DE3406490A1 - Auswechselbarer werkzeugkopf fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschine - Google Patents
Auswechselbarer werkzeugkopf fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschineInfo
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Description
4
BESCHREIBUNG
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für ein umlaufendes Werkzeug einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine,
mit einem als Werkzeugträger dienenden Planschieber, der im Werkzeugkopf gelagert und durch eine
in der Arbeitsspindel konzentrisch angeordnete, axial verschiebbare, zweigeteilte Verstellstange radial zur
Spindelachse verschiebbar ist, und einer Spannvorrichtung, durch die der Werkzeugkopf an der Arbeitsspindel
der Werkzeugmaschine festgespannt ist.
Derartige Werkzeugköpfe mit radial verstellbarem Planschieber, wie sie z.B. zum Drehen (Feindrehen, Kopierdrehen,
Plandrehen, Einstechen, Hinterstechen) oder auch Bohren (Vollbohren, Aufbohren) oder Gewindeschneiden
und Gewindestrehlen eingesetzt werden, sind bekannt (vgl. z.B. DE-PS 17 77 296). Der Werkzeugkopf ist beispielsweise
durch eine Schraubverbindung an der Arbeitsspindel befestigt. Häufig ist der als Werkzeughalter
dienende Planschieber für den selbsttätigen Werkzeugwechsel eingerichtet; d.h., daß das Werkzeug in dem
radial verstellbaren Planschieber durch eine Werkzeugwechselvorrichtung auswechselbar angeordnet ist.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein Werkzeugkopf mit einem radial verstellbaren Planschieber für eine
numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine geschaffen werden, bei dem der Werkzeugkopf durch eine von einer gegebenenfalls
vorgesehenen Werkzeugwechselvorrichtung unabhängige Wechselvorrichtung auswechselbar ist. Dennoch
soll die radiale Verstellbarkeit des Planschiebers erhalten bleiben.
3A06490
Ein Werkzeugkopf mit den eingangs angegebenen Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der
Werkzeugkopf durch eine Wechselvorrichtung bezüglich der Arbeitsspindel auswechselbar ist und zum Auswechsein
des Werkzeugkopf es die Spannvorrichtung selbsttätig
lösbar und die Verstellstange durch eine lösbare Kupplung selbsttätig trennbar ist.
Zusätzlich zu der Werkzeugkopf-Wechselvorrichtung kann eine Werkzeugwechselvorrichtung zum Auswechseln des
Werkzeuges bezüglich des Planschiebers vorgesehen werden. Hierdurch entsteht ein Werkzeugwechselsystem
entsprechend großer Flexibilität.
Als Spannvorrichtung dient vorzugsweise ein Spannkegel mit einer in der Arbeitsspindel angeordneten Zugstange,
die an Anschlagflachen in der kegeligen Oberfläche des
Spannkegels angreift. Das Innere des Spannkegels ist daher frei für die Aufnahme der zur Betätigung des
Planschiebers dienenden Verstellstange, deren Kupplung vorzugsweise als Kugelrastverbindung ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb der Verstellstange eine zweite Verstellstange angeordnet,
die zum Verstellen eines radialen Anschlages für die Radialbewegung des Planschiebers dient und die ebenfalls
durch eine lösbare Kupplung selbsttätig trennbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Werkzeugkopfes mit dem vorderen
Teil der zugehörigen Arbeitsspindel;
Figur 2 eine der Figur 2 entsprechende Detailansicht zur Darstellung bestimmter Einzelheiten der
in Figur 1 gezeigten Spannvorrichtung zum Verbinden des Werkzeugkopfes mit der Arbeitsspindel;
Figur 3 eine Detailansicht in Blickrichtung der Pfeile III-III in Figur 2;
Figur 4,5 der Figur 1 entsprechende Detailansichten der
Verbindung zwischen Werkzeugkopf und Arbeitsspindel in unterschiedlichen Betriebsstellungen.
Figur 1 zeigt einen Werkzeugkopf 2 an einer Arbeitsspindel 4, die in einem Spindelstock 6 einer im übrigen nicht weiter
dargestellten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine drehbar gelagert ist.
Der Werkzeugkopf 2 weist einen Hauptkörper 8 auf, der durch eine Spannvorrichtung 10 an der Arbeitsspindel 4 auswechselbar
angebracht ist. Zum Auswechseln dient eine in die Werkzeugmaschine integrierte Werkzeugkopf-Wechselvorrichtung,
die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Die Spannvorrichtung 10 weist einen mit dem Hauptkörper 8 verschraubten Spannkegel 12 auf, der mit einer kegeligen
Oberfläche in einer entsprechenden Kegelbohrung 14 der hülsenförmig ausgebildeten Arbeitsspindel 4 sitzt. Der
Spannkegel 12 wird in die Kegelbohrung 14 durch eine Zugstange 16 gezogen, die in der Innenbohrung der Arbeitsspindel
4 axial verschiebbar gelagert ist und mit dem Spannkegel 12 durch eine lösbare Zugverbindung 18 kuppelbar
ist.
Die Zugstange 16 ist beispielsweise durch eine Federeinrichtung in Form eines Tellerfederpaketes (nicht gezeigt)
in Zugrichtung vorgespannt und wird beispielsweise durch einen hydraulisch betätigten Stellmotor
(nicht gezeigt) in Gegenrichtung verschoben. Da die lösbare Zugverbindung 18 nach Art eines Bajonettverschlusses
ausgebildet ist, muß die Zugstange ferner noch eine begrenzte Drehbewegung ausführen können, wozu
beispielsweise eine senkrechte zur Spindelachse verschiebbare Zahnstange (nicht gezeigt) vorgesehen
werden kann.
Die nach Art eines Bajonettverschlusses ausgebildete Zugverbindung 18 weist am vorderen Ende der Zugstange
16 axial abstehende Finger 20 auf, die an ihren vorderen Enden mit radial nach innen ragenden Vorsprüngen
2.2 versehen sind.
Die VorSprünge 22 wirken mit in der kegeligen Oberfläche
des Spannkegels 12 gebildeten Aussparungen
24 (vgl. Figur 2 und 3) zusammen. Jede Aussparung weist eine axial verlaufende Bodenfläche 26 auf, die über
einen Teil ihrer Breite durchgehend ausgebildet und über den übrigen Teil ihrer Breite axial begrenzt ist,
wodurch eine radial verlaufende Anschlagfläche 28 gebildet wird (vgl. Figur 1 und 2). Auf diese Weise
können die VorSprünge 22 durch eine axiale Relativverschiebung
zwischen der Zugstange 16 und dem Spannkegel 12 in die Aussparungen 24 eingefahren und durch
eine anschließende Relativdrehung zwischen der Zugstange 16 und dem Spannkegel 12 in Anlage mit den Anschlagflächen
28 gebracht werden.
Da die Zugverbindung 18 an der Außenfläche des Spannkegeis
12 vorgesehen ist, ist die Mitte des Spannkegels 12 frei zur Aufnahme von Verstellstangen, wie
im folgenden noch erläutert wird.
Im Hauptkörper 8 des Werkzeugkopfes 2 ist ein Planschieber 30 radial verschiebbar gelagert. Der Planschieber
3 0 dient als Werkzeughalter für ein umlaufendes Werkzeug 32, das am Planschieber durch eine gestrichelt
angedeutete selbsttätig lösbare Spannvorrichtung 34 festgespannt und durch eine (nicht gezeigte)
Werkzeugwechselvorrichtung auswechselbar ist.
Zum radialen Verstellen des Planschiebers 30 dient eine axial verschiebbare Verstellstange 36, die über eine
axial verschiebbare Zahnstange 38 und eine gestrichelt angedeutete Schrägverzahnung 40 mit dem Planschieber
30 verbunden ist.
Die radiale Verschiebung des Planschiebers 30 wird durch einen verstellbaren Anschlag 42 begrenzt, der
im Hauptkörper 8 radial verschiebbar gelagert ist und über eine Nockenverbindung 44 mit einer zweiten axial
verschiebbaren Verstellstange 46 verbunden ist.
Die beiden Verstellstangen 36 und 46 werden beispielsweise von (nicht gezeigten) Schrittmotoren axial
verschoben, die in Abhängigkeit von Meßwertsignalen numerisch gesteuert werden.
Die Verstellstange 36 ist zweigeteilt und weist einen in Bohrungen des Hauptkörpers 8 und des Spannkegels
gelagerten Teil 36a und einen in einer Bohrung der,Zugstange
16 gelagerten Teil 36b auf. Die Teile 36a,36b der Verstellstange 36 sind durch eine Kupplung 48
miteinander verbunden.
In der gleichen Weise ist die Verstellstange 46 zweigeteilt, wobei ein Teil 46a in einer Bohrung des Teils
36a der Verstellstange 36 und ein Teil 46b im Teil 36b der Verstellstange 36 gelagert ist. Die beiden
Teile 46a,46b der Verstellstange 46 sind durch eine lösbare Kupplung 50 miteinander verbunden.
Die beiden, Kupplungen 48 und 50 sind als Kugelrastverbindungen
ausgebildet und haben im wesentlichen den gleichen Aufbau, so daß die Beschreibung einer der
beiden Kupplungen ausreichend ist.
Wie aus den Figuren 1,4 und 5 hervorgeht, besitzt die Kupplung 48 Rastkugeln 52, die in radialen Durchbrüchen
des hülsenförmig ausgebildeten Teiles 36b der Verstellstange 36 angeordnet sind. Im eingekuppelten
Zustand greifen die Rastkugeln 52 radial nach innen in eine Ringnut 54 des Teils 36a der Verstellstange
36 und sorgen durch Anlage an einer abgerundeten Schulter der Ringnut 54 für eine Zugverbindung zwischen
den beiden Teilen 36a,36b der Verstellstange 36.
Befindet sich die Kupplung 48 in einem verriegelten Zustand (Figur 1), so wird ein Austritt der Rastkugeln
52 radial nach außen durch Anlage an der Innenwand 56 der Innenbohrung der Zugstange 16 verhindert.
Die Teile 36a,36b der Verstellstange 36 liegen im eingekuppelten
Zustand über konische Anschlagflächen 58 aneinander an. Wird daher der Teil 36b (in den Figuren
1,4 und 5) nach links verschoben, nimmt er den Teil 36a aufgrund der Anschlagverbindung 58 mit. Die Rastkugeln
52 gelangen hierbei in den Bereich einer konischen Erweiterung 60 der Zugstange 16, so daß nun die
Rastkugeln 52 bei einer axialen Relativbewegung zwischen den Teilen 36a,36b von der abgerundeten Schulter
der Ringnut 54 radial nach außen gedrückt werden. Die Teile 36a und 36b der Verstellstange 36 lassen
sich hierdurch trennen (Figur 5).
Wie bereits erwähnt, hat die Kupplung 50 zwischen den Teilen 46a,46b der Verstellstange 46 den gleichen Aufbau
wie die Kupplung 48, wobei in diesem Fall der
Teil 36b der Verstellstange 3 6 die Rolle der Zugstange
16 übernimmt.
Im folgenden wird die Funktionsweise der beschriebenen Anordnung erläutert.
Im gespannten Zustand (Figur 1) greifen die Vorsprünge
22 der Zugstange 16 an den Anschlagflächen 28 des Spannkegels 12 an, so daß die Zugstange 16 den Spannkegel
12 in die Kegelbohrung 14 der Arbeitsspindel 4 zieht.
Die Arbeitsspindel 4 mit dem Werkzeugkopf 2 und dem das Werkzeug tragenden Planschieber 30 werden in üblicher
Weise angetrieben. Die Zugstange 16 sowie die im Inneren der Zugstange 16 und des Spannkegels 12 gelagerten Verstellstangen
36 und 46 laufen mit um.
Da jeweils die beiden Teile 36a,36b der Verstellstange
36 bzw. die beiden Teile 46a,46b der Verstellstange 46 durch ihre Kupplungen 48 und 50 in beiden axialen Richtungen
kraftschlüssig miteinander verbunden sind, können im Betrieb der Planschieber 30 sowie dessen Anschlag 42
radial verstellt werden. Das Werkzeug 32 kann beispielsweise
zum Drehen (Plandrehen, Feindrehen, Kopierdrehen, Einstechen, Hinterstechen), aber auch zum Bohren
(Vollbohren, Aufbohren) und Gewindeschneiden oder Gewindestrehlen verwendet werden.
Soll nun der Werkzeugkopf 2 ausgewechselt werden, so muß zunächst die Zugverbindung 18 gelöst werden. Zu diesem
Zweck wird die Zugstange 16 relativ zum Spannkegel 12 um einen der Breite der Aussparung 24 entsprechenden
Winkel gedreht, so daß die Vorsprünge 22 und die Anschlagflächen 28 außer Eingriff gelangen.
Die (nicht gezeigte) Werkzeugkopf-Wechselvorrichtung
ergreift nun den Werkzeugkopf 2 und hebt ihn um eine genau vorgegebene Strecke I (Figur 4) in axialer
Richtung von der Arbeitsspindel 4 ab. Bei dieser Hubbewegung werden die beiden noch gekuppelten Verstellstangen
36 und 46 von ihren zugehörigen Antriebseinrichtungen (Schrittmotoren) um die gleiche Strecke
mitbewegt, so daß die Versteilstangen 36 und 46 eine
axiale Relativbewegung bezüglich der Zugstange 16 und der Arbeitsspindel 4 ausführen. Aufgrund dieser
axialen Relativbewegung zwischen der Verstellstange 36 und der Zugstange 16 gelangen die Rastkugeln 52
der Kupplung 48 in ihren Entriegelungsbereich (Figur 4) .
Die Werkzeugkopf-Wechselvorrichtung verschiebt nun den Werkzeugkqpf 2 um eine genau vorgegebene zweite
Strecke II (Figur 5). Während dieser Bewegung bleibt der Teil 36b der Verstellstange 36 stehen, so daß die
Kupplung 48 gelöst und der Teil 36a der Verstellstange 36 vom Teil 36b getrennt wird.
Während dieser Bewegung werden die beiden Teile 46a, 46b der Verstellstange 46 zusammen mit dem Werkzeugkopf
2 axial verschoben, so daß aufgrund der axialen Relatiwerschiebung zwischen dem Teil 46b und dem
Teil 36b die Rastkugeln der Kupplung 50 in ihren Entriegelungsbereich gelangen (Figur 5).
Durch eine anschließende weitere Axialbewegung des Werkzeugkopfes 2 wird nun auch die Kupplung 50 ausgerückt,
so daß sich die Teile 46a und 46b der Verstellstange 46 trennen lassen.
Nachdem somit die Zugverbindung 18 und die beiden Kupplungen 48 und 50 gelöst sind, läßt sich der Werkzeugkopf
von der Arbeitsspindel 4 trennen und in einem Werkzeugmagazin (nicht gezeigt) ablegen. Beim Einsetzen eines
neuen Werkzeugkopfes erfolgen die Bewegungsabläufe der verschiedenen Teile in der umgekehrten Reihenfolge.
- Leerseite -
Claims (11)
- 3406A90PATENTANSPRÜCHE:(1.jWerkzeugkopf für ein umlaufendes Werkzeug einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, mit einem als Werkzeugträger dienenden Planschieber, der im Werkzeugkopf gelagert und durch eine in der Arbeitsspindel konzentrisch angeordnete, axial verschiebbare, zweigeteilte Verstellstange radial zur Spindelachse verschiebbar ist, und einer Spannvorrichtung, durch die der Werkzeugkopf an der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine festgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (2) durch eine Wechselvorrichtung bezüglich der Arbeitsspindel (4) auswechselbar ist und zum Auswechseln des Werkzeugkopfes die Spannvorrichtung (10) selbsttätig lösbar und die Verstellstange (36) durch eine lösbare Kupplung (48) selbsttätig trennbar ist.
- 2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (10) einen am Werkzeugkopf(2) vorgesehenen Spannkegel (12), der in eine entsprechend ausgebildete Kegelbohrung (14) der Arbeitsspindel (4) einsetzbar ist, sowie eine axial verschiebbare Zugstange (16) aufweist, die in der Arbeitsspindel (4) die Verstellstange (16) konzentrisch umgebend angeordnet und mit dem Spannkegel (12) durch eine lösbare Zugverbindung (18) kuppelbar ist.
- 3. Werkzeugkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (48) der zweigeteilten Verstellstange(36) eine Kugelrastverbindung ist, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen der Zugstange (16) und der Verstellstange (36) freigebbar bzw. verriegelbar ist und durch eine axiale Relativbewegung zwischen den beiden Teilen (36a,36b) der Verstellstange (36) ein- bzw. ausrückbar ist.
- 4. Werkzeugkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellstange (36) über eine Schrägverzahnung (40) mit dem Planschieber (30) verbunden ist.
- 5. Werkzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Radialbewegung des Planschiebers durch einen Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (42) in radialer Richtung durch eine zweite zweigeteilte Verstellstange (46) verstellbar ist, die innerhalb der ersten Verstellstange (36) angeordnet und durch eine zweite lösbare Kupplung (50) selbsttätig trennbar ist.
- 6. Werkzeugkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (50) eine Kugelrastverbindung ist, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten Verstellstange (36,46) freigebbar bzw. verriegelbare ist und durch eine axiale Relativbewegung zwischen den beiden Teilen (46a,46b) der zweiten Verstellstange (46) ein- bzw. ausrückbar ist.
- 7. Werkzeugkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (42) im Werkzeugkopf (2) radial beweglich gelagert und durch eine Nockenverbindung (44) mit der zweiten Verstellstange (46) verbunden ist.
- 8. Werkzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Zugverbindung (18) an der Zugstange (16) vorgesehene radiale Vorsprünge (22) aufweist, die durch eine axiale und anschließende drehende Relativbewegung zwischen Zugstange (16) und Spannkegel (12) mit radialen Anschlagflächen (28) des Spannkegels (12) in Eingriff bringbar sind.
- 9. Werkzeugkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (28) in Aussparungen (24) an der kegeligen Oberfläche des Spannkegels (12) gebildet sind und die Vorsprünge (22) der Zugstange (16) radial nach innen ragen.
- 10. Werkzeugkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die VorSprünge (22) an vom vorderen Ende der Zugstange (16) axial abstehenden Fingern (20) vorgesehen sind.
- 11. Werkzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (32) am Planschieber (30) durch eine selbsttätig lösbare Spannvorrichtung (34) festgespannt und durch eine Werkzeugwechselvorrichtung bezüglich des Werkzeugkopfes (2) auswechselbar ist.
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