DE3702851C2 - Werkzeugaufnahme mit Steilkegelschaft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme mit Steilkegelschaft, insbesondere für Werkzeugwechselsysteme zum Halten eines auswechselbaren Werkzeugs an einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem als Steilkegel ausgebildeten Kegelschaft, an dessen Ende maximalen Durchmessers ein radialer Flansch vorgesehen ist, einer zur Aufnahme des Kegelschaftes entsprechend ausgebildeten Kegelbohrung, an deren Ende maximalen Durchmessers eine radial verlaufende Stirnfläche angrenzt, und einer Anzugsvorrichtung, die eine den Kegelschaft in die Kegelbohrung ziehende axiale Spannkraft ausübt.

Aus der Praxis ist es bekannt, für numerisch gesteuer­ te Werkzeugmaschinen, bei denen ein automatischer Werkzeugwechsel vorgesehen ist, zum Spannen des Werk­ zeuges einen Steilkegelschaft zu verwenden, wobei die­ ser durch axiale Spannkraft in die entsprechend ausge­ bildete Kegelbohrung der Spindel gezogen wird. Werk­ zeugaufnahmen dieser Art entsprechen beispielsweise der DIN 2079, DIN 2080 oder DIN 69 871. Bei dieser so­ genannten Steilkegelspannung liegt der Steilkegel­ schaft über seiner gesamten Länge an der Kegelfläche der Kegelbohrung an, während der für den Werkzeugwech­ sel vorgesehene radiale Flansch des Kegelschaftes zur Vermeidung einer statischen Überbestimmung ei­ nen axialen Abstand zur Stirnfläche der Spindel auf­ weist.

Nachteilig bei derartigen Werkzeugaufnahmen ist jedoch eine ungenügende Steilkegelspannung, da es beispiels­ weise aufgrund von in die Kegelbohrung gelangten Spä­ nen oder anderen Verunreinigungen zu mangelnder Rund­ laufgenauigkeit des Werkzeuges kommen kann.

Des weiteren ist die Steifigkeit der Vorrichtung durch den axialen Abstand zwischen dem Flansch des Kegel­ schaftes und der Stirnfläche der Spindel nachteiliger­ weise gering, weshalb die Umdrehungszahl pro Minute der Werkzeugaufnahmevorrichtung und damit des Werkzeu­ ges sehr begrenzt ist.

Eine verbesserte Lösung für eine Werkzeugaufnahme ist aus der DE 35 14 829 A1 bekannt. Darin wird eine Werkzeugaufnahme dahingehend modifiziert, daß eine größere Ausspannlänge des Werkzeuges und eine höhere Rundlaufgenauigkeit des Werkzeuges durch ein verbes­ sertes Spannen des Werkzeuges erreicht wird, wobei die für Werkzeugwechseleinrichtungen und -magazine mit herkömmlichen Steilkegelschäften vorgesehenen Werkzeu­ gen auch mit dieser Werkzeugaufnahme gehandhabt werden können. Diese Werkzeugaufnahme weist einen als Steil­ kegel ausgebildeten Kegelschaft, an dessen Ende maxi­ malen Durchmessers ein radialer Flansch vorgesehen ist, auf. Der radiale Flansch ist so ausgebildet, daß er durch die axiale Spannkraft in Spannanlage mit der an der Kegelbohrung angrenzenden Stirnfläche gezogen wird und daß der Bereich, in dem der Kegelschaft an der Kegelfläche der Kegelbohrung anliegt, auf eine zur Zentrierung des Werkzeuges ausreichende axiale Länge beschränkt ist.

Nachteilig bei dieser Werkzeugaufnahme sind vor allem die äußerst gerin­ gen zulässigen Toleranzen, welche eine sehr genaue und entsprechend kostenaufwendige Fertigung verlangen. Des weiteren ist für eine Werkzeugaufnahme derartiger Prä­ zision eine entsprechende Nachbearbeitung der Spindel der Werkzeugmaschine erforderlich, welche diese wie­ derum erheblich verteuert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Werkzeugaufnahme der eingangs erwähnten Art vorzusehen, welche keinen axialen Abstand zwischen dem radialen Flansch des Kegelschaftes und der Stirn­ fläche der Spindel aufweist und somit eine größere Steifigkeit besitzt. Des weiteren soll die Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile ei­ ner statischen Überbestimmung und einer kostenaufwen­ digen Präzisionsherstellung mit geringen Toleranzen nicht aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steilkegelschaft zweigeteilt ist, bestehend aus einer Spannhülse mit kegeliger Außenkontur und einem zweiten Schaftteil, der als Werkzeughalter dient, wo­ bei der zweite Schaftteil innerhalb der Spannhülse axial verschieblich geführt ist, und wobei der mit mindestens einer Keilschräge am Außendurchmesser ver­ sehene zweite Schaftteil über mindestens eine Keil­ schräge am Innendurchmesser der Spannhülse weiter axi­ al eingezogen wird, bis eine radiale Anschlagfläche am Werkzeughalter an einer Stirnringfläche einer Maschi­ nenspindel plan anliegt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Werk­ zeugaufnahme liegt darin, daß aufgrund der Plananlage des Werkzeughalters an der Planfläche der Spindelvor­ derseite eine größere Steifigkeit der Werkzeugvorrich­ tung gegeben ist, wodurch im Betrieb wesentlich grö­ ßere Drehzahlen und eine erheblich höhere Standzeit möglich sind.

Des weiteren kann dadurch, daß der Werkzeughalter mit seinem Flansch plan an der Stirnseite der Spindel aufliegt, die Werkzeugschneide außerhalb der Maschine genau eingestellt werden. Ein Einstellen in der Werk­ zeugmaschine selbst entfällt dabei.

Dadurch, daß der größtmögliche Durchmesser des Werk­ zeughalters zur Anlage kommt, kann vorteilhafterweise eine maximale Werkzeuglänge erreicht werden.

Durch die mindestens eine Keilschräge am Außendurch­ messer des zweiten Schaftteiles und die entsprechend wenigstens eine Keilschräge am Innendurchmesser der Spannhülse wird der Kegelschaft vorteilhafterweise durch eine axiale Kraftkomponente nach innen in die Maschinenspindel gezogen, während eine dazu in Abhängigkeit stehende radiale Kraftkomponente Druck auf die umgebende Spannhülse ausübt, diese aufweitet und gegen die Mantelfläche der Spindelbohrung drückt. Durch die sich aus der Konusschräge ergebenden Kraft­ komponenten wird vor allem der Vorteil einer größeren Steifigkeit erzielt, da die axiale Kraftkomponente in Spindeleinzugsrichtung die Werkzeugaufnahme mit ihrem Flansch an der Stirnseite der Spindel zur Planauflage bringt, ohne daß dabei die Anordnung statisch überbe­ stimmt wäre.

Darüberhinaus ist die Werkzeugaufnahme kompatibel mit konventionellen Spindeln von herkömmlichen Werkzeug­ maschinen, ohne daß diese angepaßt oder nachbearbeitet werden müßten.

Des weiteren können die Fertigungstoleranzen nach DIN 7168 vorteilhafterweise überbrückt werden und ein hoher Fertigungsaufwand wie bei Werkzeugaufnahmen bekannter Art, die eine Präzisionsherstellung mit geringen Toleranzen erfordern, wird vermieden. Die Fertigungskosten können somit entsprechend gering gehalten werden.

Damit stellt die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme vorteilhafterweise eine präzisere, höher belastbare und dennoch kostengünstige, bei herkömmlichen Werk­ zeugmaschinen einsetzbare Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugaufnahmevor­ richtungen dar.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung kann zum axialen Einziehen des zweiten Schafttei­ les ein Anzugsbolzen vorgesehen sein.

Der Anzugsbolzen stellt eine konstruktiv einfache und kostengünstige Einrichtung zum Einziehen der Spannhül­ se in die Kegelbohrung der Werkzeugmaschinenspindel dar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung kann die Spannhülse im axial eingespannten Zu­ stand der Werkzeugaufnahme über die besagten Keil­ schrägen gegen die kegelige Aufnahmebohrung in der Ma­ schinenspindel gedrückt sein.

Dadurch können vorteilhafterweise die Fertigungsto­ leranzen überbrückt werden und die über die Keil­ schrägen erzeugten Kräfte gewährleisten einen sicheren Sitz der Werkzeugaufnahme auch bei hohen Drehzahlen.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen prinzipmäßigen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine in eine Werkzeugspin­ del 1 mit kegeliger Aufnahmebohrung 1′′ eingesetzte, erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme dargestellt, wobei der Steilkegelschaft zweigeteilt ist und aus einer Spannhülse 2 mit kegeliger Außenkontur 2′ und einem zweiten Schaftteil 3, der als Werkzeughalter dient, besteht.

Der zweite Schaftteil 3 ist innerhalb der Spannhülse 2 axial verschieblich und weist dabei mindestens eine sich in Richtung Werkzeug verjüngende Keilschräge 3′ am Außendurchmesser auf. Über ein entsprechende Keil­ schräge 2′′ am Innendurchmesser der Spannhülse 2 wird der zweite Schaftteil 3, der mit einem Anzugsbolzen 4 verbunden ist, weiter axial eingezogen, bis eine ra­ diale Anschlagfläche 3′′ eines Flansches 5 des Werk­ zeughalters 3 an dessen größtem Durchmesser an einer Stirnringfläche 1′ einer Maschinenspindel 1 plan an­ liegt.

Der Anzugsbolzen 4 in der Spannhülse 2 ragt dabei in eine Paßbohrung 6 im zweiten Schaftteil 3 und bewirkt damit eine axiale Führung bei einem Werkzeugwechsel.

Claims (3)

1. Werkzeugaufnahme mit Steilkegelschaft, insbesondere für Werkzeugwechselsysteme, zum Halten eines auswechselbaren Werkzeuges an ei­ ner Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem als Steilkegel ausgebildeten Kegelschaft, an dessen Ende maximalen Durchmessers ein radialer Flansch vorgesehen ist, einer zur Aufnahme des Kegelschaf­ tes entsprechend ausgebildeten Kegelbohrung, an deren Ende maximalen Durchmessers eine radial ver­ laufende Stirnfläche angrenzt, und einer Anzugs­ vorrichtung, die eine den Kegelschaft in die Kegel­ bohrung ziehende axiale Spannkraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steilkegelschaft zweigeteilt ist, bestehend aus einer Spannhülse (2) mit kegeliger Außenkontur (2′) und einem zweiten Schaftteil (3), der als Werkzeug­ halter dient, wobei der zweite Schaftteil (3) in­ nerhalb der Spannhülse (2) axial verschieblich ge­ führt ist, und wobei der mit mindestens einer Keil­ schräge (3′) am Außendurchmesser versehene zweite Schaftteil (3) über mindestens eine Keilschräge (2′′) am Innendurchmesser der Spannhülse (2) weiter axial eingezogen wird, bis eine radiale Anschlag­ fläche (3′′) am Werkzeughalter (3) an einer Stirn­ ringfläche (1′) einer Maschinenspindel (1) plan anliegt.

2. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum axialen Einziehen der Werkzeugaufnahme ein An­ zugsbolzen (4) vorgesehen ist.

3. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im axial eingespannten Zustand der Werkzeugaufnahme die Spannhülse (2) über die Keilschrägen (2′′) und (3′) gegen die kegelige Aufnahmebohrung (1′′) in der Maschinenspindel (1) gedrückt ist.