EP0656820A1 - Spannvorrichtung mit spreizbaren, klammerförmigen spannstücken zum verbinden von grundhaltern mit werkzeughaltern - Google Patents

Spannvorrichtung mit spreizbaren, klammerförmigen spannstücken zum verbinden von grundhaltern mit werkzeughaltern

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Publication number
EP0656820A1
EP0656820A1 EP93919194A EP93919194A EP0656820A1 EP 0656820 A1 EP0656820 A1 EP 0656820A1 EP 93919194 A EP93919194 A EP 93919194A EP 93919194 A EP93919194 A EP 93919194A EP 0656820 A1 EP0656820 A1 EP 0656820A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
tool holder
clamping device
pin
clamping pieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93919194A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Schürfeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gildemeister Devlieg System Werkzeuge GmbH
Original Assignee
Gildemeister Devlieg System Werkzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gildemeister Devlieg System Werkzeuge GmbH filed Critical Gildemeister Devlieg System Werkzeuge GmbH
Publication of EP0656820A1 publication Critical patent/EP0656820A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/107—Retention by laterally-acting detents, e.g. pins, screws, wedges; Retention by loose elements, e.g. balls
    • B23B31/1075—Retention by screws
    • B23B31/1077—Retention by screws acting on a floating pin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/12—Cooling and lubrication

Definitions

  • the invention relates to a clamping device for connecting basic holders or machine spindles to tool holders or tools for machining, with expandable, clamp-shaped clamping pieces, which behind clamping jaws projecting radially outward from the inside of the machine spindle and the tool holder .
  • Such a tensioning device is known from DE-C 39 04 259.
  • the known device has three clamping pieces distributed over the circumference at 120 °, which are constantly in engagement with the claws at one end with an inwardly projecting shoulder of a basic holder.
  • Radial adjusting screws are embedded in the claws on the side of the tool holder and can be actuated from the outside of the tool holder by a corresponding radial bore.
  • the set screws have a conical tip which, when the set screws are actuated, meets the conical tips of the other two set screws. The tips pressed against each other when the set screws are actuated are intended to pivot the clamp-shaped clamping pieces around the end lying on the side of the basic holder and to engage the claws on the side of the tool holder with its shoulder projecting inwards.
  • the clamping force should be as uniform as possible on several clamping points of the inwardly projecting shoulder or distributed over the circumference
  • Clamping surface of the hollow shaft of the tool holder can be distributed. This is the only way to ensure that the effect of an elastic deformation of the relatively thin-walled cone, which can be achieved by the hollow shaft, is achieved in order to achieve high pressure on the inner cone of the machine spindle or of the basic holder.
  • a uniform axial tensile force also results in a firm tension between the end face of the machine spindle or the base holder and the flange of the tool holder. Since the ideal case of full-surface support of the tensioning device on the entire circumferential shoulder is practically impossible to achieve, at least a uniform distribution over several defined tensioning surfaces should be achieved.
  • the lines of force that occur should be as short as possible, and the lateral forces exerted on the machine spindle or the base holder on the one hand and the tool holder on the other hand should be as low as possible.
  • the invention has for its object to provide a clamping device of the generic type, which is simple, robust and low-maintenance and thus enables economical use, and which otherwise requires no change or rework on the standardized tool holders according to DIN 69893.
  • This object is achieved according to the invention in a device of the above-mentioned type in that 2 clamping pieces are connected to a clamping block with the aid of a spreading element, the outer diameter of which in the contracted position is smaller than the smallest inner diameter and the machine spindle as well is also the tool holder, and that the clamping pieces each have two clamping surfaces on both sides, which are arranged such that the four clamping surfaces of the two clamping pieces are each distributed at angular intervals of approximately 90 ° on the circumference of the clamping shoulders.
  • the clamping pieces on both sides each have two clamping surfaces, which are arranged such that the four clamping surfaces of the two clamping pieces are each distributed over the circumference at an angular distance of approximately 90 °.
  • the unit referred to in the present context as a clamping block, consisting of two clamping pieces and an expansion element can, in the assembled state, be brought into its intended position as a unit.
  • the expansion element is a differential threaded spindle, which lies within the two clamping pieces in oppositely coiled threaded bores.
  • the advantage of this solution is that there is a positive guidance of the clamping pieces both when spreading and when contracting.
  • a spreading screw which is screwed into one of the clamping pieces and is supported on the other, or a cone which is pulled between the clamping pieces, can also be considered as the spreading member.
  • the expansion element can be reached through a radial bore in the basic holder using a suitable tool.
  • the expansion element is preferably connected to a releasable, non-rotatable plug connection with a clamping pin which allows a plug-in tool attachment and which lies in the radial bore of the basic holder.
  • a second, opposite bore is preferably provided in the basic holder, in which there is an ejection pin, from which a centering pin, which enters into an end blind bore of the expansion element, starts with play.
  • the clamping pin and the ejection pin are located in end recesses on opposite sides of the standardized tool holder. They also serve as drivers for the tool holder.
  • the expansion element can also be formed by an eccentric cam.
  • the clamping pieces can only be spread with the aid of an eccentric cam.
  • the clamping pieces can be withdrawn, for example, with the aid of claws which are non-rotatably connected to the eccentric cam, which engage in pockets on the inside of the clamping pieces and pull the clamping pieces inwards.
  • the use of a return spring can also be considered.
  • the ejection pin preferably has a non-circular or cam-shaped section and is arranged with respect to the base of the associated recess of the tool holder in such a way that the tool holder is ejected from the base holder by rotating the ejection pin with the aid of the radially outer region of the flattening can.
  • the clamping pin and the ejection pin have the additional function that they guide the clamping block floating in the relaxed position in the area of the cut surface of the basic holder and tool holder.
  • At least one ejection pin is provided in one of the clamping pieces and runs through the second clamping piece to the opposite side.
  • the clamping block When the clamping block is screwed together, it hits an opposing surface of the tool holder with an oblique end face and shifts the tool holder in the ejection direction.
  • the abovementioned inclined surface can be a conical tip of the ejection pin, and the ejection pin can lie in the first clamping piece with threaded engagement and can be length-adjustable in this way.
  • As a counter surface in referred to the base area of one of the end recesses of the tool holder into consideration.
  • inclined surfaces can be provided on the end faces of the clamping pieces facing the tool holder, which, when pulled together, run onto inclined surfaces of an intermediate piece, somewhat of a coolant adapter, which displaces the tool holder in the ejection direction.
  • one of the cam surfaces of the eccentric cam can run against an inclined surface firmly connected to the machine spindle when the clamping jaws are released by rotating the eccentric cam, so that the tool holder is ejected in this way.
  • the interacting surfaces of at least one clamping shoulder and a pair of clamping claws are at least partially beveled, so that when the clamping pieces are radially expanded, an axial pull is simultaneously exerted on the tool holder.
  • the clamping pieces can have at least one recess on the mutually facing surfaces, which allows at least one coolant line to pass through the cut surface between the basic holder and the tool holder.
  • stud bolts enter in their radial direction, which can be screwed into circumferential grooves of the tensioning pin and the ejection pin. In this way, the clamping pin and the ejection pin can be fixed in the axial direction without being hindered in the rotation.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned view of a basic holder with a tool holder and clamping device in the clamped state
  • FIG. 2 is a partially sectioned view from the left in FIG. 1 and shows the tensioned position of the tensioning device
  • Fig. 3 corresponds to Fig. 2, but shows the contracted
  • Fig. 4 is a partial section along the line 4-4 in Fig. 1;
  • FIG. 5 corresponds to FIG. 1, but shows another embodiment of the ejection device
  • FIG. 6 corresponds to FIG. 2, but shows the embodiment according to FIG. 5 in a front view
  • Fig. 7 is a partial section along the line 7-7 in Fig. 5;
  • FIG. 8 shows a further embodiment of an ejection device
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the invention with an eccentric cam as a spreader
  • Fig. 1 1 is a section along the line 1 1-1 1 in Fig. 10;
  • FIG. 13 shows the tensioning device according to FIG. 10 in the spread position
  • Fig. 14 is a section along the line 14-14 in Fig. 13;
  • Fig. 15 is a plan view of the eccentric cam in the
  • 1 shows on the left-hand side a base holder 10, in the place of which, as mentioned, a machine spindle could also be located, and on the right-hand side a tool holder 12.
  • the base holder 10 has an inner cone 14, which has an outside die - Gel 16 of the tool holder 12 corresponds.
  • the outer cone of the tool holder delimits a hollow shaft, in the interior of which protrudes a clamping shoulder 18 inclined at 30 ° in accordance with the aforementioned DIN 69093 standard.
  • the base holder 10 also has an interior cavity, which is not described in any more detail, in which there is an inwardly projecting clamping shoulder 20.
  • the clamping shoulder 20 is opposed to the clamping shoulder 18 of the tool holder and is chamfered at 30 °.
  • FIGS. 1 to 3 In the cavity formed by the basic holder 10 and the tool holder 12 there are two clamping pieces 22, 24 at the top and bottom in FIGS. 1 to 3, which are connected by a differential threaded spindle 26 to form an expandable clamping block.
  • the differential threaded spindle 26 is in threaded engagement with oppositely coiled threaded sections 28, 30 with corresponding, not designated threaded bores of the clamping pieces 22, 24. Rotation of the differential threaded spindle 26 thus allows the clamping pieces 22, 24 to expand or contract. Rotation and canting of the clamping pieces 22, 24 is thereby prevented that they lie to the left against an unspecified, circumferential paragraph inside the basic holder or are in its immediate vicinity.
  • the clamping pieces 22, 24 have an essentially rectangular outline and, with their two outer corners, form four claws 32, 34, 36, 38, which are shown in more detail in FIG. 1.
  • the clamping pieces 22, 24 are designed in the form of clips, so that they have not only the claws 32, 34, 36, 38 shown in FIG. 2, but also four corresponding claws at the axially opposite end, of which the Claws 40 and 42 can be seen in FIG. 1.
  • the claws 32 to 42 form four clamping surfaces on each axial side, which are also inclined at 30 ° in accordance with the inclination of the clamping shoulders 18, 20. It can be seen that the radial expansion of the clamping pieces 22, 24 pulls the tool holder 2 axially into the basic holder 10 and finally also expands it radially.
  • a clamping pin 44 is provided which lies in a radial bore 46 of the basic holder 10.
  • the clamping pin 44 also runs through an end recess on the left edge of the tool holder 12, which is specified by the standard mentioned. In this way, the clamping pin also performs a driver function for the tool holder 12 when the basic holder 10 rotates.
  • a hexagon pin 50 projects inwards, which enters a corresponding, not designated recess on the lower end face of the differential threaded spindle 26.
  • the clamping pin 44 On its radially outer end face, the clamping pin also has an internal hexagon 52, which enables the use of a corresponding tool for rotating the clamping pin 44.
  • the clamping pin 44 is provided in its section lying in the basic holder 10 with a circumferential groove 54 into which a stud screw 56 screwed into the wall of the basic holder 10 perpendicular to the axis of the basic holder 10 enters. In cooperation with the groove 54, the stud screw 56 fixes the clamping pin 44 in the axial direction, but permits its rotation.
  • an ejection pin 60 is located corresponding to the clamping pin 44.
  • a centering pin 62 extends radially inward from the inner end of the ejection pin 60 and enters with play into an end bore 64 of the differential thread spindle 26 at its upper end in FIG. 1.
  • the clamping block consisting of the two clamping pieces 22, 24 and the differential thread spindle 26 becomes floating in the relaxed state (FIG. 3) within the cavity of the basic holder 10 and the tool holder 12 held.
  • the ejection pin 20 is also fixed in the axial direction by a stud screw 66.
  • the ejection pin 60 is also located in an end recess 60 of the tool holder 12, so it also serves as a driver for rotations of the basic holder.
  • a further function of the ejection pin 60 is that its section 70 lying in said recess 68, shown in cross section in FIG. 3, is non-circular and has a flattened side 72 which lies opposite the base surface of the recess 68.
  • the ejection pin 60 rotates, pressure is thus exerted on the tool holder 12 to the right in FIG. 1, ie in the ejection direction.
  • the ejection pin 60 is also provided with an internal hexagon 74 on its outer end face
  • FIGS. 2 and 3 show that the two clamping pieces 22, 24 on the mutually facing sides on both sides of the differential threaded spindle 26 have corresponding semicircular recesses 76, 78, 80, 82, which complement one another to form a circular cavity when the clamping pieces 22,24 are contracted.
  • These cavities which are circular in cross section, serve to receive coolant tubes 84, 86, which connect a coolant adapter 88 and a coolant distributor 90, which belong to a coolant system for the cooling of the tools, which is otherwise not shown in detail.
  • FIGS. 1, 2 and 4 correspond essentially to FIGS. 1, 2 and 4 and should therefore only be explained with regard to the deviations. These relate to the ejection system for ejecting the tool holder 12 from the basic holder 10.
  • two ejector pins 92, 94 are adjustably screwed into the upper clamping piece 22 and pass through the lower clamping piece 24 according to FIGS. 5 and 6 in corresponding bores, not shown.
  • the threaded engagement with the upper clamping pieces 22 permits length adjustment.
  • the lower ends of the ejection pins 92, 94 are tapered in the shape of a truncated cone, as can be seen in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a partial illustration of FIG. 1 and is limited to the illustration of the two contracted clamping pieces 22, 24 and the coolant distributor 90.
  • the coolant distributor 90 points in the longitudinal central axis of the basic holder and the tool holder on the side facing the clamping pieces a truncated cone-shaped projection 91, to which corresponding, not designated recesses on the opposite surfaces of the clamping pieces 22, 24 are assigned, which complement one another in the contracted state of the clamping pieces to form a conical recess.
  • the corresponding inclined surfaces cause a pressure in the direction of ejecting the tool holder to be exerted on the coolant distributor 90, which, according to FIG. 1, lies closely against the inner surface of the tool holder.
  • FIG. 9a, b and c show different cross-sectional shapes of the clamping shoulder 20 of the basic holder.
  • the representation in Fig. 9c corresponds to that of 1 and 4.
  • a completely radial clamping shoulder is shown in connection with a correspondingly shaped clamping surface of the clamping pieces.
  • Fig. 9b is a combination of the two possibilities and shows a partially beveled, partially radially extending clamping shoulder.
  • the two clamping pieces 22, 24 are first screwed together on the block using the differential thread spindle. In this state, they can be inserted into the inside of the basic holder or the machine spindle. With the help of the tensioning pin 44 and the ejection pin 60, they are then secured in their floating position. The tensioning device is thus functional. In this direction, they allow a tool holder to be inserted into the basic holder. The tool holder only has to be turned until the clamping pin 44 and the ejection pin 60 enter the corresponding end-side recesses 48 and 68 of the tool holder.
  • the two clamping pieces move synchronously apart in the radial direction until the claws grip the clamping shoulders 18, 20 of the tool holder and the basic holder or the machine spindle.
  • the tool holder is pulled axially into the basic holder by further clamping. This creates a clamping pressure on the end face of the basic holder and the tool holder, and at the same time an increasing radial pressure, which is built up over the clamping surfaces and clamping shoulders, causes the relatively thin-walled cone of the tool holder to expand and to the inner cone of the Basic holder is pressed.
  • a predetermined torque is reached, the clamping process is complete and a positive and non-positive connection is created between the basic holder or machine spindle and the tool holder.
  • FIG. 10 to 15 deal with another embodiment of the tensioning device according to the invention, which differs from the embodiment according to FIG Fig. 1 to 6 mainly differs in that the expansion member is not a differential screw, but an eccentric cam.
  • the eccentric cam can be rotated in the manner already described, but only requires a maximum rotation angle of 90 °.
  • the axis of the eccentric cam runs between the two clamping pieces, while in the case of the differential threaded spindle it passes through the two clamping pieces perpendicularly.
  • FIGS. 10 to 15 Because of the numerous similarities with the first embodiment, the individual parts in FIGS. 10 to 15 have reference numerals which correspond to those of the first embodiment and have only been increased by 100. A renewed description is therefore largely unnecessary. Parts that are not present in the first embodiment and belong to the area of the eccentric cam have reference numbers from 200.
  • An eccentric cam 200 which is alone and slightly enlarged in FIG. 12, but is shown in the position according to FIG. 10, has an elongated shape with two parallel edges 202, 204 and two cam surfaces 206, 208. The distance between the straight edges 202, 204 is considerably less than the distance between the cam surfaces 206, 208. According to FIGS. 10 to 12, the eccentric cam 202 lies flat, that is to say with edges 202, 204 located at the top and bottom, between the clamping pieces 122, 124, so that these can be moved inwards and thus release the tool holder.
  • clamping pieces will not automatically move inwards, ie to the axis of rotation of the arrangement, since they can be held on the clamping shoulders 118, 120 by self-retention and at least the clamping piece located below will remain in the lower position due to gravity.
  • Springs, rubber bands or the like can therefore be provided for contraction, the tensile force of which may not be sufficient to overcome the self-holding forces on the tensioning shoulders.
  • claw disks 210, 212 are therefore fixed in a rotationally fixed manner on the axis of rotation of the eccentric cam on its two end faces.
  • the claw disks have two mutually opposite, radially projecting claws 214, 216 which, when the eccentric cam is rotated, in the relaxation direction, that is to say approximately counterclockwise in 10, enter into pockets 218, 220 on the radially inner side of the clamping pieces 122, 124.
  • the pockets 218, 220 are undercut in a partial area and in this way form shoulders 222, 224, against which the claws 214, 216 rest when turned counterclockwise in FIG. 10, so that the tensioning pieces are carried inwards.
  • FIG. 12 shows that the two cam surfaces 206, 208 rise very flat, so that self-locking occurs when the cam surfaces interact with the inner sides of the clamping pieces 122, 124.
  • FIGS. 13 to 15 correspond to FIGS. 10 to 12, but show the tensioned position of the tensioning device.
  • the eccentric cam 200 stands in this case vertically in FIGS. 13 and 15.
  • the claws 214, 216 point upwards and downwards.
  • the clamping pieces 122, 124 reach behind the clamping shoulders 118, 120 of the basic holder and the like in the manner already described Tool holder.
  • an inclined surface 226 (FIG. 15) fixedly connected to the tool holder 112 can be provided, against which the cam surface runs when the eccentric cam is released, so that the Tool holder is ejected. 15, the inclined surface is formed at the end of a pin 228 which is screwed into the coolant distributor 190.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)

Abstract

Eine Spannvorrichtung zum Verbinden von Grundhaltern oder Maschinenspindeln mit Werkzeugen oder Werkzeughaltern für die spanabhebende Bearbeitung umfaßt zwei spreizbare Spannstücke (22, 24), die mit radial nach außen vorstehenden Spannklauen (32, 40) Spannschultern (20, 22) im Inneren der Maschinenspindel und des Werkzeughalters (12) hintergreifen. Es sind 2 Spannstücke (22, 24) vorgesehen, die in ihrem Mittelbereich mit Hilfe eines Spreizorgans (26) zu einem Spannblock verbunden sind. Der Spannblock weist im zusammengezogenen Zustand einen Außendurchmesser auf, der geringer als der kleinste Innendurchmesser sowohl der Maschinenspindel als auch des Werkzeughalters ist.

Description

SPANNVORRICHTUNG MIT SPREIZBAREN, KLAMMERFORMIGEN SPANNSTÖCKEN ZUM VERBINDEN VON GRUNDHALTERN MIT WERKZEUGHALTERN
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Verbinden von Grundhal¬ tern oder Maschinenspindeln mit Werkzeughaltern oder Werkzeugen für die spanabhebende Bearbeitung, mit spreizbaren, klammerförmigen Spann¬ stücken, die mit radial nach außen vorstehenden Spannklauen Spannschul¬ tern im Inneren der Maschinenspindel und des Werkzeughalters hintergrei¬ fen.
Eine derartige Spannvorrichtung ist aus der DE-C 39 04 259 bekannt. Die be¬ kannte Vorrichtung weist drei auf dem Umfang unter 120° verteilte Spann¬ stücke auf, die mit den an einem Ende befindlichen Klauen ständig in Ein¬ griff mit einer nach innen vorspringenden Schulter eines Grundhalters ste¬ hen. In die Klauen auf der Seite des Werkzeughalters sind radiale Stellschrau- ben eingelassen, die durch eine entsprechende radiale Bohrung von der Au¬ ßenseite des Werkzeughalters her betätigbar sind. Die Stellschrauben weisen eine kegelförmige Spitze auf, die bei Betätigung der Stellschrauben mit den kegelförmigen Spitzen der beiden anderen Stellschrauben zusammentrifft. Die bei Betätigung der Stellschrauben gegeneinandergedrückten Spitzen sol- len die klammerförmigen Spannstücke um das auf der Seite des Grundhalters liegende Ende nach außen schwenken und die Klauen auf der Seite des Werkzeughalters mit dessen nach innen vorspringender Schulter in Eingriff bringen.
Gegenüber der Eignung dieser Lösung für die Praxis ergeben sich aus ver¬ schiedenen Gründen Bedenken. Die Kegelspitzen dürften einem hohen Ver¬ schleiß ausgesetzt sein. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Werk¬ zeughalter im Bereich seines Kegels mit einer Bohrung versehen werden muß, so daß es nicht möglich ist, beliebige Werkzeughalter einzusetzen. Wie ein Blick auf die Zeichnung zeigt, ist eine sehr große Anzahl von Teilen erfor¬ derlich, so daß sowohl die Herstellung und Montage als auch die Wartung auf¬ wendig sind. Eine axiale Durchlässigkeit für Kühlmittelleitungen besteht nur mit Einschränkungen.
Ein Ausstoßen des Werkzeughalters, dessen zumeist flach kegelförmiger Schaft in der Maschinenspindel oder im Grundhalter mit Selbsthemmung verspannt wird, ist beim Lösen des Werkzeughalters nicht möglich. Insbesondere bei den in der DIN 69893 festgelegten Werkzeughaltern oder Werkzeugen mit Hohlschäften ergibt sich die Notwendigkeit, neben bereits bekannten Mechanismen zum automatischen Verspannen mit Maschinen¬ spindeln auch solche Spannvorrichtungen zu schaffen, die auch manuell betä- tigt werden können. Dabei sind zur Gewährleistung einer sicheren Funktion und zur Begrenzung des baulichen Aufwandes verschiedene Forderungen zu erfüllen:
Die Spannkraft soll möglichst gleichförmig auf mehrere auf dem Umfang verteilte Spannpunkte der nach innen vorspringenden Schulter oder
Spannfläche des Hohlschaftes des Werkzeughalters verteilt werden. Nur dadurch ist gewährleistet, daß der durch den Hohlschaft erreichbare Ef¬ fekt einer von innen nach außen gehenden elastischen Verformung des relativ dünnwandigen Kegels zur Erzielung hoher Anpressung an den In- nenkegel der Maschinenspindel bzw. des Grundhalters erreicht wird. Ei¬ ne gleichmäßige axiale Zugkraft ergibt im übrigen eine feste Verspan¬ nung zwischen der Stirnfläche der Maschinenspindel bzw. des Grundhal¬ ters und dem Flansch des Werkzeughalters. Da der Idealfall einer vollflä¬ chigen Abstützung der Spannvorrichtung auf der gesamten umlaufenden Schulter praktisch nicht erreichbar ist, sollte zumindest eine gleichmä¬ ßige Verteilung auf mehrere definierte Spannflächen erzielt werden.
Die dabei auftretenden Kraftlinien sollten möglichst kurz sein, und die auf die Maschinenspindel bzw. den Grundhalter einerseits und den Werk- zeughalter andererseits ausgeübten Querkräfte sollten möglichst gering sein.
Es soll die Möglichkeit bestehen, Kühlmittel im Zentrum der Maschinen¬ spindel durch das Spannsystem zum Werkzeughalter und Werkzeug zu führen.
Angesichts des flach kegeligen Hohlschafts der Werkzeughalters und der beim Spannen auftretenden Selbsthemmung soll die Möglichkeit des Auf- bringens einer hohen Ausstoßkraft bestehen.
Wie dargelegt wurde, werden diese Forderungen durch die eingangs genann¬ te, bekannte Spannvorrichtung nur teilweise und nur mit hohem konstrukti¬ ven Aufwand erreicht. Noch aufwendiger ist die in der EP-A-0 451 360 beschriebene Spannvorrich¬ tung. Hier sind ebenfalls klammerförmige Spannstücke vorgesehen, die Spannschultern oder Spannflächen im Inneren des Grundhalters bzw. der Maschinenspindel einerseits und des Werkzeughalters andererseits mit Hilfe von Klauen hintergreifen. Auch hier sind die Klauen auf der Seite des Grund¬ halters gefangen, während sie auf der Seite des Werkzeughalters durch Schwenkung der Spannstücke in Eingriff gebracht werden. Zur Auslösung dieser Schwenkung ist eine kegelförmige Hülse vorgesehen, die in Axialrich¬ tung verschoben werden muß. Diese Verschiebung erfolgt mit Hilfe einer auf die Hülse aufgeschraubten Spannmutter, die von außen über ein Schnecken¬ getriebe gedreht werden muß. Hier dürfte der Aufwand noch höher sein als bei der eingangs geschilderten Ausführung gemäß DE-C 39 04 259.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der gat- tungsgemäßen Art zu schaffen, die einfach, robust und wartungsarm ist und damit einen wirtschaftlichen Einsatz ermöglicht, und die im übrigen keine Veränderung oder Nacharbeit an den genormten Werkzeughaltern gemäß DIN 69893 erfordert.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Vorrichtung der oben ge¬ nannten Art dadurch gelöst, daß 2 Spannstücke mit Hilfe eines Spreizorgans zu einem Spannblock verbunden sind, dessen Außendurchmesser in der zu¬ sammengezogenen Stellung kleiner als der kleinste Innendurchmesser so¬ wohl der Maschinenspindel als auch des Werkzeughalters ist, und daß die Spannstücke jeweils zwei Spannflächen auf beiden Seiten aufweisen, die der¬ art angeordnet sind, daß die vier Spannflächen der beiden Spannstücke je¬ weils in Winkelabständen von ca. 90° auf dem Umfang der Spannschultern verteilt sind.
Die Spannstücke auf beiden Seiten weisen jeweils zwei Spannflächen auf, die derart angeordnet sind, daß die vier Spannflächen der beiden Spannstücke jeweils in einem Winkelabstand von ca. 90° auf dem Umfang verteilt sind. Da¬ durch ergibt sich eine sehr gleichmäßige und symmetrische Verteilung der Spannkraft auf die Spannschultern des Grundhalters und des Werkzeughal- ters und gleichzeitig eine symmetrische, auf den Umfang verteilte Anpre߬ kraft zwischen Innenkegel und Außenkegel und zwischen den beteiligten Stirnflächen. Das ist von besonderer Bedeutung deshalb, weil hierdurch die radiale Belastung der Spannstelle durch umlaufende Biegekräfte aufgenom¬ men wird. Die im vorliegenden Zusammenhang als Spannblock bezeichnete Einheit aus zwei Spannstücken und einem Spreizorgan kann im zusammengesetzten Zu¬ stand als Einheit in ihre bestimmungsgemäße Position gebracht werden. An¬ dererseits kann sie zu Kontroll- und Wartungszwecken auch in einfacher Wei- se vollständig herausgenommen werden. Es ist nicht notwendig, eine große Anzahl von verhältnismäßig komplizierten Teilen in schwieriger Weise im In¬ neren des Grundhalters bzw. der Maschinenspindel zu montieren. Der Kraft¬ fluß erfolgt auf kürzestem Wege und nahezu ohne das Auftreten von Querkräf¬ ten zwischen dem Grundhalter und dem Werkzeughalter. Veränderungen an dem genormten Werkzeughalter sind nicht notwendig.
Zur Vereinfachung der nachfolgenden Ausführungen soll weitgehend nur noch von der Verbindung zwischen einem Grundhalter und einem Werkzeug¬ halter gesprochen werden, obgleich anstelle des Grundhalters eine Maschi- nenspindel und anstelle des Werkzeughalters auch ein Werkzeug vorgesehen sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spreizorgan eine Differential¬ gewindespindel, die innerhalb der beiden Spannstücke in entgegengesetzt gewendelten Gewindebohrungen liegt. Der Vorteil dieser Lösung besteht dar¬ in, daß sowohl beim Spreizen als auch beim Zusammenziehen eine Zwangs¬ führung der Spannstücke gegeben ist. Als Spreizorgan kommt jedoch auch ei¬ ne Spreizschraube in Betracht, die in eines der Spannstücke eingeschraubt ist und sich am anderen abstützt, oder auch ein Konus, der zwischen die Spannstücke gezogen wird.
Das Spreizorgan kann durch eine radiale Bohrung in dem Grundhalter hin¬ durch mit einem geeigneten Werkzeug erreicht werden. Das Spreizorgan ist vorzugsweise mit einer lösbaren, drehfesten Steckverbindung mit einem ei- nen Steckwerkzeugansatz gestattenden Spannzapfen verbunden, der in der radialen Bohrung des Grundhalters liegt. Vorzugsweise ist im übrigen eine zweite, gegenüberliegende Bohrung in dem Grundhalter vorgesehen, in der ein Ausstoßzapfen liegt, von dem ein in eine stirnseitige Sackbohrung des Spreizorgans mit Spiel eintretender Zentrierzapfen ausgeht. Der Spannzapfen und der Ausstoßzapfen liegen in stirnseitigen Ausnehmungen auf gegenüber¬ liegenden Seiten des genormten Werkzeughalters. Sie dienen zugleich als Mitnehmer für den Werkzeughalter. Das Spreizorgan kann auch durch einen Exzenternocken gebildet sein. Da¬ durch ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der volle Spreizhub der Spannstücke mit einer Drehung von höchsten 90° erreicht werden kann, während bei einer Differentialgewindespindel oder anderweitigen Spreiz¬ schraube unter Umständen mehrere ganze Drehungen erforderlich sein kön¬ nen. Die Verwendung eines Exzenternockens als Spreizorgan ist daher insbe¬ sondere in denjenigen Fällen von Vorteil, in denen das Einspannen des Werkzeugs unter beengten Platzverhältnissen oder in schwer zugänglichen Positionen erfolgen muß.
Während allerdings eine Differentialgewindespindel sowohl das Spreizen als auch das Zusammenziehen der Spannstücke bewirken kann, können die Spannstücke mit Hilfe eines Exzenternockens nur gespreizt werden. Der Rückzug der Spannstücke kann beispielsweise mit Hilfe von drehfest mit dem Exzenternocken verbundenen Klauen erfolgen, die in Taschen auf der Innenseite der Spannstücke eingreifen und die Spannstücke nach innen zie¬ hen. Daneben oder alternativ kommt auch der Einsatz einer Rückholfeder in Betracht.
Der Ausstoßzapfen weist vorzugsweise einen unrunden oder nockenförmigen Abschnitt auf und ist in bezug auf die Grundfläche der zugehörigen Ausneh¬ mung des Werkzeughalters derart angeordnet, daß der Werkzeughalter durch Drehung des Ausstoßzapfens mit Hilfe des radial-äußeren Bereichs der Abfla- chung aus dem Grundhalter ausgestoßen werden kann.
Der Spannzapfen und der Ausstoßzapfen haben die zusätzliche Funktion, daß sie den Spannblock in der entspannten Stellung schwimmend im Bereich der Schnittfläche von Grundhalter und Werkzeughalter führen.
Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungform ist in einem der Spannstücke wenigstens ein durch das zweite Spannstück hindurch zur Ge¬ genseite verlaufender Ausstoßstift vorgesehen, der beim Zusammenschrauben des Spannblocks mit einer stirnseitigen Schrägfläche auf eine Gegenfläche des Werkzeughalters auftrifft und den Werkzeughalter in Ausstoßrichtung ver- schiebt. Die erwähnte Schrägfläche kann eine konische Spitze des Aussto߬ stiftes sein, und der Ausstoßstift kann mit Gewindeeingriff im ersten Spann¬ stück liegen und auf diese Weise längenverstellbar sein. Als Gegenfläche im genannten Zusammenhang kommt die Grundfläche einer der stirnseitigen Ausnehmungen des Werkzeughalters in Betracht.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können auf den dem Werkzeughalter zugewandten Stirnflächen der Spannstücke Schrägflä¬ chen vorgesehen sein, die beim Zusammenziehen auf Schrägflächen eines Zwischenstücks, etwas eines Kühlmitteladapters auflaufen, der den Werk¬ zeughalter in Ausstoßrichtung verschiebt.
Bei Verwendung eines Exzenternockens als Spreizorgan kann eine der Nockenflächen des Exzenternockens gegen eine fest mit der Maschinenspin¬ del verbundene Schrägfläche laufen, wenn die Spannbacken durch Drehen des Exzenternockens gelöst werden, so daß der Werkzeughalter auf diese Weise ausgestoßen wird.
Vorzugsweise sind die zusammenwirkenden Flächen wenigstens einer Spannschulter und eines Spannklauen-Paares wenigstens teilweise abge¬ schrägt, so daß bei radialer Spreizung der Spannstücke zugleich ein axialer Zug auf den Werkzeughalter ausgeübt wird.
Die Spannstücke können auf den einander zugewandten Flächen wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, die den Durchgang wenigstens einer Kühlmit¬ telleitung durch die Schnittfläche zwischen Grundhalter und Werkzeughalter gestattet.
In die radialen Bohrungen des Grundhalters, die den Spannzapfen und den Ausstoßzapfen aufnehmen, treten in deren Radialrichtung Stiftschrauben ein, die in umlaufende Nuten des Spannzapfens und des Ausstoßzapfens ein¬ schraubbar sind. Auf diese Weise können der Spannzapfen und der Ausstoß- zapfen in Axialrichtung festgelegt werden, ohne in der Drehung behindert zu sein.
Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die EP-B 0 172 850 und die WO 88/05358 hingewiesen, die in vergleichbarem Zusammenhang die Verwen- düng von Differentialgewindespindeln zum Spreizen von Spannstücken zei¬ gen. Die genannten Druckschriften betreffen jedoch Lösungen, die insgesamt mit der vorliegenden Problemstellung nicht vergleichbar sind und insgesamt den genannten Anforderungen nicht entsprechen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Grund¬ halters mit Werkzeughalter und Spannvorrichtung in gespanntem Zustand;
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht von links in Fig. 1 und zeigt die gespannte Stellung der Spannvor¬ richtung;
Fig. 3 entspricht Fig. 2, zeigt jedoch die zusammengezogene
Stellung des Spannblockes;
Fig. 4 ist ein Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 entspricht Fig. 1 , zeigt jedoch eine andere Ausfüh¬ rungsform der Ausstoßeinrichtung;
Fig. 6 entspricht Fig. 2, zeigt jedoch die Ausführungsform ge¬ mäß Fig. 5 in Stirnansicht;
Fig. 7 ist ein Teilschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 5;
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ausstoßein¬ richtung;
Fig. 9a, b und c veranschaulichen verschiedene Querschnittsformen der Spannschultern;
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Exzenternocken als Spreizorgan;
Fig. 1 1 ist ein Schnitt entlang der Linie 1 1-1 1 in Fig. 10;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Exzenter¬ nocken;
Fig. 13 zeigt die Spannvorrichtung gemäß Fig. 10 in gespreiz¬ ter Stellung;
Fig. 14 ist ein Schnitt entlang der Linie 14- 14 in Fig. 13;
Fig. 15 ist eine Draufsicht auf den Exzenternocken in der
Spreizstellung.
Zunächst soll auf Fig. 1 bis 3 eingegangen werden. Fig. 1 zeigt auf der linken Seite einen Grundhalter 10, an dessen Stelle auch, wie erwähnt, eine Ma¬ schinenspindel stehen könnte, und auf der rechten Seite einen Werkzeughal¬ ter 12. Der Grundhalter 10 weist einen Innenkegel 14 auf, dem ein Außenke- gel 16 des Werkzeughalters 12 entspricht. Der Außenkegel des Werkzeughal¬ ters begrenzt einen Hohlschaft, in dessen Innerem gemäß der erwähnten Norm DIN 69093 eine unter 30° geneigte Spannschulter 18 vorspringt.
Der Grundhalter 10 weist im Inneren ebenfalls einen nicht näher bezeichne- ten Hohlraum auf, in dem sich eine nach innen vorspringende Spannschulter 20 befindet. Die Spannschulter 20 ist im dargestellten Beispiel entgegenge¬ setzt zu der Spannschulter 18 des Werkzeughalters unter 30° abgeschrägt.
Innerhalb des durch den Grundhalter 10 und den Werkzeughalter 12 gebilde- ten Hohlraumes befinden sich oben und unten in Fig. 1 bis 3 zwei Spann¬ stücke 22,24, die durch eine Differentialgewindespindel 26 zu einem spreiz¬ baren Spannblock verbunden sind. Die Differentialgewindespindel 26 steht mit entgegengesetzt gewendelten Gewindeabschnitten 28,30 in Gewindeein¬ griff mit entsprechenden, nicht bezeichneten Gewindebohrungen der Spann- stücke 22,24. Eine Drehung der Differentialgewindespindel 26 erlaubt somit eine Spreizung bzw. Zusammenziehung der Spannstücke 22,24. Eine Dre¬ hung und Verkantung der Spannstücke 22,24 wird dabei dadurch verhindert, daß diese nach links gegen einen nicht bezeichneten, umlaufenden Absatz im Inneren des Grundhalters anliegen oder sich in dessen unmittelbarer Nähe befinden.
Die Spannstücke 22,24 weisen in der Stirnansicht gemäß Fig. 2 und 3 einen im wesentlichen rechteckigen Umriß auf und bilden mit ihren beiden äuße¬ ren Ecken vier Klauen 32,34,36,38, die genauer in Fig. 1 dargestellt sind. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Spannstücke 22,24 klammerförmig ausgebildet, so daß sie nicht nur die in Fig. 2 erkennbaren Klauen 32,34,36,38, sondern am axial entgegengesetzten Ende vier entsprechende Klauen aufweisen, von de¬ nen die Klauen 40 und 42 in Fig. 1 erkennbar sind. Die Klauen 32 bis 42 bil¬ den auf jeder axialen Seite vier Spannflächen, die entsprechend der Neigung der Spannschultern 18,20 ebenfalls unter 30° geneigt sind. Es ist erkennbar, daß durch radiale Spreizung der Spannstücke 22,24 der Werkzeughalter 2 in den Grundhalter 10 axial hineingezogen und schließlich auch radial gespreizt wird.
Zur Drehung der Differentialgewindespindel 26 und damit zum Spreizen oder Zusammenziehen der Spannstücke 22,24 ist ein Spannzapfen 44 vorgesehen, der in einer radialen Bohrung 46 des Grundhalters 10 liegt. Der Spannzapfen 44 durchläuft im übrigen eine stirnseitige Ausnehmung am linken Rand des Werkzeughalters 12, die durch die genannte Norm vorgegeben ist. Auf diese Weise übt der Spannzapfen zugleich eine Mitnehmerfunktion für den Werk¬ zeughalter 12 bei der Drehung des Grundhalters 10 aus. Am radial-inneren Ende des ingesamt zylindrischen Spannzapfens 44 springt nach innen ein Sechskantzapfen 50 vor, der in eine entsprechende, nicht bezeichnete Aus¬ nehmung an der unteren Stirnseite der Differentialgewindespindel 26 ein¬ tritt. Selbstverständlich kann anstelle des Sechseckquerschnitts ein anderer, unrunder Querschnitt vorgesehen sein. Auf seiner radial-äußeren Stirnfläche weist der Spannzapfen ebenfalls einen Innensechskant 52 auf, der das Anset¬ zen eines entsprechenden Werkzeugs zur Drehung des Spannzapfens 44 ge¬ stattet. Wie ergänzend aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Spannzapfen 44 in sei¬ nem in dem Grundhalter 10 liegenden Abschnitt mit einer umlaufenden Nut 54 versehen, in die eine senkrecht zur Achse des Spannzapfens 44 in die Wand des Grundhalters 10 eingeschraubte Stiftschraube 56 eintritt. Die Stift¬ schraube 56 legt im Zusammenwirken mit der Nut 54 den Spannzapfen 44 in Axialrichtung fest, gestattet jedoch dessen Drehung. Auf der dem Spannzapfen 44 diametral gegenüberliegenden Seite befindet sich eine weitere radiale Bohrung 58 in der Wand des Grundhalters, in der entsprechend dem Spannzapfen 44 ein Ausstoßzapfen 60 liegt. Vom inneren Ende des Ausstoßzapfens 60 geht radial nach innen ein Zentrierzapfen 62 aus, der mit Spiel in eine stirnseitige Bohrung 64 der Differentialgewinde¬ spindel 26 an deren oberem Ende in Fig. 1 eintritt. Mit Hilfe des Sechskant¬ zapfens 50 des Spannzapfens 44 und des Zentrierzapfens 42 des Ausstoßzap¬ fens 60 wird der aus den beiden Spannstücken 22,24 und der Differentialge¬ windespindel 26 bestehende Spannblock in entspanntem Zustand (Fig. 3) schwimmend innerhalb des Hohlraums des Grundhalters 10 und des Werk¬ zeughalters 12 gehalten. Wie Fig. 2 zeigt, wird auch der Ausstoßzapfen 20 in Axialrichtung durch eine Stiftschraube 66 festgelegt. Der Ausstoßzapfen 60 liegt im übrigen ebenfalls in einer stirnseitigen Ausnehmung 60 des Werk¬ zeughalters 12. dient für diesen also ebenfalls als Mitnehmer bei Drehungen des Grundhalters.
Eine weitere Funktion des Ausstoßzapfens 60 besteht darin, daß dessen in der genannten Ausnehmung 68 liegender, in Fig. 3 im Querschnitt gezeigter Abschnitt 70 unrund ausgebildet ist und eine abgeflachte Seite 72 aufweist, der der Grundfläche der Ausnehmung 68 gegenüberliegt. Bei einer Drehung des Ausstoßzapfens 60 wird somit auf den Werkzeughalter 12 ein Druck nach rechts in Fig. 1, d.h. in Ausstoßrichtung ausgeübt. Zum Zwecke dieser Dre¬ hung ist auch der Ausstoßzapfen 60 an seinem äußeren Stirnende mit einem Innensechskant 74
Schließlich zeigen Fig. 2 und 3, daß die beiden Spannstücke 22,24 auf den einander zugewandten Seiten beiderseits der Differentialgewindespindel 26 korrespondierende, halbkreisförmige Aussparungen 76,78,80,82 aufweisen, die einander zu einem kreisförmigen Hohlraum ergänzen, wenn die Spann- stücke 22,24 zusammengezogen sind. Diese im Querschnitt kreisförmigen Hohlräume dienen zur Aufnahme von Kühlmittelrohren 84,86, die einen Kühlmitteladapter 88 und einen Kühlmittelverteiler 90 verbinden, die zu ei¬ nem im übrigen im einzelnen nicht gezeigten Kühlmittelsystem für die Küh¬ lung der Werkzeuge gehören.
Fig. 5 bis 7 entsprechen im wesentlichen Fig. 1 , 2 und 4 und sollen daher nur im Hinblick auf die Abweichungen erläutert werden. Diese beziehen sich auf das Ausstoßsystem zum Ausstoßen des Werkzeughal¬ ters 12 aus dem Grundhalter 10.
Gemäß Fig. 5 und 6 sind in das obere Spannstück 22 zwei Ausstoßstifte 92,94 verstellbar eingeschraubt, die das untere Spannstück 24 gemäß Fig. 5 und 6 in entsprechenden, nicht gezeigten Bohrungen durchlaufen. Der Gewindeein¬ griff mit den oberen Spannstücken 22 gestattet eine Längenverstellung. Die unteren Enden der Ausstoßstifte 92,94 sind kegelstumpfförmig abgeschrägt, wie in Fig. 6 erkennbar ist.
Es liegt auf der Hand, daß beim Zusammenschrauben der Spannstücke 22,24 mit Hilfe der Differentialgewindespindel 26 die Spannstifte 92,94 nach unten aus dem unteren Spannstück 24 austreten. Dabei treffen sie, wie Fig. 7 zeigt, unmittelbar angrenzend an den Umfang des unteren Spannzapfens 44 in den beiden Ecken der stirnseitigen Ausnehmung 48 des Werkzeughalters 12 auf die Kanten der Ausnehmung. Durch die schrägen Flächen der kegelstumpf- förmigen Enden der Ausstoßstifte 92,94 wird ein axialer Druck auf den Werk¬ zeughalter ausgeübt, der zu dessen Ausstoßen führt. Bei diesem Ausstoßvor¬ gang kann der gesamte Spannblock nicht nach oben in Fig. 1 und 2 auswei- chen, da sich das obere Spannstück im oberen Bereich an den Spannschul¬ tern abstützt.
Fig. 8 ist eine Teildarstellung zu Fig. 1 und beschränkt sich auf die Veran¬ schaulichung der beiden zusammengezogenen Spannstücke 22,24 sowie des Kühlmittelverteilers 90. Der Kühlmittelverteiler 90 weist in der Längsmittel¬ achse des Grundhalters und des Werkzeughalters auf der den Spannstücken zugewandten Seite einen kegelstumpfförmigen Ansatz 91 auf, dem entspre¬ chende, nicht bezeichnete Ausnehmungen auf den gegenüberliegenden Flä¬ chen der Spannstücke 22,24 zugeordnet sind, die sich in zusammengezoge- nem Zustand der Spannstücke zu einer kegelförmigen Ausnehmung ergän¬ zen. Beim Zusammenziehen der Spannstücke 22,24 bewirken die korrespon¬ dierenden Schrägflächen, daß auf den Kühlmittelverteiler 90, der gemäß Fig. 1 eng gegen die Innenfläche des Werkzeughalters anliegt, ein Druck in Richtung des Ausstoßens des Werkzeughalters ausgeübt wird.
Fig. 9a, b und c zeigen verschiedene Querschnittsformen der Spannschulter 20 des Grundhalters. Die Darstellung in Fig. 9c entspricht derjenigen der Fig. 1 und 4. In Fig. 1 ist eine vollständig radiale Spannschulter in Verbindung mit einer entsprechend geformten Spannfläche der Spannstücke gezeigt. Fig. 9b ist eine Kombination der beiden Möglichkeiten und zeigt eine teilweise abgeschrägte, teilweise radial verlaufende Spannschulter.
Beim Montieren eines Werkzeughalters werden zunächst die beiden Spann¬ stücke 22,24 mit Hilfe der Differentialgewindespindel auf Block zusammen¬ geschraubt. In diesem Zustand können sie in das Innere des Grundhalters bzw. der Maschinenspindel eingeführt werden. Mit Hilfe des Spannzapfens 44 und des Ausstoßzapfens 60 werden sie anschließend schwimmend in ih¬ rer Position gesichert. Damit ist die Spannvorrichtung funktionsfähig. In die¬ ser Richtung gestatten sie das Einschieben eines Werkzeughalters in den Grundhalter. Der Werkzeughalter muß lediglich so weit gedreht werden, bis der Spannzapfen 44 und der Ausstoßzapfen 60 in die entsprechenden stirn- seitigen Ausnehmungen 48 bzw. 68 des Werkzeughalters eintreten. Wird der Spannzapfen 44 jetzt gedreht, so bewegen sich die beiden Spannstücke syn¬ chron in Radialrichtung auseinander, bis die Klauen die Spannschultern 18,20 des Werkzeughalters und des Grundhalters bzw. der Maschinenspindel erfassen. Durch weiteres Spannen wird der Werkzeughalter axial in den Grundhalter hineingezogen. Dabei baut sich ein Spanndruck an der Stirnseite des Grundhalters und des Werkzeughalters auf, und gleichzeitig führt ein zu¬ nehmender radialer Druck, der über die Spannflächen und Spannschultern aufgebaut wird, dazu, daß der relativ dünnwandige Kegel des Werkzeughalters sich aufweitet und an den Innenkegel des Grundhalters gepreßt wird. Bei Er- reichen eines vorgegebenen Drehmoments ist der Spannvorgang beendet, und es ist eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Grundhalter bzw. Maschinenspindel und Werkzeughalter entstanden.
Das Lösen erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Da der Innenkegel des Grund- halters und der Außenkegel des Werkzeughalters jedoch relativ flach sind, tritt Selbsthaftung ein, so daß eine Trennung nicht automatisch erreicht wer¬ den kann. Zum Ausstoßen sind daher zuvor verschiedene alternative Aussto߬ einrichtungen geschildert worden, deren Funktion sich bereits aus der vor¬ angegangenen Beschreibung ergibt.
Fig. 10 bis 15 befassen sich mit einer anderen Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Spannvorrichtung, die sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 6 vor allem dadurch unterscheidet, daß das Spreizorgan nicht eine Differentialgewindespindel, sondern ein Exzenternocken ist. Der Exzenter¬ nocken ist auf die bereits beschriebene Weise drehbar, erfordert jedoch nur einen Drehwinkel von maximal 90°. Im übrigen ergibt sich ein konstruktiver Unterschied gegenüber der zuvor geschilderten Ausführungsform vor allem nur dadurch, daß die Achse des Exzenternockens zwischen den den beiden Spannstücken verläuft, während sie bei der Differentialgewindespindel senk¬ recht durch die beiden Spannstücke hindurchgeht.
Wegen der zahlreichen Übereinstimmungen mit der ersten Ausführungsform tragen die einzelnen Teile in Fig. 10 bis 15 Bezugsziffern, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen und lediglich um 100 erhöht wurden. Eine erneute Beschreibung ist daher weitgehend entbehrlich. Teile, die bei der ersten Ausführungsform nicht vorhanden sind und zum Bereich des Ex- zenternockens gehören, tragen Bezugsziffern ab 200.
In Fig. 10 und 1 1 sind Spannstücke 122, 124 in der zusammengezogenen Stellung dargestellt. Ein Exzenternocken 200, der in Fig. 12 allein und leicht vergrößert, jedoch in der Stellung gemäß Fig. 10 dargestellt ist, weist eine langgestreckte Form mit zwei parallelen Rändern 202,204 und zwei Nocken¬ flächen 206,208 auf. Der Abstand zwischen den geraden Rändern 202,204 ist erheblich geringer als der Abstand zwischen den Nockenflächen 206,208. Gemäß Fig. 10 bis 12 liegt der Exzenternocken 202 flach, also mit oben und unten befindlichen Rändern 202,204, zwischen den Spannstücken 122,124, so daß diese nach innen verschoben werden können und damit den Werk¬ zeughalter freigeben. Die Spannstücke werden sich allerdings nicht selbsttä¬ tig nach innen, also zur Drehachse der Anordnung bewegen, da sie durch Selbsthaltung an den Spannschultern 1 18, 120 gehalten werden können und zumindest das unten liegende Spannstück auch aufgrund der Schwerkraft in der unteren Stellung verbleiben wird. Zum Zusammenziehen können daher Federn, Gummibänder oder dergleichen vorgesehen sein, deren Zugkraft un¬ ter Umständen nicht zur Überwindung der Selbsthaltekräfte auf den Spann¬ schultern ausreicht. Erfindungsgemäß sind daher auf der Drehachse des Ex¬ zenternockens an dessen beiden Stirnseiten Klauenscheiben 210,212 dreh- fest befestigt. Die Klauenscheiben weisen zwei einander gegenüberliegende, radial vorspringende Klauen 214,216 auf, die beim Drehen des Exzenter¬ nockens in Entspannungsrichtung, also etwa entgegen Uhrzeigerrichtung in Fig. 10, in Taschen 218,220 auf der radial-inneren Seite der Spannstücke 122, 124 eintreten. Die Taschen 218,220 sind in einem Teilbereich hinter¬ schnitten und bilden auf diese Weise Schultern 222,224, gegen die sich die Klauen 214,216 bei der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 10 an- legen, so daß die Spannstücke nach innen mitgenommen werden.
Aus Fig. 12 geht hervor, daß die beiden Nockenflächen 206,208 sehr flach ansteigen, so daß beim Zusammenwirken der Nockenflächen mit den Innen¬ seiten der Spannstücke 122, 124 Selbsthemmung eintritt.
Fig. 13 bis 15 entsprechen Fig. 10 bis 12, zeigen jedoch die gespannte Stel¬ lung der Spannvorrichtung. Der Exzenternocken 200 steht in diesem Falle senkrecht in Fig. 13 und 15. Die Klauen 214,216 weisen nach oben und un¬ ten. Die Spannstücke 122, 124 greifen in der bereits geschilderten Weise hin- ter die Spannschultern 1 18, 120 des Grundhalters und des Werkzeughalters.
Zum Ausstoßen des Werkzeughalters 112 kann bei Verwendung eines Exzent¬ ernockens 200 als Spreizorgan eine fest mit dem Werkzeughalter 1 12 ver¬ bundene Schrägfläche 226 (Fig. 15) vorgesehen sein, gegen die die Nocken- fläche beim Lösen des Exzenternockens aufläuft, so daß der Werkzeughalter ausgestoßen wird. Die Schrägfläche ist gemäß Fig. 15 am Ende eines Stiftes 228 ausgebildet, der in den Kühlmittelverteiler 190 eingeschraubt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Spannvorrichtung zum Verbinden von Grundhaltern oder Maschinenspin¬ deln mit Werkzeughaltern oder Werkzeugen für die spanabhebende Bearbei- tung, mit spreizbaren, klammerförmigen Spannstücken (22,24; 122, 124), die mit radial nach außen vorstehenden Spannklauen (32,34,36,38,40,42; 132, 134, 136, 138, 140, 142) Spannschultern ( 18,20; 1 18, 120) im Inneren der Maschinenspindel (10; 1 10) und des Werkzeughalters (12; 1 12) hinter¬ greifen, dadurch gekennzeichnet, daß 2 Spannstücke (22,24; 122, 124) mit Hilfe eines Spreizorgans (26,200) zu einem Spannblock verbunden sind, des¬ sen Außendurchmesser in der zusammengezogenen Stellung kleiner als der kleinste Innendurchmesser sowohl der Maschinenspindel (10; 1 10) als auch des Werkzeughalters ( 12; 1 12) ist, und daß die Spannstücke (22,24; 122, 124) jeweils zwei Spannflächen auf beiden Seiten aufweisen, die derart angeordnet sind, daß die vier Spannflächen der beiden Spannstücke jeweils in Winkelabständen von ca. 90° auf dem Umfang der Spannschultern (18,20; 1 18.120) verteilt sind.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizorgan (26,200) durch eine radiale Bohrung (46; 146) in der Maschi¬ nenspindel (10; 1 10) hindurch drehbar ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizorgan (26,200) mit Hilfe einer lösbaren, drehfesten Steckverbindung mit einem einen Steckwerkzeugeinsatz gestattenden Spannzapfen (44; 144) verbunden ist, der in der radialen Bohrung (46; 146) der Maschinenspindel ( 10; 1 10) liegt.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite radiale Bohrung (58; 158) in der Maschinenspindel ( 10; 1 10) auf der der ersten Bohrung (46; 146) gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, in der ein Ausstoßzapfen (60; 160) liegt, in dem ein in eine stirnseitige Sack¬ bohrung (64; 164) des Spreizorgans (26,200) mit Spiel eintretender Justier¬ zapfen (62; 162) ausgeht.
5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannzapfen (44; 144) und der Ausstoßzapfen (60; 160) in stirnseitigen Aus¬ nehmungen (48.68) auf gegenüberliegenden Seiten des Werkzeughalters ( 12; 1 12) liegen.
6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannblock (22,24,26,200) in der entspannten Stellung durch den Spann¬ zapfen (44; 144) und den Ausstoßzapfen (60; 160) innerhalb der Schnittflä¬ che von Maschinenspindel (10; 110) und Werkzeughalter (12; 1 12) schwim- mend gehalten ist.
7. Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßzapfen (60) einen unrunden Abschnitt (70) aufweist, der in bezug auf die Grundfläche der zugehörigen Ausnehmung (68) des Werkzeughalters (12) derart angeordnet ist, daß der Werkzeughalter ( 12) durch Drehung des Ausstoßzapfens aus der Maschinenspindel (10) ausstoßbar ist.
8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Spannstücke (22,24) auf der dem Werkzeughalter (12) zu- gewandten Seite wenigstens eine Schrägfläche aufweisen, die beim Zusam¬ menziehen der Spannstücke mit einer entsprechenden Schrägfläche (91) des Werkzeughalters oder eines mit diesem in Verbindung stehenden Zwi¬ schenstücks (90) zusammenwirkt und auf den Werkzeughalter einen Druck in Ausstoßrichtung ausübt.
9. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Flächen wenigstens einer der Spannschultern ( 18,20; 18,20) und eines Spannklauen-Paares (32,34,36, 38,40,42; 132, 134, 136, 138, 140, 142) wenigstens teilweise abgeschrägt sind.
10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in die radialen Bohrungen (46,58; 146, 158) in der Wand der Maschinenspindel eine Gewindebohrung für eine Stiftschraube (56,66; 56,66) eingearbeitet ist, die in eine umlaufende Nut (54; 154) des Spannzap- fens (44; 144) bzw. des Ausstoßzapfens (60; 160) eintritt.
1 1. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizorgan eine Differentialgewindespindel (26) mit zwei entgegengesetzt gewendelten Gewindeabschnitten (28,30) ist, die jeweils in entsprechende Innengewinde der Spannstücke (22,24) eintreten.
12. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstücke (22,24) auf den einander zugewandten Flächen wenigstens eine Aussparung (76,78,80,82) aufweisen, die den Durchgang wenigstens eines Kühlmittelrohres (84,86) durch die Schnittfläche zwischen Maschinenspin- del (10) und Werkzeughalter (12) gestattet.
13. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in einem der Spannstücke (22) wenigstens ein durch das zweite Spannstück (24) hindurch zur Gegenseite verlaufender Ausstoßstift (92,94) vorgesehen ist, der beim Zusammenziehen des Spannblocks (22,24,26) mit einer stirnseitigen Schrägfläche auf eine Gegenfläche des Werkzeughalters (12) aufläuft und den Werkzeughalter in Ausstoßrichtung verschiebt.
14. Spannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßstift (92,94) eine konische Spitze aufweist und durch Gewindeeingrif¬ fe in dem ersten Spannstück (22) längsverstellbar gehalten ist.
15. Spannvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfläche die Kante der Grundfläche einer der stirnseitigen Aus¬ nehmungen (48) des Werkzeughalters ist.
16. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Spreizorgan ein zwischen den Spannstücken ( 122, 124) lie- gender Exzenternocken (200) ist.
17. Spannvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Exzenternocken (200) wenigstens zwei radial vorspringende Klauen (214,216) verbunden sind, die derart in hinterschnittene Taschen (218,220) auf der Innenseite der Spannstücke (122, 124) eintreten, daß sie beim Lösen des Exzenternockens (200) eine radial nach innen gerichtete Zugwirkung auf die Spannstücke ( 122, 124) ausüben.
18. Spannvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsbereich einer der Nockenflächen (206,208) des Exzenter¬ nockens (200) eine mit dem Werkzeughalter in Verbindung stehende Schrägfläche (226) ausgebildet ist, auf die die Nockenfläche (206,208) des Exzenternockens (200) bei ihrer weiteren Drehung zum Ausstoßen des Werkzeughalters (112) aufläuft.
19. Spannvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche an einem Stift (228) ausgebildet ist, der von einem Kühlmittel¬ verteiler (190) im Inneren des Werkzeughalters ausgeht.
EP93919194A 1992-08-27 1993-08-26 Spannvorrichtung mit spreizbaren, klammerförmigen spannstücken zum verbinden von grundhaltern mit werkzeughaltern Withdrawn EP0656820A1 (de)

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