DE3428745C2 - Werkzeugschnellspannvorrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung zum ordnungsgemäßen Spannen - Google Patents

Description

— einer in einer axialen Ausnehmung dei Werkzeugspindel (20) angeordneten Spamstange (24), die am einen Ende einen am Werkzeug(34, 36) angreifenden Spannkopf (26) aufweist und am anderen Ende mit einer mechanischen Betätigungsvorrichtung (44) gekoppelt ist, durch die die Spsr.nstar.ge zum Spannen eines Werkzeugs in einer ersten Richtung (Spannrichtung) und zum Entspannen des Werkzeugs in einer zweiten Richtung (Entspannrichtung) beweglich ist.

dadurch gekennzeichnet, daß

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— die Spannstange (24) durch eine Feder (30) in Spannrichtung vorgespannt ist;

— der Spannkopf (26) und das Werkzeug (34, 36) so geformt sind, daß die Spannstange in der SpannsteHung der Betätigungsvorrichtung (44) unter der Wirkung dp.r Federkraft eine erste Stellung einnimmt, wenn sich kein Werkzeug auf dem Spannelement (70b) 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

— 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 bei'indet.

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 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 Schalter (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 oaer 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (44) ein durch eine Bedienungsperson beim Spannen und Entspannen betätigtes Steuerelement

(48) enthält, welches mit mindestens einem Schalter (58) und der Spannstange (24) derart zusammenwirkt, daß die Kurvenscheibe (48) bei Einleitung eines Entspannvorganges sofort, die Spannstange (24) jedoch erst nach einem bestimmten, für eine Stillsetzung der Werkzeugspindel (20) ausreichenden Hub der Kui"venscheibe (48) in Entspannrichtung bewegt.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein Steuerkurvenkörper, insbesondere eine Kurvenscheibe (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- A 1) aufweist, der noch keine Entspannbewegung der Spannstange (24) bewirkt, und einen zweiten Abschnitt (A \-B% durch den die Spannstange (24) fortschreitend in die Entspannsteüung bewegt wird, enthält

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kurvenscheibe (48) und der Spannstange (24) ein Hebel (50) angeordnet ist, der federnd gegen die Spannstange gedrückt und mit einem Schalter (60,62) gekoppelt ist; daß das Steuerelement eine Einbuchtung (48a) aufweist, die den Hebel (50) freigibt, wenn sich das Steuerelement in seiner SpannsteHung befindet und sich auf dem Spannelement (20b) ein ordnungsgemäß gespanntes Werkzeug befindet; und daß die mit dem Hebel (50) zusammenwirkenden Schalter (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.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekeitnzeichnet, 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.

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 Werk-

zeuge schlecht auswechseln lassen. Daher werden Bearbeitungsvorgänge, wie das Schärfen von z. B. Hobelmesser, Fräser. Drehmeißel oft mit ungeeigneten Werkzeugen durchgeführt

Allgemein sind Sicherheitseinrichtungen an NC-Drehmaschinen bekannt, durch die Fehlfunktionen und die damit verbundene Gefahr für das Bedienungspersonal oder die Maschine nach Möglichkeit verhindert werden sollen. Bei einer Sicherheitseinrichtung, wie sie z. B. aus der DE-Z: Werkstatt und Betrieb 112 (1979), 8, Seiten 525 bis 529 bekannt ist, sind Vorkehrungen getroffen, die gewährleisten, daß der Antrieb der Arbeitsspindel oder des Vorschubes erst anlaufen kann, wenn der durch eine kraftbetätigte Spannvorrichtung bewirkte Spannvorgang abgeschlossen ist, bzw. daß die Arbeitsspindel bzw. der Vorschub vor dem Entspannen zum Lösen des Werkstücks zwangsläufig stillgesetzt sein muß. Ganz generell ist eine Anlaufverriegelung für gefährdende Bewegungen vorgesehen.

Es gibt auch schon είπε Κεϊπε von V/8rkzeugspanneinrichtungen, die einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglichen. Die bekannten Werkzeugspanneinrichtungen sind jedoch für kleinere Werkzeugmaschinen, wie Schleifböcke, kleinere Kreissägen und dergleichen entweder zu aufwendig oder aus Sicherheitsgründen ungeeignet

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 kpnn 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 mehrere Arbeitsgänge aufgeteilt zu 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 durchgefühlt werden kann.

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

F i g. I eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 einen Axialschnitt des eine Werkzeugspindel und eine Spannvorrichtung enthaltenden Teils für eine Werkzeugmaschine gemäß F i g. 1; die Spannvorrichtung isi dabei in der Betriebsstellung mit eingerasteter Spannposition dargestellt;

Fig. 3 eine Stirnansicht in Richtung eines Pfeiles A der F i g. 2;

Fig.4 eine Fig.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 eine schwaibenschwanzförmige Nut 14 zum Anbringen einer Werkstückspannv--. richtung (nicht dargestellt) befindet Vorzugsweise ist die Maschine mit mehreren, verschiedenen Halterungen für Werkstückspannvorrichtungen verschiedener Bauformen versehen, so daß unterschiedliche Werkstückspannvorrichtungen nach Bedarf schnell angebracht werden können.

Beispielsweise kann sich in der Vorderseite noch eine T-Nut 16 zum Anbringen einer entsprechenden anderen Spannvorrichtung befinden.

Die Werkzeugmaschine enthält ferner sine schnellaufende Werkzeugspindel 20, die am einen Ende 20a in üblicher 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 20&

Die Werkzeugspindel hat eine axiale Bohrung, welche eine Spannstange 24 einer Werkzeugspanneinric! lung aufnimmt. Die Spannstange 24 hat an dem dem Kegel 2OA benachbarten Ende einen flachen Spannkopf 26.

Das indere Ende wird durch einen Anschlag in Form einer gehärteten Kugel 28 gebildet. Die Spannstange 24 ist durch eine in der axialen Bohrung der Werkzeugspindel angeordnete starke Druckfeder vorgespannt welche den Spannkopf 26 gegen den relativ flachen Spannkegel 20b zu drücken strebt Die Druckfeder 30 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 "2Γ· isi in einer Nute der Werkzeugspindel 20 gegen ein Verdrehen bezüglich der Werzeugspindel gesichert. Die rotierenden Werkzeuge, z. B. ein Fräser 34, sind jeweils auf einer Nabe 36 befestigt, die auf der einen Seite einen Innenksgel hat, der auf den Spannkegel 20Z> 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 (Fig.4) zum Aufsetzen bzw. Fntfernen 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 36 bei ordnungsgemäß auf der Werkzeugspindel 20 gespann-

tem Werkzeug sitzt.

Die Spannstange 24 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 44 gekoppelt, die die Spannstange 24 in F i g. 2 nach rechts gegen die Kraft der Feder 30 soweit zu verschieben gestattet, daß die Nabe 36 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 90° in Spannposition gebracht werden kann.

D'e 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 dann angetrieben werden kann, wenn ein Werkzeug ordnungsgemäß auf der Werkzeug- is spindel gespannt ist. Ferner gewährleistet die Betätigungsvorrichtung, daß zwischen dem Beginn der Betätigung der Betätiiungsvorrichtiing zum Lösen i!er 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 (Fig. 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 24 nach rechts in F i g. 2.

Dies wird bei der Ausführungsform gemäß F i g. 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 Fig.2 dargestellten Betriebsstellung mit ordnungsgemäß auf die Werkzeugspindel aufgespanntem Werkzeug hat das Anschlagsende der Spannstange, also die Kugel 28 eine solche Lage, daß sie rieht 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 Kurvenscheibe 48 angeordnet ist und durch einen federbelasteten Bolzen 52 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 entsprechenden Position der Kurvenscheibe 48 der Rolle 56 gegenüberliegt, so daß keine Berührung zwischen der Kurvenscheibe -S8 und der Rolle 56 stattfindet Die Kurvenscheibe 48 hat ferner eine weitere Einbuchtung 486, die in der Ruhestellung der Kurvenscheibe 48 ein Betätigungsglied 58a eines Ruhekontaktschalters 58 freigibt In Uhrzeigerrichtung gesehen schließt sich an die Einbuchtung 48a ein Abschitt A-A 1 mit im wesentlichen konstantem Radius, der etwas größer ist als der Radius an der tiefsten Stelle der Einbuchtung 48a, an und dann ein Abschnitt Ai-B, in dem der Radius entsprechend einer Spirale ansteigt An die Einbuchtung 486 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 Schalter 60,62 abgefühlt die in der in F i g. 2 dargestellten Ruhelage des Hebels 50 nicht betätigt sind. Die Schalter 58,60 und 62 sind 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, 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 Gegenuhrzeigerrichtung 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 56 des Hebels 50 am Kurvenstück A-A 1 an. Eine dadurch 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 A₁ die Rolle 56 erreicht hat. Die Zeit für das Drehen der Kurvenscheibe 48 um den dem Abschnitt A-A 1 entsprechenden Winkel reicht aus, um die Werzeugspindel 20 stillzusetzen. Anschließend wird nun der Hebel 50 und damit die Spannstange 24 durch den ansteigenden Abschnitt A i-B der Kurvenscheibe nach rechts gedrückt, bis die in Fig. 4 dargestellte Stellung erreicht ist, in der die Spannstange 24 soweit nach rechts verschoben ist, daß der Span ,-.kopf 26 die Nabe 36 freigibt. Das Werkzeug 34 kann nun mit der Nabe 36 um 90° gedreht werden, so daß der Spannkopf die in F i g. 3 gestrichelt dargestellte Lage einnimmt und ('as Werkzeug vom Spannkegel 206 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.

Wenn die Kurvenscheibe 48 nun wieder in die in F i g. 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 gedrückt, wobei die Rolle 56 in die Einbuchtung 48a eingreift und der Schalter 62 wird betätigt, so daß der Stromkreis unterbrochen bleibt, auch wenn das Betätigungsglied 58a in die Einbuchtung 486 der Kurvenscheibe 48 eintritt

Wenn andererseits das Werkzeug nicht richtig aufgesetzt worden ist d. h. wenn die Nabe 36 nicht gan? um 90° gedreht worden ist, so daß der Spannkopf 26 nicht in die an die Anschläge 40 angrenzende Vertiefung 43 eingetreten ist kann der durch den federbelasteten Bolzen 52 gegen die Kugel 28 gedruckte Hebel 50 nicht in die in Fi g. 2 dargestellte Ruhelage zurückkehren, so daß der Schalter 60 betätigt bleibt und den Motor stromlos hält.

Durch die Schalter 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 F i g. 2 befindet und der Schalter 58 durch die Aussparung 486 freigegeben wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Werkzeugschnellspannvorrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung zum ordnungsgemäßen Span- s nen für eine Werkzeugmaschine, welche ein Gehäuse (10), eine im Gehäuse drehbar gelagerte Werkzeugspindel (20), die am einen Ende ein Spannelement (20b), wie z. B. einen Spannkegel aufweist, weiterhin einen mit der Werkzeugspindel gekoppelten Antriebsmotor sowie eine Bremsvorrichtu ig zum Abbremsen der Werkzeugspindel aufweist, mit