DE3736062A1 - Spanneinheit fuer ein werkzeug sowie vorrichtung zum einjustieren eines werkzeuges in einer solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspanneinheit, insbe­ sondere für Bohrer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zum Einjustieren eines Werkzeu­ ges in einer solchen Spanneinheit.

Derartige Spanneinheiten sind in unterschiedlicher Aus­ führungsform im Einsatz, wobei die Spannzangen üblicherwei­ se geschlitzt und mit konischer Außenfläche ausgebildet sind und durch eine Mutter, die auf einem Gewinde des Basis­ teils läuft und an der Stirnseite der Spannzange angreift, mit dem Basisteil verspannt werden, wobei zugleich auch das eingesetzte Werkzeug mit der Spannzange verspannt wird.

In vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei der Verwen­ dung von Bohrern, ist es wichtig, daß die Werkzeugspitze eine exakt vorgegebene Lage zur Achse der Maschinenspindel (fällt bei korrekter Anbringung der Spanneinheit an der Maschinenspindel mit der Achse des Basisteiles zusammen) aufweist. Insbesondere soll bei Bohrern die Bohrerspitze genau auf der Achse der Maschinenspindel liegen. Sind die­ se Sollbedingungen nicht erfüllt, so erzeugt das Werkzeug beim Einsetzen der gesamten Spanneinheit in eine nume­ risch gesteuerte Werkzeugmaschine eine nicht maßhaltige Materialzerspanung. Außerdem nützt sich das Werkzeug auch rascher ab.

Bei den bekannten Werkzeug-Spanneinheiten ist es nicht möglich, Abweichungen des einzusetzenden Werkzeuges von seiner Sollgeometrie auszugleichen. So kann es bei Bohrern vorkommen, daß durch nicht exaktes Schleifen der Schneiden die Bohrerspitze etwas von der Achse des Bohrerschaftes abliegt. Auch kann der Bohrerschaft selbst etwas unrund oder seitlich zum vorderen Bohrerabschnitt versetzt sein, oder der Bohrer kann auch geringfügig verbogen oder in sich verzogen sein.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Werkzeug- Spanneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß kleine Abweichungen von der Sollgeometrie des einzusetzenden Werkzeuges beim Zusammen­ bauen der durch Werkzeug und Spanneinheit gebildeten Werkzeug- Einheit ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Werk­ zeug-Spanneinheit gemäß Anspruch 1.

In der erfindungsgemäßen Werkzeug-Spanneinheit hat man einen zusätzlichen beim Zusammenbauen einstellbaren Exzenter, mit welchem sich die Exzentrizität des Werkzeuges kompen­ sieren läßt. Durch Drehen der Spannzange in der Zangen- Aufnahmebohrung des Basisteiles und Drehen des Werkzeug­ schaftes in der Werkzeug-Aufnahmebohrung der Spannzange läßt sich die gewünschte exakte Sollstellung der Werkzeug­ spitze einstellen. Diese Einstellmöglichkeit wird ohne nennenswerte Vergrößerung der Herstellungskosten der Spann­ einheit erhalten. Die erfindungsgemäß erhaltene Ausgleichs­ möglichkeit läßt sich auch ohne Hinzufügen mechanisch empfindlicher Teile realisieren: Eine erfindungsgemäße Spanneinheit mit eingesetztem Werkzeug kann gleichermaßen unter hoher Drehmomentübertragung zwischen Maschinenspindel und Zerspanungsstelle und hoher axialer Kraftübertragung eingesetzt werden wie eine herkömmliche Spanneinheit.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf ein einfaches und präzises Verdrehen der Spann­ zange von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß eine erfindungsgemäße Spanneinheit radial genauso klein baut wie eine herkömmliche Spanneinheit. Damit läßt sich die erfindungsgemäße Spanneinheit auch unter räumlich beengten Verhältnissen gut einsetzen.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 dient einer fein dosierbaren Einstellung der Winkellage der Spann­ zange.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die Drehmoment übertragende Formschlußverbin­ dung zwischen Stellhülse und Spannzange nach einem ersten groben Einsetzen der Spannzange automatisch beim ersten Drehen der Stellhülse hergestellt wird. Es ist also nicht notwendig, die Spannzange beim Einsetzen in das Basisteil besonders winkelmäßig auszurichten.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß Anspruch 7 und 8 zeichnen sich durch besonders einfachen mechanischen Auf­ bau aus.

Eine Spanneinheit gemäß Anspruch 9 erlaubt es, die Spannzange mit besonders hohen Kräften mit dem Basisteil zu verspannen. Man erhält so auch entsprechend hohe auf das Werkzeug einwirkende Spannkräfte, und zwar ohne Beeinträchtigung des Ausgleichs von Abweichungen der Werkzeuggeometrie von der Sollgeometrie.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist es möglich, die Spanneinrichtung schon leicht anzuziehen, bevor die richtige Winkelstellung von Werkzeug und Spann­ zange gefunden ist. Die letzten Einstellarbeiten können somit bei schon vorhandenem kleinem Reibschluß durchgeführt werden, so daß sich Werkzeug und Spannzange nicht mehr un­ beabsichtigt verstellen. Dabei ist infolge der Gleitscheibe immer noch eine radiale Relativbewegung zwischen den beiden Spannteilen möglich.

Wo die Spannzange keine Konus-Spannzange sondern eine eine zylindrische Außenfläche aufweisende Spannzange ist, kann die Verblockung von Spannzange und Basisteil gemäß Anspruch 11 so erfolgen, daß bei noch nicht vollständig angezogener Spannschraube noch die gewünschte Einstellung der Winkel­ lage der Spannzange möglich ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ist im Hinblick auf ein besonders festes Verblocken von Spannzange und Basisteil von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht, daß die Winkellage der Spannzange bezüglich des Basisteils auch unter hoher Drehmomentübertragung sicher eingehalten wird. Auch kann sich die Spannzange beim letz­ ten Anziehen der Spannschraube nicht mehr unbeabsichtigt verdrehen.

Bei einer Spanneinheit gemäß Anspruch 14 hat man eine be­ sonders feine Ausgleichsmöglichkeit für sehr kleine Achs­ ablagen der Werkzeugspitze. Auch exakt maßhaltige Werkzeuge lassen sich achsgenau einspannen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 gestattet auf einfache Weise die Bestimmung der Achsablage der Werk­ zeugspitze in kurzer Zeit.

Gemäß Anspruch 15 lassen sich definierte Ausgangsbedingungen für die Einjustierung einfach herstellen, für welche sich die zur Einjustierung der Werkzeugspitze auf die Achse der Spanneinheit notwendigen Drehwinkel von Spannzange und Werk­ zeug besonders einfach aus der gemessenen Exzentrizität ab­ leiten lassen.

Diese Bestimmung läßt sich gemäß Anspruch 17 automatisch durchführen.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 18 dient einer raschen Bestimmung der oben angesprochenen Drehwinkel mit einfachen elektronischen Standardbauteilen.

Gemäß Anspruch 19 erfolgt die Verdrehung von Spannzange und Werkzeug vollständig automatisch, wodurch Fehlerquel­ len ausgeräumt sind und eine sehr rasche Einjustierung erhalten wird.

Bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 20 erfolgt das Einlei­ ten eines Meßvorganges automatisch mit dem Ineingriffbrin­ gen von Fühler und Werkzeug.

Gemäß Anspruch 21 wird die Servo-Einjustierung zwangsweise erst dann gestartet, wenn der Eingriff zwischen Fühler und Werkzeug aufgehoben worden ist. Damit ist die Gefahr einer Beschädigung des Fühlers durch ein zum Einjustieren zu bewegendes Werkzeug ausgeräumt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Bohrer-Spannein­ heit mit integrierter Ausgleichseinheit für Ablagen der Bohrerspitze von der Achse der Spanneinheit;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Spanneinheit längs der dortigen Schnittlinie II-II;

Fig. 3 einen transversalen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Spanneinheit längs der dortigen Schnittlinie III-III;

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch eine abgewandelte Bohrer-Spanneinheit mit integrierter Ausgleichs­ einheit für Ablagen der Bohrerspitze von der Achse der Spanneinheit;

Fig. 5 einen axialen Schnitt durch eine weitere abge­ wandelte Bohrer-Spanneinheit mit integrierter Ausgleichseinheit für Ablagen der Bohrerspit­ ze von der Achse der Spanneinheit;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der winkelmäßigen Relativlagen von Basisteil, Spannzange und Bohrer vor dem Einjustieren der Bohrerspitze;

Fig. 7 eine Schemadarstellung wie Fig. 6, in welcher die Verhältnisse nach dem Einjustieren gezeigt sind;

Fig. 8 eine axiale Aufsicht auf eine Vorrichtung zum automatischen Einjustieren der Bohrerspitze auf die Achse der Spanneinheit;

Fig. 9 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 8 längs der dortigen Schnittlinie IX-IX;

Fig. 10 einen vertikalen Schnitt durch eine Fühlplatte der Vorrichtung nach Fig. 8 sowie ein Block­ schaltbild von der Steuerschaltung der letzteren; und

Fig. 11 einen vertikalen Schnitt durch einen abgewandel­ ten Fühler sowie einen Teil des Blockschaltbildes der mit ihm verwendeten Steuerschaltung.

In der Zeichnung ist mit 10 insgesamt eine Spanneinheit bezeichnet, welche zum Einspannen eines Bohrers 11 dient und zusammen mit diesem Bohrer eine auswechselbare Standard­ Werkzeugeinheit für eine numerisch gesteuerte Werkzeugma­ schine darstellt.

Die Spanneinheit 10 hat ein Basisteil 12, welches am in Fig. 1 rechts gelegenen, hinteren Ende mit einem Normkonus 14 versehen ist, der in einen entsprechenden Gegenkonus der Antriebsspindel der Werkzeugmaschine einführbar ist. Auf dem Basisteil 12 sind ferner zwei radiale Flansche 16, 18 vorgesehen, die eine trapezförmige Positioniernut 20 begrenzen. In die Flansche 16, 18 sind fluchtende axiale Mitnahmenuten 21 eingefräst, in welche Antriebsfinger der Maschinenspindel zur Drehmomentübertragung eingreifen können.

Im Inneren des Basisteiles 12 ist eine Zangen-Aufnahmeboh­ rung 22 vorgesehen, in welcher eine insgesamt mit 24 be­ zeichnete Spannzange einsitzt. Wie aus der Zeichnung er­ sichtlich, sind die Innenfläche der Zangen-Aufnahmebohrung und die Umfangsfläche der Spannzange 24 leicht kegelförmig ausgebildet, wobei das offene Kegelende beim vorderen Ende der Spanneinheit 10 (in Fig. 1 links) liegt, wie bei Spann­ zangen üblich.

Die Spannzange 24 hat durch Schlitze 26 voneinander ge­ trennte Spannarme 28, die durch einen ringförmigen Fußab­ schnitt 30 der Spannzange 24 federnd zusammengehalten sind. Die Innenflächen der Spannarme 28 geben eine zylindrische Bohrer-Aufnahmebohrung 32 vor, in welche bei unbelasteter Spannzange der Schaft des Bohrers 11 unter geringem Spiel einführbar ist.

An ihrem vorderen, radial außenliegenden Rand ist die Spann­ zange 24 mit einer Kegelfläche 34 versehen, die mit einer entsprechenden Kegelfläche 36 zusammenarbeitet, welche auf der axial innenliegenden Seite eines radial nach innen kra­ genden Flansches 38 eines innenliegenden Spannringes 40 vorgesehen ist. Der Spannring 40 trägt auf seiner Innen­ seite einen Federring 42, der eine Schulter 44 der Spann­ zange 24 hintergreift. Auf diese Weise ist der Spannring 40 unverlierbar, jedoch lösbar mit der Spannzange 24 ver­ bunden.

An das axial innenliegende Ende des Spannringes 40 ist ein radial nach außen verlaufender Flansch 46 angeformt. Dieser liegt axial hinter einem Spannflansch 48, der über einen Kupplungsring 50 mit einer Spannmutter 52 axial gekoppelt ist. Die Spannmutter 52 läuft auf einem Gewinde 54, welches beim vorderen Ende der Außenfläche des Basisteils 12 vorge­ sehen ist.

Zur Verminderung der Gleitreibung zwischen dem innenliegen­ den Spannring 40, der normalerweise zusammen mit der Spann­ zange 24 in Winkelrichtung feststeht, und dem mit der Spann­ mutter 52 gekoppelten Spannflansch 48 ist zwischen diesen Teilen eine Gleitscheibe 56 aus Lagerbronze vorgesehen.

Der soweit beschriebene Aufbau der Spanneinheit ist an sich bekannt.

Bei der hier betrachteten Spanneinheit ist die Achse der Zangen-Aufnahmebohrung 22 um eine kleine Strecke von der Achse des Basisteils 10 entfernt. Ähnlich ist die Achse der Schaft-Aufnahmebohrung 32 von der Achse der Spannzange 24 um eine kleine Strecke entfernt, die vorzugsweise gleich groß ist wie die Exzentrizität der Zangen-Aufnahmebohrung.

Diese Exzentrizitäten können wegen ihrer Kleinheit in den Fig. 1 bis 3 nicht gezeigt werden. Fig. 6 zeigt die Verhältnisse schematisch und stark übertrieben, und zwar für eine Ausgangsstellung der Spannzange 24, wie sie zu Beginn eine Justiervorganges eingestellt wird. Dann lie­ gen die Achse A des Basisteiles 12, die Achse B der Zangen- Aufnahmebohrung 22 und die Achse C der Schaft-Aufnahmeboh­ rung 32 auf einer Geraden. Sind die Exzentrizitäten X=AB und Y=BC gleich groß, wie bevorzugt, so fällt die Achse C mit der Achse A zusammen.

In dieser Stellung der Spannzange 24 würde ein völlig feh­ lerfreier Bohrer mit seiner Spitze auf der Achse A liegen; die Spannzange 24 würde in dieser Winkelstellung arretiert.

In der Regel ist bei Bohrern die Spitze nicht exakt auf der Schaftachse. In Fig. 6 ist eine von der Achse A ab­ liegende Bohrerspitze durch den Punkt D angedeutet. Die Exzentrizität der Bohrerspitze ist die Strecke Z. Bei der speziell gewählten Ausgangsstellung ist Z sowohl die Exzentrizität der Spitze D bezüglich der Achse A als auch der Achse C.

Um die Spitze D auf die Achse A zu bringen, muß man sowohl die Spannzange 24 in der Zangen-Aufnahmebohrung 22 als auch den Bohrer 11 in der Schaft-Aufnahmebohrung 32 ver­ drehen. Die gewünschte Soll-Lage kann man durch iteratives Versuchen oder in zwei berechneten Schritten einstellen. Der Drehwinkel der Spannzange 24 ergibt sich aus einem der Schnittpunkte zweier Kreise K 1 und K 2. K 1 hat seinen Mittelpunkt bei A und hat den Radius Z. K 2 hat seinen Mit­ telpunkt bei B und den Radius Y. Der Drehwinkel des Boh­ rers ergibt sich aus der Differenz der Winkel BCD in Fig. 6 und 7.

Aus den Prinzipskizzen der Fig. 6 und 7 ist somit an­ schaulich, daß man durch Verdrehen des Bohrers in der Schaft- Aufnahmebohrung 32 und Verdrehen der Spannzange 24 in der Zangen-Aufnahmebohrung 22 insgesamt erreichen kann, daß die Bohrerspitze D exakt auf der Achse A des Basisteiles 12 und damit der Maschinenspindel liegt.

Im mittleren Teil von Fig. 1 ist ein Stellantrieb zum ge­ nauen Einstellen der Winkellage der Spannzange 24 gezeigt, der nunmehr im einzelnen beschrieben wird.

Die Spannzange 24 trägt an ihrer hinteren, in Fig. 1 rechts gelegenen Stirnfläche axial vorstehende Zähne 70, die mit axial vorstehenden Zähnen 72 einer Stellhülse 74 kämmen. Die Stellhülse 74 hat einen vorderen flanschförmi­ gen Kopfabschnitt 76, welcher zwischen einer Schulter 78 einer sich an die Zangen-Aufnahmebohrung 22 anschließenden Stufenbohrung 80 sowie einem Federring 82 lösbar gehalten ist. An den Kopfabschnitt 76 schließt sich ein verminderten Durchmesser aufweisender Hauptabschnitt 84 an, der im Gleit­ spiel in der Stufenbohrung 80 läuft und in seiner Umfangs­ fläche mit Keilnuten 86 versehen ist.

Zwischen dem hinteren, in Fig. 1 rechts gelegenen Ende der Stellhülse 74 und dem Boden der Stufenbohrung 80 ist eine Schraubenfeder 88 angeordnet, welche die Stellhülse 74 in Fig. 1 nach links in die mit der Spannzange 24 käm­ mende Stellung vorspannt.

In den Keilnuten 86 laufen Federn 90, die von der Innen­ fläche eines außenverzahnten Zahnringes 92 nach innen vor­ springen.

Der Zahnring 92 ist drehbar zwischen einer weiteren Schul­ ter 94 der Stufenbohrung 80 und einem Federring 96 gela­ gert. Sein Zahnkranz kämmt mit einer Gewindespindel 98, die in einer transversalen Spindelbohrung 100 des Basis­ teils 12 unter Verwendung eines Sprengringes 102 in vorge­ gebener axialer Stellung drehbar gelagert ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich.

Die Gewindespindel 98 hat in ihrer freien Stirnfläche eine Sechskant-Ausnehmung 104, in welche ein Sechskantschlüssel einsetzbar ist.

Das Einjustieren der Spitze eines Bohrers mit der oben be­ schriebenen Spanneinheit läßt sich folgendermaßen durch­ führen:

Der Bohrer wird in die Spannzange 24 eingesetzt, und die Spannmutter 52 wird zunächst leicht angezogen. Beim Ein­ setzen der Spannzange 24 in die Zangen-Aufnahmebohrung 22 gleiten die zusammenarbeitenden Zähne 70, 72 von Spann­ zange 24 und Stellhülse 74 bei der oben beschriebenen Zahn­ ausbildung in der Regel nicht ineinander, vielmehr wird die Stellhülse 74 unter Komprimieren der Schraubenfeder 88 in Fig. 1 nach rechts gedrückt. Das erste Drehen der Gewinde­ spindel 98 führt somit zunächst nur zu einem Drehen der Stellhülse 74, bis die Zähne 70 und 72 in eine Eingriffs­ stellung gelangen. Dann schnappt die Stellhülse 74 unter der Kraft der Schraubenfeder 88 nach vorne, und ein weiteres Drehen der Gewindespindel 98 führt zu einem entsprechenden Drehen der Spannzange 24. Nunmehr kann man durch Drehen der Gewindespindel 98 und Verdrehen des Bohrers in der Schaft- Aufnahmebohrung 32 die Bohrerspitze auf die Achse des Basisteiles 12 einjustieren. Die Güte der Einjustierung kann optisch oder mit einer Meßuhr kontrolliert werden.

Beim abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind Teile der Spanneinheit, die obenstehend schon beschrieben wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Spanneinheit 10 nach Fig. 4 unterscheidet sich vom vorigen Ausführungsbeispiel durch den Drehantrieb für die Spann­ zange 24. Die Stellhülse 74 hat nun im Hauptabschnitt 84 eine glatte Außenfläche und ist in ihrer hinteren Stirn­ fläche mit einer Sechskant-Ausnehmung 106 versehen, in wel­ che direkt ein Sechskantschlüssel eingesetzt werden kann. Um dies zu ermöglichen, hat das Basisteil 12 eine axiale Zugangsbohrung 108, die zum Boden der Stufenbohrung 80 führt.

Bei dem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 hat eine starre Spannzange 24′ eine im wesentlichen zy­ lindrische Außenfläche und sitzt in einer zylindrischen Zangen-Aufnahmebohrung 22′. Beim vorderen Ende ist an die Spannzange 24′ ein Flansch 110 angeformt, der gegen die Stirnseite des Basisteils 12′ anliegt. Letztere ist mit einer Stirnflächenverzahnung 112 versehen, die mit einer Stirn­ flächenverzahnung 114 des Flansches 110 zusammenarbeitet.

Etwa bei der Mitte der Spannzange 24′ ist auf deren Außen­ seite eine kegelige Ringnut 116 eingestochen, welche eine in Fig. 5 nach rechts oben ansteigende Keilfläche vorgibt. An letzterer greift eine Spannschraube 118 an, die in einer radialen Gewindebohrung 120 des Basisteils 12′ läuft. Die Spannschraube 118 hat einen kegeligen Endabschnitt 122, wobei der Öffnungswinkel dieses Kegels dem Anstieg der durch die Ringnut 116 vorgegebenen Keilfläche angepaßt ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Vorzugsweise ist der Kegelöff­ nungswinkel etwas kleiner gewählt, als einer exakten Linien­ berührung zwischen dem Spannschraubenende und der Keilflä­ che entsprechen würde. Durch das Zusammenarbeiten von Spann­ schraube 118 und Ringnut 116 wird die Spannzange 24′ in Fig. 5 nach rechts vorgespannt, wodurch die Stirnflächen­ verzahnungen 112 und 114 in Eingriff gehalten werden.

Ein Bohrerschaft 124 ist in der Schaft-Aufnahmebohrung 32 durch zwei Madenschrauben 126, 128 festgeklemmt, welche in Gewindebohrungen 130, 132 der Spannzange 24′ laufen.

Das Einjustieren der Bohrerspitze auf die Achse des Basis­ teils 12′ erfolgt bei gelöster Spannschraube 118. Bei ver­ tikal ausgerichteter Spanneinheit kann man dann die Spann­ zange 24′ unter Ausrasten der Stirnflächenverzahnungen 112, 114 um einen gewünschten Winkel verdrehen. Läßt man die Spannzange 24′ dann wieder los, verrasten die Stirnflächen­ verzahnungen 112 und 114 wieder unter Gewichtskraft, so daß die Winkelstellung der Spannzange 24′ auch beim Ausüben kleiner Drehmomente noch erhalten bleibt. Durch Verstellen der Winkellage von Spannzange 24′ und Bohrer läßt sich wieder die Bohrerspitze auf die Achse des Basisteiles 12′ einjustieren, da bezüglich der Exzentrizität der Schaft­ Aufnahmebohrung 32 und der Zangen-Aufnahmebohrung 22′ die gleichen Verhältnisse vorliegen wie bei den oben beschrie­ benen Ausführungsbeispielen.

Fig. 8 zeigt eine Aufsicht auf eine automatische Vorrichtung zum Einjustieren der Bohrerspitze, die zusammen mit einer Spanneinheit gemäß Fig. 4 gezeigt ist, sich aber leicht auch zur Verwendung mit einer Spanneinheit nach Fig. 5 oder nach Fig. 1 abwandeln läßt.

Die Justiervorrichtung hat eine Grundplatte 134, die mit einer Konusaufnahme 136 versehen ist, die der Konusaufnahme einer Maschinenspindel entspricht. Von der Oberseite der Grundplatte 134 stehen Arme 138 über, welche in die axialen Mitnahmenuten 21 des Basisteils 12 eingreifen.

Auf die Stirnfläche der Spannzange 24 ist ein Justierschlüs­ sel 142 aufgesetzt, welcher mit rippenförmigen Schlüssel­ armen 144 in die Schlitze zwischen den Spannarmen 28 greift. Der Justierschlüssel 142 hat einen angeformten Stellarm 146, der an seinem freien Ende mit einer Markierung 148 versehen ist. Wird der Justierschlüssel 142 so auf die Spannzange 24 aufgesetzt, daß der Stellarm 146 einer auf deren Stirnfläche angebrachten Marke 150 benachbart ist, und wird der Stellarm 146 so gedreht, daß seine Markierung 148 mit einer Markierung 152 fluchtet, die auf einem von der Grundplatte 134 getragenen Ständer 154 angebracht ist, so liegen die Achsen von Basisteil 12, Zangen-Aufnahmebohrung 22 und Schaft-Aufnahmebohrung 32 exakt hintereinander. Für die vorliegende Beschreibung sei angenommen, daß die ent­ sprechende Verbindungsgerade in den Fig. 6 und 7 hori­ zontal von links nach rechts verläuft. Sind die Exzentri­ zitäten X und Y gleich groß, wie dies bevorzugt der Fall ist, so liegt darüber hinaus die Achse C der Schaft-Aufnahme­ bohrung 32 exakt auf der Achse A des Basisteils 12, wie in Fig. 6 dargestellt.

Zur Ermittlung der Ist-Stellung der Bohrerspitze, also der Exzentrizität Z ist eine Fühlplatte 156 vorgesehen. Diese sitzt auf einem Schlitten 158, der an Ständern 160 vertikal geführt ist, welche von der Oberseite der Grundplatte 134 getragen sind.

Federn 161 spannen den Schlitten 158 in eine angehobene Stellung vor, in welcher die Fühlplatte 156 unter Abstand über der Bohrerspitze liegt. Durch Ausüben einer abwärts gerich­ teten Kraft, läßt sich die Fühlplatte 156 vorübergehend auf die Bohrerspitze absenken.

Wie aus der Schnittansicht von Fig. 9 ersichtlich, besteht die Fühlplatte 156 aus einem isolierenden Substrat 162, auf welches eine Schicht 164 aus elektrischem Widerstands­ material aufgebracht ist. Durch das Substrat 162 ist exakt auf der Achse der Konusaufnahme 136 ausgerichtet ein Leiter 166 hindurchgeführt. Dieser Leiter ist mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle 168 verbunden. Deren Masseklemme ist an die Grundplatte 134 angeschlossen und damit über das Basisteil 12 und die Spannzange 24 mit dem Bohrer elektrisch verbunden.

Man erkennt, daß durch Aufsetzen der Fühlplatte 156 auf die Bohrerspitze ein Stromkreis geschlossen wird, wobei die Größe des in ihm fließenden Stromes direkt ein Maß für den Abstand Z der Bohrerspitze D von den bei der beschriebenen Ausgangsstellung des Justierschlüssels 142 zusammenfallenden Achsen A und C von Schaft-Aufnahmebohrung 32 und Basisteil 12 ist. Ein der Größe dieses Stromes entsprechendes Span­ nungssignal wird an einem in den Stromkreis geschalteten Meßwiderstand 170 abgenommen.

Das Ausgangssignal des Meßwiderstandes 170 gelangt über einen Analog/Digitalwandler 172 auf einen Adressierkreis 174, der entsprechend der festgestellten Exzentrizität Z einen ersten Winkelspeicher 176 und einen zweiten Winkel­ speicher 178 adressiert. In diesen Speichern sind diejeni­ gen Winkelwerte abgelegt, um welche die Spannzange 24 in der Zangen-Aufnahmebohrung 22 und der Bohrerschaft in der Schaft-Aufnahmebohrung 32 gedreht werden müssen, damit die Bohrerspitze D exakt auf die Achse A des Basisteils 12 fällt. Diese Werte sind vorab für vorgegebene Exzentrizi­ täten X und Y ausgerechnet worden. Es versteht sich, daß man den Adressierkreis 174 und die Winkelspeicher 176 und 178 durch einen Rechenkreis ersetzen kann, welcher die Ex­ zentrizität Z in Abhängigkeit von den beiden vorgenannten Winkeln und den Exzentrizitäten X und Y minimisiert oder die Schnittpunkte der in Fig. 7 gezeigten Kreise K 1 und K 2 berechnet.

Durch das Ausgangssignal des Spannzangen-Winkelspeichers 176 wird ein Impulsgeber 180 angesteuert, der eine zum Speicherausgangssignal proportionale Anzahl von Impulsen auf einen Schrittmotor 182 gibt. Letzterer arbeitet auf ein Ritzel 184, welches auf einen am Justierschlüssel 142 angebrachten Zahnkranz 186 arbeitet.

Ähnlich wird das Ausgangssignal des Winkelspeichers 178 auf einen Impulsgeber 188 gegeben, der einen Schrittmotor 190 ansteuert, der auf ein Ritzel 192 arbeitet. Letzteres kämmt mit einem Zahnkranz 194, der auf einem Stellring 196 vorgesehen ist. Letzterer ist auf den Bohrerschaft mittels einer Schraube 198 drehfest aufgeschraubt.

Bei zum Einjustieren nicht angezogener Spannmutter 52 ruht der Stellring 196 verdrehbar auf der oberen Stirnfläche des Justierschlüssels.

An den Meßwiderstand ist 170 eine auf positive Flanken triggernde monostabile Kippstufe 200 angeschlossen, welche das Arbeiten des Adressierkreises 170 steuert. Damit wird aus dem Fühlerausgangssignal heraus sichergestellt, daß die Schrittmotoren 182 und 190 erst dann anlaufen, wenn die Fühlplatte 156 wieder von der Bohrerspitze abgehoben ist.

An den Meßwiderstand 170 ist ferner eine auf negative Sig­ nalflanke triggernde monostabile Kippstufe 206 angeschlos­ sen, welche somit immer dann, wenn die Fühlplatte 156 auf die Bohrerspitze aufgesetzt wird, den Analog/Digitalwandler 172 zur Übernahme eines neuen Meßwertes aktiviert, während dieser außerhalb dieser Zeiten als Speicher dient.

Falls gewünscht, können die gemessene Exzentrizität Z der Bohrerspitze bezüglich der Achse des Basisteils 12 durch eine an den Ausgang des A/D-Wandlers 172 angeschlossene Seg­ mentanzeige 208 angezeigt werden. Entsprechende Segment­ anzeigen 210, 212, die an die Ausgänge der Winkelspeicher 176 und 178 angeschlossen sind, können zur Mitteilung der Drehwinkel für Spannzange 24 und Bohrerschaft dienen.

Die gesamte Steuerschaltung für die Schrittmotoren 182 und 190 ist in den Fig. 8 und 10 mit 204 bezeichnet.

In Fig. 11 ist ein abgewandelter Fühler zur Messung der Exzentrizität Z der Bohrerspitze angegeben.

Zwei feststehende Platten 214, 216 sind über einen Distanz­ rahmen 218 und Schrauben 220 fest verbunden. Zwischen ihnen ist ein hutähnlicher Tastkörper 222 parallel zur Oberseite der Grundplatte 134 verschiebbar geführt. In seiner Unter­ seite hat der Tastkörper 222 eine kegelförmige Ausnehmung 224, deren Öffnungswinkel dem Öffnungswinkel der Schneiden der Bohrerspitze entspricht. Das Material des Tastkörpers ist im Hinblick auf kleine Reibung und hohe Verschleißfes­ tigkeit ausgewählt. Die Platte 216 hat eine angeschrägte Öffnung 225, welche auch für exzentrische Bohrerspitzen ei­ nen unbehinderten Zugang zum Tastkörper 222 freigibt, so­ daß sich dieser beim Bewegen gegen die festehende Bohrer­ spitze seitlich bewegt, bis die Ausnehmung 224 mit der Boh­ rerspitze fluchtet.

Der Tastkörper 218 ist über vier in Umfangsrichtung verteil­ te Schraubenfedern 226 an dem die Platten 214 und 216 ver­ bindenden Distanzrahmen 218 elastisch abgestützt. Gleich verteilt wie die Schraubenfedern 226 trägt der Tastkörper 222 vier Geberstäbe 228, die mit nach dem Tauchspulenprinzip arbeitenden Stellungsgebern 230 zusammenarbeiten. Die Ausgangssignale dieser vier Stellungsgeber werden über Analog/Digitalwandler 232 auf einen Rechenkreis 234 gege­ ben, welcher aus diesen vier Signalen die Exzentrizität Z berechnet. Sein Ausgangssignal kann dann anstelle des Ausgangssignales des A/D-Wandlers 172 zur Ansteuerung des Adressierkreises 174 und zum automatischen Einjustieren der Bohrerspitze D auf die Achse A des Basisteils 12 ver­ wendet werden.

Es versteht sich, daß man anstelle der Schraubenfedern 226 auch Gummifedern verwenden kann, wobei man auf eine der Längsflächen solcher Gummifedern direkt Dehnungsmeßstreifen aufkleben kann, welche dann die Stellungsgeber 230 ersetzen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind an die Ausgänge der vier Stellungsgeber 230 Differenzverstärker 236 ange­ schlossen, welche an ihrem zweiten Eingang mit einem Signal VO beaufschlagt sind, wie es bei unbelastetem Tastkörper 222 von den Stellungsgebern 230 erhalten wird. Die Ausgänge der Differenzverstärker 236 sind mit den Eingängen eines NAND-Gliedes 238 verbunden. Dessen Ausgang arbeitet auf die Rückstellklemme einer bistabilen Kippschaltung 240. Diese wird somit dann zurückgesetzt, wenn sich der Tast­ körper 222 in seiner Ruhelage befindet, also außer Eingriff mit einer exzentrischen Bohrerspitze, die noch einjustiert werden muß.

Die Ausgänge der Differenzverstärker 236 sind ferner mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 242 verbunden, dessen Aus­ gang mit der Setzklemme der bistabilen Kippschaltung 240 verbunden ist.

Der "1"-Ausgang der Kippschaltung 240 steuert wieder die monostabilen Kippschaltungen 200 und 206 an, auf die schon oben eingegangen wurde und die hier das Arbeiten des Rechen­ kreises 234 bzw. der A/D-Wandler 230 steuern. So wird wieder ein automatisches Einleiten einer Messung mit dem Anlagen des Tastkörpers 222 an eine nicht exakt zentrierte Bohrerspitze und ein automatisches Einleiten der Servo- Justierung mit dem Abheben des Tastkörpers von der Bohrer­ spitze erhalten.

Claims (21)

1. Spanneinheit für ein Werkzeug, insbesondere einen Boh­ rer, mit einem mit einer Maschinenspindel verbindbaren Basisteil, mit einer Spannzange, welche in eine passende Aufnahmebohrung des Basisteiles formschlüssig einsetzbar ist und ihrerseits eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme des Werkzeuges aufweist, und mit einer Spanneinrichtung zum drehschlüssigen Verblocken von Werkzeug, Spannzange und Basisteil, welche ein an der Spannzange angreifendes erstes Spannteil und ein mit diesem zusammenarbeitendes, am Basis­ teil abgestütztes zweites Spannteil aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Achse (B) der Zangen-Aufnahmebohrung (22) parallel unter Abstand (X) von der Achse (A) des Ba­ sisteils (12) verläuft und die Achse (C) der Werkzeug-Auf­ nahmebohrung (32) parallel unter Abstand (Y) zur Spannzan­ genachse (B) verläuft.

2. Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen der Spannzange (24) eine im Basis­ teil (12) drehbar gelagerte Stellhülse (74) aufweisen, wel­ che über eine Formschlußverbindung (70, 72) drehschlüssig mit der Spannzange (24) zusammenarbeitet.

3. Spanneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (74) axial hinter der Spannzange (24) angeordnet ist und über eine Stirnflächenverzahnung (70, 72) auf die Spannzange (24) arbeitet.

4. Spanneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellhülse (74) mit einem Antriebs- Zahnring (92) gekoppelt ist, welcher mit einer im Basisteil (12) gelagerten Stellspindel (98) kämmt.

5. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (74) im Basisteil (12) axial verschiebbar gelagert und durch eine Feder (88) in Richtung auf die Spannzange (24) zu vorgespannt ist.

6. Spanneinheit nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (74) über eine axiale Keilnutverbindung (86, 90) mit dem Antriebs- Zahnring (92) drehschlüssig, jedoch axial verschiebbar ver­ bunden ist.

7. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (74) an ihrem hinte­ ren Ende mit Formschlußmitteln (106) versehen ist und das Basisteil (12) eine den Zugang zu diesen Formschlußmitteln (106) ermöglichende Bohrung (108) aufweist, durch welche ein zu den Formschlußmitteln (106) passender Stellschlüssel einführbar ist.

8. Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen der Spannzange (24) einen Stell­ schlüssel (142) aufweisen, der zwischen federnde Spannarme (28) der Spannzange (24) formschlüssig einführbare Ansätze (144) aufweist.

9. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spanneinrichtung zwei ringförmige Spannteile (40, 52) aufweist, die einander radial übergreifende Spannflan­ sche (46, 58) haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Rän­ der der Spannflansche (46, 58) unter radialem Spiel Wand­ abschnitten des anderen Spannteiles gegenüberliegen.

10. Spanneinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine aus hartem Gleitlagermaterial wie Lagerbronze gefertig­ te Gleitscheibe (56), die zwischen den einander gegenüber­ liegenden druckübertragenden Ringflächen der beiden Spann­ teile (40, 52) angeordnet ist.

11. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Spannzange (24′) eine zylindrische Außenfläche auf­ weist und in eine zylindrische Zangen-Aufnahmebohrung (22′) des Basisteils (12′) eingesetzt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenfläche der Spannzange (24′) einen nach hinten ansteigenden kegelförmigen Wandabschnitt (116) auf­ weist, welcher mit einer in einer radialen Gewindebohrung (120) des Basisteils (12′) laufenden Spannschraube (118) zusammenarbeitet.

12. Spanneinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (118) einen kegelförmigen Endab­ schnitt (122) aufweist, wobei der Öffnungswinkel dieses Kegels der Neigung des kegelförmigen Wandabschnittes (116) der Außenfläche der Spannzange (24′) angepaßt ist.

13. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (24′) einen radialen Flansch (110) aufweist, der über eine Stirnflächenverzah­ nung (112, 114) mit dem Basisteil (12′) zusammenarbeitet.

14. Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Exzentrizitäten (X, Y) von Zangen-Aufnahmebohrung (22) des Basisteils (12) und Werkzeug-Aufnahmebohrung (32) der Spannzange (24) gleich groß sind.

15. Vorrichtung zum Einjustieren eines Werkzeuges in einer Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekenn­ zeichnet durch eine Grundplatte (134) mit einer Aufnahme (136) für das spindelseitige Ende der Spanneinheit (10) und durch einen parallel zur Achse der Spanneinheit (10) verfahrbaren Fühler (156; 214 bis 230), der ein der Ablage der Werkzeugspitze (D) von der Achse (A) des Basisteils (12) zugeordnetes Ausgangssignal erzeugt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Mit­ tel (150, 152) zur Anzeige einer vorgegebenen der ex­ zentrischen Stellungen der Werkzeug-Aufnahmebohrung (32) bezüglich der Achse des Basisteils (12).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgangssignal des Fühlers (156; 214 bis 230) beaufschlagten Rechenkreis (174 bis 178), welcher ein erstes Sollwinkel-Signal für die Sollstellung der Spann­ zange (24) in der Zangen-Aufnahmebohrung (22) sowie ein zweites Sollwinkel-Signal für die Stellung des Werkzeuges in der Werkzeug-Aufnahmebohrung (32) bereitstellt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenkreis einen in Abhängigkeit vom Ausgangs­ signal des Fühlers (156; 214 bis 230) beaufschlagten Adres­ sierkreis (174) sowie zwei durch dessen Ausgangssignal ad­ ressierte Winkelspeicher (176, 178) aufweist.

19. Spanneinheit nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch auf die Spannhülse (24) bzw. das Werkzeug arbei­ tende Servo-Antriebe (180, 182; 188, 190), die in Abhängig­ keit von den vom Rechenkreis erzeugten Sollwinkelsignalen arbeiten.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekenn­ zeichnet durch einen mit dem Fühlerausgangssignal be­ aufschlagten Steuerkreis (206), welcher eine Übernahme des Fühlerausgangssignales durch den Rechenkreis (174 bis 178) nur dann herbeiführt, wenn aus diesem Signal erkennbar ist, daß der Fühler neuerlich in eine mit der Werkzeugspitze zusammenarbeitende Stellung bewegt worden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch einen mit dem Fühlerausgangssignal beaufschlagten Steuerkreis (200), welcher die Aktivierung der Servoantrie­ be (182, 190) so lang unterbindet, bis aus dem Fühleraus­ gangssignal erkennbar ist, daß sich der Fühler (156; 214 bis 230) nicht mehr in Eingriff mit der Spitze (D) des Werk­ zeuges befindet.