DE3930154A1 - Werkzeugspannkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugspannkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art für eine Werk­ zeugmaschine zur wahlweisen Aufnahme von feststehenden oder rotierend angetriebenen Werkzeugen.

Durch die DE-A 34 32 371 ist ein Werkzeugspannkopf der betreffenden Art bekannt, der eine drehbar gelagerte Spindel aufweist, in deren einen Ende sich eine Aufnahme für rotierend angetriebene Werkzeuge befindet. Zum Einspannen von feststehenden Werkzeugen dient ein zusätzlicher Werk­ zeughalter, der mit einem feststehenden Werkzeug mittels eines Klemmelements an dem Gehäuse des Werkzeugspannkopfes festgeklemmt ist. Drehend angetriebene Werkzeuge werden also unmittelbar in die Spindel eingesetzt, während feststehende Werkzeuge über den Werkzeughalter direkt mit dem Gehäuse des Werkzeugspannkopfes verbunden werden. Die Anbringung von rotierenden und festen Werkzeugen erfolgt also in unter­ schiedlichen Aufnahmen. Der Aufwand ist dadurch in konstruk­ tiver und auch in verfahrensmäßiger Hinsicht groß. Das Einsetzen der festen Werkzeuge kann nicht in der gleichen Weise erfolgen wie das Einsetzen der rotierend angetriebenen Werkzeuge.

Durch die EP-A-02 34 272 ist ein Werkzeugspannkopf zum Einspannen von rotierend angetriebenen Werkzeugen be­ kannt, die in einen Aufnahmekonus einer Spindel einsetzbar sind. Die Spindel ist über eine im Winkel von 45° dazu angeordnete Zwischenwelle und über eine dazu im Winkel von 45° angeordnete Antriebswelle mittels Kegelradverbindungen angetrieben, wobei die die Spindel und die einzelnen Wellen lagernden Gehäuseteile gegeneinander schwenkbar und arre­ tierbar sind. Außerdem ist die Spindel in einer vorbestimm­ ten Stellung mittels eines Indexstiftes blockierbar. Bei blockierter Spindel und nicht arretierten Gehäuseteilen erfolgt eine Schwenkung der Gehäuseteile bei Drehung der Antriebswelle und damit auch eine Schwenkung der Spindel. Zum Einsetzen feststehender Werkzeuge ist dieser bekannte Werkzeugspannkopf nicht geeignet, da die Spindel und insbe­ sondere ihre Lager nicht geeignet sind, die an feststehenden Werkzeugen auftretenden Kräfte und Schwingungen aufzunehmen. Der zur Arretierung dienende Stift ist hierfür ebenfalls nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugspannkopf der betreffenden Art so auszubilden, daß die gleiche Aufnahme sowohl für rotierend angetriebene als auch für feststehende Werkzeuge geeignet, einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb ist und bei dem die Spindellage­ rung von Kräften feststehender Werkzeuge nicht belastet ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, anders als beim Stand der Technik grundsätzlich die Aufnahme in der Spindel für rotierende Werkzeuge auch zur Aufnahme feststehender Werkzeughalter zu verwenden, um so eine Ver­ einheitlichung der Werkzeuge zu erzielen, die insbesondere im Hinblick auf den Austausch durch Werkzeugmagazine von beson­ derem Vorteil ist. Diese Halterung der feststehenden Werk­ zeuge durch die Spindel würde zu dem Nachteil führen, daß die Lager der Spindel, in der Regel Kugel- oder Rollen­ lager, in fester Drehlage durch die Kräfte und Schwingungen der feststehenden Werkzeuge belastet werden können, wenn nicht gemäß dem weiteren wichtigen Gedankenschritt der Erfindung spezielle Mittel zum Festhalten der Spindel vorge­ sehen wären. Diese speziellen Mittel bestehen aus einer Scheibenpresse, deren Bremsscheibe Bestandteil der Spindel oder an dieser befestigt und an voneinander entfernten Winkelstellen jeweils beidseitig durch Backenpaare fest­ klemmbar ist, die hydraulisch durch Kolben/Zylinderanordnun­ gen betätigbar sind. Diese Scheibenbremse überträgt die bei einem feststehenden Werkzeug auftretenden Kräfte und Schwin­ gungen über die Backenpaare unmittelbar auf feststehende Teile, beispielsweise dem Lagergehäuse für die Spindel. Dadurch sind die Lager der Spindel mit diesen Kräften nicht belastet.

Die Backenpaare sind zweckmäßigerweise in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet, damit eine sichere Halterung der Bremsscheibe und damit der Spindel im Bereich der Aufnahme für das Werkzeug gewährleistet ist. Zweckmäßig ist aber auch eine ringförmige Ausbildung der Backen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind alle Kolben/Zylinderanordnungen zur Betätigung der Backen an eine gemeinsame Druckleitung angeschlossen, während die hydrau­ lisch wirksame Fläche der Kolben/Zylinderanordnungen zu beiden Seiten der Bremsscheibe gleich ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß beim Festklemmen der Bremsscheibe die Lager frei von axialen Kräften sind.

Es ist zweckmäßig, vor jeder Kolben/Zylinderanord­ nung ein Absperrventil anzuordnen, Diese Absperrventile lassen sich nach Druckbeaufschlagung der Kolben/Zylinderan­ ordnungen schließen, so daß aufgrund der Inkompressibilität der Druckflüssigkeit die axiale und radiale Lage der Brems­ scheibe fixiert ist. Dadurch wird erreicht, daß die Lager der Spindel nicht nur frei von Wechselkräften sind, sondern auch frei von einer konstanten Kraftbeaufschlagung.

Statt einer Absperrung jeder Zuleitung zu jeder Kolben/Zylinderanordnung reicht es auch aus, die Kolben/Zy­ linderanordnung zu beiden Seiten der Bremsscheibe jeweils zusammenzufassen und ihnen ein gemeinsames Absperrventil zuzuordnen. Es sind somit nur noch zwei Absperrventile für die Kolben/Zylinderanordnungen zu beiden Seiten der Brems­ scheibe erforderlich.

Zweckmäßigerweise sind die Absperrventile Rück­ schlagventile, so daß automatisch das Volumen in den Zylin­ dern abgesperrt und damit die Bremsscheibe axial und radial fixiert ist. Ein Lösen der Bremse erfolgt dann durch Druckent­ lastung mittels jeweils eines anderen oder zusätzlichen Ventils.

Die Scheibenbremse gemäß der Erfindung kann auch die Funktion eines Arretierstiftes in Verbindung mit einem verschwenkbaren Werkzeugspannkopf gemäß der eingangs disku­ tierten EP-A 02 34 272 übernehmen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt im Prinzip und im Schnitt einen Werkzeugkopf gemäß der Erfindung mit zugehörigem Antrieb und

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch Fig. 1 im Bereich der Scheibenbremse.

In Fig. 1 ist eine Spindel 1 über Lager 2 und 3 in einem Werkzeugspannkopf 4 drehbar gelagert. Am in der Zeich­ nung unteren Ende der Spindel 1 befindet sich eine durch gestrichelte Linien angedeutete konische Aufnahme für einzu­ setzende Werkzeuge. Im Bereich der Aufnahme 5 ist an der Spindel 1 eine Bremsscheibe 6 einer nur schematisch angedeu­ teten Scheibenbremse 7 angebracht.

Die Spindel 1 ist über Kegelräder 8 und 9 mit einer Zwischenwelle 10 verbunden, die in einem Winkel von 45° zu der Spindel 1 angeordnet ist. Die Zwischenwelle 10 ist über Kegelräder 11 und 12 mit einer Antriebswelle 13 verbunden. Der Werkzeugspannkopf 4 ist um die Achse der Zwischenwelle 10 verschwenkbar und liegt mit einer Fläche 14 an einer Fläche 15 eines Gehäuseteils 16 an und ist mit diesem über eine nur schematisch dargestellte Verzahnung 17 arretierbar. Das Gehäuseteil 16 ist um die Achse der An­ triebswelle 13 drehbar und mittels einer nur schematisch dargestellten Scheibenbremse 18 an einem festen Gehäuseteil 19 festlegbar. Die Antriebswelle 13 ist über eine Riemen­ scheibe 20, Keilriemen 21 und eine Riemenscheibe 22 mit einem Antriebsmotor 23 verbunden.

Wird die Scheibenbremse 7 blockiert und die Ver­ zahnung 17 gelöst, so läßt sich der Werkzeugspannkopf 4 durch Antrieb der Antriebswelle 13 über die Kegelräder 12 und 11 um die Achse der Zwischenwelle 10 verschwenken, um so die Richtung der Spindel 1 zu ändern, was z. B. dann erfor­ derlich sein kann, wenn ein Wechsel von einem rotierenden zu einem feststehenden Werkzeug erfolgt. Mittels der Scheiben­ bremse 7 ist aber auch das untere Ende der Spindel fest ein­ spannbar, so daß bei eingesetzem feststehenden Werkzeug dessen Bearbeitungskräfte nicht über die Spindel 1 auf deren Lager 2 und 3 übertragen werden, sondern voll und ganz von der Scheibenbremse 7 aufgenommen und in feste Gehäuseteile abgeleitet werden.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Schnittdarstellung die Einzelheiten des unteren Teils der Fig. 1 im Bereich der Scheibenbremse 7. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszif­ fern versehen. Zu beiden Seiten der Bremsscheibe 6 befinden sich in Bezug zu der Spindel 1 konzentrisch, ringförmige Bremsbacken 24, 25, deren Rückseiten jeweils Kolben 26, 27 bilden, die in ringförmige Zylinder 28, 29 ragen und gegen­ über diesen durch Dichtungen 30, 31 und 32, 33 abgedichtet sind. Der Zylinder 28 ist über eine Leitung 34, ein Um­ schaltventil 35 und ein als Rückschlagventil ausgebildetes Absperrventil 36 mit einer Druckleitung 38 verbunden. In der anderen, gezeigten Schaltstellung verbindet das Umschaltven­ til 35 die Leitung 34 mit einer Entlastungsleitung 38.

In gleicher Weise ist der Zylinder 29 über eine Leitung 39, ein Umschaltventil 40 und ein als Rückschlagven­ til ausgebildetes Absperrventil 41 mit der Druckleitung 37 verbunden. In der gezeigten Schaltstellung verbindet das Umschaltventil 40 die Leitung 39 mit der Entlastungsleitung 38.

Ist in die Aufnahme 5 des Werkzeugspannkopfes 4 ein rotierendes Werkzeug eingesetzt, so befinden sich die Umschaltventile 35 und 40 in der gezeigten Schaltstellung, so daß die Zylinder 28, 29 druckfrei sind und die Brems­ scheibe 6 und die Spindel 1 sich frei drehen können.

Ist in die Aufnahme 5 des Werkzeugspannkopfes 4 ein feststehendes Werkzeug eingesetzt, so werden die Um, schaltventile 35 und 40 in die andere Schaltstellung umge­ schaltet, so daß die Zylinder 28, 29 mit dem gleichen Druck aus der Druckleitung 37 beaufschlagt sind. Die Kolben 26, 27 haben eine gleiche hydraulisch wirksame Fläche, so daß die Bremsbacken 24, 25 mit genau gleicher Kraft gegen die Brems­ scheibe 6 drücken und diese und damit auch das Ende der Spindel 1 im Bereich der Aufnahme 5 fest fixieren. Sie können daher alle durch das feststehende Werkzeug übertrage­ nen Kräfte und Schwingungen aufnehmen und unmittelbar in das Gehäuse des Werkzeugspannkopfes 4 ableiten, so daß die Lager 2 frei von diesen Kräften sind.

Claims (6)

1. Werkzeugspannkopf für eine Werkzeugmaschine zur wahlwei­ sen Aufnahme von feststehenden oder rotierend angetriebe­ nen Werkzeugen, mit einer drehbar gelagerten Spindel, in derem einen Ende sich eine Aufnahme für rotierend angetriebe­ ne Werkzeuge befindet, und mit Mitteln zum Festhalten der Spindel in einer oder mehreren vorbestimmten Drehlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Festhalten der Spindel (1) aus einer im Bereich der Aufnahme (5) für rotierende und feststehende Werkzeuge angeordneten Scheiben­ bremse (7) bestehen, deren Bremsscheibe (6) an voneinander entfernten Winkelstellen jeweils beidseitig durch Brems­ backen (24, 25) festklemmbar ist, die hydraulisch durch Kolben/Zylinderanordnungen (26-29) betätigbar sind.

2. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bremsbacken gleiche Winkelabstände zueinander haben oder ringförmig ausgebildet sind.

3. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß alle Kolben/Zylinderanordnungen (26-29) mit einer gemeinsamen Druckleitung (37) verbunden sind und daß die hydraulisch wirksame Fläche der Kolben/Zylinderanordnung (26-29) zu beiden Seiten der Bremsscheibe (6) gleich groß ist.

4. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß vor jeder Kolben/Zylinderanordnung (26-29) ein Absperrventil (36, 41) angeordnet ist.

5. Werkzeugspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für mehrere Kolben/Zylinderanordnungen zur Betä­ tigung der Bremsbacken auf der einen Seite der Bremsscheibe ein gemeinsames Absperrventil und in gleicher Weise für die Kolben/Zylinderanordnungen zur Betätigung der Bremsbacken auf der anderen Seite der Bremsscheibe ein gemeinsames Absperrventil vorgesehen ist.

6. Werkzeugspannkopf nach Anpruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (36, 41) Rück­ schlagventile sind.