DE69002172T2 - Werkzeugspannvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klemmvorrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer Zugstange, die im Inneren der Maschine axial hin- und herbewegbar und so angeordnet ist, daß sie einen konischen Werkzeugschaft bzw. -dorn mit Hilfe einer lösbaren und koaxialen Klemmhülse bzw. koaxial geklemmten Hülse hält.
• Es besteht ein zunehmendes Bedürfnis nach Werkzeugklemmvorrichtungen, die in Werkzeugmaschinen zuverlässig sind. Üblicherweise wird das Werkzeug mit Hilfe eines konischen Abschnittes gehaltert, der das Werkzeug in der Spindel zentrieren und radiale und axiale Kräfte, welche auf das Werkzeug einwirken, absorbieren soll. Es gibt auch ein zunehmendes Bedürfnis nach Vorrichtungen, welche es ermöglichen, daß Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen automatisch durchgeführt werden.
• Eine bekannte Klemmvorrichtung ist in der US-A-2,713,811 beschrieben. Gemäß dieser Konstruktion wird ein Zugzapfen von einer Klemmhülse mit Hilfe von Verriegelungskugeln gehalten. Die Kugeln bewirken jedoch aufgrund der kleinen Kontaktpunkte zwischen den Kugeln und der Hülse und/oder dem Zugzapfen und angesichts der sehr großen Zugkräfte Beschädigungen wie z.B. Eindrückungen bzw. Einbrüche in den Kontaktflächen. Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Klemmvorrichtung bereitzustellen, die das Übertragen wesentlich größerer Zugkräfte ermöglicht, als es bisher mit anderen, zur Verfügbaren Vorrichtungen möglich war.
• Weiterhin gehört es zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugklemmvorrichtung bereitzustellen, die weniger Platz erfordert als die bisher verfügbaren.
• Daneben soll die vorliegende Erfindung eine solche Klemmvorrichtung bereitstellen, welche eine kurze axiale Verschiebung der Klemmhülse in Verbindung mit dem Wechsel von Werkzeugen ermöglicht.
• Schließlich ist es Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Klemmvorrichtung bereitzustellen, die aus wenigen Einzelteilen besteht und damit einen vereinfachten Aufbau bzw. eine vereinfachte Konstruktion der Vorrichtung ermöglicht.
• Die Erfindung wird jetzt genauer in Verbindung mit einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beschrieben.
• Figur 1 zeigt eine Längsschnitt einer Werkzeugmaschinenspindel und einer darin vorgesehenen Klemmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Figur 2 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie II-II in Figur 1 auf einen Klemmring, der ein Teil der Klemmvorrichtung ist.
• Figur 3 ist eine Seitenansicnt eines Zugzapfens, weicher Teil der vorliegenden Erfindung ist.
• Figur 4 zeigt links von der Mittellinie die in den Figuren 1 dargestellte Vorrichtung in der geklemmten Position und rechts von der Mittellinie die Vorrichtung in ihrer Freigabeposition.
• In den Figuren ist eine Werkzeugmaschinenspindel mit 10 bezeichnet. Die Spindel wird in der üblichen Art und Weise betrieben und deshalb sind die hierfür benutzten Einrichtungen nicht dargestellt. Ein konischer Dorn 12, der bezüglich einer zentralen Achse 11 symmetrisch ist, ist in einer entsprechend konisch gestalteten Aussparung bzw. Aufnahme 13 in der Maschinenspindel 10 aufgenommen. Der konische Dorn 12 soll an einem Endabschnitt ein (nicht dargestelltes) Werkzeug tragen, wobei an diesem Endabschnitt auch ein Halteflansch 14 vorgesehen ist. An dem entgegengesetzten Endabschnitt ist der Werkzeugdorn mit einer Gewindebohrung 15 versehen, in welcher ein Zugzapfen 17, der ein Außengewinde 16 hat, in Schraubeingriff steht. Wahlweise könnte das untere Ende des Zugzapfens auch einstückig mit dem konischen Dorn 12 ausgebildet sein oder es könnte lösbar mit dem Dorn mit irgendeiner anderen Art von Klemmeinrichtung verbunden sein.
• Eine Klemmvorrichtung, welche ein Werkzeug und einen konischen Dorn trägt bzw. haltert, ist im Inneren der Maschinenspindel vorgesehen, wobei die Klemmvorrichtung eine Zugstange 18 aufweist, deren unteres Ende einen radialen Flanschabschnitt 19 trägt bzw. hat, der mit einem Außengewinde 20 versehen ist, so daß er in Schraubeingriff mit einem entsprechenden Innengewindeabschnitt 21 einer Klemmhülse 22 stehen kann, die bezüglich der Zugstange koaxial angeordnet ist, wobei ein elastischer Verriegelungsring 24 in einer inneren Aussparung 23 der Hülse aufgenommen ist. Der Verriegelungsring 24 hat in seiner Freigabeposition einen äußeren Durchmesser, welcher dem Durchmesser der Aussparung bzw. Bohrung 23 entspricht. Der konische Dorn 12 wird von dem Zugzapfen 17 getragen, welcher in der Klemmhülse 22 dadurch getragen wird, daß der Verriegelungsring 24 so angeordnet wird, daß er teilweise in einer ringförmigen Aussparung 25 an dem Zugzapfen aufgenommen ist, während er an einer Anlagefläche 26' in Halterungs- bzw. Stützanlage steht, die bereitgestellt wird durch Verengen der Eintrittsbohrung der Hülse mit Hilfe eines sich radial nach innen erstreckenden Flanschabschnittes 27. Diese Anlagefläche 26' ist als der untere Endabscnnitt einer geneigten Übergangsfläche 26" zwischen der zentralen Bohrung 23 der Hülse und der sich axial erstreckenden inneren Fläche 28 des Flanschabschnittes 27 vorgesehen. Es ist wichtig, daß die Anlagefläche 26' ein sanft gerundetes Profil hat, das so genau wie möglich dem Profil des Verriegelungsringes 24 entspricht. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer ausreichend großen Kontaktfläche, was den Flächendruck verringert. Es ist wichtig, daß das Material der Anlagefläche 26', das Material in den Metallsegmenten 39 des Klemmringes und das Material in der ringförmigen Aussparung 25 der Zugstange aus einem gehärteten Material hergestellt sind, was die Wartung bzw. Aufrechterhaltung der gewünschten Abmessungsgrenzen ozw. Toleranzen der Vorrichtung erleichtert.
• Ein Halterungselement 29 ist ebenfalls in der Bohrung der Hülse 22 aufgenommen und besteht aus einem zentralen Halsabschnitt 30 sowie einem unteren, radial erweiterten Abschnitt 31, so daß man eine radiale Anlage 32 erhält, auf welcher eine Anzahl von Federscheiben 33 ruht. Die untere Endfläche des Halterungselementes 29 soll an dem Verriegelungsring 24 anliegen.
• In Richtung nach oben stützen sich die Federscheiben 33 gegen eine sich radial erstreckende Unterlegscheibe 34 ab, die um den Halsabschnift 30 herum liegt und mit Hilfe eines ringförmigen Schnappringes 35 oder einer ähnlichen Vorrichtung gegen eine axiale Verschiebung gesichert ist.
• Das Halterungselement 29 hat die Funktion einer Anlage bzw. Abstützung für den Verriegelungsring 24 während der Eingriffsphase bzw. Eintrittsphase. Es soll also eine Haltekraft bereitstellen, die größer ist, als die Axialkraft, die durch Reibung und Stöße auf den Konuswinkel der Fläche 26 den Verriegelungsring beeinflußt wenn die Klemmhülse nach rückwärts verschoben wird. Es muß also in axialer Richtung fixiert sein, was dadurch bewerkstelligt wird, daß eine Anzahl von Stiften 37 in Bohrungen 36 um den Flanschabschnitt 19 herum vorgesehen werden, so daß es über die Scheibe 34 und die vorgespannten Federscheiben 33 in seiner Lage bezüglich der Spindel 10 gehalten wird.
• Ein Verriegelungsring 24 ist für den Zweck vorgesehen, den Werkzeugdorn 12 und den damit verbundenen Zugzapfen 17 aufzunehmen bzw. zu tragen. Dieser Verriegelungsring 24 hat vorzugsweise die Form eines O-Ringes, der aus einer Anzahl von beabstandeten Metallsegmenten 39 besteht, welche in der O-Ring-Form über vulkanisierte Gummiabschnitte 40 in der in Figur 2 dargestellten Art zusammengehalten werden. Dies gibt dem Ring 24 die Eigenschaft bzw. Fähigkeit, zusammengedrückt zu werden, wobei er gleichzeitig eine gute Tragfestigkeit bzw. Tragfähigkeit hat, so daß er in axialer Richtung den Werkzeugdorn 12 über den Zugzapfen 17 tragen kann.
• Der Zugzapfen 1 7 ist mit einer ringförmigen Aussparung 25 für die Aufnahme des Verriegelungsringes 24 versehen, an deren beiden Seiten sich in axialer Richtung erstreckende Führungsflächen 41 und 42 vorgesehen sind. Die axial untere Führungsfläche 41 soll an der Innenfläche 28 der Klemmhülse 22 mit Spielpassung gleiten, während die obere Führungsfläche 42 in ähnlicher Weise an der inneren, sich axial erstreckenden Fläche 28 der Klemmhülse während der Montagephase gleiten soll. Der Zugzapfen 17 ist außerdem mit einem abgeschrägten Einführabschnitt 44 versehen dessen axiale Erstreckung so ausgewählt wird, daß beim Vollenden der Klemmung des Werkzeugdornes 12 mit Hilfe der Zugstange 18 die obere Stirnfläche 45 des Zugzapfens 17, die sich senkrecht zu der Zentralachse 11 erstreckt in Anlage mit einer zentral angeordneten Endfläche bzw. Stirnfläche 46 des Halterungselementes 29 gebracht wird. Es hat sich herausgestellt, daß es zweckmaßig ist, die Tiefe der Aussparung 25 in dem Zugzapfen 17 im wesentlichen gleich der Hälfte oder etwas weniger als den Querschnittsdurchmesser des Verriegelungsringes 24 zu machen. Weiterhin sollten beide Führungsflächen 41 und 42 des Zugzapfens 17 konzentrisch sein und denselben Durchmesser haben, um das Einführen und die Montage des Zugzapfens in der Klemmhülse 22 zu erleichtern. Um die Axialposition des Zugzapfens bezüglich des konischen Dornes 12 klar festlegen zu können, ist der Zugzapfen 17 mit einem radialen Flansch 47 versehen, der zwischen dem oberen Ende des Gewindeabschnittes 16 und der Führungsfläche 41 liegt wobei dieser Flansch so angeordnet ist, daß er an die Stirnfläche 48 des Dornes 12, welche der Maschinenspindel zugewandt ist, anschlägt.
• In der dargestellten Ausführungsform ist die Zugstange 18 axial hinter dem Paket von Federscheiben bzw. Federringen 33 angeordnet. Die Freigabebewegung wird bewirkt durch eine geeignete Druckkraft, die auf die Zugstange 18 ausgeübt wird und ausreichend ist, um die Zugstange 18 und die damit fest verbundene Klemmhülse 22 nach unten zu drücken, wodurch der Verriegelungsring 24 sich ausdehnen kann aufgrund der Neigung der Übergangsfläche 26" und die auf der rechten Seite der Mittelachse 11 in Figur 4 dargestellte Position annehmen kann. Damit gibt man dem Verriegelungsring 24 die Möglichkeit, entlang der Übergangsfläche 26" zu gleiten und durch seine natürliche Ausdehnung eine Position anzunehmen, in welcher er aus der ringförmigen Aussparung 25 des Zugzapfens 17 freigegeben ist und damit ermöglicht, daß letzterer in axialer Richtung freigegeben wird, um einen Werkzeugwechsel vorzusehen bzw. vorzunehmen.
• Wenn ein neuer Werkzeugdorn 12 in der Spindel 10 montiert werden soll, wird die axiale Verschiebung der Zugstange 18 nach hinten bewirkt. Was dabei passiert, ist daß der Verriegelungsring 24 einer Kompression ausgesetzt wird, indem er so angeordnet ist, daß er entlang der Übergangsfläche 26" gleitet bzw. gleiten muß und allmählich seine Position an der Anschlagfläche 26' annimmt, wie es auf der linken Seite der Mittelachse in Figur 4 dargestellt ist. Wenn die tatsächliche Zugkraft in der Zugstange 18 aufgebaut wird, wird der Dorn in seine feste Position in der konischen Bohrung 13 in der Spindel 10 verschoben. Der kurze Abstand, der für die Verschiebung der Stange 18 erforderlich ist, wird auch für die axiale Verschiebung des Halterungselementes 29 bezüglich der Spindel 10 nacn hinten benötigt. Diese zusätzliche axiale Verschiebung wird durch das Packet von Federringen 33 aufgefangen, welches in die auf der linken Seite der Mittelachse in Figur 4 dargestellte Lage zusammengepreßt wird.
• Die Klemmvorrichtung ist hier als zweckmäßig in einem Werkzeugklemmsystem für drehbare Werkzeuge beschrieben worden. Sie ist jedoch auch nützlich und zweckmäßig für das verbinden von stationären Drehwerkzeugen mit einer Werkzeugmaschine ebenso wie in Verbindung mit anderen Arten von Werkzeughaltern als herkömmlichen Dornen.

Claims (10)

1. Werkzeugklemmvorrichtung mit einer Zugstange (18), die im Inneren einer Maschinenspindel (10) axial hin- und herbewegbar ist und so angeordnet ist, daß sie einen Werkzeugdorn (12) mit Hilfe einer lösbar und koaxial geklemmten Hülse (22) haltert, wobei der Werkzeugdorn (12) so angeordnet ist, daß er von einem Zugzapfen (17) getragen wird, der mit der geklemmten Hülse (22) verbunden ist, wobei der Abschnitt des Zugzapfens (17), der von der Spindel (10) abgewandt ist, einstückig oder lösbar mit dem Dorn verbunden ist, während das entgegengesetzte Ende des Zugzapfens von der geklemmten Hülse (22) über eine Verriegelungseinrichtung (24) getragen wird, die in Anlage mit einer Anschlagfläche (26') in der Hülse angeordnet ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (24) in der verriegelten Position teilweise in einer ringförmigen, komplementär geformten Aussparung (25) an dem Zugzapfen (17) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung ein Verriegelungsring (24) ist, der im wesentlichen in Form eines O-Ringes hergestellt ist und aus einer Mehrzahl von Metallsegmenten (39) besteht, die über Gummisegmente (40) miteinander verbunden sind.

2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Zugzapfens (17) einen äußeren Gewindeabschnitt (16) für den Eingriff mit einem entsprechenden Innengewinde (15) des Werkzeugdornes (12) hat.

3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halterungselement (29), welches von einem Paket von federnden Unterlegscheiben (33) vorgespannt ist, im Inneren der geklemmten Hülse (22) unter Anlage an den Verriegelungsring (24) vorgesehen ist.

4. Klemmvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungselement (29) mit einem Halsabschnitt (30) versehen ist, der zentral innerhalb der Packung von Federscheiben angeordnet ist, und mit einem Flanschabschnitt (31) mit einer radialen Anlagefläche (32) versehen ist, an welcher die Federscheiben (33) sich abstützen, während der sich axial erstreckende Abschnitt des Flanschabschnittes (31) so angeordnet ist, daß er an aer inneren, hohlen Wand (23) der geklemmten Hülse (22) mit Spielpassung gleitet, während die vorn liegende Stirnfläche des Halsabschnittes (30) in Anlage mit dem Verriegelungsring (24) angeordnet ist.

5. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsfläche (26") zwischen der inneren hohlen Wand (23) und der Anlagefläche (26') in der Klemmhülse (22) vorgesehen ist, wobei die Übergangsfläche als eine Halterungsfläche bereitgestellt wird und bezüglich der Längsachse der geklemmten Hülse geneigt ist.

6. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring (24) und die ringförmige Aussparung (25) für seine Aufnahme auf dem Zugzapfen (17) in ihrem Profil sanft abgerundet sind, wobei die Anlagefläche (26') für die Aufnahme des Verriegelungsringes (24) ein entsprechend abgerundetes Profil hat.

7. Klemmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Aussparung (25) in der Zugstange (17) im wesentlichen die Hälfte des Durchmessers des Verriegelungsringes oder weniger beträgt.

8. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Klemmhülse (22), welcher von der Maschinenspindel abgewandt ist, durch Vorsehen eines sich radial nach innen erstreckenden Flanschabschnittes (27) verjüngt ist, wobei die sich axial verjüngende innere Oberfläche (28) als eine Gleitfläche gegenüber einer entsprechenden Führungsfläche (41) auf der Zugstange vorgesehen ist, wodurch die innere Übergangsfläche zwischen der Fläche (28) und der Lochwand (23) die Anlagefläche (26') für den Verriegelungsring (24) und die hintere Übergangsfläche (26") aufweist.

9. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugzapfen (17) mit ersten und zweiten Führungsflächen (41, 42) versehen ist, die in axialem Abstand liegen und dafür vorgesehen sind, die Montage zu erleichtern.

10. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (17) ein solches axiales Maß hat, daß die axial obere Stirnfläche (45) derselben in Anlage mit der unteren Stirnfläche (46) des Halterungselementes (29) kommt, wenn sich die Vorrichtung in ihrer verriegeiten Stellung befindet.