DE3428745A1

DE3428745A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3428745A1
Application number: DE19843428745
Authority: DE
Inventors: Adolf 8000 München Spinner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE3428745C2; IT210818Z2; FR2568503B3; CH668926A5; FR2568503A3; IT8536074V0

Description

Werkzeugmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den meisten metall-, holz- und kunststoffverarbeitenden Betrieben gibt es kleinere Werkzeugmaschinen, welche zum Schärfen von Werkzeugen sowie gelegentlichen Bearbeitungsvorgängen dienen und allen Betriebsangehörigen zur Verfügung stehen. Dies hat naturgemäß zur Folge, daß solche Maschinen nicht mit der gleichen Sorgfalt behandelt werden, wie eine Werkzeugmaschine, für die eine bestimmte Bedienungsperson verantwortlich ist. Der Zustand der Werkzeuge solcher Werkzeugmaschinen läßt daher meist sehr zu wünschen übrig.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art besteht darin, daß sich die Werkzeuge schlecht auswechseln lassen. Daher werden Bearbeitungsvorgänge, wie das Schärfen von z.B. Hobelmesser, Fräser, Drehmeißel oft mit ungeeigneten Werkzeugen durchgeführt.

Es gibt selbstverständlich bereits die verschiedensten Werkzeugspanneinrichtungen, die einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglichen. Die bekannten -Werkzeugspanneinrichtungen sind jedoch für kleinere Werkzeugmaschinen, wie Schleifbocke, kleinere Kreissägen und

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dergleichen entweder zu aufwendig oder aus Sicherheitsgründen ungeeignetT ~

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostengünstige und sichere "Kleinwerkzeugmaschine" der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein schneller Werkzeugwechsel möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden !Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die vorliegende Werkzeugmaschine ist preiswert und erlaubt trotzdem die Bearbeitungswerkzeuge schnell zu wechseln. Sie ist außerdem vorzugsweise so ausgebildet, daß ein schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen werkzeugen möglich ist.

Die vorliegende Werkzeugmaschine hat eine Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber den bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art: Da die rotierenden Werkzeuge, wie Fräser, Schleifscheiben, Kreissägeblätter und dergleichen schnell auf der Werkzeugspindel gespannt bzw. von ihr abgenommen werden können, kann man jedem Betriebsangehörigen, der mit der vorliegenden Werkzeugmaschine arbeiten muß, seinen eigenen Satz von Werkzeugen geben, für den dann dieser betreffende Betriebsangehörige allein verantwortlich ist.

Da die Werkzeuge und gegebenenfalls auch die Werkstückhalterungen schnell ausgewechselt werden können, sind optimale Bearbeitungsergebnisse gewährleistet.

Die vorliegende Werkzeugmaschine kann aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften auch für die Fertigung selbst verwendet werden und nicht nur für Nebenarbeiten . Viele Vor- und

Fertigbearbeitungen brauchen nämlich nicht mehr in zu mehrere Arbeitsgänge aufgeteilt/werden sondern können alle zusammen mit der vorliegenden Werkzeugmaschine nacheinander im Zuge einer einzigen Aufspannung erledigt werden, da innerhalb dieser Bearbeitung der Werkzeugwechsel schnell, einfach und sicher durchgeführt werden kann.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;

Figur 2 einen Axialschnitt des eine Werkzeugspindel und eine Spannvorrichtung enthaltenden Teils für eine Werkzeugmachine gemäß Figur 1; die Spannvorrichtung ist dabei in der Betriebsstellung mit eingerasteter Spannposition dargestellt;

Figur 3 eine Stirnansicht in Richtung eines Pfeiles A . der Figur 2;

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-Λ Figur 4 eine Figur 2 entsprechende Ansicht, die die Spannvorrichtung-.im gelösten Zustand zeigt, in dem das Werkzeug ausgewechselt werden kann.

Die in den Figuren als Ausführungsbeispiel der Erfindung __ dargestellte Werkzeugmaschine hat ein Gehäuse 10 mit einer im wesentlichen ebenen Vorderseite 12, in der sich eins schwalbenschwanzförmige Nut 14 zum Anbringen einer Werkstückspannvorrichtung (nicht dargestellt) befindet. Vorzugsweise ist die Maschine mit mehreren, verschiedenen Halterungen für Werkstückspannvorrichtungen verschieder Bauformen versehen, so daß unterschiedliche Werkstückspannvorrichtungen nach Bedarf schnell angebracht werden können. Beispielsweise kann sich in der Vorderseite noch eine T-Nut zum Anbrinaen einer entsprechenden anderen Spannvorrichtung befinden.

Die Werkzeugmaschine enthält ferner eine schnellaufende Werkzeugspindel 20, die am einen Ende 20a in üblicher 0 Weise über ein Getriebe mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) gekoppelt und durch zwei Kugellager 22 in einem Teil 12a des Gehäuses oder einem sonst nicht dargestellten Gestell gelagert ist.

Am anderen Ende bildet die Werkzeugspindel 20 einen Spannkegel 20b.

Die Werkzeugspindel hat eine axiale Bohrung, welche eine Spannstange 24 einer Werkzeugspanneinrichtung aufnimmt. Die Spannstange 24 hat an dem dem Kegel 20b benachbarten Ende einen flachen Spannkopf 26. Das andere Ende wird durch einen Anschlag in Form einer gehärteten Kugel 28 gebildet. Die Spannstange 24 ist durch eine in der axialen Bohrung der Werkzeug-

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spindel angeordnete starke Druckfeder vorgespannt, welche den Spannkopf 26 gegen den relativ flachen Spannkegel 20b zu drücken strebt. Die Druckfeder liegt zu diesem Zweck an einer Schulter am spannkegelseitigen Ende der Bohrung der Werkzeugspindel bzw. einer auf das anschlagseitige Ende der Spannstange aufgeschraubten Buchse 32 an, welche gleichzeitig das anschlagseitige Ende der Spannstange in der Bohrung der Werkzeugspindel axial verschiebbar führt. Der Spannkopf 26 ist in einer Nute der Werkzeugspindel 2 0 gegen ein Verdrehen bezüglich der Werkzeugspindel gesichert.

Die rotierenden Werkzeuge, z.B. ein Fräser 34, sind jeweils auf einer Nabe 36 befestigt, die auf der einen Seite einen Innenkegel hat, der auf den Snannkegel 20b paßt. Auf der anderen Seite befinden sich zwei sektorförmige Ausnehmungen 38, die Mitnehmer-Anschläge 40 für eine formschlüssige Mitnahme der Nabe durch den Spannkopf 26 bilden. Die Nabe weist außerdem eine längliche Durchbrechung 42 auf, durch die der Spannkopf 36 bei gelöster Spannvorrichtung (Figur 4) zum Aufsetzen bzw. Entfernen des mit der Nabe versehenen Werkstückes hindurchtreten kann. Angrenzend an die Anschläge 40 weisen die sich über etwa 90° erstreckenden Ausnehmungen 38 eine zusätzliche, rechteckige Vertiefung 43 auf, in der der Spannkopf bei ordnungsgemäß auf der Werkzeugspindel 2 0 gespanntem Werkzeug sitzt.

Die Spannstange 24 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 44 gekoppelt, die die Spannstange 24 in Figur 2 nach rechts gegen die Kraft der Feder 3 0 soweit zu verschieben gestattet, daß die Nabe 3 6 bezüglich des Spannkopfes 26 verdreht und das Werkzeug nach Drehung um 90° bezüglich des Spannkopfes 26 entfernt und ein anderes Werkzeug aufgesetzt und durch Drehung um in Soannoosition gebracht werden kann.

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·" 1 Die, Betätigungsvorrichtung 44 ist rein mechanisch/ so daß sie preiswert-, gefertigt werden kann und auch unter rauhen Bedingungen betriebssicher arbeitet-. Die Betätigungsvorrichtung 44 ist so ausgebildet, daß die Werkzeugspindel 20 nur daTin angetrieben werden kann, wenn ein Werkzeug ordnungsgemäß auf der Werkzeugspindel gespannt ist. Fer-ner— gewährleistet die Betätigungsvorrichtung, daß zwischen dem Beginn der Betätigung der Betätigungsvorrichtung zum Lösen der Entspannvorrichtung und dem tatsächlichen Beginn des Entspannvorganges eine Zeitspanne verstreicht, die mit Sicherheit für eine Stillsetzung der Werkzeugspindel ausreicht. Die Betätigungsvorrichtung 44, die z.B. über einen Schwenkhebel 46 (Figur 1) betätigbar ist, bewirkt also eine gewisse zeitliche Verzögerung zwischen dem Einleiten des Entspannvorganges durch die Bedienungsperson und dem tatsächlichen Lösen der Spannvorrichtung, also dem Beginn der Verschiebung der Spannstange 2 4 nach rechts in Figur 2.

Dies wird bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 bis 4 auf folgende Weise erreicht: Die axiale Verschiebung der Spannstange 24 erfolgt durch ein Steuerglied in Form einer Kurvenscheibe 48, welche mehrere Abschnitte aufweist.

In der in Figur 2 dargestellten Betriebsstellung mit ordnungsgemäß auf die Werkzeugspindel aufgespanntem Werkzeug hat das Anschlagsende der Spannstange, also die Kugel 28 eine solche Lage, daß sie nicht im Eingriff mit der Kurvenscheibe 48 steht. Diese Position der Spannstange 24 wird durch einen Hebel 50 abgefühlt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Kugel 28 und der

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. Kurvenscheibe 48 angeordnet ist und durch einen federbelasteten Rol7:en-5.2. gegen die Kugel 28 der Werkzeugspindel 20 gedrückt wird. Der Hebel 50 ist mit einer Rolle -56 versehen, an der die Kurvenscheibe 48

angreift. --

Die Kurvenscheibe 48 hat eine erste Einbuchtung 48a, die in der dem Betriebszustand der Werkzeugmaschine , _n entsprechenden Position der Kurvenscheibe 48 der Rolle 56 gegenüberliegt, so daß keine Berührung zwischen der Kurvenscheibe 4 8 und der Rolle 56 stattfindet. Die Kurvenscheibe 4 8 hat ferner eine weitere Einbuchtung 48b, die in der Ruhestellung der Kurven-

..!- scheibe 48 ein Betätigungsglied 58a eines Ruhekontaktschalters 58 freigibt. In Uhrzeigerrichtung gesehen schließt sich an die Einbuchtung 48a ein Abschnitt A-A1 . mit im wesentlichen konstantem Radius, der etwas größer ist als der Radius an der tiefsten Stelle der

2Q Einbuchtung 48a, an und dann ein Abschnitt A₁-B, in dem der Radius entsprechend einer Spirale ansteigt. An die Einbuchtung 48b schließt sich ein Abschnitt C-D mit einem für die Betätigung des Schalters 58 ausreichenden Radius an.

Die Position des Hebels 50 wird durch zwei weitere Ruhekontaktschalter 60, 62 abgefühlt, die in der in Figur 2 dargestellten Ruhelage das Hebels 50 nicht betätigt sind. Die Schalter 58, 60 und 62 sind

3Q in Reihe miteinander in den Stromkreis des nicht dargestellten, mit der Werkzeugspindel 20 gekoppelten Elektromotors geschaltet. Ein öffnen eines oder mehrerer Schalter bewirkt also ein Unterbrechen des Stromkreises für den Antriebsmotor. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise mit einer Federbremse versehen,

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" 1 die ihn beim Stromloswerden sofort abbremst. Selbstverständlich kann—auch—eine andere Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die die Werkzeugspindel 20 abbremst, wenn der Antriebsmotor stromlos gemacht wird.

Bei einem Entspannvorgang wird die Kurvenscheibe 48 um etwa 180° in Gegenuhr-zeigerrichtung gedreht. Dies löst folgende Vorgänge aus: Als erstes wird der Schalter 58 durch das Kurvenstück C-D betätigt und macht den Antriebsmotor stromlos, wobei dann auch die Federbremse wirksam wird. Praktisch gleichzeitig greift die Rolle 5 6 des Hebels 50 am Kurvenstück A-A1

.. . an. Einedadurch etwa verursachte Verschiebung der Spannstange nach rechts reicht jedoch nicht aus, um den Spannkopf 26 von der Nabe 36 zu lösen. Der beschriebene Zustand bleibt bestehen, bis der Punkt A. die Rolle 56 erreicht hat. Die Zeit für das Drehen der Kurvenscheibe 48 um den dem Abschnitt A-AT entsprechenden Winkel reicht aus, um die Werkzeugspindel 20 stillzusetzen. Anschließend wird nun der Hebel und damit die Spannstange 24 durch den ansteigenden Abschnitt A1-B der Kurvenscheibe nach rechts gedrückt, bis die in Figur 4 dargestellte Stellung erreicht ist, in der die Spannstange 24 soweit nach rechts verschoben ist, daß der Spannkopf 26 die Nabe 36 freigibt. Das Werkzeug 34 kann nun mit der Nabe 36 um 90° gedreht werden, so daß der Spannkopf die in Figur 3 gestrichelt dargestellte Lage einnimmt und das Werkzeug vom Spannkegel 20b der Werkzeugspindel 20 abgenommen werden kann. Durch das Schwenken des unteren Armes des Hebels 50 nach rechts wird außerdem der Schalter 60 betätigt, so daß der Motorstromkreis auch durch diesen Schalter unterbrochen wird.

-1 Wenn die Kurvenscheibe 48 nun wieder in die in Figur 2 dargestellte Ruhelage zurückgebracht wird, ohne daß ein—Werkzeug auf die Werkzeugspindel aufgesetzt worden ist, kann die Spannstange 24 etwas weiter nach links auswandern als bei gespanntem Werkzeug, da der Spannkopf 26 nicht durch die Nabe 36 zurückgehalten wird. Der Hebel 50 wird dadurch nach-links-jgedrückt, wobei die Rolle 56 in die Einbuchtung 48a eingreift, und der Schalter wird betätigt, so daß der Stromkreis unterbrochen bleibt, auch wenn das Betätigungsglied 58a in die Einbuchtung 48b der Kurvenscheibe 48 eintritt.^"

Wenn andererseits das Werkzeug nicht richtig aufgesetzt worden ist, d.h. wenn die Nabe 36 nicht ganz um 90° gedreht worden ist, so daß der Spannkopf nicht in die an die Anschläge 40 angrenzende Vertiefung 43 eingetreten ist, kann der durch den federbelasteten Bolzen 52 gegen die Kugel 28 gedrückte Hebel 50 nicht in die in Figur 2 dargestellte Ruhelage zurückkehren, so daß der Schalter 60 betätigt bleibt und den Motor stromlos hält.

Durch die Sicherheitsschalter 60 und 62 ist also ein Wiederanlaufen der Werkzeugspindel nur dann möglich·, wenn die Spannstange 24 auch tatsächlich in der richtigen Längsposition eingerastet ist. Außerdem ist der Anlauf nur möglich, wenn sich die Kurvenscheibe 48 in ihrer Ruhe- und Ausgangsposition gemäß Figur 2 befindet und der Schalter 58 durch die Aussparung 48b freigegeben wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse (10), einer im Gehäuse drehbar gelagerten Werkzeugspindel (20), die am einen Ende ein Spannelement (20b) , wie z.B. einen Spannkegel aufweist, weiterhin mit einem mit der Werkzeugspindel gekoppelten Antriebsmotor, einer Bremsvorrichtung- zum Abbremsen der Werkzeugspindel, und einer zum Aufspannen eines rotierenden Werkzeugs (34) auf dem Spannelement dienenden Werkzeugschnellspannvorrichtung, welche eine mechanische Betätigungsvorrichtung (44) und eine in einer axialen Ausnehmung der Werkzeugspindel (20) angeordnete Spannstange (24) aufweist, die am einen Ende einen am

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Werkzeug (34, 36) angreifenden Spannkopf (26) aufweist und -am—anderen Ende mit der Betätigungsvorrichtung (44) gekoppelt ist, durch die die Spannstange zum Spannen eines Werkzeugs in einer ersten Richtung (Spannrichtung) und zum Entspannen des Werkzeugs in einer zweiten Richtung (Entspannrichtung) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannstange (24) durch eine Feder (30) in Spannrich-' tung vorgespannt ist;

daß der Spannkopf (26) und das Werkzeug (34, 36) so geformt sind, daß die Spannstange in der Spannstellung der Betätigungsvorrichtung (44) unter der Wirkung der Federkraft eine erste Stellung einnimmt, wenn sich kein Werkzeug auf dem Spannelement (20b) befindet, eine zweite Stellung, wenn sich ein Werkzeug auf dem Spannelement befindet, der Spannkopf jedoch nicht ordnungsgemäß im Eingriff mit dem Werkzeug steht, und eine dritte Stellung, wenn sich ein ordnungsgemäß gespanntes Werkzeug auf dem Spannkopf befindet, und

daß die Betätigungsvorrichtung (44) Schalter (58, 60, 62) enthält, die einen Antrieb des Motors und eine Freigabe der Bremsvorrichtung nur in der dritten Stellung zulassen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dritte Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung befindet.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (24) axial verschiebbar ist; daß das Werkzeug (34, 36) eine Nabe (36) aufweist, die eine Durchbrechung (42) zum Durchtritt des Spannkopfes (26), zwei sich an die

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Ausnehmung anschließende und in einer Anschlagsfläche (40)—endende sektorförmige Ausnehmungen (38) sowie an die Anschläge (40) angrenzende zusätzliche Vertiefungen (43) , in die der Spannkopf (26) paßt, aufweist, und daß die Schaltvorrichtungen (58, 60, 62) so angeordnet sind, daß nur dann-keine Schaltvorrichtung betätigt ist, wenn sich ein Werkzeug (34, 36) auf dem Spannelement (20b) befindet und der Spannkopf (26) durch die Feder'(30) in die Vertiefungen (43) gezogen ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (44) ein durch eine Bedienungsperson beim Spannen und Entspannen betätigtes Steuerelement (48) enthält, welches mit mindestens einer Schaltvorrichtung (5 8) und der Spannstange (24) derart zusammenwirkt, daß die Schaltvorrichtung (48) bei Einleitung eines Entspannvorganges sofort, die Spannstange (24) jedoch erst nach einem bestimmten, für eine Stillsetzung der Werkzeugspindel (20) ausreichenden Hub des Steuerelements (48) in Entspannrichtung bewegt.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein Steuerkurvenkörper, insbesondere eine Steuerscheibe (48) ist, welche einen mit dem Schalter (58) zusammenwirkenden Steuerkurventeil (C-D), welcher den Schalter unmittelbar nach Beginn der Bewegung in Entspannrichtung betätigt, und einen mit der Spannstange (24) zusammenwirkenden zweiten Kurventeil (A-B) enthält, welcher einen ersten Abschnitt (A-A1) aufweist, der noch keine Entspannbewegung der Spannstange (24) bewirkt, und einen zweiten Abschnitt (A1-B), durch den die Spannstange (24) fortschreitend

-in die Entspannstellung bewegt wird, enthält.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerelement (48) und der Spannstarfge (24) ein Hebel (50) — angeordnet ist, der federnd gegen die Spannstange gedrückt und mit einer Schaltvorrichtung (60, 62) gekoppelt ist; daß das Steuerelement eine Einbuchtung (48a) aufweist, die den Hebel (50) freigibt, wenn sich das Steuerelement in seiner Spannstellung befindet und sich auf dem Spannelement (20b) ein ordnungsgemäß gespanntes Werkzeug befindet; und daß die mit dem Hebel (50) zusammenwirkende Schaltvorrichtung (60, 62) so angeordnet ist,, daß sie die Stromversorgung des Motors und die Bremsvorrichtung nur dann freigibt, wenn sich die

Spannstange (24) in der dritten Stellung befindet.

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7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden An-

' 20 sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß' die Bremsvorrichtung eine dem Motor zugeordnete Federbremse ist, die beim Stromloswerden des Motors diesen automatisch abbremst.

8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (20b) der Werkstückspindel (20) ein flacher Kegel ist; daß der Spannkopf (26) in Achsrichtung gesehen die Form eines schmalen Rechteckes hat, und daß der Spannkopf (26) in der Werkstückspindel

(20) axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar gelagert ist.

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