DE3831666C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorsatzflansch für eine Spindel für eine Bohr-, Fräs- oder Bohr-Fräs-Werkzeugmaschine mit einem Spindelkopf, in dem eine kegelförmige Aufnahmebohrung für den jeweils an der Spindel anzubringenden Werkzeugkopf ausgebildet sowie eine axial verschiebbare Anzugsstange angeordnet ist, wobei der Vorsatzflansch an der Stirnfläche des Spindelkopfes angeordnet ist und das vordere Ende der Anzugstange mit einer in die gleiche Richtung wie die Anzugsstange sich erstreckenden Spannstange verbindbar ist, die eine koaxiale Bohrung des Vorsatzflansche durchragt und die bei einer Axialbewegung entsprechende Spannelemente zum Befestigen des jeweiligen Werkzeugkopfes an der Spindel betätigt.

Spindeln für Werkzeugmaschinen sind bekannt und entsprechen im wesentlichen DIN 2079 (entsprechend IFO 297-1982). Sie weisen einen Spindelkopf mit einem Steilkegelschaft auf, wobei zur Aufnahme des Steilkegelschaftes in dem Spindelkopf eine vorzugsweise kegelförmige Aufnahmebohrung zur Anbringung eines entsprechenden Werkzeugkopfes ausgebildet ist. Weiterhin weisen derart ausgebildete Spindeln eine axial verschiebbare Anzugsstange auf, die gegebenenfalls auch drehbar sein kann. Eine derartige Anzugsstange mit einem Anzugsgewinde am vorderen Ende entspricht der DIN 6369.

Die Funktion der bekannten Spindeln liegt darin, daß bei älteren Werkzeugmaschinen die als Steilkegeladapter ausgeführten Werkzeuggrundhalter durch automatisches oder manuelles Einschrauben der Anzugsstange in ein Sacklochbohrung des Steilkegeladapters in der Werkzeugmaschine befestigt werden. In Werkzeugmaschinen dieser Bauart können nachteiligerweise jedoch modulare Werkzeugwechselsysteme nicht unmittelbar eingesetzt werden. Vielmehr muß die gesamte Spindel ausgebaut und die dem verwendeten Werkzeugsystem entsprechende Werkzeugaufnahme in die Werkzeugmaschine eingebaut werden. Dies ist nicht nur mit einem großen technischen Aufwand verbunden, sondern hat auch den weiteren Nachteil, daß konventionelle Werkzeuge dann nicht mehr einsetzbar sind.

Die DE 35 22 555 A1 beschreibt eine Kupplung mit radial verschiebbaren Keilstücken, die in ihrer radial ausgefahrenen Spannstellung die Spindel und den Werkzeugkopf gegeneinander verspannen und in ihrer radial eingefahrenen Freigabestellung ein Abziehen des Werkzeugkopfes von der Spindel ermöglichen. Die Keilstücke werden über eine zentrale Betätigungsstange verstellt, die über eine Nockeneinrichtung mit den Keilstücken verbunden ist. Hierzu ist entweder ein Werkzeugkopf mit einem zylindrischen Zapfen erforderlich, der an die Spindelaufnahme angepaßt ist oder es wird ein Zapfen an einem gesonderten Vorsatzflanschteil angebracht, das mittels Schrauben vor den Spindelkopf geschraubt ist, wobei ebenfalls eine Spanneinrichtung mit Keilen verwendet wird. Zum Ankuppeln des Ankers wird eine Spannzange benötigt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache, preiswerte und rationelle Möglichkeit zu schaffen, um an den herkömmlichen Spindeln für Werkzeugmaschinen auch modulare Werkzeugsysteme einsetzen zu können, ohne daß die Spindeln ausgebaut oder derart verändert werden müssen, daß konventionelle Werkzeuge nicht mehr eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen Vorsatzflansch nach Anspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Vorsatzflansch in die Aufnahmebohrung des Spindelkopfes einsetzbar ist, wobei zwischen der Aufnahmebohrung und dem Vorsatzflansch eine Zentrierung definiert ist, und daß zwischen der Spannstange und dem vorderen Ende der Anzugsstange eine Schraubverbindung vorgesehen ist.

Ein derartiger Vorsatzflansch für eine Spindel für eine Werkzeugmaschine hat den Vorteil, daß beliebige modulare Werkzeugsysteme auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen verwendet werden können, die mit einer Anzugsstange zum Spannen von Steilkegeladaptern ausgerüstet sind. Insbesondere ist kein Aus- oder Umbau der Werkzeugmaschinenspindel hierfür erforderlich. Vielmehr bleibt die vorhandene Werkzeugmaschinenspindel in ihrer ursprünglichen Form erhalten, so daß konventionelle Werkzeuge problemlos jederzeit wieder einsetzbar sind. Der Vorsatzflansch ist dabei werkzeugseitig mit einem dem verwendeten Werkzeugsystem angepaßten Spannmechanismus ausgerüstet, der durch die mit der Anzugsstange fluchtende Spannstange zum Festlegen des jeweiligen Werkzeugs an dem Vorsatzflansch betätigt wird. Auf diese Weise wird die vorhandene Spannvorrichtung der Werkzeugmaschine für den Spannmechanismus des verwendeten modularen Werkzeugsystems nutzbar gemacht. Nach der Erfindung ist der Vorsatzflansch in die Aufnahmebohrung des Spindelkopfes eingesetzt, wobei zwischen der Aufnahmebohrung und dem Vorsatzflansch eine Zentrierung definiert ist. Auf diese Weise wird eine Innenzentrierung zwischen dem Spindelkopf und dem Vorsatzflansch geschaffen.

Vorzugsweise ist der Vorsatzflansch an die Stirnfläche des Spindelkopfes angeschraubt. Bei einem Spindelkopf nach DIN 2079 können dabei die dort vorgegebenen Gewindelöcher zum Anschrauben des Vorsatzflansches vor die Spindel verwendet werden.

In einer Weiterbildung des Vorsatzflansches ist dessen vordere Stirnfläche als Gegenfläche zum ankuppelbaren modularen Werkzeugsystem ausgebildet, also z.B. als eine Planfläche oder als verzahnte Fläche je nach Werkzeugsystem, so daß der Werkzeugkopf beim Spannen gegen diese Gegenfläche gezogen wird, so daß ein sicherer Halt an dem Vorsatzflansch gewährleistet ist.

In einer alternativen oder aber auch zusätzlichen Weiterbildung weist der Vorsatzflansch einen nach hinten gerichteten Umfangsring auf, mittels dem der Vorsatzflansch auf den Spindelkopf diesen teilweise hülsenartig umgreifend aufgesetzt ist, wobei dieser Umfangsring zusammen mit der Mantelfläche des Spindelkopfes eine Zentrierung definiert. Auf diese Weise ist zwischen dem Vorsatzflansch und dem Spindelkopf eine Außenzentrierung geschaffen.

Vorzugsweise ist die Axialbewegung der Anzugsstange und damit der Spannstange durch Anschläge begrenzt. Auf diese Weise sind Fehlbetätigungen sowie unsachgemäße Behandlung der Spindel ausgeschlossen.

In einer Weiterbildung des Vorsatzflansches ist bei drehbar im Spindelkopf gelagerter Anzugsstange die Spannstange gegen Verdrehen gesichert, wobei eine Drehbewegung der Anzugsstange zu einer Axialbewegung der Spannstange führt. Vorzugsweise ist dabei beim Lösen des Werkzeugkopfes die Anzugsstange vollständig aus der Spannstange herausgedreht. Auf diese Weise ist ein sicheres Spannen und wieder Lösen eines Werkzeugkopfes gewährleistet.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist auf der Spannstange hinter dem Vorsatzflansch eine Feder, insbesondere Wendelfeder, angeordnet, die mit ihrem hinteren Ende an der Spannstange festgelegt ist und die sich mit ihrem vorderen Ende bei einer Axialbewegung der Spannstange nach vorne zum Lösen eines Werkzeugkopfes an der Rückseite des Vorsatzflansches abstützt. Durch diese Weiterbildung wird das Spannen und Lösen eines Werkzeugkopfes an der Spindel weiter optimiert, wobei die Feder vorzugsweise derart ausgelegt ist, daß sie die nach dem Ausdrücken des Werkzeugkopfes zu weit gerückte Spannstange so weit zurückzieht, daß gerade noch ein problemloser Werkzeugkopfwechsel mög­ lich ist bzw. die Spannelemente noch nicht in Spannstellung stehen.

Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß die Spannstange eine derartige Länge aufweist und derart axial verschiebbar ist, daß sie beim Lösen festsitzende Werkzeugköpfe hinausdrücken kann.

Verschiedene Varianten einer erfindungsgemäßen Spindel für Werkzeugmaschinen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Vorsatzflansches für eine Spindel, teilweise im Schnitt, wobei beidseits der strichpunk­ tierten Mittellinie verschiedene Stellungen der Anzugsstange dargestellt sind;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Vorsatzflansches entsprechend der Darstellung in Fig. 1.

Eine Spindel 10 besitzt einen Spindelkopf 11. Von der vorderen Stirnfläche 12 dieses Spindelkopfes 11 ausgehend ist im Innern eine Aufnahmebohrung 13 aus­ gebildet, die sich nach hinten hin kegelförmig verjüngt. Die Aufnahmebohrung 13 setzt sich nach hinten hin in eine Zylinderbohrung 14 fort, der sich wie­ derum eine Zylinderbohrung 14′ mit geringerem Durchmesser anschließt. Diese Zylinderbohrung 14′ ist mit einer Erweiterung 15 versehen. Diese Erweiterung 15 dient mit dem Anschlag 23 als Axialanschlag der Spannstange 24 und kann auch in einer der Spindel angeflanschten Spindelfortsetzung dienen.

Auf die vordere Stirnfläche 12 des Spindelkopfes 11 der Spindel 10 ist ein Vorsatzflansch 16 festgeschraubt. Handelt es sich bei dem Spindelkopf 11 um einen Typ gemäß DIN 2079, können die dort vorhandenen Gewindelöcher verwendet werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Verschraubung zwi­ schen dem Vorsatzflansch 16 und dem Spindelkopf 11 nicht dargestellt.

Für die Zentrierung des Vorsatzflansches 16 am Spindelkopf 11 ist sowohl eine Innenzentrierung als auch eine Außenzentrierung möglich. In den beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Innenzentrierung links der strichpunktierten Mittellinie und die Außenzentrierung rechts der strichpunktierten Mittellinie dargestellt. Die Darstellung der Innenzentrie­ rung läßt erkennen, daß der Vorsatzflansch 16 einen rückwärtigen Ansatz 17 aufweist, der sich in die Aufnahmebohrung 13 des Spindelkopfes 11 hinein er­ streckt, wobei zur Innenzentrierung dieser Ansatz 17 fest zur Anlage an die Aufnahmebohrung 13 kommt.

Für die Außenzentrierung hingegen weist der Vorsatzflansch 16 einen Umfangs­ ring 18 auf, mittels dem der Vorsatzflansch 16 auf dem Spindelkopf 11 aufge­ schoben wird, so daß der Umfangsring 18 diesen hülsenartig umgibt. Die Innen­ mantelfläche dieses Umfangsringes 18 definiert zusammen mit der Mantelfläche 19 des Spindelkopfes 11 eine Außenzentrierung. Zusätzlich zu dieser Außenzen­ trierung kann selbstverständlich auch noch die Innenzentrierung in der oben geschilderten Weise vorgesehen werden.

Im Bereich der Achse A der Spindel 10 weist der Vorsatzflansch 16 eine mit­ tige Bohrung auf.

In der Zylinderbohrung 14′ (sowie in der Zylinderbohrung 14) ist eine Anzugs­ stange 21 gelagert, die beispielsweise gemäß DIN 6369 ausgebildet ist. Sie weist am vorderen Ende ein Gewinde 22 auf. Bei der in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsform ist die Anzugsstange 21 sowohl axial verschiebbar als auch dreh­ bar, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Bei der in Fig. 2 dargestell­ ten Ausführungsform ist die Anzugsstange 21 demgegenüber nur axial verschieb­ bar innerhalb der Zylinderbohrung 14′ gelagert, was ebenfalls durch den Dop­ pelpfeil angedeutet ist. Auf dem Umfang der Anzugsstange 21 ist ein ringför­ miger Anschlag 23 angeordnet, der mit der Erweiterung 15 in der Zylinderboh­ rung 14′ zusammenwirkt, so daß die Axialbewegung der Anzugsstange 21 entspre­ chend begrenzt ist.

Auf das Gewinde 22 der Anzugsstange 21 ist in beiden Ausführungsformen eine Spannstange 24 geschraubt, die zu diesem Zweck mit einem Sacklochgewinde ver­ sehen ist. Die Spannstange 24 ist dabei gegen Verdrehen gesichert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Anzugsstange 21 mit ihrem Gewinde 22 drehbar in der Spannstange 24 gelagert, so daß eine Drehbe­ wegung der Anzugsstange 21 zu einer Axialbewegung der Spannstange 24 führt. Demgegenüber ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Anzugs­ stange 21 mit ihrem Gewinde 22 fest in die Spannstange 24 eingeschraubt, so daß hier eine Drehbewegung der Anzugsstange 21 nicht möglich ist. Hier kann somit eine Axialbewegung der Spannstange 24 nur dann erreicht werden, wenn die Anzugsstange 21 axial verschoben wird.

Zwischen der Spannstange 24 und der Rückseite 25 des Vorsatzflansches 16 ist in beiden Ausführungsformen noch eine Feder 26 in Form einer Wendelfeder an­ geordnet. Zu diesem Zweck ist auf der Spannstange 24 ein ringförmiger An­ schlag 27 angeordnet, gegen den sich die Feder 26 abstützt. Das gegenüberlie­ gende Ende der Feder 26 (in der Zeichnung unten) ist mit einem axial auf der Spannstange 24 verschiebbaren Ring versehen.

Die Funktions- und Arbeitsweise der beschriebenen Spindel ist wie folgt:

Die Spindel 10 mit dem Vorsatzflansch 16 ist für die Aufnahme von modularen Werkzeugsystemen gedacht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird zum Spannen eines Werkzeugkopfes die Anzugsstange 21 durch eine Drehbewegung in die gegen Verdrehen gesicherte Spannstange 24 so lange geschraubt, bis die Anzugsstange 21 mit ihrem An­ schlag 23 am vorderen Ende der Erweiterung 15 zur Anlage kommt. Dies ist in Fig. 1 links der strichpunktierten Mittellinie dargestellt. Durch die weitere Drehbewegung und durch die axiale Abstützung der Anzugsstange 21 wird die Spannstange 24 noch tiefer in den Spindelkopf hineingezogen. Dadurch kann der Werkzeugkopf über entsprechende (nicht dargestellte) Spannelemente, die über die Spannstange 24 betätigt werden, gegen die Stirnseite 30 des Vorsatzflan­ sches 16 gezogen werden, die zu diesem Zweck als Gegenfläche zum Werkzeugkopf ausgebildet ist. In dieser Stellung ist die Spindel 10 in betriebsbereitem Zustand, so daß das Werkzeug die beabsichtigte Bearbeitung vornehmen kann.

Zum Lösen des Werkzeugkopfes wird die Anzugsstange 21 in die entgegengesetzte Richtung gedreht. Dadurch wandert die Anzugsstange 21 über die Stirnseite 30 des Vorsatzflansches 16 hinaus, wie in Fig. 1 in der Darstellung rechts der strichpunktierten Mittellinie zu erkennen ist. Die über die Spannstange 24 betätigten Spannelemente geben den Werkzeugkopf frei, wobei bei festsitzenden Werkzeugköpfen die Spannstange 24 gegen den Werkzeugkopf läuft. Durch die weitere, lösende Drehbewegung schraubt sich die Anzugsstange 21 aus der Spannstange 24 und läuft mit ihrem Anschlag 23 gegen die obere axiale Begren­ zung in der Erweiterung 15. Durch die weiter lösende Drehbewegung verstärkt sich der Druck auf die Spannstange 24 und somit auch auf den festsitzenden Werkzeugkopf, und zwar so lange, bis dieser ausgestoßen wird. Die stattfin­ dende lösende Drehbewegung bewirkt, daß die Spannstange 24 gegen die Feder 26 läuft, wobei die Drehbewegung der Anzugsstange 21 so lange fortgesetzt wird, bis sich die Spannstange 24 und die Anzugsstange 21 getrennt haben. Dabei wird die Feder 26 zusammengedrückt und daher gespannt, indem sich der Ring 29 an der Rückseite 25 des Vorsatzflansches 16 abstützt. Durch die gespannte Fe­ der 26 stoßen somit das Endgewinde der Spannstange 24 und das Gewinde 22 der Anzugsstange 21 stumpf gegeneinander. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die Gewinde beim Spannen bei einer umgekehrten Drehbewegung wieder finden. Die Feder 26 ist dabei so ausgelegt, daß die Spannstange 24 zusammen mit der An­ zugsstange 21 so weit angehoben wird, daß ein problemloses Wechseln des Werk­ zeugkopfes möglich ist.

Bei der Ausführungsform in Fig. 2 ist die Spindel 10 ohne drehende Anzugs­ stange 21 ausgestattet, so daß eine Axialbewegung der Spannstange 24 zum Be­ tätigen der Spanneinrichtung nur dadurch möglich ist, daß die Anzugsstange 21 entsprechend axial verschoben wird. Um so beispielsweise einen Werkzeugkopf zu spannen, muß die Anzugsstange 21 nach hinten (in Fig. 2 nach oben) ver­ schoben werden, um über die Spannstange 24 das Spannen des Werkzeugkopfes zu erreichen. Dies ist in Fig. 2 links der strichpunktierten Mittellinie darge­ stellt. Zum Lösen des Werkzeugkopfes wird dann die Anzugsstange 21 und damit die Spannstange 24 wieder nach vorne bewegt, so daß die Spannelemente den Werkzeugkopf freigeben. Dies ist Fig. 2 rechts der strichpunktierten Mittel­ linie dargestellt. Auch in der gelösten Stellung ragt bei dieser Ausführungs­ form das vordere Ende der Spannstange 24 über die Stirnseite 30 des Vorsatz­ flansches 16 hinaus, so daß ein festsitzender Werkzeugkopf ausgestoßen wird. Weiterhin wird bei dieser Ausführungsform (ebenso wie bei der Ausführungsform in Fig. 1) in der gelösten Stellung die Feder 26 zusammengepreßt.

Mit den beschriebenen Ausführungsformen einer Werkzeugspindel ist es möglich, auch modulare Werkzeugsysteme an diesem Spindeltyp anzubringen, ohne daß ein Aus- oder Umbau der Werkzeugmaschinenspindel notwendig ist. Die Eignung für modulare Werkzeugsysteme wird in einfacher Weise durch den aufgeschraubten Vorsatzflansch 16 sowie durch die auf die Anzugsstange 21 aufgeschraubte Spannstange 24 erreicht. Da die Spindel 10 jedoch in ihrer ursprünglichen Form erhalten bleibt, kann sie für konventionelle Werkzeuge problemlos jederzeit wieder eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Vorsatzflansch für eine Spindel (10) für eine Bohr-, Fräs- oder Bohr- Fräs-Werkzeugmaschine mit einem Spindelkopf (11), in dem eine kegelförmige Aufnahmebohrung (13) für den jeweils an der Spindel (10) anzubringenden Werkzeugkopf ausgebildet sowie eine axial verschiebbare Anzugsstange (21) angeordnet ist, wobei der Vorsatzflansch (16) an der Stirnfläche (12) des Spindelkopfes angeordnet ist und das vordere Ende der Anzugsstange mit einer in die gleiche Richtung wie die Anzugsstange sich erstreckenden Spannstange verbindbar ist, die eine koaxiale Bohrung (20) des Vorsatzflansches (16) durchragt und die bei einer Axialbewegung entsprechende Spannelemente zum Befestigen des jeweiligen Werkzeugkopfes an der Spindel (10) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzflansch (16) in die Aufnahmebohrung (13) des Spindelkopfes (11) einsetzbar ist, wobei zwischen der Aufnahmebohrung (13) und dem Vorsatzflansch (16) eine Zentrierung definiert ist, und daß zwischen der Spannstange (24) und dem vorderen Ende der Anzugsstange (21) eine Schraubverbindung vorgesehen ist.

2. Vorsatzflansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzflansch (16) an die Stirnfläche (12) des Spindelkopfes (11) angeschraubt ist.

3. Vorsatzflansch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Stirnseite (30) des Vorsatzflansches (16) als Gegenfläche zum ankuppelbaren modularen Werkzeugsystem ausgebildet ist.

4. Vorsatzflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzflansch (16) einen nach hinten gerichteten Umfangsring (18) aufweist, mittels dem der Vorsatzflansch (16) auf den Spindelkopf (11) diesen teilweise hülsenartig umgebend aufsetzbar ist, wobei dieser Umfangsring (18) zusammen mit der Mantelfläche (19) des Spindelkopfes (11) eine Zentrierung definiert.

5. Vorsatzflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbewegung der Anzugsstange (21) und damit der Spannstange (24) durch Anschläge (23) begrenzt ist.

6. Vorsatzflansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei drehbar im Spindelkopf (11) gelagerter Anzugsstange (21) die Spannstange (24) gegen Verdrehen gesichert ist, wobei eine Drehbewegung der Anzugsstange (21) zu einer Axialbewegung der Spannstange (24) führt.

7. Vorsatzflansch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lösen des Werkzeugkopfes die Anzugsstange (21) vollständig aus der Spannstange (24) herausgedreht ist.

18. Vorsatzflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spannstange (24) hinter dem Vorsatzflansch (16) eine Feder (26) angeordnet ist, die mit ihrem hinteren Ende an der Spannstange (24) festgelegt ist und die sich mit ihrem vorderen Ende bei einer Axialbewegung der Spannstange (24) nach vorne zum Lösen eines Werkzeugkopfes an der Rückseite (25) des Vorsatzflansches (16) abstützt.

9. Vorsatzflansch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) eine Wendelfeder ist.

10. Vorsatzflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (24) eine derartige Länge aufweist und derart axial verschiebbar ist, daß die Spannstange (24) beim Lösen festsitzende Werkzeugköpfe hinausdrücken kann.