DD284353A7 - Spanneinrichtung fuer auswechselbare werkzeugkoepfe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung fuer auswechselbare Werkzeugkoepfe. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Spanneinrichtungen fuer auswechselbare Werkzeugkoepfe zum Drehen, Bohren oder Fraesen an Werkzeughaltern fuer den manuellen oder automatischen Werkzeugwechsel, bestehend aus einem mit einem zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen und einer axialen ringfoermigen Anlageflaeche versehenen Werkzeugkopf, einem Werkzeughalter mit axialer ringfoermiger Anlageflaeche und dem Aufnahmezapfen angepaszter Aufnahmebohrung, einem zentrisch in der Aufnahmebohrung anbringbaren und in den aufgebohrten Aufnahmezapfen eingreifenden zylindrischen Zapfen und Spannmitteln zur loesbaren Verbindung von Werkzeugkopf und zylindrischem Zapfen bzw. Werkzeughalter. Erfindungsgemaesze Spanneinrichtungen finden Anwendung bei sogenannten modularen Werkzeugsystemen, die auf programmgesteuerten Bearbeitungszentren zur Komplettbearbeitung eingesetzt werden. Fig. 1{Spanneinrichtung; Werkzeugkoepfe, auswechselbar; Werkzeughalter; Maschinenspindel; kegelige Aufnahmebohrung; kegeliger Aufnahmezapfen; Drehen; Bohren; Fraesen; Werkzeugwechsel, manuell und automatisch; Spannmittel; Spannelemente, nockenfoermig}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Anwendungsgebiet der Erfindung sind Spanneinrichtungen für auswechselbare Werkzeugköpfe zum Drehen, Bohren oder Fräsen an Werkzeughaltern für den manuellen oder automatischen Werkzeugwechsel, bestehend aus einem mit einem zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen und einer axialen ringförmigen Anlagefläche versehenen Werkzeugkopf, einem Werkzeughalter mit axialer ringförmiger Anlagefläche und dem Aufnahmezapfen angepaßter Aufnahmebohrung, einem zentrisch in der Aufnahmebohrung anbringbaren und in den aufgebohrten Aufnahmezapfen eingreifenden zylindrischen Zapfen und Spannmitteln zur lösbaren Verbindung von Werkzeugkopf und zylindrischem Zapfen bzw. Werkzeughalter.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Im Heft 9/1987 der Zeitschrift „Werkstatt und Betrieb" wird eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern beschrieben, bei der in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters ein von einer Zugstange durchsetzter rohrförmiger Zapfen befestigt ist, der in zwei radialen Aufnahmebohrungen je eine Spannkugel trägt. Die Spannkugeln stützen sich auf je einer Keilfläche an der Zugstange ab und werden durch diese gegen eine Keilfläche im Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes gedrückt. Durch die unterschiedliche Neigung der Keilflächen an der Zugstange und im Aufnahmezapfen wird die auf die Zugstange aufgebrachte Spannkraft verstärkt. Nachteilig an dieser Spanneinrichtung sind die großen Verschiebewege der Schubstange zum Spannen und Lösen des Werkzeugkopfes sowie der kleine Querschnitt der Schubstange im Bereich der Keilflächen, durch den die übertragbare Spannkraft begrenzt ist.

Für kleinere Baugrößen ist diese Spanneinrichtung auf Grund dieser Nachteile nicht geeignet. Bedingt durch die große Anzahl von Bauelementen, aus denen diese Spanneinrichtung besteht und die für eine einwandfreie Funktion und große Wechselgenauigkeit erforderliche hohe Fertigungsgenauigkeit ist der Herstellungsaufwand sehr hoch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern, die aus wenigen Bauelementen besteht, eine hohe Wechselgenauigkeit ermöglicht und einen geringen Fertigungsaufwand erfordert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern zu entwickeln, bei der über die Spannelemente trotz geringer Baugrößen große Spannkräfte mit einer hohen Sicherheit gegen selbsttätiges Lösen übertragbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zylindrische Zapfen an dem in den Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes ragenden Ende mit mindestens zwei zur Umfangsfläche und zur Stirnfläche offenen Spannausnehmungen mit jeweils zwei V-förmig zueinander und geneigt zur Stirnfläche angeordneten Spannflächen versehen ist und in radialen Bohrungen des Werkzeugkopfes mindestens zwei mit einem nockenform igen Kopf an den Spannflächen angreifende Spannelemente drehbar gelagert sind.

Der nockenförmige Kopf eines Spannelementes ist mit zwei nockenförmigen Spannflächen versehen, wobei der Steigungswinkel der einen nockenförmigen Spannfläche doppelt so groß wie der Steigungswinkel der anderen nockenförmigen Spannfläche ist und die Anfangspunkte beider nockenförmigen Spannflächen um 120° zueinander versetzt sind.

Die beiden nockenförmigen Spannflächen sind durch eine flache V-förmige Nut voneinander getrennt, die an der Schnittstelle zwischen dem Ende der einen und dem Anfang der anderen nockenförmigen Spannfläche angeordnet ist.

Die nockenförmige Spannfläche mit dem größeren Steigungswinkel ist in ihrem Endbereich als Lösenase ausgebildet.

Die Spannflächen einer Spannausnehmung am zylindrischen Zapfen haben einen unterschiedlichen Neigungswinkel zur Längsachse des zylindrischen Zapfens.

Beim axialen Verspannen von Werkzeugkopf und Werkzeughalter ist die nockenförmige Spannfläche mit dem größeren Steigungswinkel mit der Spannfläche mit dem größeren Neigungswinkel und dementsprechend die nockenförmige Spannfläche mit dem kleinen Steigungswinkel mit der Spannfläche mit dem kleinen Neigungswinkel in Wirkverbindung gebracht.

Die Spannelemente müssen vor dem Einführen des kegeligen Aufnahmezapfens in die kegelige Aufnahmebohrung des Werkzeughalters so gedreht werden, daß die flache V-förmige Nut am nockenförmigen Kopf etwa in Richtung des kegeligen Aufnahmezapfens weist. Dann wird der kegelige Aufnahmezapfen so weit in die kegelige Aufnahmebohrung eingeführt, bis die Spannelemente in die Spannausnehmungen des zylindrischen Zapfens einzugreifen beginnen. Unter gleichzeitiger Drehung der Spannelemente wird jetzt der kegelige Aufnahmezapfen zur Anlage in der kegeligen Aufnahmebohrung gebracht und durch die Spannelemente verspannt. Dabei wird die Hauptspannkraft durch die nockenförmige Spannfläche mit dem großen Steigungswinkel erzeugt, während die nockenförmige Spannfläche auf Grund des kleinen Steigungswinkels im Selbsthemmungsbereich liegt und dadurch ein selbsttätiges Lösen verhindert.

Zum Auswechseln des Werkzeugkopfes werden die Spannelemente gelöst. Dabei drückt die nockenförmige Spannfläche mit dem als Lösenase ausgebildeten Ende gegen die hintere Begrenzungsfläche der Spannausnehmung des zylindrischen Zapfens, so daß der kegelige Aufnahmezapfen aus der kegeligen Aufnahmebohrung gedrückt und der Werkzeugkopf unter gleichzeitiger Drehung der Spannelemente aus dem Werkzeughalter entnommen werden kann.

Die vorgeschlagenen Spannelemente sind sowohl für den manuellen als auch für den automatischen Werkzeugwechsel geeignet. Für letzteren ist der zylindrische Zapfen mit einem Einspannzapfen versehen und wird durch die Spannelemente gegen ein Tellerfederpaket mit dem Werkzeugkopf verspannt. Der Werkzeugkopf wird dabei in bekannter Weise über den in der Maschinenspindel angeordneten Zangengreifer in der Maschinenspindel gespannt. Demgegenüber ist der zylindrische Zapfen bei Werkzeughaltern für den manuellen Werkzeugwechsel in der kegeligen Aufnahmebohrung des Werkzeughalters befestigt und der Werkzeugkopf wird in der beschriebenen Weise durch die Spannelemente mit dem Werkzeughalter verspannt.

Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Spanneinrichtung besteht in der geringen Anzahl von Einzelteilen und der großen übertragbaren Spannkraft.

Die vorgeschlagene Spanneinrichtung ist auch für kleine Baugrößen geeignet und damit universell einsetzbar. Bedingt durch die geringe Anzahl von Einzelheiten ist auch der Fertigungsaufwand gegenüber den bekannten Spanneinrichtungen kleiner.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für manuellen Werkzeugwechsel im Schnitt Fig. 2: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für automatischen Werkzeugwechsel im Schnitt Fig.3: die Stellung eines Spannelementes zur Spannausnehmung beim Einsetzen des Werkzeugkopfes in den Werkzeughalter Fig. 4: die Spannstellung des Spannelementes in der Spannausnehmung

Fig. 5: die Lösestellung des Spannelementes in der Spannausnehmung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Spanneinrichtung für den manuellen Werkzeugwechsel ist in der kegeligen Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 ein zylindrischer Zapfen 3zentrisch befestigt, der in eine Bohrung 4 im kegeligen Aufnahmezapfen 5 des Werkzeugkopfes 6 eingreift. Der zylindrische Zapfen 3 ist mit drei um 120° zueinander versetzten Spannausnehmungen 7 versehen, die zur Stirnfläche 8 und zur Umfangsfläche 9 offen sind. Wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich ist, sind diese Spannausnehmungen 7 mit jeweils zwei zueinander und zur Mittelachse 10 des zylindrischen Zapfens 3 geneigten Spannflächen 11 und 12 versehen, wobei der Neigungswinkel der Spannfläche 11 doppelt so groß wie der Neigungswinkel der Spannfläche 12 ist.

In radialen Bohrungen 13 des Werkzeugkopfes 6 sind drei um 120° zueinander versetzte Spannelemente 14 drehbar gelagert, die mit ihrem nockenförmigen Kopf 15 in eineSpannausnehmung 7 eingreifen. Der nockenförmige Kopf 15 eines Spannelementes 14 ist, wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich, mit zwei nockenförmigen Spannflächen 16 und 17 versehen, deren Anfänge um 120° zueinander versetzt sind. Der Steigungswinkel der nockenförmigen Spannfläche 16 ist doppelt so groß wie der Steigungswinkel der Spannfläche 17. Die nockenförmigen Spannflächen 16 und 17 sind durch eine flache V-förmige Nut 18 voneinander getrennt, die an der Schnittstelle zwischen dem Ende der nockenförmigen Spannfläche 17 und dem Anfang der nockenförmigen Spannfläche 16 angeordnet ist. Die nockenförmige Spannfläche 16 ist an ihrem Ende als Lösenase 19 ausgebildet.

Bei der in Fig.2 dargestellten Spanneinrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel ist der mit einem Spannzapfen 20 versehene zylindrische Zapfen 3 gegen ein in der Bohrung 4 des kegeligen Aufnahmezapfens 5 angeordnetes Tellerfederpaket 21 mit dem Werkzeugkopf 6 verspannt. Der Werkzeugkopf 6 ist durch einen in der Maschinenspindel 22 angeordneten Zangengreifer 23 mit der Maschinenspindel 22 verspannt.

Vor dem Einführen des kegeligen Aufnahmezapfens 5 in die kegelige Aufnahmebohrung 1 des Werkzeughalters 2 werden die Spannelemente 14 so gedreht, daß die V-förmige Nut 10 etwa in Richtung des kegeligen Aufnahmezapfens 5 weist. Dann wird dieser in die kegelige Aufnahmebohrung 1 eingeführt. Dabei greift, wie in Fig.3 dargestellt, jedes Spannelement 14 mit seinem nockenförmigen Kopf 15 in eine Spannausnehmung 7 des zylindrischen Zapfens 3 ein. Sobald die in die Spannausnehmung 7 ragende Nase 24 in die V-förmige Nut 18 des nockenförmigen Kopfes 15 eingreift, werden die Spannelemente 14 gleichmäßig nach rechts gedreht und der kegelige Aufnahmezapfen 5 zur Anlage in der kegeligen Aufnahmebohrung 1 gebracht. Durch weitere Rechtsdrehung der Spannelemente 14 wird der Werkzeugkopf 6 mit dem Werkzeughalter 2 verspannt. Dabei greift, wie in Fig.4 dargestellt, die nockenförmige Spannfläche 16 mit dem großen Steigungswinkel an der geneigten Spannfläche 11 mit dem großen Neigungswinkel an und erzeugt die Hauptspannkraft, während die nockenförmige Spannfläche 17 an der geneigten Spannfläche 12 angreift und auf Grund des kleinen, im Selbsthemmungsbereich liegenden Steigungswinkels ein selbsttätiges Lösen verhindert.

Zum Lösen der Spannung zwischen Werkzeugkopf 6 und Werkzeughalter 2 wird jedes Spannelement 14, wie in Fig. 5 dargestellt, nach links gedreht, bis es mit seiner Lösenase 19 gegen die hintere Begrenzungsfläche 25 der Spannausnehmung 7 stößt. Durch weitere Linksdrehung der Spannelemente 14 wird der kegelige Aufnahmezapfen 5 aus der kegeligen Aufnahmebohrung 1 gedrückt und der Werkzeugkopf 6 kann aus dem Werkzeughalter 2 genommen werden.

Claims (6)

1. Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe an Werkzeughaltern, bestehend aus einem mit einem zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen und einer axralen ringförmigen Anlagefläche versehenen Werkzeugkopf, einem Werkzeughalter mit axialer ringförmiger Anlagefläche und dem Aufnahmezapfen angepaßter Aufnahmebohrung, einem zentrisch in der Aufnahmebohrung anbringbaren, in den zentrisch aufgebohrten Aufnahmezapfen eingreifenden zylindrischen Zapfen und Spannmitteln zur lösbaren Verbindung von Werkzeugkopf und zylindrischem Zapfen bzw. Werkzeughalter, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Zapfen (3) an dem in den Aufnahmezapfen (5) des Werkzeugkopfes (6) ragenden Ende mit mindestens zwei zur Umfangsfläche (9) und zur Stirnfläche (8) offenen Spannausnehmungen (7) mit jeweils zwei V-förmig zueinander und zur Stirnfläche (8) geneigt angeordneten Spannflächen (11 und 12) versehen ist und in radialen Bohrungen (13) des Werkzeug kopfes (6) mindestens zwei mit einem nockenförmigen Kopf (15) an den Spannflächen (11 und 32) angreifende Spannelemente (14) drehbar gelagert sind.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nockenförmige Kopf (15) jedes Spannelementes (14) mit zwei nockenförmigen Spannflächen (16und 17) versehen ist, wobei der Steigungswinkel dereinen nockenförmigen Spannfläche (16) doppelt so groß wieder Steigungswinkel der anderen nockenförmigen Spannfläche (17) ist.

3. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenförmigen Spannflächen (16 und 17) durch eine flache V-förmige Nut (18) getrennt sind.

4. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenförmige Spannfläche (16) mitdem großen Steigungswinkel an ihrem Ende miteinerLösenase (19) versehen ist.

5. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannflächen (11 und 12) einer Spannausnehmung (7) mit einem unterschiedlichen Neigungswinkel zur Mittelachse (10) des zylindrischen Zapfens (3) geneigt sind.

6. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenförmige Spannfläche (16) mitdem größeren Steigungswinkel mit der Spannfläche (11) mitdem großen Neigungswinkel und die nockenförmige Spannfläche (17) mitdem kleinen Steigungswinkel mitder Spannfläche (12) mitdem kleinen Neigungswinkel in Wirkverbindung gebracht ist.