DE69701320T2 - Rotierendes Werkzeug für Werkzeugmaschine und Werkzeugsmaschine die dieses Werkzeug verwendet - Google Patents

Description

Rotierendes Werkzeug und damit ausgerüstete Werkzeugmaschine
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein rotierendes Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und wie z. B. aus EP-A-0 123 156 bekannt.
• Die Erfindung betrifft außerdem eine Werkzeugmaschine mit einer rotierenden Spindel und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Kopierfräsmaschinen zur spanabhebenden Formgebung von Werkstücken aus Holz, wie längliche Teile für Möbel, Stühle und dergleichen.
• Es wird nachstehend häufig Bezug auf Kopierfräsmaschinen genommen, das heißt auf den Typ, bei dem die Bewegung des Werkzeugs im Verhältnis zu dem Werkstück durch eine Schablone gesteuert wird, die das Profil reproduziert, welches das spanabhebend zu formende Werkstück annehmen soll, oder durch eine zentrale numerische Steuereinheit unter Verwendung eines Programms, das die Reproduktion der Bewegungen ermöglicht, mit denen die Herstellung des gewünschten Profils erfolgt. Das liegt daran, daß es die vorliegende Erfindung (wie unten erläutert) möglich macht, spezielle Vorteile zu erzielen, wenn sie bei solchen Maschinen angewandt wird. Es versteht sich ferner, daß die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist.
• Zur Zeit werden Werkzeuge, die mit einem konischen Zapfen zum Fixieren an der Spindel ausgerüstet sind, mit einem Zapfen hergestellt, der sich axial über die Arbeitsfläche des Werkzeugs hinaus erstreckt. Diese werden typischerweise in Werkzeugmaschinen zur spanabhebenden Formgebung von Metallen verwendet.
• In gegenwärtig bekannten Kopierfräsmaschinen ist die Spindelwelle jeder Arbeitseinheit mit einem vorderen Bereich ausgestattet; auf den das Werkzeug geschoben wird, welches anschließend durch eine mit Gewinde versehene Ringmutter, die an das vordere Ende der Spindelwelle angeschraubt ist, verriegelt wird. Fig. 1 zeigt die herkömmliche Anordnung von zwei Spindeln einer Maschine dieses Typs, die mit Hilfe von zwei Werkzeugen zwei gegenüberliegende Seitenflächen eines Werkstückes P bearbeiten. Die Spindelwellen sind mit M bezeichnet, wobei M1 ihre vorderen Bereiche angibt, auf die die beiden Werkzeuge U aufgeschoben und durch die Ringmuttern G verriegelt werden. B gibt eine Einrichtung zum Einspannen des Werkstücks P auf der Bearbeitungsfläche L an.
• Der Mindestabstand zwischen den Flächen der Werkzeuge ist durch die radiale Abmessung der Lager der Spindelwelle vorgeschrieben. Diese Abmessung ist ihrerseits durch die großen Beanspruchungen bestimmt, denen diese mit hohen Drehzahlen (typischerweise der Größenordnung von 8 000 U/min) rotierenden Werkzeuge bei aufgebrachten Leistungen der Größenordnung von bis zu 20 PS (14,7 kW) ausgesetzt sind. Die Verwendung von herkömmlichen Werkzeugen mit einem konischen Zapfen für diesen Typ von Arbeitsmaschinen ist nicht möglich, weil dabei infolge des vorhandenen Zapfens das Werkzeug weiter weg von den Lagern der Spindel bewegt werden müßte, was eine Zunahme der Biegespannungen an der Spindel und damit die Notwendigkeit der Erhöhung der Größe dieser Lagern mit sich bringen würde. Dieser Nachteil wird auch nicht durch eine Anordnung der konischen Übergangsstelle im Innern der Spindel überwunden, weil es auch dann eine Zunahme der Größe der Lager geben würde.
• In jedem Falle würde es die Verwendung von Werkzeugen mit einer konischen Übergangsstelle des herkömmlichen Typs in Kopierfräsmaschinen notwendig machen, die Maschine selbst neu zu konstruieren.
• Andererseits ist das in Fig. 1 veranschaulichte System zur Montage der Werkzeuge besonders unbequem, weil diese Werkzeuge eine große Höhe aufweisen (typischerweiese in der Größenordnung von 15 bis 20 cm), und die Funktioneinheiten keine Bewegung längs der Spindelachse ausführen.
• Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Werkzeugs mit einer konischen Steckverbindung, das es ermöglicht, die Einschränkungen der Verwendung der herkömmlichen Werkzeuge dieses Typs zu überwinden.
• Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Werkzeugs mit einer konischen Steckverbindung, das es ermöglicht, die Beanspruchungen an den Spindeln und die Größe der jeweiligen Lager zu reduzieren.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Werkzeugs mit einer konischen Steckverbindung, das in Werkzeugmaschinen verwendet werden kann, die parallele, gegenüberliegende Paare von Spindeln aufweisen, die in unmittelbarer Nähe zueinander arbeiten müssen.
• Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Werkzeugs mit einer konischen Steckverbindung, das besonders zur Verwendung in Kopierfräsmaschinen geeignet ist.
• Von einem anderen Standpunkt ist die Aufgabe der Erfindung die Herstellung einer Werkzeugmaschine mit einem Paar von Spindeln mit parallelen Achsen und mit einer konischen Steckverbindung zur Befestigung der Werkzeuge.
• Diese und andere Aufgaben sowie Vorteile, die Fachleuten auf diesem Gebiet vom Lesen des nachstehenden Textes deutlich werden, werden in der Praxis erreicht mit einem rotierenden Werkzeug mit einer konischen Steckverbindung, bei der die konische Oberfläche innerhalb eines in dem Werkzeug vertieft ausgebildeten Sitzes aufgenommen ist, das heißt in einer Position, in der sie im Verhältnis zur Arbeitsfläche des Werkzeugs, d. h. der Fläche, die mit Schneiden ausgestattet ist, nicht vorsteht. Der vertieft ausgebildete Sitz weist eine Form und Größe auf, welche die Einführung des Endes der Spindel ermöglichen, an welchem die die konische Steckverbindung vervollständigende, konische Oberfläche ausgebildet ist.
• Vorzugsweise bildet die konische Oberfläche in dem vertieften Sitz einen konischen Zapfen, der dem herkömmlicher Werkzeuge ähnlich, aber derart, daß der Abstand des Werkzeugs im Verhältnis zu den Lagern der Spindel reduziert und eine Zunahme von deren radialen Abmessungen vermieden wird.
• Nach einem besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die konische Oberfläche an einem Ende einer kleinen Welle ausgebildet, die in eine axiale Bohrung des Werkzeugs eingesetzt wird und in geeigneter Art und Weise an dem Werkzeug, zum Beispiel durch eine Ringmutter oder andere äquivalente Mittel verriegelt werden kann, die vorzugsweise an dem gegenüberliegenden Ende der kleinen Welle angebracht sind.
• Wenn das Werkzeug an den Enden der axialen Durchgangsbohrung mit zwei gegenüberliegenden, vertieften Sitzen versehen wird, ist es dann möglich, das Werkzeug in einer von zwei alternativen Stellungen zu montieren, indem einfach die Position der kleinen Welle in der Durchgangsbohrung umgekehrt wird und dadurch die konische Oberfläche wahlweise in dem einen oder anderen der beiden Sitze angeordnet wird.
• Weitere vorteilhafte Eigenschaften des erfindungsgemäßen Werkzeuges sind in den angefügten Patentansprüchen angegeben.
• Die Verwendung eines Werkzeugs des oben beschriebenen Typs in einer Werkzeugmaschine des zwei Spindeln mit parallelen Achsen (zum Beispiel eine Kopierfräsmaschine) aufweisenden Typs, macht es möglich, spezielle Vorteile zu erzielen. Tatsächlich ermöglicht es dieser spezielle Typ einer konischen Steckverbindung, die begrenzten radialen Abmessungen vorhandener Spindeln beizubehalten, um die Stellung der Arbeitseinheit im Verhältnis zu der das Werkstück haltenden Bank unverändert zu lassen, und ein leichtes Montieren und Demontieren des Werkzeugs von der Spindel sogar dann zu erreichen, wenn letztere keine Bewegung längs ihrer Achse durchführt.
• Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Maschine sind in den angefügten Patentansprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird besser verständlich, wenn der Beschreibung und der angefügten Zeichnung gefolgt wird, die ein praktisches, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Speziell zeigen in den Zeichnungen
• Fig. 1 eine Anordnung nach dem Stand der Technik;
• Fig. 2 eine seitliche Ansicht einer Kopierfräsmaschine, in der das erfindungsgemäße Werkzeug eine vorteilhafte Anwendung findet; und
• Fig. 3 und 4 eine Spindel mit dem zugehörige Werkzeug in jeweils demontiertem und montiertem Zustand.
• Fig. 1 (bereits beschrieben) veranschaulicht das herkömmliche System zum Montieren der Werkzeuge in einer Kopierfräsmaschine, wobei dessen allgemeiner Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Maschinen dieses Typs sind an sich bekannt und werden nur in dem Umfang beschrieben, der zum Verständnis der Erfindung notwendig ist. Für eine ausführlichere Beschreibung kann zum Beispiel auf das Italienische Patent, Nr. 1 238 927, Bezug genommen werden.
• Die Maschine weist eine Basis 1 mit einer Arbeitsfläche L auf, die in den Richtungen fL bewegbar ist, und an der durch eine Verriegelungseinrichtung B eine Schablone D und ein Werkstück P befestigt sind. Die Bezugszahlen 9, 10, 11 und 12 weisen auf Arbeitseinheiten mit Werkzeugen hin, die im allgemeinen durch U angegeben sind. Eine entsprechende Anordnung von Arbeitseinheiten ist an der gegenüberliegenden Seite vorgesehen.
• Der Aufbau der Spindeln und der Werkzeuge ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
• In diesen Abbildungen ist das Werkzeug im allgemeinen durch die Bezugszahl 21 angegeben und weist eine axiale Durchgangsbohrung auf, in der eine kleine Welle 23 eingesetzt und verriegelt ist. An den Enden der axialen Durchgangsbohrung sind innerhalb der axialen Länge A des Werkzeugs zwei vertiefte Sitze 25A, 25B vorgesehen. In dem Sitz 25A ist eine Verriegelungsringmutter 27 aufgenommen, die an das untere Ende der kleinen Welle 23 angeschraubt wird. Am gegenüberliegenden Ende weist die kleine Welle 23 eine konische Oberfläche 29 auf, die einen konischen Zapfen innerhalb des Sitzes 25B bildet. An der Basis der konischen Oberfläche 29 ist ein Bund 31 vorgesehen, der einen Anschlag an der Öffnung der axialen Bohrung zum Verriegeln der kleinen Welle bildet.
• Der durch die Oberfläche 29 gebildete konische Zapfen weist eine axiale Gewindebohrung 33 auf, in der sich ein zur Spindel axialer Stehbolzen 35 in Eingriff befindet, der an der Rückseite betätigt werden kann, um das Werkzeug an der Spindel 37 zu ergreifen. Letztere ist in Lagern 39, 41 gelagert und weist einen vorstehenden, vorderen Bereich 43 auf, der in der montierten Stellung (Fig. 4) in den vertieften Sitz 25B eingeführt ist. Der Spindelbereich 43 weist an der Innenseite einen konischen Hohlraum 45 auf, der den Aufnahmeteil der konischen Steckverbindung bildet, wobei deren Einsteckteil durch die Oberfläche 29 gebildet ist.
• Durch Abschrauben der Ringmutter 27 und Umkehren der Position der kleinen Welle 23 ist es möglich, den konischen Zapfen in den Sitz 25A einzusetzen und dadurch die Arbeitsposition des Werkzeugs umzukehren, um zum Beispiel zwei unterschiedliche Schneidprofile, die an benachbarten Bereichen des Werkzeugs angebracht sind, alternativ zu verwenden.
• Es wird verständlich, daß die Zeichnung nur ein Beispiel darstellt, das nur zur praktischen Erläuterung der Erfindung dient, wobei die Erfindung in Form und Anordnung verändert werden kann, ohne zudem den Umfang der Idee, welche die Erfindung bildet, zu verlassen. Die Verwendung von Bezugszahlen in den beiliegenden Ansprüchen hat den Zweck, das Lesen dieser Ansprüche mit Bezug auf die Beschreibung und die Zeichnung zu erleichtern, und begrenzt nicht den durch die Patentansprüche dargestellten Schutzumgfang.

Claims (11)

1. Rotierendes Werkzeug (U; 21), das mit einer rotierenden Spindel (36) einer Werkzeugmaschine kuppelbar ist, mit einer konischen Fläche (29) für den Eingriff in einen entsprechenden konischen Hohlraum (45) an der Spindel (37), dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche (29) innerhalb eines in dem Werkzeug (21) vertieft ausgebildeten Sitzes (25B) aufgenommen ist, wobei die Abmessung des Sitzes derart ist, daß er die Einführung des Endes (43) der Spindel (37) ermöglicht.

2. Werkzeug (U; 21) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche (29) am Ende einer kleinen Welle (23) vorgesehen ist, die innerhalb einer axialen Bohrung des Werkzeugs (U; 21) festgelegt ist.

3. Werkzeug (U; 21) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung an beiden Enden in entsprechenden Sitzen (25A, 25B) endet, die in dem Werkzeug (U; 21) vertieft ausgebildet sind, wobei die kleine Welle (23) in der axialen Bohrung in zwei unterschiedlichen alternativen Positionen festlegbar ist, indem die konische Oberfläche (29) wahlweise in dem einen oder dem anderen der vertieften Sitze (25A, 25B) angeordnet wird.

4. Werkzeug (U; 21) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Greifglieder (27) zum Verriegeln der kleinen Welle (27) in der axialen Bohrung an dem Ende der kleinen Welle (23) gegenüber der konischen Oberfläche (29) vorgesehen sind.

5. Werkzeug (U; .21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Anschlagbund (31) ungefähr im Bereich der Basis der konischen Oberfläche (29) aufweist.

6. Werkzeug (U; 21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche (29) die Außenfläche eines Zapfens bildet, der den Einsteckteil einer konischen Steckverbindung bildet, deren Aufnahmeteil von einer entsprechenden konischen Oberfläche (45) in der Spindel (37) gebildet wird.

7. Werkzeugmaschine mit mindestens einer Arbeitseinheit (9, 10, 11, 12) mit einer Spindel (27) und einem an der Spindel montierten, rotierenden Werkzeug (U; 21), dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (U; 21) ein Werkzeug (U; 21) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Paar von parallelen Spindeln aufweist, von denen jede ein Werkzeug (U; 21) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei die Werkzeuge (U; 21) auf ein zwischen ihnen positioniertes Werkstück (P) einwirken.

9. Kopierfräsmaschine mit einer Bank (L), auf der die zu bearbeitenden Werkstücke befestigt sind, und mindestens einem Paar von Arbeitseinheiten (9, 10, 11, 12), die an zwei entgegengesetzen Enden der Bank (L) angeordnet und jeweils mit einer Spindel (37) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Spindel ein Werkzeug (U; 21) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 montiert ist.

10. Fräsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (37) eine vertikale Achse haben.

11. Fräsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bank (L) beweglich ist.