DE8516186U1 - Spannfutter mit Nadelrollen - Google Patents

Spannfutter mit Nadelrollen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenwerkzeug und insbesondere ein Spannfutter mit Nadelrollen zur Aufnahme eines Schneidwerkzeuges od. dgl. auf der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine. Durch die JP-GM 41-23987 ist ein Spannfutter mit Nadelrollen, -g1 bekannt, bestehend aus einem Spannfutterkörper jf, einem zylindrischen Teil yfmit konvergierend konischer Außenfläche, die am Spannfutterkörper^C nach vorne e> · 1 / ragt, und einer Spannschraube / mit einer Innenfläche mit etwas größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Außenfläche des zylindrischen Teils / und einem Konus parallel zur Außenfläche, wobei die Spannmutter M
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auf der Außenfläche des zylindrischen Teils A durch eine große Anzahl Von Nadelrollen Jb montiert ist, die in einem Nadelkäfig ^f gehalten sind, Bei dieser Anordnung ist jede der Nadelrollen ρ so geneigt/ daß ihreJ_Achse γ die/AchsejX des Spannfutterkörpers A nicht schneidet, damit diese eine spiralförmige Umdrehung beim Drehen der Außenfläche des zylindrischen Teils 2, basierend auf der Umdrehung der Spannmutter JS durchführen können, wobei der zylindrische Teil JL für die wahlweise Befestigung oder Freigabe eines Werkzeugs ρ gespannt oder geöffnet wird.
Das bekannte Spannfutter mit Nadelrollen hat jedoch die im folgenden beschriebenen Probleme.
a) Der zylindrische Teil e., der durch die Nadelrollen E ainer vergleichsweise großen Kontraktionskraft ausgesetzt ist, muß eine hohe Biegefestigkeit und ausreichende Härte aufweisen und gleichzeitig mit einem großen Maß an Durchfederung und Elastizität versehen sein, um eine ausreichende Spannkraft zu erzielen. Anders ausgedrückt, treten beim zylindrischen Teil / solch unvereinbare Probleme auf, wie, daß der zylindrische Teil / dick sein muß, um die erste genannte Anforderung zu erfüllen und gleichzeitig sollte er dünn sein, um der letztgenannten Anforderung zu genügen.
b) Es ist notwendig, daß die Außenfläche oder Nadelrollen-
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kontaktfläche des zylindrischen Teils /vom Standpunkt der Lebensdauer aus betrachtet eine Härte höher als HRC 60 aufweisen sollte. Dagegen soll an einem Schaft yk des Spannfutterkörpers γ eine Oberflächenhärte kleiner als die der Maschinenhauptspindel sein, um diese zu schützen, und da eine solche Maschinenhauptspxndel im allgemeinen eine Härte von HRC 60 hat, soll der Schaft ta^eine Härte von ungefähr HRC 55 aufweisen. Die Wärmebehandlung an einem Werkstück mit zwei unterschiedlichen Härtegraden macht jedoch äußerst komplizierte und schwierige Arbeitsgänge erforderlich, selbst wenn dies technisch möglich ist, und ist daher für die praktische Anwendung nicht geeignet.
Das auf Punkt (a) bezogene Problem kann jedoch durch Ausbilden von vielen schlitzartigen Nuten in der Innenfläche des zylindrisphen Teils^Z gelöst werden, wie dies durch die JP-GM 57-23055 und JP-GM 58-15043 bekannt ist, oder indem in zylindrischen Teil Jt, ausgehend von der vorderen Stirnseite viele axiale, tiefe Bohrungen ausgebildet werden, wie dies durch die JP-GM 59-33930 bekannt ist.
Da jedoch Nuten und tiefe Bohrungen wie vorstehend beschrieben, bis zum vorderen Ende des zylindrischen Teils ^reichen, an dem die größte Belastung beim Spannen eines Werkzeugs^ auftritt, treten solche Nachteile auf, wie daß nicht nur die Spannkraft bei einem solchen vorderen Ende nachläßt, sondern, daß auch an der Innenfläche des vorderen Endes die sogenannte "Absatzverformung" auftritt , was zu einer außermittigen Schwingung des Werkzeuges fS führt. Infolge der Tatsache, daß die vorstehend beschriebenen Nu-
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ten und tiefen Bohrungen in Richtung auf die Innenfläche oder vordere Stirnseite des zylindrischen Teils ρ offen *ind, können daifüberhinaus Späne, Staub und Schmutz, Schneid-Öl, etc* unerwünschterweise in solche offenen Teile eindringen, und deren Entfernung ist äußerst schwierig.
Auf der anderen Seite können die auf den Punkt b) bezogenen
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in einer Doppelwandkonstruktion angeordnet wird, deren äusserer zylindrischer Teil, der die Nadelrollen JS kontaktiert, mit Bezug auf den Spannfutterkörper j\ lösbar ausgebildet ist, wie dies durch die JP-GM 59-33534 bekannt ist. Wenn jedoch der äußere zylindrische Teil lösbar (beispielsweise durch Befestigungsschrauben festgelegt} ausgebildet ist, tritt beispielsweise ein solches Problem auf, daß die Verschlechterung bei der Einstellfestigkeit und die Befestigungsgenauigkeit zwischen dem äußeren zylindrischen Teil und dem Spannfutterkörper>l unausbleiblich ist.
Anders ausgedrückt, ist bis jetzt kein Spannfutter mit Nadelrollen bekannt, bei dem die so weit genannten Probleme gemäß Punkt a) und b) gelöst sind, ohne daß irgendwelche anderen, neuen Probleme auftreten.
billig Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, einfach und industriell herstellbares Spannfutter mit Nadelrollen mit einfacher Konstruktion und zuverlässiger, gleichbleibender
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Funktionsweise zu schaffen, bei dem das Werkzeug mit einer ausreichenden Spannkraft und hoher Genauigkeit gehalten wird, ohne daß irgendeine außermittige Schwingung auftritt, und bei dem keine Späne, Staub und Schmutz, sowie Schneidöle etc. eindringen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgexnäß durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Spannfutters mit Nadelrollen gelöst, bestehend aus einem Spannfutterkörper, einem zylindrischen Teil mit konvergent konischer Außenfläche, der am Spannfutterkörper vorsteht, und einer Spannmutter mit einer Innenfläche, deren Durchmesser etwas größer als der der Aussenf lache des zylindrischen Teils ist, und parallel zur Außenfläche einen konischen Teil aufweist, wobei die Spannmutter auf der Außenfläche des zylindrischen Teils mittels vieler Nadelrollen montiert ist, die durch die Spannwirkung der Spannmutter in einem Nadelkäfig drehbar aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil aus einem Innenzylinder, der einstückig mit dem Spannfutterkörper ausgebildet ist und einem Außenzylinder besteht, der als eine Baueinheit auf der Außenfläche des Innenzylinders befestigt ist, und daß in der Außenfläche des Innsnzylinders mit Ausnahme des vorderen Endes an einer, dem Äufnahmeteil für die Nadelrollen entsprechenden Position mehrere Nutenteile ausgebildet sind.
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Durch die vorstehend beschriebene Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch eine einfache Konstruktion ein verbessertes Spannfutter mit Nadelrollen geschaffen.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig
Spannfutters
Fig. 1 und 2 einen wesentlichen Teil eines
(bereits beschriein Ansichten im Querschnitt;
eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines verbesserten Spannfutters mit Nadelrollen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig.
Fig. /i
eine perspektivische Ansicht teilweise ausgebrochen des Spannfutters mit Nadelrollen gemäß Fig. ^; und
eine Ansicht gemäß Fig. A einer modifizierten Ausführungsform.
Anzumerken ist, daß in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Fig.β und ^zeigen ein Spannfutter mit Nadelrollen CA gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindurg, welches im allgemeinen besteht aus einem Spannfutterkörper 10, einem Innenzylinder 15, der" (in dejf Fig. 2 nach links) am Spannfutterkörper 10 -vorsteht, einem, an der Außenfläche des Innenzylinders 15 befestigten Außenzylinder 20, Nadelrollen 30, die in einem Nadelkäfig 25 drehbar auf der Aussenf lache des Außenzylinders 20 montiert sind, einer Spannmutter 35, die mittels der Nadelrollen 30 über der Außenfläche des Außenzylinders 20 befestigt ist, und Ringen 4 0 und 41, wobei der zylindrische Teil für den Spannabschnitt durch den Innenzylinder 15 und den Außenzylinder 20 gebildet ist.
Der Spannfutterkörper 10 ist an seinem rückwärtigen Teil einstückig mit einem Schaft 11 und an seinem vorderen Teil wie vorstehend beschrieben mit dem Innenzylinder 15 ausgebildet, während der Innenzylinder 15 an seiner Außenfläche mit mehreren Nuten 16 versehen ist, die in gleichmäßigen Abständen axial ausgerichtet sind. Diese Nuten 16 erstrecken sich über eine Länge entsprechend dem Aufnahmeteil für die Nadelrollen· 30, während die vorderen Enden der Nuten 16 ohne eine öffnung in die vordere Stirnfläche des Innenzylinders 15 geschlossen sind und miteinander wie dargestellt über eine Ringnut 17 in Verbindung stehen.
Der Äußenzylinder 20 ist beispielsweise aus Chrom-Molybdän-
Stahl, Lagerstahl od. dgl. hergestellt/ hat einen Flansch und ist an seiner Außenfläche konvergent konisch ausgebildet. Dieser Außenzylinder 20 ist starr mit dem Spannfutterkör-
ι per 10 zu einer Baueinheit verbunden, indem er mit der Aus-
senflache des Innenzylinders 15 beispielsweise durch Aufschrumpfen verbunden ist.
Der Nadelkäfig 25 ist ein zylindrisches Element mit einer
• dünnen Wandstärke und einem Konus parallel zur Außenfläche
des Innenzylinders 15 und ist drehbar auf der Außenfläche des Außenzylinders 20 montiert. Die Nadelrollen 30 sind jede für sich in Nuten des Nadelkäfigs 25 so aufgenommen, daß die Achse jeder Rolle 30 so geneigt ist, daß sie nicht mit der Achse des Spannfutterkörpers 10 schneidet.
Die Spannmutter 35 ist mit einer Innenfläche versehen, deren Durchmesser etwas größer als der der Außenfläche des Außenzylinders 20 ist, und hat einen Konus parallel zur Außenfläche und ist mittels der Nadelrollen 3 0 drehbar auf der Außenfläche des Außenzylinders 20 montiert.
Eine Absetzbewegung des Nadelkäfigs 25 wird durch einen Haltering 22 verhindert, der am vorderen Ende der Außenfläche des Außenzylinders 20 mit einem Gummidichtring 23
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und Abstandsringen 24a und 24b angeordnet ist, während eine Absetzbewegung der Spannmütter 35 durch einen Hältering 38 verhindert wird/ der an ihrem rückwärtigen Ende in ihrer Innenfläche angeordnet ist/ und mit dem entsprechenden rückwärtigen Ende des Nadelkäfigs 35 über einen Abstandsring zusammenwirkt. Genauer gesagt, sind die vorderen Enden des Außenzylinders 20 und der Spannmutter 35 durch den Gummidichtring 23 abgedichtet, während die Innenfläche der Spannmutter 35 so angeordnet ist, daß sie axial über den Gummidichtring 23 gleiten kann.
Das Ringelement 40 besteht aus einem Metall oder Kunstharz und ist durch Paßsitz (oder Kleben, falls erforderlich) an der Außenfläche des Flansches 21 des Außenzylinders 20 befestigt, während das andere Ringelement 41 mit einer ähnlichen Ringform aus einem Metall oder Kunstharz besteht und durch Paßsitz (oder Kleben, falls erforderlich) an der Aussenf lache des rückwärtigen gestuften Endes der Spannmutter befestigt ist. Die Ringelemente 40 und 41 sind so angeordnet, daß sie auf ihren Innen- und Außenfläche zueinander a-iial verschiebbar sind, wobei der Gleitteil durch einen Dichtring 42 abgedichtet ist, der auf dem Ringelement 41 aufgenommen ist. Die Außenfläche 41a des Ringelementes 41 ist wie in der Fig. ^r dargestellt durch ümfangslinien A in axialer Richtung in verschiedene Farben eingeteilt. Genauer gesagt wird das Ringelement 41 entsprechend der Bewegung
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der Spannmutter 35 in axialer Richtung (d.h. zum Spannen oder Lösen des Werkzeuges/ wie später beschrieben) verschoben, und durch Sichtprüfung^des Ausmaßes der Abdeckung der farbigen Außenfläche 41a durch die Kante 40a des Ringelementes 40 kann der Grad der Spannwirkung sichergestellt uerdfin . Woi tprhin 4 c+· in riatr anRanfläpVio Λαα CnannfnH-in·-
körpers 10 eine Gewindebohrung 18 ausgebildet, die zwischen dem Außenzylinder 20 für die Aufnahme der Nadelrollen und der Spannmutter 35 über eine Bohrung 18a und eine weitere Bohrung 21a im Flansch 21 des Auflenzylinders 20 eine Verbindung schafft. Die oben genannte Gewindebohrung 18 dient dazu, in den Nadelrollenaufnahmeteil Schmiermittel einzufüllen und ist normalerweise durch eine Kopfschraube 19 geschlossen. Zum Einfüllen von Schmiermittel wird die Gewindebohrung 18, aus der die Kopfschraube 19 entfernt worden ist, ein Schmiernippel (nicht dargestellt) eingesetzt, um Schmiermittel einzuspritzen. Der Nadelrollenaufnahmeteil ist durch den Gummidichtring 23 und den Dichtring 4 2 wie vorstehend beschrieben abgedichtet. Anzumerken ist, daß wenn der Nadelrollenaufnahmeteil während der Schmiermitteleinspritzung perfekt abgedichtet ist, es unmöglich ist, Schmiermittel einzufüllen und daher ist eine andere Gewindebohrung (nicht dargestellt) vorgesehen, die mit dem Nadelrollenaufnahmeteil in Verbindung steht und an einer Position symmetrisch (180°) zur Gewindebohrung 18 liegt, die während dem Einfüllen von Schmiermittel geöffnet wird, ob-
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Wohl sie sonst geschlossen ist.
Das Spannfutter mit den Nadelrollen gemäß der vorliegenden Erfindung mit der insoweit beschriebenen Konstruktion ist an einer Werkzeugmaschine durch Einsetzen des Schaftes 11 des Spannfutterkorpers 10 in eine zentrale Bohrung 61 der Werkzeugmaschinenhauptspindel 60 (Fig* 3) befestigt. Falls erforderlich ist eine Justierschraube 52 in einen Gewindeteil 12 eingeschraubt, während ein Schaft 51 des Werkzeuges in die zentrale Bohrung 13 mittels einer geraden Spannhülse eingesetzt ist. Bei Drehen der Spannmutter 35 werden die Nadelrollen 30 spiralförmig gewälzt, während sie so gedreht werden, daß sie zusammen mit der Spannmutter 35 nach rückwärts verschoben werden, während der Außenzylinder 20 und der Innenzylinder 15 sich nach innen zusammenziehen, um das Werkzeug 50 über die gerade Spannhülse 53 zu spannen. Hierbei ist anzumerken, daß in den Fig. /und/der vorstehend beschriebene Spannzustand dargestellt ist.
Zum Lösen des Werkzeuges 50 kann die Spannmutter 35 in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
Die Drehung der Spannmutter 35 wirkt durch Eingreifen von Vorsprüngen eines Spannwerkzeuges (nicht dargestellt) in die entsprechenden Aussparungen 36 der Spannmutter 35.
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In der Fig.^lst eine Modifikation des Spannfutters mit
Nadelrollen CA gemäß der Fig. ^und^f^dargestellt. Bei dem modifizierten Spannfutter mit Nadelrollen CB gemäß Fig.JIi sind die Ringelemente 40 und 41 umgekehrt und mit "' 5 40' und 41' bezeichnet, wobei das Ringelement 40' einstückig mit dem Außenzylinder 20 ausgebildet ist. Da die anderen Konstruktionen und Funktionen des modifizierten Spannfutters CB gemäß Fig. 5^im allgemeinen ähnlich denen des Spannfutters CA gemäß der Fig. ,^und^/r sind, wird der kürzehalber auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet,
wobei t/leiche Teile des Spannfutters CA mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Anzumerken ist, daß das Spannfutter mit Nadelrollen gemäß der vorliegenden Erfindung nicht allein auf die Anwendung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern innerhalb des Schutzumfanges auf zahljr°iche Arten weiter modifiziert werden kann. Beispielsweise kann der Dichtring 42 so modifiziert sein, daß er auf der Innenfläche des Ringelementes 40 angeordnet ist, und die Farbeinteilung für die Indexmarken kann durch Skalenmarken, etc. ersetzt werden.
Weiterhin ist ansumerken, daß der Innenzylinder 15 und der Außenzylinder 20 so ausgebildet sein können, daß sie einstückig mit dem Spannfutterkörper 10 sind. Wenn diese Zy-
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linder jedoch in zwei Teile wie bei der Ausführungsform gemäß der Fig. ^^und^'aufgeteilt sind, wird es möglich, Material und Härte des Außenzylinders 10 anders als beim Spannfutterkörper auszubilden, um die Lebensdauer des Spannfutters selbst zu verbessern.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, daß nur der Außenzylinder direkt der Kompressionskraft der Nadelrollen ausgesetzt ist, indem dieser aus einem Material mit
f einer großen Härtedifferenz zum Spannfutterkörper herge- i stellt ist, oder indem der Außenzylinder so behandelt ist, daß er eine Oberflächenhärte größer als die des Spannfutter- '■ körpers aufweist, da der Zylinder des Spannfutterkörpers durch die Innen- und Außenzylinder gebildet ist. Darüberhinaus wird infolge der Konstruktionsweise, bei der der Außenzylinder als eine Baueinheit auf der Außenfläche des Innenzylinders befestigt ist, der seinerseits einstückig mit dem Spannfutterkörper ausgebildet ist, eine starre Befestigung erzielt,ohne daß irgendeine Spannungslosigkeit oder entgegengesetzte Wirkung auf die Maschinengenauigkeit auftritt.
Die Nutenteile, die entsprechend dem Nadelrollenaufnahme-
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teil in der Außenfläche des Innenzylinders ausgebildet sind, erzeugen eine gute Elastizität für den dicken Zylinderteil
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aus dem Innen- und Außenzylinder, für eine ausreichende
Spannfähigkeit.
Da weiterhin die vorstehend genannten Nutenteile mi*. Ausnahme des vorderen Endes des Innenzylinders ausgebildet sind, kann am vorderen Ende des Innenzylinders eine ausreichende Festigkeit erhalten werden, an der die größte Belastung auftritt, wenn ein Werkzeug gespannt wird, ohne daß "eine Abplattverformung" erzeugt wird, und es besteht keine Möglichkeit, daß eine außermittige Schwingung des Werkzeuges ansteigt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Zustand des Spannens durch die Spannmutter klar sichergestellt werden, da diese so angeordnet ist, daß die axial an der Außenfläche des Ringelementes vorgesehenen Indexmarken an der Innenseite des Ringelementes liegen, welche am Spannfutterkörper befestigt ist, und das Ringelement, welches am rückwärtigen Teil der Spcnnmutter befestigt ist, an der Kante des Ringelementes abgelesen werden kann, welches an der Außenseite als ein Bezugspunkt angeordnet ist, wobei ein Zeitverlust infolge von zu starkem Spannen oder schneller Abnutzung des Spannzylinders, der Spannmutter, der Na-
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delrollen etc. wirksam verhindert werden kann. Weiterhin ist es möglich, den Grad der Abnutzung der Bauteile durch ein vergleichendes Ermitteln der Drehmomente der Spannmutter durch eine vorbestimmte Indexposition als Bezugsposition zu ermitteln.
Auf der anderen Seite dienen die beiden Ringelemente wie vdrsienend bereits beschrieben auch als Abdeckungen für den rückwärtigen Teil · , j./d<ar Spannmutter, die üblicherweise so wie sie ist, mit einem Spalt belassen wird, wodurch verhindert wird, daß Späne, Staub und Schmutz, Schneidöle etc. in den Nadelrollenauf nabmeteil eindringen. Darüberhinaus wird die Dichtwirkung perfekt, wenn zwischen den Ringelementen 40 und 41 wie bei den vorstehenden Ausführungsformen der Dichtring vorgesehen ist, und es besteht keine Möglichkeit, daß Schmiermittel aus den Nadelrollenaufnahmeteil leckt, selbst wenn dieses eingefüllt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand der vorstehenden Beispiele und Figuren beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche denkbar sind.
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Claims (4)

■ ·■ f · * · · · mm a ■ ill·· ·· · • ι it · · · · ■•■■ill it it em « · · 11.9.1985 Mizoguchi Iron M/rw Schutzansprüche
1. Spannfutter mit Nadelrollen, bestehend aus einem Spannfutterkörper (10), einem zylindrischen Teil mit konvergenter konischer Außenfläche, der am Körper (10) nach vorne vorsteht, und eine Spannmutter (35) und einer Innenfläche, deren Durchmesser etwas größer als der der Außenfläche des zylindrischen Teils ist und die einen konischen Teil parallel 2α dem der Außenfläche aufweist, wobei die Spannmutter (351 auf der Außenfläche des zylindrischen Teils mittels vieler Nadelrollen (30) , die drehbar in einem Nadelkäfig (25) gehalten sind und durch Festziehen der Spannmutter (35) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil aus einem Innenzylinder (15), der einstückig mit dem Spannfutterkörper (10) ausgebildet ist, und einem Außenzylinder (20) besteht, der an der Außenfläche des Innenzylinders (15) als eine Baueinheit befestigt ist, und daß in der Außenfläche des Innenzylinders (15) mit Ausnahme seines vorderen Endes in dem dem Angriffbereich iler Nadelrollen entsprechenden Bereich Nuten (16) ausgebildet sind.
2. Spannfutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin ein am Spannfutterkörper (10)
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befestigtes erstes Ringelement (40) und ein am rückwärtigen Teil der Spannmutter (35) zweites Ringelement (41) einander überlappen und an der Außenfläche des inneren der beiden Ringelemente angebrachte Ablesemarkierungen vom äußeren der beiden Ringelemente (40, 41) teilweise verdeckt sind.
3. Spannfutter nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß der Außenzylinder (20) mit dem ersten Ringelement (40) einstückig ausgebildet ist.
4. Spannfutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein erstes, am Spannfutterkörper (10) befestigtes Ringelement (40) und ein zweites am rückwärtigen Ende der Spannmutter (35) befestigtes Ringelement (41) vorgesehen sind, die einander überlappen und sowohl in Drehrichtung als auch in Axialrichtung zueinander verschiebbar sind, daß an dem Gleitteil des ersten oder zweiten Ringelements (40, 41) ein erstes Dichtelement (42) und an den vorderen Enden des Außenzylinders (20) und der Spannmutter (35) ein weiteres Dichtelement (23) vorgesehen 1st, die den Nadelrollervangriffsbereich abdickten, und daß in dem Spannfutterkörper (10) eine Schmiermittelbohrung (18) auLgebildet ist, die mit dem Nadelrollenangriffsbereich in Verbindung steht.
DE8516186U 1984-12-28 1985-06-03 Spannfutter mit Nadelrollen Expired DE8516186U1 (de)

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