DE8437207U1

DE8437207U1 - Einrichtung zum Verbinden eines auswechselbaren Werkzeugkopfes mit einer Werkzeugspindel

Info

Publication number: DE8437207U1
Application number: DE8437207U
Authority: DE
Original assignee: GTE Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-02-13

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbinden eines auswechselbaren Werkzeugköpfes mit der Spindel einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, mit einem zur Spindelachse konzentrischen Zapfen, der in eine entsprechend dimensionierte Bohrung greift und in dem einander diametral gegenüberliegende Keilstücke in zur Spindelachse radialer Richtung verschiebbar gelagert sind, und einer Betätigungseinrichtung zum Verstellen der Keilstücke zwischen einer Spannstellung, in der sie mit abgeschrägten Flächen in entsprechend abgeschrägte Vertiefungen der Bohrungswand greifen, um eine am Zapfen angrenzende ringförmige Stirnfläche gegen eine an der Bohrung angrenzende ringförmige Stirnfläche zu ziehen, und eine Freigabestellung, in der die Keilstücke radial nach innen aus den Vertiefungen in der Bohrungswand herausbewegt sind, um den Zapfen zum Werkzeugwechsel aus der Bohrung abziehen zu können.

Bei einer von der Aninelderin entwickelten Einrichtung dieser Gattung besteht die Betätigungseinrichtung aus einem Gewindebolzen, der mit gegensinnigem Gewinde in Gewindebohrungen der beiden Keilstücke eingeschraubt ist. Zum Drehen des Gewindebolzens und damit zum radialen Verstellen der beiden Keilstücke sind seitliche Durchbrüche vorgesehen, durch die der Gewindebolzen von einem manuell oder maschinell betätigten Schlüssel erfaßt werden kann. Eine Verstellung der Keilstücke von der Seite aus ist manchmal nachteilig. Die Spannkräfte dürfen wegen der Gewindeverbindung zwischen Gewindebolzen und Keilstücken nicht zu groß gemacht werden. Ferner ist eine Kühlmittelzuführung durch den Gewindebolzen hindurch zum Werkzeug nicht möglich.

Aus "tz für Metallbearbeitung", 1984, Heft 3/84, S. 26 (System WIDIA) ist eine Einrichtung zürn Verbinden eines auswechselbaren Werkzeugkopfes mit der Spindel einer Werkzeugmaschine bekannt, bei der in schrägen Bohrungen verschiebbare Spannstifte in ihrer ausgefahrenen Stellung in Vertiefungen des Werkzeugkopfes greifen und dadurch den Werkzeugkopf gegen die Spindel ziehen, während sie in ihrer eingefahrenen Stellung den Werkzeugkopf freigeben. Zum radialen Ausfahren der Spannstifte ist eine zentrale Betätigungsstange vorgesehen, die über einen konischen Kopfabschnitt an den Spannstiften angreift, während die Spannstifte durch die entsprechend geformten Vertiefungen des Werkzeugkopfes radial einwärts bewegt werden, wenn der Werkzeugkopf zum Werkzeugwechsel abgezogen wird. Die Verwendung von Spannstiften dürfte ebenfalls keine zu großen Spannkräfte zulassen. Das Abziehen des Werkzeugkopfes dürfte relativ große Kräfte erfordern, wenn sich die Spannstifte z.B. aufgrund von Werkzeugspänen verklemmt haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß sie sich zentral betätigen läßt und trotz hoher Spannkräfte bequem gelöst werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betätigungseinrichtung eine Nockeneinrichtung vunfaßt, über die die Keilstücke mit einer zur Spindelachse konzentrischen, hin- und herbewegbaren Betätigungsstange verbunden sind, und daß die Nockeneinrichtung Nockenansätze aufweist, die der Betätigungsstange oder den Keilstücken zugeordnet sind und in entsprechend ausgebildete Nockennuten der Keilstücke bzw. der Be-

M ι tätigungsstange awangsgeführt sind, um die Keilstücke

\ in beiden, radialen Richtungen verstellen zu können.

Aufgrund dieser Ausbildung sind die Keilstücke durch die erfindungsgemäß vorgesehene Nockeneinrichtung in beiden radialen Verstellrichtungen zwangsgeführt. Die beiden Keilstücke werden daher von der Betätigungsstange nicht nur in Spannrichtung, sondern imch in der Freigaberichtung verstellt, so daß sich die Keilstücke J 10 beim Abziehen des Werkzeugkopfes bereits in ihrer Frei-Ί gabesteilung befinden. Trotz Aufbringen hoher Spann-

kräfte, was aufgrund der erfindungsgemäß ausgebildeten ¹II Nockeneinrichtung ohne weiteres möglich ist, läßt sich

] somit der Werkzeugkopf in besonders bequemer und ein-

fächer Weise von der Spindel abziehen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung besteht darin, daß sie bei Werkzeugköpfen mit Standardabmessungen eingesetzt werden kann, so daß sie in Verbindung mit herkömmlichen Werkzeughandhabungsund Greifsystemen sowie mit herkömmlichen Magazinen verwendet werden kann. Nicht einmal eine besondere Spindelanpassung ist erforderlich, wenn die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung zwischen einem an der Spindel befestigten Vorsatzflanschteil und dem Werkzeugkopf vorgesehen ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung besteht darin, daß sie mit Hilfe von zentralen Bohrungen in einfacher Weise eine Kühlmittelzuführung zum Werkzeug ermöglicht. Darüber hinaus zeichnet sich die Erfindung durch konstruktive Einfachheit, hohe Funktionssicherheit und leichte Bedienbarkeit aus.

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Figur 2

einen Querschnitt entlang der Linie H-II in Figur 1;

Figur 3

eine Detailansicht einer in Figur 1 gezeigten Einzelheit in vergrößertem Maßstab;

Figur 4

einen der Figur 1 entsprechenden Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt:

Figur 1

einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung zum Verbinden eines Werkzeugkopfes mit einer Werkzeugspindel;

Wie in Figur 1 zu sehen, ist an einer drehbar gelagerten Spindel 2 einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) ein Werkzeugkopf 4 mittels einer Verbindungseinrichtung 6 auswechselbar angebracht. Der Werkzeugkopf 4 ist beispielsweise eine Bohrstange, kann jedoch auch ein anderes umlaufendes Werkzeug sein.

Die Verbindungseinrichtung 6 umfaßt einen am hinteren Ende des Werkzeugkopfes 4 angebrachten Flansch 8, von dem ein zur Spindelachse konzentrischer zylindrischer Zapfen 10 abgeht. Der Zapfen 10 ist in eine köifreöpondierend ausgebildete Bohrung 12 der Spindel 2 eingepaßt.

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In einem radialen Durchbruch 14 des Zapfens 10 sind zwei diametral einander gegenüberliegende Keilstücke 16 radial verschieblich gelagert. Die Keilstücke 16 sind zwischen einer radial äußeren Spannstellung und einer radial inneren Freigabestellung verstellbar. In Figur 1 befinden sich die Keilstücke 16 in ihrer Spannstellung, in der sie mit ihren radial äußeren Enden in je eine Vertiefung 18 in der Wand der Bohrung 12 greifen. Hierbei werden sie mit abgeschrägten Flächen 20 gegen abgeschrägte Flächen 22 der Vertiefungen 18 angedrückt, so daß sie auf den Zapfen 10 Spannkräfte ausüben, die den Zapfen 10 in die Bohrung 12 hineinzuziehen suchen. Hierdurch werden die einander zugewandten, in radialen Ebenen liegenden Stirnflächen 21,23 des Flansches 8 und der Spindel 2 gegeneinander gedrückt.

Zum radialen Verstellen der Keilstücke 16 ist eine Nockeneinrichtung 24 vorgesehen, die über eine zentral angeordnete, durch einen Kraftantrieb hin- und herbewegbare Betätigungsstange 26 betätigt wird.

Die Nockeneinrichtung 24 umfaßt einen in Verlängerung und konzentrisch zu der Betätigungsstange 26 angeordneten Anker 28, an dem ein Nockenteil 30 angeformt ist.

Das Nockenteil 30 ist radial innerhalb der Keilstücke 16 in einer Ausnehmung 29 des Zapfens 10 angeordnet (siehe auch Figur 2) und ist auf gegenüberliegenJen Seiten mit zwei zur Spindelachse schräg verlaufenden Nockenansätzen 32 versehen,die in Nockennuten 34 der beiden Keilstücke 16 geführt sind. Wie aus Figur 2 ersichtlich, haben die Nockenansätze 32 und die Nockennut 34 einen ungefähr T-förmigen Querschnitt, so daß die beiden Keilstücke 16 von dem Nockenteil 30 in entgegengesetzten Bewegungsrichtungen verstellt werden können.

Figur 3 zeigt, daß die Nockenansätze 32 und die Nockennuten 34 jeweils einen Bereich 36 größerer Steigung und einen Bereich 38 kleinerer Steigung besitzen. Die Bereiche 36 größerer Steigung sorgen für einen beschleunigten Radialhub der Keilstücke 16, während die Bereiche kleinerer Steigung für die Erzeugung der entsprechend großen Spannkräfte benutzt werden.

An dem. dem Werkzeugkopf 4 zugewandten Ende des Nockenteils 30 befindet sich ein Führungszapfen 40, der in einer zentrischen KühLTu.ttel^'^^s Ttferkzeugkopfes 4 abgedichtet geführt ist. Der am anderen Ende des Nockenteils 30 angeformte Anker 28 ist mit der Betätigungsstange 26 über eine selbsttätig betätigbare Kupplung 44 verbunden. Da die Ausgestaltung der Kupplung 44 h(·rkömmlicher Art sein kann, wird sie nicht im einzelnen beschrieben. Es sei lediglich erwähnt, daß die Kupplung 44 ''ei einer Verschiebung der Betätigungsstange 26 nach links (in Figur 1) selbsttätig ausgerückt wird, so daß der Anker 28 von der Betätigungsstange 26 freikommt, während bei einer Rückste^lbewegung der Betätigungsstange 26 nach rechts (in Figur 1) die Kupplung 44 selbsttätig eingerückt wird, um den Anker 28 mit der Betätigungsstange 26 zu verbinden.

Am freien Ende des Zapfens 10 ist ein Hülsenteil 46 eingeschraubt, an dessen freiem Ende ein Abstützring 48 befestigt ist. Der Abstützring 48 dient zum Abstützen einer Schraubendruckfeder 50, die das Nockenteil 30 und somit die Keilstücke 16 in ihre Freigabestellung vorspannt.

Durch die Betätigungsstange 26, den Anker 28, das Nockenteil 30 und den Führungszapfen 40 erstreckt sich ein Kühlmittelkanal 52, der sich in die Kühlmittelbohrung 42 des Werkzeugköpfes 4 öffnet/ so

% ^io

I 1 daß das Werkzeug (nicht gezeigt) in einfacher Weise mit ₍|| Kühlmittel versorgt werden kann.

I Die Funktionsweise der beschriebenen Verbindungsein-

§ 5 richtung ist wie folgt:

'■''. In der in Figur 1 gezeigten Spannstellung wird die

% Betätigungsstange 26 - beispielsweise von einem Feder-

% tellerpaket {nicht gessigt) - nach rechts gezogen. Diese

i 10 axialen Kräfte werden über die Kupplung 24 υχιΛ den Anker j 28 auf das Nockenteil 30 übertragen, das diese

^; Kräfte über die Nockenansätze 32 und die Nockennuten

I 34 auf die Keilstücke 16 überträgt. Die hierdurch er-

I zeugten radial auswärts gerichteten Spannkräfte drücken

$ 15 die Keilstücke 16 mit ihren abgeschrägten Flächen S gegen die abgeschrägten Flächen 22 der Vertiefungen

I wodurch die Stirnflächen 21,23 des Werkzeugkopfes 4

£ und der Spindel 2 gegeneinandergezogen werden.

20 Da der Zapfen 10 zylindrisch ausgebildet ist, stehen im t Bereich der Stirnflächen 21,23 vergleichsweise große

* Andruckflächen zur Verfügung, was eine entsprechend

;' große Länge des z.B. als Bohrstange ausgebildeten

Werkzeugkopfes 4 erlaubt. Prinzipiell könnte der 25 Zapfen 10 aber auch kegelförmig ausgebildet sein, so

daß er in der üblichen kegeligen Aufnahme der Spindel 2 aufgenommen werden könnte.

Um nun den Werkzeugkopf 4 auszuwechseln, führt die Be-30 tätigungsstange 26-z.B. unter der Steuerung eines Hydraulikmotors (nicht gezeigt) - einen Arbeitsnub nach links aus. Hierdurch werden der Anker 28 und das Nockenteil 3 0 um einen entsprechenden Betrag nach links verschoben, wodurch die Keilstücke 16 35 von der Nockeneinrichtung 24 radial nach Innen ge-

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zogen werden, bis sie die Vertiefungen 18 des Zapfens 10 vollständig verlassen haben. Gleichzeitig wird die Kupplung 44 ausgerückt, so daß der Ank£.£ 28 von der Betätigungsstange 26 freikommt.

Der Werkzeugkopf 4 einschließlich der Nockeneinrichtung 24, des Ankers 28, des Hülsenteils 46, des Abstützrings 48 und der Feder 50 können nun mit relativ geringem Kraftaufwand von der Spindel 2 abgezogen werden. Der Werkzeugkopf 4 kann nun mit Hilfe eines herkömmlichen Handhabungs- und Greifersystems zu einem Werkzeugmagazin bewegt und dort gegen einen anderen Werkzeugkopf 4 ausgetauscht werden.

Während dieser Handhabung drückt die Feder 50 das Nockenteil 30 und damit die Keilstücke 16 in ihre Freigabestellung, so daß die Keilstücke 16 nicht verlorengehen können.

Wenn der neue Werkzeugkopf 4 mit seinem Zapfen 10 in die Bohrung 12 eingesetzt ist, wird die Betätigungsstange 16 nach rechts (in Figur 1) bewegt, wodurch die Kupplung 44 eingerückt und die Keilstücke 16 radial ausgefahren werden. Wegen der unterschiedlich geneigten Bereiche 36,38 der Nockenansätze 32 und Nockennuten 34 (Figur 3) erfolgt die radial auswärts gerichtete Bewegung der Teilstücke 16 zunächst rasch und am Ende des Bewegungsbereiches langsamer, wobei jedoch in diesem Endbereich der Bewegung entsprechend große Spannkräfte erzeugt werden. Die Verbindungseinrichtung 6 befindet sich dann wieder in ihrer Spannstellung, in der sie den Werkzeügkopf 4 mit der Spindel 2 sicher verbindet.

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Eine etwas abgewandelte Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten VerbindUngseinrichtüng ist in Figur 4 dargestellt* In Figur 4 sind der Figur 1 entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugsziffern/ jedoch um 100 erhöht, bezeichnet.

Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der prinzipielle Aufbau der Verbindungseinrichtung 106 mit der Nockeneinrichtung 124 einschließlich des Ankers 128 der gleiche wie bei der Ausführungsform nach Figur 1. Der wesentliche Unterschied der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform gegenüber der nach Figur 1 besteht darin, daß in Figur 4 der Zapfen 110 nicht am Werkzeugkopf, sondern an einem gesonderten Vorsatzflanschteil 160 angebracht ist, das mittels Schrauben 162 an der Spindel 102 befestigt ist. Die den Zapfen 110 aufnehmende Bohrung ist in diesem Fall am Werkzeugkopf 104 gebildet.

Hierdurch wird es möglich, daß die Spindel 102 nicht aⁿ die erfindungsgemäß ausgebildete Verbindungseinrichtung 106 angepaßt werden muß, sondern daß sie, wie gezeigt, mit der herkömmlichen kegeligen Aufnahme 164 versehen bleiben kann.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform nach Figur 4 besteht darin, daß bei Abziehen des Werkzeugkopfes 104 in der Freigabestellung der Verbindungseinrichtung 106 das Vorsatzflanschteil 160 einschließlich der Nockeneinrichtung 124, des Ankers 128 und der anderen zugehörigen Teile an der Spindel 102 verbleiben. In diesem Fall braucht daher keine selbsttätig lösbare Kupplung zwischen dem Anker 128 und der Betätigungsstange vorgesehen werden. Auch ist eine Feder 150 nicht unbedingt notwendig, da bei abgezogenem Werkzeugkopf 104 die Keilstücke 116 über den maschinenseitig vorgesehenen

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Antrieb (nicht gezeigt) in ihrer radial eingezogenen Freigabestellung gehalten werden können. Im übrigen ist die Funktionsweise die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur

Claims

■ a · • It 1 1 I t I • · I ϊ ι I 1 1 I • ■ ill GTE Valeron Corporation Schutzansprüche

1. Einrichtung zum Verbinden eines auswechselbaren Werkzeugkopfes mit der Spindel einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, mit einem zur Spindelachse konzentrischen Zapfen, der in eine entsprechend dimensionierte Bohrung greift und in dem mehrere Keilstücke in zur Spindelachse radialer Richtung verschiebbar gelagert sind, und einer Betätigungseinrichtung zum Verstellen der Keilstücke zwischen einer Spannstellung, in der sie mit abgeschrägten Flächen in entsprechend abgeschrägte Vertiefungen der Bohrungswand greifen, um eine am Zapfen angrenzende ringförmige Stirnfläche gegen eine an der Bohrung angrenzende rimförmige Stirnfläche zu ziehen, und einer Freigabestellung, in der die Keilstücke radial nach innen aus den Vertiefungen in der Bohrungswand herausbewegt sind, um den Zapfen zum Werkzeugwechsel aus der Bohrung abziehen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine Nockeneinrichtung (24; 124) umfaßt, über die die Keilstücke (16; 116) mit einer zur Spindelachse konzentrischen, hin- und herbewegbaren Betätigungsstange

(26) verbunden sind, und daß die Nockeneinrichtung (24; 124) Nockenansätze (32; 132) aufweist, die der Betätigungsstange (26) oder den Keilstücken zugeordnet sind und in entsprechend ausgebildeten Nockennuten (34; 134) der Keilstücke (16; 116) bzw. der Betätigungsstange zwangsgeführt sind, um die Keilstücke (16; 116) in beiden radialen Richtungen verstellen zu können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockennuten (34; 134) und -ansätze (32; 132) einen T-förmlgeri Querschnitt habeni

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockennuten (34; 134) und -ansätse (32; 132) einen Bereich größerer Neigung (36) für einen beschleunigten Radialhub und einen Bereich geringerer Neigung (38) für die Erzeugung der Spannkräfte aufweisen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-I durch gekennzeichnet, daß dia Nockenansätze (32; 132) an I einen Nockenteil (30; 130) vorgesehen sind/ da:, an einem

i mit der Betätigungsstange (26) verbundenen Anker (28; 128)

angeformt ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

j daß der Anker (28) an seinem von der Betätigungsstange (26)

'■ abgewandten Ende mit einem zentrischen Führungszapfen (40)

I versehen ist, der in einer am Bohrungsgrund gebildeten

; Kühlmittelbohrung (42) abgedichtet geführt ist, und daß

«j der Anker (28) einschließlich seines Führungszapfens (40)

* mit einer durchgehenden Kühlmittelbohrung (52) versehen

\ ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (10) mit den Keilstücken (16) am Werkzeugkopf (4) und die Bohrung (12) an der Spindel (2) vorgesehen ist und der im Werkzeugkopf (4) angeordnete Anker (28)

\ durch eine selbsttätig lösbare Kupplung (44) mit der Betätigungsstange (26) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilstücke (16) durch eine am Anker (28) angreifende Feder (50) in ihre Freigabestellung vorgespannt sind.

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Einrichtung nach Anspruch 4 ΰα«?* S* dadurch gsk§nnzeichnet, daß der Zapfen (110) mit den Keilstücken (116) an einem an der Spindel (102) befestigten Vorsatzflanschteil (160) und die Bohrung (112) am Werkzeugkopf (104) vorgesehen ist.