DE3517246C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für eine Werkzeug­ maschine zum Halten eines Werkzeugelementes, wobei das Spann­ futter einen Spannfutterkörper mit einer integriert damit ausgebildeten Hülse umfaßt, die in Richtung der Drehachse des Spannfutters verläuft und eine Bohrung zur Aufnahme eines Werkzeugelementes umfaßt und deren äußere Umfangs­ fläche vom Spannfutterkörper weggerichtet ist, mit einer Befestigungsmutter, die unter Zwischenschaltung einer Viel­ zahl von Wälzkörpern zwischen der äußeren Umfangsfläche der Hülse und der Innenumfangsfläche der Befestigungsmutter drehbar auf der Hülse befestigt ist, wobei die innere Um­ fangsfläche der Befestigungsmutter konisch verjüngt und die äußere Umfangsfläche der Hülse komplementär hierzu konisch verjüngt ist und die jeweiligen Längsachsen der Wälzkörper relativ zur Erzeugenden der konisch verjüngten äußeren Umfangsfläche der Hülse geneigt sind, so daß die Befestigungsmutter relativ zur Hülse um die Drehachse des Spannfutters gewindemäßig drehbar ist.

Ein Spannfutter der genannten Art ist bekannt (JP-GM 58-1 43 107). Nachteilig ist es bei diesem Spannfutter, daß während der Verwendung im Betrieb die Hülse zum Oszillie­ ren neigt und dadurch ein Rattergeräusch erzeugt, da die Hülse eine beträchtlich reduzierte Wanddicke hat. Dies beeinträchtigt erheblich einen hochgenauen Bearbeitungsvor­ gang.

Um das vorgenannte Problem zu eliminieren, ist aus der Praxis ein Spannfutter bekannt, bei dem eine eine beträchtlich re­ duzierte Wanddicke aufweisende Hülse, eine auf der Außen­ seite der Hülse angebrachte Befestigungsmutter und ein Ab­ schnitt des zylindrischen Körpers, beispielsweise der eine größere Wanddicke aufweisende Kragen, während der Verwendung des Spannfutters im Betrieb zusammengedreht werden können. Hierbei ist der Kragen integriert, d.h. einstückig mit einem ringförmigen Vorsprung ausgebildet, welcher in Richtung auf die Befestigungsmutter vorsteht. Eine ringförmige Hartgummi­ auskleidung ist an der ringförmigen Endfläche des Vorsprunges so befestigt, daß, wenn die Befestigungsmutter bei einer Axialbewegung festgezogen wird, die ringförmige Endfläche der Hülse neben der Hartgummiauskleidung in Berüh­ rung mit der ringförmigen Hartgummiauskleidung gebracht wer­ den kann, wobei die Hartgummiauskleidung konsequenterweise zusammengedrückt wird, damit die Hülse, die Befestigungs­ mutter und der Kragen miteinander integriert sind. Das be­ kannte Spannfutter ist dahingehend nachteilig, daß der Betrag der Deformation der Gummiauskleidung in Verbindung mit dem Innendruck, welcher aus dem Eingriff der Befesti­ gungsmutter resultiert, so begrenzt ist, daß die Befesti­ gungsmutter im befestigten Zustand nicht fest mit dem zylindrischen Körper gekuppelt werden kann. In anderen Worten bedeutet dies, daß in Abhängigkeit vom Typ des Werkzeugelementes der Außendurchmesser des Schaftes kleiner ist als der Innendurchmesser der Hülse. Daher muß das Aus­ maß, auf das die Hülse radial nach innen verformt werden sollte, um das Werkzeugelement fest einzuspannen, aus­ reichend groß sein. Jedoch kann bei dem bekannten Spann­ futter, wenn die Befestigungsmutter angezogen wird, die Gummiauskleidung nicht ausreichend nach innen verformt wer­ den, um das Werkzeugelement fest einzuspannen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß beim Be­ trieb ein Oszillieren und Rattern vermieden ist. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Verstärkungsmutter gewindemäßig auf der Befestigungsmutter angebracht ist und unter Druck mit einer ringförmigen End­ fläche des Spannfutterkörpers radial außerhalb der Hülse in Anlage bringbar ist.

Bei Verwendung eines Spannfutters gemäß der Erfindung kön­ nen Schneidelemente oder ähnliche Werkzeuge unterschied­ lichen Durchmessers fest eingespannt werden, wenn die Be­ festigungsmutter angezogen wird, während die Verstärkungs­ mutter in einem axialen Abstand von der ringförmigen End­ fläche des Spannfutterkörpers gehalten wird. Danach wird die Verstärkungsmutter angezogen mit der Folge, daß ein Ende der Verstärkungsmutter unter Druck in Anlage an die ringförmige Endfläche des Spannfutterkörpers gebracht wird. Dadurch wird ein festes Kuppeln der dünnwandigen Hülse mit der Befestigungsmutter und dem Spannfutterkörper über die Verstärkungsmutter erhalten. Daher wird jegliche uner­ wünschte Schwingungsbewegung der Hülse auf vorteilhafte Weise vermieden, so daß auch ein Rattern nicht auftritt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper aus Nadeln bestehen, die durch einen Walzkäfig drehbar gehalten sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Spannfutters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2a bis 2e schematische Querschnittsansichten ver­ schiedener Hülsen, die bei dem Spannfutter der Erfindung verwendet werden können.

Das Spannfutter umfaßt einen zylindrischen Spannfutterkör­ per 1 mit einem radial nach außen ragenden Kragen 2 und einem axial nach außen sich konisch verjüngenden Schaft 3, welcher integriert mit dem Kragen 2 ausgebildet ist. Eine Hülse 4 verläuft von einem Ende des zylindrischen Körpers 1 axial nach außen und zwar dort wo der Kragen 2 radial nach außen ausgebildet ist. Die Hülse 4 kann ein nicht dar­ gestelltes Werkzeugelement aufnehmen, wie beispielsweise einen Fräser oder einen Bohrer. Für diesen Zweck wird eine Querschnittsgestaltung entsprechend Fig. 2a bis 2e für die Hülse gewählt. In anderen Worten bedeutet dies, daß die Hülse 4 einen Querschnitt einnimmt, bei dem die Wand eine relativ kleine Wanddicke hat und/oder axial teilgeschlitzt ist, um über den Umfang in gleichem Abstand verteilte Hülsen­ segmente vorzusehen, damit die Hülse 4 radial nach innen deformiert oder zusammengezogen werden kann, damit das Werkzeugelement fest eingespannt werden kann. Die äußere Umfangsfläche 4 a der Hülse 4 ist in Richtung axial weg vom zylindrischen Körper 1 konisch verjüngt ausgebildet. Dreh­ bar um diese äußere Umfangsfläche ist ein Befestigungsring oder eine Befestigungsmutter 6 angeordnet, deren innere Umfangsfläche in komplementärem Verhältnis zur inneren Umfangsfläche 4 a der Hülse 4 konisch verjüngt ist.

Eine Vielzahl von Wälzkörper 7 umfaßt einen Käfig 8, wel­ cher unlösbar, jedoch lose eine Vielzahl von beispielsweise zwei Nadeln hält. Die Wälzkörper 7 sind umfangsmäßig zwi­ schen der äußeren Umfangsfläche der Hülse und der inneren Umfangsfläche der Befestigungsmutter 6 angeordnet, wobei die Längsachse jeder Nadel in geneigtem Verhältnis zur Erzeugenden der Verjüngung der inneren bzw. äußeren Umfangs­ fläche der Befestigungsmutter bzw. der Hülse 4 verläuft. Wenn demgemäß die Befestigungsmutter 6 in eine Richtung um die Hülse 4 gedreht wird, d.h. im Längssinn des Spann­ futters, so kann die Befestigungsmutter 6 axial in eine Richtung bewegt werden, beispielsweise in Richtung auf den zylindrischen Körper 1 zusammen mit den Wälzkörpern 7, um so ein radial nach innen gerichtetes verformen oder Zusammenziehen der Hülse 4 zu verursachen und somit eine Reduzierung des Durchmessers ihrer Bohrung 5, damit das Werkzeugelement fest eingespannt wird. Dies ist möglich, weil die äußere Umfangsfläche 4 a der Hülse 4 und die innere Umfangsfläche der Befestigungsmutter 6 so geformt sind, daß sie komple­ mentär zueinander und konisch verjüngt sind. Wenn die Befestigungsmutter 6 bei Betrachtung der Fig. 1 durch Drehung derselben um die Hülse 4 axial nach links bewegt wird, kann der freie Endabschnitt der Hülse 4, welcher vom zylindrischen Körper 1 entfernt liegt, radial nach innen gebracht werden, um dadurch den Durchmesser der Bohrung 5 zur Aufnahme des Werkzeugelementes zu reduzieren und dadurch das Werkzeugelement, welches in die Bohrung 5 ein­ gesetzt ist, fest einzuspannen.

Der zylindrische Körper 1 weist eine über den Umfang ver­ laufende radial nach innen ausgenommene Nut 2 b auf, die dem Eingriff eines Manipulatorarmes (nicht dargestellt) dient, welcher in einer Art automatische Werkzeugmaschine einge­ baut ist. Dieser Manipulatorarm dient dem Austausch des Spannfutters. Der zylindrische Körper 1 weist ebenso eine Positionierausnehmung 12 auf, die radial nach innen ver­ läuft. Diese Ausnehmung 12 wird für die Ausrichtung des Spannfutters mit einer Maschinenspindel (nicht dargestellt) verwendet. Soweit dargestellt, weist die Hülse 4 eine Vielzahl axial verlaufender kreissektionierter Löcher 4 b auf die in gleichen Abständen voneinander um die Längs­ achse der Hülse 4 angeordnet sind. Diese Löcher 4 b stehen mit einer Bohrung 5 der Hülse 4 in Verbindung, und zwar über jeweilige axial verlaufende Schlitze 4 c, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist, so daß, wenn der Befe­ stigungsring oder die Befestigungsmutter 6 festgelegt ist, der Durchmesser der Bohrung 5 reduziert werden kann. Es ist jedoch festzustellen. daß der Querschnitt der Hülse 4 nicht immer auf den gemäß Fig. 2a beschränkt ist. Der Querschnitt der Hülse 4 kann auch entsprechend Fig. 2b bis 2e gewählt werden. Von den in Fig. 2a bis 2e gezeigten Beispielen zeigt das Beispiel gemäß Fig. 2e eine relativ kleine Wanddicke der Hülse 4 über den ge­ samten Umfang.

An einem Ende der Hülse 4, welches vom Kragen entfernt­ liegt, sind ein Dichtungsring 13 und ein Anschlagring 14 an der Außenumfangsfläche der Hülse 4 befestigt. Gleicher­ weise sind an einem Ende der Befestigungsmutter 6 in der Nähe des Kragens 2 ein Dichtungsring 15 und ein Anschlag­ ring 16 an der inneren Umfangsfläche der Befestigungsmut­ ter 6 befestigt, und zwar für den Zweck des Vermeidens jeglicher Trennung der Befestigungsmutter 6 von der Hülse 4 und ebenso jeder möglichen Trennung der Wälzkörper 7 und des Käfigs 8 von einem Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche der Befestigungsmutter 6 und der äußeren Umfangsfläche der Hülse 4.

Die Befestigungsmutter 6 weist einen Zwischenabschnitt auf, welcher mit einer Vielzahl von in gleichen Abständen über den Umfang geordneten Eingriffschlitzen 17 versehen ist und zwar für den Eingriff mit einem nicht dargestellten Werkzeug, das dazu verwendet wird, die Befestigungsmutter 6 anzuziehen oder zu lösen. Die Befestigungsmutter 6 weist ebenso an einem Endabschnitt in der Nähe des Kragens 2 ein Außengewinde 18 auf, welches mit einem Innengewinde 19 eines Verstärkungsringes oder einer Verstärkungsmutter 11 in Eingriff steht.

Die Verstärkungsmutter 11 umfaßt im wesentlichen eine zylindrische Fassung 20, deren innere Umfangsfläche mit dem Innengewinde 19 versehen ist und außerdem einen Kon­ taktflansch 21 aufweist, welcher von einem Ende der zylin­ drischen Fassung 20 in der Nähe des Kragens 2 radial nach innen verläuft. Diese Verstärkungsmutter 11 ist gewinde­ mäßig so auf der Befestigungsmutter 6 angebracht, daß das Innengewinde 19 mit dem Außengewinde 18 im Eingriff steht. Das in der inneren Umfangsfläche der zylindrischen Fassung 20 ausgebildete Innengewinde 19 ist so positioniert, daß sogar nach dem Anbringen der Befestigungsmutter 6 in die Befestigungslage die Verstärkungsmutter 11 geschraubt wer­ den kann, bis der radial nach innen verlaufende Flansch 21 an der ringförmigen Endfläche 2 a des Kragens 2 anstößt. Es ist dementsprechend ersichtlich, daß nach dem Einset­ zen des Werkzeugelementes in die Bohrung 5 und nach dem nachfolgenden Befestigen der Befestigungsmutter 6 für das feste Einspannen des durch die Verwendung des Be­ festigungswerkzeuges (nicht dargestellt) im Eingriff mit den Eingriffschlitzen 17 in die Bohrung 5 eingesetzten Werkzeugelementes die Verstärkungsmutter 11 um die Befe­ stigungsmutter 6 gedreht wird, bis der radial nach innen verlaufende Kontaktflansch 21 fest an der ringförmigen Endfläche 2 a des Kragens 2 anstößt und dadurch die Befe­ stigungsmutter 6 passend und fest mit dem Kragen 2 und so­ mit dem zylindrischen Spannfutterkörper 1 kuppelt. Die er­ forderliche Drehung der Verstärkungsmutter 11 kann von Hand bewirkt werden und für diesen Zweck ist die äußere Umfangs­ fläche der zylindrischen Fassung 20 entsprechend der Dar­ stellung bei 22 gerändelt, um jeglichen Schlupf zwischen den Fingern der Arbeitsperson und der Verstärkungsmutter 11 zu vermeiden.

Vorzugsweise sind das Außengewinde 18 und das Innenge­ winde 19 so gestaltet, daß die Befestigungsdrehrichtung der Verstärkungsmutter 11, die für das feste Anlegen des Kontaktflansches 21 an der ringförmigen Endfläche 2 a des Kragens 2 notwendig ist, der Drehrichtung der Spindel der Werkzeugmaschine entgegengesetzt ist, an der das Spannfutter angebracht wird, d.h. entgegengesetzt der Dreh­ richtung des Spannfutters bei der Drehung der Maschinen­ spindel. Mit dieser konstruktiven Ausgestaltung ist es möglich, ein unerwünschtes Lösen der Verstärkungsmutter 11 unter dem Einfluß von Vibrationen zu verhindern, die beim Betrieb der Werkzeugmaschine auftreten. In anderen Worten bedeutet dies, daß während der Drehung der Ma­ schinenspindel und somit des Spannfutters in einer Rich­ tung der Verstärkungsmutter 11 eine Drehtendenz in Be­ festigungsrichtung verliehen wird, welche der Drehrichtung des Spannfutters entgegengesetzt ist. Dementsprechend ist für das Befestigen der Verstärkungsmutter 11 nach dem Befestigen der Befestigungsmutter 6 kein unangenehm gro­ ßes Drehmoment erforderlich.

Claims (2)

1. Spannfutter für eine Werkzeugmaschine zum Halten eines Werkzeugelementes, wobei das Spannfutter einen Spann­ futterkörper (1) mit einer integriert damit ausgebildeten Hülse (4) umfaßt, die in Richtung der Drehachse des Spann­ futters verläuft und eine Bohrung (5) zur Aufnahme eines Werkzeugelementes umfaßt und deren äußere Umfangs­ fläche vom Spannfutterkörper weggerichtet ist, mit einer Befestigungsmutter (6), die unter Zwischenschaltung einer Vielzahl von Wälzkörpern (7) zwischen der äußeren Umfangs­ fläche der Hülse und der Innenumfangsfläche der Befesti­ gungsmutter drehbar auf der Hülse befestigt ist, wobei die innere Umfangsfläche der Befestigungsmutter (6) konisch verjüngt und die äußere Umfangsfläche der Hülse komplementär hierzu konisch verjüngt ist und die jeweiligen Längsachsen der Wälzkörper relativ zur Erzeugenden der ko­ nisch verjüngten äußeren Umfangsfläche der Hülse geneigt sind, so daß die Befestigungsmutter relativ zur Hülse um die Drehachse des Spannfutters gewindemäßig drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungsmutter (11) gewindemäßig auf der Be­ festigungsmutter angebracht ist und unter Druck mit einer ringförmigen Endfläche (2 a) des Spannfutterkörpers (1) radial außerhalb der Hülse in Anlage bringbar ist.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (7) aus Nadeln bestehen, die durch einen Wälzkäfig drehbar gehalten sind.