DE3705753C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für eine Werk­ zeugmaschine, der vorteilhaft zur Erleichterung eines Werkzeugwechsels bei einer Schabemaschine anwendbar ist.

Ein Beispiel für einen aus der Praxis bekannten Werkzeugkopf bei einer Schabemaschine ist in Fig. 6 schematisch im Schnitt dar­ gestellt. Dabei ist ein Werkzeugkopf-Hauptteil 101 an einem Kopfträger 102 so montiert oder gelagert, daß er um etwa ±20° in einer waagerechten Ebene um eine lot­ rechte Achse drehbar ist, um ein Werkzeug mit einem Werkstück in Eingriff zu bringen, wobei eine Werk­ zeug-Spindel 103 mittels Lagern 104, 105 und 106 im Werk­ zeugkopf (oder -Hauptteil) 101 drehbar gelagert ist. An dieser Spindel 103 ist ein Antriebszahnrad 107 befestigt, und die Spindel 103 wird durch einen nicht dargestellten Hauptwellenmotor über dieses Antriebszahnrad 107 für Drehung angetrieben. Ein Schabewerkzeug 108 ist unter Zwischenfügung zwischen Spannscheiben 109 auf einen End­ abschnitt der Spindel 103 aufgeschoben und mittels einer Mutter 110 fest verspannt. Im Bereich des (dünneren) Außen- oder Vorderendes der Spindel 103 ist weiterhin ein Werkzeug-Lagerstück 111 mittels nicht dargestellter Schraubbolzen abnehmbar am Hauptkörper 101 befestigt. Das Vorderende der Spindel 103 ist dabei gelagert, indem es in eine Bohrung 115 in einer Lagerwelle 114 eingepaßt ist, die im Lagerstück 111 mittels Lagern 112, 113 dreh­ bar gelagert ist.

Bei diesem Werkzeugkopf muß zum Ein- oder Aus­ spannen eines Schabewerkzeugs 108 jedesmal das Lagerstück 111 durch Herausnehmen der Schraubbolzen abgebaut und die Mutter 110 abgeschraubt werden, worauf das Schabewerkzeug 108 auf die Spindel 103 aufgeschoben oder von ihr abge­ zogen werden kann.

Dieser bisherige Werkzeugkopf ist somit mit den folgenden Mängeln behaftet:

• 1. Da bei einem Werkzeugwechsel jedesmal das Lagerstück 111 abgebaut werden muß, gestaltet sich der Werkzeug­ wechsel umständlich.
• 2. Da sich die Werkzeug-Spindel 103 für eine der Schabe­ maschine gegenüberstehende Bedienungsperson im we­ sentlichen nach links und rechts erstreckt, muß die Bedienungsperson das Schabewerkzeug 108 von der Seite her auf die Spindel 103 aufschieben oder von ihr abziehen, was ein umständliches Arbeiten bedingt. Mit anderen Worten: dieser Werkzeugwechsel zwingt die Bedienungsperson zu einer unnatürlichen Körperhaltung, die möglicherweise eine körperliche Beeinträchtigung der Bedienungsperson, z. B. in Form von Hexenschuß bzw. Wirbelsäulenschäden, führen kann.
• 3. Da das Spiel am Passungsteil zwischen der Spindel 103 und dem Schabewerkzeug 108 im Hinblick auf die bei der Schabebearbeitung geforderte Bearbeitungsgenauigkeit nur in der Größenordnung von einigen Mikrometern liegt, fordert das Aufschieben oder Abziehen des Schabewerk­ zeugs 108 auf die bzw. von der Spindel 103 neben der erwähnten umständlichen Bedienungsweise auch hand­ werkliche Fertigkeit von der Bedienungsperson.
• 4. Da sich der Werkzeugwechsel umständlich bzw. mühsam gestaltet und ein hohes Maß an handwerklicher Fertig­ keit erfordert, kann dieser Werkzeugwechsel nicht automatisiert werden.

Aus der US-PS 22 70 831 ist eine Endbearbeitungsmaschine für Zahnräder bekannt, bei der ein Bearbeitungswerkzeug ebenfalls auf einer integrierten, ein Werkzeug tragenden Spindel in Verbindung mit einem entkoppelbaren Reitstock gelagert ist. Diese bekannte Anordnung weist ebenfalls die zuvor dargelegten Nachteile auf.

Aufgabe der Erfindung ist damit, den mit den bisherigen Werkzeugköpfen von Schabemaschinen verbundenen Schwierigkeiten abzuhelfen und einen Werkzeugmaschinen-Werkzeugkopf so aus­ zuführen, daß ein Werkzeugwechsel leichter und einfacher durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeugkopf für eine Werk­ zeugmaschine erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Werkzeugkopf mit den vorstehend umrissenen Merkmalen, bei dem ein Werkzeug auf die Werkzeug- Umfangsfläche des Spannhülsenteils aufgesetzt ist oder wird, während der Spannhülsenteil einen erweiterten Durchmesser aufweist und durch Einführen der Werkzeug-Spindel in den Spannscheibenteil zentriert ist, wird der Werkzeug durch Verklemmen unter dem Druck zwischen der Spindel und der Lagerwelle mittels der Spanneinrichtung verspannt. Wenn andererseits die Spanneinrichtung gelöst und gleichzeitig das (der) Werkzeug-Lagerstück (oder Support) in Axialrichtung der Spindel von dieser getrennt wird, trennt sich das Werk­ zeug von der Spindel, während es auf den Spannhülsenteil der Lagerwelle aufgesetzt bleibt. Wenn die Spindel aus dem Spannhülsenteil herausgezogen wird, verkleinert sich dessen Durchmesser, so daß sich das Spiel zwischen Spann­ hülsenteil und Werkzeug am Passungs- oder Aufsetzteil vergrößert und damit das Aufsetzen und Abnehmen eines Werkzeugs erleichtert wird. Anschließend wird das Werk­ zeug-Lagerstück gedreht, um die Lagerwelle in einer ge­ wünschten Richtung auszurichten, worauf das Aufsetzen oder Abnehmen des Werkzeugs auf die bzw. von der Lager­ welle erfolgen kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Werkzeugkopfes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einer Schabemaschine,

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der gesamten Schabemaschine,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Schabema­ schine, aus Richtung des Pfeils II in Fig. 2 ge­ sehen,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Werkzeug- Spindel und einer Lagerwelle des Werkzeugkopfes,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Gleit­ stückteils beim Werkzeugkopf und

Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch einen bis­ herigen Werkzeugkopf bei einer Schabemaschine.

Fig. 6 ist eingangs bereits erläutert worden.

Gemäß Fig. 2 ist bei einer Schabemaschine 11 ein Werk­ stück W auf einem Werkstück-Tisch 12 aufgespannt. Ein Kopfträger 15 ist lotrecht verschiebbar an einer auf einem Maschinenbett 13 aufgerichteten Säule 14 geführt. Am unteren Ende des Kopfträgers 15 ist ein Werkzeugkopf-Haupt­ körper oder -teil 16 so montiert, daß er um eine lotrechte Achse über etwa ±20° drehbar ist. In diesem Hauptteil 16 ist eine in Fig. 2 nicht sichtbare Werkzeug-Spindel vor­ gesehen. Ein auf der Spindel montiertes Schabewerkzeug 17 wird durch Einstellen des Drehwinkels des Hauptteils 16 mit dem Werkstück W in Eingriff gebracht, wobei das Schaben des Werkstücks W durch kämmende oder abwälzende Drehung zwischen dem Schabewerkzeug 17 und dem Werkstück W auf­ grund der Drehung der durch einen Hauptwellenmotor 18 an­ getriebenen Werkzeug-Spindel erfolgt.

Gemäß Fig. 1 ist eine Werkzeug-Spindel 19 im Werkzeugkopf- Hauptteil 16 mittels Radiallagern 20, 21 und eines Druck­ lagers 22 drehbar gelagert. Auf der Spindel 19 ist mit­ tels einer Keilfeder 23 ein Antriebszahnrad 24 montiert. Ein an einer Vorgelegewelle 27, die mittels Lagern 25 und 26 im Hauptteil 16 parallel zur Spindel 19 gelagert ist, angeformtes Zahnrad 28 kämmt mit dem Antriebszahn­ rad 24. An einem Basisende der Vorgelegewelle 27 ist eine Antriebswelle eines am Hauptkörper 16 angeflanschten Haupt­ wellenmotors 18 in die Vorgelegewelle 27 eingesteckt und mit dieser mittels einer Keilfeder 30 verkeilt. Bei lau­ fendem Motor 18 wird mithin die Spindel 19 über die Vor­ gelegewelle 27 und das Antriebszahnrad 24 in Drehung ver­ setzt. Am (dünneren) Außen- oder Vorderende der Spindel 19 ist ein Einsatzteil 31 vorgesehen, der auf noch näher zu erläuternde Weise in einen Spannhülsenteil 46 einer Lager­ welle 45 einführbar ist. Anschließend an diesen Einsatz­ teil 31 ist eine Andruckfläche 32 zum Andrücken oder Ver­ spannen des Schabewerkzeugs 17 unter Druck zur Seite des Basisendes der Spindel 19 hin ausgebildet. Zudem sind an Teilen der Umfangsfläche des Vorderendes (tip end) der Spindel 19 Flachseiten 33 (vgl. Fig. 4) angeformt, so daß dieses Spindelende in eine rechteckige Bohrung in der Lagerwelle 45 einführbar ist und damit eine Relativdrehung zwischen Spindel 19 und Lagerwelle 45 verhindert wird.

Vorderhalb der Spindel 19 befindet sich ein Werkzeug-Lager­ stück oder -Support 34 zur Lagerung des Vorderendes der Spindel 19. Das Lagerstück 34 wird von einer Halterung 36 über einen Schwenkbolzen 35 getragen und ist in einer waagerechten Ebene um eine lotrechte Achse im Zentrum des Schwenkbolzens 35 drehbar. Die Halterung 36 ist an einem Gleitstück 37 angeschraubt, das seinerseits verschiebbar von einer Schiene 38 getragen wird, die am Werkzeugkopf- Hauptteil 16 parallel zur Achsrichtung der Spindel 19 montiert ist (vgl. Fig. 3 und 5). Dies bedeutet, daß das Lagerstück 34 vom Hauptteil 16 so getragen wird, daß es drehbar und längs der Achsrichtung der Spindel 19 ver­ schiebbar ist. Zum Verdrehen des Lagerstücks 34 relativ zur Halterung 36 werden eine auf den Schwenkbolzen 35 aufgeschraubte Mutter 39 sowie Positionier- und Be­ festigungs-Schraubbolzen 40 gelöst, während das Lager­ stück 34 durch Festziehen dieser Mutter 39 und dieser Schraubbolzen 40 fest mit der Halterung 36 verbindbar ist. Darüber hinaus ist am Hauptteil 16 ein (Arbeits-)Zy­ linder 41 für den Antrieb des Gleitstücks 37 montiert. Eine sich parallel zur Schiene 38 erstreckende Kolben­ stange 42 des Zylinders 41 ist mit dem Gleitstück 37 verbunden, so daß dieses bei einer Betätigung des Zy­ linders 41 zusammen mit der Halterung 36 und dem Lager­ stück 34 längs der Schiene 38 verschoben wird.

Im Werkzeug-Lagerstück 34 ist mittels Lagern 43 und 44 eine Lagerwelle 45 drehbar gelagert; diese ist in einer Drehstellung des Lagerstücks 34 koaxial zur Spindel 19 ausrichtbar, wobei diese Drehstellung mittels der ge­ nannten Schraubbolzen 40 festlegbar ist. Am Vorderende der Lagerwelle 45, d. h. an ihrem der Spindel 19 gegen­ überstehenden Ende, befindet sich ein hohler Spannhülsen­ teil 46, der aufgrund von in ihm ausgebildeten Schlitzen (vgl. Fig. 4) in seinem Durchmesser aufweitbar und ver­ engbar ist. Die Innenumfangsfläche des Spannhülsenteils 46 ist zur Aufnahme des beschriebenen Einsatzteils 31 der Spindel 19 ausgebildet. Wenn der Einsatzteil 31 in den Spannhülsenteil 46 eingeschoben wird, vergrößert sich der Durchmesser des letzteren etwas. Auf den Außenum­ fang des Spannhülsenteils 46 ist das Schabewerkzeug 17 aufschiebbar; die Abmessungen sind dabei so festgelegt, daß dann, wenn der Spannhülsenteil 46 auf die beschriebene Weise (durchmessermäßig) aufgeweitet worden ist, das Spiel bzw. der Zwischenraum zwischen Spannhülsenteil 46 und Schabewerkzeug 17 äußerst klein ist (in der Größen­ ordnung von einigen µm). Weiterhin ist anschließend an die Basisendseite des Spannhülsenteils 46 an der Lager­ welle 45 eine Andruckfläche zum Verklemmen oder Fest­ spannen des Schabewerkzeugs 17 (unter Druck) im Zu­ sammenwirken mit der Andruckfläche 32 ausgebildet.

Weiterhin ist zwischen der Werkzeug-Spindel 19 und der Lagerwelle 45 eine Spannvorrichtung angeordnet, welche das auf den Außenumfang des Spannhülsenteils 46 aufge­ setzte Schabewerkzeug 17 verspannt, indem sie die Spindel 19 und die Lagerwelle eng aneinander heran verlagert, wenn der Einsatzteil 31 der Spindel 19 in den Spann­ hülsenteil 46 der Lagerwelle 45 eingesetzt worden ist. Insbesondere ist dabei ein Zugbolzen 48 in einen mittleren Abschnitt im Spannhülsenteil 46 der Lagerwelle 45 eingeschraubt und dadurch befestigt. An der Seite der Spindel 19 ist weiterhin ein zu öffnendes und zu schließendes Metall-Greifstück 49 zum Ergreifen und Einziehen des Zugbolzens 48 vorgesehen. Das Greifstück 49 ist am Vorderende einer Zugstange 50 montiert, die axial verschiebbar zentral in die Spindel 19 eingesetzt ist. Auf das Basisende der Zugstange 50 ist eine Kappe 51 aufgeschraubt, wobei zwischen dieser und der Innenwandfläche der Spindel 19 Tellerfedern 52 zur Erzeugung einer Spannkraft angeordnet sind, so daß die Zugstange 50 durch die Federkraft der Tellerfedern 52 in Richtung auf ihr Basisende hin (gemäß Fig. 1 nach links) vorbelastet ist. Weiterhin ist im Bereich des Basisend­ abschnitts der Zugstange 50 ein (Arbeits-)Zylinder 53 ausgebildet, dessen Kolben 54 sich an das Basisende der Zugstange 50 anlegt, so daß der Kolben 54 bei Betätigung des Zylinders 53 die Zugstange 50 gegen die Kraft der Tellerfedern 52 in Richtung auf ihr Vorderende hin ver­ schiebt. Das Greifstück 49 verschiebt sich (dabei) mit der Bewegung der Zugstange 50 auf ihr Vorderende hin, wodurch das Vorderende des Greifstücks 49 geöffnet wird. Wenn die Betätigung des Zylinders 53 beendet wird, zieht sich das Greifstück 49 mit der durch die Kraft der Tellerfedern 52 bewirkten Bewegung der Zugstange 50 zur Seite ihres Basisendes zurück, wobei es aufgrund der Anlage an der Innenumfangsfläche der Spindel 19 ge­ schlossen wird und dabei einen erweiterten Teil des Zug­ bolzens 48 ergreift oder verspannt und diesen in Richtung auf das Basisende zieht. Unter diesen Bedingungen wird das auf den Spannhülsenteil 46 der Lagerwelle 45 aufge­ setzte Schabewerkzeug 17 über die betreffenden Werkzeug- Spannscheiben 55 unter der Kraft der Tellerfedern 52 zwi­ schen der Andruckfläche 32 der Spindel 19 und der An­ druckfläche 47 der Lagerwelle 45 verklemmt und damit verspannt, d. h. eingespannt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Spannvorrichtung nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, vielmehr kann beispielsweise die die Spannkraft erzeugende Einrichtung, wie Tellerfedern o. dgl., auch an der Seite der Lagerwelle 45 angeordnet sein. Ge­ mäß Fig. 1 sind weiterhin eine Keilfeder 56 zur Ver­ hinderung einer Relativdrehung des Schabewerkzeugs 17, eine Mutter 57 und eine Platte 58, an welcher der Hauptwellenmotor 18 angeflanscht ist und welche den Werkzeugkopf-Hauptteil 16 abdeckt oder verschließt, vor­ gesehen.

Wenn bei diesem Werkzeugkopf das Schabewerkzeug ein­ oder ausgespannt werden soll, wird zunächst die Ver­ spannung durch Betätigung des Zylinders 53 ge­ löst, und das Werkzeug-Lagerstück 34 wird durch Betätigung des Zylinders 41 zum Antreiben bzw. Verschieben des Gleitstücks von der Werkzeug-Spindel 19 getrennt. Das Schabewerkzeug 17 wird (dann) von der Spindel 19 abge­ nommen, während es auf den Spannhülsenteil 46 der Lager­ welle 45 aufgesetzt bleibt. Wenn der Einsatzteil 31 der Spindel 19 vollständig vom Spannhülsenteil 46 abgezogen worden ist, werden sodann die Mutter 39 und die genannten Schraubbolzen 40 gelöst und hierauf das Lagerstück 34 um den Schwenkbolzen 35 herum verdreht, so daß das Schabe­ werkzeug 17 zur Vorderseite hin gelangt. Sodann kann das Aufsetzen oder Abnehmen des Schabewerkzeugs 17 auf die Lagerwelle 45 bzw. von ihr erfolgen. Wenn dabei der Ein­ satzteil 31 der Spindel 19 vom Spannhülsenteil 46 abge­ zogen worden ist, vergrößert sich aufgrund der Durchmesser­ verkleinerung (Zusammenziehung) des Spannhülsenteils 46 das Spiel am Passungsteil zwischen Spannhülsenteil 46 und Schabewerkzeug 17, während zudem die Lagerwelle 45 zur Bedienungsperson hin weist, so daß sich das Auf­ setzen oder Abnehmen des Schabewerkzeugs 17 leicht durch­ führen läßt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Auf­ setzen (oder Einspannen) des Schabewerkzeugs 17 in der umgekehrten Reihenfolge wie beim vorstehend beschriebenen Abnehmen (oder Ausspannen) durchgeführt wird.

Obgleich vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf eine Schabemaschine beschrieben ist, ist die Erfindung ersichtlicherweise auch auf Werk­ zeugköpfe bei anderen Werkzeugmaschinen anwendbar.

Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, werden er­ findungsgemäß die folgenden Wirkungen und Vorteile erzielt:

• 1. Da beim Werkzeugwechsel nicht jeweils ein Werkzeug- Lagerstück vom Werkzeugkopf-Hauptteil abgebaut zu wer­ den braucht, wird ein entsprechend verringerter Ar­ beitsaufwand realisiert.
• 2. Da das Aufsetzen oder Abnehmen eines Werkzeugs in einem Zustand erfolgen kann, in welchem das Werkzeug nach vorn weist, kann eine Bedienungsperson unter Arbeitserleichterung und -vereinfachung ein Werkzeug in bequemer Körperhaltung einspannen oder ausspannen.
• 3. Wenn ein Werkzeug auf eine Lagerwelle aufgeschoben oder von ihr abgezogen wird, läßt sich aufgrund der dabei stattfindenden Durchmesserverkleinerung (Zu­ sammenziehung) des Spannhülsenteils dieser Arbeits­ gang leicht ausführen.
• 4. Da der Werkzeugwechsel insgesamt vereinfacht ist, kann dieser Vorgang auch automatisiert werden.

Claims (1)

1. Werkzeugkopf für eine Werkzeugmaschine, mit einer im Werkzeugkopf (16) drehantreibbar gelagerten Werkzeugspindel (19), deren werkzeugtragendes Vorderende im Betrieb an eine Lager­ welle (45) angekoppelt und zum Wechseln des Werkzeugs (17) von der Lagerwelle (45) entkoppelbar ist, welche in einen am Werk­ zeugkopf (16) angeschlossenen Lagerträger (34) drehbar eingesetzt ist, gekennzeichnet durch
   eine spindelseitig an der Lagerwelle (45) ausgebildete Spann­ hülse (46), in deren Innenumfangsfläche das Vorderende der Werkzeugspindel (19) unter Durchmesseraufweitung einführbar und auf deren Außenumfangsfläche ein Werkzeug (17) aufschiebbar ist, das bei in die Spannhülse (46) eingeführten Spindel­ vorderende, die Lagerwelle (45) mit der Werkzeugspindel (19) koppelnd, drehfest mit der Lagerwelle (45) verbunden ist,
   eine Verstelleinrichtung (35-40), über die der Lagerträger (34) an den Werkzeugkopf (16) angeschlossen ist, mit der die Lagerwelle (45) zum An- bzw. Entkoppeln mit bzw. von der Werk­ zeugspindel (19) in axialer Richtung verstellbar ist, und mit der die von der Werkzeugspindel (19) abgerückte Lagerwelle (45) zum Wechseln des Werkzeugs (17) aus der axialen Aus­ richtung mit der Werkzeugspindel (19) verschwenkbar ist.