DE3306823A1

DE3306823A1 - Werkzeughalter fuer bohr-, fraes- und dgl. werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3306823A1
Application number: DE19833306823
Authority: DE
Inventors: Ralf 8621 Grub am Forst Dechert; Rolf 8633 Rödental-Fischbach Eckstein
Original assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH; Werkzeugmaschinenfabrik Adolf Waldrich Cobgurg GmbH and Co
Current assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH; Werkzeugmaschinenfabrik Adolf Waldrich Cobgurg GmbH and Co
Priority date: 1983-02-26
Filing date: 1983-02-26
Publication date: 1984-08-30
Also published as: US4560310A; DE3306823C2; FR2541607A1; JPS59161243A

Description

Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen.

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen, mit einem in eine konische erste Aufnahmebohrung zur Spindel passenden Kegelschaft, mit einem daran koaxial angeordneten Tragkörper, der eine zum Kegelschaft koaxiale, zweite konische Aufnahmebohrung für den Hegelschaft eines Werkzeuges aufweist, die kleiner ist als die Spindelaufnahmebohrung, und mit einer Spanneinrichtung zum Festspannen des Werkzeugkegelschaftes in der zweiten konischen Aufnahmebohrung.

Bei Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen größerer Bauart weist die Spindel zur sicheren Übertragung der Antriebskräfte auf das Werkzeug eine möglichst große konische Aufnahmebohrung zur Aufnahme eines Werkzeuges mit einem möglichst großen Kegelschaft, beispielsweise einem ISO 60-Steilkegel auf. Da jedoch auf derartigen modernen Großwerkzeugmaschinen auch präzise Feinbearbeitungen, wie Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden mit kleineren Werkzeugen vorgenommen werden müssen, ist es erforderlich, einen in die konische Aufnahmebohrung der Spindel einsetzbaren Werkzeughalter vorzusehen, der selbst ebenfalls eine konische Aufnahmebohrung, jedoch mit kleineren Abmessungen, für die Aufnahme eines kleineren Kegelschaftes, z.B. eines ISO 50-Steilkegels, eines Werkzeuges aufweist. Derartige Werkzeughalter, die die Verwendung von Werkzeugen mit kleineren Kegelschäften als die Spindelaufnahmebohrung ermöglichen, werden auch als Reduzierungen, Adapter oder Zwischenstücke bezeichnet. Bei einem bekannten Werkzeughalter der eingangs erwähnten Art (1978 veröffentlichter Prospekt der Firma Forkardt "Schnellwechsel-Werkzeughalter System Erickson") weist der Tragkörper an seinem Außenumfang ein Gewinde auf, auf welches eine Überwurfmutter aufgeschraubt ist. Diese Überwurfmutter ist mit zwei nach innen vorspringenden Fingern versehen, welche durch die

- Ύ -dem Federdruck einwirkender Kolben vorgesehen ist.

Mit Hilfe der konzentrisch zu der zweiten konischen Aufnahmebohrung angeordneten, auf den Spannzangenträger einwirkenden Tellerfederpakete wird ein hoher Federdruck erzielt, der den Kegelschaft dee Werkzeuges zuverlässig in die konische Aufnahmebohrung hineinzieht. Durch die Anordnung mehrerer Tellerfederpakete im Tragkörper um die zweite Aufnahmebohrung herum, wird eine verhältnismäßig kurze axiale Baulänge des Werkzeughalters bei hoher Spannkraft erreicht. Zum Zwecke des Lösens der Spannzange und zum Ausstoßen des Werkzeuges ist der hydraulisch beaufschlagbare Kolben vorgesehen, welcher dem Federdruck der Tellerfederpakete entgegenwirkt. Durch die Anordnung dieses Kolbens und des SpannzangentrMgers in einer Bohrung des Werkzeughalter-Kegelschaftes wird der zur Verfugung stehende Raum bestens ausgenutzt, was ebenfalls kleine Bauabmessungen in axialer Richtung ergibt. Da zum Lösen der Spannzange und zum Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes lediglich die Zufuhr eines Druckmittels zu dem Werkzeughalter erforderlich ist, was beispielsweise durch eine hohl ausgebildete Spannstange in der Werkzeugmaschinenspindel erfolgen kann, und da zum Festspannen des Werkzeugkegelschaftes die axial wirkenden Tellerfederpakete nach Aufhebung der Druckbeaufschlagung des Kolbens dienen, ist der neue Werkzeughalter bestens zum automatischen Werkzeugwechsel kleinerer Werkzeuge geeignet. Er selbst kann auch in einfacher Weise mittels der in der Werkzeugmaschinenspindel vorgesehenen Zugstange in die konische Aufnahmebohrung derselben eingezogen bzw. aus dieser ausgestoßen und gegen ein anderes Werkzeug oder eine andere Bearbeitungsvorrichtung ausgewechselt werden, was gegebenenfalls ebenfalls automatisch erfolgen kann.

LJm die gewünschten hohen Spannkräfte sicherzustellen, ist es erforderlich, eine entsprechend große Anzahl von Tel-

Mitnahmenuten eines am Werkzeug anschlieBend an den Kegelachaft vorgesehenen Flansches hindurchtreten können. Bei Uerdrehung der Überwurfmutter kommen die Finger an der Außenseite des Flansches zur Anlage und ziehen den Kegelschaft in die Aufnahmebohrung. Die Überwurfmutter dient also als eine Art Spanneinrichtung zum Festspannen des üJerkzeugkegelschaftes in der Aufnahmebohrung des Tragkörpers. Abgesehen davon,' daß mit Hilfe einer derartigen Überwurfmutter nur verhältnismäßig geringe Spannkräfte ausgeübt werden können, die für Großwerkzeugmaschinen nicht ausreichen, ist dieser bekannte Werkzeughalter auch nicht für einen automatischen Werkzeugwechsel geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit geringstem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit bei kleinen, insbesondere kleinen axialen Abmessungen, ein automatisches Auswechseln von Werkzeugen mit hoher Spannkraft und auch hoher Ausstoßkraft ermöglicht, selbst aber auch in einfacher Weise an der Werkzeugmaschinenspindel gegebenenfalls automatisch auswechselbar ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Werkzeughalter-Hegelschaft eine koaxiale Bohrung aufweist, in welcher ein Spannzangenträger mit einer Spannzange axial verschiebbar ist, deren als Klauen ausgebildete Enden in eine Ringnut am freien Ende des Werkzeugkegelschaftes eingreifen, daß in dem Tragkörper konzentrisch zur zweiten konischen Aufnahmebohrung mehrere axial wirkende Tellerfederpakete angeordnet sind, die über mehrere radial verlaufende Stützarme auf den Spannzangenträger im Spannsinne einwirken, und daß zum Lösen der Spannzange und Ausstoßen des Werkzeugkegels in der Bohrung des Werkzeughalter-Hegelschaftes mindestens ein hydraulisch beaufschlagbarer, auf den Spannzangenträger entgegengesetzt

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hen, beispielsweise zur Aufnahme eines ISO 60-Steilkegels In der Spindel 1 ist in bekannter Weise eine zum Spannen und Lösen eines in die Aufnahmebahrung 2 eingesetzten Kegelschaftes 3 eine Zugstange k vorgesehen, die vorzugslueise mit einer Längsbohrung 5 zur Zuführung eines hydraulischen Druckmittels v/ersehen ist.

Der in die Spindel 1 einsetzbare Werkzeughalter S besteht im wesentlichen aus dem Hegelschaft 3 und einem daran koaxial angeordneten Tragkörper 7. Der Tragkörper 7 ist zweckmäßig zylindrisch ausgebildet und mit einem mit dem Kegelschaft 3 aus einem Stück bestehenden Flansch 3a durch mehrere Schrauben 8, 9 verbunden. Zur Übertragung des Drehmoments von dem Flansch 3a auf den Tragkörper 7 sind mehrere Paßstifte 10 vorgesehen. Der Flansch 3a meist ferner Mitnehmernuten 3c auf, in welche an der Spindel 1 befestigte Nutensteine 11 eingreifen. Der Kegelschaft 3 sowie die Planfläche 3b des Flansches 3a sind durch . ■ Schleifen so aufeinander abgestimmt, daß die Planfläche 3b an der Stirnfläche 1a der Spindel 1 anliegt.

Der Tragkörper 7 weist eine zweite konische Aufnahmebohrung 12 auf, die zur Aufnahme eines Kegelschaftes 13 eines Bohr-, Fräs- oder Gewindeschneidwerkzeuges 14 bestimmt ist. Der Werkzeugkegelschaft 13 weist gegenüber dem Kegelschaft 3 des Werkzeughalters kleinere Abmessungen auf und ist beispielsweise ein ISO 50-Steilkegel. An dem Tragkörper sind ferner Nutensteine 15 befestigt, die in entsprechende Mitnehmernuten 16 des Werkzeuges 14 eingreifen.

In dem Werkzeughalter-Kegelschaft 3 ist eine koaxiale, stufenförmig abgesetzte Bohrung 17 vorgesehen. Der oberste Teil dieser Bohrung 17 bildet einen Zylinderraum für einen ersten Kolben 18. Ein zweiter Kolben 19 ist in einem in die Bohrung 17 eingesetzten Zylinder 20 gelagert. Der

lerfedern in dem Tragkörper anzuordnen. Dieser von den Tellerfedern ausgeübten hohen Spannkraft muß der Holben zum Lösen der Spannzange entgegenwirken. Außerdem müssen auch noch zum Ausstoßen eines festsitzenden Werkzeugkegelschaftes die Reibungskräfte zwischen diesem Kegelschaft und der konischen Aufnahmebohrung überwunden werden. Um hier eine einwandfreie Löse- und Austoßfunktion sicherzustellen, ist es vorteilhaft, auf den Spannzangenträger zwei hintereinander geschaltete Kolben einwirken zu lassen.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht deshalb darin, daß in dem Werkzeughalter-Kegelschaft axial hintereinander zwei Kolben angeordnet sind, von denen der erste Kolben in der Bohrung selbst verschiebbar gelagert ist und der zweite Kalben in einem in die Bahrung eingesetzten Zylinder mit einem Boden, durch den eine am zweiten Kolben anliegende Kolbenstange des ersten Kolbens hindurchgeführt ist, wobei der zweite KoI-

?D ben mit seiner Kolbenstange auf den Spannzangenträger einwirkt.

Diese Hintereinanderschaltung der Kolben ermöglicht es, in dem zur Verfügung stehenden, verhältnismäßig kleinen Bauraum, innerhalb des Werkzeugkegelschaftes die erforderliche Ausstoßkraft zu erzeugen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles in folgendem näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den neuen Werkzeughalter im Axialschnitt, wobei die rechte Hälfte des AxialBchnittes gegenüber der linken Hälfte um 90° zueinander versetzt ist.

Die Spindel 1 einer Bohr-, Fräs- oder sonstigen Werkzeugmaschine ist mit einer konischen Aufnahmebohrung 2 verse-

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verlaufende Stützarme 33 auf, die an dem Stützring 31 aufliegen. Über den Stützring 31, die Stützarme 33 und den Druckring 32 werden die Druckkräfte der Tellerfederpakete 3D auf den Spannzangenträger 25 übertragen.

Zum Lösen und Ausstoßen des ülerkzeugkegelschaftes 13 wird dem oberen Raum 17a der Bohrung 17 Drucköl über die Zugstange h und eine im Kegelschaft 3 vorgesehene Druckmittel-Zuführbohrung 35 zugeführt. Dank einer im ersten KoI-

IQ ben 18 vorgesehenen zentralen Bohrung lh kann sich der Druck des Drucköls auch in dem Zylinderraum 20a des Zylinders 2D ausbreiten. Die hintereinandergeschalteten Kolben 1Θ, 19 drücken den Spannzangenträger 25 entgegen dem Federdruck der Tellerfederpakete 30 nach unten. Hierbei gelangen die Klauen 27 in die Ringnut 28 und werden unter Wirkung eines an den Spannzangenarm angreifenden elastischen Ringes 36 radial nach außen beuiegt. Der Werkzeugkegelachaft 13 wird hierdurch freigegeben und kann aus der Aufnahmebohrung 12 nach unten austreten. Sollte

2Q der LJerkzeugkegelschaft 13 in der Aufnahmebohrung 12 festsitzen, so gelangt bei weiterer Bewegung des Spannzangenträgers 25 nach unten dessen zentraler AustoSzapfen 25a an dem freien Ende 13b des Kegelschaftes 13 zur Anlage •und drückt diesen nach unten. Die Hintereinanderschaltung der Kolben 1Θ, 19 bewirkt, daß trotz des verhältnismäßig kleinen, in dem Kegelschaft 3 zur Verfügung stehenden Raumes genügend nach unten gerichtete Druckkräfte ausgeübt werden, die nicht nur den Federdruck der Tellerfederpakete 30, sondern auch die Reibungskräfte zuiischen Kegel-

30, schaft 13 und Aufnahmebohrung 12 überwinden.

Das auf diese Weise gelöste Werkzeug 14 kann von einem nicht dargestellten automatischen Werkzeugwechsler nach unten aus der Aufnahmebohrung 12 herausbewegt und einem Magazin zugeführt werden. Der Werkzeugwechsler setzt dann ein anderes Werkzeug mit dem Kegelschaft 13 in die Auf-

Zylinder 20 weist einen Boden 21 mit einer Öffnung 22 auf. Durch diese Öffnung 22 tritt die Kolbenstange 23 des ersten Kolbens 1Θ hindurch. Die Kolbenstange 23 liegt mit ihrem unteren Ende 23a an dem Kolben 19 an, so daß beide Kolben 18, 19 hintereinander geschaltet sind. Damit der zweite Kolben 19 auf einer möglichts großen Fläche mit Druckmittel beaufschlagt wird, ist das untere Ende 23a mit mehreren Radialnuten versehen. Der zweite Kolben 19 wirkt mit einer Kolbenstange 2k auf den Spannzangenträger 25 ein.

Dieser Spannzangenträger 25 weist einen zentralen Ausstoßzapfen 25a auf, an welchem die aus mehreren Spannzangenhebeln bestehende Spannzange 26 gelagert ist. Jeder Spannzangenhebel ist an seinem unteren Ende mit einer Klaue 27 versehen. Die Klauen 27 wirken einerseits mit einer am freien Ende des Kegelschaftes 13 vorgesehenen Ringnut 13a zusammen und werden andererseits durch eine im Tragkörper 7 vorgesehene Ringnut 28 mit kegelstumpfförmigen Flanken 28a und 28b gesteuert.

Der Tragkörper 7 weist mehrere, beispielsweise sechs, Sacklochbohrungen 29 auf, die sich achsparallel erstrecken und auf einem zur Aufnahmebohrung 12 konzentrischen Kreis angeordnet sind. Jede dieser Sacklochbohrungen 29 dient zur Aufnahme eines aus mehreren Tellerfedern bestehenden Tellerfederpaketes 30. Die Tellerfederpakete 3G üben eine noch oben in Richtung auf den Flansch 3a gerichtete Druckkraft aus.

Zweckmäßig ist in dem Tragkörper 7 ein axial beweglicher Stützring 31 vorgesehen, an welchem sich die Tellerfederpakete 30 abstützen.

Ein Druckring 32 ist fest mit dem Spannzangentra'ger 25 verbunden und weist mehrere, beispielsweise sechs, radial

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a - /ft-

spannungen, die den UerkzeugkegelBChaft in der Aufnahmebahrung Festhalten, ähnlich wie bei einem sogenannten Schrumpfsitz, bei dem eine erwärmte Wabe auf eine kalte Welle aufgeschrumpft ujird. Von den hintereinander geschalteten Kolben 18, 19 müssen also nicht nur die Druckkräfte der Tellerfederpakete überwunden werden, sondern zusätzlich die durch die lüörmespannungen hervorgerufenen erheblichen Haftkräfte.

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nahmebahrung 12 ein. Nunmehr wird der in den Räumen 17a und 20a herrschende Druck aufgehoben. Unter Wirkung der Tellerfederpakete 30 wird der Spannzangenträger 25 nach oben gedruckt. Die Klauen 27 kommen dabei zunächst an der kegelförmigen Flanke 28a zur Anlage und greifen in die Ringnut 13a ein. Die im Durchmesser kleiner als die Ringnut 28 gehaltene Öffnung 27 verhindert bei weiterer Bewegung des Spannzangenträgers 25 und der Spannzange 26 nach oben das Ausweichen der Klauen 27 radial nach außen. Unter dem Federdruck der Tellerfederpakete 30 wird nunmehr der Kegelschaft 13 vollständig in die Aufnahmebahrung 12 eingezogen und liegt dann mit hoher Vorspannkraft in der Aufnahmebohrung 12 an. Diese bleibt auch dann erhalten, wenn die Werkzeugmaschine, an der der Werkzeughalter 6 benutzt wird, ohne Energiezufuhr ist.

Es wäre auch denkbar, die Druckölzufuhr zwischen der Zugstange t* und dem Kegelschaft 3 über eine handelsübliche Steckkupplung zu bewirken. Außerdem kann die Druckmittelzufuhr auch dadurch erfolgen, daß man am Flansch 3a eine Steckkupplung vorsieht, an welche nach Stillsetzen der Spindel 1 ein Druckölschlauch angeschlossen wird. Die Steckkupplung ist dann über nicht dargestellte Druckmittelkanäle im Flansch und im Kegelschaft mit den Druckräumen 17a bzw. 20a verbunden.

Die Hintereinanderschaltung der Kolben 18, 19 ist für ein einwandreies Lösen und Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes 13 von wichtiger Bedeutung. Die erforderlichen Austoßkräfte können nämlich vielfach höher sein als die von den Tellerfederpaketen bewirkten Einziehkräfte. Wenn nämlich ein zunächst kaltes Werkzeug mit seinem Kegelschaft in den durch die vorhergehende Bearbeitung erwärmten Werkzeugträger eingesetzt wird, so dehnt sich der Kegelschaft des Werkzeuges durch die bei der folgenden Bearbeitung entstehende Wärme aus. Es entstehen hierdurch hohe Wärme-

Nummer:
Int. CIA
Anmeldetag:
Offenlegungstag:

W η 703

33 06 823
B 23 B 31/0

26. Februar 30. August 1

Claims

Ansprüche

jWerkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen, mit einem in eine konische erste Aufnahrnebohrung der Spindel passenden Kegelschaft, mit einem daran koaxial angeordneten Tragkörper, der eine zum

Hegelschaft koaxiale zweite konische Aufnahmebahrung für den Hegelschaft eines Werkzeuges aufweist, die kleiner ist als die Spindelaufnahmebohrung, und mit einer Spanneinrichtung zum Festspannen des Werkzeugkegelschaftes in der zweiten konischen Aufnahmebohrung, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter-Hegelschaft (3) eine koaxiale Bohrung (17) aufweist, in welcher ein Spannzangenträger (25) mit einer Spannzange

(26) axial verschiebbar ist, deren als Klauen (27) ausgebildete Enden in eine Ringnut (13a) am freien Ende (13b) des Werkzeugkegelschaftes (13) eingreifen, daß in dem Tragkörper (7) konzentrisch zur zweiten konischen Aufnahmebohrung (12) mehrere axial wirkende Tellerfederpakete (30) angeordnet sind, die über mehrere radial verlaufende Stützarme (33) auf den Spannzangenträger (25) im Spannsinne einwirken, und daß zum Lösen der Spannzange (26) und Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes (13) in der Bohrung (17) des Werkzeughalter-Kegelschaftes (3) mindestens ein hydraulisch beaufschlagbarer, auf dem Spannzangenträger (25) entgegengesetzt dem Federdruck einwirkender Kolben (1Θ) vorgesehen ist.
2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkzeughalter-Kegelschaft (3) axial hintereinander zwei Kolben (18, 19) angeordnet sind, von denen der erste Kolben (18) in der Bohrung (17) selbst verschiebbar gelagert ist und der zweite Kolben (19) in einer in die Bohrung (17) eingesetzten Zylinderbüchse (20) mit einem Boden (21), durch eine am zweiten Holben (19) anliegende Kolbenstange (23) des ersten

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Kalbens (18) hindurchgeführt ist, uabei der zueite Kolben (19) mit seiner Kalbenstange (24) auf den Spannzangenträger (25) einwirkt.
3. Werkzeughalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Kalben (18) und seiner Kolbenstange (23) eine zentrale Bohrung (3k) vorgesehen ist.
'4. Werkzeughalter nach Anspruch 1 ader 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkzeughalter-Kegelschaft (3) eine in die Bahrung (17) mündende zentrale Druckmittel-Zuführbohrung (35) vorgesehen ist.
5. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spannzangenträger (25) ein die Spannzange

(26) tragender, zentraler Ausstoßzapfen (25a) angeordnet ist.
6. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkröper (7) zur Aufnahme der Tellerfederpakete (30) mehrere auf einem zur Aufnahmebohrung (12) konzentrischen Kreis angeordnete Sacklochbohrungen (29) aufweist.
7. Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Tellerfederpaketen (30) und den Stützarmen (33) ein axial beweglicher Stützring (31) angeordnet ist.

β. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (7) zylindrisch ausgebildet ist und mit einem mit dem Werkzeughalter-Kegelschaft (3) aus einem Stück bestehenden Flansch (3a) verschraubt ist.