DE3410563C2 - Spannvorrichtung für Werkzeuge od.dgl. - Google Patents

Abstract

Um eine Spannvorrichtung für Werkzeuge, Einsätze o. dgl. zu schaffen, die sowohl eine hohe Starrheit des Gesamtsystems besitzt als auch hohen Ansprüchen an die Rundlaufgenauigkeit genügen kann, ist vorgesehen, daß der Schaftansatz (13) des Werkzeuges (7) o. dgl. einen Hohlraum (14) und eine elastisch verformbare Wandung (15) aufweist und eine Aufweiteinrichtung (16) vorhanden ist, die mittels einer Spannschraube (17) betätigbar ist und wenigstens einen quer zur Längsachse (L) des Schaftansatzes (13) gegen die Innenseite (15a) der Wandung (15) preßbaren Spannkörper (18) enthält.

Description

des Gesamtsystems axial und radial ergibt.

Bei alledem hat die Vorrichtung den großen Vorteil, daß sich die Verspannung der Teile durch Betätigung der Aufweiteinrichlung im Entlastungssime aufheben läßt, so daß das Werkzeug dann ohne Schwierigkeiten von der Grundaufnahme gelöst werden kann.

Die Aufweiteinrichtung läßt sich in verschiedener Weise ausbilden. Bei einer vorteilhaften Ausführung weist dieselbe ein am Schaftansatz des Werkzeuges od. dgl. lösbar befestigtes Widerlager für die Spannkörper und ein mit Innengewinde für die Spannschraube versehenes Druckstück auf, mittels dessen die sich einerseits an dem Widerlager abstützenden und andererseits an der Außenseite des Druckstückes anliegenden Spannkörper radial auswärts bewegbar sind. Das Widerlager ist zweckmäßig ein in eine kurze Gewindebohrung am linde des Schaftansalzes eingeschraubte mutle.nartige Scheibe. Vorteilhaft wird die Ausbildung so getroffen, daß das Widerlager eine Bohnmg aufweist, die größer ist, als es zum Durchtritt der Spannschraube nötig wäre, und das Druckstück mit einem Ansatz versehen ist, der in dieser Bohrung des Widerlagers geführt ist.

Das Druckstück weist bei einer günstigen Ausführung in seinem den Spannkörpern zugewandten Teil eine Kegelfläche auf. Es ist weiterhin auch möglich, an dem Druckstück einzelne Schrägflächen vorzusehen, die den einzelnen Spannkörpern zugeordnet sind.

Die Spannkörper können je nach den Gegebenheiten unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere kommen Kugeln in Betracht oder weiterhin auch Teile eines Ringes. In diesem Fall haben die Ringteile vorteilhaft eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche, mit der sie sich gegen die Innenseite des Schaftansatzes legen können, und innen eine Konusfläche, die einer Kegelfläche am Druckstück zugewandt ist.

Als Material für die Spunnkörper kommt Stahl oder ein anderes geeignetes Metall, weiterhin aber auch Kunststoff in Betracht. Bei einer sehr zweckmäßigen Ausführung bestehen die Spannkörper wenigstens teilweise aus schwingungsdämpfendem Material.

Die Spannschraube kann an sich eine normale Kopfsehraube sein, die mit ihrem Kopf z. B. an einer nach hinten gewandten Schulter der Grundaufnahme zur Anlage kommt und bei ihrer Drehung die Aufweitvorrichtung betätigt. Auch läßt sich bei Verwendung einer Kopfschraube die Ausbildung so treffen, daß in einer hinter dem zylindrischen Sitz in der Grundaufnahme vorgesehenen Gewindebohrung eine Scheibe od. dgl. einschraubbar ist, die dann ein Widerlager für den Kopf der Spannschraube bildet.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist als Spannschraube eine Differentialschraube vorgesehen, die mit einem rückwärtigen Gewindeteil in e^;inem Gewinde der Grundaufnahme schraubbar ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine Spannvorrichtung im axialen Längsschnitt,

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 1 ohne Druckstück und Spannschraube,

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer abgewandelten Ausführung und

Fig.4 eine weitere Ausführung der Spannvorrichtung in einem der F i g. 1 entsprechenden Schnitt.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Grundaufnahme Il gezeigt, die einen hinteren, als Kegel 2 (insbesondere Steilkegel) ausgebildeten Teil aufweist, der in den Aufnahmekonus der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, z. B. eines NC- oder CA/C-Bearbeitungszentrums, einsetzbar und dort in bekannter Weise zur drehenden Mitnahme durch die Spindel festlegbar ist Ein Ringflansch 3 kann mit einer nicht dargestellten Umfangsnut zum Erfassen durch den Greifer eines Werkzeugwechselsystems versehen sein. Ein vorderer Kopfteil 4 der Grundaufnahme 1 weist eine stirnseitige ringförmige Anlagefläche 5 für eine entsprechende Gegenfläche 6 an einem lösbar festzulegenden Werkzeug 7 oder einem sonstigen Einsatz auf, von dem nur der rückwärtige Teil wiedergegeben ist Der vordere Teil kann als Fräser, Bohrer oder in anderer Weise ausgebildet bzw. mit einer oder mehreren Schneiden oder sonstigen Arbeitselementen besiückt sein. An zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Anlagefläche 5 ist jeweils in einer Vertiefung ein Mitnehmerstein 8 mit einer Schraube 9 befestigt, der in eine angepaßte Ausnehmung 10 in der Gegenfläche 6 des Werkzeuges 7 eingreift Hierdurch ist eine von der noch zu erläuternden Verspannung unabhängige bzw. zu dieser zusätzliche Drehmomentübertragung gegeben.

Die Grundaufnahme 1 weist eine Bohrung 11 auf, deren vorderer Teil einen z. B. durch Schleifen bearbeiteten genauen zylindrischen Sitz 12 für einen mit geeigneter Passung gefertigten zylindrischen Schaftansatz 13 des Werkzeuges 7 bildet. Im Schaftansatz 13 ist ein Hohlraum 14 vorhanden. Die Dicke der im Bereich desselben verbleibenden Wandung 15 ist in Verbindung mit den Eigenschaften des insbesondere aus Stahl bestehenden Schaftansatzes so gewählt, daß zumindest eine geringe elastische Verformbarkeit in radialer Richtung vorhanden ist, ohne daß dazu übermäßig große Kräfte aufgebracht werden müßten.

Im Hohlraum 14 ist eine insgesamt mit der Ziffer 16 bezeichnete Aufweiteinrichtung untergebracht, die mittels einer Spannschraube 17 betätigt werden kann und die quer zur Längsachse L des Schaftansatzes 13 bzw. des Werkzeuges und der Grundaufnahme gegen die Innenseite 15a der Wandung 15 preßbare Spannkörper 18 enthält. Letztere haben bei der Ausführung nach Fi g. 1 und 2 die Form von Abschnitten eines unterteilten Ringes. Es sind z. B. acht solcher Ringteile vorhanden (F i g. 2). Ihre Außenseiten sind der Form der Innenseite 15a der Wandung 15 angepaßt, hier im wesentlichen also zylindrisch. Auf ihren Unterseiten sind die Spannkörper 18 eben und stützen sich auf der ebenen Stirnfläehe eines Widerlagers 19 ab, das bei dieser Ausführung eine mit Außengewinde versehene Ringscheibe ist, die in ein Innengewinde 14a am Ende des Hohlraumes 14 eingeschraubt ist. Innenseitig bilden die Spannkörper insgesamt eine Konusfläche 18a. Dieser entspricht eine Kegelfläche 20a an einem Druckstück 20, das eine Gewindebohrung 21 für ein entsprechendes Gewinde 22 am vorderen Teil 17a der Spannschraube 17 aufweist. Das Druckstück 20 ist ferner mit einem Ansatz 25 versehen, der mit seiner Außenfläche in der entsprechend ausgebildeten Mittelbohrung 19a des Widerlagers 19 geführt ist.

Die Spannschraube 17 ist bei der Ausführung nach F i g. 1 und 2 eine Differentialschraube, deren hinterer Teil 17£> mit einem Außengewinde 24 versehen ist, da eine andere Steigung als das Gewinde 22 des vorderen Teiles 17a hat und in eine entsprechende Gewindebohrung 23 der Grundaufnahme 1 eingeschraubt ist Insbesondere kann es so sein, daß bei gleicher Richtung der

Steigung das Gewinde 24 eine größere Steigung als das Gewinde 22 hat.

Die Differentialschraube 17 hat am Ende einen Innensechskant 26 für den Eingriff eines Schlüssels. Durch Drehen der Schraube 17 wird das Druckstück 20 in Richtung auf das Widerlager 19 gezogen. Dadurch werden die Spannkörper 18 radial nach außen gegen die Innenseite 15a der Wandung 15 gedruckt, so daß die letztere eine Dehnung im Sinne einer elastischen Aufweitung erfährt und dadurch der Schaftansatz 13 radial allseitig fest gegen den zylindrischen Sitz 12 der Grundaufnahme 1 gepreßt wird. Zuvor bzw. im Verlauf dieses Vorgangs ist durch die mit der Einrichtung erzeugte Kraft in Längsrichtung auch die Gegenfläche 6 des Werkzeuges 7 fest gegen die Anlagefläche 5 der Grundaufnahme 1 gezogen worden. Insgesamt ist somit eine spielfreie axiale und radiale Verspannung des Werkzeuges 75 mit der Grundaufnahme 1 erreicht.

Die Erfindung schließt auch eine Ausführung ein, bei der anstelle mehrerer Ringteile 18 od. dgl. als Spannkörper ein einteiliger Spannkörper vorhanden ist, namentlich ein Ring. Dessen Formgebung und Dimensionierung laß sich so wählen, daß dieser Spannkörper selbst eine Aufweitung unter der Einwirkung des Druckstükkes erfahren kann, die dann zur gewünschten Radialbelastung der Wandung des Schaftansatzes führt. Außer Stahl oder ggfs. einem Nichteisenmetall kommt insbesondere auch Kunststoff als Material für den bzw. die Spannkörper in Betracht.

F i g. 3 zeigt eine Ausführung, bei der als Spannkörper eine Anzahl von regelmäßig über den Umfang verteilten Kugeln 30 vorgesehen ist, wobei ggfs. zwischen den Kugeln Abstandhalter vorhanden sein können, z. B. in Form eines Käfigs. Im übrigen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in F i g. 1 und 2 bezeichnet. Das Druckstück 20 kann statt mit einer Kegelfläche 20a auch mit einzelnen über den Umfang verteilten Schrägflächen versehen sein, von denen dann jede einer Kugel zugeordnet ist. Sinngemäß und entsprechend gilt dies auch für andere Arten von Spannkörpern.

Bei der Ausführung nach Fig.4 ist in eine mit Abstand hinter dem zylindrischen Sitz 12 angeordnete Gevvindebohrung 32 in der Gmndaufnahme 31 eine mit Außengewinde versehene Scheibe 33 eingeschraubt, die ein Mittelloch 34 für den Durchtritt der hier als Kopfschraube ausgebildeten Spannschraube 27 aufweist und als Anlage für den mit Innensechskant 26 versehenen Kopf 28 der Schraube dient Die Schraube 27 kann durch eine vom (nicht gezeigten) hinteren Ende der Grundaufnahme 31 ausgehende Bohrung 35 her angezogen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Spannvorrichtung für Werkzeuge, Einsätze od. dgl. in einer Grundaufnahme, die einen in den Aufnahmekonus einer Arbeitsspindel einfügbaren Außenkegel und einen Kopfteil mit stirnseitiger Anlagefläche für eine Gegenfläche des Werkzeuges od. dgl. sowie eine Bohrung mit wenigstens einem Sitz für einen entsprechenden Schaftansatz des Werkzeuges od. dgl. aufweist, wobei eine axiale Spannschraube zum Festlegen des Werkzeuges od. dgl. in der Grundaufnahme vorhanden ist und bei der der Schaftansatz des Werkzeuges od. dgl. einen Hohlraum und im Bereich desselben eine zumindest geringfügig radial elastisch verformbare Wandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (14) eines zylindrischen Schaftansatzes (13) eine Aufweiteinrichtung (16) angeordnet ist, die mittels der Spannschraube (17,27) betätigbar ist und wenigstens einen quer zur Längsachse (L) des Schaftansatzes (13) gegen die Innenseite (15a,) der Wandung (15) preßbaren Spannkörper (18, 20) enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweiteinrichtung (16) ein am Schaftansatz (13) lösbar befestigtes Widerlager (19) für die Spannkörper (18,30) und ein mit Innengewinde (21) für die Spannschraube (17, 27) versehenes Druckstück (20) aufweist, mittels dessen die Spannkörper (18,30) radial bewegbar sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine in eine Gewindebohrung (XAa) des Schaftansatzes (13) einschraubbare Ringscheibe (19) od. dgl. als Widerlager.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (20) einen in einer Bohrung (19a,} des Widerlagers (19) geführten Ansatz (25) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (20) eine Kegelfläche (2OaJ aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (20) einzelne Schrägflächen aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Kugeln (30) als Spannkörper.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Teile (18) eines Ringes als Spannkörper.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkörper (18, 30) wenigstens teilweise aus schwingungsdämpfendem Material bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (17) eine Differentialschraube ist, die mit einem Gewindeteil (\7b) in einem Gewinde (23) der Grundaufnahme (1) schraubbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in eine hinter dem zylindrischen Sitz (12) vorgesehenen Gewindebohrung (32) in der Grundaufnahme (31) eine Scheibe od. dgl. einschraubbar ist, die eine Anlage für den Kopf (28) einer Spannschraube (27) bildet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für Werkzeuge, Einsätze od. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Vorrichtung nach der nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 14 591 weist ein Anschlußteil einen kegeligen Zentrierzapfen auf, der in eine kegelige Aufnahmebohrung eines Aufnahmekörpers einfügbar ist. Der Innenkegel der Aufnahmebohrung hat dabei einen um einen vorbestimmten kleinen Winkelwert größeren Kegelwinkel als der Außenkegel des Zentrierzapfens. Die Winkeldifferenz beträgt wenige Winkelminuten. Beim Einfügen des Zentrierzapfens in die Aufnahmebohrung soll dadurch der Außenkegel zunächst im Bereich seines kleinsten Durchmessers mit dem Innenkcgel b Berührung kommen. Beim weiteren, mittels der Spannschraube bewirkten axialen Verspannen des Anschlußteiles mit dem Aufnahmekörper wird der Außenkegel des Zentrierzapfens elastisch verformt, um eine möglichst großflächige Anlage der beiden Kegel zu erreichen, wenn am Ende des Spannvorganges die einander zugeordneten Planflächen am Aufnahmekörper und am Anschlußteil miteinander zur Anlage kommen. Um die elastische Verformung des Zentierzapfenendes im Bereich seines Außenkegels zu ermöglichen, ist der Zentrierzapfen mit einem zu seiner freien Stirnseite hin offenen Hohlraum in Form einer Ausdrehbng versehen. Deren Dus chmesser ist so gewählt, daß der die Ausdrehung umgebende ringförmige Teil des Zentrierzapfens elastisch nachgeben kann.

Ein solches Spannsystem ist nur bei Teilen mit kegeligen Sitzflächen zu verwirklichen. Seine Wirksamkeit hängt weierhin davon ab, ob es gelingt, die sehr geringe Diffenz der Kegelwinkel an den beiden Teilen fertigungsmäßig wirklich zu erreichen. Die einmal erzeugte Verspannung beider Teile ist eine dauernde. Sie bleibt auch dann bestehen, wenn die Spannschraube gelöst wird. Es sind keine Mittel angegeben, wie die Verspannung aufgehoben werden kann, wenn die Teile voneinaner getrennt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die auch ohne das Erfordernis konischer Sitzflächen und der Einhaltung bestimmter Winkelwerte eine hohe Starrheit des Gesamtsystems aus Grundaufnahme und eingespanlem Werkzeug od. dgl. besitzt und hohen Ansprüchen an die Rundlaufgenauigkeit genügen kann, die keine fertigungstechnischen Probleme aufwirft und die bei alledem auch ein Aufheben der Verspannung und somit ein leichtes Lösen der Teile voneinander ermöglicht.

Die Erfindung strebt dabei ferner eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung mit ihren Teilen im einzelnen an. Weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der Erläuterung der jeweils aufgezeigten Lösung.

Die Erfindung sieht eine Spannvorrichtung mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen vor.

Bei einer solchen Vorrichtung ist ein axial und radial spannendes System gegeben, welches infolge der Auf-Weitung der betreffenden Wandungsbereiche des Schaftansatzes des Werkzeuges od. dgl. eine absolut feste und satte Anlage an dem mit hoher Genauigkeit herstellbaren zylindrischen Sitz der Grundaufnahme ergibt und dadurch eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit gewährleistet. Zugleich wird die Planflächc des Werkzeuges od. dgl. fest gegen die siirnsehige Anlagefläche der Grimdaufimhme gepreßt, was in axialer Richtung einen sicheren Zusammenhalt und eine große Starrheit