DE3709299C2 - - Google Patents
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- DE3709299C2 DE3709299C2 DE19873709299 DE3709299A DE3709299C2 DE 3709299 C2 DE3709299 C2 DE 3709299C2 DE 19873709299 DE19873709299 DE 19873709299 DE 3709299 A DE3709299 A DE 3709299A DE 3709299 C2 DE3709299 C2 DE 3709299C2
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- B23Q3/1552—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
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Description
Die Erfindung betrifft eine
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 im Schaft quer zur Achsrichtung
verlaufenden Führungskanälen, in denen Spannstücke
verschiebbar gehalten sind und denen in der Wand der
Aufnahmebohrung mit Ausnehmungen versehene Stützele
mente gegenüberliegen, wobei die Stützelemente auf
ihren den Spannstücken zugekehrten Seiten derart
schräg zur Achsrichtung verlaufende Spannflächen zum
Zusammenwirken mit den Spannstücken aufweisen, daß
durch axiales Verschieben eines mit ebenfalls schräg
zur Achsrichtung verlaufenden Spannflächen ausgestat
teten und in der Achse angeordneten Spannschiebers
von seiner Löse- in seine Spannstellung eine hintere
Anschlagfläche des Werkzeughalters in Aufsetzrichtung
gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme
anpreßbar ist.
Eine derartige Werkzeugwechseleinrichtung ist aus "Werkstatt
und Betrieb" 119 (1986), 9, Seiten 797 bis 801, als mit ABS-C
bezeichnetes System bekannt. Ein entscheidender Nachteil
dieses Systems besteht darin, daß eine radiale Einleitung
der Spannung nicht möglich ist, d. h. die auch weit verbrei
tete Anwendung einer radialen manuellen Spannmöglichkeit
ist nicht gegeben. Die hier dargestellte zentrale Betäti
gung ist auch nicht manuell zu bewerkstelligen, weil der
Spannmechanismus innerhalb der Werkzeugspindel oder des
Werkzeugträgers untergebracht werden muß und somit der
maschinellen Betätigung vorbehalten ist.
Des weiteren wird auch in "Werkstatt und Betrieb" auf die
Notwendigkeit bestimmter Passungstoleranzen des Ziehkeils
bzw. Spannschiebers hingewiesen, um ein beidseitig gleich
mäßiges Spannen zu erreichen. Dies und die Geometrie der
Spannungsübertragungsteile (Kegelschraube, Klemmbolzen,
Ziehkeil) bedeuten, daß an mehreren Kraftübertragungs
stellen sogenannte Kantenträger entstehen, was hohe
Flächenpressung und Einbuße von Steifigkeit bedeutet.
Eine andere 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 besitzt 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 gegeneinandergepreßt 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.
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 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Spannschieber quer zur Achse kipp
fähig gehalten ist und während des Verschiebens von
seiner Löse- in seine Spannstellung und umgekehrt
ständig in axialer Richtung mittels einer Rückstell
vorrichtung in Wirkverbindung mit einem Anschlag
am Werkzeughalter steht, daß mindestens
ein Stützelement als drehbares Spannelement aus
gebildet und zwischen dem Spannelement und dem Spann
schieber sowie zwischen diesem und dem Stützele
ment jeweils ein in einem Führungskanal geführtes
und als Kugel ausgebildetes Spannstück angeordnet
ist, daß das Spannelement in Drehrichtung neben sei
ner Spannfläche eine sphärische Aussparung
aufweist, die so ausgebildet ist, daß zwischen der Löse
stellung und der Spannstellung der Drehwinkel des Spann
elementes weniger als 360° beträgt und
diese Aussparung und die Spannflächen des
Spannelements und des Stützelements sowie die mit den
Kugeln zusammenwirkenden Spannflächen am Spann
schieber derart ausgebildet und angeordnet sind,
daß die Kugeln in der Lösestellung des Spannschie
bers innerhalb des Außenumfanges des Schafts
anordenbar sind und daß das Spannelement mit asymme
trischen Mitnehmerflächen ausgestattet ist, welche
mit asymmetrischen Mitnehmerflächen einer drehan
treibbaren Betätigungsvorrichtung derart zusammen
wirken, daß die Aussparung des Spannelementes
in seiner Lösestellung in Richtung zur Anschlagfläche
des Werkzeughalters bzw. der Werkzeughalteraufnahme
weist.
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 muldenförmige
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 gemäß der DE-OS 35 19 754 vorzusehen. 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 des weiteren die
Anschläge nur bei mit dem Spannelement gekuppelten Schrauber
gegeneinander anlegbar sind.
Handelt es sich bei dem drehbaren Spannelement nicht um
eine Spannschraube, so empfehlen sich des weiteren 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 Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich 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
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 seitlichen 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 30a 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 30b 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 44a und 46a, die
den Spannflächen 30a 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 30a 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 30a des Spannschiebers 22, der
Spannfläche 46a der Spannschraube 48 und dem oberen
Bereich der linken Querbohrung 42 so verspannt, daß
der Werkzeughalter 12 über die Spannfläche 46a 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 30a des Spannschiebers, der Spannfläche 44a
und dem oberen Bereich der rechten Querbohrung 42
so verspannt wird, daß über die Spannfläche 44a 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 46b eingreift,
um 180° in die in Fig. 1 gezeigte Drehwinkelposition
(Spannstellung) drehen läßt, wobei gleichzeitig die
schräge Spannfläche 46a zur Wirkung kommt. Nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist die Länge des Spann
schiebers 22, genauer gesagt der Abstand seiner Spannfläche
30a 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 44a und 46a 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. Des weiteren 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 44a und 46a 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 48a aufweist und an diese Stirnfläche ange
formt einen Anschlag 48b besitzt, welcher mit einem am
Werkzeughalter 12 befestigten Anschlag 60 so zusammenwirkt,
daß die beiden Anschläge 48b 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.
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 212a, in die der Anschlag mit einem
Gewindeschaft 256a eingeschraubt ist. Ferner sieht diese
Ausführungsform eine Spannfeder 256b 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 348a, die sich mit entsprechend ange
ordneten und ausgebildeten Mitnehmerflächen 376a 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 348a 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 422a eines doppelt wirkenden hydraulischen oder
pneumatischen Spannzylinders 422b 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 522c zur Verbin
dung des im Längskanal 20 kippfähig gehaltenen Spann
schiebers 522 mit einer Kolbenstange 522a, d.h. zwischen
dem Spannschieber und einer zentralen Spann- und Be
tätigungseinrichtung ist ein drehbares Gelenkstück vor
gesehen.
Claims (22)
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 Achsrichtung
verlaufenden Führungskanal, in denen Spannstücke
verschiebbar gehalten ist und denen in der Wand der
Aufnahmebohrung mit Ausnehmungen versehene Stützelemente
gegenüberliegen, wobei die Stützelemente auf
ihren den Spannstücken zugekehrten Seiten derart
schräg zur Achsrichtung verlaufende Spannflächen zum
Zusammenwirken mit den Spannstücken aufweisen, daß
durch axiales Verschieben eines mit ebenfalls schräg
zur Achsrichtung verlaufenden Spannflächen ausgestatteten
und in der Achse angeordneten Spannschiebers
von seiner Löse- in seine Spannstellung eine hintere
Anschlagfläche des Werkzeughalters in Aufsetzrichtung
gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme
anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannschieber (22) quer zur Achse kippfähig
gehalten ist und während des Verschiebens von
seiner Löse- in seine Spannstellung und umgekehrt
ständig in axialer Richtung mittels einer Rückstellvorrichtung
(28) in Wirkverbindung mit einem Anschlag
(56; 556) am Werkzeughalter (12) steht, daß mindestens
ein Stützelement als drehbares Spannelement (48) ausgebildet
und zwischen dem Spannelement und dem Spannschieber
(22) sowie zwischen diesem und dem Stützelement
jeweils ein in einem Führungskanal (42) geführtes
und als Kugel (40) ausgebildetes Spannstück angeordnet
ist, daß das Spannelement (48) in Drehrichtung neben seiner
Spannfläche (46a) eine sphärische Aussparung (46b)
aufweist, die so ausgebildet ist, daß zwischen der Lösestellung
und der Spannstellung der Drehwinkel des Spannelementes
(48) weniger als 360° beträgt und
diese Aussparung (46b) und die Spannflächen (46a) des
Spannelements und des Stützelements sowie die mit den
Kugeln (40) zusammenwirkenden Spannflächen (30a) am Spannschieber
(22) derart ausgebildet und angeordnet sind,
daß die Kugeln (40) in der Lösestellung des Spannschiebers
(22) innerhalb des Außenumfanges des Schafts (16)
anordenbar sind und daß das Spannelement (48) mit asymmetrischen
Mitnehmerflächen (348a) ausgestattet ist, welche
mit asymmetrischen Mitnehmerflächen (376a) einer drehantreibbaren
Betätigungsvorrichtung (76) derart zusammenwirken,
daß die Aussparung (46b) des Spannelementes (48)
in seiner Lösestellung in Richtung zur Anschlagfläche (52; 54)
des Werkzeughalters (12) bzw. der Werkzeughalteraufnahme (18)
weist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitnehmerflächen (348a) des Spannelements (48)
eine vorgegebene Drehwinkelposition zu der Aussparung
(46b) und damit zur Lösestellung des Spannelements (48)
besitzen und ebenso wie die Mitnehmerflächen (376a) der
Betätigungsvorrichtung (72, 76) derart ausgebildet sind,
daß die Mitnehmerflächen (348a; 376a) von Spannelement
(48) und Betätigungsvorrichtung (72, 76) nur in einer einzigen
Drehwinkelstellung der Betätigungsvorrichtung (72, 76)
relativ zum Spannelement (48) miteinander in Eingriff
bringbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Spannelement (48) an seiner inneren Stirnseite
mit einer Ausnehmung (46) versehen ist, die sowohl
die Spannfläche (46a) als auch die Aussparung (46b)
bildet.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schaft (16) zwei Führungskanäle
(42) aufweist, denen in der Wand der Aufnahmebohrung
(14) anstelle der Stützelemente eine Ausnehmung (44)
und das Spannelement (48) gegenüberliegen.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle
als Querbohrungen (42) ausgebildet sind.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung
(28) für den Spannschieber (22) als diesen
in seine Lösestellung vorspannende Rückstellfeder ausgebildet
ist.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannschieber
(22) an seinem Umfang muldenförmige Ausnehmungen (30)
für eine teilweise Aufnahme der Kugeln (40) in seiner
Lösestellung aufweist.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Stirnseite
des Spannelementes (48) so ausgebildet ist, daß
zwischen der Löse- und der Spannstellung ein Drehwinkel
von ungefähr einer halben Umdrehung liegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen
die Löse- und/oder Spannstellung des Spannelementes (48)
definierenden Drehwinkelanschlag (48b, 60, 84, 90) für das Spannelement
(48).
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine die Kugeln (40)
gegen den Spannschieber (22) drückende Rückholfeder (36).
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückholfeder (36) als Drahtfeder ausgebildet und
mit ihren freien Enden in Bohrungen (38) der Kugeln (40)
verschiebbar gehalten ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückholfeder (36) eine Ausnehmung (34)
des Spannschiebers (22) durchgreift.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 12, 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 Stützelemente, die Ausnehmung
(44) sowie das Spannelement (48).
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeughalter
(212) ein in axialer Richtung einstellbarer Anschlag
(256; 556) zum Verschieben des Spannschiebers durch den
Werkzeughalter angebracht ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmung (46) des Spannelementes (48) zu seiner
Drehachse unsymmetrisch ausgebildet ist und in der Spannstellung
des Spannelements dessen Spannfläche (46a) auf
der den Anschlagflächen (52, 54) zugekehrten Seite der
Drehachse liegt.
16. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betätigungsvorrichtung (72, 76) einen schaftartig ausgebildeten
Schrauber (76) besitzt, welcher einen ersten
Anschlag (84) trägt, der zum Stillsetzen des Schraubers
in der Spann- und/oder Lösestellung des Spannelementes (48)
gegen einen zweiten, am Werkzeugwechselarm (66) vorgesehenen
Anschlag (90) anfährt.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrauber (76) in axialer Richtung verschiebbar
ist, daß die Anschläge (84; 90) nur bei mit
dem Spannelement (48) gekuppeltem Schrauber (76) gegeneinander
anlegbar sind.
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der der
Werkzeugwechselarm (66) mit beiderseits des Spannelementes
(48) gegen die ihm zugewandte Seite des Werkzeughalters
(112) anlegbaren Stützflächen (70) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugwechselarm mit
an Ansetzstellen (96) des Spannelementes (48), welche
eine quer zur Drehachse des Spannelementes (48) verlaufende
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.
19. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine bezüglich des
Schafts (16) der Werkzeughalteraufnahme (12) axiale
Spannschieberbetätigungsvorrichtung (422a, 422b; 522a,
522c).
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannschieber (522) über ein drehbares Gelenkstück
(522c) mit seiner Betätigungsvorrichtung (522a)
verbunden ist.
21. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Wand
der Aufnahmebohrung vorgesehenen Ausnehmungen teilkugelschalenförmig
ausgebildet sind und ihr Radius nur unwesentlich
größer ist als derjenige der Kugeln.
22. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannschie
ber (22) an seinem Umfang für jede Kugel (40) eine
Aussparung (30b) aufweist, in die die Kugeln in der
Spannstellung des Spannschiebers geringfügig eingreifen.
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DE19873709299 DE3709299A1 (de) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
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Publications (2)
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DE3709299A1 DE3709299A1 (de) | 1988-09-29 |
DE3709299C2 true DE3709299C2 (de) | 1991-01-17 |
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Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
DE3926480A1 (de) * | 1989-08-10 | 1991-02-14 | Guehring Gottlieb Fa | Werkzeugwechselsystem fuer einen werkzeughalter mit stehendem und/oder drehangetriebenem werkzeug |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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