DD212909A1 - Einrichtung zum spannen und loesen von werkzeugen/werkzeugtraegern mit steilkegelschaft - Google Patents

Abstract

Einrichtung zum Spannen/Loesen von Werkzeugen/Werkzeugtraegern mit Steilkegelschaft, die wechselbar in einer Arbeitspindel aufgenommen und mit einem Spannknauf versehen sind, der zum Zweck der Werkzeugspannung von in der Arbeitsspindel laengs- und schwenkbeweglich angeordneten Spannsegmenten hintergriffen wird, die in Abhaengigkeit der Bewegungsablaeufe eines sie axial festlegenden Spann- und Loesemechanismus in Kontakt mit einer in ihrer Bewegungsbahn befindlichen ortsfesten Steuerflaeche/-kante treten u. dadurch in oder ausser Spannstellung bewegt werden, wobei der Antrieb des Spann- und Loesemechanismus in Spannrichtung vorzugsweise mit Hilfe vorgespannter Tellerfedern erfolgt. Ziel ist es, die Belastungsverhaeltnisse im Bereich der Arbeitsspindel zu verbessern, die Betaetigungseinrichtung fuer den Loesevorgang sowie den Bauraum fuer die Aufnahme der Federsaeule zu minimieren und die Funktionssicherheit zu erhoehen. Dabei besteht die Aufgabe, in einer solchen Bemessung des Spann-/Loesehubes, dass ein Anstieg der Federkraefte ohne Auswirkung auf die Spindellagerung bleibt, des weiteren sind die axiale Baulaenge der Federsaeule zu reduzieren und Funktionsstoerungen im Bereich der Spannsegmente einrichtungsseitig bis zur Stillsetzung der Maschine zu kompensieren. Erfindungsgemaess sind die Spannsegmente durch ein zentrisch auf der Zugstange des Spann-/Loesemechanismus angeordnetes, radial in zwei Ebenen axial federndes Betaetigungselement in Spannrichtung fixiert, d. mit dem Spannsegmenten jeweils in den Ebenen ihres zeitweiligen Kontaktes mit einer Steuerflaeche sowie ihrer Anlage am Spannkopf der Zugstange in Wirkverbindung steht.

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zum Spannen und Lösen von Werkzeugen/Werkzeugträgern mit Steilkegelschaft

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen und Lösen von Werkzeugen/Werkzeugträgern mit Steilkegelschaft,die wechselbar in einer Arbeitsspindel aufgenommen und mit einem Spannknauf versehen sind,der zum Zweck der Werkzeugspannung von in der Arbeitsspindel längs- und schwenkbeweglich angeordneten Spannsegmenten hinfeergriffen wird,die in Abhängigkeit der Bewegungsabläufe eines sie axial festlegenden Spann- und Lösemechanismus in Kontakt mit einer in ihrer Bewegungsbahn befindlichen ortsfesten Steuerfläche/kante treten und dadurch in oder außer Spannstellung bewegt werden,wobei der Antrieb des Spann-und Lösemechanismus in Spannrichtung vorzugsweise mit Hilfe vorgespannter Tellerfedern erfolgt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt,Spannsegmente in der Spindelbohrung beziehungsweise in einer von dieser aufgenommenen Hülse radial zu fixieren und einen Freiraum zur Aufnahme des mit dem Spannknauf zusammenwirkenden Teiles der Spannsegmente bei Aufhebung der Spanhstsllung vorzusehen.

Oer übergang von der Spindel-/Hülsenbohrung zum Freiraum ist als Schräge/Kante ausgebildet ,.mit der die Spannsegmente, in

Abhängigkeit ihrer Längsbewegungen,zeitweilig rückseitig in Kontakt treten und dadurch in Spannstellung gebracht werden« Dabei ist es bekannt, die Offenstellung der Spannsegmente durch deren federnde Ausbildung (z.B. DE-Zeitschrift" Werkstatt und Betrieb 115 (1982)9 S. 531 ,WO-81/02401), radial auf Spannsegmente einwirkende Federelemente (z.B. Bearbeitungszentren HR4A/HR5A der Firma Mitsui Seiki, Dp/Prospekt) oder einer axial gefederten und mit einem Innenkonus versehenen Buchse des Spann- und Lösemechanismus zu erreichen,die mit Komplementärschrägen der Enden der Spannsegmente in Eingriff steht (Bearbeitungszentrum Solon der Firma Scharmann,DE/Prospekt). Weiterhin ist bekannt,in der Spindelbohrung vorstehende Steuerflächen anzuordnen,auf die die Spannsegmente im Verlauf ihrer Längsbewegung in die Offenstellung mit ihren nockenartig ausgebildeten Enden treffen und dadurch in den Freiraum ausgeschwenkt "werden (Schnellspannsystem SSK der Firma Berg,DE/Prospekt). Eine andere Lösung sieht eine zweigeteilte,axial in sich federnde Zug-Schubstange vor, in deren vorderem Teil ein in Abhängigkeit der Verschiebebewegung·=-des-hinteren Teiles längsbeweglicher Steuerschieber angeordnet ist,durch dessen Bewegungsabläufe radial verschiebbare Steuerstifte betätigt werden,die ihrerseits mit den Enden der nach außen federbelasteten Spannsegmente in funktioneller Verbindung stehen. Die Spannsegmente werden in ihrem hinteren Bereich von einer in der Spindelbohrung fest angeordneten Führungshülse aufgenommen und sind um eine stirnseitige Kante derselben ein- und ausschwenkbar (DD-IVP 137827).

Die Betätigung der Spannsegmente erfordert bei diesen Lösungen einen relativ großen Spann-/Lösehub,da die Spannsegmente nur allmählich gespreizt / geschlossen werden. Das ist insbesondere bei Spanneinrichtungen, bei denen das Werkzeug mittels vorgespannter Tellerfedern einspannt wird,von erheblichem Nachteil, da zur Realisierung analoger Verfahrwege des Spann-ZLösemechanismus die axiale Baulänge der Federsäule entsprechend lang gewählt werden muß. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig starker Anstieg der Federkräfte beim öffnen der Spannsegmente,wodurch die Spindellager in einem Maße belastet werden können,daß besonders ihre Langzeitgenauigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt wird.

Die Betätigungseinrichtung zum Lösen der Werkzeugspannung ist demgemäß groß zu dimensionieren,womit sich der Aufwand erhöht. Darüber hinaus erfordert die relativ lange Federsäule eine dementsprechende Ausdehnung des Bauraumes,was zu analogen Abmessungen der Arbeitsspindel führt beziehungsweise deren Steife nachteilig beeinflussen kann.

Ein weiterer wesentlicher gemeinsamer Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, daß Störungen im Funktionsablauf der Werkzeugspannung, wie sie zum Beispiel durch eine nicht funktionsgerechte Stellung des Spannknaufes zu den Spannsegmenten auftreten können,einrichtungsseitig bis zur Stillsetzung der Maschine nicht ausreichend kompensierbar sind. Dadurch besteht die Gefahr der Beschädigung / Zerstörung der Spannsegmente, da diese,beim Spannvorgang auf dem Spannkaauf aufsitzend,zwangsläufig in die sie radial fixierende Bohrung gezogen werden können. Das führt sehr häufig zur Funktionsuntüchtigkeit der gesamten Werkzeugspanneinrichtung und damit zum Maschinenausfall, was bei hochproduktiven Fertigungseinrichtungen,wie sie beispielsweise Bearbeitungszentren darstellen, mit erheblichen Kosten verbunden sein kann.

Das Spreizen der Spannsegmente mittels radial wirkender Federelemente vermindert die Funktionssicherheit der Werkzeugspanneinrichtung, wobei sich der dazu erforderliche Aufwand des weiteren dann beträchtlich erhöht, wenn zusätzlich ein Steuermechanismus, wie Steuerschieber mit Steuerstiften,notwendig ist. Schließlich unterliegen die Spannsegmente bei den bekannten Einrichtungen einem relativ starken Verschleiß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine Reduzierung des Kraftanstieges beim Lösevorgang die damit im Zusammenhang stehenden Belastungsverhältnisse im Bereich der Arbeitsspindel zu verbessern sowie die Dimensionierung der Betätigungseinrichtung zu verringern, den Bauraum für die Aufnahme der Federsäule der Werkzeugspannung zu minimieren und die Funktionssicherheit der Einrichtung zu erhöhen.

- 4 - Wesen der Erfindung

Die technischen Ursachen für die Mängel der bekannten Lösungen liegen im wesentlichen in der Art und Weise der axialen Festlegung der Spannsegmente zum Spann-/Lösemechanismus und ihrem Zusammenwirken mit der Steuerfläche/-kante begründet.

Der Erfiridung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Einrichtung zum Spannen und Lösen von wechselbar in einer Arbeitsspindel aufgenommenen Werkzeugen/W'^erkzeugt rägern mit Steilkegelschaft zugrunde, die vorzugsweise mit Hilfe vorgespannter Tellerfedern gespannt werden,wobei der Betrag des Spann-/Lösehubes so bemessen ist,daß ein daraus resultierender Anstieg der Federkräfte ohne nennenswerte Auswirkung auf die Spindellagerung bleibt, die axiale Baulänge der Federsäule reduziert wird und im Bereich der Spannsegmente insbesondere beim Spannen auftretende Funktionsstörungen bis zur Stillsetzung der Maschine einrichtungsseitig kompensiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spannsegmente durch ein zentrisch auf der Zugstange des Spann-/Lösemechanismus angeordnetes, radial in zwei Ebenen axial federndes Betätigungselement in Spannrichtung fixiert sind, das mit den Spannsegmenten jeweils in den Ebenen ihres zeitweiligen Kontaktes mit einer Steuerfläche sowie ihrer Anlage am Spannkopf der Zugstange.in Wirkverbindung steht.

Das Betätigungselement besteht aus zwei ineinanderliegenden, axial zueinander verschiebbaren Ringeodenen jeweils eine sich an einem auf der Zugstange rückgelagerten Stützring abstützende Feder nachgeordnet ist, wobei die Kraftangriffspunkte des Be- . tatigungselementes an den Spannsegmenten in/annähernd in einer Ebene mit der Steuerkante der Steuerfläche und dem Außendurchmesser des Spannkopfes liegen.

Die Spannsegmente weisen in an sich bekannter Weise an ihren Enden' jeweils eine Kontaktfläche auf, die in Schließstellung gleichgerichtet zur Steuerfläche ist, wobei die Steuerfläche vorzugsweise rechtwinklig zur geradlinigen Verschiebebewegung der Spannsegmente verläuft und an deren Steuerkante sich eine in Richtung der Wandung der Spindelbohrung ansteigende Schräge anschließt-«

Nach einem letzten Merkmal der Erfindung ist in der Spindelbohrung wahlweise ein die Spannsegmente in Spannstellung radial fixierender Sicherungsring ortsfest angeordnet, dessen eine stirnseitige Fläche bei nicht funktionsgerechter Spannstellung des Spannknaufes mit einer Komplementärfläche der noch gespreizten Spannsegemente in Wirkverbindung steht.

Soll die Werkzeugspannung aufgehoben werden,so wird der Spann-/ Lösemechanismus betätigt und dessen Zugstange in Richtung Werkzeug bewegt. Bedingt durch ihre axiale Fixierung auf der Zugstange führen die Spannsegmente eine analoge geradlinige Verschiebebewegung aus, bis sie mit ihren Kontaktflächen auf Steuerflächen treffen. Unter dem Einfluß der fortdauernden Verschiebung der Zugstange und des sich zunächst spannenden und anschließend über die innere Feder wieder teilweise entspannenden Betätigungselementes beginnen sich die Spannsegmente, um die Steuerkante schwenkend,sofort zu spreizen,nachdem sie sich vorher schon vom Spannknauf gelöst haben. Die äußere Feder drückt über den ihr zugeordneten Ring die Spannsegmente gegen die Steuerkante.

Fährt die Zugstange aus nicht näher zu untersuchenden Gründen über den zur Spreizung der Spannsegmente erforderlichen Betrag · riach vorn, kommt es zu deren Anlage an die Innenwand der Arbeitsspindel ,wobei ihre Beschädigung durch ein weiteres Zusammendrücken des federnden Betätigungselementes vermieden wird. Der Spannvorgang läuft analog,jedoch in umgekehrter Reihenfolge ab. Mit Beginn der entsprechenden Verschiebung der Zugstange schließen sich die Spannsegmente sofort unter der Kraftwirkung der äußeren Feder gegen die Kraft der inneren Feder des Betätigungselementes,werden um einen bestimmten Betrag entlang dem Spannknauf verschoben und spannen. Sitzen die Spannsegmente auf Grund einer nicht funktionsgerechten Stellung des Spannknaufes auf diesem auf, kommt es nicht zu deren Beschädigung. Die Zugstange fährt in diesem Fall bis zu einem Festanschlag um einen vom federnden Betätigungselement kompensierbaren Betrag, weiter, der für eine Signalisierung der Fehlspannung genutzt werden kann. Weitere Einzelheiten sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich.

- 6 Ausf ührunqsbe is pi-el

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung.

In der angedeuteten Arbeitsspindel 1 ist ein nicht näher bezeichnetes Werkzeug 2 mit Steilkegelschaft aufgenommen, dessen Spannknauf 3 in der gezeigten Spannstellung von Spannsegmenten eines Spann- und Lösemechanismus 5 hintergriffen wird. Die Spannkraft bringen vorgespannte Tellerfedern 6 auf, wobei sich die von einer Mutter 7 belastete Federsäule gegen einen ortsfest in der Spindelbohrung S angeordneten Ring 9 abstützt,während die Lösekraft durch nicht gezeigte technische Mittel aufgebracht wird.

Von der im Ring 9 längsverschieblich geführten Zugstange IO des Spann-und Lösemechanismus 5 werden die Spannsegmente 4 axial fixiert aufgenommen. Dabei liegen sie,auf dem Außendurchmesser des Spannkopfes 11 aer Zugstange 10 gleichmäßig verteilt aufgenommen ,in Löserichtung an dessen Schulter 11' an und werden in Spannrichtung durch ein radial in zwei Ebenen axial federndes Betätigungselement 12 auf der Zugstange 10 festgelegt. Das Betätigungselement 12 ist zentrisch auf der Zugstange 10 angeordnet und besteht aus zwei ineinanderliegenden, axial zueinander verschiebbaren Ringen 13, 14,denen jeweils eine sich an einem auf der Zugstange 10 rückgelagerten Stützring 15 abstützende, vorgespannte Feder 16,17 nachgeordnet ist. Die Rücklagerung des Stützringes 15 erfolgt mittels Sprengring 13,dessen Abstand b zum Ring 9 zu einen Zusatzhub der Zugstange 10 ermöglicht,der zur Signalisierung einer Fehlspannung genutzt werden kann.

Die Federn 16,17 sind im Ausführunbsbeispiel ,Polyurethanfedern, es können jedoch auch Schrauben-oder Tellerfedern sein. Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich,ist in der Spindelbohrung S eine Anschlaghülse 19 ortsfest angeordnet,die eine rechtwinklig zur Verschiebebewegung der Zugstange 10 verlaufende Steuerfläche 20 aufweist,um deren Steuerkante 21 die Spannsegmente 4 mittels an ihren Enden befindlichen Kontaktflächen ein-und ausschwenkbar sind. Das Spreizen der Spannsegmente 4

erfolgt,nachdem diese um den Betrag a geradlinig:verschoben wurden und sich dadurch vom Spannknauf 3 lösen konnten. Die Kraftangriffspunkte des Betätigungselementes 12 an den Spannsegmenten 4. liegen in/ annähernd in einer Ebene mit der Steuerkante 21 und des Außendurchmessers des Spannkopfes 11. Dadurch ergeben sich günstige Bedingungen hinsichtlich der vom Betätigungselement 12 für das öffnen und Schließen der Spannsegmente 4 aufzubrindenden Momente.

An die Steuerkante 21 schließt sich eine in Richtung der Wandung der Spindelbohrung 8 ansteigende Schräge 23 an, wodurch in diesem Bereich der notwendige Freiraum für das Ausschwenken der Spannsegmente 4 geschaffen wird.

Die Zeichnung zeigt,daß das Drehmoment für das Spreizen der Spannsegmente 4 durch die Feder 16 und für deren Schließen mittels der Feder 17 erzeugt wird. Bedingt durch das sofortige öffnen und Schließen der betätigten Spannsegmente 4 ergibt sich unmittelbar vor Realisierung des Spannvorganges zwischen den geschlossenen Spannsegmenten 4 und dem Spannknauf 3 der Betrag a, auf den schon in Verbindung mit der Erläuterung des Spreizvorganges verwiesen wurde. Der Betrag -a besitzt in diesem Zusammenhang den Charakter eines Sicherheitsabstandes,da die Spannsegmente 4 vor ihrem Auftreffen auf dem Spannknauf 3 vollständig in Schließstellung gebracht werden können.

Erfolgt die VVerkzeugspannung mittels eines Spannknaufes 3, der eine abgeschrägte Spannfläche besitzt,so wird zur Vermeidung des Aufspreizens der Spannsegmente 4 in Spannstellung,in der Spindelbohrung 8 ein die Spannsegmente 4 zeitweise radial fixierender Sicherungsring 24 ortsfest angeordnet. Im Zusammenwirken mit den Spannsegmenten 4 realisiert der Sicherungsring zusätzlich eine Sicherheitsfunktion. So tritt seine stirnseitige Fläche 25 im Falle des Aufsitzens der Spannsegmente 4 auf dem eine nicht funktionsgerechte Lage einnehmenden Spannknauf 3 mit einer Komplementärfläche 26 der noch gespreizten Spannsegmente in Kontakt,wodurch deren Hineinziehen in den Sicherungsring und damit ihre Beschädigung vermieden wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen im wesentlichen in

der Erhöhung der Funktionssicherheit für den Spann-/Lösegang, der Schaffung günstiger Belastungsverhältnisse im Bereich der Arbeitsspindellagerung

- einer Minimierung der Betätigungseinrichtung für den Lösevorgang und'des Bauraumes für die Aufnahme der Federsäule, einer . Senkung des Verschleißes der Spannsegmente.

Claims (4)

1. — 9 —
   Erfindunqsanspruch

   1. Einrichtung zum Spannen und Lösen von VVerkzeugenA^v'erkzeugträgern mit Steilkegelschaft,die wechselbar in einer Arbeitsspindel aufgenommen und mit einem Spannknauf versehen sind,der zum Zweck der Werkzeugspannung von in der Arbeitsspindel längs-und schwenkbeweglich angeordneten Spannsegmenten hintergriffen wird,die in Abhängigkeit der Bewegungsabläufe eines sie axial festlegenden Spann-/Lösemechanismus in Kontakt mit einer in ihrer Bewegungsbahn befindlichen ortsfesten Steuerfläche/-kante treten und dadurch in und außer Spannstellung gebracht werden,wobei der Antrieb des Spann-und Lösemechanismus in Spannrichtung vorzugsweise mit Hilfe, vorgespannter Tellerfedern erfolgt, gekennzeichnet dadurch,daß die Spannsegmente (4) durch ein zentrisch auf der Zugstange (10) des Spann-ZLösemechanismus (5) angeordnetes, radial in zwei Ebenen axial federndes Betätigungselement (12) in Spannrichtung fixiert sind,das mit den Spannsegmenten (4) jeweils in den Ebenen ihres zeitweiligen Kontaktes mit einer Steuerfläche (20) sowie ihrer Anlage am Spannkopf (11) der Zugstange (10) in Wirkverbindung steht.
2. 2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Betätigungselement (12) aus zwei ineinanderliegenden,axial zueinander verschiebbaren Ringen( 13;14) besteht, denen jeweils eine sich an einem auf der Zugstange (10) rückgelagerten Stützring (9) abstützende Feder (16;17) nachgeordnet ist, wobei die Kraftangriffspunkte des Betätigungselementes (12) an den Spannsegmenten (4) in/annähernd in einer Ebene mit der Steuerkante (21) und dem Außendurchmesser des Spannkopfes (11) liegen.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 1 und 2,gekennzeichnet dadurch,daß die Spannsegmente (4) in an sich bekannter Weise an ihren Enden jeweils eine Kontaktfläche (22) aufweisen, die in Schließstellung gleichgerichtet zur Steuerfläche (20) ist, wobei die Steuerfläche (20) vorzugsweise rechtwinklig'zur geradlinigen Verschiebe'oewegung der Spannsegmente (4)-verläuft und an deren Steuerkante (21) sich eine in Richtung

   ' - 10 -

   der Wandung der Spindelbohrung (8) ansteigende Schräge (23) anschließt.
4. 4. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch,daß in der Spindelbohrung (8) wahlweise ein die Spannsegmente (4) in Spannstellung radial fixierender Sicherungsring (24) ortsfest angeordnet ist,dessen stirnseitige Fläche (25), bei nicht.funktionsgerechter Spannstellung des Spannknaufes (3),mit einer Koraplementärfläche (26) der noch gespreizten Spannsegmente (4) in Wirkverbindung steht.

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