DE3432371A1 - Werkzeugspannkopf - Google Patents
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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.
-■•6 -
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.
- Leerseite -
Claims (4)
- 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. 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. 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. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (7) der antreibbaren Werkzeuge (6) im Werkzeugträger (5) vorgesehen ist (Fig. 1,2).
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