DE3533623A1 - Steuerantrieb fuer eine steuerstange in einer rotierenden maschinenspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuerantrieb für eine in einer rotierenden Maschinenspindel axial verschiebbare Steuerstange, insbesondere einen Löseantrieb für die von einer Feder in Spannrichtung vorgespannte Steuer­ stange eines Steilkegel-Werkzeugspanners, mit einer an einem Ende der Maschinenspindel gleichachsig zu deren Spindelachse angeordneten Kolben-Zylinder-Antriebsein­ heit, die an einer maschinenfesten Führung als Einheit relativ zur Maschinenspindel und zur Steuerstange mit axialem Bewegungsspiel verschiebbar geführt ist, wobei die Maschinenspindel und der Zylinder einerseits und die Steuerstange und der Kolben andererseits nach Aus­ gleich des Bewegungsspiels über axial aneinander entge­ gengerichtete Anschlagflächenpaare für die Kraftüber­ tragung aneinander abgestützt sind und eines der An­ schlagflächenpaare durch eine auf Zug beanspruchbare lösbare Kupplung gebildet ist.

Der in die Maschinenspindel integrierte Werkzeugspanner beispielsweise einer Fräsmaschine oder dergleichen um­ faßt ein Federpaket, welches über eine in der Maschinen­ spindel axial verschiebbare Zugstange die Spannzange der Steilkegelwerkzeugkupplung betätigt. Das Federpaket liefert die Haltekraft, mit der das Werkzeug während des Betriebs in der Werkzeugkupplung gehalten wird. Zum Lösen des Werkzeugs ist eine Kolben-Zylinder-Hydraulik- Antriebseinheit vorgesehen, die die Zugstange entgegen der Kraft des Federpakets beaufschlagt, die Werkzeug­ kupplung öffnet und das Werkzeug aus der Werkzeugkupp­ lung ausstößt.

Es ist bekannt, den Zylinder der Antriebseinheit fest mit der Spindel zu verbinden, wobei für die Hydraulik­ zuleitung ein Drehanschluß vorgesehen sein muß. Drehan­ schlüsse für sehr hohe Spindeldrehzahlen, von beispiels­ weise 20.000 Umdrehungen und mehr, sind jedoch sehr aufwendig.

Es ist ferner bekannt, die Kolben-Zylinder-Antriebsein­ heit mit axialem Bewegungsspiel axial schwimmend an einer maschinenfesten Führung zu führen und dafür zu sorgen, daß die Antriebseinheit im Rotationsbetrieb der Maschinenspindel von dieser abgekoppelt ist und nur bei Druckbeaufschlagung in direkten oder indirekten Anlage­ kontakt mit der Steuerstange bzw. der Maschinenspindel kommt. Der Drehanschluß für die Hydraulikzuleitung kann auf diese Weise entfallen.

Bei einem bekannten Löseantrieb dieser Art ist an dem der Werkzeugkupplung axial abgewandten Ende der Maschi­ nenspindel ein radial abstehender Ringflansch ange­ formt, an dem der axial schwimmend geführte Zylinder mittels einer Überwurfmutter angeschlossen wird. Die Überwurfmutter erlaubt die Übertragung von Zugkräften als Reaktionskräfte der vom Kolben über eine Kolben­ stange auf die Zugstange des Werkzeugspanners ausge­ übten Druckkräfte. Nachteil des bekannten Löseantriebs ist, daß die Überwurfmutter vor dem Einbau der Maschi­ nenspindel montiert werden muß, während üblicherweise die Kolben-Zylinder-Einheit schon aus Wartungs- und Reparaturgründen nachträglich angebaut wird. Das unver­ meidbare radiale Spiel der Überwurfmutter verhindert aber exaktes Auswuchten der Maschinenspindel, was ins­ besondere bei sehr hohen Drehzahlen wesentlich ist. Da die Überwurfmutter nach dem Anbau der Löseeinheit an deren Zylinder gesichert werden muß, muß die Überwurf­ mutter im eingebauten Zustand der Maschinenspindel radial zugänglich sein. Dies ist bei manchen Anwen­ dungsfällen nicht möglich.

Es wurde versucht, die Löseeinheit über eine Bayonett­ verbindung an die Maschinenspindel anzuschließen. Dies setzt jedoch voraus, daß die Maschinenspindel für den Lösevorgang mit vorbestimmter Orientierung relativ zur Löseeinheit angehalten werden kann und bedingt erhöhten Steuerungsaufwand zur positionsabhängigen Steuerung des Spindelmotors.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehend erläuter­ ten Nachteile herkömmlicher Steuerantriebe zu vermeiden und insbesondere einen Steuerantrieb für eine in einer rotierenden Maschinenspindel axial verschiebbare Steuer­ stange zu schaffen, bei welcher eine die Steuerstange beaufschlagende, axial schwimmend geführte Kolben- Zylinder-Antriebseinheit bei willkürlicher Drehposition der Maschinenspindel axial eingebaut werden kann. Fer­ ner soll sichergestellt sein, daß für den Einbau der Antriebseinheit keine losen und bei Rotation der Maschi­ nenspindel eine undefinierte Lage einnehmende Bauteile erforderlich sind.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Steuerantrieb wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eines der mittels der Kupplung zu kuppelnden Teile eine von dem anderen zu kuppelnden Teil axial wegweisende Ringschulter und das andere zu kuppelnde Teil mehrere in Umfangsrichtung versetzte, radial bewegliche Riegel­ elemente aufweist, die die Ringschulter in einer ersten Radialstellung hintergreifen und in einer zweiten Ra­ dialstelung axial freigeben und daß die Riegelelemente auf eine der beiden Radialstellungen zu federnd vorge­ spannt sind und mittels eines zur Spindelachse konzent­ rischen, axial beweglichen Schubteils in die andere Radialstellung bewegbar sind.

Die Antriebseinheit kann in jeder Winkellage der Maschi­ nenspindel axial an diese angebaut werden. Die Stellung der Riegelelemente wird durch die axiale Stellung des Schubteils bestimmt, so daß radiale zugängliche Siche­ rungselemente oder dergleichen entfallen können. Die Ringschulter ist vorzugsweise an der Maschinenspindel vorgesehen, was die Auswuchtgenauigkeit der Maschinen­ spindel erhöht. Aber auch Ausführungsformen, bei welchen die Riegelelemente an der Maschinenspindel geführt sind, sind brauchbar, da die Riegelelemente in eine vorbe­ stimmte Stellung, zweckmäßigerweise die Entriegelungs­ stellung, federnd vorgespannt und damit fliehkraftbezogen fixiert sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schubteil mit dem Kolben der Kolben-Zylinder-Antriebseinheit fest verbunden und bewegt die Riegelelemente in einem außer­ halb des Steuerstangen-Antriebshubs gelegenen Bereich des Antriebshubs des Kolbens. Der Kolben steuert damit sowohl die Bewegung der Steuerstange als auch die Stellung der Riegelelemente. Ein lösbares Wegbegren­ zungsorgan, welches mit dem Kolben oder dem Schubteil zusammenwirkt, sorgt dafür, daß sich der Kolben im Betrieb lediglich innerhalb des für die Steuerstange vorgesehenen Antriebshubs bewegen kann. Auf diese Weise kann zur Vereinfachung der Konstruktion ein ohnehin axial bewegbar geführtes Teil mehrfach ausgenutzt werden.

Der axiale Platzbedarf der Antriebseinheit und der kon­ struktive Aufwand läßt sich verringern, wenn die Ring­ schulter nach radial innen vorspringt und die Riegel­ elemente nach radial innen in ihre die Ringschulter freigebende zweite Radialstellung vorgespannt sind. Der Kolben trägt hierbei eine auf die Steuerstange wirkende Kolbenstange, deren Außenmantel mit einer zum Bereich des Steuerstangen-Antriebshubs hin ansteigenden, die Riegelelemente in die erste Radialstellung drängenden Schubflächen-Ringschulter versehen ist und die Riegel­ elemente im Bereich des Steuerstangen-Antriebshubs in der ersten Radialstellung hält. Zweckmäßigerweise tritt die Kolbenstange axial beiderseits des Zylinders aus, womit die Kolbenstange und damit die Riegelelemente ge­ gebenenfalls auch manuell betätigbar sind.

Bei den Riegelelementen kann es sich um Stifte oder Riegelkörper handeln, die in radialen Bohrungen ver­ schiebbar geführt sind. Bevorzugt sind die Riegelele­ mente jedoch als Bestandteil einer Verriegelungszange ausgebildet, da sich hierdurch größere Anlageflächen erzielen lassen. Insbesondere zum Ausgleich von Achs­ fluchtungsfehlern zwischen der Antriebseinheit und der Maschinenspindel kann vorgesehen sein, daß die Riegel­ elemente der Verriegelungszange als voneinander geson­ derte Riegelhebel ausgebildet sind, die von einer radial elastischen Ringfeder zusammengehalten werden.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch einen Löseantrieb einer rotierenden Werkzeugmaschinenspindel und

Fig. 2 einen teilweisen Axiallängsschnitt durch eine Variante des Löseantriebs.

In einer in einem Maschinenrahmen 1 in nicht näher darge­ stellter Weise drehbar gelagerten, rohrförmigen Maschinen­ spindel 3 ist eine Zugstange 5 axial verschiebbar geführt (Fig. 1). Die Zugstange 5 wirkt auf eine nicht näher dar­ gestellte Steilkegel-Wechselkupplung und wird von einem Tellerfederpaket 7 in Schließrichtung der Werkzeugwechsel­ kupplung vorgespannt. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel spannt das Tellerfederpaket 7 die Zugstange 5 in Schließrichtung nach rechts vor. Bei Bewegung der Zug­ stange 5 nach links wird die Werkzeugwechselkupplung ge­ öffnet und das Werkzeug gelöst.

Zum Lösen der Werkzeugwechselkupplung ist eine hydrauli­ sche Kolben-Zylinder-Antriebseinheit 9 vorgesehen, deren Zylinder 11 in einem Führungsrohr 13 in Richtung der Spin­ delachse verschiebbar drehfest geführt ist. Eine Feder 15 spannt den Zylinder 11 axial zur Maschinenspindel 3 hin vor, wobei ein Sicherungsring 17 den Weg relativ zum Füh­ rungsrohr 13 begrenzt. Eine nachfolgend noch näher erläu­ terte Verriegelungszange 19 kuppelt den Zylinder 11 zug­ fest mit der Maschinenspindel 3. In dem Zylinder 11 ist ein doppelt wirkender Kolben 21 abgedichtet verschiebbar, dessen rohrförmige Kolbenstange 23 in Richtung der Spin­ delachse verschiebbar ist und beidseitig aus dem Zylinder 11 abgedichtet austritt. Die Kolbenstange 23 wirkt mit ihrer spindelseitigen Stirnfläche 25 auf eine axial gegen­ überliegende Anschlagfläche 27 eines mit der Zugstange 5 verbundenen, axial verschiebbaren Kopfs 29 und bewegt die Zugstange 5 in Löserichtung, wenn ein auf der zugstangen­ fernen Seite des Kolbens 21 vorgesehener Druckraum 31 des Zylinders 11 über einen Hydraulikanschluß 33 druck­ beaufschlagt wird. Bei der Druckbeaufschlagung eines Druckraums 35 des Zylinders 11 über einen Hydraulikan­ schluß 37 wird der Kolben 21 von dem Kopf 29 weg und gegen einen zylinderfesten Anschlag 39 gedrückt. Der Anschlag 39 ist so justiert, daß die Stirnfläche 25 in der durch den Anschlag 39 bestimmten Endstellung des Kolbens 21 von der Anschlagfläche 27 abgehoben ist.

Die Verriegelungszange 19 umfaßt mehrere in Umfangs­ richtung voneinander gesonderte Riegelsegmente 41, die den zugstangenseitigen Teil der Kolbenstange 23 gemein­ sam umschließen und von einer radial elastischen Ring­ feder 43 gegen die Kolbenstange 23 vorgespannt sind. Auf ihrer der Kolbenstange 23 radial abgewandten Seite tragen die Segmente 41 axial aufeinanderzu weisende An­ schlagflächen 45, 47. Die zylinderseitige Anschlagflä­ che 45 ist an einer Ringschulter 49 eines die Anschlag­ flächen 45 hintergreifenden Zylinderdeckels 51 abge­ stützt und bildet ein Klappgelenk, um das das Segment 41 hebelartig schwenken kann. Die Anschlagflächen 47 der Segmente 41 sind, abhängig von der axialen Position des Zylinders 11, an einer Ringschulter 53 abgestützt, die an einem fest mit der Maschinenspindel 3 verbundenen, radial nach innen vorspringenden Ringflansch 55 vom Zylinder 11 axial wegweisend vorgesehen ist. Die Segmente 41 sind über den Zylinderdeckel 51 axial an dem Zylinder 11 fi­ xiert. Bei druckentlastetem Druckraum 31 und druckbeauf­ schlagtem Druckraum 35 nimmt der Kolben 21 seine zugstan­ genferne Position ein, in der die Stirnseite 25 von der Anschlagfläche 21 abgehoben ist. Zugleich drückt die zwi­ schen dem Zylinder 11 und dem maschinenfesten Führungs­ rohr 13 eingespannte Feder 15 den Zylinder und damit die Segmente 41 in Richtung auf die Maschinenspindel 3, womit die Anschlagflächen 47 von der spindelfesten Ringschulter 53 axial abheben. In diesem im unteren Teil der Figur dargestellten Zustand ist die Löseeinheit von der Maschi­ nenspindel 3 und der Zugstange 5 drehentkoppelt. Bei Druckbeaufschlagung des Druckraums 31 drückt der Kolben 21 über die Stirnseite 25 seiner Kolbenstange 23 auf die Anschlagfläche 27 und damit auf die Zugstange 5, die hier­ durch in Löserichtung der Werkzeugwechselkupplung bewegt wird. Die auf den Zylinder 11 wirkende Reaktionskraft bewegt den Zylinder 11 von der Maschinenspindel 3 weg, bis die Anschlagflächen 53 an der Ringschulter 47 anlie­ gen und die Reaktionskraft von der Maschinenspindel 3 direkt, d.h. nicht über den Umweg über Rotationslager der Maschinenspindel, aufgenommen wird.

Die Verriegelungszange 19 wird von einem am Außenmantel der Kolbenstange 23 vorgesehenen Schubkegel 57 gesteu­ ert, der mit radial nach innen vorspringenden Fortsät­ zen 59 der Segmente 41 zusammenwirkt. Der Schubkegel 57 ist, bezogen auf die Position der Vorsprünge 59, außer­ halb der durch das Anschlagelement 39 festgelegten, die Maschinenspindel 3 für die Rotation freigebenden End­ stellung der Kolbenstange 23 vorgesehen. Durch Entfer­ nen des beispielsweise als Anschlagschraube ausgebilde­ ten Anschlagelements 39 kann die Kolbenstange über diese Hubendstellung hinaus zurückgezogen werden, und die von der Ringfeder 55 nach radial innen vorgespann­ ten Segmente 41 können unter dem Ringflansch 55 hin­ durchtreten. Nach dem Lösen von Befestigungsschrauben 61 kann die Löseeinheit 9 ohne zusätzliche Maßnahmen ausgebaut werden. Der Einbau der Löseeinheit 9 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge bei über die Freigabe-Hub­ stellung hinaus zurückgezogener Kolbenstange 23 in beliebiger Drehstellung der Maschinenspindel 3. Nach dem Schließen der Verriegelungszange 19, dem Einbau des Anschlagelements 39 und dem Anschrauben der Befesti­ gungsschrauben 61 des Führungsrohrs 13 sowie dem Anschließen der Hydraulikanschlüsse 33, 37 ist die Löseeinheit betriebsbereit. Da die Ringschulter 55 fest mit der Maschinenspindel 3 verbunden ist und keine weiteren Teile zur Kupplung der Löseeinheit 9 an der Maschinenspindel 3 vorgesehen sind, kann diese exakt ausgewuchtet werden.

Fig. 2 zeigt in einer Teilansicht eine Variante einer Löseeinheit. Die Löseeinheit unterscheidet sich im we­ sentlichen nur durch die Gestaltung der Verriegelungs­ zange. In Fig. 2 sind der Fig. 1 entsprechende Teile mit um die Zahl 100 erhöhten Bezugszahlen der Fig. 1 bezeich­ net. Zur Erläuterung wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen.

Im Gegensatz zur Antriebseinheit 9 der Fig. 1 umgreifen die Segmente 141 der Verriegelungszange 119 die Spindel 103 von radial außen her und werden von der Ringfeder 143 nach radial innen in ihre die Antriebseinheit 109 mit der Maschinenspindel 103 kuppelnde Stellung vorgespannt. Der die Ringschulter 153 tragende Ringflansch 155 der Maschi­ nenspindel 103 steht hierzu nach radial außen ab. Der mit den radial nach innen vorspringenden Fortsätzen 159 der Segmente 141 zusammenwirkende Schubkegel 157 verjüngt sich zum Bereich des Arbeitshubs des Kolbens 121 hin und ist an einem zum Beispiel auf die Kolbenstange 123 aufgeschraub­ ten Ring 171 vorgesehen. Der Schubkegel 157 befindet sich außerhalb der durch ein Anschlagelement ähnlich dem Ele­ ment 39 festgelegten, die Maschinenspindel 103 für die Ro­ tation freigebenden Endstellung der Kolbenstange 123. Nach Entfernen des Anschlagelements kann die Kolbenstange 123 in Fig. 2 nach rechts über diese Hubendstellung hinaus zu­ rückgezogen werden, wodurch die Schultern 147 der Segmente 141 über die Ringschulter 153 gehoben werden. Die Löseein­ heit 109 ist im übrigen entsprechend Fig. 1 an einem Ma­ schinenrahmen befestigt.

Claims (8)

1. Steuerantrieb für eine in einer rotierenden Maschi­ nenspindel (3) axial verschiebbare Steuerstange (5), insbesondere Löseantrieb für die von einer Feder (7) in Spannrichtung vorgespannte Steuerstange (5) eines Steilkegel-Werkzeugspanners, mit einer an einem Ende der Maschinenspindel (3) gleichachsig zu deren Spindelachse angeordneten Kolben-Zylinder-Antriebs­ einheit (9), die an einer maschinenfesten Führung (13) als Einheit relativ zur Maschinenspindel (3) und zur Steuerstange (5) mit axialem Bewegungsspiel verschiebbar geführt ist, wobei die Maschinenspindel (3) und der Zylinder (11) einerseits und die Steuer­ stange (5) und der Kolben (21) andererseits nach Ausgleich des Bewegungsspiels über axial einander entgegengerichtete Anschlagflächenpaare (25, 27 bzw. 47, 53) für die Kraftübertragung aneinander abge­ stützt sind und eines der Anschlagflächenpaare (47, 53), durch eine auf Zug beanspruchbare, lösbare Kupp­ lung (19) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eines der mittels der Kupplung (19) zu kuppelnden Teile (3) eine von dem anderen zu kuppelnden Teil (11) axial wegweisende Ringschulter (53) und das andere zu kuppelnde Teil (11) mehrere in Umfangsrichtung ver­ setzte, radial bewegliche Ringelemente (41) auf­ weist, die die Ringschulter (53) in einer ersten Radialstellung hintergreifen und in einer zweiten Radialstellung axial freigeben und daß die Riegel­ elemente (41) auf eine der beiden Radialstellungen zu federnd vorgespannt sind und mittels eines zur Spindelachse konzentrischen, axial beweglichen Schubteils (57) in die andere Radialstellung beweg­ bar sind.

2. Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schubteil (57) mit dem Kolben (21) der Kolben-Zylinder-Antriebseinheit (9) fest verbunden ist und die Riegelelemente (41) in einem außerhalb des Steuerstangen-Antriebshubs gelegenen Bereich des Antriebshubs des Kolbens (21) steuert und daß der Steuerstangen-Antriebshub des Kolbens (21) mittels eines lösbaren Wegbegrenzungsorgans (39) begrenzt ist.

3. Steuerantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ringschulter (53) nach radial innen vorspringt und die Riegelelemente (41) nach radial innen in ihre die Ringschulter (41) freigebende zweite Radialstellung vorgespannt sind und daß der Kolben (21) eine auf die Steuerstange (3) wirkende Kolbenstange (23) trägt, deren Außenmantel mit einer zum Bereich des Steuerstangen-Antriebshubs hin radial ansteigenden, die Riegelelemente (41) in die erste Radialstellung drängenden Schubflächen-Ringschulter (57) versehen ist und im Bereich des Steuerstangen- Antriebshubs die Riegelelemente (41) in der ersten Radialstellung hält.

4. Steuerantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (153) nach radial außen vorspringt und die Riegelelemente (141) in ihre die Ringschulter (153) hintergreifende erste Radialstellung vorgespannt sind und daß der Kolben (121) eine auf die Steuerstange (103) wirkende Kolbenstange (123) trägt, deren Außenman­ tel mit einer zum Bereich des Steuerstangen-Antriebshubs hin radial abfallenden, die Riegelelemte (141) in die zweite Radialstellung drängenden Schubflächen-Ringschul­ ter (157) versehen ist.

5. Steuerantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringschulter (53) an der Maschinen­ spindel (3) und die Riegelelemente (41) an dem Zylinder (21) der Kolben-Zylinder-Antriebseinheit (9) vorgesehen sind.

6. Steuerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelelemente als durch Schubflächen (57) des Schubteils (23, 57) radial bewegbare Segmente (41) einer Verriegelungs­ zange (19) ausgebildet sind.

7. Steuerantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Segmente als voneinander gesonderte, das Schubteil (23, 57) gemeinsam umschließende Rie­ gelhebel (41) ausgebildet sind, die an ihrem einen Ende schwenkbar an einem der zu kuppelnden Teile (11) gelagert sind und an ihrem anderen Ende mit der Ringschulter (53) zusammenwirkende Riegelflächen (47) tragen.

8. Steuerantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Riegelhebel (41) einen Ringbund (49) des zu kuppelnden Teils (11) lose hintergreifen und von einer radial elastischen Ringfeder (43) zum Schubteil (23, 57) hin vorgespannt sind.