DE102016107244A1 - Hydraulic expansion device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers (2) hin offenen zentralen Aufnahme (4) für einen Werkzeugschaft ausgebildet ist, wobei die Aufnahme (4) von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer (5) ringförmig umgeben ist, wobei die Wandung (6) zwischen der Aufnahme (4) und der Druckkammer (5) derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer (5) elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme (4) eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren, wobei in einem zwischen der Druckkammer (5) und der vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers (2) liegenden axialen vorderen Endbereich des Grundkörpers (2) eine Ringnut (8) mit axialem Abstand von der vorderen Stirnfläche (3) in der Wandung (6) der zentralen Aufnahme (4) ausgebildet ist.The invention relates to a hydraulic Dehnspanneinrichtung, in particular for fixing a tool to a machine tool, with a clamping axis (X) defining the base body (2), at its front end a clamping area with a front end face (3) of the base body (2) open central receptacle (4) is designed for a tool shank, wherein the receptacle (4) is surrounded annularly by a pressurizable pressure chamber (5), wherein the wall (6) between the receptacle (4) and the pressure chamber (5) is formed so that it can be elastically deformed inwards by an increase in pressure in the pressure chamber (5) in order to force-fit a tool shaft inserted into the receptacle (4), wherein in one between the pressure chamber (5) and the front end face (3) the basic body (2) lying axial front end portion of the base body (2) an annular groove (8) with axial distance from the front end face e (3) in the wall (6) of the central receptacle (4) is formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse definierenden Grundkörper, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offenen zentralen Aufnahme für einen Werkzeugschaft ausgebildet ist, wobei die Aufnahme von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer ringförmig umgeben ist, wobei die Wandung zwischen der Aufnahme und der Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren.The present invention relates to a hydraulic expansion chuck, in particular for fixing a tool to a machine tool, with a base defining a clamping axis, at its front end a clamping area is formed with a front end face of the main body open towards central receptacle for a tool shank, wherein the recording is surrounded by a pressurizable with a hydraulic pressure chamber annularly, wherein the wall between the receptacle and the pressure chamber is designed such that it is elastically deformable inwardly by an increase in pressure in the pressure chamber to frictionally fix a tool shaft used in the recording.
Derartige hydraulische Dehnspanneinrichtungen – auch Hydro-Dehnspannfutter genannt – sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, Werkzeuge an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Die hydraulischen Dehnspanneinrichtungen umfassen gewöhnlich einen Grundkörper, der eine Spann- oder Futterachse definiert, und eine Dehnbüchse, die unter Bildung einer die Dehnbüchse umgebenden und mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist und eine zu der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offene zentrale Aufnahme bildet, in welche ein zu spannender Werkzeugschaft eingeschoben werden kann. Dabei ist die Wandung zwischen der Druckkammer und der Aufnahme derart dünn und elastisch ausgebildet, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren. Such hydraulic Dehnspanneinrichtungen - also called hydraulic expansion chuck - are known in the prior art in different configurations and serve to fix tools on a machine spindle of a machine tool. The hydraulic Dehnspanneinrichtungen usually comprise a base body which defines a clamping or chuck axis, and a Dehnbüchse which is used to form a tensioning sleeve surrounding and can be acted upon with a hydraulic pressure chamber in the base body and a to the front end face of the main body open towards the central receptacle forms, in which a too exciting tool shank can be inserted. In this case, the wall between the pressure chamber and the receptacle is formed so thin and elastic that it is elastically deformable inwardly by an increase in pressure in the pressure chamber to fix a tool shank used in the recording frictionally.
Die Aufnahme ist dabei als eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung ausgebildet, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zu fixierenden Werkzeugschafts. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Werkzeugschaft einfach in die Aufnahme eingesetzt werden kann und bereits eine geringe elastische Verformung der Wandung ausreicht, um den Werkzeugschaft kraftschlüssig in der Aufnahme zu fixieren. The receptacle is designed as a substantially cylindrical bore whose inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the tool shaft to be fixed. In this way it is ensured that the tool shank can be easily inserted into the receptacle and even a small elastic deformation of the wall is sufficient to fix the tool shank frictionally in the receptacle.
Bei den benannten Hydro-Dehnspannfuttern führt das Spannen, d.h. die Druckbeaufschlagung der Druckkammer, zu der gewünschten Verringerung des Durchmessers der Aufnahme nur in dem axialen Abschnitt der Aufnahme, über den sich die Druckkammer erstreckt. Gleichzeitig wird die Aufnahme jedoch durch verschiedene Effekte in dem axial zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers gebildeten axialen Endabschnitt trompetenförmig aufgeweitet. Dies führt dazu, dass der zu spannende Werkzeugschaft in diesem vorderen Endabschnitt der Aufnahme über eine Länge von ca. 3 mm bis 10 mm nicht gespannt oder abgestützt wird, was faktisch zu einer ungewollten größeren Ausspannlänge des Werkzeugs führt. For the named hydraulic expansion chucks, cocking, i. the pressurization of the pressure chamber to the desired reduction in the diameter of the receptacle only in the axial portion of the receptacle over which the pressure chamber extends. At the same time, however, the receptacle is widened in a trumpet shape by various effects in the axial end section formed axially between the pressure chamber and the front end face of the main body. As a result, the tool shank to be clamped is not tensioned or supported in this front end section of the receptacle over a length of approx. 3 mm to 10 mm, which in fact leads to an undesired, larger projecting length of the tool.
Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine hydraulische Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass ein Werkzeugschaft auch im vorderen Endabschnitt der Aufnahme zuverlässig gespannt bzw. abgestützt wird.Against this background, the object of the present invention is to design a hydraulic Dehnspanneinrichtung of the type mentioned in such a way that a tool shank is reliably stretched or supported in the front end portion of the recording.
Diese Aufgabe ist bei einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in einem zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers liegenden axialen vorderen Endbereich des Grundkörpers eine Ringnut mit axialem Abstand von der vorderen Stirnfläche in der Wandung der zentralen Aufnahme ausgebildet ist.This object is achieved in a hydraulic Dehnspanneinrichtung of the aforementioned type in that in an intermediate between the pressure chamber and the front end face of the body axial front end portion of the body an annular groove is formed at an axial distance from the front end face in the wall of the central receptacle.
Erfindungsgemäß ist also in dem axial vorderen Endabschnitt des Grundkörpers zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche eine Ringnut vorgesehen, durch welche die zylindrische Wandung der Aufnahme unterbrochen wird. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Unterbrechung der Effekt einer trompetenförmigen Aufweitung der Aufnahme in diesem Bereich vermieden oder einer solchen Aufweitung zumindest entgegengewirkt werden kann. Durch die Ringnut wird nämlich der vordere Endabschnitt des Grundkörpers im Bereich der Aufnahme von Dehnungseffekten, die während des Spannvorgangs auftreten, entkoppelt. Hierdurch wird der Aufdehnungseffekt in dem vorderen Endabschnitt deutlich reduziert mit der Folge, dass ein gespannter Werkzeugschaft bei etwaigen radialen Auslenkungen früh abgestützt wird. Im Ergebnis wird eine zufriedenstellende Spannung/Abstützung eines Werkzeugschaftes auch am vorderen Ende des Grundkörpers und insbesondere unmittelbar im Bereich der vorderen Stirnfläche erreicht. Dies gilt insbesondere, wenn die Ringnut sich radial nach außen in den Bereich der Druckkammer oder sogar darüber hinaus erstreckt. According to the invention, an annular groove is thus provided in the axially front end portion of the base body between the pressure chamber and the front end face, through which the cylindrical wall of the receptacle is interrupted. It has been shown that the effect of a trumpet-shaped widening of the receptacle in this area can be avoided or at least counteracted by such an interruption. Namely, the front end portion of the main body is decoupled by the annular groove in the region of the absorption of expansion effects that occur during the clamping process. As a result, the expansion effect is significantly reduced in the front end portion, with the result that a strained tool shaft is supported early in any radial deflections. As a result, a satisfactory tension / support of a tool shank is also achieved at the front end of the main body and in particular directly in the area of the front end face. This is especially true when the annular groove extends radially outwardly into the region of the pressure chamber or even beyond.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahme in einem axialen vorderen Endabschnitt des Grundkörpers, welcher sich zwischen der Ringnut und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers erstreckt, von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren sekundären Druckkammer ringförmig umgeben ist, wobei die Wandung zwischen der Aufnahme und der sekundären Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der sekundären Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft in dem vorderen Endabschnitt zu fixieren. According to one embodiment of the invention it is provided that the receptacle in an axial front end portion of the base body, which extends between the annular groove and the front end face of the base body, is annularly surrounded by a pressurizable with a hydraulic medium secondary pressure chamber, wherein the wall between the receptacle and the secondary pressure chamber is formed so as to be elastically deformable inwardly by a pressure increase in the secondary pressure chamber to fix a tool shaft inserted in the receptacle in the front end portion.
Mit anderen Worten ist eine sekundäre Druckkammer innerhalb des durch die Ringnut entkoppelten vorderen Endabschnitts der Drehspanneinrichtung vorgesehen, über welche ein Werkzeugschaft in dem vorderen Endabschnitt aktiv gespannt werden kann. In other words, a secondary pressure chamber is provided within the decoupled by the annular front end portion of the rotary clamping device, via which a tool shank can be actively stretched in the front end portion.
Grundsätzlich können die Druck-, und die sekundäre Druckkammer unabhängig voneinander mit einem Druck beaufschlagt werden. In principle, the pressure and the secondary pressure chamber can be pressurized independently of each other with a pressure.
Zweckmäßigerweise sind die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer jedoch miteinander in der Weise gekoppelt, dass in ihnen der gleiche Druck vorherrscht, wobei die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer insbesondere miteinander durch wenigstens einen Verbindungskanal miteinander verbunden und/oder an eine gemeinsame Hydraulikmittelleitung angeschlossen sind. Unter Verbindungskanälen werden hierbei singuläre Kanäle verstanden, die sich nur über einen geringen Umfangsbereich der Aufnahme erstrecken und/oder die so ausgebildet sind, dass im Bereich der Verbindungskanäle durch den in diesem vorherrschenden Druck eine elastische Verformung, die zum Spannen des Werkzeugschaftes beitragen könnte, nicht stattfindet. Mit anderen Worten findet eine elastische Verformung zur Herbeiführung einer Spannwirkung nur im Bereich der Druckkammer und der sekundären Druckkammer statt, nicht jedoch in dem dazwischen liegenden Bereich. Conveniently, however, the pressure chamber and the secondary pressure chamber are coupled to each other in such a way that the same pressure prevails in them, wherein the pressure chamber and the secondary pressure chamber in particular connected to each other by at least one connecting channel and / or connected to a common hydraulic medium line. By connecting channels are meant here singular channels, which extend only over a small peripheral region of the receptacle and / or are formed so that in the region of the connecting channels by the prevailing pressure in this elastic deformation, which could contribute to the clamping of the tool shank, not takes place. In other words, elastic deformation to induce a clamping action takes place only in the area of the pressure chamber and the secondary pressure chamber, but not in the area therebetween.
In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in dem Grundkörper ein Hydraulikmittelleitungsabschnitt ausgebildet ist, der sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers und der Druckkammer erstreckt und insbesondere in den hinteren axialen Endbereichsabschnitt der Druckkammer mündet, und ein weiterer Hydraulikmittelleitungsabschnitt ausgebildet ist, der sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers und der sekundären Druckkammer erstreckt und insbesondere in deren hinteren axialen Endbereichen mündet, und dass die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer durch einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Hydraulikmittelleitung, die Druckkammer, den Verbindungskanal und die sekundäre Druckkammer durch ein Fluid zu spülen, beispielsweise um Partikel zu entfernen, die sich insbesondere in der Druckkammer und der sekundären Druckkammer im Falle einer Herstellung durch generative Fertigungsverfahren sammeln können. In a further embodiment of this embodiment it can be provided that in the base body, a Hydraulikmittelleitungsabschnitt is formed, which extends between the outer surface of the base body and the pressure chamber and in particular in the rear axial end portion of the pressure chamber opens, and a further hydraulic medium line section is formed, which is between the outer surface of the main body and the secondary pressure chamber extends and opens in particular in the rear axial end portions, and that the pressure chamber and the secondary pressure chamber are interconnected by a connecting channel. This configuration makes it possible to flush the hydraulic medium line, the pressure chamber, the connecting channel and the secondary pressure chamber by a fluid, for example to remove particles that can collect in particular in the pressure chamber and the secondary pressure chamber in the event of manufacture by generative manufacturing processes.
Zweckmäßigerweise ist die Aufnahme im Bereich des vorderen Endabschnitts in geeigneter Weise segmentiert, um hier eine erneute Ausbildung einer trompetenförmigen Aufweitung während des Spannvorgangs zu vermeiden. Auf diese Weise kann der Werkzeugschaft bis an die Futterstirnseite aktiv gespannt werden. Beispielsweise kann die Wandung der Aufnahme in ihrem axial zwischen der Ringnut und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers gelegenen vorderen Endabschnitt durch radiale Ausnehmungen, insbesondere radiale Schlitze unterbrochen sein, die sich zweckmäßigerweise über die gesamte axiale Länge zwischen der vorderen Stirnfläche des Grundköpers und der Ringnut erstrecken. Dabei sind die radialen Schlitze bevorzugt gleichmäßig entlang des Umfangs der Aufnahme verteilt angeordnet. Die Schlitze können sich auch über die Ringnut hinaus nach hinten und insbesondere bis zum hinteren Ende der Druckkammer erstrecken. Conveniently, the receptacle is segmented in the region of the front end portion in a suitable manner in order to avoid a reformation of a trumpet-shaped widening during the tensioning operation. In this way, the tool shank can be actively stretched to the front of the feed. For example, the wall of the receptacle may be interrupted in its axially located between the annular groove and the front end face of the main body front end portion by radial recesses, in particular radial slots, which extend expediently over the entire axial length between the front end face of the Grundköpers and the annular groove. In this case, the radial slots are preferably distributed uniformly along the circumference of the receptacle. The slots may also extend beyond the annular groove to the rear and in particular to the rear end of the pressure chamber.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ringnut in ihrem äußeren Randbereich einen sich in Richtung der vorderen Stirnfläche erstreckenden Nutabschnitt auf, der radial innerhalb der Druckkammer verläuft sich bevorzugt axial in den Bereich der sekundären Druckkammer erstreckt. In gleicher Weise kann in der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers ein die Aufnahme umgebender und konzentrisch dazu positionierter Einstich ausgebildet sein, der sich radial zwischen der Aufnahme und der sekundären Druckkammer erstreckt und insbesondere axial in den Bereich der sekundären Druckkammer ragt. Durch diese Ausgestaltung findet eine Druckübertragung und damit eine elastische Verformung der Wandung der Aufnahme nur in dem axial betrachtet zentralen Bereich der Druckkammer statt. Dabei sind der sich in Richtung der vorderen Stirnfläche erstreckende Nutabschnitt der Ringnut und der Einstich bevorzugt in gleichem radialem Abstand von der Spann- oder Futterachse positioniert, so dass sie einander unmittelbar gegenüber liegen. Bevorzugt sind sie dabei im radial äußeren Randbereich der Schlitze positioniert, durch welche die Aufnahme segmentiert wird. According to a further embodiment of the invention, the annular groove in its outer edge region on a extending in the direction of the front end groove portion which extends radially within the pressure chamber preferably extends axially into the region of the secondary pressure chamber. Similarly, in the front end face of the base body, a recess surrounding the receptacle and concentrically positioned therefor can be formed, which extends radially between the receptacle and the secondary pressure chamber and in particular protrudes axially into the region of the secondary pressure chamber. By this configuration, a pressure transfer and thus an elastic deformation of the wall of the receptacle takes place only in the axially central region of the pressure chamber. In this case, the groove section of the annular groove extending in the direction of the front end face and the recess are preferably positioned at the same radial distance from the clamping or chuck axis, so that they lie directly opposite each other. Preferably, they are positioned in the radially outer edge region of the slots through which the receptacle is segmented.
In an sich bekannter Weise kann der Grundkörper zumindest im Spannbereich mittels eines generativen Herstellungsverfahrens gefertigt sein. Alternativ kann der Spannbereich eine zylindrische Dehnbüchse umfassen, welche unter Bildung der Druckkammer und/oder der sekundären Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist zumindest einen axialen Abschnitt der zentralen Aufnahme mit der Wandung bildet. Ebenso ist es möglich, den Grundkörper in anderer Weise mehrteilig auszubilden. Beispielsweise kann die Dehnbüchse einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein, wobei dann der radial außerhalb der Druckkammer liegende Bereich durch eine Hülse gebildet wird, die auf die Dehnbüchse aufgeschoben und an dem Grundköper fixiert, insbesondere festgelötet wird. In a manner known per se, the base body can be manufactured at least in the clamping region by means of a generative manufacturing process. Alternatively, the clamping region may comprise a cylindrical expansion bush which, while forming the pressure chamber and / or the secondary pressure chamber in the base body, forms at least one axial section of the central receptacle with the wall. Likewise, it is possible to form the main body in several parts in a different way. For example, the expansion sleeve may be integrally formed with the base body, in which case the region lying radially outside the pressure chamber is formed by a sleeve which is pushed onto the expansion sleeve and fixed to the base body, in particular brazed.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigtWith regard to further advantageous embodiments of the invention is based on the subclaims and the following description of a Reference example with reference to the drawing. In the drawing shows
Die
Wie die
In den
Zusätzlich ist die Aufnahme
Im Bereich des vorderen Endabschnitts ist die Aufnahme
Im Fall der ersten Ausführungsform weist die Ringnut
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Dehnspanneinrichtung expansion chucking
- 22
- Grundkörper body
- 2a2a
- Befestigungskonus mounting cone
- 2b2 B
- Spannbereich clamping range
- 33
- vordere Stirnfläche front face
- 44
- zentrale Aufnahme central recording
- 55
- Druckkammer pressure chamber
- 66
- Wandung wall
- 77
- Hydraulikmittelleitung Hydraulic medium line
- 7a7a
- Hydraulikmittelleitungsabschnitt Hydraulic fluid line section
- 7b7b
- Hydraulikmittelleitungsabschnitt Hydraulic fluid line section
- 88th
- Ringnut ring groove
- 8a8a
- Nutabschnitt groove
- 99
- sekundäre Druckkammer secondary pressure chamber
- 1010
- Verbindungskanal connecting channel
- 1111
- radiale Schlitze radial slots
- 1212
- Einstich puncture
- XX
- Spann- oder Futterachse Clamp or chuck axis
Claims (15)
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