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Aufnahmedorn insbesondere für rundlaufende Werkzeuge,
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beispielsweise Messerköpfe Die Erfindung betrifft einen Aufnahmedorn
insbesondere für rundlaufende Werkzeuge, beispielsweise Messerköpfe, mit einem zur
Kupplung mit einer Antriebsspindel oder Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine
eingerichteten Grundkörper, der stirnseitig eine zu seiner Drehachse koaxiale Bohrung
aufweist, sowie mit einem Werkzeugaufnahmestück, das mit Einrichtungen zur Befestigung
eines Werkzeuges versehen ist und einen koaxialen Zapfen trägt, mit dem es in die
Bohrung des Grundkörpers lösbar einschiebbar und drehfest mit diesem kuppelbar ist,und
mit einer Stelleinrichtung, mittels derer das Aufnahme stück bezüglich des Grundkörpers
genau maßhaltig axial einstellbar ist.
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Beispielsweise bei numerisch gesteuerten Bearbeitungszentren müssen
die Schneidwerkzeuge wahlweise außerhalb der Werkzeugmaschine und/oder eingebaut
in die Antriebsspindel bzw. Werkzeugaufnahme axial exakt eingestellt werden können.
Für den Einsatz ist es erforderlich, daß diese Werkzeuge ein genau definiertes Maß
von der maschinenseitigen Bezugskante/-fläche bis zur Schneide haben. Praktisch
bedeutet dies, daß gleichartige Werkzeuge in ihrer "Einstell-Länge" hochgenau gefertigt
werden müssen, was sehr teuer und unwirtschaftlich ist. Die Notwendigkeit, Werkzeuge
mit genau gleicher Einstell-Länge herzustellen, besteht auch bei Bearbeitungszentren,
bei denen Spindelblöcke verwendet werden, die mehrere Antriebsspindeln enthalten,
welche in einer gemeinsamen Zustellbewegung durch den Spindelblock vorbewegt werden.
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Es ist deshalb bei solchen Einsatzfällen wirtschaftlicher, die Aufnahmedorne
der Werkzeuge derart verstellbar zu gestalten, daß die axiale Stellung des Werkzeuges,
d.h. genauer seiner Schneiden, bezüglich des in die Antriebsspindel einzusetzenden
Grundkörpers exakt auf einen vorgegebenen Wert aingestellt werden kann.
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Bei einem aus dem DE-GM 70 32 666 bekannten Aufnahmedorn der eingangs
genannten Art ist die Anordnung derart getroffen, daß an dem Werkzeugaufnahmestück
ein geschliffenes und gehärtetes Außengewinde vorgesehen ist, auf das ein Gewinde-Stellring
aufgeschraubt ist, der sich gegen den Grundkörper abstützt und es gestattet, das
Werkzeugaufnahmestück bezüglich des Grundkörpers in der Achsrichtung exakt einzustellen.
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Beispielsweise bei Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsel
müssen dementsprechend an allen Werkzeugaufnahmestücken solche hochgenauen Gewinde
mit aufgeschrauben Stellringen vorhanden sein, was aufwendig und teuer ist. Auch
besteht die Gefahr, daß trotz einer vorgesehenen Sicherung die Stellringe bei der
Handhabung der Werkzeugaufnahmestücke unbeabsichtigt verstellt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Aufnahmedorn insbesondere
für rundlaufende ;;erkzeuqe zu schaffen,der eine exakte, von außen her leicht zugängliche
axiale Einstellung des jeweiligen Werkzeuges gestattet, ohne daß dazu an dem Werkzeug
selbst oder dem Werkzeugaufnahmestück besondere Vorkehrungen getroffen werden müßten,
während gleichzeitig ein einfacher, betriebssicherer Aufbau des ganzen Aufnahmedornes
und des Verstellmechanismus gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Aufnahmedorn gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Stelieinrichtung wenigstens eine auf dem Grund der
Bohrung des Grundkörpers begrenzt drehbar gelagerte und in ihrer jeweiligen Winkelstellung
zumindest in einer Drehrichtung feststellbare Aufnahmescheibe aufweist, gegen die
der Zapfen des Werkzeugaufnahmestückes axial abstützbar ist und die auf einer Stirnfläche
wenigstens eine jeweils als Flachspirale ausgebildete Kurvenfläche trägt, mit der
sie axial auf wenigstens einer grundkörperfesten, entsprechend gestalteten Widerlagerfläche
aufliegt.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Einstellung des Längenmaßes
sowohl außerhalb der Werkzeugmaschine, bspw. auf einem Voreinstellgerät, als auch
eingesetzt in die Antriebsspindel bzw. Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine erfolgen
kann.
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Da der Zapfen des Werkzeugaufnahmestückes axial gegen die Aufnahmescheibe
abgestützt ist, wird durch eine einfache Verdrehung der Aufnahmescheibe über deren
Kurvenflächen eine exakte axiale Einstellung des Werkzeugaufnahmestückes und damit
des Werkzeuges bezüglich der maschinenseitigen Bezugskante/-fläche erzielt.
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Diese Verstellung ist wegen der Ausbildung der Kurvenflächen als Flachspirale
sehr feinfühlig.
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Der Aufnahmedorn ist fur Zerspanwerkzeuge aller Art verwendbar, bei
denen e auf eine exakte Längenpositionierung ankommt. Er kann also für Fräs-, Bohr-,
Senk-, Ausdrehwerkzeucje u. dgl. Verwendung finden.
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Die Widerlagerflächen, gegen die sich die Kurvenflächen der Aufnahmescheibe
abstützen, sind grundsätzlich so gestaltet, daß sich bei der Verdrehung der Aufnahmescheibe
um
deren Drehachse die erwünschte feinfühlige Axialverstellung der Aufnahmescheibe
und damit des Zapfens des Werkzeugaufnahmestückes ergibt. Als besonders vorteilhaft
llat es sich dabei herausgestellt, wenn die. Wiec-riagerflü'c#en ebenfalls als Flacaspirale
ausgebildet sind, so daß die Kurvenfläche der Aufnahmescheibe und die Widerlagerfläche
in jeder Winkelstellung der Aufnahmescheibe großflächig aufeinander liegen.
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Die Widerlageflächen können an sich unmittelbar an dem Grundkörper
ausgebildet sein, doch läßt sich eine konstruktive Vereinfachung erzielen, wenn
die Widerlagerfläche an einer Widerlagerscheibe ausgebildet sind,die ihrerseits
mit dem Grundkörper drehfest verbunden ist.
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Der Aufnahmescheibe ist mit Vorteil eine von der Außenseite des Grundkörpers
her betätigbare Dreheinrichtung zugeordnet, die in einer bevorzugten Ausführungsform
eine in. einer zugeordneten Gewindebohrung des Grundkörpers verdrehbare Gewindespindel
aufweist, deren Achse im Abstand von der Drehachse der Aufnahmescheibe verläuft.
Gleichzeitig ist die Aufnahmescheibe an ihrem Umfang mit einer rusnell.;ung oder
Schulter ausgebildet, gegen die die Gewindespindel abstützbar ist. Durch entsprechende
Wahl der Gewindesteigung der Gewindespindel läßt sich gemeinsam mit der als Flachspirale
ausgebildeten Kurvenfläche der Aufnahmescheibe eine praktisch beliebig feine übersetzung
zwischen der Verdrehbewegung der Gewindespindel und dem dadurch hervorgerufenen
Axialhub der Aufna!irnescheibc erzielen. Um eine unbeabsichtigte Verstelnllng der
Aufnahmescheibe im Betrieb zu verhüten, ist es zweckmäßig, daß der Gewindespindel
eine lösbare Feststellelnrichtung zugeordnet ist.
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Der Aufnahmescheibe kann im übrigen eine der von der Verdreheinrichtung
bewirkten Verdrehbewegung entgegenwirkende federnde Rüctelleinrichtung zugeordnet
sein, die sicherstellt, daß die Aufnahmescheibe stets in spielfreiem Eingriff mit
der Verdreheinrichtung gehalten ist. ~Diese Rückstelleinrichtung kann mit Vorzug
ein in einer entsprechenden Bohrung des Grundkörpers angeordnetes, vorgespanntes,
federndes Rückstellglied #ufweisen, das gegen ein an dem Umfang der Aufnahme.scheibe
vorgesehenes Widerlager abgestützt ist. r)abei ist es zweckmäßig, wenn der Aufnahmescheibe
eine ihre Verdrehung begrenzende Begrenzungseinrichtung zugeordnet ist, die beispielsweise
ein in eine entsi>rechende Bohrung des Grundkörpers eingefügtes Anschlagelement
aufweisen kann, das in eine zugeordnete Begrenzungsnut am Umfang der Aufnahmescheibe
eingreift.
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Um zu verhindern, daß das Werkzeugaufnahmestück etwa unter der Wirkung
von bei der Bearbeitung auftretenden Kräften mit seinem Zapfen aus der Bohrung des
Grundkörpers herausgezogen wird, ist eine axial wirksame Befestigung des Werkzeugaufnahmestückes
im Grundkörper erforderlich. Dazu kann der Grundkörper endseitig ein Gewinde tragen,
auf das eine an einer Ringschulter des Werkzeugaufnahmestückes angreifende und dieses
mit seinem Zapfen axial gegen die Aufnahmescheibe pressende Überwurfmutter aufgeschraubt
ist. Diese Uberwurfmutter kann mit Vorteil in Aclisrichtung federnd gegen die Ringschulter
des erkzeugaunahmestückes abgestützt sein, so daß infolge der axiale Vorspannung
bei teilweise festgezogener überwurfmutter lurch die federnde Abstützung eine genaue
Einstellung möglich ist und nach erfolgter Einstellung die Oberwurfml!ter vollständig
festgezogen wird, wobei die Überwurfmutter fest am Werkzeugaufnahmestück anlieg.
Dabei ergeben sich sehr einfache konstruktive Verhältnisse, wenn die überwurf@utter
eine Anzahl gleichmäßig verteilt angeordl te Federelemente aufweist, über die sie
gegen die Ring:-hulter abgestützt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Aufnahmedorn gemäß der Erfindung,
teilweise im axialen Schnitt in einer Seitenansicht, Fig. 2 den Aufnahmedorn nach
Fig. 1, geschnitten längs der Linie II-II der Fig. 1 in einer Draufsicht, Fig. 3
den Aufnahmedorn nach Fig. 1 mit herausgenommenem Werkzeugaufnahmestück in einer
Draufsicht, Fig. 4 ein Werkzeugaufnahmestück für den Aufnahmedorn nach Fig. 1 in
einer Seitenansicht, Fig. 5 das Werkzeugaufnahmestück nach Fig. 4 in einer Draufsicht,
Fig. 6 ein Werkzeugaufnahmestück für den Aufnahmedorn nach Fig. 1 in einer abgewandelten
Ausführungsformim axialen Schnitt in einer Seitenansicht, Fig. 7 eine Einzelheit
bei X des Aufnahmedorns nach Fig. 1 in einer Seitenansicht im Ausschnitt und in
einem andere Maßstab.
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Fig. 8,9 die Widerlagerscheibe des Aufnahmedorns nach Fig. 1, in einer
Draufsicht und einer Seitenansicht, und
Fig. 10, 11 die Aufnahme
scheibe des Aufnahmedorns nach Fig. 1, in einer Draufsicht und einer Seite ansicht.
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Der in Fig. 1 dargesteilte Aufnahmedorn weist einen im wesentlichen
zylindrischen Grundkörper 1 auf, der eine zur Aufnahme in dcr Werkzeugmaschine zweckmäßig
ausgebildete Kupplung, bspw. einen koaxialen Aufnahmekegel 2 trägt, mit de er in
eine entsprechende Aufnahmekupplung einer nicht weiter dargestellten Antriebsspindel
oder andcren Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine einfügbar ist. Anstelle des
Aufnahmekegels 2 kann auch eine andere zur Kupplung mit einer Antriebsspindel geeignete,
bspw. zylindrische Huanahmeeinrichtung treten.
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Auf der dem Aufnahmekegel 2 gegenüberliegenden Seite ist in dem Aufnahmekörper
1 eine zu der Drehachse 3 koaxiale zylindrische bohrung 4 ausgebildet, in die von
gegenüberliegenden Seiten her in entsprechende Bohrungen 5 des Grundköroers 1 eingepreßte
zylindrische Mitnehmerbolzen 6 ragen.
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Auf dem Grunde der Bohrung 4 ist eine zu der Drehachse 3 koaxiale
Widerlagerscheibe 7 angeordnet, die mittels eines Paß stiftes 8 und zweier versenkt
angeordneter Schraubenbolzen 9 drehfest mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Auf
die Widerlagerscheibe 7 ist eine koaxiale Aufnahmescheibe 10 aufgesetzt, die in
der Bohrung 4 um die Drehachse 3 begrenzt verdrehbar gelagert ist.
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Wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen, ist der Aufnahmescheibe 10
eine vrl der Außenseite des Grundkörpers her betätigbare V rtlreheinrichtung zugeordnet,
welche eine in einer zt eordneten Gewindebohrung 11 des Grundkörpers 1 verdtehbare
Gewindespindel 12 aufweist, die bei 13 mit liner Ansatzeinrichtung für ein Werkzeug,
beispielswel#e einem Querschlitz, versehen ist. Die Gewindespindel 12 ist tierart
ausgerichtet,
daß sie mit ihrer Achse 14 im Abstand zu der Drehachse
3 der Aufnahmescheibe 10 verläuft. Sie stützt sich mit ihrer innenliegenden Stirnfläche
gegen eine am Umfang der AufnaitXescheiMe 1D angeordnete Schulter 15 einer Ausnehmung
ab.
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In ihrer jeweiligen Einstellung ist sie durch eine Klemmschraube 16
fixierbar, die in einer entsprechenden querverlaufenden Gewindebohrung 17 des Grundkörpers
1 angeordnet ist.
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Durch Eindrehen der Gewindespindel 13 in die Gewindebohrung 11 kann
die Aufnahmescheibe 10 um die Drehachse 3, bezogen auf Fig. 2, im Uhrzeigersinne
verdreht werden. Dieser Verdrehbewegung wirkt eine federnde Rückstelleinrichtung
entgegen, welche ein in eine entsprchende Bohrung 18 des Grundkörpers 1 angeordnetes,
nach Art eines längsverschieblich gelagerten Stiftes 19 ausgebildetes Rückstellglied
aufweist, welches durch eine es umgebende Druckfeder 20 federnd vorgespannt ist.
Die Achse 21 der Bohrung 18 verläuft ebenfalls im Abstand zu der Drehachse 3; sie
ist derart gerichtet, daß das sich gegen ein schulterartiges Widerlager 22 am Umfang
der Aufnahmescheibe 10 abstützende Rückstellglied 19 bestrebt ist, die Aufnahmescheibe
10 im Gegenuhrzeigersinn, bezogen auf Fig. 2, zurückzustellen. Eine in die Bohrung
18 eingeschraubte Madenschraube 23 dient zur Abstützung der Druckfeder 20.
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Die von der Gewindespindel 13 entgegen der Wirkung der Druckfeder
20 erzielbare Verdrehbewegung der Aufnahmescheibe 10 ist durch eine Begrenzungseinrichtung
begrenzt, welche ein nschlaelment in Gestalt einer Begrenzungsschraube 24 aufweist,
die in eine entsprechende Gewindebohrung 25 des Grundkörpers 1 eingeschraubt ist
und mit einem zylindrischen Zapfen 26
in eine randoffene Begrenzungsnut
27 am Umfang der Aufnahmescheibe 10 eingreift.
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Wie aus den Fig. 8 bis 11 zu ersehen,tragen sowohl die Widerlagerscheibe
7 als auch die Aufnahmescheibe 10 auf ihren einander zugewandten Planflächen jeweils
vier Kurvenflächen.Diese bei der Widerlagerscheibe 7 als Widerlagerflächen 28 bezeichneten
turvenflachen bestehen aus vier gleiches, Sektoren, die jeweils nach Art einer Flachspirale
mit vorgegebener Steigung ausgebildet sind. Eine gleiche korrespondierende Ausbildung
speisen die Kurvenflächen 29 der Aufnahmescheibe 10 auf, wobei die Steigung dieser
Flachspirale beispielsweise 2,5 mm auf 90° Verdrehwinkel beträgt.
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Wird somit die Aufnahmescheibe 10 in der bereits beschriebenen Weise
mittels der Gewindespindel 12 um ihre Drehachse 3 verdreht, so führt sie bezüglich
des Grundes der Bohrung 4 des Grundkörpers 1 eine axiale Verstellbewegung aus, deren
Maß durch die Steigung der Kurvenfläche 29 und der zugeordneten Widerlagerfläche
28 gegeben ist.
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In die Bohrung 4 des Gr#rndkörpers 1 ist ein Werkzeugaufnahmestück
30 mit einem geschliffenen zylindrischen Zapfen 31 eingeschoben, welcher randseitig
zwei Ausnehmungen 32 aufweist, in die die Mitnehmerbolzen 6 eingreifen, so daß eine
drehfeste Kupplung zwischen dem Grundkörper 1 und der i'erkzeugaufnahue 30 cegeben
ist. Die Bohrung 4 und der Zapfen 31 könnten auch eine andere, beispielsweise polygonale
Querschnittsgestalt aufweisen wie auch die drehfeste Kupplung zwischen dem Werkzeugaufnahmestück
30 und dem Grundkörper 1 konstruktiv anders gelöst sein könnte.
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Auf der dem Zapfen 31 (egenüberliegenden Seite trägt das Werkzeugaufnahmestück
30 eine geeignete Aufnahme 34 für ein in Fig. 1 bei 33 schematisch als Messerkopf
-tngedeutetes Werkzeug.
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Bei der Ausfüllrungsforll nach den Fig. 1,4 und 5 weist diese Werkzeug~,llfnahme
einen koaxialen zylindrischen Zapfen 34 auf, auf den das Werkzeug 33 mit einer entsprechenden
Aufnahmebohrung aufgesetzt ist, wobei die axiale Verspannung gegen eine maßhaltige
Planfläche 35 über eine in Fig.1 bei 36 augedeutete Spannschraube erfolgt. Die drehfeste
Kupplung zwischen dem Werkzeugaufnahmestück 30 und dem Werkzeug 33 gewährJeistet
ein Mitnehmer 37, der mittels eines Schraubenbolzens 38 an dem Werkzeugaufnahmestück
30 seitlich festgeschraubt ist und in eine entsprechende randseitige Aussparung
39 (Fig.1) des Werkzeugs 33 eingreift.
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Das Werkzeugaufnahmestück 30 kann im Bereiche der Werkzeugaufnahme
grundsätzlich jede beliebige der Art und Gestaltung des aufzunehmenden Werkzeuges
angepaßte Ausbildung aufweisen. Bei der beispielhaft in Fig. 6 dargestellten weiteren
Rusführungsform weist das Werkzeugaufnahmestück 30 anstelle des zylindrischen Aufnahmeteils
34 der Fig. 4 einen Aufnahmekonus 40 mit zugeordneter koaxialer bohrung 41 für eine
versenkt anzuordnende koaxiale Spannschraube auf. Zur drehfesten Kupplung des Werkzeuge
mit dem Werkzeugaufnahmestück 30 dient in diesem Fal!? eine planseitig angeordnete
Bohrung 42, in die ein ntsprechender Mitnehmerstift des Werkzeuges eingrei L.
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Der Grundkörper 1 ist endseitig mit einem Außengewinde 43 versehen
(Fig. 1), auf das eine überwurfmutter 44 aufgeschraubt ist, welche sich axial gegen
eine Ringschulter 45 des Werkzeugaufnahmestücks 30 abstützt. Die überwurfmutter
44 ist aemå,° Fig.3 im Bereiche ihrer Plananlage bei 46 sektorweise radial ausgespart.
Entsprechende randseitige Ausnehmungen sind bei 47 an dem Werkzeugaufnahmestück
30 im Bereiche dessen planer Aufnahmefläche 35 vorgesehen, um das axiale Aufschieben
der überwurfmutter 44 auf das Werkzeugaufnahmestück 31 bis zur Anlage an dessen
Ringschulter 45 zu ermöglichen.
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Im Bereiche ihrer Plananlage trägt die Uberwurfmutter 44 vier gleichmäßig
verteilt angeordnete Bohrungen 50 (Fig. 3), in die jeweils ein Tellerfederpaket
51 (Fig. 7) eingesetzt ist, welches auf einen Federteller 52 drückt, der mittels
eines Stempels 53 durch einen Bohrungsteil verjüngten Durchmessers auf der Ringschulter
45 des Werkzeugaufnahmestückes 30 abgestützt ist.
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Die auf dem Grundkörper 1 festgezogene überwurfmutter drückt über
die Ringfederpakete 51 und die Ringschulter 45 das Werkzeugaufnahmestück 30 mit
der Stirnfläche seines Zapfens 31 gegen die Aufnahmescheibe 10, die in bereits beschriebener
Weise über die Gewindespindel 12 (Fig. 2) so eingestellt worden ist, daß sie die
genau richtige axiale Stellung des Werkzeugaufnahmestückes 30 und damit des Werkzeuges
33 bezüglich des Grundkörpers 1 gewährleistet. liegen der durch die Ringfederpakete
51 geenen federnden Anpressung kann die Aufnah@escheibe 10 sei teilx7eise festgezogener
uber.7urfrutter 44 zur Axia Iverste I lung des Werkzeugaufnahmestückes 30 verstellt
werden. Es sind a)rer auch alternative
Ausführungsformen denkbar,
bei denen auf die Federpakete 51 verzichtet wird, so daß die Überwurfmutter 44 über
ihre Plananlage unmittelbar auf der Ringschulter 45 aufliegt.
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Die Aufnahmescheibe 10 und die Widerlagerscheibe 7 sind als Ringscheiben
dargestellt, so daß der Zapfen 31 auch eine koaxiale Spannschraube oder Bohrung
aufweisen kann. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die beiden erwähnten
Scheiben als massive Planscheiben ohne Bohrungen 54 gestaltet sind.