DE60132677T2

DE60132677T2 - Arretierbare werkzeugspindel zur wahlweisen fixierung rotierender und feststehender werkzeuge zur dreh- bzw. fräsbearbeitung

Info

Publication number: DE60132677T2
Application number: DE60132677T
Authority: DE
Inventors: Franco De Bernardi; Marco Monti; Gian Luca Busca
Original assignee: DUPLOMATIC AUTOMAZIONE SpA
Current assignee: Duplomatic Automazione SpA Legnano It
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: ATE385212T1; EP1409197B8; DE60132677D1; WO2003009963A1; EP1409197B1; TWI226850B; EP1409197A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter, insbesondere ein Elektro-Spannfutter in Werkzeugmaschinen, mit einem stationären Teil, der einen Hohlraum festlegt, der sich longitudinal entsprechend einer Drehachse des Spannfutters erstreckt und fest mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, sowie einem drehbaren Teil für die Halterung und alternative Positionierung von feststehenden Werkzeugen und drehbaren Werkzeugen zum Bohren und/oder Fräsen, die von einem Elektromotor angetrieben in dem Hohlraum positioniert und von diesem über eine erste und zweite Gruppe von Wälzkontaktlagern gelagert sind, deren äußere Hülse fest mit dem stationären Teil verbunden ist, während die innere Hülse fest mit dem drehbaren Teil verbunden ist, wobei die Gruppen von Lager axial entlang der Drehachse des Spannfutters beabstandet sind, sowie mit Verbindungsmitteln, die zwischen einer ersten Position, in der sie jeweilige fest mit dem drehbaren Teil verbundene Zusammenfügungsmittel und fest mit dem stationären Teil verbundene Zusammenfügungsmittel miteinander verbinden, wodurch der drehbare Teil fest mit dem stationären Teil verbunden wird, und einer Position, in der solche Verbindungsmittel gegenüber den Zusammenfügungsmitteln axial außer Eingriff sind, was es ermöglicht, dass der drehbare Teil durch den Elektromotor in Bezug auf den stationären Teil in Drehung versetzt wird, beweglich sind.
Spannfutter der oben angegebenen Art sind auf dem Gebiet der Technik bekannt und werden allgemein dazu verwendet, sowohl feststehende Werkzeug zu haltern, die zum Ausführen von Drehvorgängen geeignet sind, als auch drehbare Werkzeuge, die zum Ausführen von Bohr- oder Fräsvorgängen geeignet sind.
Wenn Werkzeuge für Drehvorgänge verwendet werden, ist der drehbare Teil des Spannfutters mit dem stationären Teil verriegelt und fest verbunden; wenn hingegen Werkzeuge für Bohr- oder Fräsvorgänge verwendet werden sollen, wird der drehbare Teil zur Drehung freigelassen und wird durch den Elektromotor angetrieben, der auf herkömmliche Weise einen integralen Teil des Spannfutters selbst bildet.
Ein Beispiel eines solchen Mechanismus ist im Dokument EP-A-0887134 dargestellt.
Gemäß dem oben angegebenen Stand der Technik kommen, wenn der bewegbare Teil des Spannfutters mit dem stationären Teil verriegelt ist, üben die Verbindungsmittel, die gleichzeitig mit den Zusammenfügungsmitteln in der Form von Hirth-Zähnen in Eingriff stehen, die sowohl auf dem drehbaren als auch auf dem feststehenden Teil angebracht sind, einen Axialschub auf den drehbaren Teil aus.
Ein solcher Schub tendiert dazu, auf die jeweils zwischen dem stationären Teil und dem drehbaren Teil angeordneten Lager übertragen zu werden.
Im einzelnen wird der Schub auf die Hülse der Lager übertragen, die kraftschlüssig auf das drehbare Teil aufgebracht ist, womit ein Zwischenraum von unkontrollierter Größe am Lager und ohne irgendeine Möglichkeit des Ausgleichs gebildet wird, wenn der drehbare Teil vom stationären Teil abgenommen wird, und er daher seine spezifische Aufgabe des Antriebs von Drehwerkzeugen wieder übernehmen muss.
Dies ist ein erheblicher Nachteil, da aus diesem Grund die Bearbeitungsgänge durch Ungenauigkeiten beeinträchtigt sind, die mit den herkömmlichen Toleranzen nicht kompatibel sind.
Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Spannfutter der in der Einführung angegebenen Art bereitzustellen, das mit einem Mechanismus zum Ver- und Entriegeln des drehbaren Teils in Bezug auf den stationären Teil versehen ist, was es gestattet, die Ungenauigkeiten bei den Bearbeitungsgängen zu verringern, welche sich aus der unkontrollierten Bildung von Zwischenräumen zwischen den dem Schub der Verbindungsmittel ausgesetzten Teilen ergeben.
Die Aufgabe wird durch ein Spannfutter gemäß Anspruch 1 mit den beigefügten Zeichnungen erfüllt.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein Beispiel einer Ausführungsform beschrieben, das nur zur Erläuterung dient und keinen einschränkenden Zweck verfolgt, und das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen zeigen:
1 das Spannfutter gemäß der Erfindung im Längsschnitt in der Position, in der die gezahnten Zusammenfügungsmittel außer Eingriff sind und der drehbare Teil sich frei drehen kann,
2 den Mechanismus von 1 in der Position, in der die gezahnten Zusammenfügungsmittel mit den Verbindungsmitteln in Eingriff stehen und der drehbare Teil mit dem stationären Teil verriegelt und fest mit diesem verbunden ist,
3 eine vergrößerte Detailansicht der 1,
4 eine vergrößerte Detailansicht der 2,
5 eine vergrößerte Ansicht des Mechanismus zum Ausgleichen der Zwischenräume in der Position, in der der drehbare Teil sich frei um seine Achse drehen kann, und
6 eine vergrößerte Ansicht des Mechanismus der 5 in der Position, in der der drehbare Teil mit dem feststehenden Teil verriegelt ist.
In den vorher beschriebenen Figuren ist ein Spannfutter des Typs, der direkt von einem Elektromotor, der am Spannfutter selbst eingebaut ist, angetrieben wird, insgesamt mit 1 bezeichnet.
Der stationäre Teil des Spannfutter ist mit 2 angegeben; er ist dazu bestimmt, beispielsweise mit einer herkömmlichen, nicht dargestellten Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehbank, verbunden zu werden.
Andererseits ist der drehbare Teil des Spannfutters mit 3 angegeben. Er ist mit dem stationären Teil 2 über eine erste Gruppe von Lagern 4 und eine zweite Gruppe von Lagern 5 vom Wälzkontakttyp wie z. B. einem Kugellager, verbunden.
Die jeweilige äußere Hülse 4a und 5a der Lager ist jeweils mit dem stationären Teil 2 des Spannfutters verbunden, während die jeweilige innere Hülse 4b und 5b jeweils mit dem drehbaren Teil 3 kraftschlüssig verbunden ist. Dieser ist mit einer Vorrichtung ausgestattet, die insgesamt mit 6 bezeichnet wird, und zwar zum Festklemmen und Festhalten eines nicht dargestellten Werkzeugs, das, wie nachstehend erläutert wird, ein feststehendes Werkzeug zum Drehen oder ein Drehwerkzeug, beispielsweise eine Bohrerspitze oder ein Fräskopf, sein kann.
Das Spannfutter umfasst einen Mechanismus zum Verriegeln des drehbaren Teils 3 am stationären Teil 2 entsprechend dem auszuführenden Arbeitsgang und somit entsprechend der Art von Werkzeug, die in die Vorrichtung 6 des drehbaren Teils einzusetzen ist. Ein solcher Mechanismus besteht aus einer ersten Zahnkrone (toothed crown) vom Hirth-Typ, die mit 7 angegeben ist und fest mit dem stationären Teil 2 verbunden ist, welcher in Übereinstimmung mit dem vorderen Teil 2a einer zweiten Zahnkrone 8 angeordnet ist, die ebenfalls vom Hirth-Typ ist und fest mit dem drehbaren Teil 3 verbunden ist, und einer dritten Zahnkrone 9, die durch ein ringförmiges Element getragen wird, das in einem ringförmigen Hohlraum untergebracht ist, welcher zwischen dem stationären Teil 2 und dem drehbaren Teil 3 ausgebildet ist.
Die Zahnkronen 7 und 8 bilden jeweils die Zusammenfügungsmittel des stationären und des drehbaren Teils, während die Zahnkrone 9 das Verbindungsmittel bildet, das zum In-Eingriff- und Außer-Eingriff-Bringen der Zusammenfügungsmittel geeignet ist.
Die Zahnkrone 8, die fest mit dem drehbaren Teil 3 verbunden ist, ist über mehrere Schrauben 8a mit diesem verbunden und ist konzentrisch in Bezug auf die Zahnkrone 7 angeordnet, welche fest mit dem stationären Teil verbunden und axial mit einer Schulter 2b des stationären Teils 2 ausgerichtet ist.
Das ringförmige Element 10 mit der Zahnkrone 9 ist axial zu den Zahnkronen 7 und 8 hin bewegbar, um mit diesen in Eingriff zu kommen und damit den drehbaren Teil 3 des Spannfutters am stationären Teil 2 zu verriegeln, womit dieser an einer Drehung gehindert wird.
Mit einer umgekehrten axialen Bewegung wird das ringförmige Element 10 von den Zahnkronen 7 und 8 weg bewegt, womit der drehbare Teil 3 entriegelt wird und somit wieder in Drehantrieb durch den herkömmlichen, darin integrierten Elektromotor angetrieben werden kann, der schematisch durch seine elektrische Wicklung 12 dargestellt ist.
Das ringförmige Element 10 verhält sich daher als herkömmlicher Hydraulikkolben innerhalb des Hohlraums 11, wobei sein Zylinder durch das Dazwischenfügen herkömmlicher Dichtungsmittel gebildet wird.
Es ist anzumerken, dass gemäß der definierten Darstellung der 4, wenn der drehbare Teil 3 am stationären Teil 2 verriegelt ist, der von dem ringförmigen Element 10 auf die Zahnkrone 8 ausgeübte Schub gegen die Schulter 2b des stationären Teils 2 drückt.
Außerdem legt die gleiche Schulter 2b eine feststehende Anlageebene fest, gegen die der drehbare Teil 3, wenn er verriegelt ist, anliegt, wobei der volle Vorteil der Arbeitsgenauigkeit des mit dem Teil verbundenen Werkzeugs besteht.
Gemäß der Erfindung werden daher die Gruppen von Lagern 4 und 5, wenn der sich drehende Teil 3 am stationären Teil 2 verriegelt ist, nur wegen der Größe des Zwischenraums beansprucht, der notwendig ist, um den drehbaren Teil 3 axial zu der Schulter 2b des stationären Teils hin zu bewegen, wobei der weitere Schub, der von der Zahnkrone 9 auf die Zahnkronen 7 und 8 ausgeübt wird, von der Schulter 2b aufgenommen wird.
Gemäß der Erfindung ist das Spannfutter mit einem Mechanismus ausgestattet, der, wenn der drehbare Teil 3 vom stationären Teil 2 durch das Außer-Eingriff-Bringen der Verbindungskrone 9 mit den Kronen 7 und 8 entriegelt wird, die Wiederherstellung des Zwischenraumaufbaus in den Gruppen von Lagern 4 und 5 während der Verriegelungsperiode gestattet und sicher stellt, dass der drehbare Teil 3 vollkommen frei drehbar und insbesondere nicht mit der Schulter 2b in Eingriff ist, wie in näheren Einzelheiten in 3 dargestellt ist.
Ein solcher Mechanismus umfasst einen Ring 13, der zwischen der Gruppe von Lagern 5 und dem stationären Teil 2 angeordnet ist. Genauer gesagt steht mit einem solchen Ring 13 die äußere Hülse 5a der Lager in Eingriff. Sie kann axial innerhalb eines Hohlraums 14 bewegt werden, der zwischen dem drehbaren Teil 3 und dem stationären Teil 2 ausgebildet ist, und zwar unter dem Schub bzw. Druck mehrerer elastischer Elemente 15, beispielsweise von Spiralfedern, welche gegen die Basis 16 der jeweiligen in dem feststehenden Teil 2 ausgebildeten Gehäuse 17 reagiert.
Solche elastische Elemente sind vorbelastet, so dass sie einen Druck auf den Ring 13 in der entgegengesetzten Richtung zu der ausüben, gemäß dem das die Zahnungen 9 tragende Ringelement 10 wirkt, wenn es das Verriegeln der Hirth-Zahnungen 7 und 8 festlegt.
Der Mechanismus zur Wiederherstellung des Zwischenraums umfasst auch eine Sicherheitsvorrichtung, die arbeitet, wenn der drehbare Teil 3 in Bezug auf den feststehenden Teil 2 frei drehbar ist.
Der Mechanismus besteht aus einem ringförmigen Element 18, das innerhalb eines ringförmigen Hohlraums 19 untergebracht ist, der ebenfalls in dem feststehenden Teil 2 des Spannfutters ausgebildet ist. Wie in näheren Einzelheiten in 5 dargestellt ist, liegt das ringförmige Element 18 axial mit seiner Ringebene 18a dem Ring 13 gegenüber, bezüglich dem es um einen vorbestimmten axialen Zwischenraum G getrennt ist.
Ein solcher Zwischenraum G ist durch die axiale Bewegung des Elements 18 festgelegt, das sich in dem Hohlraum 19 funktional wie ein Zylinder verhält, der von den Scheiben 20 und 21 und von dem in der Kammer 19a induzierten Druck festgelegt ist.
Sollte der Ring 13 während des Betriebs mit dem Drehwerkzeug einen übermäßigen axialen Schub mit dem daraus folgenden Risiko empfangen, dass er ebenfalls eine merkliche axiale Bewegung in der Verriegelungsrichtung erfährt, wird der Ring selbst von dem Ringraum 18a festgehalten, der als Schulter für das Element 13 wirkt, nachdem dieses über den Zwischenraum G hinausgegangen ist.
Während des Betriebs mit feststehenden Werkzeugen ist somit mit den in Eingriff stehenden Zahnungen 7, 8 und 9, wobei der Hydraulikdruck in der Kammer 19a auf Null abfällt die axiale Bewegung des Ringelements 18 möglich, das von dem Ring 13 geschoben wird.
Aus den obigen Ausführungen ist klar, dass am Ende einer Arbeitsstufe, bei der zum Ermöglichen des Eingriffs mit einem feststehenden Werkzeug das Spannfutter eingesetzt wurde, wobei sein drehbarer Teil mit dem stationären Teil über den Eingriff der Zahnungen 7 und 8 mit der Zahnung 9 verriegelt war, zu der Position zurückgegangen werden kann, in der das Spannfutter mit einem drehbaren Werkzeug arbeitet, wobei die Zahnungen 7 und 8 durch die Axialbewegung des Elements 10 freigesetzt werden.
Gleichzeitig zu einem solchen Vorgang werden die Zwischenräume, die sich infolge der axialen Bewegung des drehbaren Teils 3 gebildet hatten und die sich aus dem Schub des Ringelements 10 gegen die Zahnung 8 ergaben, vollständig durch die von den Federn 18 gegen den Ring 13 ausgeübte Wirkung ausgeglichen, die seinerseits die Ausgleichswirkung des axialen Zwischenraums auf die Gruppen von Lagern 5 und 4 überträgt.
Außerdem wird die Beabstandung der Zahnkrone 8 von der Schulter 2b und damit die Freiheit der Drehung des drehbaren Teils 3 des Spannfutters ohne Störung des stationären Teils 2 gewährleistet. Das Spannfutter gemäß der Erfindung ermöglicht daher einen Betrieb mit zwei unterschiedlichen Arten von Werkzeug, einem feststehenden und einem sich drehenden, mit einem hohen Grad der Arbeitsgenauigkeit.

Claims

Spannfutter (1), insbesondere Elektro-Spannfutter in Werkzeugmaschinen, mit einem stationären Teil (2), der einen Hohlraum (3a) festlegt, der sich longitudinal entsprechend einer Drehachse (X-X) des Spannfutters (1) erstreckt und fest mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, sowie einem drehbaren Teil für die Halterung und alternative Positionierung von feststehenden Werkzeugen und drehbaren Werkzeugen zum Bohren und/oder Fräsen, die von einem Elektromotor angetrieben in dem Hohlraum (3a) positioniert und von diesem über eine erste (4) und zweite (5) Gruppe von Wälzkontaktlagern gelagert sind, deren äußere Hülse (4a, 5a) fest mit dem stationären Teil (2) verbunden ist, während die innere Hülse (4b, 5b) fest mit dem drehbaren Teil (3) verbunden ist, wobei die Gruppen von Lagern (4, 5) axial entlang der Drehachse (X-X) des Spannfutters beabstandet sind, sowie mit Verbindungsmitteln (9, 10), die zwischen einer ersten Position, in der sie jeweilige fest mit dem drehbaren Teil (3) verbundene Zusammenfügungsmittel (8) und fest mit dem stationären Teil (2) verbundene Zusammenfügungsmittel (7) miteinander verbinden, wodurch der drehbare Teil (3) fest mit dem stationären Teil (2) verbunden wird, und einer Position, in der solche Verbindungsmittel (9, 10) gegenüber den Zusammenfügungsmitteln (7, 8) axial außer Eingriff sind, was es ermöglicht, dass der drehbare Teil (3) durch den Elektromotor (12) in Bezug auf den stationären Teil (2) in Drehung versetzt wird, beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass es eine ringförmige Schulter (2b) umfasst, die konzentrisch in Bezug auf den drehbaren Teil (3) entsprechend dem fest mit diesem verbundenen Zusammenfügungsmittel (8) angeordnet ist, wobei die Schulter (2b) eine Lagerebene für das Zusammenfügungs mittel (8) des drehbaren Teils (3) in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen der von den Verbindungsmitteln (9, 10) ausgeübten Verriegelung bestimmt, sowie einen Abstands-Wiederherstellungsmechanismus (13, 15), der nur dann operativ ist, wenn der drehbare Teil (3) frei um den stationären Teil (2) drehen kann, um so das Loslösen des drehbaren Teils (3) von der Schulter (2b) sicherzustellen.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstands-Wiederherstellungsmechanismus einen Ring (13) aufweist, der konzentrisch in Bezug auf den drehbaren Teil (3) innerhalb eines ersten ringförmigen Hohlraums (14) des stationären Teils (2) angeordnet ist, wobei der Ring (13) als Lager bzw. Halterung der äußeren Hülse (5a) der Lager (5) wirkt, die zu der Gruppe von Lagern gehören, die axial von den Verbindungsmitteln (9, 10) und den Zusammenfügungsmitteln (7, 8) beabstandet sind und sich axial frei in Bezug auf den Hohlraum (14) bewegen können, sowie ein elastisches Element (15), das zwischen dem Ring (13) und dem stationären Teil (2) angeordnet ist und eine Schubkraft auf den Ring (13) in der entgegengesetzten axialen Richtung zu der der Verriegelung der Verbindungsmittel (9, 10) ausübt.
Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (9, 10) und das fest mit dem stationären Teil (2) verbundene Zusammenfügungsmittel (7) sowie das fest mit dem drehbaren Teil (3) verbundene Zusammenfügungsmittel (8) durch ringförmige Elemente gebildet sind, die mit einer Frontverzahnung des Hirth-Typs versehen sind.
Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (9, 10) zum Verbinden des fest mit dem drehbaren Teil (3) verbundenen Zusammenfügungsmittels (8) mit dem fest mit dem stationären Teil (2) verbundenen Zusammenfügungsmittel (7) durch einen jeweiligen ringförmigen Hydraulikzylinder (10) betätigt werden, der konzentrisch in Bezug auf den drehbaren Teil (3) angeordnet ist.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein ringförmiges Element (18) aufweist, das in einem zweiten ringförmigen Hohlraum (19) aufgenommen ist und als Hydraulikkolben und Zylinder wirkt, um das Ende (18a) des Elements (18) an einem vorbestimmten axialen Abstand (G) von dem Ring (13) zu positionieren, wobei das Ende (18a) einen axialen Anschlag des Rings (13) bildet, welcher dessen Bewegung in der Bewegungsrichtung der Verbindungsmittel (9, 10) zu den Zusammenfügungsmitteln (7, 8) hin begrenzt.