DE3306823C2 - Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Der Werkzeughalter (6) für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen weist einen in eine konische erste Aufnahmebohrung (2) der Spindel (1) passenden Kegelschaft (3) mit einem daran koaxial angeordneten Tragkörper (7) auf, der eine zum Kegelschaft (3) koaxiale zweite konische Aufnahmebohrung (12) für den Kegelschaft (13) eines Werkzeuges (14) besitzt, die kleiner ist als die Spindelaufnahmebohrung (2). Der Werkzeughalter-Kegelschaft (3) ist mit einer koaxialen Bohrung (17) versehen, 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. In dem Tragkörper (7) sind konzentrisch zur zweiten konischen Aufnahmebohrung (12) mehrere axial wirkende Tellerfederpakete (30) angeordnet, die über mehrere radial verlaufende Stützarme (33) auf den Spannzangenträger (25) im Spannsinne einwirken. Zum Lösen der Spannzange (26) und Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes (13) in der Bohrung (17) des Werkzeughalter-Kegelschaftes (3) ist mindestens ein hydraulisch beaufschlagbarer, auf den Spannzangenträger (25) entgegengesetzt dem Federdruck einwirkender Kolben (18) vorgesehen.

Description

Löse- und Ausstoßeinrichtung zu versehen, wie sie vom Grundsächlichen her bei in der Maschinenspindel angeordneten Spann-, Löse- und Ausstoßeinrichtungen bekannt ist, dabei kleine, axiale Abmessungen aufweist und selbst in einfacher Weise an der Werkzeugmaschinenspindel gegebenenfalls automatisch auswechselbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Wcrkzeughalter-Kegelschaft 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 Wcrkzeugkegclschaftes eingreifen, daß in dem Tragkörper konzentrisch zur konischen Aufnahmebohrung mehrere axi.il wirkende Tcllerfederpakete angeordnet sind, die über is mehrere radial verlaufende Stützarme axial auf den Spannzangenträger einwirken, und daß zum Lösen der Spannzange und Ausstoßen des Werkzeugkcgcls in eier Bohrung des Werkzcughallcr-Kegelschaftes mindestens ein hydraulisch beaufschlagbarer, auf den Spannzangenträger, der einen zentralen Ausstoßzspfen aufweist, entgegengesetzt dem Federdruck einwirkender Kolben vorgesehen ist.

Mit Hilfe der konzentrisch zu der konischen Aufnahmebohrung angeordneten, auf den Spannzangenträger einwirkenden Tellerfederpakete wird ein hoher Fcdcrdruck erzielt, der den Werkzeug-Kegelschaft zuverlässig in die konische Aufnahmebohrung hineinzieht. Durch die Anordnung mehrerer Tellerfederpakete im Tragkörper um dessen 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 Tellcrfedcrpaketc entgegenwirkt Durch die Anordnung dieses Kolbens und des Spannzangenträgers in einer Bohrung des Wcrkzcughalter-Kegelschaftes wird der zur Verfügung 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 Werkzeugmaschinrnspindel erfolgen kann, und da zum Festspannen des Werkzeugkegelschaftes die axial wirkenden Tellerfcderpakete nach Aufhebung der Druckbeaufschlagung des Kolbens dienen, ist der neue Werkzesighaltcr 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 Bearbeitungsvorrichtuiig ausgewechselt werden, was gegebenenfalls ebenfalls automatisch erfolgen kann.

Um die gewünschten hohen Spannkräfte sicherzustellen, ist es erforderlich, eine entsprechend große Anzahl von Tellerfedern in dem Tragkörper anzuordnen. Die- so ser von den Tellerfedern ausgeübten hohen Spannkraft muß der Kolben zum Lösen der Spannzange entgegenwirken. Außerdem müssen auch noch zum Ausstoßen eines festsitzenden Werkzeugkegelschaftes die Reibungskräfte zwischen diesem Kegelschafl und der koni- ts sehen Aufnahmebohrunj überwunden werden. Um hier eine einwandfreie Löse- und Ausstoßfunktion 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 Kolben in einem in die Bohrung eingesetzten Zylinder mit einem Boden, durch den eine am zweiten Kolben anliegende Kolbenstange des ersten Kolbens hindurchgeführt ist, wobei der zweite Kolben mit seiner Kolbenstange auf den Spannzangenträger einwirkt.

Diese Hintereinanderschaltung der Kolben ermöglicht es, in dem zur Verfügung stehenden, verhältnismäßig kleinen Bauraum, innerhalb des Werkzeughalter-Kcgclschaftes die erforderliche Ausstoßkraft zu erzeugen. Die erforderliche Ausstoßkräfte können nämlich vielfach höher sein als die von den Tellerfederpaketcn bewirkten Einziehkräfte. Wenn nämlich ein zunächst kaltes Werkzeug mit seinem Wcri^eugkegelschaft in den durch die vorhergehende Bearbeitung erwärmten Werkzeughalter eingesetzt wird, so dehnt sich der Werkzeugkegelschaft durch die bei der folgender: Bearbeitung entstehende Wärme aus. Es entstehen hierdurch hohe Wärmespannungen, die den Werkzeugkegelschaft in der Aufnahmebohrung festhalten, ähnlich wie bei einem sogenannten Schrumpfsitz, bei dem eine erwärmte Nabe auf eine kalte Welle aufgeschrumpft wird. Von den hintereinander geschalteten Kolben 13, 19 müssen also nicht nur die Druckkräfte der Tellerfederpakete überwunden werden, sondern zusätzlich die durch die Wärmespannungen hervorgerufenen erheblichen Haftkräfte.

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 AxialscKnittes gegenüber der linken Hälfte um 90° zueinander versetzt ist.

Die Spindel 1 einer Bohr-, Fräs- oder sonstigen Werkzeugmaschine ist mit einer konischen Aufnahmebohrung 2 versehen, beispielsweise zur Aufnahme eines ISO 60-Steilkegeis. In der Spindel 1 ist in bekannter Weise eine zum Spannen und Lösen eines in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzten Werkzeughalter-Kegelschaftes 3 eine Zugstange 4 vorgesehen, die vorzugsweise mit einer Längsbohrung 5 zur Zuführung eines hydraulischen Druckmittels versehen ist.

Der in die Spindel 1 einsetzbare Werkzeughalter 6 besteht im wesentlichen aus dem Werkzeughalter-Kegelschaft 3 und einem daran koaxial angeordneten Tragkörper 7. Der Tragkörper 7 ist zweckmäßig zylindrisch ausgebildet und mit einem mit dem Werkzcughalter-Kegelschaft 3 aus einem Stück begehenden Flansch 3a durch mehrere Schrauben 8, 9 verbunden. Zur Übertragung des Drehmomentes von dem Flansch 3a auf den Tragkörper 7 sind mehrere Paßstifte 10 vorgesehen. Der Flansch 3a weist ferner Mitnehmernuten 3eauf, in welche an der Spindel 1 befestigte Nutensteine 11 eingreifen. Der Werkzeughalter-Kegelsshaft 3 sowie die Planfläche 3b des Flansches 3a sind durch Schleifen so aufeinander abgestimmt, daß die Planfläche 3b an der Stirnfläche laderSpjpdel 1 pnliegt.

Der Tragkörper 7 weist eine konische Aufnahmebohrung 12 auf, die zur Aufnahme eines Werkzeugkegelschaftes 13 eines Werkzeuges 14, beispielsweise eines Bohr-, Fräs- oder Gewindeschneidwerkzeuees. be-

stimmt ist. Der Werkzeugkegelschafi 13 weist gegenüber dem Werkzcughalter-Kcgelschaft 3 kleinere Abmessungen auf und ist beispielsweise ein ISO 50-Stcilkcgel. 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 17,17', 17" vorgesehen. Der oberste Teil der Bohrung 17' bildet einen Zylinderraum 17a für einen ersten Kolben 18. Ein /weiter Kolben 19 ist in einer in die Bohrung 17" eingesetzten Zylinderbüchse 20 gelagert. Die Zylinderbuchse 20 weist einen Boden 21 mit einer öffnung 22 auf. Durch diese öffnung 22 tritt die Kolbenstange 23 des ersten Kolbens 18 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 möglichst großen Fläche mit Druckmittel beaufschlagt wird, ist das untere Ende 23a mit mehreren Radialnuten verschen. Der zweite Kolben 19 wirkt mit einer Kolbenstange 24 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 Kcgelschaftes 13 vorgesehenen Ringnut 13a zusammen und werden andererseits durch eine am Tragkörper 7 vorgesehene Ringnut 28 mit kegelstumpfförmigen Flanken 28a und 286 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 30 üben eine nach 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 Spannzangenträger 25 verbunden und weist mehrere, beispielsweise sechs, radial 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 30 auf den Spannzangenträgcr 25 übertragen.

Zum Lösen und A'.wstoßen des Werkzeugkcgclschaftes 13 wird dem oberen Zylinderraum 17a der Bohrung 17' Drucköl über die Zugstange 4 und eine im Werkzeughalter-Kegelschaft 3 vorgesehene Druckmittel-Zuführbohrung 35 zugeführt Dank einer im ersten Kolben 18 vorgesehenen zentralen Bohrung 34 kann sich der Druck des Drucköis auch in dem Zylinderraum 20a der Zylinderbüchse 20 ausbreiten. Die hintereinander geschalteten Kolben 18,19 drücken den Spannzangenträgcr 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 Spannzangenarmen angreifenden elastischen Ringes 36 radial nach außen bewegt. Der Werkzeugkegelschaf 113 wird hierdurch freigegeben und kann aus der Aufnahmebohrung 12 nach unten austreten. Sollte der Wcrkzeugkegelschaft 13 in der Aufnahmebohrung 12 festsitzen, so gelangt bei weiterer Bewegung des Spannzangenträgers 25 nach unten dessen zentraler Ausstoßzapfcn 25« an dem freien Ende \3b des Werkzeugkcgelschaftcs 13 zur Anlage und drückt diesen nach unten. Die Hintereinanderschaltung der Kolben 18,19 bewirkt, (IaU trotz des verhältnismäßig kleinen, in dem Werk-/eughaltcr-Kegclschaft 3 zur Verfügung stehenden Raumes genügend nach unten gerichtete Druckkräfte iiusgcübl werden, die nicht nur den Federdruck der TeI-lcrfcderpakete 30, sondern auch die Reibungskräfte

ίο /wischen Wcrkzeugkcgelschafl 13 und Aufnahmebohiiing 12 überwinden.

Das auf diese Weise gelöste Werkzeug 14 kann von einem nicht dargestellten automatischen Werkzeugwechsler nach unten aus der Aufnahmebohrung 12 heriiusbewcgt und einem Magazin zugeführt werden. Der Werkzeugwechsler setzt dann ein anderes Werkzeug mil dem Kcgclschaft 13 in die Aufnahmebohrung 12 ein. Nunmehr wird der in den Zylinderräumen 17a und 20a herrschende Druck aufgehoben. Unter Wirkung der Tellerfcdcrpakete 30 wird der Spannzangenlräger 25 nach oben gedrückt. Die Klauen 27 kommen dabei zunächst an der kegelförmigen Flanke 28a zur Anlage und greifen in die Ringnut 13;/ ein. Die im Durchmesser kleiner als die Ringnut 28 gehaltene öffnung 37 verhincicrt bei weiterer Bewegung des Spannzangenträgers 25 und der Spannzange 26 nach oben das Ausweichen der Klauen 27 radial nach außen. Unter dem Federdruck der Tcllerfedc^r?akete 30 wird nunmehr der Werkzeugkegelschaft 13 vollständig in die Aufnahmebohrung 12 eingezogen und liegt dann mit hoher Vorspannkraft in der Aufnahmebohrung 12 an. Diese bleibt auch dann erhallen, wenn die Werkzeugmaschine an der der Werkzeughalter 6 benutzt wird, ohne Energiezufuhr ist.

Es wäre auch denkbar, die Druckölzufuhr zwischen der Zugstange 4 und dem Kcgelschaft 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 einer Spindel 1 ein Druckölschlauch angeschlossen wird. Die Steckkupplung ist dann über nicht dargestellte Druckmittelkanäle im Flansch und im Werkzeughalter-Kcgelschaft 3 mit den Zylinderräumen 17a bzw. 20a verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen, mit einem in eine konische Aufnahmebohrung der Spindel passenden Kegelschaft, mit einem daran koaxial angeordneten Tragkörper, der eine zum Kegelschaft koaxiale konische Aufnahmebohrung für den Kegelschaft eines Werkzeuges aufweist, die kleiner ist als die Spindelaufnahmebohrung, und mit einer Spanneinrichtung zum Festspannen des Werkzeugkegelschaftes in der konischen Aufnahmebohrung, sowie einem Auswerfer zum Lösen eines festsitzenden Werkzeugkcgelschaftes, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter-Kegelschaft (3) eine koaxiale Bohrung (17,17', 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 {t3b) des Werkzeugkeg»!schaftes (13) eingreifen, daß in dem Tragkörper (7) konzentrisch zur konischen Aufnahmebohrung(12) mehrere axial wirkende TcIIerfederpakete (30) angeordnet sind, die über mehrere radial verlaufende Stützarme (33) axial auf den Spannzangenträger (25) einwirken, und daß zum Lösen der Spannzange (26) und zum Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes (13) in der Bohrung (17') des Werkzeughalter-Kegelschaftes (3) mindestens ein hydraulisch beaufschlagbarcr, auf dem Spannzangenträger (25), der einen zentralen Ausstoßzapfen (2Sa^ aufweist, entgegergesetzt dem Federdruck einwirkender Kolben (18) vorgesehen ist.

2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werk-sughaltcr-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 Kolben (19) anliegende Kolbenstange (23) des ersten Kolbens (18) hindurchgeführt ist, wobei der zweite Kolben (19) mit seiner Kolbenstange (24) auf den Spannzangenträger (25) einwirkt.

3. Werkzeughalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Kolben (18) und seiner Kolbenstange (23) eine zentrale Bohrung (34) vorgesehen ist.

4. Werkzeughalter nach Anspruch I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkzcughallcr-Kegelschaft (3) eine in die Bohrung (17') mündende zentrale Druckmittel-Zuführbohrung (35) vorgesehen ist.

5. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (7) zur Aufnahme der Tellerfederpakete (30) mehrere auf einem zur Aufnahmebohrung (12) konzentrischen Kreis angeordnete Sacklochbohrungcn (29) aufweist.

6. Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Tellerfedcrpakclcn (30) und ilen Stiil/armen (.13) ein axial beweglicher Stützring(31) angeordnet ist.

7. Werkzeughalter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (7) zylindrisch ausgebildet ist und mil einem mil dem Werkzeughalter-Kegelschaf ι (3) aus einem Stück bestehenden Flansch (3a) verschraubt ist.

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen, mit einem in eine konische Aufnahmebohrung der Spindel passenden Kegelschaft, mit einem daran koaxial angeordneten Tragkörper, der eine zum Kegelschaft koaxiale, konische Aufnahmebohrung für den Kegelschaft eines Werkzeuges aufweist, die kleiner ist als die Spindclaufnahmebohrung, und mit einer Spanneinrichtung zum Festspannen das Werlczcugkegelschaftes in der koni sehen Aufnahmebohrung, sowie einem Auswerfer zum I .ösen eines festsitzenden Werkzeugkegelschaftes.

Bei Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen größerer Bauart weist die Spindel zur sicheren Übertragung cJsr Antriebskräfte auf das Werkzeug eine möglichst gr-^ße 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 mil kleineren Werkzeugen vorgenommen werden müssen, ist es erforderlich, einen in die konische Aufnahmebohrung der Spindel einsetzbaren Werkzeughalter voi-zusehen, der selbst ebenfalls eine konische Aufnahmebohrung, jedoch mit kleineren Abmessungen, für die Aufnahme eines kleineren Kegelschaftes. z. B. eines ISO 50-Steilkegels, eiircs Werkzeuges aufweist. Derartige Werkzeughalter, die die Verwendung von Werkzeugen mit kleineren Kegelschäften ;ils die Spindelaufnahmebohrung ermöglichen, werden auch als Reduzierungen, Adapter oder Zwischenstücke bezeichnet. Bei einem bekannten Werkzeughalter der eingangs erwähnten Art (DE-Firmenschrift von Firma Forkardt »Schnellwechsel-Werkzeughalter System i:rickson«, BE378.0I.2 D, 1978) 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 Mitnahmenuten eines am Werkzeug anschließend an den t'egclstltaft vorgesehe nen Flansches hindurchtreien können. Bei Verdrehung 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 Festspan lien des Werkzeugkcgelschaftes in der Aufnahmeboh rung des Tragkörpers. Abgesehen davon, daß mit Hilfe einer derartigen Überwurfmutter nur verhältnismäßig geringe Spannkräfte ausgeübt werden können, die für (Jroßwcrkzeugmaschinen nicht ausreichen, ist dieser

so bekannte Werkzeughalter auch nicht für einen automalischen Werkzeugwechsel geeignet. Es ist ferner eine l-.inrichlung mit Spannzangenträger zum Einspannen von Werkzeugschäften bekannt (DE-Firmenschrift der Firma Ott »zuverlässig + schnell + sicher; Werkzeug spanner«, 4.11.1982), bei der zum Spannen der Werk- zcugschäflc in axialer Richtung der Spindel ein Tellcrfcderpaket wirkt und zum Lösen der Spannzange und zum Ausstoßen des Wcrk/.eugkegelschaftes mindestens ein hydraulisch bcaufschlagbarer, auf den Federdruck

Wi augegengesctzi einwirkender Kolben vorgesehen ist. Durch die koaxial zu dem Spannzangcnlrägcr angeordneten Tellerfedcrn wird jedoch eine sehr große Baulänge in axialer Richtung erreicht, die es unmöglich macht, eine derartige Spannvorrichtung in den verhältnismäßig

bS kleinen Raum des Werkzeughalters einzubauen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen der eingangs erwähnten Art mit einer Spann-,