DE3709299A1 - Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents
Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für
eine Werkzeugmaschine, mit einer an letzterer vorgesehenen
Werkzeughalteraufnahme und einem auf diese aufsetzbaren
Werkzeughalter, von denen das eine einen hohlen Schaft und
das andere eine Aufnahmebohrung aufweist, in die der Schaft
in mit der Achse des Schafts und der Aufnahmebohrung zusammen
fallender Aufsetzrichtung einschiebbar ist, sowie mit einem
im Schaft quer zur Achsrichtung verlaufenden Führungskanal,
in dem ein Spannstück verschiebbar gehalten ist und dem in
der Wand der Aufnahmebohrung einerseits eine Ausnehmung
und andererseits ein zwischen einer Löse- und einer Spann
stellung um eine quer zur Achse der Aufnahmebohrung ver
laufende Drehachse drehbar gehaltenes Spannelement gegen
überliegen, wobei die Ausnehmung und das Spannelement auf
ihren dem Spannstück zugekehrten Seiten derart schräg zur
Achsrichtung verlaufende Spannflächen zum Zusammenwirken
mit dem Spannstück aufweisen, dass durch Drehen des Spann
elements von seiner Löse- in seine Spannstellung eine
hintere Anschlagfläche des Werkzeughalters in Aufsetzrich
tung gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme
anpressbar ist, und mit einem Werkzeugwechselarm, welcher
eine drehantreibbare Betätigungsvorrichtung für das Spann
element aufweist, sowie mit zusammenwirkenden Mitnehmer
flächen am Spannelement und an der Betätigungsvorrichtung,
welche durch bezüglich der Aufnahmebohrung radiale Bewegung
des Werkzeugwechselarms in Eingriff miteinander gebracht
werden können.
Eine derartige Werkzeugwechseleinrichtung ist aus der
DE-PS 33 24 312 bekannt. Bei ihr ist die Werkzeughalterauf
nahme mit dem Schaft und der Werkzeughalter mit einer Auf
nahmebohrung versehen, mit der er sich auf den Schaft auf
stecken lässt. In einer längs eines Durchmessers des kreis
zylindrischen Schafts verlaufenden Querbohrung ist ein
bolzenförmiges Spannstück verschiebbar geführt, das an
seinem einen Ende eine konische Ausnehmung besitzt und an
seinem anderen Ende kegelförmig gestaltet ist. Bei an der
Werkzeughalteraufnahme befestigtem Werkzeughalter liegen
der Querbohrung des Schafts radial verlaufende Gewinde
bohrungen des Werkzeughalters gegenüber, deren Achsen
gegenüber der Achse der Querbohrung geringfügig in Richtung
auf Anschlagflächen versetzt sind, welche sich am rück
wärtigen Ende des Werkzeughalters und am Fuss des Schafts an
der Werkzeughalteraufnahme befinden und senkrecht zur
Schaftachse verlaufen. In diese Gewindebohrungen ist auf
der Seite der konischen Ausnehmung des Spannbolzens eine
vorn mit einem Kegelstumpf versehene Spannschraube und auf
der Seite des kegelförmigen Endes des Spannbolzens eine
Widerlagerschraube eingeschraubt, die eine mit dem Kegel
des Spannbolzens zusammenwirkende konische Ausnehmung
besitzt. Durch einen an den Werkzeughalter in radialer
Richtung heranfahrbaren Werkzeugwechselarm, der mit einem
radial orientierten Schrauber versehen ist, lässt sich
die Spannschraube betätigen und zum Lösen des Werkzeug
halters ein Stück weit aus diesem heraus- und in eine
Gewindebohrung des Werkzeugwechselarms hineinschrauben, um
so den Werkzeughalter nicht nur von der Werkzeughalter
aufnahme zu lösen, sondern diesen mit dem Werkzeugwechsel
arm zu verbinden.
Bei dieser bekannten Werkzeugwechseleinrichtung ist es
als nachteilig anzusehen, daß eine, z.B. bei Bohr- und
Fräsmaschinen übliche zentrale Betätigung der Werkzeug
halter-Spannmittel grundsätzlich nicht möglich ist, da
das Spannen und Lösen des Werkzeughalters durch ein ra
dial orientiertes Betätigungselement erfolgen muss.
Ausserdem sind verhältnismässig viele Umdrehungen der
Spannschraube erforderlich, um den Spannbolzen freizu
geben, was einen ziemlichen Zeitaufwand für einen Werk
zeugwechsel zur Folge hat, insbesondere bei manueller
Betätigung der Spannschraube; dieser Nachteil lässt sich
auch durch eine Vergrösserung der Steigung des Spann
schraubengewindes nicht wesentlich mildern. Das Zusammen
wirken konischer Ausnehmungen mit kegeligen Bereichen
hat zur Folge, daß wegen unvermeidbarer Fertigungstole
ranzen nur theoretisch eine Linienberührung vorliegt,
während in der Praxis die beiden Teile häufig nur punkt
förmig gegeneinander anliegen, was eine hohe Flächen
pressung und damit die Gefahr einer Kerbenbildung mit
daraus resultierender axialer Hemmung und dem Verlust
der Werkzeugspannung hervorrufen kann. Da der Spann
bolzen in der ihn führenden Querbohrung des Schafts
der Werkzeughalteraufnahme frei beweglich und damit
etwas Spiel haben muss, wird durch die beim Spannen
eines Werkzeughalters hervorgerufene Kippwirkung ein
punktförmiges Tragen der Teile aneinander noch begünstigt.
Die auf das Werkzeug einwirkenden Bearbeitungskräfte
rufen (bezüglich des Schafts) ein Umfangsdrehmoment
hervor, welches bei ungünstigen Reibverhältnissen,
vor allem wenn noch eine gewisse Verschmutzung vor
liegt, zu einem Verklemmen des Spannbolzens führen kann.
Schliesslich ist ein Einschrauben der Spannschraube in
den Werkzeugwechselarm nur dann möglich, wenn dessen
Schrauber mit der Spannschraube exakt fluchtet und wenn
die Gewindebohrung des Werkzeugwechselarms nicht ver
schmutzt ist.
Eine andere bekannte Werkzeugwechseleinrichtung (EP-A1 01 85 842)
erlaubt nur eine zentrale Betätigung der Werkzeug
halter-Spannmittel, so dass der Einsatz dieser bekannten
Werkzeugwechseleinrichtung auf Drehmaschinen nur in stark
eingeschränktem Umfang möglich ist. Bei dieser bekannten
Konstruktion ist der hohle Schaft Bestandteil des Werk
zeughalters, und die in einer Spindel der Werkzeugmaschine
ausgebildete Werkzeughalteraufnahme hat die Gestalt einer
Aufnahmebohrung, in die sich der Schaft passend ein
stecken lässt.
Letzterer be
sitzt radial verlaufende, im Querschnitt rechteckige
Führungskanäle, denen in der Wand der Aufnahmebohrung
taschenförmige Ausnehmungen gegenüberliegen. Die Spann
stücke haben die Gestalt quaderförmiger Teile, welche
mittels eines im hohlen Schaft des Werkzeughalters in
axialer Richtung verschiebbar geführten Spannschiebers
sämtlich synchron in radialer Richtung vorgeschoben
und zurückgezogen werden können; zu diesem Zweck sind
am Spannschieber auf den Mantellinien einer Kegelfläche
liegende, im Querschnitt T-förmige Rippen angeordnet,
die in entsprechende Nuten der Keile formschlüssig ein
greifen, so daß durch axiale Bewegungen des Spann
schiebers die Keile zwangsgesteuert hin- und herbewegt
werden können. Die die Werkzeughalteraufnahme bildende
Spindel hat an ihrer vorderen Stirnfläche eine An
schlagfläche für einen Flansch am Werkzeughalter, dessen
rückwärtige Ringfläche eine zweite Anschlagfläche bildet.
Damit nun beim radialen Ausfahren der Keile die beiden An
schlagflächen gegeneinander gepresst werden, besitzen
die Taschen an ihren den Anschlagflächen zugewandten
Seiten Schrägflächen, die in Richtung auf das Zentrum
des Flanschs des Werkzeughalters schräg verlaufen. Der
Spannschieber ist über eine Kupplung mit einer zentralen
Betätigungsstange verbunden, die in der Spindel längs
der Spindelachse hin- und herverschiebbar ist.
Abgesehen davon, dass diese Werkzeugwechseleinrichtung auf
eine zentrale Betätigung der Spannstücke beschränkt ist,
weist sie auch noch die Nachteile auf, dass durch die Spann
mittel die Spindel geschwächt wird, was bei den im Bereich
der Werkzeughalteraufnahme ohnehin beengten Querschnitts
verhältnissen das auf das Werkzeug übertragbare Drehmoment
begrenzt. Die Betätigung der Keile über die im Querschnitt
T-förmigen Kulissen bedingt ausserdem eine aufwendige
Fertigung und sie ist relativ schmutzanfällig. Schliesslich
haben die kurzen Führungen für die Keile zur Folge, dass
diese dazu neigen, nur noch längs Kanten zu tragen.
Eine mit der Werkzeugwechseleinrichtung nach der EP-A1
01 85 842 verwandte Konstruktion ergibt sich aus "Werkstatt
und Betrieb" 119 (1986) 9, Seite 800, Bild 13, und sie hat
im wesentlichen dieselben Nachteile wie die in der
EP-A1-01 85 842 beschriebene Konstruktion.
Bei Werkzeugwechseleinrichtungen ist es schliesslich schon
bekannt, in dem Spannmechanismus als Spannstücke Kugeln
zu verwenden und diesen so auszubilden, dass er entweder
eine zentrale bzw. axiale oder eine radiale Betätigung
erlaubt. So sieht eine bekannte Werkzeugwechseleinrichtung
der Firma KENNAMETAL GmbH einen in einem hohlen Schaft
der Werkzeughalteraufnahme in axialer Richtung zwischen
einer Löse- und einer Spannstellung verschiebbar geführten,
als Zugstange ausgebildeten Spannschieber vor, durch den
in radialen Bohrungen des Schafts geführte Kugeln nach
aussen gedrängt werden können. Zu diesem Zweck besitzt
der Spannschieber eine flache, verhältnismässig breite
Umfangsnut mit schrägen Seitenwänden, in die die Kugeln in
der Lösestellung des Spannschiebers teilweise eingreifen,
so dass sie innerhalb des Aussenumfangs des Schafts liegen.
Durch Verschieben des Spannschiebers in seine Spannstellung
werden die Kugeln durch die eine schräge Nutwand in radialer
Richtung nach aussen gedrängt, so dass sie in eine Umfangs
nut in der Wand einer Aufnahmebohrung des Werkzeughalters
hineinragen, wobei infolge der schrägen Nutseitenwand des
Spannschiebers, durch die die Kugeln nach aussen gedrängt
werden, und einer schrägen Nutseitenwand des Werkzeug
halters sowie der Tatsache, dass die Kugeln durch ihre
Führungsbohrungen axial unverschieblich gehalten werden,
eine Anschlagfläche des Werkzeughalters in axialer Richtung
gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme gepresst
wird. Diese bekannte Konstruktion eignet sich für eine
radiale Betätigung, wie sie z.B. für Drehmaschinen in der
Regel gefordert wird, grundsätzlich nicht.
Bei einer anderen bekannten Werkzeugwechseleinrichtung mit
Kugeln als Spannstücken (EP-A1-00 26 751) besitzt der Werk
zeughalter einen Schaft mit einer einen trapezförmigen
Querschnitt aufweisenden Umfangsnut, der in eine Aufnahme
bohrung einer Arbeitsspindel eingesetzt wird. In der
Wand dieser Aufnahmebohrung befindet sich ein Ringkanal
mit vier sich in die Aufnahmebohrung hinein öffnenden
Fenstern; ausserdem besitzt die Spindel eine radial zum
Werkzeughalterschaft verlaufende Gewindebohrung zur Aufnahme
einer Spannschraube, deren inneres Ende einen Kegelstumpf
bildet und auf beiderseits dieses Kegelstumpfs im Ring
kanal liegende Kugeln einwirkt, u.z. dergestalt, dass
diese beim Eindrehen der Spannschraube (in radialer Richtung
nach innen) von der Spannschraubenachse weggedrängt werden.
In jedem der Fenster sitzt eine weitere Kugel, und zwischen
den Fenstern ist der Ringkanal - mit Ausnahme des von der
Spannschraube beanspruchten Raums - mit Kugeln gefüllt,
die die in den Fenstern liegenden Kugeln abstützen und in
radialer Richtung nach innen gegen den Werkzeughalterschaft
drängen, wenn die Spannschraube nach innen gedreht wird.
Die Nut des Werkzeughalterschafts ist nun bezüglich der
Fenster in der Wand der Aufnahmebohrung der Arbeitsspindel
in axialer Richtung so angeordnet, dass beim Anziehen der
Spannschraube die in den Fenstern liegenden Kugeln gegen
diejenige, schräg verlaufende Nutseitenwand des Werkzeug
halterschafts gepresst werden, die der Arbeitsspindel zuge
wandt ist, so dass eine hintere, ringförmige Anschlagfläche
des Werkzeughalters gegen eine vordere Stirnfläche der
Arbeitsspindel gezogen wird. Abgesehen davon, dass diese
bekannte Konstruktion eine zentrale bzw. axiale Betätigung
grundsätzlich nicht zulässt,weist sie die Nachteile auf,
dass sie verhältnismässig kompliziert aufgebaut und daher
teuer in der Fertigung ist und dass sie in radialer Richtung
viel Platz benötigt und deshalb das von der Spindel auf den
Werkzeughalter übertragbare Drehmoment begrenzt, wenn die
Spindel im Bereich des Spannmechanismus nicht mit einem
verhältnismässig grossen Aussendurchmesser versehen wird.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug
wechseleinrichtung zu schaffen, deren Spannmechanismus
verhältnismässig einfach aufgebaut ist und dennoch grund
sätzlich die Möglichkeit eröffnet, ein und denselben
Werkzeughalter sowohl durch eine zentrale bzw. axiale
als auch durch eine radiale Betätigung des Spannmechanismus
rasch zu spannen.
Ausgehend von einer Werkzeugwechseleinrichtung der eingangs
erwähnten Art lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss
dadurch lösen, dass im Schaft ein Spannschieber in axialer
Richtung zwischen einer Löse- und einer Spannstellung ver
schiebbar sowie querbeweglich gehalten ist, dass zwischen
dem drehbaren Spannelement und dem Spannschieber sowie
zwischen diesem und der Ausnehmung in der Wand der Aufnahme
bohrung jeweils ein als Kugel ausgebildetes und in einem
Führungskanal gehaltenes Spannstück angeordnet ist, dass
die Spannflächen von Spannelement und Ausnehmung sowie
gleichfalls schräg zur Achsrichtung verlaufende und mit den
Kugeln zusammenwirkende Spannflächen am Spannschieber derart
ausgebildet und angeordnet sind, dass die Kugeln in der
Lösestellung des Spannschiebers innerhalb des Aussenumfangs
des Schafts anordenbar und in der Spannstellung von Spann
schieber und Spannelement derart zwischen den Spannflächen
und den Wänden der die Kugeln haltenden Führungskanäle des
Schafts verspannbar sind, dass die Kugeln den Werkzeughalter
gegen die Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme pressen,
und dass der Werkzeughalter einen Anschlag für den Spann
schieber besitzt, welcher so angeordnet ist, dass bei
gegeneinander anliegenden Anschlagflächen von Werkzeughalter
und Werkzeughalteraufnahme der Werkzeughalter den Spann
schieber in seine Spannstellung gedrückt hält, und dass
eine Rückstellvorrichtung zum Verschieben des Spannschiebers
in seine Lösestellung vorgesehen ist.
Dieses Lösungsprinzip bietet folgende Vorteile: Der Spann
mechanismus lässt sich entweder durch Drehen des Spann
elements mittels eines in radialer Richtung angesetzten
Werkzeugs oder durch Verschieben des Spannschiebers durch
einen axial wirkenden bzw. zentral angeordneten Mechanismus
betätigen, ohne dass am Werkzeughalter irgendetwas geändert
werden müsste; diese Flexibilität der erfindungsgemässen
Werkzeugwechseleinrichtung ermöglicht eine wirtschaftliche
Lagerhaltung von Werkzeughaltern. Bei entsprechender Aus
bildung des drehbaren Spannelements genügt schon weniger
als eine ganze Umdrehung, um den Werkzeughalter an der
Werkzeughalteraufnahme zu verspannen oder die Kugeln frei
zugeben; eine solche Ausführungsform führt zu einer grossen
Sicherheit beim Wechselvorgang, da es ein drehbares Spann
element dann erlaubt, die Löse- und die Spannstellung
optisch sichtbar zu machen oder durch Anschläge festzu
legen, so dass ein gefühlsmässiges Schrauben oder Probieren,
ob z.B. ein Spannbolzen frei ist, nicht mehr erforderlich
ist und schon gar kein Zählen von Spannschraubenumdrehungen.
Kugeln und Bohrungen zu deren Führung lassen sich ausser
ordentlich einfach herstellen. Die sphärischen Flächen
der Kugeln bringen den Vorteil mit sich, dass weder ein
Verklemmen, noch ein Tragen nur längs Kanten mehr auftreten
kann; auch lässt sich eine geringe Flächenpressung er
reichen, wenn die schrägen Spannflächen teilkugelschalen
förmig ausgebildet und damit an die Oberflächengestalt
der Kugeln angepasst werden; entsprechendes gilt bei
Ausbildung der Führungskanäle als Bohrungen. Schliesslich
wird eine auf Fertigungstoleranzen zurückzuführende Ver
lagerung derjenigen Zonen, in denen Spannstücke und Spann
flächen gegeneinander anliegen, vermieden, so dass die
Wirkungslinie der Spannkraft immer dieselbe ist.
Für eine ausschliesslich radiale Betätigung des Spann
mechanismus ist keine Betätigungsvorrichtung für den Spann
schieber erforderlich, da dieser durch das Aufschieben des
Werkzeughalters auf die Werkzeughalteraufnahme von seiner
Löse- in seine Spannstellung gebracht und beim Abziehen
des Werkzeughalters durch die als einfache Feder ausbildbare
Rückstellvorrichtung wieder in seine Lösestellung zurück
geschoben wird. Auch ist der Spannmechanismus ausserordent
lich einfach, da er prinzipiell nur vier bewegliche Teile
benötigt, nämlich das drehbare Spannelement, die beiden
Kugeln und den Spannschieber, so dass der erfindungsgemässe
Spannmechanismus sich billig herstellen lässt und nicht
störanfällig ist.
Anstelle eines Schafts und einer Aufnahmebohrung mit kreis
zylindrischer Form können grundsätzlich auch ein Schaft
und ein diesen aufnehmender Hohlraum mit anderer Quer
schnittskonfiguration verwendet werden; so wäre es z.B.
denkbar, dem Schaft einen quadratischen Querschnitt zu ver
leihen und den Hohlraum zur Aufnahme eines solchen Schafts
entsprechend zu gestalten. Die zu einer Drehbewegung
antreibbare Betätigungsvorrichtung muss nicht unbedingt
am Werkzeugwechselarm angeordnet sein, denn grundsätzlich
wäre es auch denkbar, einen Schrauber oder dergleichen an
der Werkzeughalteraufnahme bzw. einem Werkzeugträger vor
zusehen. Der Spannschieber kann in einem axialen Führungs
kanal des Schafts mit geringem Spiel in radialer Richtung
geführt sein, es genügt aber auch, wenn er nur im Bereich
seiner Spannflächen quer zur Schaftachse geringfügig
beweglich ist und somit um einen in axialem Abstand von
diesen Spannflächen angeordneten Punkt etwas kippen kann,
da der Spannschieber in seiner Spannstellung ja
nur die vom drehbaren Spannelement auf eine der Kugeln
ausgeübten Spannkräfte in radialer Richtung auf die andere
Kugel bzw. die anderen Kugeln übertragen muss.
Grundsätzlich kann der hohle Schaft am Werkzeughalter und
die Aufnahmebohrung an der Werkzeughalteraufnahme vorge
sehen sein, bevorzugt werden aber Ausführungsformen, bei
denen der hohle Schaft Teil der Werkzeughalteraufnahme ist
und der Werkzeughalter die Aufnahmebohrung aufweist, denn
dann kann eine das Spannen bzw. Lösen bewirkende und in
radialer Richtung angreifende Betätigungsvorrichtung eines
Werkzeugwechselarms ein in der Wand der Aufnahmebohrung
vorgesehenes drehbares Spannelement nicht nur drehen,
sondern dieses Spannelement und damit den Werkzeughalter
auch erfassen, um den Werkzeughalter von der Werkzeughalter
aufnahme abzuziehen.
Da sich die als Spannstücke dienenden Kugeln an den Wänden
ihrer Führungskanäle in axialer Richtung abstützen müssen,
um die Spannkraft zwischen Werkzeughalter und Werkzeug
halteraufnahme hervorrufen zu können, müssen die Führungs
kanäle in axialer Richtung des Schafts so angeordnet werden,
dass sich eine axiale Verspannung der Kugeln zwischen den
einen schräg verlaufenden Spannflächen und den Führungs
kanalwänden ergibt, wenn die Anschlagflächen von Werkzeug
halter und Werkzeughalteraufnahme gegeneinander anliegen
und das Spannelement seine Spannstellung einnimmt.
Ist das Spannelement so ausgebildet, daß es eine reine Dreh
bewegung ausführt, muss es in Richtung seiner Drehachse ge
sichert werden, z.B. durch einen Sprengring.
Wenn man das drehbare Spannelement als Spannschraube aus
bildet, wäre es grundsätzlich möglich, der inneren Stirn
seite dieser Spannschraube die Gestalt eines Kegels oder
Kegelstumpfs oder eines Konus zu verleihen, um so eine
schräge Spannfläche zum Zusammenwirken mit einer der Kugeln
zu schaffen. Eine solche Gestaltung der Innenseite des
Spannelements erlaubt aber nicht eine radiale Schnell
spannung durch eine Drehung des Spannelements um weniger
als 360°. Deshalb weist das Spannelement einer bevorzugten
Ausführungsform in Drehrichtung neben seiner Spannfläche
eine Aussparung zur teilweisen Aufnahme der benachbarten
Kugel in der Lösestellung des Spannelements auf und die
Mitnehmerflächen des Spannelements besitzen eine vorgegebene
Drehwinkelposition zu dieser Aussparung und damit zur Löse
stellung des Spannelements. Wird diese Aussparung so gestal
tet, dass die benachbarte Kugel in der Lösestellung des
Spannelements ein radiales Spiel zwischen der Wand dieser
Aussparung und dem Spannschieber besitzt, genügt weniger
als eine Umdrehung des Spannelements, um dessen Spannfläche
ausser Wirkung zu bringen und die Spannung zu lösen. Wegen
der vorgegebenen Drehwinkelorientierung der Mitnehmer
flächen des Spannelements bezüglich der der Lösestellung
zugeordneten Aussparung lässt sich die Lösestellung an der
Drehwinkelposition der Mitnehmerflächen des Spannelements
ablesen. Wenn man nun die Mitnehmerflächen des Spannelements
und die Mitnehmerflächen der Spannelement-Betätigungsvor
richtung derart ausbildet, dass die Mitnehmerflächen von
Spannelement und Betätigungsvorrichtung nur in einer
einzigen Drehwinkelstellung der Betätigungsvorrichtung
relativ zum Spannelement miteinander in Eingriff gebracht
werden können, können an der Betätigungsvorrichtung dreh
winkelgesteuerte Abschaltvorrichtungen vorgesehen werden,
durch die die Drehung des Spannelements in dessen Löse-
bzw. Spannstellung zuverlässig beendet wird.
Grundsätzlich wäre es denkbar, die Konstruktion so auszu
bilden, dass sich der Werkzeughalter von der Werkzeughalter
aufnahme auch dann abziehen lässt, wenn die Kugeln in der
Lösestellung des Spannschiebers über den Aussenumfang des
Schafts überstehen; in diesem Fall müsste man die Wand
der Aufnahmebohrung mit einer entsprechenden Längsnut ver
sehen und dafür sorgen, dass das drehbare Spannelement, wenn
es sich in seiner Lösestellung befindet, ein Abziehen des
Werkzeughalters von der Werkzeughalteraufnahme zulässt.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist deshalb so ausgebildet,
dass die innere Stirnseite des Spannelements in dessen
Lösestellung nicht in die Aufnahmebohrung nach innen hinein
ragt.
Deshalb ist eine Ausführungsform zu bevorzugen, bei der
das drehbare Spannelement an seiner inneren Stirnseite mit
einer Ausnehmung versehen ist, die sowohl die Spannfläche
als auch die Aussparung zur teilweisen Aufnahme der einen
Kugel in der Lösestellung des Spannelements bildet.
Grundsätzlich wäre es denkbar, dass der Spannschieber die
radiale Komponente der durch das drehbare Spannelement
erzeugten Spannkraft auf mehrere Kugeln überträgt, so dass
der Spannmechanismus insgesamt z.B. drei gleichmässig
über 360° verteilt angeordnete Kugeln umfassen kann.
Einfacher, billiger und zumindest ebenso wirkungsvoll ist
jedoch eine Ausführungsform, bei der der Schaft nur zwei
auf einem Schaftdurchmesser liegende Führungskanäle auf
weist, denen in der Wand der Aufnahmebohrung die Ausnehmung
bzw. das drehbare Spannelement gegenüberliegen.
Die schräg verlaufenden Spannflächen des Spannschiebers
können z.B. von einem kegel- oder kegelstumpfförmig aus
gebildeten Ende oder Bereich des Spannschiebers gebildet
werden. Damit der Spannschieber die Kugeln aber nicht
nur nach aussen drängen, sondern in seiner Lösestellung
auch verhindern kann, dass die Kugeln in den hohlen Schaft
hineinfallen können, empfiehlt sich eine Ausführungsform,
bei der der Spannschieber an seinem Umfang muldenförmigen
Ausnehmungen für eine teilweise Aufnahme der Kugeln in
seiner Lösestellung aufweist, wobei diese muldenförmigen
Ausnehmungen auch die Spannflächen des Spannschiebers
bilden.
Empfehlenswert ist es, eine die Kugeln gegen den Spann
schieber drückende Rückholfeder vorzusehen, um bei abge
zogenem Werkzeughalter zu verhindern, dass die Kugeln
nach aussen aus dem Schaft herausfallen. Eine solche Rück
holfeder ermöglicht es u.U. auch, auf die die Kugeln in
der Lösestellung des Spannschiebers haltenden Spannschieber-
Ausnehmungen zu verzichten, wenn nämlich diese Rückhol
feder so ausgebildet ist, dass sie ein Hineinfallen der
Kugeln in den Hohlraum des Schafts verhindert. Als Rückhol
feder eignet sich besonders eine einfache Drahtfeder, die
mit ihren freien Enden in Bohrungen der Kugeln verschiebbar
gehalten ist und eine Ausnehmung des Spannschiebers durch
greift, so dass durch sie auch sichergestellt wird, dass
sich der Spannschieber gegenüber den Kugeln bzw. dem
Schaft nicht verdrehen kann.
Um die Spannstellung des Spannschiebers einstellen zu
können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung am Werkzeughalter ein in axialer Richtung ein
stellbarer Anschlag zum Verschieben des Spannschiebers durch
den Werkzeughalter in die Spannschieber-Spannstellung ange
bracht. Mit einem solchen einstellbaren Anschlag lässt sich
dann auch bei vorgegebener Spannstellung des drehbaren
Spannelements die Spannkraft durch Verstellen des Werkzeug
halter- Anschlags verändern.
Wie bereits erwähnt, kann für die dem drehbaren Spannelement
nicht benachbarte Kugel bzw. Kugeln in die Wand der Aufnahme
bohrung eine Ausnehmung eingearbeitet sein; es ist aber
auch möglich, diese Ausnehmung an der inneren Stirnseite einer
in die Wand der Aufnahmebohrung eingeschraubten Schraube
vorzusehen, so dass bei einer bevorzugten Ausführungsform
beide an der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehenen Aus
nehmungen an den inneren Stirnseiten von quer zur Schaft
achse orientierten Schrauben angeordnet sind. In diesem
Falle betätigt man dann aber zweckmässigerweise zum Spannen
und Lösen eines Werkzeughalters nur eine der beiden Schrau
ben, d.h. nur eine der beiden Schrauben bildet eine Spann
schraube, während die andere Schraube zweckentsprechend
fest eingestellt wird.
Für eine in radialer Richtung erfolgende Betätigung des
Spannmechanismus empfiehlt es sich, einen Werkzeugwechsel
arm vorzusehen, welcher identisch oder ähnlich ausgebildet
ist wie der Werkzeuggreifer gemäss der DE-OS 35 19 754
der Anmelderin. Bezüglich der Offenbarung des Werkzeug
wechselarms wird deshalb auf diesen Stand der Technik in
vollem Umfang Bezug genommen, so weit nicht nachfolgend
Abweichungen erörtert werden. In Anlehnung an diesen
bekannten Werkzeuggreifer wird nun vorgeschlagen, die Be
tätigungsvorrichtung des Werkzeugwechselarms mit einem
schaftartig ausgebildeten Schrauber zu versehen, welcher
einen ersten Anschlag trägt, der zum Stillsetzen des
Schraubers in der Spann- und/oder Lösestellung des Spann
elements gegen einen zweiten, am Werkzeugwechselarm vor
gesehenen Anschlag anfährt. Ist die Konstruktion dann so
ausgebildet, dass der Schrauber nur in einer ganz bestimmten
Drehwinkelposition relativ zum drehbaren Spannelement mit
diesem kuppelbar ist, empfiehlt sich eine Ausführungsform,
bei der der Schrauber in axialer Richtung verschiebbar
und durch eine Feder in dieser Richtung gegen das drehbare
Spannelement vorgespannt ist und bei der desweiteren die
Anschläge nur bei mit dem Spannelement gekuppeltem Schrauber
gegeneinander anlegbar sind.
Handelt es sich bei dem drehbaren Spannelement nicht um
eine Spannschraube, so empfehlen sich desweiteren mit dem
drehbaren Spannelement zusammenwirkende Rastvorrichtungen
zur Festlegung seiner Löse- und Spannstellung.
Damit der Werkzeughalter gleichzeitig mit dem Lösen auch
mit dem Werkzeugwechselarm verbunden werden kann, ist eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs
gemässen Werkzeugwechseleinrichtung so ausgebildet, dass
der Werkzeugwechselarm mit beiderseits des drehbaren
Spannelements gegen die ihm zugewandte Seite des Werk
zeughalters anlegbaren Stützflächen sowie mit an Ansetz
stellen, welche eine quer zur Drehachse des Spannelements
verlaufende Schulter bilden, ansetzbaren Greiferbacken
versehen ist, dass ferner für einen der beiden Anschläge
der Spannelement-Betätigungsvorrichtung eine Auflauffläche
zur axialen Verschiebung des betreffenden Anschlags beim
Erreichen der Spannelement-Lösestellung vorgesehen ist und
dass schliesslich eine durch den verschiebbaren Anschlag
spannbare Feder verwendet wird, durch die bei sich in
Lösestellung befindendem Spannelement die Greiferbacken
relativ zu den Stützflächen in vom Werkzeughalter weg
weisender Richtung vorspannbar sind. Auf diese Weise wird
der Werkzeughalter am Werkzeugwechselarm verspannt. Die
Ansetzstellen werden zweckmässigerweise von einer Rille
im Umfang des drehbaren Spannelements bzw. der Spann
schraube gebildet.
Wie bereits erwähnt, eignet sich die erfindungsgemässe
Werkzeugwechseleinrichtung ohne Änderung des Werkzeug
halters auch für eine zentrale bzw. axiale Betätigung
des Spannmechanismus. Deshalb besitzt bei einer Aus
führungsform die Werkzeughalteraufnahme eine bezüglich
des Schafts axiale Spannschieberbetätigungsvorrichtung.
Schliesslich wird zur Reduzierung der Flächenpressung
zwischen Kugel bzw. Kugeln und Spannfläche bzw. Spann
flächen an der Wand der Aufnahmebohrung empfohlen, die
an der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehene Ausnehmung
bzw. Ausnehmungen teilkugelschalenförmig auszubilden
und deren Radius nur unwesentlich grösser zu wählen als
denjenigen der Kugeln.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus
der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten
zeichnerischen Darstellung mehrerer Ausführungsformen
der erfindungsgemässen Werkzeugwechseleinrichtung; in
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erste
Ausführungsform mit Werkzeughalter und
Werkzeughalteraufnahme, und zwar bei an
der Werkzeughalteraufnahme verspanntem
Werkzeughalter;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh
rungsform entsprechend der Linie 2-2 in
Fig. 1, wobei die Fig. 2 jedoch auch
den vorderen Bereich eines Werkzeugwech
selarms dieser zweiten Ausführungsform
zeigt und die Spannschrauben-Betätigungs
vorrichtung des Werkzeugwechselarms sich
in einem Zustand befindet, welcher der
Lösestellung der Spannschraube entspricht;
Fig. 3 ein Detail des in Fig. 2 gezeigten Werk
zeugwechselarms, gesehen in Richtung des
Pfeils A aus Fig. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer dritten Aus
führungsform, und zwar die einander be
nachbarten Bereiche von Werkzeughalter
und Schaft der Werkzeughalteraufnahme
in einem axialen Schnitt;
Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung von Werk
zeughalter und Schrauber der Spannschrauber-
Betätigungsvorrichtung des Werkzeugwechsel
arms der Ausführungsform gemäss Fig. 2;
Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
einer weiteren Ausführungsform mit zentraler
Betätigung der Spannvorrichtung;
Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung
einer weiteren Variante mit zentraler Be
tätigung der Spannvorrichtung, und
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Werkzeughalters
einer weiteren Ausführungsform mit einem
Anschlag für die Spannschraube.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform besitzt einen ein
Werkzeug 10 tragenden Werkzeughalter 12, welcher sich mit
einer Aufnahmebohrung 14 auf einen hohlen Schaft 16 einer
Werkzeughalteraufnahme 18 aufschieben lässt. Wenn der
Schaft 16 nicht kreiszylindrisch ist, muss es sich bei
der Ausnehmung 14 natürlich auch nicht um eine Bohrung
handeln, sondern diese Ausnehmung kann eine andere zy
lindrische Gestalt haben.
In einem Längskanal 20 des Schafts 16 ist ein Spann
schieber 22 der Werkzeughalteraufnahme 18 längsverschieb
bar angeordnet - die Achse der Anordnung wurde strich
punktiert angedeutet und mit 24 bezeichnet -, wobei der
Spannschieber mit geringem seitlichem Spiel im Längs
kanal 20 geführt ist. Er bildet unten einen Sitz 26
für eine Rückstellfeder 28, die sich auf einem Spreng
ring 32 abstützt, der in eine Nut der Wand des Längs
kanals 20 eingesetzt ist.
Erfindungsgemäss weist nun der Spannschieber 22 zwei
einander gegenüberliegende Ausnehmungen 30 auf, deren
gemäss Fig. 1 obere Wandbereiche 30 a später in ihrer
Wirkung noch zu beschreibende Spannflächen bilden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der
Spannschieber 22 von unten her bis in das Zentrum
der insbesondere kegelig oder sphärisch ausgebildeten
Ausnehmungen 30 geschlitzt - der Schlitz wurde mit 34
bezeichnet -, so daß eine Drahtfeder 36 durch den Spann
schieber hindurchgeführt werden kann. Diese Drahtfeder
greift mit ihren beiden Enden in Bohrungen 38 zweier
Kugeln 40 ein, welche in Querbohrungen 42 des Schafts 16
in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Die Draht
feder 36 dient dazu, die beiden Kugeln 40 gegen den Spann
schieber 22 zu drücken und ein Verdrehen des Spannschiebers
zu verhindern. Der richtigen Umfangszuordnung von Kugeln und
Spannschieber in dessen Spannstellung dienen auch zwei kugel
kalottenförmige Aussparungen 30 b an den oberen Rändern der
Ausnehmungen 30.
Sieht man einmal von einer Längsverschiebung des Spann
schiebers 22 ab, so liegen die Kugeln 40 einerseits den Aus
nehmungen 30 des Spannschiebers und andererseits Ausnehmungen
44 und 46 gegenüber, die in der Wand der Aufnahmebohrung
14 vorgesehen sind. Dabei ist die Ausnehmung 44 unmittel
bar in die Wand der Aufnahmebohrung 14 eingearbeitet,
während die Ausnehmung 46 an der inneren Stirnseite einer
Spannschraube 48 vorgesehen ist, für die der Werkzeug
halter 12 eine in radialer Richtung verlaufende Gewinde
bohrung 50 besitzt. Die Ausnehmungen 44 und 46 bilden
nun gemäss Fig. 1 schräg nach unten und in Richtung auf
die Achse 24 verlaufende Spannflächen 44 a und 46 a, die
den Spannflächen 30 a schräg gegenüberliegen und die mit
den Kugeln 40 in unten noch näher zu beschreibender Weise
zusammenwirken.
Wenn der Werkzeughalter 12 nicht auf den Schaft 16 der
Werkzeughalteraufnahme 18 aufgesteckt ist, drückt die
Rückstellfeder 28 den Spannschieber 22 gemäss Fig. 1
so weit nach oben, daß die Kugeln 40 so in seine Aus
nehmungen 30 eingreifen können, wie dies in der linken
Hälfte der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet wurde,so
daß die Kugeln nicht über den Aussenumfang des Schafts 16
vorstehen. In diesem Zusammenhang ist die Funktion der
Drahtfeder 36 von Vorteil, die stets dafür sorgt, daß
die Kugeln 40 gegen den Spannschieber 22 gedrückt werden.
Schiebt man den Werkzeughalter 12 auf den Schaft 16 auf,
bis die Anschlagflächen 52 und 54 gegeneinander anliegen,
drückt eine als Anschlag 56 dienende Stirnwand der Auf
nahmebohrung 14 erfindungsgemäss den Spannschieber 22
aus seiner oberen Lösestellung nach unten in seine in
Fig. 1 gezeigte Spannstellung, in der er mit seinen
Spannflächen 30 a die Kugeln 40 in radialer Richtung so
weit nach aussen drängt, wie dies in Fig. 1 dargestellt
ist. Dreht man nun die Spannschraube 48 aus einer nicht
dargestellten Drehwinkelposition um 180° nach innen in
die in Fig. 1 gezeigte Drehwinkelposition, so wird da
durch die gemäss Fig. 1 linke Kugel 40 zwischen der
linken Spannfläche 30 a des Spannschiebers 22, der
Spannfläche 46 a der Spannschraube 48 und dem oberen
Bereich der linken Querbohrung 42 so verspannt, daß
der Werkzeughalter 12 über die Spannfläche 46 a nach
unten gedrückt und so die Anschlagflächen 52 und 54
gegeneinander verspannt werden.Das erwähnte seitliche
Spiel des Spannschiebers 22 bewirkt gleichzeitig, daß
auch die rechte Kugel 40 zwischen der rechten Spann
fläche 30 a des Spannschiebers, der Spannfläche 44 a
und dem oberen Bereich der rechten Querbohrung 42
so verspannt wird, daß über die Spannfläche 44 a auch
der rechte Bereich des Werkzeughalters 12 gegen die
Anschlagfläche 54 gepresst wird.
Erfindungsgemäss ist die Ausnehmung 46 der Spannschraube 48
so gestaltet, dass sich letztere aus einer Lösestellung, in
der die linke Kugel 40 mit radialem Spiel in eine von einem
Bereich der Ausnehmung 46 gebildete Aussparung 46 b eingreift,
um 180° in die in Fig. 1 gezeigte Drehwinkelposition
(Spannstellung) drehen lässt, wobei gleichzeitig die
schräge Spannfläche 46 a zur Wirkung kommt. Nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist die Länge des Spann
schiebers 22, genauer gesagt der Abstand seiner Spannfläche
30 a von seiner oberen Stirnfläche, so auf die Lage des
Anschlags 56 bezüglich der Anschlagfläche 52 des Werkzeug
halters 12 und auf die Lage der Querbohrungen 42 sowie der
Spannflächen 44 a und 46 a abgestimmt, dass die vorstehend
beschriebene axiale Verspannung der Anschlagflächen 52 und
54 gegeneinander eintritt, wenn der Werkzeughalter 12 bis
zum Anschlag auf die Werkzeughalteraufnahme 18 aufgeschoben
und dann die Spannschraube 48 in ihre Spannstellung gedreht
wird. Desweiteren sind die Achsen der Querbohrungen 42
gegenüber einem Zustand, in dem bei der in Fig. 1 darge
stellten Drehwinkelposition der Spannschraube 48 die An
schlagflächen 52 und 54 drucklos gegeneinander anliegen
würden, um ein geringes Mass in Richtung auf die Anschlag
fläche 54 versetzt, wobei dieses Mass die Grösse der
Flächenpressung zwischen den Anschlagflächen 52 und 54
bestimmt. Schliesslich ist es vorteilhaft, wenn die Spann
flächen 44 a und 46 a in gespanntem Zustand auf gleicher
Höhe liegen und spiegelbildlich zur Achse 24 verlaufen.
Die Fig. 8 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform der
Spannschraube 48, die in ihrer äusseren Stirnfläche einen
Innensechskant 48 a aufweist und an diese Stirnfläche ange
formt einen Anschlag 48 b besitzt, welcher mit einem am
Werkzeughalter 12 befestigten Anschlag 60 so zusammenwirkt,
daß die beiden Anschläge 48 b und 60 die Löse- und die
Spannstellung der Spannschraube 48 festlegen.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des erfindungsge
mässen Werkzeughalters unterscheidet sich von derjenigen
gemäss Fig. 1 nur dadurch, daß auch die Ausnehmung 44
in einer Schraube 62 ausgebildet ist, für die der Werk
zeughalter 112 mit einer Gewindebohrung 64 versehen wurde,
die der Gewindebohrung 50 für die Spannschraube 48 so
gegenüberliegt, daß die Achsen der Gewindebohrungen 50
und 64 fluchten. Im übrigen sind die beiden Werkzeug
halter 12 und 112 identisch ausgebildet, so daß auf eine
weitere Beschreibung des Werkzeughalters 112 verzichtet
werden kann; für die mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen
identischen Teile des Werkzeughalters 112 wurden dieselben
Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.
Ein entscheidender Vorteil für die beiden in den
Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ist der
Umstand, daß durch ein Drehen nur einer einzigen
Spannschraube um weniger als eine ganze Umdrehung,
ausgehend von einer Drehwinkelposition, in der die
Kugeln 40 nicht verspannt sind, eine Spannfläche
ins Spiel gebracht werden kann, die ein Verspannen
der Kugeln und damit des Werkzeughalters an der Werk
zeughalteraufnahme bewirkt.
Der in Fig. 2 gezeigte und als Ganzes mit 66 bezeich
nete Werkzeugwechselarm besitzt ein Gehäuse 68, das
vorn gegen den Werkzeughalter 12 bzw. 112 anlegbare
Stützflächen 70 aufweist, welche erfindungsgemäss Prismen
flächen bilden, so daß der Werkzeughalter sicher am
Gehäuse 68 gehalten ist, wenn man an der Spannschraube
48 in Achsrichtung nach aussen, d.h. gemäss Fig. 2
nach links, zieht, wie dies der Werkzeugwechselarm 66
zu leisten imstande ist, wie im folgenden noch beschrieben
werden wird. Es sei an dieser Stelle noch einmal erwähnt,
daß der Werkzeugwechselarm 66 im folgenden nur insoweit
beschrieben werden wird, als er vom Werkzeuggreifer nach
der DE-OS 35 19 754 abweicht.
Im Werkzeugwechselarm 66 ist eine hohle Antriebswelle 72
mit Hilfe von Nadellagern 74 drehbar gelagert. Ein sie
antreibender Motor wurde nicht dargestellt. Die Antriebs
welle 72 hält einen ihr gegenüber in Achsrichtung ver
schiebbaren Schrauber 76, wobei zur Begrenzung des Hubs
des Schraubers relativ zur Antriebswelle 72 im Schrauber
ein axiales Langloch 78 vorgesehen ist, welches von einem
an der Antriebswelle 72 befestigten Stift 80 durchgriffen wird.
Eine nicht dargestellte Feder spannt den Schrauber 76
gemäss Fig. 2 nach rechts, d.h. in Richtung auf die
Spannschraube 48, vor.
Erfindungsgemäss ist am Schrauber ein Anschlagträger 82
fest angebracht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
sind an diesem zwei in axialer Richtung des Schraubers
verschiebbar geführte Anschläge 84 angeordnet, zwischen
denen und dem Anschlagträger 82 Spannfedern 86 angeordnet
sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen nun einen Zustand, in dem
die Spannung zwischen dem Werkzeughalter und der Werkzeug
halteraufnahme gelöst und der Werkzeughalter am Werk
zeugwechselarm verspannt ist. Um dieses Verspannen zu
bewerkstelligen aber auch um die Lösestellung der
Spannschraube 48 festzulegen, laufen die Anschläge 84
bei einer Linksdrehung (gesehen auf die Spannschraube 48
in Richtung der Schrauberachse) des Schraubers 76 zunächst
auf am Gehäuse 68 des Werkzeugwechselarms vorgesehene
Auflaufflächen 88 auf (s. Fig. 3), wobei die Spannfedern
86 gespannt werden, und beim Weiterdrehen des Schraubers
schlagen dann die Anschläge 84 gegen am Gehäuse 68 aus
gebildete Anschlagflächen 90 an. Während dieser
Drehbewegung betätigt ein nicht dargestellter Antrieb
zwei Spannbacken 92 des Werkzeugwechselarms, deren
gemäss Fig. 2 rechte Enden dadurch in Richtung auf die
Schrauberachse geschwenkt werden und so nach aussen
federnde Greiferbacken 94 nach innen in eine Rille 96
der Spannschraube 48 drücken. Da die Greiferbacken 94
mit dem Anschlagträger 82 verbunden sind, werden sie durch
die Spannfedern 86 gemäss Fig. 2 nach links gezogen,
und da sie an der Spannschraube 48 angreifen, bewirken
die Spannfedern 86 ein Verspannen des Werkzeughalters
12 bzw. 112 an den Stützflächen 70, wenn die Spann
schraube 48 in ihre Lösestellung gedreht wird. Anders
als bei der Werkzeugwechseleinrichtung nach der DE-PS
33 24 312 ist es also nicht erforderlich, die Spann
schraube 48 in eine Gewindebohrung des Werkzeugwechsel
arms 66 einzuschrauben. Wenn die Anschläge 84 gegen die
Anschlagflächen 90 anschlagen, wird der Schrauberantrieb
durch nicht dargestellte Mittel abgeschaltet.
Die Fig. 4 zeigt einen in Richtung der Achse 24 des
Spannschiebers 22 einstellbaren Anschlag 256 an einem
Werkzeughalter 212. Zu diesem Zweck besitzt der letztere
eine Gewindebohrung 212 a, in die der Anschlag mit einem
Gewindeschaft 256 a eingeschraubt ist. Ferner sieht diese
Ausführungsform eine Spannfeder 256 b zwischen dem den
Anschlag 256 bildenden Kopf und dem Gehäuse des Werkzeug
halters 212 vor, um ein unbeabsichtigtes Verstellen des
Anschlags 256 zu verhindern.
Wie die Fig. 5 erkennen lässt, besitzt eine bevorzugte
Ausführungsform der Spannschraube 348 eines Werkzeug
halters 312 asymmetrisch zur Schraubenachse angeordnete
Mitnehmerflächen 348 a, die sich mit entsprechend ange
ordneten und ausgebildeten Mitnehmerflächen 376 a eines
Schraubers 376 nur in einer ganz bestimmten Drehwinkel
stellung des Schraubers relativ zur Spannschraube 348
kuppeln lassen. In einem solchen Fall läuft dann der in
Richtung auf die Spannschraube gefederte Schrauber 376
langsam an und dreht sich so weit, bis er unter der Wir
kung der ihn axial vorspannenden Feder zwischen die Mit
nehmerflächen 348 a der Spannschraube einfallen kann, um
die Spannschraube von ihrer Spannstellung in ihre Löse
stellung bzw. umgekehrt zu drehen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen nun zwei Ausführungsformen,
bei denen das Spannen des Werkzeughalters an der Werk
zeughalteraufnahme durch axiale und zentral angeordnete
Betätigungsmittel erfolgt. Da der Werkzeughalter aber
gleich ausgebildet ist wie der Werkzeughalter 12 (er
kann natürlich auch wie der Werkzeughalter 112 ausge
bildet sein), sieht man, dass sich ein und derselbe
Werkzeughalter sowohl durch radial ansetzbare als auch
durch axiale und zentral angeordnete Mittel spannen und
lösen lässt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 ist eine Kolben
stange 422 a eines doppelt wirkenden hydraulischen oder
pneumatischen Spannzylinders 422 b mit dem Spannschieber
422 einer Werkzeughalteraufnahme 418 verschraubt, so dass
sich diese Konstruktion besonders für Fräs- und Bohr
maschinen eignet.
Die Ausführungsform nach Fig. 7 zeichnet sich durch
zwei Merkmale aus: Zum einen besitzt ein Spannschieber
522 einen nach oben gefederten, verschiebbaren Kopf 556,
und zum anderen dient eine Gelenklasche 522 c zur Verbin
dung des im Längskanal 20 kippfähig gehaltenen Spann
schiebers 522 mit einer Kolbenstange 522 a, d.h. zwischen
dem Spannschieber und einer zentralen Spann- und Be
tätigungseinrichtung ist ein drehbares Gelenkstück vor
gesehen.
Claims (25)
1. Werkzeugwechseleinrichtung für eine Werkzeugmaschine,
mit einer an letzterer vorgesehenen Werkzeughalter-
Aufnahme und einem auf diese aufsetzbaren Werkzeug
halter, von denen das eine einen hohlen Schaft und
das andere eine Aufnahmebohrung aufweist, in die der
Schaft in mit der Achse des Schafts und der Aufnahme
bohrung zusammenfallender Aufsetzrichtung einschieb
bar ist, sowie mit einem im Schaft quer zur Achs
richtung verlaufenden Führungskanal, in dem ein
Spannstück verschiebbar gehalten ist und dem in der
Wand der Aufnahmebohrung einerseits eine Ausnehmung
und andererseits ein zwischen einer Löse- und einer
Spannstellung um eine quer zur Achse der Aufnahme
bohrung verlaufende Drehachse drehbar gehaltenes
Spannelement gegenüberliegen, wobei die Ausnehmung
und das Spannelement auf ihren dem Spannstück zu
gekehrten Seiten derart schräg zur Achsrichtung ver
laufende Spannflächen zum Zusammenwirken mit dem
Spannstück aufweisen, dass durch Drehen des Spann
elements von seiner Löse- in seine Spannstellung
eine hintere Anschlagfläche des Werkzeughalters in
Aufsetzrichtung gegen eine Anschlagfläche der Werk
zeughalteraufnahme anpressbar ist, und mit einem
Werkzeugwechselarm, welcher eine drehantreibbare
Betätigungsvorrichtung für das Spannelement aufweist,
sowie mit zusammenwirkenden Mitnehmerflächen am
Spannelement und an der Betätigungsvorrichtung,
welche durch bezüglich der Aufnahmebohrung radiale
Bewegung des Werkzeugwechselarms in Eingriff mitein
ander bringbar sind, dadurch gekenn
zeichnet, dass im Schaft (16) ein Spann
schieber (22) in axialer Richtung zwischen einer
Löse- und einer Spannstellung verschiebbar sowie
querbeweglich gehalten ist, dass zwischen dem dreh
baren Spannelement (48) und dem Spannschieber (22)
sowie zwischen diesem und der Ausnehmung (44) in der
Wand der Aufnahmebohrung (14) jeweils ein als Kugel
(40) ausgebildetes und in einem Führungskanal (42)
gehaltenes Spannstück angeordnet ist, dass die Spann
flächen (46 a, 44 a) von Spannelement (48) und Ausneh
mung (44) sowie gleichfalls schräg zur Achsrichtung
verlaufende und mit den Kugeln (40) zusammenwirkende
Spannflächen (30 a) am Spannschieber (22) derart aus
gebildet und angeordnet sind, dass die Kugeln (40)
in der Lösestellung des Spannschiebers (22) innerhalb
des Aussenumfangs des Schafts (16) anordenbar und in
der Spannstellung von Spannschieber (22) und Spann
element (48) derart zwischen den Spannflächen (44 a,
30 a, 46 a) und den Wänden der die Kugeln (40) haltenden
Führungskanäle (42) des Schafts (16) verspannbar
sind, dass die Kugeln (40) den Werkzeughalter (12)
gegen die Anschlagfläche (54) der Werkzeughalter-
Aufnahme (18) pressen, und dass der Werkzeughalter
(12) einen Anschlag (56; 256) für den Spannschieber
(22) besitzt, welcher so angeordnet ist, dass bei
gegeneinander anliegenden Anschlagflächen (52, 54)
von Werkzeughalter (12) und Werkzeughalter-
Aufnahme (18) der Werkzeughalter den Spannschieber (22)
in seine Spannstellung gedrückt hält, und dass eine
Rückstellvorrichtung (28) zum Verschieben des Spann
schiebers (22) in seine Lösestellung vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Spannelement (48) in Drehrichtung neben seiner
Spannfläche (46 a) eine Aussparung (46 b) zur teilweisen
Aufnahme der benachbarten Kugel (40) in der Lösestellung
des Spannelements aufweist, und dass die Mitnehmerflächen (348 a) des
Spannelements (48) eine vorgegebene Drehwinkelposition zu dieser Aus
sparung (46 b) und damit zur Lösestellung des Spannelements besitzen
und ebenso wie die Mitnehmerflächen (376 a) der Betätigungsvor
richtung (76) derart ausgebildet sind, dass die Mit
nehmerflächen (348 a, 376 a) von Spannelement (48) und
Betätigungsvorrichtung (76) nur in einer einzigen
Drehwinkelstellung der Betätigungsvorrichtung relativ
zum Spannelement miteinander in Eingriff bringbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Spannelement (48) als Spannschraube
ausgebildet ist, für die die Wand der Aufnahmebohrung
(14) eine quer zur Achse der letzteren verlaufende
Gewindebohrung (50) besitzt.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere
Stirnseite des Spannelements (48) in dessen Löse
stellung nicht über die Aufnahmebohrung (14) nach
innen übersteht.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement
(48) an seiner inneren Stirnseite mit einer Ausnehmung
(46) versehen ist, die sowohl die Spannfläche (46 a) als
auch die Aussparung (46 b) bildet.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (16)
nur zwei auf einem Schaftdurchmesser liegende Führungs
kanäle (42) aufweist, denen in der Wand der Aufnahme
bohrung (14) die Ausnehmung (44) und das Spannelement
(48) gegenüberliegen.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs
kanäle als Querbohrungen (42) ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstell
vorrichtung (28) für den Spannschieber (22) als diesen
in seine Lösestellung vorspannende Rückstellfeder
ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spann
schieber (22) an seinem Umfang muldenförmige Aus
nehmungen (30) für eine teilweise Aufnahme der Kugeln
(40) in seiner Lösestellung aufweist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere
Stirnseite des Spannelements (48) so ausgebildet ist,
dass zwischen der Löse- und der Spannstellung ein
Drehwinkel von weniger als 360° und insbesondere von
ungefähr einer halben Umdrehung liegt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch
einen die Löse- und/oder Spannstellung des Spann
elements (48) definierenden Drehwinkelanschlag (48 b;
90) für das Spannelement (48).
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Kugeln (40)
gegen den Spannschieber (22) drückende Rückholfeder (36).
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückholfeder (38) als Drahtfeder ausgebildet
und mit ihren freien Enden in Bohrungen (38) der
Kugeln (40) verschiebbar gehalten ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Rückholfeder (38) eine Ausnehmung
(34) des Spannschiebers (22) durchgreift.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (16)
an der Werkzeughalteraufnahme (18) und die Aufnahme
bohrung (14) im Werkzeughalter (12) vorgesehen ist und
dass bei gespanntem Werkzeughalter die die Kugeln (40)
führenden Querbohrungen (42) näher an den Anschlag
flächen (52, 54) liegen als die Ausnehmungen (44, 46)
in der Aufnahmebohrung (14).
16. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeug
halter (212) ein in axialer Richtung einstellbarer
Anschlag (256; 556) zum Verschieben des Spannschiebers
durch den Werkzeughalter angebracht ist.
17. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch
gekennzeichnet, dass beide an der Wand der Aufnahme
bohrung (14) vorgesehenen Ausnehmungen (44, 46) an den
Stirnseiten von quer zur Schaftachse orientierten
Schrauben (48, 62) angeordnet sind.
18. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausnehmung (46) des Spannelements (48) zu
seiner Drehachse unsymmetrisch ausgebildet ist und in
der Spannstellung des Spannelements dessen Spann
fläche (46 a) auf der den Anschlagflächen (52, 54)
zugekehrten Seite der Drehachse liegt.
19. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Betätigungsvorrichtung (72, 76) einen schaft
artig ausgebildeten Schrauber (76) besitzt, welcher
einen ersten Anschlag (84) trägt, der zum Stillsetzen
des Schraubers in der Spann- und/oder Lösestellung des
Spannelements (48) gegen einen zweiten, am Werkzeug
wechselarm (66) vorgesehenen Anschlag (90) anfährt.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schrauber (76) in axialer Richtung verschieb
bar und durch eine Feder in dieser Richtung gegen das
Spannelement (48) vorgespannt ist und dass die Anschläge
(84, 90) nur bei mit dem Spannelement (48) gekuppeltem
Schrauber (76) gegeneinander anlegbar sind.
21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Werkzeugwechselarm (66) mit beider
seits des Spannelements (48) gegen die ihm zugewandte
Seite des Werkzeughalters (112) anlegbaren Stütz
flächen (70) sowie mit an Ansetzstellen (96), welche
eine quer zur Drehachse des Spannelements (48) verlau
fende Schulter bilden, ansetzbaren Greiferbacken (94)
versehen ist, dass für einen der beiden Anschläge (84)
eine Auflauffläche (88) zur axialen Verschiebung des
betreffenden Anschlags beim Erreichen der Spannelement-
Lösestellung vorgesehen ist und dass eine durch den
verschiebbaren Anschlag (84) spannbare Feder (86) vor
gesehen ist, durch die bei sich in Lösestellung befin
dendem Spannelement (48) die Greiferbacken (94) relativ
zu den Stützflächen (70) in vom Werkzeughalter (112)
wegweisender Richtung vorspannbar sind.
22. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bezüglich des
Schafts (16) der Werkzeughalteraufnahme (12) axiale
Spannschieberbetätigungsvorrichtung (422 a, 422 b; 522 a,
522 c).
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
dass der Spannschieber (522) über ein drehbares
Gelenkstück (522 c) mit seiner Betätigungsvorrichtung
(522 a) verbunden ist.
24. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Wand
der Aufnahmebohrung vorgesehenen Ausnehmungen teil
kugelschalenförmig ausgebildet sind und ihr Radius nur
unwesentlich grösser ist als derjenige der Kugeln.
25. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannschie
ber (22) an seinem Umfang für jede Kugel (40) eine
Aussparung (30 b) aufweist, in die die Kugeln in der
Spannstellung des Spannschiebers geringfügig eingreifen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873709299 DE3709299A1 (de) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873709299 DE3709299A1 (de) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3709299A1 true DE3709299A1 (de) | 1988-09-29 |
DE3709299C2 DE3709299C2 (de) | 1991-01-17 |
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ID=6323661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873709299 Granted DE3709299A1 (de) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |