Achse
A einen sehr kleinen Winkel in der Größenordnung von beispielsweise 6° ein; infolgedessen
ist die Kraft, mit der die Wälzkörper 52 gegen die Flanken 66 gedrückt werden,
erheblich
größer als die Kraft der Druckfeder 42. Die Flanken 66 schließen mit der Achse A
einen Winkel in der Größenordnung von 300 ein, so daß die annähernd radial na innen
gerichtete, von den Keilflächen 50 auf die Wälzkörp 52 ausgeübte Kraft etwa im Verhältnis
1 : 1,7 in eine axiale, den Werkzeughalter 54 in die Werkzeugspindel 16 hineinziehende
Kraft umgesetzt wird. Dadurch wird der Werkzeughalter 54 mit der Werkzeug-spindel
16 zu einer starren Einheit verspannt.
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Wenn der Werkzeughalter 54 wieder von der Werkzeugspindel 16 gelöst
werden soll, wird das erwähnte Ventil erneut um gestellt, so daß die Zylinderbohrung
44 wieder unter Druc gesetzt und dadurch das Verriegelungsteil 40 nach oben gedrückt
wird. Folglich geben die Wälzkörper 52 den Käfig 24 frei, so daß der Werkzeughalter
nur noch vom Riegelele ment 94 gegen Herausfallen gesichert ist. Drückt man nun
den Sicherungsstift 86 nach oben, so läßt sich der Werkzeughalter 54 entfernen.
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Von der in Fig.l und 2 dargestellten Auführungsform unterscheidet
sich diejenige gemäß Fig.3 im wesentlichen da durch, daß die Flansche 20 und 56
des Aufnahmekörpers 18 und des Werkzeughalters 54 mit ebenen Ringflächen aneinar
derliegen und daß die Aufnahmebohrung 28 sowie dementsprf chend der Zentrieransatz
68 zueinander komplementäre Norm kegelflächen aufweisen. Ein weiterer, wesentlicher
Unterschied gegenüber Fig.1 und 2 besteht darin, daß das Endstück 64 mittels eines
Zapfens 98 schwenkbar am Schaft 6( des Werkzeughalters 54 gelagert ist. Der Zapfen
98 kreuz die Achse A im rechten Winkel und liegt in der diese Ach A enthaltenden
Mittelebene, in der sich die Ebenen der bt den Flanken 66 schneiden und zu der die
Wälzkörper 52 syx metrisch angeordnet sind.
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