DE8311633U1 - Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung - Google Patents

Description

- 1 Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugwechselvorrichtung, mit einer an der Werkzeugmaschine vorgesehenen Werkzeughalteraufnahme, insbesondere einer Spindel, die an ihrem freien Ende eine zylindrische Aufnahmebohrung und an ihrer Stirnseite eine die Aufnahmebohrung umgebende, senkrecht zur Bohrungsachse verlaufende, ringförmige Stirnfläche, souie ein quer zur Bahrungsachse bewegliches, in die Aufnahmebohrung eindringendes Spannstück aufweist und mit einem in die Werkzeughalteraufnähme einsetzbaren, ein Werkzeug tragenden Werkzeughalter, der einen in die Aufnahmebohrung genau passenden zylindrischen Schaft, eine diesen umgebende, senkrecht zur Schaftachse verlaufende Ringfläche und am Schaft mit dsm Spsnnstück derart zusammenwirkende Spannmittel aufweist, daß bei Querbewegung des Spannstückes die Ringfläche an die Stirnfläche angepreßt wird, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung mindestens einen den Werkzeughalter beim Werkzeugwechsel erfassenden Greifarm aufweist und eine Bstätigungsvorrichtung für das Spannstück vorgesehen ist.

Bei Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselvorrichtung handelt es sich in der Regel um l\IC-gesteuerte (numerisch gesteuerte) Werkzeugmaschinen, wie z. B. Drehmaschinen oder kombinierten Bohr- und Fräsmaschinen, die häufig auch als Bearbeitungszentren bezeichnet werden. Während bei Drehmaschinen die LSerkzeughalteraufnähme ruht, ist bei Bohr- und Fräsmaschinen die Werkzeughalteraufnahme eine rotierende Spindel, in welche in der Regel die Betätigungsvorrichtung für eine den Werkzeughalter in der Spindel festspannende Spanneinrichtung, auch Einzugsvorrichtung genannt, eingebaut ist. Da derartige Einzugsvorrichtungen hohe Spannkräfte aufbringen müssen, sind sie meist recht kompliziert in ihrem Aufbau.

Bel einer bekannten Werkzeugmaschine (Drehmaschine) der eingangs erwähnten Art (VDI-Richtlinien, UDI 3425), Bl. 2, November 1972) ist der Schaft des Werkzeughalters an einer Seite aufgeflacht und mit einer quer zur Schaftachse verlaufenden Verzahnung versehen. In einer quer zur Bohru'ngsachse verlaufenden Ausnehmung ist ein ebenfalls mit einer Verzahnunq versehenes Spannstück verschiebbar gelagert. Durch dieses Spannstück soll der Werkzeughalter gleichzeitig mit seinem Schaft radial an die Aufnahmebohrung und mit seiner Ringfläche axial gegen die Stirnfläche der Werkzeughalteraufnähme angepreßt werden. Obwohl der Schaft und die Aufnahmebahrung mit enger Passung ineinandergreifen, mufl zwischen Schaft und Aufnahmebohrung immer noch geringfügiges Spiel vorhanden sein, damit der Schaft ohne Gewalt in die Aufnahmebahrung geschoben werden kann. Durch das Spannstück wird auf den Schaft eine quer zur Schaftachse und zur Bahrungsachse gerichtete, einseitig wirkende Kraft ausgeübt. Hierdurch wird der Schaft an dem dem Spannstück gegenüberliegenden Teil der Aufnahmebahrung angedrückt. Dies hat zur Folge, daß bei festgespanntem Werkzeughalter die Schaftachse desselben außermittig parallel zur Bohrungsachse versetzt angeordnet ist. Hierdurch wird die Wiederholgenauigkeit und damit auch die ßearbeitvngsgenauigkeit negativ beeinflußt. Außerdem hat die Anpressung des Schaftes an die Aufnahmebohrung eine hohe Reibkraft zwischen beiden Teilen und der miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen zur Folge. Diese hohe Reibkraft wirkt einer Axialverschiebung des Schaftes in der Aufnahmebohrung entgegen, so daß die Ringfläche des Schaftes nicht mit ausreichender Kraft oder vielfach auch überhaupt nicht an die Stirnfläche der Werkzeughalteraufnahme angepreßt wird. Die auf das Werkzeug wirkenden Querkräfte werden dann unzureichend oder überhaupt nicht mehr von der Ringfläche auf die Stirnfläche übertragen und die Kraftübertragung erfolgt nur noch durch

dsn im Durchmesser verhältnismäßig kleinen Schaft. Außer- | dem muß dann das Drehmoment allein van dem Spannstück auf i den Schaft übertragen werden, was zu Uerformungen führen
kann. Wegen dieser Nachteile hat sich die oben beschrie- _ä bene Verbindung zwischen Werkzeughalteraufnahme und Werk- · zeughalter nicht allgemein durchgesetzt und uiird nur bei
einigen NC-gesteuerten Drehmaschinen unter Inkaufnahme
der oben geschilderten Wachteile verwendet.

Bei Bohr- und Fräsmaschinen ist die allgemein gebrauch- j liehe Verbindung zwischen Werkzeugmaschinenspindel und
Werkzeughaltern ein am Werkzeughalter vorgesehener Kegelschaft, der in eine kegelige Aufnahmbebohrung der Spindel
eingreift. Hierbei wird beispielsweise ein ISO-Kegel 50

nach DIN 20B0, dessen größter Durchmesser etwa 70 mm

beträgt, in einer Spindel aufgenommen, deren Außendurch- I messer 128 mm ist. Sämtliche auf die Schneide des Werk- \ zeuges wirkenden Querkräfte müssen also von dem gegenüber | der Werkzeugmaschinenspindel verhältnismäßig dünnen Kegel- j schaft auf die Spindel übertragen werden. Damit sich hierbei der Kegelschaft in der Aufnahmebohrung nicht lockert,
bedarf es einer sehr hohen Einzugskraft einer an der Spindel angeordneten Einzugsvorrichtung, welche den Kegel- j schaft in die Aufnahmebohrung hineinzieht. Solche Ein-

Zugsvorrichtungen müssen in der Lage sein, den Kegel- '· schaft für den Wechselvorgang automatisch freizugeben.
Man bedient sich daher häufig tellerfeder-betätigter
Spannklauen (Prospekt der Firma A. Ott GmbH, D-896D Kempten, "Werkzeugspanner¹¹), welche bei Entspannung der TeI-

lerfedern sich hinter dem Kopf eines am Kegelschaftende
angeordneten Kopfbolzens schließen und mit der Restkraft
den Kegelschaft in die Aufnahmebohrung einziehen. Dabei ; entsteht auch bei sehr hoher Tellerfeder-Vorspannung
eine beträchtliche Minderung der Einzugskräft, wobei es j vorkommen kann, daß eine beträchtliche, radial gerichte- \ te Schnittkraft, wirkend an einem weit aus der Spindel '

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herauaragenden Ulerkzeug, in Folge seiner Hegelgestalt das Werkzeug sogar in der Aufnahmebohrung der Spindel zeitweilig lockert. Es entstehen dann Rattererscheinungen. Es ist also diese Verbindung an heutigen, leistungsstarken Werkzeugmaschinen nicht immer in der Lage, die volle Maschinenleistung auf das Werkzeug zu übertragen. Ein weiterer Hauptgrund besteht darin, daß der größte Durchmesser des Kegelschaftes erheblich kleiner ist als der Spindel-Außendurchmesser. Da die 3iegesteifigkeit

-]q des Werkzeughalters durch seinen kleinsten, nicht eingespannten Durchmesser bestimmt wird, ist die Biegesteifigkeit nur abhängig von dem größten Druchmesser des Kegelschaftes. In der Zerspanungstechnik gilt als Regel, daß | Werkzeuge, z.B. Bohrstangen, dann schidingungssteif sind, wenn ihre freie Länge nicht größer ist, als etwa das k - maximal das i»,5fachedes kleinsten, nicht eingespannten Durchmessers. Die größte freie Länge bei einem | ISO-50-Kegelschaft wäre also 2BO bzui. max. 315 mm. | Werkzeuge oder Werkzeughalter mit Kegelschaft haben wei-

2Q terhin den Nachteil, daß der Kegelschaft verhältnismäßig lang ausgebildet sein muß. Da beim Werkzeugwechsel der Kegelschaft vollständig auf seineir ganzen Länge aus der Aufnahmebohrung der Spindel herausgezogen werden muß, ist zum Werkzeugwechsel nicht nur eiin entsprechend großer Raum im Bereich vor der Spindel freizuhalten, sondern auch noch daneben, weil die Greifarme von Werkzeugwechselvorrichtungen meistens paarweise um 18D" drehbar angeordnet sind (vgl. DE-PS 17 77 1 ί*3). Die. große Länge des Kegelschaftes hat auch den Nachteil, rlaß sich das Gesamt-

3Q- gewicht des auszuwechselnden Werkzeuges erhöht, so daß die Wechselvorrichtung und auch das Magazin, welches die nicht in Benutzung befindlichen Werkzeuge aufnimmt, ent- \ sprechend stabil ausgelegt sein müssen» Werkzeug und Werkzeughalter mit Kegelschaft weisen außerdem auch noch einen Mitnahmeflansch auf, der im Durchmesser wesentlich größer ist als der Nenndurchrnesser des Kegelschaftes.

üJegen dieses Mitnahmeflansches können die liJerkzeuge im Werkzeugmagazin nur in größeren Abständen angeordnet sein, was zu großen Abmessungen der Magazine bzw. bei kleinen Magazinen zu einer geringen Kapazität Führt. 5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung der eingangs ermähnten Art dahingehend zu verbessern, daß beim Festspannen des Werkzeughalters in der Werkzeughaiterai.'F-

1D nehme keine radiale Verlagerung der Achsen von Werkzeughalter und Uerkzeughalteraufnähme eintritt und die Ringfläche mit hoher Vorspannkraft an die Stirnfläche der Werkzeughalteraufnahme angepreßt wird, um hierdurch einerseits die Einbau- und Bearbeitungsgenauigkeit zu vtirbessern und andererseits einen möglichst hohen Anteil eines Drehmoments durch Reibschluß von der Stirnfläche auf die Ringfläche zu übertragen, sowie außerdem eine biegesteife Verbindung zwischen Werkzeughalter und Werkzeughalterauf nähme zu schaffen, wobei die Betätigungsvorrichtung zum Bewegen des Spannstückes von einfachem Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Werkzeughalteraufnahme im Bereich der zylindrischen Aufnahmebohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde mit je einer mit einem kegelförmigen Ansatz oder einer kegelförmigen Vertiefung versehenen Spannschraube aufweist, daß in einer Querbohrung des Schaftes ein Spannbalzen radial verschiebbar ist, der an seinen beiden Enden je eine mit den kegelförmigen

3D Ansätzen bzw. Vertiefungen der Spannschrauben zusammenwirkende, kegelförmige Vertiefung bzw. einen kegelförmigen Ansatz aufweist, und daß der Abstand der Achse der Innengewinde van der Stirnfläche etwas größer ist als der Abstand der Achse der Querbohrung von der Ringfläche, so daß beim Anziehen einer der Spannschrauben diese auf den Spannbalzen im Sinne eines Aufeinanderpressens von

Ringfläche und Stirnfläche einwirkt, ujDbei an der Werkzeugmaschine im Bereich der liJerkzeughalterauf nähme oder an dem Greifarm als Betätigungsvorrichtung ein mit einer der Spannschrauben über einen Mitnehmer zusammenwirkender Schraubendreher vorgesehen ist, der in Richtung der Spannschraubenachse beweglich und in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbar ist.

Durch die Verwendung eines radial verschiebbaren Spannbolzens wird vermieden, daß beim Anziehen einer der Spannschrauben der Schaft in der Aufnahmebohrurig radial zur Seite gedruckt wird. Da auf den Schaft keine Radialkräfte einwirken, findet auch keine Verlagerung der Schaftachse gegenüber der Spindelachse statt, so daß das Werkzeug genau koaxial zur Brohrungs- bzw. zur Spindelachse angeordnet ist. Es wird damit eine außsrordentlieh hohe Einbaugenauigkeit und üJiederholungsgenauigkeit gewährleistet, wodurch wiederum die Bearbeitungsgenauig-

f keit gesteigert wird. Durch den Wegfall einer seitlichen

] 20 Anpressung des Schaftes an die Aufnahmebohrung, ist

■ weiterhin sichergestellt, daß die Kräfte der Spannschrau-

: ben über den Spannbolzen auf den Schaft übertragen wer-

\ den. Die Spannkraft einer Spannschraube bewirkt an der

] zweiten Spannschraube eine gleich große, jedoch entgegen-

gesetzt wirkende Reaktionskraft, wodurch die Spannkraft einer Schraube verdoppelt wird. Druch die kegelförmigen Ansätze bzw. Vertiefungen erzeugen die radial wirkenden Spannkräfte der Spannschrauben axial wirkende hräfte.

; Durch den axialen Versatz der Achsen der Spannschrauben

3Q und des Spannbolzens wird dieser durch die axial wirkenden Kraftkomponenten ebenfalls in axialer Richtung bewegt und preßt hierdurch die Ringfläche mit hoher Verspannkraft an die Stützfläche. Durcd die intensive und

_s gleichmäßige Vorspannung von Ringfläche und Stützfläche

wird über diese Flächen bereits ein hoher Anteil 'ies Drehmoments durch Reibschluß übertragen. Der Rest dss

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Drehmomentes wird durch die Spannschrauben und den Spannbolzen übertragen. Wichtig ist ferner, daß die auf das Werkzeug einwirkenden Querkräfte bei guter Anlage der Ringfläche an der Stirnfläche von diesen beiden Flächen auf einen verhältnismäßig großen, dem Spindeldurchmesser entsprechenden Durchmesser übertragen werden. Hierdurch wird eine sehr biegesteife Verbindung zwischen üJerkzeughalteraufnähme (Spindel) und Werkzeughalter erreicht. Damit uiird die Bearbeitungsgenauigkeit noch mehr gesteigert, das Werkzeug iBt weniger schwingungsgefährdet, es ist möglich, die Maschinenleistung besser auf das Werkzeug zu übertragen und auch größere Ausladungen des Werkzeuges sind möglich. Wenn jetzt am Werkzeughalter eine Ringfläche mit einem Durchmesser von 120 mm vorhanden ist, so behält ein solches Werkzeug seine Biegesteifigkeit bis zu einer Ausladung von wenigstens ί»ΘΟ mm. Es können damit also höhere Schnittleisiungen und kürzere Bearbeitungszeiten erreicht werden. Ferner ist es von Vorteil, daß alle an der Verspannung betei-

2D ligten Elemente, die eventuell bei häufigem Werkzeugwechsel einem Verschleiß unterworfen sein könnten, nämlich die Spannschrauben und der Spannbolzen, ahne weiteres austauschbar sind. Gegenüber Werkzeugen und Werkzeughaltern mit Kegelschaft hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme den Vorteil, daß bei gleicher Biegesteifigkeit der Verbindung die axiale Länge des in die Aufnahmebohrung einsetzjaren zylindrischen Schaftes wesentlich kürzer ausgebildet sein kann, als die eines Kegelschaftes, der die

3D Übertragung einer gleich großen Leistung ermöglicht. Dies ist gerade bei Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselvorrichtungen von entscheidender Bedeutung. Beim Werkzeugwechsel sind nämlich viel kürzere Wege in Achsrichtung des Werkzeuges erforderlich, wodurch sich ein erheblich verringerter Platzbedarf beim Werkzeugwechsel ergibt.

Außerdem ist auch das Gewicht des zylindrischen Schaftes

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uieaentlich geringer als das Geujicht eines Kegelschaftes mit Flansch, welcher die Übertragung der gleichen Leistung ermöglichen würde. Hierdurch können die Werkzeugwechselvorrichtung und das Magazin leichter gebaut werden, da sie geringere Gewichte transportieren bzw. aufnehmen müssen. Weiterhin entfällt bei dem neuen Werkzeughalter ein Mitnahmeflansch, wodurch die Werkzeuge in geringerem Abstand im Magazin aufgenommen werden können, das Magazin also hierdurch bei gleicher Größe ^g mehr Werkzeuge aufnehmen kann oder bei gleicher Kapazität kleiner ausgebildet sein kann.

Die Betätigungsvorrichtung für das Lösen und Festziehen der Spanneinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Aus-

-^5 gestaltung besonders einfach. Da sie bei Werkzeugmaschinen mit sich drehender Spindel nicht in die Spindel eingebaut zu werden braucht, ergeben sich einfache Spindelkonstruktionen. Außerdem wird auch die Kühlmittelzufuhr zum Werkzeug vereinfacht, da diese durch die Spindel er-

2Q folgen kann.

V/orteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in folgendem näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt der Verbindung zwischen Werk-3Q zeughalter und Werkzeughalteraufnahme am Beispiel

einer Werkzeugmaschinenspindel,

Figur 2 einen Radialschnitt nach der Linie II-II der

Figur 1,

Figur 3 einen Axialschnitt eines fest am Spindelstock

einer Werkzeugmaschine montierten Schraubendrehers ,

Figur U einen Axialschnitt eines in den Greifarm einer Werkzeugwechselvorrichtung eingebauten Schraubendrehers ,

Figur 5 eine Stirnansicht des Greifarmea teilweise geschnitten nach der Linie V-V der Figur k ,

Figur 6 einen Teilschnitt nach der Linie UI-WI der Figur 4.

Die Verbindung zwischen Werkzeughalter und Ulerkzeughal-1D teraufnahme wird in fclgendem anhand einer die lilerkzeughalteraufnähme bildenden liJerkzeugmaschinenspindel 1 erläutert .

Die üJerkzeugmaachinenspindel 1 iat drehbar in dem Spin-

delstock 2 einer Werkzeugmaschine gelagert. Sie weist an ihrem vorderen freien Ende eine zylindrische Aufnahmebohrung 3 auf, die an der Stirnseite der Spindel von einer ringförmigen und senkrecht zur Spindelachae S-S verlaufenden ringförmigen Stirnfläche U umgeben ist.

Die Spindel 1 weist ferner im Bereich der zylindrischen Aufnahmebohrung 3 zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde 5, 6 auf, in denen je eine Spannachraube 7, θ radial verschraubbar ist. Die Spannschraube 7 weist einen kegelförmigen Ansatz 7a und die Spannsuhrau be a eine kegelstumpfförmige Vertiefung 8a auf. Der Kegel winkel (Spitzenwinkel) des kegelförmigen Ansatzes 7a und der kegelförmigen Vertiefung 8a beträgt vorteilhaft 9D°. Die Achse A1 der Innengewinde 5, 6 weist von der Stirn fläche h einen Abstand al auf.

Der Werkzeughalter 9 weist einen in die Aufnahmebohrung mit sehr geringem Spiel (praktisch spielfrei) passenden zylindrischen Schaft 1D auf. Beträgt der Nenndurchmesser der zylindriachen Aufnahmebahrung 3 und des Schaftes 10 beispielsweise 63 mm, ao weist die Aufnahmebohrung eine Toleranz von + 0,002 - +D.005 mm auf, der Schaft eine Toleranz von -0,002 - -0,005 mm. Der Werkzeughalter 9 trägt an

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seinem freien Ende Vb beispielsweise einen Bohrkopf, ein Abdrehwerkzeug, einen Fräser, eine Reibahle od. dgl*, die fest oder auswechselbar, gegebenenfalls auch unter Zwischenschaltung von Zwischenstücken mit dem ülerkzeughalter 9 verbunden sind.

In dem zylindrischen Schaft 10 ist eine Querbohrung 11 vorgesehen, in welcher ein zylindrischer Spannbolzen 12 radial verschiebbar gelagert ist* Dieser Spennbolzen 12 weist an seinem einen Ende einen der kegelförmigen Vertiefung Ba entsprechenden kegelförmigen Ansatz 12a auf und an seinem anderen Ende eine dem kegelförmigen Ansatz

7a entsprechende Vertiefung 12b. Der Abstand a2 der ^ Achse A2 der Querbohrung 11 von einer den Schaft 10 umgebenden Ringfläche 13, ist etwas kleiner als der oben definierte Abstand al.

Damit der Werkzeughalter ohne Ausbau des Spannbolzens 12 2G an der Spindel 1 befestigt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Länge L des Spannbolzens 12 etwas kleiner ist, als der Durchmesser D des Schaftes 10.

Der Spannbolzen 12 weist ferner im mittleren Bereich seiner Mantelfläche eine Ringnut IU auf, die eine mehrfache Funktion hat. In die Ringnut IU greift nämlich eine im Schaft 10 eingeschraubte Sicherungsschraube 15 ein. Der Durchmesser dieser Sicherungsschraube bzw. des in die Ringnut 1** eingreifenden Teiles 15a derselben, 3D ist dabei kleiner gewählt als die axiale Länge der Ringnut Ik, so daß sich der Spannbolzen 12 zwar in der Querbohrung 11 frei verschieben läßt, jedoch keinesfalls aus der Querbohrung 11 herausfällt. Die Ringnut ^J\U hat weiterhin die Aufgabe, Kühlflüssigkeit, die durch einen Kühlmittelkanal 16 der Spindel 1 in die Aufnahmebohrung 3 gelangt, in dem Kühlmittelkanal 17 des Werkzeughalters bis zu den Schneiden des Werkzeuges weiterzuleiten.

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AuBerdem kann in dem Werkzeughalter 9 ein achsparalleler Indexierbolzen 27 vorgesehen sein, durch den die Winkelstellung des Werkzeughalters 9 gegenüber der Spindel 1 genau festgelegt wird. DiesEr Indexbolzen 27 greift in eine entsprechende, nicht dargestellte achsparallele Bohrung der Spindel 1 ein.

Zu^i Werkzeugwechsel braucht lediglich die Spannschraube soweit gelöst ^u werden, daß das vordere Ende ihree kegelförmigen Ansatzes 7a nicht mehr in die Aufnehmebohrung eintaucht. Der Spannbalzen 12 kann sich dann in der Querbahrung 11 soweit verschieben, daß sein kegelförmiges Ende 12a aus der kegelförmigen Vertiefung Ba austritt und nunmehr der Werkzeughalter 9 nach links von der

¹^ Spindel 1 entfernt werden kann.

Daraufhin uird der Werkzeughalter 9 eines anderen Werkzeuges mit seinem Schaft 1D in die Aufnahmebohrung 3 \ eingesetzt. Wird nunmehr die Spannschraube 7 in dem Gewinde 5 radial nach innen verschraubt, so verschiebt ihr kegelförmiger Ansatz 7a den Spannbolzen 12 radial, so daß sein kegelförmiger Ansatz 12b wieder in die Vertiefung Ba der Spannschraube 8 eingreift. Die radial wirkende Spannkraft F1 der Spannschraube 7 erzeugt an

^ der Spannschraube B eine entgegengesetzt wirkende gleichgroße Reaktionskraft F2. Durch den axialen Versatz der Achsen A1 und A2 erzeugt jede der beiden Spannschrauben 7, θ eine gleichgroße axial gerichtete Kraftkomponente Fa. Demzufolge erzeugt die Spannkraft der Spannschraube 7 bei einem Kegelwinkel von 90° eine Verdoppelung der Spannkräfte und drückt die Ringfläche 13 mit einer Kraft, die zweimal so groß ist wie die Spannkraft F1 an die ringförmige Stirnfläche k an. Da die Spannschrauben 7, ö diametral gegenüberliegend auf new SpaftnbölzEn 12 ein-

y wirken, ist die Verspannkraft zwischen den Flachen U , am ganzen Umfang gleichmäßig. Da Sich der Spannbolzen

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12 in der Querbahrung 11 verschieben läßt, wird auch keine einseitig wirkende Kraft auf den Schaft 10 aus- |j

geübt. Infolgedessen fluchtet die Achse des Werkzeughalters 9 genau mit der Spindelachse S-S. 5

Wie man weiterhin aus Figur 1 erkennen kann, ist der Außendurchmesser der Ringfläche 13 genauso groß wie der AuBendurchmesser der Stirnfläche 4, welcher dem Spinrigldurchmesser D1 entspricht. Der Werkzeughalter 9 wird also sozusagen auf einer sehr breiten Basis über die Flächen 13, k an der Spindel 1 abgestützt, was für eine schwin- | gungsarme und biegesteife Verbindung zwischen beiden

Teilen von wesentlicher Bedeutung ist. |

Die Verwendung von je einer Spannschraube 7 mit kegel- | förmigem Ansatz 7a und einer Spannschraube ß mit kegelförmiger Vertiefung 8a, sowie einem entsprechenden Spannbolzen 12, der an einem Ende einen kegelförmigen Ansatz 12a und am anderen Ende eine kegelförmige Vertiefung |

12b aufweist, hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen. Gegebenenfalls könnte die Anordnung aber auch so getroffen sein, daß beide Spannschrauben je mit einer kegelförmigen Vertiefung versehen sind und der Spannbolzen dementsprechend an beiden Enden je einen kegelförmigen Ansatz aufweist.

— Bei einer Drehmaschine, bei welcher die am Support angeordnete Werkzeughaiteraufnahmr sich gegenüber dem Support während der Bearbeitung nicht bewegt, ist die Werkzeughalteraufnähme bezüglich der Aufnahmebohrung und der beiden Spannschrauben genauso ausgebildet wie die oben beschriebene Spindel. Der Werkzeughalter ist mit dem oben beschriebenen Werkzeughalter identisch, sd daß obige Ausführungen sinngemäß zutreffen.—

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Zum lüerkzeuguiechsel ist also ein Lösen und Anziehen der Spannschraube 7 erforderlich. Damit dies automatisch erfolgen kann, muß die Spindel 1 so stillgesetzt werden, daß sich die Spannschraube 7 immer an derselben Steile befindet. Diese sogenannte "Spindel-Punkt-Stillsetzung" ist bei modernen Bohr- und Fräsmaschinen bzu. Bearbeitungszentren bereits möglich, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Als Betätigungsvorrichtung für die Spannschraube 7 ist ein Schraubendreher 21 vorgesehen, der in einem Gehäuse 22 in Richtung der Spannschraubenachse A1 verschiebbar ist. Das Gehäuse 22 kann bei diesem Ausführungsbeispiel über die Halterung 23 fest mit dem Spindelstock 2 verbunden sein. Der Schraubendreher 21 meist an seinem freien Ende einen auswechselbaren Mitnehmer 24 auf, der bei der gezeigten Ausführungsform als Sechskant ausgebildet ist und in die sechskantige Mitiiahmeöffnung 7b der Spannschraube 7 paßt. Der Schraubendreher 21 ist ferner um seine Achse drehbar. Eine im Gehäuse gelagerte Antriebswelle 25 kann durch einen nicht

2Ü dargestellten Motor wechselweise in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 25 und dem Schraubendreher 21 ist so gestaltet, daß sich der Schraubendreher axial im Gehäuse 22 verschieben läßt und auch gegenüber der Antriebswelle 25 in einem kleinen Drehwinkel von weniger als 90° frei verdrehen läßt. Diese Verdrehbarkeit des Schraubendrehers 21 gegenüber der Antriebswelle 25 ist erforderlich, damit der Mitnehmer Zk in die Mitnahmeöffnung 7b der Spannschraube 7 auch dann eintreten kann, wenn die Mitnahme-

3C flächen beider Teile etwas zueinander verdreht sind. Um diese kleine Verdrehbarkeit des Schraubendrehers 21 gegenüber der Antriebswelle 25 und auch die axiale Verschiebung desselben zu ermöglichen, weist die Antriebswelle 25

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eine Bohrung 25a mit zwei achsparallslen Nuten 25b auf. In diese Nuten 25b greift ein am Schaft 21a des Schraubendrehers 21 vorgesehenes Querstück 21b ein. Die Nuten 25b weisen in Umfangsrichtung, ähnlich nie es in Fig. 6 dargestellt ist, eine größere Breite auf als das Querstück 21b, so daß sich der Mitnehme. ZU gegenüber der Anti iebsiüelle 25 etwas verdrehen kann.

LJie weiterhin aus der Zeichnung erkennbar ist, weist der Schraubendreher 21 einen zylindrischen Schaft auf, der

von einem Kolben 26 konzentrisch umgeben ist. Dieser Kolben ist in einem im Gehäuse 22 eingelassenen Zylinder axial verschiebbar. Der Zylinder 27 weist zwei Bohrungen 28 und 29 zur Zuführung von Preßluft auf. 15

Zum Werkzeugwechsel wird die Spindel 1 so stillgesetzt, daß die Spannschraube 7 dem Mitnehmer Zk gegenübersteht und die Achse A1 der Spannschraube 7 mit der Achse A3 des Schraubendrehers 21 fluchtet. Über eine geeignete Steuerung wird Preßluft über die Bohrung 28 zugeführt, wodurch sich der Schraubendreher 21 nach unten bewegt und sein Mitnehmer 2'·+ in die Mitnahmeöffnung 7b der Spannschraube 7 eintritt. Anschließend dreht die Antriebswelle 25 den Schraubendreher 21 im linken Drehsinn, wodurch die Spannschraube 7 sich gegenüber der Spindel 1 radial nach außen bewegt. Der Greifarm 30 erfaßt nun den Werkzeughalter 9 in der am LJekrzeughalter 9 vorgesehenen Greiferrille

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31 und bewegt anschließend den Werkzeughalter 9 so weit nach links, bis sein Schaft 10 vollständig aus der Aufnahmebohrung 3 herausgetreten ist* Der Greiferarm 30 schwenkt dann weg und übergibt das herausgenommene Werk-Zeug in ein Magazin. Da die meisten Werkzeugwechselvorrichtungen mit zwei diametral gegenüberliegenden Greifarmen versehen sind, wurde beim Wegschwenken des ersten Greifarmes der zweite Greifarm in Position vor die Spindel verschwenkt, so daß anschließend der Schaft des neuen Werkzeuges in die Aufnahmebohrung 3 eingeschoben werden kann. Der Schraubendreher 21 wird nunmehr im rechten Drehsinn angetrieben und damit die Spannschraube 7 wieder festgezogen. Durch Einleiten von Preßluft in die Bohrung 29 wird der Schraubendreher 21 radial von der Spindel 1 entfernt, wobei sein Mitnehmer 2k sus der Mitnahmeöffnung 7b wieder herausgezogen wird. Der Werkzeugwechsel ist damit beendet. I

Beachtenswert ist hierbei, daß der Werkzeughalter 9 jeweils nur um die verhältnismäßig kurze Zapfenlänge L1, die wesentlich kürzer ist als ein Kegelschaft mit vergleichbarer übertragbarer Leistung, aus der Spindel herausgezogen werden muß und dann seitlich weggeschwenkt werden kann. Hierdurch vergrößert sich der Arbeitsraum für das Werkzeug, denn in der Regel wird innerhalb des Bewegungsbereiches des Werkstückes gewechselt und das Werkstück muß beim Werkzeugwechsel soweit von der Spindel abstehend sein, daß das zu wechselnde Werkzeug nicht am | Werkstück anstößt. Dieses Abstandsmaß des Werkstückes richtet sich nach dem längsten Werkzeug.

Bei dem in Figur U-G dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind an dem schwenkbaren Greifarmträger

32 diametral gegenüberliegend zwei gleichartig ausgesteltete Greifarme 33 angeordnet. Da beide Greifarme 33 Einen identischen Aufbau aufweisen, ist nur einer dieser Greif-

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arme gezeigt. Die Schwenkwelle 34 des Greifarmträgers

32 verläuft parallel zur Spindelachse S. Jeder Greifarm

33 ist radial verschiebbar in dem Greifarmträger 32 ge-

Hohh lagert. Zum Antrieb dient ein von der<-uJelle 35 angetriebenes Zahnrad 36, welches in eine mit dem Greifarm 33 verbundene Zahnstange eingreift. In jedem Greifarm 33 ist ein Schraubendreher 21 angeordnet, der gleichartig ausgebildet ist wie der in Figur 3 dargestellte Schraubendreher. Übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und obige Beschreibung trifft sinngemäß auch für den in Figur 4 und 5 dargestellten Schraubendreher zu.

l'um Antrieb des Schraubendrehers 21 ist an dem Greifarmträger 32 je eine hohle Antriebswelle 3Θ gelagert. Die hehle Antriebswelle trägt an ihrem inneren Ende ein Kegelzahnrad 39. Die beiden Kegelzahnräder 39 kämmen mit einem zentralen Kegelzahnrad 40, welches van der im Inneren der Schwenkwelle 34 angeordneten weiteren Antriebswelle 41 angetrieben wird.

Die hohle Antriebswelle 38 weist zwei diametral gegenüberliegende Längsnuten 42 auf, deren Breite in Umfangsrichtung größer ist als ein an den Schaft 21a des Schraubendrehers 21 anschließendes Querstück (Feder) 43. Auf diese lileise kann sich der Schaft 21a des Schraubendrehers 21 gegenüber der hohlen Antriebswelle 42 in seiner Achsrichtung, d.h. in Bewegungsrichtung des Greifarmes 33 verschieben, wobei sich der Schraubendreher 21 auch um einen ausreichend bemessenen Drehwinkel frei gegenüber der hohlen Antriebswelle 38 verdrehen kann, um das Eintreten des Mitnehmers 24 in die Mitnahmeöffnung 7a zu erleichtern.

Zum Werkzeugwechsel wird die Spindel stillgesetzt. Das Zahnrad 36 bewegt dann beide Greifarme 33 gegenläufig radial nach außen, wobei der der Spindel zugekehrte

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Greifarm das aus der Spindel herauszunehmende Werkzeug erfaßt. Der der Spindel abgekehrte Greifarm erfaßt gleichzeitig das noch im Magazin befindliche, in die Spindsl einzusetzende Werkzeug. Durch Preßluftzufuhr in den Zylinder 27 wird der Schraubendreher 21 in Richtung auf die Spannschraube 7 bewegt, so daß sein Mitnehmer 2k in die Mitnahmeöffnung 7a eintritt. Durch Drehung der weiteren Antriebswelle M tuird dann der Schraubendreher 21 so angetrieben, daß die Spannschraube 7 gelöst wird. Anschließend uiird der Greif armträger 32 nach links verschoben, so daß der Schaft des auszuwechselnden Werkzeuges aus der Aufnahmebohrung der Spindel heraustritt. Gleichzeitig wird auch das in die Spindel einzusetzende Werkzeug aus dem Magazin entnommen. Durch Verschwenken des Greifarmträgers 32 um 180° wird das einzusetzende Werkzeug vor die Spindel 1 verschwenkt und anschließend durch Bewegung des Greifarmträgers 32 nach rechts in die Spindel eingesetzt. Der Schraubendreher 21 wird dann in der beschriebenen Weise in Eingriff gebracht mit der Spannschraube und diese durch Drehung des Schraubendrehers 21 wieder festgezogen. Nachdem die Greifarme 33 mittels des Zahnrades 3S gegenüber der Schwenkwelle 3^ wieder radial nach innen bewegt sind, ist der Wechselvorgang beendet.

Claims (12)

Ansprüche

1. liJerkzeugmaachins mit Werkzeugwechselvorrichtung, mit einer an der Werkzeugmaschine vorgesehenen Werkzeughalteraufnähme, inabesDndere einer Spindel, die an ihrem freien Ende eine zylindrische Aufnahmebohrung und an ihrer Stirnseite eine die Aufnahmebohrung umgebende, senkrecht zur Bohrungsachse verlaufende, ringförmige Stirnfläche, souiie ein quer zur Bohrungsachse bewegliches, in die Aufnahmebchrung eindringenoes Spannstück aufweist und mit einem in die Werkzeughalteraufnähme einsetzbaren, ein Werkzeug tragenden Werkzeughalter, der einen in die Aufnahmebohrung genau passenden zylindrischen Schaft, eine diesen umgebende, senkrecht zur Schaftachse verlaufende Ringfläche und am Schaft mit dem Spannstück derart zusammenwirkende Spannmittel aufweist, daß bei Querbewegung des Spann-Rtückeb die Ringfläche an die Stirnfläche angepreßt wird, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung mindestens einen, den Werkzeughalter beim Werkzeugwechsel erfassenden Greifarm aufweist und eine Betätigungsvorrichtung für das Spannstück vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalteraufnahme (1) im Bereich der zylindrischen Aufnahmebohrung (3) zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde (5,6) mit je einer mit einem kegelförmigen Ansatz (7a) oder einer kegelförmigen Vertiefung (8a) versehenen Spannschraube (7,8) aufweist, daß in einer Querbohrung (11) des Schaftes (10) ein Spannbolzen

(12) radial verschiebbar ist, der an seinen beiden Enden je eine mit den kegelförmigen Ansätzen (7a) bzw. Vertiefungen (8a) der Spannschrauben (7_?8) zusammenwirkende, kegelförmige Vertiefung (12b) bzw. einen kegelförmigen Ansatz (12) aufweist, und daß der Abstand (al) der Achse (A1) der Innengewinde (5,6) von der Stirnflache (U) etwas größer ist als der Abstand (a2)

der Achse (A2) der Querbahrung (11) van der Ringfläche (13), so daß beim Anziehen einer der Spannschrauben (7) diese auf den Spannbalzen (12) im Sinne eines Aufeinanderpressens von Ringfläche (13) und Stirnfläche (if) einwirkt, wobei an der Werkzeugmaschine im Bereich der Werkzeughalteraufnahme (1) oder an dem Greifarm (33) als Betätigungsvorrichtung ein mit einer der Spannschrauben (7) über einen Mitnehmer (2k) zusammenwirkender Schraubendreher (21) vorgesehen ist, d-sr in Richtung der Spannschraubenachse (A1) beweglich und in

zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Spannbolzens (12) kleiner ist als der Durchmesser (D) des Schaftes (10).

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (12) in seiner Mantelfläche eine Ringnut C1^) aufweist, in welche eine im

Schaft (10) eingeschraubte Sicherungsschraube (15) eingreift, wobei die axiale Länge der Ringnut größer ist als der Durchmesser der Sicherungsschraube (15).

k. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spannschraube (Θ) eine kegelförmige Vertiefung (Ba) und die andere Spannschraube (7) einen kegelförmigen Ansatz (7a) aufweist, daß dementsprechend der Spannbolzen (12) an seinem einen Ende mit einem kegelförmigen Ansatz (12a) und an seinem anderen Ende mit einer kegelförmigen Vertiefung (12b) versehen ist, und daß eier Schraubendreher mit tier den kegelförmigen Ansatz (7a) aufweisenden Spannschraube (7) zusammenwirkt.

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5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubendreher (21) in einem Gehäuse ! (22,33) axial verschiebbar und drehbar gelagert und \ mit einer koaxialen Antriebswelle (25,38) verbunden |i ist. j

6* Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- * net, daß der Schraubendreher (21) gegenüber der Antriebswelle (25,38) um einen Drehwinkel, der kleiner I ist als 90°, frei drehbar ist. |

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge- | kennzeichnet, daß der Schraubendreher (21) gegenüber i der Antriebswelle (25,38) sxiai verschiebbar ist. }

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8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubendreher (21) einen zylindrischen » Schaft (21a) aufweist, der von einem Kolben (26) konzentrisch umgeben ist und daß dieser Kolben (26) in einem im Gehäuse (22,33) eingelassenen Zylinder (27) axial verschiebbar und drehbar ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) mit einem die Werkzeugaufnahme (D tragenden Teil der Werkzeugmaschine, vorzugsweise dem Spindelstock (2) fest verbunden ist.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse am Greifarm (33) angeordnet ist oder einen Teil des Greifarmes (33) bildet.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 1D₁ dadurch gekennzeichnet, da3 an einem schwenkbaren Greifarmträger (32) diametral gegenüberliegend zwei Greifarme (33) vorgesehen sind, daß jeder dieser Greifarme (33) einen Schraubendreher (21) mit einer radial zur Schwenkwelle

(3k) des Greifarmträgers (32) verlaufenden Antriebswelle (38) aufweist.

12. üJerkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Antriebswellen (38) an ihrem inneren Ende mit einem Kegelzahnrad (39) versehen ist und daß im Inneren der hohl ausgebildeten Schwenkwelle (3k) eine weitere Antriebswelle (t»1) vorgesehen ist, welche über ein gemeinsames Kegelzahnrad (kQ) die beiden 1D erstgenannten Kegelzahnräder (39) antreibt.