DE3524434C1 - Werkzeugmaschinenspindel und hierzu passende Werkzeughalter - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschinenspindel und hierzu passende Werkzeughalter zu schaffen, bei denen der Schaft einen den jeweiligen Belastungen des Werkzeuges angepaßten Außendurchmesser aufweisen kann und trotzdem eine einwandfreie Anlage der Ringfläche jedes Werkzeughalters im Bereich des Außendurchmessers dieser Ringfläche sichergestellt ist.
• Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß an der Stirnseite der Spindel mehrere zueinander konzentrische, ringförmige Stützflächen ausgebildet sind, die durch in die Stirnseite eingearbeitete Ringnuten voneinander abgegrenzt sind, und daß die Werkzeughalter bei Paßzapfen gleichen Durchmessers unterschiedliche, sich stufenweise voneinander unterscheidende Schaftdurchmesser aufweisen, wobei der äußere Durchmesser jeder Stützfläche geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser der Ringfläche des zugehörigen Werkzeughalters und wobei ferner bei Anlage der Ringfläche eines Werkzeughalters an der zugehörigen Stützfläche die radial weiter innen liegende(n) Stützfläche(n) mit axialem Abstand von der gegenüberliegenden radialen Fläche des Werkzeughalters angeordnet ist (sind).
• Durch die Unterteilung der Stirnseite der Spindel in einzelne, zueinander konzentrische und durch Ringhüllen voneinander abgegrenzte Stützflächen werden Verformungen (Markierungen) durch die am Übergang vom Schaft zur Ringfläche liegende Außenkante vermieden. Diese Außenkante liegt nämlich jeweils im Bereich einer Ringnut und kann damit nicht auf die Stützfläche drücken. Desweiteren stützt sich der Schaft jedes Werkzeughalters stets nur im Bereich seines Außendurchmessers mit seiner Ringfläche an der gegenüberliegenden Stützfläche ab. Es wird damit eine einwandfreie Abstützung und auch eine exakte Anlage des Werkzeughalters an einer der Stützflächen und zwar immer an der in Bezug auf den Schaftdurchmesser größtmöglichen Stützfläche sichergestellt. Auf diese Weise wird immer eine einwandfreie Kraftübertragung vom Werkzeughalter auf die Spindel und umgekehrt sichergestellt und ferner auch eine genaue Lage einer voreingestellten Schneide gegenüber der zugehörigen Stützfläche der Spindel.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. I ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Werkzeughalter mit kleinem Schaftdurchmesser, F i g. 2 das gleiche Ausführungsbeispiel mit einem Werkzeughalter mit großem Schaftdurchmesser, Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Werkzeughalter mit kleinem Schaftdurchmesser, F i g. 4 dieses Ausführungsbeispiel mit einem Werkzeughalter mit großem Schaftdurchmesser.
• Die Spindel 1 ist im Spindelstock 2 drehbar gelagert.
• Sie weist eine zylindrische Aufnahmebohrung 3 auf. An der Stirnseite der Spindel 1 sind drei zueinander konzentrische Stützflächen 4, 5, 6 vorgesehen, die durch Ringrillen 7, 8 voneinander abgegrenzt sind. Die Ringrillen 7, 8 können eine radiale Breite von beispielsweise 2 mm aufweisen. Bei dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner die Stützflächen 4 - 6 in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet und zwar so, daß jeweils die innenliegende Stützfläche, beispielsweise die Stützfläche 4, gegenüber einer diese umgebenden Stützfläche 5 axial zurückgesetzt angeordnet ist. Die Stützfläche 5 ist ihrerseits wieder axial zurückgesetzt gegenüber der Stützfläche 6 angeordnet. Der axiale Abstand a zweier Stützflächen ist in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben groß dargestellt. In Wirklichkeit sollte er mindestens etwa 0,02 mm betragen.
• Der Werkzeughalter 9 weist einen in die Aufnahmebohrung 3 genau passenden Paßzapfen 10 und einen daran anschließenden, koaxialen, zylindrischen Schaft 11 auf. Am vorderen Ende des Schaftes 11 ist ein nicht dargestelltes Werkzeug, beispielsweise eine Reibahle, eine Feinbohrstange oder ein Gewindeschneidwerkzeug angeordnet. Am Übergang zwischen Paßzapfen 10 und Schaft 11 ist eine zur Schaftachse A konzentrische Ringfläche 12 vorgesehen, die sich senkrecht zur Schaftachse A erstreckt. In der Spindel 1 sind nicht dargestellte, am Paßzapfen 10 angreifende Spannmittel vorgesehen, die den Zapfen 10 zum Innern der Spindel hin in Richtung 8 belasten und dadurch die Ringfläche 12 an die Stützfläche 4 anpressen. Derartige Spannmittel sind beispielsweise in der EP-A 01 23 220 offenbart.
• In F i g. 2 ist die gleiche Spindel 1 mit einem anderen Werkzeughalter 9a dargestellt, der am freien Ende seines Schaftes 11a ein nicht dargestelltes Werkzeug, beispielsweise einen Fräskopf, trägt, der hohen Bearbeitungskräften ausgesetzt ist. Der Schaft 11a weist deshalb den größtmöglichen Durchmesser D 3 auf. Infolge der stufenförmigen Versetzung der Stützflächen 4, 5, 6 liegt der Schaft 11a mit seiner Stützfläche 12a nur im Bereich seines Durchmessers D 3 an der Stützfläche 6 mit dem größten Außendurchmesser d3 an. Ein weiterer, in der Zeichnung nur strichpunktiert dargestellter Werkzeughalter kann einen zwischen den Durchmessern D 1 und D 3 liegenden Durchmesser D 2 aufweisen.
• In jedem Fall sind die Durchmesser D 1, D 2, D 3 der verschiedenen Werkzeughalter so abzustufen, daß die Außendurchmesser d 1, d2 und d3 der Stützflächen 4, 5, 6 stets geringfügig, d. h. um etwa 1 mm kleiner sind als die Schaftdurchmesser D 1, D 2, D 3 der zugehörigen Werkzeughalter 9, 9a. Auf diese Weise kommt die Außenkante 13, 13a am Übergang zwischen dem Schaft 11, 11a und der Ringfläche 12, 12a stets im Bereich einer Ringnut 7 bzw. 8 bzw. auch der Fase 14 zu liegen. Die Außenkante 13, 13a drückt damit keinesfalls auf eine der Stützflächen 4, 5, 6 und es werden damit Verformungen (Markierungen) der Stützflächen vermieden.
• Das gleiche gilt auch für das in F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden die gleichen Bezugszeichen gewählt wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wobei jeweils ein Indexstrich bei denjenigen Teilen hinzugefügt wurde, die sich konstruktiv von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel unterscheiden. Obige Beschreibung trifft jedoch sinngemäß auch für das in F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zu. Die durch die Nuten 7', 8' gegeneinander abgegrenzten Stützflächen 4', 5', 6' liegen bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene, was den Vorteil hat, daß die Stirnfläche der Spindel 1' in einem Arbeitsgang überschliffen werden kann. Der Werkzeughalter 9 entspricht dem in F i g. 1 dargestellten Werkzeughalter in allen Einzelheiten. Um jedoch bei Werkzeughaltern 9'a mit einem größeren Schaftdurchmesser D 3 ebenfalls sicherzustellen, daß dieser Werkzeughalter 9'a mit seiner Ringfläche 12'a immer nur an der zugehörigen äußeren Stützfläche 6' anliegt, weist der Werkzeughalter 9'a konzentrisch zum Paßzapfen 10 eine Ausdrehung auf. Diese Ausdrehung ist so bemessen, daß die innerhalb des inneren Durchmessers d5 der zugehörigen Stützfläche 6' liegende radiale Fläche 15 des Werkzeughalters 9'a bis zum Paßzapfen 10 hin gegenüber der Ringfläche 12'a zur Werkzeugseite des Werkzeughalters 9'a hin zurückspingt. Bei einem in F i g. 3 strichpunktiert angedeuteten Werkzeughalter mit einem Schaftdurchmesser D 2 würde die Ausdrehung einen Außendurchmesser aufweisen, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser d4 der Stützfläche 5'.
• Auf diese Weise hat die radiale Fläche 15 von der - Ringfläche 12'a einen axialen Abstand al und dementsprechend auch einen axialen Abstand von den weiter innen liegenden Stützflächen 4' und 5'. Der axiale Abstand a 1 der radialen Fläche 14 von der Ringfläche 12'a sollte mindestens etwa 0,02 mm betragen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Werkzeugmaschinenspindel und hierzu passende Werkzeughalter, die an ihrem freien Ende eine zylindrische Aufnahmebohrung und an ihrer Stirnseite mindestens eine die Aufnahmebohrung umgebende, senkrecht zur Spindelachse verlaufende, ringförmige Stützfläche aufweist, wobei ein in die Spindel einsetzbarer Werkzeughalter einen in die Aufnahmebohrung genau passenden zylindrischen Paßzapfen, einen daran anschließenden, koaxialen zylindrischen Schaft mit einem größeren Durchmesser als der des Paßzapfens und am Übergang zwischen Schaft und Paßzapfen eine konzentrische, senkrecht zur Schaftachse verlaufende Ringfläche aufweist, die sich nach Einsetzen des Paßzapfens in die Aufnahmebohrung an der ringförmigen Stützfläche abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite der Spindel (1, 1') mehrere zueinander konzentrische, ringförmige Stützflächen (4, 5, 6; 4', 5', 6') ausgebildet sind, die durch in die Stirnseite eingearbeitete Ringnuten (7, 8; 7', 8') voneinander abgegrenzt sind, und daß die Werkzeughalter (9, 9a; 9'a) bei Paßzapfen (10) gleichen Durchmessers unterschiedliche, sich stufenweise voneinander unterscheidende Schaftdurchmesser (D 1, D 2, D 3) aufweisen, wobei der äußere Durchmesser (d 1, d 2, d3) jeder Stützfläche (4, 5, 6; 4', 5', 6') geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser (D 1, D 2, D 3) der Ringfläche (12, 12a; 12'a) des zugehörigen Werkzeughalters (9, 9a; 9'a) und wobei ferner bei Anlage der Ringfläche (12, 12a; 12'a) eines Werkzeughalters (9, 9a; 9'a) an der zugehörigen Stützfläche (4,5,6; 4', 5', 6') die radial weiter innen liegende(n) Stützfläche(n) mit axialem Abstand von der gegenüberliegenden radialen Fläche des Werkzeughalters (9, 9a; 9'a) angeordnet ist (sind).
2. 2. Werkzeugmaschinenspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die innen liegende Stützfläche (4, 5) gegenüber einer diese umgebenden Stützfläche (5, 6) axial zurückgesetzt angeordnet ist (F i g. 1 und 2).
3. 3. Werkzeugmaschinenspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zweier Stützflächen (4, 5, 6) mindestens etwa 0,02 mm beträgt.
4. 4. Werkzeugmaschinenspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche sich vom Schaftdurchmesser (D 2, D 3) aus so weit radial nach innen erstreckt wie die zugehörige Stützfläche (5', 6') und daß die innerhalb des inneren Durchmessers (d4, d5) der zugehörigen Stützfläche (5', 6') liegende radiale Fläche (15) des Werkzeughalters (9'a) bis zum Paßzapfen (10) hin gegenüber der Ringfläche (12'a) zur Werkzeugseite des Werkzeughalters hin zurückspringt.
5. 5. Werkzeugmaschinenspindel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der radialen Fläche (15) von der Ringfläche (12'a) mindestens etwa 0,02 mm beträgt.
6. 6. Werkzeugmaschinenspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite der Ringnut (7, 8; 7', 8') etwa 2 mm beträgt.

   Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenspindel und hierzu passende Werkzeughalter, die an ihrem freien Ende eine zylindrische Aufnahmebohrung und an ihrer Stirnseite mindestens eine die Aufnahmebohrung umgebende, senkrecht zur Spindelachse verlaufende, ringförmige Stützfläche aufweist, wobei ein in die Spindel einsetzbarer Werkzeughalter einen in die Aufnahmebohrung genau passenden zylindrischen Paßzapfen, einen daran anschließenden, koaxialen zylindrischen Schaft mit einem größeren Durchmesser als der Paßzapfen und am Übergang zwischen Schaft und Paßzapfen eine konzentrische, senkrecht zur Schaftachse verlaufende Ringfläche aufweist, die sich nach Einsetzen des Paßzapfens in die Aufnahmebohrung an der ringförmigen Stützfläche abstützt.

   Bei einer derartigen bekannten Werkzeugmaschinenspindel (DE-A 01 23 220) erstreckt sich die Stützfläche durchgehend von der Paßbohrung bis zum Außendurchmesser der Spindel. Der Schaft des Werkzeughalters weist in etwa den gleichen Durchmesser auf wie die Spindel. Auch die Ringfläche erstreckt sich vom Paßzapfen bis zum Außendurchmesser des Schaftes des Werkzeughalters. Auf diese Weise stützt sich der Werkzeughalter auf einem sehr großen Durchmesser an der Spindel ab, wodurch eine optimale Abstützung erreicht wird. Diese optimale Abstützung ist bei Werkzeugen, welche ein großes Standmoment und ein großes Schnittmoment benötigen, z. B. Fräsköpfe oder Bohrwerkzeuge mit großem Arbeitsdurchmesser, von Vorteil. Versieht man Werkzeuge, die geringeren Belastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Feinbohrstangen, Reibahlen, Gewindeschneidwerkzeuge und Bohrer kleineren Durchmessers ebenfalls mit einem Schaft, dessen Außendurchmesser dem Spindel-Außendurchmesser entspricht, dann sind diese Werkzeuge zwar ebenfalls sehr stabil, weisen jedoch ein unnötig hohes Gewicht auf.

   Wegen der großen Masse werden die Wechselzeiten beim automatischen Auswechseln derartiger Werkzeuge vergrößert und vor allem erfordern Werkzeuge mit großem Schaftdurchmesser in einem Werkzeugmagazin auch sehr viel Platz. Würde man Werkzeuge, die geringeren Belastungen ausgesetzt sind, mit einem Schaft mit kleinerem Außendurchmesser versehen, dann besteht die Gefahr, daß die Außenkante des Schaftes, also der Übergang der Ringfläche in den Außendurchmesser des Schaftes, an der Stützfläche Verformungen erzeugt. Diese Verformungen können einseitig an der dem Werkzeug diametral gegenüberliegenden Seite auftreten. Die Verformungen oder Markierungen führen dazu, daß ein Werkzeug mit einem größeren Schaftdurchmesser nicht mehr vollständig an der Abstützfläche anliegt, insbesondere nicht im Bereich seines Außendurchmessers. Dies führt nicht nur zu einer Verringerung der Stabilität, sondern auch zu Bearbeitungsungenauigkeiten. Vielfach werden nämlich die Werkzeuge außerhalb der Maschine voreingestellt. Wenn nun bei einem derartigen voreingestellten Werkzeug die Ringfläche nicht vollkommen an der Stützfläche anliegt, dann hat die Werkzeugschneide einen größeren Abstand von der Stützfläche und es verändert sich damit auch das Bearbeitungsmaß.