DE4123834C2 - Spindelkopf für eine Werkzeugmaschine mit Mitteln zum Spannen und Lösen eines Werkzeuges in der Spindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelkopf für eine Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse, einer darin axial über einen Antrieb verstellbaren Spindelhülse, einer in der Spindelhülse drehbar gelagerten sowie drehend antreibbaren und mit der Spindelhülse axial verlagerbaren Spindel, mit einer konischen Ausnehmung in einem Ende der Spindel zur Aufnahme eines Konus eines Werkzeuges oder Werkzeughalters, welcher einem im eingesetzten Zustand in die Spindel hineinragenden Zapfen aufweist, der von einem Haltemittel im verspannten Zustand formschlüssig erfaßt ist, mit einer das Haltemittel beaufschlagenden Steuerstange, die axial durch die Spindel hindurchgeführt ist und über eine Feder in Richtung von der Ausnehmung weg beaufschlagt ist und die über den Antrieb zur axialen Verlagerung der Spindel in Wirkverbindung mit einem Betätigungsmittel für die Bewegung der Steuerstange relativ zur Spindel und des Haltemittels in Lösestellung zur Freigabe des Konus entgegen der Kraft der Feder verlagerbar ist.

Ein solcher Spindelkopf ist in der US-PS 4196501 beschrieben Dabei ist an die Spindelhülse ein Winkelhebel gelenkig angeschlossen. Der eine Arm des Winkelhebels beaufschlagt das aus der Spindelhülse axial herausragende Ende der Steuerstange, wenn der andere Hebelarm über die Axialverstellung der Spindelhülse in Kontakt zu einer ortsfesten Schaltkontur gebracht worden ist. Bei Kontakt zu dieser Schaltkontur schwenkt der Winkelhebel, so daß der andere Hebelarm gegen das rückwärtige Ende der Steuerstange zur Anlage kommt. Ein solches Hebelgetriebe ist aufwendig. Die beim Bearbeitungsprozeß erforderliche Zufuhr von Kühlflüssigkeit oder eines sonstigen Mediums kann nicht durch die Steuerstange erfolgen.

In der DE 33 36 111 C1 ist eine kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge beschrieben, bei der ein Spannkopf des Werkzeuges mit einem Kupplungsmechanismus zusammenwirkt, der durch eine Zugstange, die durch die Arbeitsspindel hindurchgeführt ist, zu betätigen ist. Die Spannkraft wird durch ein auf die Zugstange einwirkendes Tellerfederpaket erzeugt. Die Lösekraft wird durch einen hydraulischen Kolben über eine Klemmhülse eingeleitet.

Ferner ist es bekannt (DE 82 15 293 U1 und DE 80 14 064 U1), Werkzeuge in der Spindel einer Werkzeugmaschine zu spannen oder zu entriegeln. Für diese Vorgänge wird eine zangenartige, steuerbare Vorrichtung verwendet, die mit einer am Werkzeugkonus angeformten Verlängerung in Wirkverbindung tritt, die von der Rückseite des Werkzeugkonus absteht. Die zangenartige Vorrichtung wird üblicherweise über eine Steuerstange angetrieben, die im Inneren der Spindel verschiebbar gelagert ist. Die Steuerstange steht mit ihrem, der zangenartigen Vorrichtung entgegengesetzten Ende mit einem Hydraulikzylinder in Wirkverbindung, der die Steuerstange entgegen der Wirkung eines Federpaketes verschiebt. Der Nachteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß das Ende der Steuerstange mit einem Hydraulikkolben wirkverbunden ist und daher die Zufuhr z. B. einer Kühlflüssigkeit zum vorderen Ende des Werkzeuges nicht erlaubt. Für den Antrieb der Steuerstange ist bei Verwendung einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit nicht nur die Vorsehung störender Schläuche für die Zufuhr bzw. die Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit notwendig, sondern es sind auch Maschinenbauteile vorzusehen, die erhebliche Kosten mit sich bringen, z. B. Steuerventile und hydraulische Zusatzgeräte.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spindelkopf für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei dem die Betätigungseinrichtung für das Haltemittel und/oder die diese beaufschlagende Steuerstange zur Bewegung in die Spann- bzw. Lösestellung einen besonders einfachen Aufbau aufweist und die ferner die Zufuhr von flüssigem oder gasförmigem Bearbeitungsmedium zum Werkzeug hin ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Spindelkopf dadurch gelöst, daß die Steuerstange an ihrem dem Haltemittel abgewandten Ende eine Verdickung trägt, die als erste Abstützbasis für die vorgespannte Feder dient, daß die Feder mit ihrem anderen Ende an einem Anschlag der Spindel als zweiter Abstützbasis anliegt, daß das Betätigungsmittel zur Bewegung der Steuerstange und des davon beaufschlagten Haltemittels in die Lösestellung durch die Verdickung und einen zum Gehäuse ortsfest angeordneten Anschlag gebildet ist, wobei die Verdickung in der Lösestellung am Anschlag abgestützt ist, daß die Steuerstange eine durchgehende Axialbohrung aufweist und daß an das der Verdickung zugehörige Ende der Axialbohrung eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen oder gasförmigen Bearbeitungsmediums angeschlossen ist.

Es wird eine mechanische Betätigung für die Steuerstange und damit das Haltemittel zum Spannen des Werkzeuges erzielt, die in einfacher Weise eine kurze Axialverschiebung der Spindelhülse nutzt, um die Steuerstange zum Spannen und Entriegeln des Werkzeuges zu bewegen, wobei diese auf einfache Weise zur Anlage an einem Anschlag gebracht wird und wobei ferner in der Steuerstange eine Axialbohrung zum Zuführen einer Kühlflüssigkeit, von Druckluft oder einem ähnlichen Medium zur Weiterleitung an die Spitze des Werkzeuges angebracht ist.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, daß das vom Haltemittel abgewandte Ende der Steuerstange über eine Schraubverbindung mit einer Verlängerungsstange verbunden ist, auf deren hinteres Ende die Verdickung aufgeschraubt ist, an der die Feder anliegt.

Bevorzugt ist vorgeschlagen, daß die Verdickung, die Verlängerungsstange sowie die Feder in einer Kammer angeordnet sind, die vom Gehäuse der Werkzeugmaschine gebildet ist, wobei die hintere Wand der Kammer den Anschlag für die Verdickung bildet.

Zur Erzielung der Axialverschiebung der Spindel ist vorgesehen, daß die Spindelhülse für den Angriff des Antriebs zur axialen Verstellung einen radial abstehenden Arm aufweist, der in einer fensterartigen Öffnung im Gehäuse der Werkzeugmaschine verschiebbar angeordnet ist und der mit einem Präzisionsspindeltrieb wirkverbunden ist, der von einem steuerbaren Motor angetrieben ist.

Zur Reduzierung des Antriebs ist nach einem weiteren Vorschlag vorgesehen, daß die Spindelhülse mit einem Gewindestutzen verbunden ist, der ein Innengewinde aufweist, das mit einem Außengewinde einer Hülse in Wirkverbindung steht, und daß die Hülse mit einem Zahnrad wirkverbunden ist, das mit einem steuerbaren Motor in Antriebsverbindung steht.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Feder spindelseitig an dem Anschlag eines an der Spindel festgelegten Endstückes abgestützt ist.

Der Erfindungsgegenstand ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Zeichnung beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Spannlage des Werkzeuges,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung während des Entriegelungsvorganges des Werkzeuges,

Fig. 3 eine Zusatzvorrichtung zum Zuführen einer Flüssigkeit an das Werkzeug und durch die Steuerstange und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum gesteuerten Veschieben der Spindelaufnahmehülse.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist in bekannter Weise eine Spindelhülse 1 in Axialrichtung verschiebbar im Gehäuse 2 einer Werkzeugmaschine gelagert. Die Spindelhülse 1 nimmt über Lager 3 eine Spindel 4 auf, die an ihrem vorderen Ende einen konischen Sitz 5 zur Aufnahme eines Konus 6 des nicht dargestellten Werkzeuges aufweist. Das rückwärtige Ende des Konus 6 weist einen daran angebrachten Zapfen 7 als Verlängerung auf, mit dem ein Haltemittel 8 in Form einer Zange in Wirkverbindung gebracht werden kann. Das Haltemittel 8 ist mit einer Steuerstange 9 zum Spannen bzw. zum Lösen des Konus 6 verbunden. Die Spindel 4 wird über eine Antriebsscheibe 10 in Drehbewegung versetzt. Das Haltemittel 8 ist so ausgebildet, daß es den abstehenden Zapfen 7 des Konus 6 erfaßt, insbesondere hinter einen Bund greifen kann, um bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung die Verriegelung des Konus 6 in der konischen Ausnehmung 5 zu gewährleisten.

In Fig. 2 ist das Haltemittel 8 in einer Lage dargestellt, in der der vom Konus 6 abstehende Zapfen 7 von dem Haltemittel 8 freigegeben ist, was ermöglicht, den Konus 6 aus der konischen Ausnehmung 5 zu entnehmen, um den Werkzeugwechsel durchzuführen.

Die bisher beschriebenen Teile gehören zum Stand der Technik und bedürfen deshalb keiner genaueren Beschreibung.

Neu ist die erfindungsgemäße, nachfolgend noch genauer beschriebene Vorrichtung zum automatischen Betätigen der Steuerstange 9 zum wahlweisen Verriegeln und Lösen des Werkzeuges über den Konus 6.

Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, ist mit dem hinteren Ende der Steuerstange 9 eine Verlängerungsstange 11 verbunden.

Um eine einfache Montage der Feder 14 zu ermöglichen, ist das vordere Ende der Verlängerungsstange 11 über eine Gewindeverbindung 40 mit der Steuerstange 9 verbunden. Das hintere Ende der Verlängerungsstange 11 nimmt eine Verdickung 12 auf, z. B. in Form einer robusten, aufgeschraubten Mutter. Die aufgeschraubte Mutter bildet einen Anschlag 13 für die Feder 14, z. B. eine Wendelfeder, die mit ihrem anderen Ende an einem Anschlag 15 eines Endstückes 16 abgestützt ist, das am hinteren Ende der Spindel 4 festgelegt ist. Die Verdickung 12 ist in einer Kammer 17 angeordnet, die von einem Deckel begrenzt wird, der Bestandteil des Maschinengestells 18 ist. Die Kammer 17 bildet einen Anschlag 19 für die Verdickung 12.

Die Spindelhülse 1, die die Spindel 4 aufnimmt, ist mit einem abstehenden Arm 20 verbunden. Der Arm 20 kann frei in einer fensterartigen Öffnung 21 hin und her verschoben werden. Die fensterartige Öffnung 21 ist in das Gehäuse 22 der Werkzeugmaschine eingearbeitet, in der die Spindelhülse 1 gelagert ist. Der abstehende Arm 20 ist über eine Mutter mit einem Präzisionsgewinde, z. B. einer Kugelumlaufspindel 24, wirkverbunden. Die Kugelumlaufspindel 24 wird von einem steuerbaren Motor 23, z. B. einem steuerbaren Gleichstrommotor angetrieben, der von einer bekannten NC-Steuereinheit der Werkzeugmaschine überwacht und gesteuert wird.

Ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Verdickung 12 der Verlängerungsstange 11, dehnt sich die vorgespannte Feder 14 aus und verschiebt die Verdickung 12 und somit die Verlängerungsstange 11 sowie die Steuerstange 9 nach rückwärts in Richtung des Pfeiles (f). Durch diese Rückwärtsbewegung wird der Zapfen 7 des Konus 6 vom Haltemittel 8 umgriffen. Somit wird der Konus 6 von einer Zugkraft beaufschlagt, die ihn fest in der konischen Ausnehmung 5 der Spindel 4 verriegelt. In dieser Lage kann über die Antriebsscheibe 10 die Spindel 4 und das Werkzeug (Konus 6), das fest in der konischen Ausnehmung 5 zur Durchführung des Bearbeitungsvorganges verriegelt ist, in Drehbewegung versetzt werden.

Soll das Werkzeug entriegelt werden, um den Konus 6 des Werkzeuges von der konischen Ausnehmung 5 (wie in Fig. 2 dargestellt) zu lösen, so wird bei stillstehender Spindel 4 der steuerbare Motor 23 so angetrieben, daß die Präzisionsgewindespindel 24 über den abstehenden Arm 20 die Spindelhülse 1, die Spindel 4 und auch die Steuerstange 9 nach rückwärts, in Richtung des Pfeils (f), verschiebt.

Demzufolge stößt die Verdickung 12 am Anschlag 19 an. Die Feder 14 wird zusammengedrückt und die Zugwirkung, die vorher durch die Feder 14 auf die Steuerstange 9 ausgeübt wurde, wird aufgehoben. Das hintere Ende der Steuerstange 9, bestehend aus Verdickung 12 und Verlängerung 11, ist nach Anschlagen gegen den Anschlag 19 nicht mehr in der Lage, Axialbewegungen durchzuführen. Es erfolgt aber dann über eine gewisse Wegstrecke eine Axialverschiebung von Spindel 4 und Spindelhülse 1, so daß das Haltemittel 8 in eine Erweiterung 25 der Spindel 4 einfährt, und zwar gleichzeitig mit dem Zapfen 7 des Konus 6. Die Erweiterung 25 erlaubt dem Haltemittel 8, sich ungehindert zu öffnen, um das Endstück des Zapfens 7 des Konus 6 vom Formschluß mit dem Haltemittel 8 zu lösen.

Ferner wird einem Schiebestück 26 ermöglicht, auf den Zapfen 7 des Konus 6 einzuwirken, um diesen aus der konischen Ausnehmung 5 zu lösen.

Nach Entfernen des den Konus 6 aufweisenden Werkzeuges aus der Spindel 4 kann ein neues Werkzeug in die konische Ausnehmung 5 eingesetzt werden. Der Motor 23 wird in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil f angetrieben und über den abstehenden Arm 20 wird die Spindelhülse 1 erneut in die in Fig. 1 dargestellte Stellung verfahren. In dieser Stellung ist die Verdickung 12 erneut gegenüber dem Anschlag 19 auf Abstand gebracht, und der vorgespannten Feder 14 wird es ermöglicht, sich erneut zu entspannen, um mit einer Zugkraft auf die Steuerstange 9 einzuwirken. Dadurch greift das Haltemittel 8 um das verdickte Endstück des Zapfens 7 des Konus 6, um das Werkzeug erneut in der konischen Ausnehmung 5 zu verriegeln.

Im Anschluß daran kann die Spindel 4 über die Antriebsscheibe 10 in Drehbewegung versetzt werden, um erneut Bearbeitungsvorgänge durchzuführen.

Der vorangegangenen Beschreibung kann entnommen werden, daß durch die gesteuerte Bewegung der Spindelhülse 1 sowie der zugehörigen Spindel 4 in Längsrichtung und durch die an der Verlängerungsstange 11 vorhandene Verdickung 12, die mit der Steuerstange 9 verbunden und gegen den Anschlag 19 unter Überwindung der Zugwirkung der Feder 14 bewegbar ist, die Möglichkeit geschaffen wird, über eine gesteuerte Axialbewegung der Spindelhülse 1 das Haltemittel 8 zum Verriegeln des Werkzeuges zu betätigen bzw. ihre Funktion aufzuheben. Somit kann der Konus 6 des Werkzeuges in der Spindel 4 einer Werkzeugmaschine verriegelt bzw. entriegelt werden. Dank der Möglichkeit, auf übliche hydraulische Einrichtungen zum Verschieben der Steuerstange 9 verzichten zu können, bleibt das hintere Ende der Spindel 4 und somit die Steuerstange 9 selbst und deren Verlängerungsstange 11 frei von zusätzlichen, wegversperrenden Einrichtungen. Somit kann die Steuerstange 9 sowie deren Verlängerungsstange 11 dazu verwendet werden, dem Werkzeug z. B. eine Kühlflüssigkeit zuzuführen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, der zu entnehmen ist, daß sowohl die Steuerstange 9 als auch deren Verlängerungsstange 11 korrespondierende Durchgangsbohrungen 27 aufweisen, die sich bis zum Konus 6 des Werkzeuges (nicht dargestellt in Fig. 3) erstrecken.

Am Ende der Verlängerungsstange 11 (Fig. 3) ist ein drehbares Kupplungsstück 28 mit einem Stutzen 29 vorgesehen, dem über eine Rohrleitung 30 Kühlflüssigkeit, Preßluft oder Öl zum Zuführen an die Werkzeugspitze zuleitbar ist.

Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, ist bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß die Spindelhülse 1 an ihrem hinteren Ende einen Gewindestutzen 50 aufweist, dessen Gewinde 51 mit einer Hülse 52 wirkverbunden ist, die ein Außengewinde aufweist. In vorteilhafter Weise sind diese Teile als Kugelumlauftrieb mit Spindel und Kugelumlaufmutter ausgeführt.

Die Hülse 52 ist mit einem Zahnrad 53 verbunden, das mit einem Zahnriemen 54 in Wirkverbindung steht, der über ein Zahnrad 55 mit einem steuerbaren Antriebsmotor 56 wirkverbunden ist. Der steuerbare Motor 56 wird in vorteilhafter Weise von einem Gleichstrommotor gebildet, der mit der NC-Steuereinheit der Werkzeugmaschine in Wirkverbindung steht.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Axialverschiebung der Hülse 1 über einen konzentrisch angeordneten Antrieb erfolgt. Es sind keine Kippmomente zu erwarten, die dann auftreten könnten, wenn die Spindelhülse 1 über die in Fig. 2 dargestellten Antriebsmittel angetrieben würde.

Claims (6)

1. Spindelkopf für eine Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse, einer darin axial über einen Antrieb (20, 23, 24; 50-56) verstellbaren Spindelhülse (1), einer in der Spindelhülse (1) drehbar gelagerten sowie drehend antreibbaren und mit der Spindelhülse (1) axial verlagerbaren Spindel (4), mit einer konischen Ausnehmung (5) in einem Ende der Spindel (4) zur Aufnahme eines Konus (6) eines Werkzeuges oder Werkzeughalters, welcher einen im eingesetzten Zustand in die Spindel (4) hineinragenden Zapfen (7) aufweist, der von einem Haltemittel (8) im verspannten Zustand formschlüssig erfaßt ist, mit einer das Haltemittel (8) beaufschlagenden Steuerstange (9), die axial durch die Spindel (4) hindurchgeführt ist und über eine Feder (14) in Richtung von der Ausnehmung (5) weg beaufschlagt ist und die über den Antrieb (20, 23, 24; 50-56) zur axialen Verlagerung der Spindel (4) in Wirkverbindung mit einem Betätigungsmittel für die Bewegung der Steuerstange (9) relativ zur Spindel (4) und des Haltemittels (8) in Lösestellung zur Freigabe des Konus (6) entgegen der Kraft der Feder (14) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (9) an ihrem dem Haltemittel (8) abgewandten Ende eine Verdickung (12) trägt, die als erste Abstützbasis für die vorgespannte Feder (14) dient, daß die Feder (14) mit ihrem anderen Ende an einem Anschlag (15) der Spindel (4) als zweiter Abstützbasis anliegt, daß das Betätigungsmittel zur Bewegung der Steuerstange (9) und des davon beaufschlagten Haltemittels (8) in die Lösestellung durch die Verdickung (12) und einem zum Gehäuse (2) ortsfest angeordneten Anschlag (19) gebildet ist, wobei die Verdickung (12) in der Lösestellung am Anschlag (19) abgestützt ist, daß die Steuerstange (9) eine durchgehende Axialbohrung (27) aufweist und daß an das der Verdickung (12) zugehörige Ende der Axialbohrung (27) eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen oder gasförmigen Bearbeitungsmediums angeschlossen ist.

2. Spindelkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Haltemittel (8) abgewandte Ende der Steuerstange (9) über eine Schraubverbindung (40) mit einer Verlängerungsstange (11) verbunden ist, auf deren hinteres Ende die Verdickung (12) aufgeschraubt ist, an der die Feder (14) anliegt.

3. Spindelkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (12), die Verlängerungsstange (11) sowie die Feder (14) in einer Kammer (17) angeordnet sind, die vom Gehäuse (18) der Werkzeugmaschine gebildet ist wobei die hintere Wand der Kammer (17) den Anschlag (19) für die Verdickung (12) bildet.

4. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelhülse (1) für den Angriff des Antriebs zur axialen Verstellung einen radial abstehenden Arm (20) aufweist, der in einer fensterartigen Öffnung (21) im Gehäuse (22) der Werkzeugmaschine verschiebbar angeordnet ist und der mit einem Präzisionsspindeltrieb (24) wirkverbunden ist, der von einem steuerbaren Motor (23) angetrieben ist.

5. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelhülse (1) mit einem Gewindestutzen (50) verbunden ist, der ein Innengewinde (51) aufweist, das mit einem Außengewinde einer Hülse (52) in Wirkverbindung steht, und daß die Hülse (52) mit einem Zahnrad (53) wirkverbunden ist, das mit einem steuerbaren Motor (56) in Antriebsverbindung steht.

6. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) spindelseitig an dem Anschlag (15) eines an der Spindel (4) festgelegten Endstückes (16) abgestützt ist.