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Einrichtung zum Einspannen von Tiefbohrwerkzeugen
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für den automatischen Werkzeugwechsel Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zum Einspannen von Tiefbohrwerkzeugen an einer Tiefbohrvorrichtung mit
Hilfe einer einen axialen Durchgang und eine äußere umlaufende Schulter aufweisenden
Werkzeugaufnahme, in der das Tiefbohrwerkzeug mit seinem axialen Durchgang im Anschluß
an den Durchgang der Aufnahme eingesetzt ist und die in ein von der Tiefbohrvorrichtung
drehangetriebenes Aufnahmeteil einsetzbar ist, wobei an dem Aufnahmeteil schwenkbar
angeordnete Spannelemente an der Schulter angreifen und die Werkzeugaufnahme gegen
das Aufnahmeteil spannen.
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Es ist bereits eine derartige Einrichtung bekannt (EP-Al 86 379).
Bei dieser bekannten Vorrichtung, die insbesondere auch zum automatischen Einsetzen
der Tiefbohrwerkzeuge gedacht ist, sind mehrere schwenkbare Spannelemente angeordnet,
die um ortsfeste Drehachsen schwenken. Die Spannelemente müssen im Gegensatz zu
üblichen Bearbeitungsmaschinen hohe Kräfte aufbringen, da durch das Innere der Aufnahme
und des Werkzeuges aus der Vorrichtung unter Druck stehende Flüssigkeit fließen
muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur automatischen Bestückung
durch Werkzeugwechsler geeignete Einrichtung zum Einspannen von Tiefbohrwerkzeugen
zu schaffen, die im Hinblick auf das feste Einspannen der Werkzeugaufnahme verbesserte
Eigenschaften aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
Spannelemente zusätzlich in mindestens einer weiteren Richtung bewegbar sind. Während
bei dem bekannten Werkzeugwechsler die Spannelemente nur um ortsfeste Achsen verschwenkbar
sind, was u.U. zu einer verstärkten Abnutzung der Schulter, an der sie angreifen,
führt, ist es nach der Erfindung möglich, die Spannelemente auf komplizierteren
Bewegungsbahnen zu führen, die dadurch ein verbessertes Einspannen ermöglichen.
So kann beispielsweise die Achse, um die die Spannelemente verschwenkbar sind, in
Axialrichtung der Vorrichtung verschiebbar sein.
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Um ein besonders günstiges Festhalten zu gewährleisten, schlägt die
Erfindung weiterhin vor, daß die Spannelemente an dem Rand eines außerhalb des Aufnahmeteils
liegenden Einstichs bzw. einer dort angeordneten Schulter angreifen.
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Sie greifen daher an einem Teil der Werkzeugaufnahme an, an der diese
einen größeren Umfang aufweist. Dadurch vergrößert sich die Fläche und verringert
sich der Angreifdruck, während gleichzeitig aufgrund des weiter außen liegenden
Angreifens ein günstigerer Hebelarm erreicht wird. Darüber hinaus läßt sich die
Vorrichtung im Bereich der Stelle, an der die Flüssigkeit in die Werkzeugaufnahme
eingebracht wird, günstiger gestalten.
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Die Erfindung schlägt vor, daß die Spannelemente durch Federwirkung
in Schließrichtung beaufschlagt sind und sich hydraulisch öffnen lassen.
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Besonders günstig ist es, wenn die Spannelemente an einer Schiebehülse
angeordnet sind, die in Axialrichtung verschiebbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, daß die Schiebehülse bis zu ihrer Anlage
an einer Schulter der Werkzeugaufnahme bewegbar ist.
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Damit wird es möglich, beim Lösen der Spanneinrichtung die Werkzeugaufnahme
durch die Schiebehülse positiv auszustoßen.
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In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Spannelemente Spannzangen
sind. Spannzangen sind zur Befestigung von Werkzeugen an sich bekannt. Aufgrund
der besonderen Anfordernisse beim Festspannen von Tiefbohrwerkzeugen, die einen
axialen Durchgang aufweisen, werden Spannzangen jedoch bislang nicht verwendet.
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Die Erfindung schlägt nun vor, daß die Spannzangen mit ihrer Außenseite
an der Innenseite einer Hülse geführt sind. Bei der axialen Verschiebung der Spannzangen
werden diese durch die Führung auch radial verschwenkt. Dabei kann, wie die Erfindung
weiterhin vorschlägt, die Hülse mit Vorteil eine Selbsthemmung für die Spannzangen
bilden. Dies kann beispielsweise durch eine konische Fläche mit einem Neigungswinkel
von ca. 60 oder weniger erfolgen.
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Zum besonders günstigen Einführen der Schmierflüssigkeit in die Werkzeugaufnahme
kann vorgesehen sein, daß diese mit ihrer inneren Stirnseite an einem Innenrohr
zur Zufuhr von Schmierflüssigkeit bzw. zum Rückführen von Schmierflüssigkeit und
Bohrspänen beim Arbeiten nach dem BTA-Verfahren anliegt. Mit der inneren Stirnseite
ist diejenige Stirnseite der Werkzeugaufnahme gemeint, die nach innen in das Aufnahmeteil
gerichtet ist. Das Innenrohr ist mit Vorteil in Axialrichtung bewegbar ausgebildet
und läßt sich mit seinem freien Ende aus dem Aufnahmeteil ausfahren. Dadurch läßt
sich vermeiden, daß beim automatischen Wechseln der Werkzeugaufnahmen Schmier-bzw.
Kühlflüssigkeit
auf die Fläche des Aufnahmeteiles gelangt, an der die Werkzeugaufnahme aufliegt.
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Zur Unterstützung dieser Maßnahmen kann vorgesehen sein, daß das Aufnahmeteil
eine Ausblasöffnung aufweist, die vorzugsweise in der Steilkegelfläche ausmündet
und jeweils beim Werkzeugwechsel mit Druckluft beaufschlagt wird und so ein Festhalten
von Teilen verhindert.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie
anhand der Zeichnung.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 1 in gespanntem Zustand;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht bei teilweise geöffneter Spanneinrichtung.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt das vordere bzw. untere Ende einer Tiefbohrvorrichtung.
Diese enthält einen im Betrieb rotierenden Teil 11, der an seiner Vorderseite ein
Aufnahmeteil 12 für eine Werkzeugaufnahme 13 bildet. Das Aufnahmeteil 12 ist trichterförmig
erweitert und bildet eine steilkegelartige Anlagefläche 14. Die Anlagefläche 14
geht in eine zylindrische Bohrung 15 über, die in der Längsmittelachse der Spindel
11 verläuft. In der Bohrung 15 ist ein Innenrohr 16 eingesetzt, das in Längsrichtung
der Vorrichtung verschiebbar gehaltert ist. Auch das Innenrohr weist eine in Längsrichtung
verlaufende Innenbohrung 17 auf. An seinem der Werkzeugaufnahme 13 zugewandten Ende
besitzt
das Innenrohr 16 eine Dichtung 18, die zwischen der Stirnseite
19 des Innenrohres 16 und der Stirnseite 20 der Werkzeugaufnahme 13 liegt. Dadurch
kann Kühl- und Schmierflüssigkeit durch die Bohrung 17 des Innenrohres 16 in einen
entsprechenden gestrichelt angedeuteten axialen Durchgang 21 der Werkzeugaufnahme
13 und von dort aus in das Tiefbohrwerkzeug gelangen.
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Die rotierende Spindel 11 besitzt im Bereich des Aufnahmeteiles 12
einen verringerten Außendurchmesser. Über dieses Aufnahmeteil 12 ist eine Schiebehülse
22 vom freien Ende der Spindel 11 her aufgeschoben, die in ihrem dem freien Ende
zugewandten Abschnitt 23 direkt auf der Außenseite des Aufnahmeteiles 12 anliegt.
Sie ist dadurch gleitend an dem Aufnahmeteil 12 geführt.
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Daran schließt sich auf der dem freien Ende der Spindel 11 abgewandten
Seite ein Abschnitt 24 an, der einen kreisringförmigen Zwischenraum 25 zwischen
dem Aufnahmeteil 12 und der Innenseite der Schiebehülse 22 bildet. Von dem rechten
Ende 26 der Schiebehülse 22 her ist in diese ein Kolben 27 eingeschraubt. In dem
dadurch gebildeten Innenraum 25 ist ein Tellerfederpaket 28 angeordnet, das sich
einerseits an der einen Stirnfläche 29 des Kolbens 27 und andererseits an einen
Sprengring 30 in der Außenseite des Aufnahmeteiles 12 abstützt. Da die Schiebehülse
22 gleitend auf dem Aufnahmeteil 12 gehaltert ist, verschiebt das Tellerfederpaket
28 den Kolben 27 und damit die Schiebehülse 22 von dem freien Ende der Spindel 11
weg, soweit dies möglich ist.
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Zwischen dem in Fig. 1 rechten Ende 26 des Kolbens 27 und einer dort
vorhandenen Stirnfläche 31 der Spindel 11 ist ein Zwischenraum 33 gebildet, in den
eine Bohrung 32 durch die Spindel 11 führt. Wird durch die Bohrung 32 unter Druck
stehendes
Hydrauliköl in den Raum 33 gebracht, so verschiebt diese Druckflüssigkeit den Kolben
27 und damit die Schiebehülse 22 gegen die Kraft der Tellerfedern 28 zum freien
Ende der Spindel 11 hin. Zur Drehsicherung sind in der Spindel 11 mehrere Zapfen
34 eingelassen, die in entsprechende Bohrungen 35 im Kolben 27 eingreifen.
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Der Kolben 27 weist auf seiner Innenseite eine umlaufende Ringnut
36 zum Einsetzen einer Dichtung auf. Eine ähnliche Ringnut 37 ist an der Außenseite
der Schiebehülse 22 angeordnet. Diese dient zur Aufnahme einer Dichtung, die die
Schiebehülse 22 gegenüber einer äußeren Hülse 38 abdichtet, die mit der Spindel
11 unbewegbar verbunden ist.
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Die Schiebehülse 22 weist in ihrem abgestuften Abschnitt 23 eine umlaufende
breite Nut 39 auf, in der die der Lagerung dienenden Enden 40 mehrerer Spannzangen
41 angeordnet sind. Die Spannzangen 41 werden durch einen umlaufenden Ring 42, der
in einer Nut an ihrer Innenseite angeordnet ist, zusammengehalten. An ihrer Außenseite
enthalten die Spannzangen 41 eine umlaufende Nut 43, in der eine Ringfeder 44 eingesetzt
ist. Die Ringfeder 44 drückt die in Fig. 1 rechten Ende der Spannzangen nach innen.
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Mit ihren jeweils anderen Enden 45 greifen die Spannzangen an einer
Schulter 46 an, die an der Werkzeugaufnahme 13 ausgebildet und zum freien Ende der
Vorrichtung hin gerichtet ist. Durch das Angreifen dieser Enden 45 an der Schulter
46 wird die Werkzeugaufnahme 13 fest gegen das Aufnahmeteil 12 gedrückt. Dadurch
wird eine feste Halterung der Werkzeugaufnahme 13 und ein dichtes Anliegen an der
Dichtung 18 bewirkt, so daß die Flüssigkeit nur durch den inneren Durchgang 21 der
Werkzeugaufnahme 13 hindurchgelangen kann.
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An dem vorderen Ende 47 der Außenhülse 38 können in der Figur nicht
dargestellte Mitnahmesteine befestigt sein, die zur Mitnahme der Werkzeugaufnahme
13 in Drehrichtung dienen.
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Außerhalb der Außenhülse 38 enthält die Werkzeugaufnahme einen Einstich
48, an dem eine nicht dargestellte Greifeinrichtung die Werkzeugaufnahme 13 ergreifen
und entfernen kann.
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Einzelheiten des Angreifens der Spannzangen 41 gehen aus Fig. 2 hervor,
die in größerem Maßstab gezeichnet ist. Der Ring 42, der an der Innenseite der Spannzangen
41 angeordnet ist, hält diese zusammen. Die in der flachen Ringnut 39 angeordneten
Abschnitte der Spannzangen 41 weisen eine leicht gekrümmte Oberfläche 49 auf, so
daß sie in diesem Bereich einen Schwenkbereich aufweisen. Durch die Ringfeder 44
wird die in Fig. 2 zu sehende Spannzange 41 derart beaufschlagt, daß ihr freies,
dem freien Ende der Vorrichtung zugewandtes Ende 45 nach unten beaufschlagt wird.
Dadurch liegt die Außenfläche 50 des freien Endes 45 jeder Spannzange 41 an einer
Innenfläche der Außenhülse 38 an, die in dem Bereich, in dem die Außenfläche 50
in gespanntem Zustand anliegt, eine leichte Konizität aufweist. Dadurch wird eine
Selbsthemmung in diesem Bereich bewirkt. Wird nun in den Zwischenraum 33 Druck gegeben,
so verschiebt sich die Schiebehülse 22 nach links, wobei gleichzeitig das Tellerfederpaket
28 zusammengedrückt wird. Dabei gleitet die Spannzange 41 nach links, wobei ihre
Außenfläche 50 an der Innenfläche 51 der Außenhülse 38 abgleitet. Bei dieser Linksverschiebung
wird die Werkzeugaufnahme 13 schon nicht mehr an das Aufnahmeteil 12 angepreßt,
es kann jedoch erst dann entnommen werden, wenn die freien Enden 45 der Spannzangen
41 an einer Schulter 52 in der Innenfläche 51 der Außenhülse 38 nach außen abgleiten
können, siehe Fig. 3. Bei weiterer Linksbewegung der Schiebehülse 22 geben die freien
Enden 45 der
Spannzangen die Schulter 46 des Aufnahmeteils 13 vollständig
frei, wobei gleichzeitig die Stirnkante 53 der Schiebehülse 22 auf der entgegengesetzten
Seite 54 der Schulter 46 die Werkzeugaufnahme 13 ausstößt. Dadurch wird mit Sicherheit
ein Lösen der Werkzeugaufnahme 13 erreicht.
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Beim Festspannen verläuft der Vorgang in umgekehrter Richtung, so
daß die Tellerfedern 28 die Schiebehülse 22 nach rechts schieben, wobei die freien
Enden 45 der Spannzangen 41 die beschriebene Spannung durchführen. Da die Schwenkbewegung
der freien Enden 45 nach innen im wesentlichen erfolgt, bevor die freien Enden 45
mit ihren nach innen gerichteten Flächen 55 an der Schulter 46 angreifen, erfolgt
dadurch praktisch keine Reibung.
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Die Schulter 46, an der die Spannzangen angreifen, ist in dem Bereich
der Werkzeugaufnahme 13 angeordnet, an der diese den größten Durchmesser aufweist.
Dadurch wird der Raum an der Innenseite des Aufnahmeteils 12 von komplizierten Mechanismen
freigelassen und es ergibt sich ein günstiges Hebelverhältnis, das zu einem besonders
kräftigen und festen Anspannen der Werkzeugaufnahme 13 dient.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist mit Vorteil eine große Anzahl
von Spannzangen vorhanden, beispielsweise zwölf.