DE4327148C2 - Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf einen neuartigen Spann­ mechanismus für einen mehrteiligen Werkzeugträger bekannter Bauweise, insbesondere für rotierende Werkzeuge.

Spannsysteme für mehrteilige Werkzeugträger, insbe­ sondere rotierende Werkzeuge mit und ohne automa­ tischem Werkzeugwechsel, sind in einer Vielzahl be­ kannt. Dabei ist in der Regel jedoch der das Werk­ zeug haltende Teil des mehrteiligen Werkzeugträgers mit einem Spannzapfen bzw. einer Spannstange ver­ schiedenster Formgebung versehen, welche/r an dem besagten Teil befestigbar oder selbst Bestandteil dieses Teiles sind.

Im in der Werkzeugmaschine aufgenommenen Grundteil des mehrteiligen Werkzeugträgers sind dann die ver­ schiedensten Positionier- und Anzugsmechanismen ange­ ordnet. Die Positionierung erfolgt in aller Regel mittels einander zugeordneter Kegelzapfen und Kegel­ hülse.

Ein derartiger mehrteiliger Werkzeugträger mit Spann­ zapfen ist aus der DE 34 33 878 A1 bekannt, der zusätz­ lich mindestens noch einen Positionierstift zur Lageorientierung der beiden Grundkörper zueinander auf­ weist.

Die DE 37 11 412 A1 zeigt eine Spannvorrichtung nach dem sogenannten Spannstange-Prinzip. Die dortige Spannstange ist im Koppelbereich hülsenartig ausge­ bildet und weist an der Hülse noch ein Außen- und ein Innengewinde auf. Korrespondierend dazu sind an der Werkzeugaufnahme und im Innenbereich des Maschinenteils ebenfalls je ein Gewinde anzuordnen.

Neben der Vielzahl von Einzelteilen und dem bei allen wesentlichen Bauteilen notwendigen großen Fertigungs­ aufwand ist auch der erhöhte Aufwand zur Reinhaltung der Kegel- und Führungsflächen sowie der Gewinde­ teile ein großer Nachteil.

Spannvorrichtungen für Werkzeugträger, die in der Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine bzw. einem Revolverkopf einer solchen angeordnet sind und teils kugelartige Spann- oder Kraft- und Bewegungsübertra­ gungsglieder nutzen, sind aus den nachstehenden Druck­ schriften bekannt.

So offenbaren die DE 37 34 052 A1 und die DE 88 14 664 U1 Schnellwechsel-Einspannvorrichtungen an Werkzeugmaschinen, die nach dem gleichen Grund­ prinzip aufgebaut sind und sich nur im konstruktiven Detail unterscheiden.

Ein ringförmiger Zentrieransatz des Werkzeughalters wird in einer ringförmigen Zentrierbohrung der Ma­ schinenspindel gehaltert und umgreift einen inneren Aufnahmezapfen, in dem die einzelnen beweglichen Elemente des Spannsystems geführt sind.

Die radial verschieblichen Spannelemente werden unter Zwischenschaltung zusätzlicher, ebenfalls radial verschieblicher Übertragungsglieder durch stangen- oder hülsenförmige Betätigungselemente in eine am Zentrieransatz des Werkzeughalters angeordnete Ring­ nut gedrückt und verspannen den Werkzeughalter mit der Maschinenspindel. Bezüglich der zu übertragenden Drehmomente ist zusätzlich eine Kupplung aus Nut und Nutenstein vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DE 27 60 399 C2 eine Spannvor­ richtung für Werkzeughalter in einem Revolverkopf einer Werkzeugmaschine bekannt, bei der ebenfalls mittels ringförmigen Schaft und ringförmiger Aus­ nehmung der Werkzeughalter im Revolverkopf gehaltert wird. In den ringförmigen Schaft greift eine die beweglichen Elemente führende Röhre ein, die mittels Gewindeverbindung im Korpus des Revolverkopfes be­ festigt ist. Auch dort greifen die spannenden Kugeln in eine Ringnut des Schaftes des Werkzeughalters ein.

Ebenfalls zusätzlich ist ein Verriegelungselement bezüglich auftretender Drehmomente vorgesehen. Die letztgenannten drei Lösungen sind wie die erstge­ nannten aufwendig in der Herstellung und Wartung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, für bekannte mehrteilige Werkzeughalter ein neuartiges Spannsystem zu schaffen, das eine wesentlich geringere Anzahl von Einzelteilen benötigt, insgesamt kosten­ günstiger fertigbar ist, höchste Rundlaufgenauig­ keiten reproduzierbar ermöglicht und bezüglich kleiner Verunreinigungen unanfälliger als bisher bekannte Lösungen ist.

Die Aufgabe löst erfindungsgemäß ein Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch seine die bauliche Ausgestaltung charakterisierenden kennzeichnenden Merkmale sowie die daraus entnehmbare technische Lehre.

Die nachgeordneten Patentansprüche 2 bis 12 offen­ baren vorteilhafte Weiterbildungen und zu bevorzugen­ de Ausführungsvarianten der Erfindung.

Anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit in Zeichnungen schematisiert gezeigten Dar­ stellungen wird die Erfindung näher erläutert, Einzelheiten dargestellt und Vorteile aufgezeigt.

Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt die wesentlichen Bauteile des Spannsystemes für mehrteilige Werk­ zeugträger in erfindungsgemäßer Anordnung bei gelöster und abgenommener Werkzeug­ aufnahme,

Fig. 2 einen mehrteiligen Werkzeugträger mit erfindungsgemäßem Spannsystem im Schnitt mit aufgesteckter und arretierter Werk­ zeugaufnahme sowie einem weiteren Betäti­ gungsmechanismus und

Fig. 3 als Einzelheit aus Fig. 2 das erfindungs­ wesentliche Spannprinzip.

In Fig. 1 ist ein mehrteiliger Werkzeugträger 1 mit den erfindungsgemäß gestalteten und angeordneten Bauteilen des Spannsystems gezeigt, wobei die Werk­ zeugaufnahme 3 vom Maschinenteil 2 gelöst entlang einer gemeinsamen Mittellinie 7 liegen.

Das Maschinenteil 2 ist auf einer Seite in üblicher Bauart ausgeführt und besteht aus einer Kegelaufnahme 4, einem anschließenden, mit zwei randoffenen Nuten 6 versehenen Bund 5 und dem folgenden, der Ankupplung der Werkzeugaufnahme 3 dienenden Verbindungsbereich sowie einer zentrischen durchgehenden Bohrung 8.

Mit der Kegelaufnahme 4 wird das Maschinenteil 2 in einer nicht dargestellten Spindel einer Werk­ zeugmaschine aufgenommen, wobei ein maschinenseitiges Anzugselement in den Gewindebereich 9 eingreift.

Der Verbindungsbereich des Maschinenteiles 2 ist erfindungsgemäß derart gestaltet, daß ein an einer senkrecht zur gemeinsamen Mittelachse 7 am Bund 5 vorgesehenen Anlagefläche 12 auslaufender, eben­ falls von der axialen Bohrung 8 durchsetzter zylindrischer Zapfen 10 an den Maschinenaufnahme­ bereich anschließt und dieser 10 konzentrisch zur Mittelachse 7 liegt.

Im Abstand L1 von der Anlagefläche 12 entfernt sind mindestens und vorzugsweise drei radial ge­ richtete Durchgangsbohrungen 15 zur Aufnahme von kugelförmige Oberflächenabschnitte aufweisende Spannelementen 16 im Zapfen 10 eingearbeitet. Die Spannelemente 16 sind vorzugsweise Kugeln; es können jedoch auch Zylinderstifte oder Stifte anderen Querschnitts o. dgl., die kugelförmige Stirn­ seiten aufweisen, vorteilhaft eingesetzt werden. Die innere Bohrung 8 ist hier im Bereich des Zapfens 10 zur axialen Führung eines auf die Spannelemente 16 wirkenden Druckstücks 18 ausgearbeitet. Dieses Druckstück 18 wird am größeren Durchmesser D1 geführt und steht mit einem in einem Gewindebereich 21 der Bohrung 8 geführten und verstellbaren, einen Innen­ sechskant 20 aufweisenden Gewindebolzen 19 in Wirk­ verbindung.

Zur anderen Seite hin geht der Durchmesser D1 des Druckstückes 18 in einen kleineren Durchmesser D2 über.

Der mittige Obergangsbereich des Druckstückes 18 mit einer Länge L4 hat vorzugsweise einen unstetigen Anstieg und weist im Grenzbereich zu den Durchmessern D1 und D2 jeweils einen mit einem Radius R1 bzw. R2 gerundeten Übergang auf. Unter Umständen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Radien R1 und R2 ineinander übergehen und somit der Obergangsbereich auf der gesamten Länge L4 einen sich stetig ändernden Kurvenanstieg besitzt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das Verhältnis der Längen L3 : L4 : L5 am Druckstück 18 vorzugsweise 1 : 1-2 : 1 beträgt. Der Durchmesser D2 ist so gewählt, daß einerseits die Spannelemente 16 nicht aus den Durchgangsbohrungen 15 herausgleiten können und andererseits die Spannelemente 16 jedoch so weit in diese Durchgangsbohrungen 15 eintauchen können, daß der Hülsen­ bereich 24 der Werk­ zeugaufnahme 3 mit seinem Innendurchmesser 26 auf den Außendurchmesser 11 des Zapfens 10 aufschieb­ bar ist. Der Innendurchmesser 26 ist so weit in die Werkzeugaufnahme 3 eingearbeitet, daß sich im zusammengesetzten Zustand die Stirnfläche 22 des Zapfens 10 und die Innenstirnfläche 28 des Hülsenbereiches 24 nicht berühren. Im Bereich der Innenstirnfläche 28 ist im Innendurchmesser 26 eine Freidrehung 27 vorgesehen.

Weiterhin und erfindungserheblich sind im Innendurch­ messer 26 auf die Anzahl und die Lage der im Zapfen 10 angeordnete Spannelemente 16 abgestimmte Vertie­ fungen 29 vorgesehen, in die die Spannelemente 16 während des Spannens eingreifen.

In spezieller Ausgestaltung und vorteilhafter Art weisen die Vertiefungen 29 eine kugelförmige Ober­ fläche auf, wobei der Radius der Vertiefungen 29 größer als der Radius der kugelförmigen Stirnseite der Spannelemente 16 bzw. dem Radius der verwendeten spannenden Kugel ist.

Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal besteht darin, daß der Abstand der Mitte der Durchgangs­ bohrung 15 zur Anlagefläche 12, Länge L1 kleiner ist als der Abstand der Mitte der Vertiefung 29 zur Hülsenstirnfläche 25, der mit L2 bezeichnet ist.

Darüber hinaus besteht eine andere Weiterbildung des Spannsystemes darin, daß in der Mantelfläche des Innendurchmessers 26 von der Hülsenstirnfläche 25 aus jeweils eine Nut 30 in axialer Richtung zu jeder Vertiefung 29 hinläuft und in dieser endet. Diese Gestaltung ermöglicht ein leichteres Posi­ tionieren des Hülsenbereiches 24 auf dem Zapfen 10 bezüglich der Spannelemente 16.

Auf die Ausbildung des an den Hülsenbereich 24 anschließenden Werkzeugbereiches 23 der Werkzeug­ aufnahme 3 wird nicht weiter eingegangen, da hier bekannte Ausführungen zur Anwendung kommen, die nicht weiter zu erläutern sind.

Der zusammengesteckte Werkzeugträger mit seinem erfindungsgemäßen Spannsystem ist in Fig. 2 dar­ gestellt, wobei in der folgenden Erläuterung auf die Wiederholung von Ausführungen, die schon zur Fig. 1 erklärt wurden, verzichtet wird.

An diesem Ausführungsbeispiel wird die axiale Be­ wegung des auf die Spannelemente 16 wirkenden Druck­ stückes 18 mittels eines im Bund 5 radial gerichteten, bis in die Bohrung 8 hineinragenden Gewindestiftes 31 und eines umlenkenden, an dem Druckstück 18 anliegenden Keilstückes 33 erzeugt.

Das Spannsystem wirkt in der Weise, daß durch Be­ tätigen des Gewindestiftes 31 bzw. des Gewinde­ bolzens 19 das Druckstück 18 in Richtung Spann­ elemente 16 axial bewegt wird. Mittels des Über­ gangsbereiches des Druckstückes 18 werden die Spann­ elemente 16, hier Kugeln, nach außen gedrückt. Diese greifen nun in Richtung der Hülsenstirnfläche 25 wirkend in die Vertiefungen 29 des auf den Zapfen 10 aufgesteckten Hülsenbereiches 24 der Werkzeug­ aufnahme ein und drücken die Hülsenstirnfläche 25 an die Anlagefläche 12; gleichzeitig wirken die Spannelemente 16 weiterhin radial nach außen über die Vertiefungen 29 auf den Innendurch­ messer 26 der Werkzeugaufnahme 3 und zentrieren diese 3 bezüglich der Mittelachse 7 sehr genau; ebenfalls wird durch die erfinderische bauliche Ausführung und die Anordnung der Spannelemente 16 und der zugeordneten Vertiefungen 29 die auf dem Zapfen 10 gehalterte Werkzeugaufnahme 3 gegen ein Verdrehen gesichert.

Die Fig. 3 zeigt noch einmal in Einzelheit und ver­ größert aus Fig. 2 heraus den Wirkbereich der er­ findungswesentlichsten Teile des Spannsystems für mehrteilige Werkzeugträger. Da hier schon vorher erläuterte Bauteile gezeigt werden, bedarf es dies­ bezüglich keiner weiteren beschreibenden Ausführungen, die Darstellung in Fig. 3 ist selbst aussagekräftig.

Durch dieses dargestellte und beschriebene Spann­ system für mehrteilige Werkzeugträger wird die gestellte Aufgabe in hervorragender Weise gelöst. Die Zahl der Einzelteile ist gegenüber bekannten Lösungen erheblich reduziert worden und ein sehr genauer Rundlauf der auswechselbaren Werkzeugauf­ nahmen 3 ist gewährleistet.

Diesbezüglich vorteilhaft ist weiterhin die Ein­ bringung einer Rille 13 in den Außendurchmesser 11 des Zapfens 10 an einer solchen Stelle, daß die Durchgangsbohrungen 15, leicht angeschnitten sind. Durch diese Weiterbildung werden zwei Vorteile erreicht: Zum einen erhält der Zapfen 10 zwei axial voneinander getrennte Teilbereiche, wodurch der Hülsenbereich 24 quasi doppelt auf dem Zapfen 10 gelagert ist und zum anderen kann in die Rille 13 ein nicht dargestellter Sperring angeordnet werden, der ein Herausfallen der Spannelemente 16 verhindert, infolgedessen zwischen der Durchgangs­ bohrung 15 und den in diesen geführten Spannelemen­ ten 16 eine größere Toleranz zulässig, ist.

Claims (12)

1. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger, die ein Maschinenteil zur Aufnahme in der Spindel einer Werkzeugmaschine und auswechselbare Werk­ zeugaufnahmen aufweisen, wobei das Maschinenteil sowie jede der Werkzeugaufnahmen mit zueinander korrespondierenden Verbindungsbereichen ausge­ stattet sind und mittels Klemm-Mechanismen mit­ einander arretiert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Maschinenteil (2) im Verbindungsbereich mit einem an einer senkrecht zur gemeinsamen Mittel­ achse (7) am Bund (5) angeordneten Anlagefläche (12) auslaufenden, von einer axialen Bohrung (8) des Maschinenteiles (2) durchsetzten zylindrischen Zapfen (10) ausgestattet ist,
daß dieser Zapfen (10) im Abstand (L1) von der Anlagefläche (12) entfernt mindestens drei radial gerichtete Durchgangsbohrungen (15) zur Aufnahme von kugelförmige Oberflächenabschnitte aufweisenden Spannelementen (16) aufweist und die innere Bohrung (8) im Bereich des Zapfens (10) ein auf die Spann­ elemente (16) wirkendes, axial bewegliches Druckstück (18) an dessen Durchmesser (D1) führt und
daß der Innendurchmesser (26) des zum zylindrischen Zapfen (10) korrespondierenden Hülsenbereiches (24) der Werkzeugaufnahme (3) mit auf die Anzahl und die Lage der Spannelemente (16) abgestimmten Vertiefungen (29) versehen ist.

2. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (18) über eine Länge (L5) einen Führungsdurchmesser (D1), über eine Länge (L3) einen kleineren, die Spann­ elemente (16) gegen Hineinfallen sichernden Durchmesser (D2) und im Obergangsbereich zwischen beiden Durchmesern (D1 und D2) über eine Länge (L4) einen ansteigenden Wirkbereich aufweist.

3. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkbereich stetig ansteigt.

4. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkbereich unstetig ansteigt.

5. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Druckstück (18) die Obergangsbereiche von den Durchmessern (D1 und D2) zum Wirkbereich mit einem Radius (R1 bzw. R2) gerundet sind.

6. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (R1 und R2) im Wirkbereich des Druckstückes (18) ineinander übergehen.

7. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelfläche des Innendurchmessers (26) von der Hülsenstirnfläche (25) aus jeweils eine Nut (30) in axialer Richtung zu jeder Ver­ tiefung (29) hin verläuft und in dieser (29) endet.

8. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bewegung des auf die Spannelemente (16) wirkenden Druckstückes (18) mittels eines in einem Gewindebereich (21) der Bohrung (8) des Ma­ schinenteiles (2) befindlichen Gewindebolzens (19) erzeugt wird.

9. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bewegung des auf die Spann­ elemente (16) wirkenden Druckstückes (18) mittels einem im Bund (5) radial gerichteten, bis in die Bohrung (8) hineinragenden Gewindestiftes (31) und einem umlenkenden, an dem Druckstück (18) anliegenden Keilstück (33) erzeugt wird.

10. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (16) Zylinderstifte mit kugelförmigen Stirnseiten sind.

11. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (16) Kugeln sind.

12. Spannsystem für mehrteilige Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (11) des Zapfens (10) und der Innendurchmesser (26) des Hülsenbereiches (24) und/oder der Durchmesser der Durchgangs­ bohrung (15) und der Durchmesser der Spann­ elemente (16) jeweils zueinander mit einer Passungstoleranz kleiner 10 µm gefertigt sind.