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SchnollspannvorrichtuRg zum Befestigen von umlaufenden
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Werkzeugen an der Spindel einer Werkzeugmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schnell spann vorrichtung zum Befestigen von mit einer konischen Bohrung
versehenen, umlaufenden Werkzeugen an der Spindel einer Werkzeugmaschine.
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Bei bekannten Spannvorrichtungen wird das Werkzeug mit seiner sich
gegen die Spindelnase hin öffnenden konischen Bohrung auf die einen gleichachsigen
Kegel bildende Spindelnase aufgesteckt und über eine Druckplatte od.dgl. gegen die
Spindelnase gedrückt, wobei das Werkzeug wegen der ineinander greifenden Kegelflächen
zentriert aufgespannt wird. Nachteilig bei diesen Spannvorrichtungen ist vor allem,
daß zum Auf spannen die Druckplatte nach dem Aufstecken des Werkzeuges auf die Spindelnase
an der Spindelnase angeschraubt werden muß, um den Kegel der Spindelnase in die
konische Bohrung des Werkzeuges zu drücken. Das Einsetzen der Druckplatte ist aber
nur bei aufgestecktem Werkzeug möglich, weil das Werkzeug durch die Druckplatte
gegen die Spindelnase gezogen werden muß, so daß nach dem Aufstecken des Werkzeuges
noch die Druckplatte anzubringen ist, bevor das Werkzeug aufgespannt werden kann.
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Für Werkzeuge mit einem Aufnahmedorn ist es bekannt (US-PS 3 583
280), das kegelförmige Ende des Aufnahmedorns in eine konische Bohrung der Spindel
einer Werkzeugmaschine einzusetzen, wobei der Aufnahmedorn mit Hilfe einer in Spannrichtung
durch eine Feder beaufschlagten Zugstange in die sich gegen das Werkzeug hin öffnende
konische Bohrung der Spindel hineingezogen wird. Auf diese Zugstange ist an dem
dem Aufnahmedorn zugekehrten Ende ein Kugelkäfig aufgeschraubt, dessen Kugeln mit
einer
Einschnürung des Aufnahinedornes zusammenwirken.
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Diese Kugeln sind innerhalb des Käfigs radial verschiebbar geführt,
wobei je nach der relativen Axiallage des Käfigs gegenüber einer den Käfig umschließenden
Hülse die radiale Verschiebbarkeit der Kugeln durch die Hülse begrenzt oder freigegeben
wird, so daß der Aufnahmedorn des Werkzeuges über die Kugeln erfaßt werden kann.
Bei freigegebenem radialem Verschiebeweg greifen die Kugeln in die Einschnürung
ein und halten den Aufnahmedorn nach dem Sperren des Verschiebewegs fest, um beim
Lösen der Spannvorrichtung ein Herunterfallen des Werkzeuges zu verhindern. Da sich
durch die sich gegen das Werkzeug hin öffnende konische Bohrung bei dieser bekannten
Schnellspannvorrichtung die Notwendigkeit ergibt, den kegelförmigen Aufnahmedorn
in die Bohrung hineinzuziehen, ist eine vergleichsweise aufwendige Kupplungsvorrichtung
zwischen der Zugstange und dem Aufnahmedorn des Werkzeuges erforderlich. Eine solche
Kupplungsvorrichtung könnte entfallen, wenn das Werkzeug mit einer sich gegen die
Spindelnase hin verjüngenden konischen Bohrung ausgestattet wäre, in die ein mit
der Spindelnase verbundener Spannkegel eingreift, der dann das Werkzeug gegen die
Spindelnase ziehen könnte. Ein solcher Spannkegel kann aber nicht ohne weiteres
in-die konische Bohrung des Werkzeuges eingesetzt werden, weil er nicht durch die
konische Bohrung hindurch in das Werkzeug eingeführt und folglich das Werkzeug nicht
auf den Spannkegel aufgesteckt werden kann.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Schnellspannvorrichtung
zum Befestigen von mit einer konischen Bohrung versehenen, umlaufenden Werkzeugen
an der Spindel einer Werkzeugmaschine zu schaffen, wobei die Vorteile eines sich
gegen das Werkzeug hin weitenden Spannkegels, der in die konische Bohrung des Werkzeuges
eingreift, ausgenützt werden können und trotzdem das
Werkzeug lediglich
auf die Spindel aufzustecken ist.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß in der Spindel
in an sich bekannter Weise eine in Spannrichtung von einer Feder beaufschlagte Zugstange
axial verschiebbar geführt ist, die an ihrem die Spindelnase durchsetzenden Ende
einen in die konische Bohrung des Werkzeuges eingreifenden Spannkegel trägt, daß
zwischen den beiden sich gegen der Spindel hin verjüngenden Kegelflächen Druckstücke,
vorzugsweise Kugeln, vorgesehen sind, die in einem an die Spindelnase befestigten
Käfig, wie an sich ebenfalls bekannt, radial verschiebbar gelagert sind, und daß
der größte Durchmesser des Spannkegels bzw. des Käfigs kleiner als der kleinste
Durchmesser der konischen Bohrung des Werkzeuges ist. Da sich gemäß dieser Anordnung
der mit der Zugstange verbundene Spannkegel im Gegensatz zum bekannten Stand der
Technik gegen das Werkzeug hin erweitert, kann durch eine Axialverschiebung dieses
Spannkegels das Werkzeug an die Spindelnase angedrückt werden, ohne daß das Werkzeug
mit einer besonderen Einrichtung an die Zugstange angekuppelt werden müßte. Damit
bei einer solchen Spannkegelanordnung das Werkstück auf die Spindelnase aufgesteckt
werden kann, muß selbstverständlich der größte Durchmesser des Spannkegels kleiner
als der kleinste Durchmesser der konischen Bohrung des Werkzeuges sein, was wiederum
radial verschiebbar gelagerte Druckstücke zwischen dem Werkzeug und dem Spannkegel
verlangt, um entsprechende Kräfte vom Spannkegel auf das Werkzeug ausüben zu können.
Da die Druckstücke auf Grund ihrer Lagerung im einem an der Spindelnase vorgesehenen
Käfig in axialer Richtung festgelegt sind, wird bei einer axialen Verschiebung des
Spannkegels im Sinne eines Entspannens Platz für ein radiales Einwärtsschieben der
Druckstücke frei, so daß das Werkzeug trotz der Druckstücke aufgesteckt oder abgezogen
werden kann. Beim Vorschieben
des Spannkegels mit Hilfe der in
der Arbeitsspindel eingesetzten Zugstange gelangen nämlich die Druckstücke, die
diese Verschiebebewegung nicht mitmachen, in den Bereich immer kleinerer Durchmesser
des Spannkegels. Beim Abziehen des Werkzeuges können daher die radial im Käfig gehaltenen
Druckstücke beispielsweise durch die Wandung der konischen Innenbohrung des Werkzeuges
selbst soweit einwärts gedrückt werden, daß ein Abnehmen des Werkzeuges möglich
wird.
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Zum Aufspannen des auf die Spindelnase aufgesteckten Werkzeuges braucht
lediglich der Spannkegel über die entsprechend beaufschlagte Zugstange gegen die
Spindelnase gedrückt zu werden, was ein radiales Nachaußenschieben der Druckstücke
entlang des Spannkegels und in weiterer Folge deren Anlegen an die Wandung der konischen
Bohrung des Werkzeuges nach sich zieht. Uber die Druckstücke wird somit das Werkzeug
zentriert und aufgespannt. Die Beaufschlagung der Zugstange erfolgt in einfachster
Weise durch eine Feder, wobei zum Lösen des Werkzeuges die Zugstange gegen die Federkraft
verschoben werden muß.
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Obwohl verschiedene Druckstückformen denkbar und möglich sind, ist
die Kugelform vorzuziehen, weil auf Grund der Kugelsymmetrie die Druckstücke stets
eine richtige Lage einnehmen.
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In weiterer Ausbildung der-Erfindung kann vorgesehen werden, daß
der Käfig von einem mit Hilfe der Zugstange axial verschiebbaren, topfförmigen Löseorgan
umschlossen ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser der
konischen Bohrung des Werkzeuges ist und das an seinem vorstehenden Rand eine Innenkegelfläche
aufweist. Beim Lösen des Werkzeuges wird wegen dieser Maßnahme das den Käfig umschließende
Löseorgan mit der Zugstange mitverschoben, wobei die am vorstehendenRand des Lösetopfes
vorgesehene Kegelfläche zur Wirkung kommt und die Druckstücke unabhängig vom Werkzeug
in den Käfig schiebt. Das topfartige Löseorgan schließt außerdem den Käfig nach
außen ab, so daß die Druckstücke
nicht aus dem Käfig austreten können.
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Um sicherzustellen, daß sich der Spannkegel bereits so weit abgehoben
hat, daß die Druckstücke weit genug in den Käfig eingeschoben werden können, wenn
das topfartige Löseorgan zum Einsatz kommt, besitzt die Zugstange in weiterer Ausbildung
der Erfindung einen Bund, der sich nach einem vorgegebenen Verschiebeweg der Zugstange
an das Löseorgan anlegt und dieses gegen die Kraft einer Rückstellfeder mitnimmt.
Diese Rückstellfeder wird zum Freigeben der Druckstücke bei der Spannbewegung benötigt,
um das Löseorgan wieder von den Druckstücken weg in seine Ausgangslage bringen zu
können.
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Weisen der Spannkegel und die konische Bohrung in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung in Richtung der Xegelmantelerzeugenden verlaufende Fiihnungsnuten
für die Druckstücke auf, so wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeug
und dem Spannkegel und damit eine sichere Drehmomentübertragung gewahrleistet. Die
Zugstange muß für eine solche drehschlüssige Verbindung selbstverständlich drehfest,
aber axial verschiebbar in der Spindel gelagert sein. Die Führungsnuten können dabei
einen an die kugelförmigen Druckstücke angepaßten kreissegmentförmigen Querschnitt
besitzen. Es ist aber auch möglich, die Führungsnuten für die kugelförmigen Druckstücke
mit einem dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt zu versehen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigen Fig.1 eine erfindungsgemäße Schnellspannvorrichtung zum Befestigen
von umlaufenden Werkzeugen an der Spindel einer \Zerkzeugmaschine im axialen Schnitt,
Fig.2 die ein Werkzeug tragende Spindelnase, ebenfalls im Axialschnitt, jedoch in
einem größeren Maßstab, Fig.3 einen Querschnitt durch den in die konische Bohrung
des Werkzeuges eingreifenden Spannkegel im Bereich der Druckstücke und
Fig.4
eine der Fig.3 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante .
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Die Spindel 1 einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine ist
gemäß Fig.1 in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert und kann mit Hilfe eines Motors
3, beispielsweise über einen Riementrieb 4, angetrieben werden.
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In dieser Spindel 1 ist eine durchgehende Zugstange 5 eingesetzt,
die an ihrem über die Spindelnase 6 vorragenden Ende einen Spannkegel 7 trägt. ueber
diese Zugstange 5, die drehfest, aber axial verschiebbar in der Spindel 1 gelagert
ist, kann der Spannkegel 7 in axialer Richtung gegenüber der Spindelnase 6 verschoben
werden.
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Zu diesem Zweck ist eine Feder 8 vorgesehen, die sich einerseits an
der Spindel 1 und anderseits an einem mit dem dem Spannkegel 7 gegenüberliegenden
Ende der Zugstange 5 verbundenen Federtopf 9 abstützt. Der Federtopf 9 wird dabei
von einer Stellmutter 10 gehalten, die auf das mit einem Gewinde versehene Zugstangenende
aufgeschraubt ist und eine Einstellung der Vorspannung der Feder 8 erlaubt. Gegen
die Kraft der Feder 8 kann die Zugstange 5 über einen hydraulischen Zylinder 11
verstellt werden, der an dem einen Arm eines doppelarmigen Hebels 12 angelenkt ist,
dessen anderer Arm über die Stellmutter 10 auf die Zugstange 5 wirkt.
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An der Spindelnase 6 ist ein Käfig 13 für kugelförmige Druckstücke
14 festgeschraubt, der den Spannkegel 7 auf der Zugstange 5 umschließt und die Druckstücke
14 radial verschiebbar hält, so daß diese Druckstücke 14 bei der Spannbewegung des
Spannkegels 7 zufolge der Kraft der Feder 8 durch den sich gegen die Spindelnase
6 hin veraüngenden Spannkegel 7 radial auswärts gedrückt werden.
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Der größte Durchmesser des Spannkegels 7 bzw. des Käfigs 13 ist so
gewählt, daß das aufzuspannende Werkzeug 15, beispielsweise ein Fräskopf, über den
Spannkegel 7 und den Käfig 13 auf die Spindelnase 6 aufgesteckt werden kann, wenn
die Druckstücke 14 gegen den über den Hydraulikzylinder 11 vorgeschobenen Spannkegel
7 in den Käfig
eingeschoben sind. Die zentrale Aufnahmeöffnung
16 des Werkzeuges 15 mit der an die Aufnahmeöffnung 16 anschließenden konischen
Bohrung 17 muß folglich einen Durchmesser aufweisen, der größer als der Durchmesser
des Käfigs 13 bzw. des Spannkegels 7 ist. Wird nach dem Auf stecken des Werkzeuges
15 auf die Spindelnase 6 der Hydraulikzylinder 11 belüftet, so zieht die Feder 8
die Zugstange 5 mit dem Spannkegel 7 gegen die Spindelnase 6, wobei die durch den
Käfig 13 in axialer Richtung festgehaltenen Druckstücke 14 durch den Spannkegel
7 gegen die Wand der Bohrung 17 des Werkzeuges 15 gedrückt werden. Das Werkzeug
15 wird daher über die Druckstücke 14 zentriert und gegen die Spindelnase 6 gespannt.
Zum Lösen der Spannvorrichtung braucht lediglich der Hydraulikzylinder 11 beaufschlagt
zu werden, der über den doppelarmigen Hebel 12 die Zugstange 5 aus der Spindelnase
6 vorschiebt, wodurch für die Druckstücke 14 Platz zum Einschieben in den Käfig
13 geschaffen wird, weil der Spannkegel 7 mit dem kleiner werdenden Durchmesserbereich
in den Bereich der Druckstücke 14 vorgeschoben wird. Das Einschieben der Druckstücke
14 erfolgt über ein den Käfig 13 umschließendes topfartiges löseorgan 18, das auf
dem Käfig 13 verschiebbar geführt ist und an seinem gegen die Druckstücke 14 vorstehenden
Rand eine Innenkegelfläche 19 bildet. An dieses Löseorgan 18 schlägt nach einem
vorgegebenen Verschiebeweg der Zugstange 5 ein an der Zugstange vorgesehener Bund
20 an, so daß das Loseorgan 18 bei der weiteren Schiebebewegung der Zugstange 5
mitgenommen wird und mit seiner Kegelfläche 19 auf die Druckstücke 14 drückt, die
zufolge dieser Belastung in den Käfig 13 eingeschoben werden. Das Werkzeug 15 wird
durch das Einschieben der Druckstücke 14 vollkommen freigegeben und fällt bei einer
Vertikalanordnung auf Grund seines Gewichtes ab.
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Damit bei der Spannbewegung das Löseorgan 18 die Druckstücke 14 zum
radialen Auswärtsschiebe#reigeben kann, ist zwischen ihm und dem Käfig 13 eine Rückstellfeder
21 vorgesehen, die das Löseorgan 18 automatisch gegen die Spindelnase 6 drückt,
sobald die Bewegung des Löseorgans durch den Bund 20 freigegeben wird.
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Um vom Spannkegel 7 über die Bohrung 17 auf das Werkstück 15 größere
Drehmomente übertragen zu können, sind in den beiden Kegelflächen 7 und 17 Führungsnuten
22 vorgesehen, die in Richtung von Kegelmantelerzeugenden verlaufen und in die die
kugelförmigen Druckstücke 14 beim Spannvorgang formschlüssig eingreifen. Diese Fiihrungsnuten
22 können gemäß Fig.3 einen kreissegmentförmigen Querschnitt besitzen, der an den
Durchmesser der Druckstücke 14 angepaßt sein muß. An Stelle dieser Führungsnuten
mit kreissegmentförmigem Querschnitt können aber auch Führungsnuten treten, deren
Querschnitt nach einem Dreieck oder einem Trapez geformt ist, wie dies in Fig.4
dargestellt wird.
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Da das Befestigen des Werkzeuges mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einfacher Weise über eine vorgespannte Feder erfolgt, wobei das Werkzeug
durch ein gegensinniges Verschieben der Zugstange 5 gelöst wird, eignen sich solche
Schnellspannvorrichtungen besonders für Werkzeugmaschinen, bei denen mehrere Werkzeuge
gespannt werden müssen, weil die einzelnen Schnellspannvorrichtungen in einem solchen
Fall ohne Schwierigkeiten gemeinsam betätigt werden können.
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