DE3432371A1 - Werkzeugspannkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugspannkopf für Werkzeugmaschinen für den Einsatz von Drehwerkzeugen sowie von Bohroder FräswerkzGugen.

Drehmaschinen arbeiten mit einem rotierenden Werkstück und einem lediglich von einer Vorschubeinrichtung gegen das Werkstück bewogten Werkzeug (Drehstahl). Viele Bearbeitungsvorgänge verlangen darüber hinaus ein rotierendes Werkzeug, wie etwa einen Fräskopf oder ein Bohrwerkzeug. Bei der Bearbeitung einer Wolle wird etwa die Nut zum Einlegen einer Paßfeder durch Fräsen hergestellt. Dieser Vorgang kann nach Umspannen des Werkstückes von einer Drehmaschine auf eine Fräsmaschine erfolgen. Um einen Maschinenwechsel zu vermeiden, hat man sogenannte Bearbeitungszentren geschaffen, die eine universelle spanabhebende Bearbeitung sowohl durch Drehen als auch durch Fräsen und Bohren ermöglichen. Eine neuerdings bekannt gewordene Werkzeugmaschine dieser Bauart verfügt über einen Werkzeugspannkopf mit einer Werkzeugaufnahme für Drehstähle und über eine weitere Werkzeugaufnahme für rotierende Werkzeuge, wie Fräsköpfe oder Bohrstangen. Der Werkzeugspannkopf wird beim Werkzeugwechsel um 180° gedreht und das im Einsatz befindliche Werkzeug vom Werkstück weg geschwenkt. Da der Werkzeugspannkopf zwei getrennte Aufnahmen für starre und rotierende Werkzeuge besitzt, muß bei jeder Bewegung des Werkzeugkopfes, also z.B. beim Werkzeugwechsel aber auch bei Längs- oder Planbewegungen zu einer Bearbeitungsposition, darauf geachtet werden, daß es nicht zu Kollisionen mit Teilen der Maschine oder des Werkstückes kommt. Wenn man annimmt, daß die eine Aufnahme durch einen Drehstahl mit Halter und die andere Aufnahme durch eine weit ausladende Bohrstange besetzt ist, wird klar, daß der Bewegungsspielraum des Werkzeugspannkopfes sehr eingeschränkt ist. Entnimmt man ein Werkzeug und läßt die Aufnahme unbesetzt, dann kommt es zu einer Verschmutzung der Aufnahme z.B. durch Späne und zu Funktionsstörungen der Maschine. Abdeckungen wären erforderlich-

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugspannkopf für ein Bearbeitungszentrum, der sowohl für starre Drehstähle als auch für rotierende Werkzeuge geeignet ist und die Nachteile be-

kannter Werkzeugspannköpfe nicht besitzt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Werkzeugspannkopf eine einzige Werkzeugaufnahme für einen Werkzeughalter mit feststehendem oder rotierendem Werkzeug oder unmittelbar für das feststehende oder rotierende Werkzeug selbst und die Werkzeugaufnahme ein Antriebszahnrad oder Antriebsteile zum Ankuppeln der rotierenden Werkzeuge aufweist. Durch die eine, nunmehr einzige Werkzeugaufnahme, die sowohl für rotierende als auch für nicht rotierende Werkzeuge geeignet ist, ist immer nur ein Werkzeug am Werkzeugspannkopf vorhanden. Die Einschränkungen hinsichtlich der Bewegung des Werkzeugspannkopfes und des Werkzeugschlittens infolge von Kollisionen durch ein zweites Werkzeug fallen somit weg. Der Bewegungsablauf wird auf diese Weise nicht behindert. Das Problem der Abdeckung der Öffnungen bzw. Führungen bei einer nicht besetzten Aufnahme tritt hier nicht auf. Es ist zweckmäßig, wenn der Werkzeugspannkopf um eine Achse drehbar ist, die zur Maschinenhauptachse und zur Planachse wie bekannt um 4 5 geneigt liegt und die Schnittlinie der zur Längs- und Planebene parallelen Werkzeugträgerflächen durchsetzt. Dadurch erfolgt beim Schwenken des Werkzeuges um 180° keine Veränderung der Störkontur des Werkzeugspannkopfes· Der Werkzeugspannkopf kann daher bei Magazinen rechts oder links vom Planschlitten eingesetzt werden. Da die langen rotierenden Werkzeuge (z.B. Bohrwerkzeuge) parallel zur Werkzeuginagazinachse abgelegt sein können, gibt es für die Werkzeugausladung für die Bearbeitung in x-Richtung (Planrichtung) keine speziellen Beschränkungen. In der Werkzeugaufnahme im Werkzeugspannkopf kann die Drehlagerung für die antreibbaren (rotierenden) Werkzeuge unmittelbar eingebaut sein. Bei einer anderen Ausführung ist die Lagerung der antreibbaren Werkzeuge jeweils im Werkzeugträger vorgesehen.

Ausführungbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Fig.1 zeigt im Grundriß einen Werkzeugspannkopf mit eingesetztem Werkzeugträger und einem rotierenden Werkzeug mit der Drehachse in Richtung der Maschinen z-Achse, Fig.2 den Werkzeugspannkopf nach einer

Drehung um 180 mit der Werkzeugachse in x-Richtung, Fig.3 einen Werkzeugspannkopf mit einem Werkzeugträger und einem Drehstahl für die Drehbearbeitung in χ(Plan-)Richtung, Fig.4 die Anordnung nach Fig.3 nach einer Drehung von 180° für die Drehbearbeitung in ζ(Längs-)Richtung, Fig.5 einen Werkzeugspannkopf mit eingebauter Lagerung für ein rotierendes Werkzeug und Fig.6 den Werkzeugspannkopf nach Fig.5 mit einem Werkzeughalter und mit Drehstahl.

In Fig.1 ist die Maschinenhauptachse (Längsrichtung) als z-Achse und die Planrichtung als x-Achse eingezeichnet. Diese Achsenrichtungen gelten für sämtliche Figuren. Auf einem Werkzeugschlitten 1 ist ein Werkzeugspannkopf 2 um die Achse 3 drehbar gelagert. Der Werkzeugspannkopf 2 verfügt über eine Aufnahme, in welche sowohl fest eingespannte Werkzeuge als auch rotierende Werkzeuge eingesetzt und fixiert werden können. In Fig.1 ist ein Werkzeugsträger 5 mit einem rotierenden Werkzeug 6 dargestellt, welches im Werkzeugträger 5 beispielsweise in Wälzlagern 7 gelagert ist. Im Inneren des Werkzeugspannkopfes 2 ist ein Getriebe vorgesehen, welches das Drehmoment eines Antriebsmotors im Werkzeugschlitten 1 beispielsweise über zwei Kegelräder 8, 9 und ein Stirnrad 10 auf ein Ritzel 11 im Werkzeugträger 5 überträgt. Das Ritzel 11 steht mit dem Werkzeug 6 in Verbindung. Sobald der Werkzeugträger 5 aus der Aufnahme 4 im Zuge eines Werkzeugwechselvorganges entnommen wird, gelangt das Ritzel 11 außer Eingriff mit dem Stirnrad 10. Umgekehrt kämmt das Ritzel 11 mit dem Stirnrad 10, sobald der Werkzeugträger 5 eingeschoben und gespannt ist. Jeder Werkzeughalter in einem z.B. mit dem Werkzeugschlitten mitfahrenden Werkzeugmagazin (Kettenmagazin), der ein rotierendes Werkzeug aufnimmt, verfügt über ein derartiges Ritzel zum Einkuppeln des Werkzeugantriebes. In den Figuren ist zur lösbaren Kraftübertragung zwischen einem Antrieb und dem Werkzeug zwar ein Stirnrad 10 und ein Ritzel 11 dargestellt, es kann alternativ jede beliebige formschlüssige ausrückbare Verbindung vorgesehen sein.

Wenn, der Werkzeugspannkopf 2 nach Fig.1 um die Achse 3 um 180 gedrehtwird, dann schwenkt das Werkzeug 6 aus der Längsposition (Werkzeugachse parallel zur Maschinenhauptachse z)

in die x-Richtung (Fig. 2). Es können somit Fräs- und Bohrbearbeitungen in beiden Achsrichtungen vorgenommen werden, ohne daß etwa auf ein zweites im Werkzeugspannkopf befindliches Werkzeug Rücksicht genommen werden muß.

In die Werkzeugaufnahme 4 kann auch ein nicht rotierendes Werkzeug 12 mit seinem Werkzeughalter 13 eingesetzt werden (Fig.3). Dem Stirnrad 10 steht dann kein Ritzel im Werkzeughalter gegenüber. Fig.4 zeigt das Werkzeug 12 nach einer Drehung des Werkzeugspannkopfes 2 um 180°. In den Figuren ist das Stirnrad 10 gegenüber der Werkzeugaufnahme 4 zurückversetzt und das Ritzel 11 über den Werkzeughalter 5 vorspringend darstellt. Es muß daher eine entsprechende Ausnehmung in der Werkzeugaufnahme 4 vorgesehen sein, damit der Werkzeughalter 5 eingeschoben werden kann.

Wenn hingegen bei einer alternativen Ausführungsform das Stirnrad 10 über die Ebene der Werkzeugaufnahme 4 vorspringt, dann bedarf es zwar keiner Maßnahme in der Aufnahme 4, jedoch in den Werkzeughaltern 5 und 13 entsprechender Ausnehmungen, damit der Halter kollisionsfrei eingeschoben werden kann.

Hinsichtlich der Kollisionsfreiheit der gesamten Konstruktion ist zu beachten, daß abgesehen von der Schrägstellung der Drehachse 3, diese durch die Schnittlinie der Flächen 14 und 15 des Werkzeughalters geht. Dadurch tauschen diese Flächen bei der Drehung des Werkzeugspannkopfes bloß Platz, so daß die Abstände zu benachbarten Maschinenteilen, insbesondere zu einem Werkzeugmagazin für einen Werkzeugwechsel, gleich bleiben. Die Außenkontur des Werkzeugspannkopfes bleibt auch nach Drehung gleich. Es sind somit .keine Übergabeschlitten beim Werkzeugwechsel zwischen Magazin und Spannkopf erforderlich, deren Vorschübe je nach Stellung des Werkzeugspannkopfes bei einer anderen als der dargestellten Bauart überdies in nachteiliger Weise variabel wären.

Fig.5 zeigt einen Werkzeugspannkopf 16, der im Inneren eine Werkzeugaufnahme 22 mit einer fest eingebauten Lagerung 17 für rotierende Werkzeuge 18 verfügt. Diese Werkzeuge 18 sind nicht, wie in Fig.1 und 2 dargestellt, jeweils in einem Werkzeughalter drehbar gelagert, sondern unmittelbar im Spannkopf 16.

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Fig.5 zeigt neben der Lagerung 17 einen Werkzeugzentrierkegel 19 sowie ein Stirnrad 20 (äquivalent zum Stirnrad 10), das in das Ritzel 21 der Werkzeugaufnahme 22 eingreift. Die Werkzeugaufnahme 22 des Spannkopfes 16 verfügt ferner über Klemmelemente 23, mit welchen alternativ zum drehenden Werkzeug 18 ein Werkzeughalter 24 mit einem Drehstahl 25 gespannt werden kann. Die Lage des Werkzeughalters 24 wird durch Positionierelemente 26 definiert, sodann erfolgt das Spannen durch die Klemmung 23. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann die Klemmung auch auf jede andere Art erfolgen, welche den Erfordernissen entspricht.

Die Positionen der Werkzeuge 18 und 25 sind in den Fig.5 und 6 durch strichpunktierte Linien und Bezugszeichen 18' und 25' nach einer Drehung des Werkzeugspannkopfes 16 um die Achse 27 um 180° dargestellt. Die für den Anschluß von Werkzeugwechseleinrichtungen relevanten Konturen des Spannkopfes werden auch nach einer Drehung um 180° nicht überschritten, so daß auch bei dieser Ausführung ein Werkzeugwechsel in einfacher Weise durchgeführt werden kann.

Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt in der Verwendbarkeit der kopfseitigen Aufnahme sowohl für feststehende als auch für rotierende Werkzeuge. Damit genügt eine einzige Aufnahme auf einem Werkzeugspannkopf, wodurch die Gefahr einer Kollision, wie sie bei Spannköpfen mit mehreren Werkzeugen auftritt, wesentlich herabgesetzt ist.

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Claims (4)

1. Patentansprüche :

   Werkzeugspannkopf für Werkzeugmaschinen für den Einsatz von Drehwerkzeugen sowie von Bohr- oder Fräswerkzeugen, dadurch gekennzeichnet/ daß der Werkzeugspannkopf (2, 16) eine einzige Werkzeugaufnahme (4, 22) für einen Werkzeughalter (5, 13) mit feststehendem oder rotierendem Werkzeug (6, 12, 18, 25) oder unmittelbar für ein feststehendes oder rotierendes Werkzeug (18, 24) und die Werkzeugaufnahme (4, 22) ein Antriebszahnrad (10, 20) oder Antriebsteile zum Ankuppeln der rotierenden Werkzeuge (6, 18) aufweist.
2. 2. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugspannkopf (2, 16) um eine Achse (3, 27) drehbar ist, die zur Maschinenhauptachse (z) und zur Planachse (x) wie bekannt um 4 5° geneigt liegt und die Schnittlinie der zur Längs- und Planebene parallelen Werkzeugträgerflächen (14, 15) durchsetzt.
3. 3. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugaufnahme (22) im Werkzeugspannkopf (16) die Lagerung (17) für die antreibbaren Werkzeuge (18) unmittelbar eingebaut ist (Fig.5).
4. 4. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (7) der antreibbaren Werkzeuge (6) im Werkzeugträger (5) vorgesehen ist (Fig. 1,2).