DE102022133522A1 - Tool spindle, tool unit and machine tool - Google Patents
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Abstract
Eine Werkzeugspindel (60, 560) zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit (110, 210, 310, 410) an einer Werkzeugmaschine (10) weist ein Spindelgehäuse (90, 590), eine im Spindelgehäuse (90, 590) gelagerte und durch einen Antrieb (100, 600) um eine Längsachse (94, 594) drehbare Spindeleinheit (92, 592), die einen Werkzeughalter (62, 562) mit einer Werkzeugaufnahme (136, 636) zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit (110, 210, 310, 410) aufweist, eine am Spindelgehäuse (90, 590) befestigte Spannkappe (96, 596) mit einem auslenkbaren Spannabschnitt (150) zur Klemmung einer aufgenommenen Werkzeugeinheit (110, 210, 310, 410), und eine entlang der Längsachse (94, 594) zwischen einer Entlastungsstellung und einer Spannstellung verfahrbare Betätigungshülse (134) auf. Die Betätigungshülse (134) weist einen Betätigungsabschnitt (142) aufweist, der zumindest in der Spannstellung auf den Spannabschnitt (150) einwirkt und diesen auslenkt. Eine Werkzeugmaschine (10) ist mit einer solchen Werkzeugspindel (60, 560) bestückt, die als sekundäre Werkzeugspindel dient. Ein Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine (10) nutzt eine solche Werkzeugspindel (60, 560) zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit (110, 210, 310, 410).A tool spindle (60, 560) for receiving a tool unit (110, 210, 310, 410) on a machine tool (10) has a spindle housing (90, 590), a spindle unit (92, 592) mounted in the spindle housing (90, 590) and rotatable about a longitudinal axis (94, 594) by a drive (100, 600), which has a tool holder (62, 562) with a tool holder (136, 636) for receiving a tool unit (110, 210, 310, 410), a clamping cap (96, 596) fastened to the spindle housing (90, 590) with a deflectable clamping section (150) for clamping a received tool unit (110, 210, 310, 410), and a spindle unit (92, 592) mounted along the longitudinal axis (94, 594) between a relief position and a clamping position. The actuating sleeve (134) has an actuating section (142) which acts on the clamping section (150) at least in the clamping position and deflects it. A machine tool (10) is equipped with such a tool spindle (60, 560), which serves as a secondary tool spindle. A method for operating a machine tool (10) uses such a tool spindle (60, 560) to accommodate a tool unit (110, 210, 310, 410).
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Werkzeugspindel, insbesondere eine stehende Werkzeugspindel, für eine Werkzeugmaschine zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Werkzeugeinheit für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere eine stehende Werkzeugspindel. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Werkzeugmaschinen, die mit solchen Werkzeugspindeln und/oder Werkzeugeinheiten bestückbar oder bestückt sind. Gemäß weiteren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Kombinationen aus Werkzeugspindel und Werkzeugeinheit, die für spezifische Bearbeitungszwecke geeignet sind. Gemäß weiteren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine.According to a first aspect, the present disclosure relates to a tool spindle, in particular a stationary tool spindle, for a machine tool for receiving a tool unit. According to a further aspect, the present disclosure relates to a tool unit for a tool spindle of a machine tool, in particular a stationary tool spindle. Furthermore, the present disclosure relates to machine tools that can be equipped with or are equipped with such tool spindles and/or tool units. According to further aspects, the present disclosure relates to combinations of tool spindle and tool unit that are suitable for specific machining purposes. According to further aspects, the present disclosure relates to methods for operating a machine tool.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Werkzeugmaschinen mit Werkzeugspindeln, die bedarfsweise zur Aufnahme von angetriebenen Werkzeugen (beispielsweise Bohrer, Fräser und dergleichen) sowie von stehenden Werkzeugen (beispielsweise Drehwerkzeuge zur Bearbeitung rotierender Werkstücke) ausgebildet sind. Mit derartigen Werkzeugspindeln können verschiedene Bearbeitungen durchgeführt werden. In beispielhaften Ausgestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Gestaltungen von Werkzeugspindeln und hierfür geeigneten Werkzeugeinheiten, die als sogenannte Überkopfspindeln bzw. stehende Werkzeugspindeln nutzbar sind. Derartige Werkzeugspindeln sind zumindest zeitweise unterhalb eines Werkstücks angeordnet und regelmäßig zumindest zeitweise vertikal orientiert. Wenn ein Werkstück mit einer solchen Werkzeugspindel bearbeitet wird, muss der Spänefall bzw. der Eintrag von Abrieb, KSS-Fluiden (Prozessfluide) und ähnlichem berücksichtigt werden. Bei hängenden Werkzeugspindel trägt die Schwerkraft dazu bei, dass Späne, Abrieb und Prozessfluide die Werkzeugspindel nicht übermäßig verschmutzen. Bei Überkopfspindeln bzw. stehenden Werkzeugspindeln muss mit stärkerem Verschmutzungseintrag gerechnet werden.The present disclosure generally relates to machine tools with tool spindles that are designed to accommodate driven tools (for example drills, milling cutters and the like) as well as stationary tools (for example turning tools for machining rotating workpieces) as required. Various machining operations can be carried out with such tool spindles. In exemplary embodiments, the present disclosure relates to designs of tool spindles and tool units suitable for this purpose, which can be used as so-called overhead spindles or stationary tool spindles. Such tool spindles are arranged at least temporarily below a workpiece and are usually oriented vertically at least temporarily. When a workpiece is machined with such a tool spindle, the fall of chips or the entry of abrasion, coolant fluids (process fluids) and the like must be taken into account. With hanging tool spindles, gravity helps to ensure that chips, abrasion and process fluids do not excessively contaminate the tool spindle. With overhead spindles or stationary tool spindles, greater contamination must be expected.
Beispielsweise eignen sich die Werkzeugspindel und die Werkzeugeinheit für sogenannte kombinierte Bearbeitungsmaschinen. Kombinierte Werkzeugmaschinen sind beispielhaft als Dreh- und Fräsmaschine (bzw. als Dreh- und Fräs-Bearbeitungszentrums mit horizontal orientierter Werkstückspindel ausgebildet.For example, the tool spindle and the tool unit are suitable for so-called combined processing machines. Combined machine tools are designed, for example, as turning and milling machines (or as turning and milling machining centers with a horizontally oriented workpiece spindle.
Aus der
Kombinierte Werkzeugmaschinen eignen sich für komplexe Bearbeitungen, beispielsweise für eine kombinierte Dreh- und Fräsbearbeitung. Solche Werkzeugmaschinen können sich ferner für die Bearbeitung von Stangenmaterial, von Futterteilen und dergleichen, generell für die Bearbeitung von Werkstücken mit einer Rotationsachse eignen. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.Combined machine tools are suitable for complex machining operations, for example for combined turning and milling operations. Such machine tools can also be suitable for machining bar stock, chuck parts and the like, and generally for machining workpieces with a rotation axis. This is not to be understood as limiting.
Aus der
Bei einer Überkopfspindel (stehende Werkzeugspindel) müssen der Spänefall bzw. generell die Verschmutzungsneigung gesondert berücksichtigt werden. Daneben ist es generell wünschenswert, solche Werkzeugspindeln universell einzusetzen. Dies umfasst beispielsweise die Eignung zur Bearbeitung mit stehenden Werkzeugen und angetriebenen (rotierenden) Werkzeugen. Ferner kann dies die Eignung zur Bearbeitung mit Werkzeugen umfassen, deren Rotationsachse zu einer Längsachse der Spindel geneigt ist. Es ist grundsätzlich vorstellbar, Werkzeugrevolver für solche Zwecke einzusetzen, vergleiche die
Kombinierte Bearbeitungsmaschinen mit zwei (konzentrischen) Werkstückspindeln können grundsätzlich auch zur Bearbeitung zweier Werkstücke genutzt werden, wenn jeweils ein Werkstück an einer der beiden Werkstückspindeln gehalten ist, und wenn die primäre (obere) Werkzeugspindel zur Bearbeitung des ersten Werkstücks und die untere (sekundäre) Werkzeugspindel zur Bearbeitung des zweiten Werkstücks genutzt wird. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die sekundäre Werkzeugspindel zumindest hinsichtlich der konkreten Bearbeitungsaufgabe ähnlich leistungsfähig wie die primäre Werkzeugspindel ist.Combined processing machines with two (concentric) workpiece spindles can in principle also be used to process two workpieces if one workpiece is held on each of the two workpiece spindles and if the primary (upper) tool spindle is used to process the first workpiece and the lower (secondary) tool spindle is used to process the second workpiece. In this context, it is advantageous if the secondary tool spindle is as powerful as the primary tool spindle, at least with regard to the specific processing task.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugspindel und eine zur Aufnahme an der Werkzeugspindel ausgebildete Werkzeugeinheit anzugeben, die auch bei Nutzung als Überkopf-Werkzeugspindel eine leistungsfähige Bearbeitung und einen robusten Betrieb ermöglichen. Insbesondere sollen die besonderen Betriebsbedingungen bei aufrecht stehender Werkzeugspindel berücksichtigt werden. Die Werkzeugspindel soll sich zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeugeinheiten eignen. Die Werkzeugspindel soll eine hohe Antriebsleistung für die Werkzeugeinheiten bereitstellen. Die Kombination aus Werkzeugspindel und Werkzeugeinheit soll für einen automatisierten Werkzeugwechsel geeignet sein. Die Werkzeugspindel soll bedarfsweise eine Positionierung der Werkzeugeinheit ermöglichen, insbesondere hinsichtlich der Drehorientierung in Bezug auf eine Längsachse der Werkzeugspindel. Schließlich soll eine Werkzeugmaschine angegeben werden, die eine offenbarungsgemäße Werkzeugspindel aufweist und zur Bestückung mit offenbarungsgemäßen Werkzeugeinheiten geeignet ist.Against this background, the present disclosure is based on the object of specifying a tool spindle and a tool unit designed to be mounted on the tool spindle, which also enable efficient machining and robust operation when used as an overhead tool spindle. In particular, the special operating conditions when the tool spindle is upright should be taken into account. The tool spindle should be suitable for accommodating different tool units. The tool spindle should provide a high drive power for the tool units. The combination of tool spindle and tool unit should be suitable for automated tool changing. The tool spindle should enable positioning of the tool unit as required, in particular with regard to the rotational orientation in relation to a longitudinal axis of the tool spindle. Finally, a machine tool should be specified which has a tool spindle according to the disclosure and is suitable for being equipped with tool units according to the disclosure.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugspindel, insbesondere eine stehende Werkzeugspindel, für eine Werkzeugmaschine zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit, wobei die Werkzeugspindel Folgendes aufweist:
- - ein Spindelgehäuse,
- - eine im Spindelgehäuse gelagerte und durch einen Antrieb um eine Längsachse drehbare Spindeleinheit, die einen Werkzeughalter mit einer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme einer Werkzeugeinheit aufweist,
- - eine am Spindelgehäuse befestigte Spannkappe mit einem auslenkbaren Spannabschnitt zur Klemmung einer aufgenommenen Werkzeugeinheit, und
- - eine entlang der Längsachse zwischen einer Entlastungsstellung und einer Spannstellung verfahrbare Betätigungshülse,
- - a spindle housing,
- - a spindle unit mounted in the spindle housing and rotatable about a longitudinal axis by a drive, which has a tool holder with a tool holder for receiving a tool unit,
- - a clamping cap attached to the spindle housing with a deflectable clamping section for clamping a tool unit, and
- - an actuating sleeve movable along the longitudinal axis between a relief position and a clamping position,
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugmaschine, die Folgendes aufweist:
- - zumindest eine um eine horizontal orientierte Längsachse antreibbare Werkstückspindel mit einem Werkstückhalter,
- - eine primäre Werkzeugspindel mit einem Werkzeughalter, wobei die primäre Werkzeugspindel in zwei oder mehr translatorischen Achsen relativ zur Werkstückspindel verfahrbar ist, und
- - eine sekundäre Werkzeugspindel, die gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen gestaltet ist, wobei die die sekundäre Werkzeugspindel in zwei oder mehr translatorischen Achsen relativ zur Werkstückspindel verfahrbar ist,
wobei die sekundäre Werkzeugspindel in zumindest einer Betriebsstellung vertikal orientiert und als stehende Werkzeugspindel gestaltet ist.According to another aspect, the present disclosure relates to a machine tool comprising:
- - at least one workpiece spindle with a workpiece holder that can be driven about a horizontally oriented longitudinal axis,
- - a primary tool spindle with a tool holder, the primary tool spindle being movable in two or more translational axes relative to the workpiece spindle, and
- - a secondary tool spindle designed according to at least one of the embodiments described herein, wherein the secondary tool spindle is movable in two or more translational axes relative to the workpiece spindle,
wherein the secondary tool spindle is vertically oriented in at least one operating position and is designed as a standing tool spindle.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, mit den folgenden Schritten:
- - Bereitstellung einer Werkzeugeinheit und Aufnahme derselben am Werkzeughalter einer Werkzeugspindel gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen,
- - falls erforderlich, Verfahren der Betätigungshülse in die Entlastungsstellung,
- - Betreiben der Spindeleinheit der sekundären Werkzeugspindel, um die Werkzeugeinheit in einer definierten Rotationsposition in Bezug auf die Längsachse zu positionieren,
- - Verfahren der Betätigungshülse in die Spannstellung, um mit der Spannkappe die Werkzeugeinheit in der Rotationsposition zu klemmen, und
- - im Falle eines über die Spindeleinheit angetriebenen Werkzeugs, Antreiben der Spindeleinheit zur Rotation des Werkzeugs, um ein Werkstück zu bearbeiten.
- - Providing a tool unit and receiving it on the tool holder of a tool spindle according to at least one of the embodiments described herein,
- - if necessary, move the actuating sleeve to the relief position,
- - Operating the spindle unit of the secondary tool spindle to position the tool unit in a defined rotational position with respect to the longitudinal axis,
- - Moving the actuating sleeve into the clamping position in order to clamp the tool unit in the rotation position with the clamping cap, and
- - in the case of a spindle-driven tool, driving the spindle unit to rotate the tool to machine a workpiece.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugeinheit für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere eine stehende Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugeinheit Folgendes aufweist:
- - eine Basis,
- - einen Kegelabschnitt, der in konzentrischer Ausrichtung an einer Werkzeugspindel aufnehmbar ist, die eine Längsachse definiert,
- - ein von der Basis gehaltenes Werkzeug, wobei die Basis zwischen dem Kegelabschnitt und dem Werkzeug angeordnet ist, und
- - einen mit der Basis gekoppelten Abdecktopf, der die Basis zumindest abschnittsweise umgibt,
- - One Base,
- - a conical section which can be received in concentric alignment on a tool spindle which defines a longitudinal axis,
- - a tool held by the base, the base being arranged between the conical portion and the tool, and
- - a cover pot coupled to the base, which surrounds the base at least in sections,
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel, insbesondere einer stehenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel Folgendes aufweist:
- - ein Spindelgehäuse,
- - einen Antrieb,
- - eine durch den Antrieb um eine Längsachse drehbare Spindeleinheit, die einen Werkzeughalter zur Aufnahme einer offenbarungsgemäßen Werkzeugeinheit aufweist,
- - eine am Spindelgehäuse festgelegte Spannkappe mit einem Spannabschnitt, der dazu ausgebildet ist, bei montierter Werkzeugeinheit in einem Klemmzustand auf den Rand des Abdecktopfes einzuwirken, um den Abdecktopf am Spindelgehäuse festzusetzen, und
- - eine entlang der Längsachse axial zwischen einer Entlastungsstellung und einer Spannstellung verfahrbare Betätigungshülse, die zwischen der Spindeleinheit und der Spannkappe angeordnet ist,
- - a spindle housing,
- - a drive,
- - a spindle unit which can be rotated about a longitudinal axis by the drive and which has a tool holder for receiving a tool unit according to the disclosure,
- - a clamping cap fixed to the spindle housing with a clamping section which is designed to act on the edge of the cover pot in a clamping state when the tool unit is mounted in order to fix the cover pot to the spindle housing, and
- - an actuating sleeve which can be moved axially along the longitudinal axis between a relief position and a clamping position and which is arranged between the spindle unit and the clamping cap,
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Kombination aus einer offenbarungsgemäßen Werkzeugspindel und einer offenbarungsgemäßen Werkzeugeinheit. Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einer Kombination aus einer offenbarungsgemäßen Werkzeugspindel und einem Satz offenbarungsgemäß gestalteter Werkzeugeinheiten, die insbesondere Werkzeugeinheiten mit angetriebenen Werkzeugen und Werkzeugeinheiten mit feststehenden Werkzeugen umfassen. Dies kann Werkzeugeinheiten umfassen, die mit mehreren Werkzeugen bestückt sind. Dies kann auch Werkzeugeinheiten umfassen, die als Winkelkopf gestaltet sind.According to a further aspect, the present disclosure relates to a combination of a tool spindle according to the disclosure and a tool unit according to the disclosure. According to a further aspect, the present disclosure relates to a combination of a tool spindle according to the disclosure and a set of tool units designed according to the disclosure, which in particular comprise tool units with driven tools and tool units with fixed tools. This can comprise tool units that are equipped with multiple tools. This can also comprise tool units that are designed as an angle head.
Eine offenbarungsgemäß gestaltete Werkzeugspindel eignet sich insbesondere als stehende Werkzeugspindel, auch bezeichnet als Überkopfspindel. Die Werkzeugspindel ist universell verwendbar und zur Aufnahme von feststehenden Werkzeugen (beispielsweise Drehwerkzeuge), von angetriebenen Werkzeugen (beispielsweise Bohrwerkzeuge, Fräswerkzeuge), aber auch zur Aufnahme sogenannter Winkelköpfe ausgebildet. Die Betätigungshülse und die Spannkappe bilden einen Klemmmechanismus, der bedarfsweise eine Werkzeugeinheit am Spindelgehäuse festlegt. Wenn die Werkzeugspindel mit der Werkzeugeinheit bestückt ist, umfasst der Klemmmechanismus einen Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit, auf den die Spannkappe einwirkt.A tool spindle designed according to the disclosure is particularly suitable as a stationary tool spindle, also referred to as an overhead spindle. The tool spindle is universally usable and designed to accommodate stationary tools (e.g. turning tools), driven tools (e.g. drilling tools, milling tools), but also to accommodate so-called angle heads. The actuating sleeve and the clamping cap form a clamping mechanism that, if required, fixes a tool unit to the spindle housing. When the tool spindle is equipped with the tool unit, the clamping mechanism comprises a clamping section of the tool unit, on which the clamping cap acts.
Die Spannkappe ist zusätzlich zur eigentlichen Klemmung/Fixierung im Werkzeughalter der Spindeleinheit vorgesehen. Mit anderen Worten ist also dort beispielsweise eine Spannzange vorgesehen, die den Kegelabschnitt der Werkzeugeinheit an/in einer Werkzeugaufnahme der Spindeleinheit fixiert. In einer beispielhaften Ausgestaltung wirkt die Spannkappe mit dem auslenkbaren Spannabschnitt von innen (nach au-ßen) auf den Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit ein, um die Werkzeugeinheit am Spindelgehäuse zu fixieren. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit beispielsweise mit einem Abdecktopf die Spannkappe und gegebenenfalls auch die Betätigungshülse von au-ßen übergreifen. Somit ist neben der Klemmfunktion des Klemmmechanismus ferner eine Schutzfunktion/Abdeckfunktion gegeben, so dass Späne und sonstige Fremdstoffe schlechter eindringen können.The clamping cap is provided in addition to the actual clamping/fixing in the tool holder of the spindle unit. In other words, a collet is provided there, for example, which fixes the conical section of the tool unit to/in a tool holder of the spindle unit. In an exemplary embodiment, the clamping cap with the deflectable clamping section acts from the inside (outwards) on the clamping section of the tool unit in order to fix the tool unit to the spindle housing. In this way, the tool unit can, for example, use a cover pot to grip over the clamping cap and, if necessary, the actuating sleeve from the outside. In addition to the clamping function of the clamping mechanism, a protective function/covering function is also provided so that chips and other foreign substances can penetrate more slowly.
Die Betätigungshülse ist insbesondere axial verfahrbar. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Betätigungshülse funktional zwischen der Spindeleinheit und der Spannkappe angeordnet. Die Betätigungshülse kann eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Spannkappe und einem Abdecktopf der Werkzeugeinheit bewirken. Dies kann herbeigeführt werden, indem die Betätigungshülse den Spannabschnitt (insbesondere radial) gegen einen Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit drückt. Die Spannkappe ist beispielhaft dazu ausgebildet, bei montierter Werkzeugeinheit in einem Klemmzustand auf einen Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit einzuwirken, um einen der Werkzeugeinheit zugehörigen Abdecktopf am Spindelgehäuse festzusetzen.The actuating sleeve is in particular axially movable. In an exemplary embodiment, the actuating sleeve is functionally arranged between the spindle unit and the clamping cap. The actuating sleeve can bring about a frictional connection between the clamping cap and a cover pot of the tool unit. This can be brought about by the actuating sleeve pressing the clamping section (in particular radially) against a clamping section of the tool unit. The clamping cap is designed, for example, to exert a frictional force on a clamping section of the tool unit when the tool unit is mounted in a clamping state. to fix a cover pot belonging to the tool unit to the spindle housing.
Die Werkzeugspindel dient zur Aufnahme und bedarfsweise zum Antrieb eines Werkzeugs zur Bearbeitung eines Werkstücks. Eine offenbarungsgemäß gestaltete Werkzeugspindel erlaubt darüber hinaus auch eine Drehpositionierung. Auf diese Weise kann mit nur einem Antrieb der Spindeleinheit sowohl eine Positionierbewegung als auch eine Antriebsbewegung bewirkt werden. Es versteht sich, dass bei bestimmten Werkzeugeinheiten lediglich eine Positionierung erforderlich ist (beispielsweise Drehwerkzeuge), und dass bei anderen Werkzeugeinheiten lediglich eine rotatorischer Antrieb erforderlich ist (beispielsweise Drehwerkzeuge oder Fräswerkzeuge in konzentrischer Ausrichtung zur Längsachse). Es sind jedoch auch Werkzeugeinheiten vorstellbar, die sowohl eine Positionierung als auch eine Antriebsbewegung erforderlich machen (beispielsweise Winkelköpfe mit angetriebenem Werkzeug).The tool spindle is used to hold and, if necessary, drive a tool for machining a workpiece. A tool spindle designed as disclosed also allows rotary positioning. In this way, both a positioning movement and a drive movement can be achieved with just one drive of the spindle unit. It goes without saying that for certain tool units only positioning is required (for example turning tools), and that for other tool units only a rotary drive is required (for example turning tools or milling tools in concentric alignment with the longitudinal axis). However, tool units are also conceivable that require both positioning and a drive movement (for example angle heads with driven tools).
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Spindeleinheit mit ihrer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines HSK-Werkzeughalters (Hohlschaftkegel-Werkzeughalter) ausgebildet. Über eine HSK-Aufnahme kann einerseits eine Fixierung und andererseits eine Drehmitnahme der Werkzeugeinheit erfolgen. Eine offenbarungsgemäße Spindeleinheit stellt jedoch zusätzlich zum HSK-Werkzeughalter einen Mechanismus zum Klemmen oder Verrasten der Werkzeugeinheit bereit, die die Betätigungshülse und die Spannkappe nutzt. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit bedarfsweise relativ zum Spindelgehäuse der Werkzeugspindel fixiert werden oder für eine Drehbewegung freigegeben werden.In an exemplary embodiment, the spindle unit with its tool holder is designed to hold an HSK tool holder (hollow shank taper tool holder). The tool unit can be fixed on the one hand and rotated on the other using an HSK holder. However, a spindle unit according to the disclosure provides, in addition to the HSK tool holder, a mechanism for clamping or locking the tool unit, which uses the actuating sleeve and the clamping cap. In this way, the tool unit can be fixed relative to the spindle housing of the tool spindle as required or released for a rotary movement.
Diese Funktionalität wird mit lediglich einem (vorzugsweise einzigen) Antrieb bereitgestellt, wobei zusätzlich gegebenenfalls ein (vorzugsweise ein einziger) Aktuator für die Betätigungshülse erforderlich ist. An der Spindeleinheit selbst sind nur wenige bauliche Modifikationen erforderlich. Komplexe Lösungen mit zusätzlichen elektromotorischen und/oder fluidischen Antrieben für die Positionierbewegung und/oder die Antriebsbewegung können vermieden werden.This functionality is provided with just one (preferably a single) drive, whereby an additional (preferably a single) actuator for the actuating sleeve may be required. Only a few structural modifications are required on the spindle unit itself. Complex solutions with additional electromotor and/or fluidic drives for the positioning movement and/or the drive movement can be avoided.
Eine offenbarungsgemäß gestaltete Werkzeugeinheit erlaubt ein universelles Werkzeugkonzept, so dass verschiedenartige Werkzeugeinheiten über ähnliche oder identische Schnittstellen verfügen können, um an der Werkzeugspindel befestigt und von dieser bedarfsweise rotatorisch angetrieben und/oder positioniert zu werden. Dies kann sich auch auf Werkzeugeinheiten mit feststehenden Werkzeugen, Werkzeugeinheiten mit angetriebenen Werkzeugen und auf Werkzeugeinheiten mit Winkelkopf beziehen. Auch Werkzeugeinheiten mit mehreren (üblicherweise feststehenden) Werkzeugen können hiervon umfasst sein.A tool unit designed according to the disclosure allows a universal tool concept, so that different tool units can have similar or identical interfaces in order to be attached to the tool spindle and, if necessary, driven and/or positioned by it in rotation. This can also refer to tool units with fixed tools, tool units with driven tools and tool units with angle heads. Tool units with several (usually fixed) tools can also be included here.
Der Abdecktopf, die Basis sowie der Kegelabschnitt sind üblicherweise konzentrisch zueinander orientiert. Im montierten Zustand ist die Werkzeugeinheit zumindest mit dem Abdecktopf und dem Kegelabschnitt konzentrisch zur Längsachse der Spindeleinheit der Werkzeugspindel orientiert.The cover pot, the base and the conical section are usually oriented concentrically to one another. In the assembled state, the tool unit is oriented at least with the cover pot and the conical section concentrically to the longitudinal axis of the spindle unit of the tool spindle.
Der Abdecktopf wird in beispielhaften Ausgestaltungen durch die Spannkappe der Werkzeugspindel geklemmt, so dass der Abdecktopf drehfest mit dem Spindelgehäuse verbunden ist. In anderen Ausgestaltungen, insbesondere bei Werkzeugeinheiten mit angetriebenen Werkzeugen in konzentrischer Orientierung, verbleibt gegebenenfalls ein Spalt zwischen der Spannkappe und dem Abdecktopf, so dass eine Relativverdrehung zwischen dem Abdecktopf und dem Spindelgehäuse ermöglicht ist. Gleichwohl wirkt auch in solchen Fällen der Abdecktopf zumindest als Labyrinthdichtung (gemeinsam mit der Spannkappe), so dass auch hier das Eindringen von Spänen und sonstigen Fremdstoffen erschwert ist.In exemplary embodiments, the cover pot is clamped by the clamping cap of the tool spindle, so that the cover pot is connected to the spindle housing in a rotationally fixed manner. In other embodiments, particularly in tool units with driven tools in a concentric orientation, a gap may remain between the clamping cap and the cover pot, so that relative rotation between the cover pot and the spindle housing is possible. Nevertheless, even in such cases, the cover pot acts at least as a labyrinth seal (together with the clamping cap), so that the penetration of chips and other foreign substances is made more difficult here too.
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann eine Werkzeugeinheit in Bezug auf das Spindelgehäuse einen Klemmzustand und einen Drehzustand einnehmen. Im Klemmzustand ist der Abdecktopf und gegebenenfalls auch das Werkzeug der Werkzeugeinheit drehfest am Spindelgehäuse aufgenommen. Im Drehzustand kann der Abdecktopf und/oder das Werkzeug der Werkzeugeinheit durch die Spindeleinheit relativ zum Spindelgehäuse rotiert werden. Mit anderen Worten kann also die Werkzeugspindel mit der Spannkappe bei entsprechend ausgebildeten Werkzeugeinheiten zumindest den Abdecktopf der Werkzeugeinheit am Spindelgehäuse festsetzen und damit gegen eine Rotation sichern.In an exemplary embodiment, a tool unit can assume a clamping state and a rotating state in relation to the spindle housing. In the clamping state, the cover pot and possibly also the tool of the tool unit are held in a rotationally fixed manner on the spindle housing. In the rotating state, the cover pot and/or the tool of the tool unit can be rotated by the spindle unit relative to the spindle housing. In other words, with appropriately designed tool units, the tool spindle with the clamping cap can at least fix the cover pot of the tool unit to the spindle housing and thus secure it against rotation.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Werkzeugeinheit das eigentliche Werkzeug (üblicherweise mit zumindest einer Schneidkante versehen) sowie einen Grundkörper (Basis), mit dem das Werkzeug an der Werkzeugspindel festgelegt werden kann. Der Kegelabschnitt der Werkzeugeinheit ist beispielhaft als Hohlschaftkegel (HSK) gestaltet.In the context of the present disclosure, a tool unit comprises the actual tool (usually provided with at least one cutting edge) and a base body (base) with which the tool can be secured to the tool spindle. The conical section of the tool unit is designed, for example, as a hollow shank cone (HSK).
Eine offenbarungsgemäß gestaltete Werkzeugmaschine stellt eine leistungsfähige sekundäre Werkzeugspindel bereit, die beispielhaft als Überkopfspindel gestaltet ist. Die Verschmutzungsneigung von Überkopfspindeln ist bei der Gestaltung offenbarungsgemäßer Werkzeugspindeln berücksichtigt. Die Werkzeugmaschine erlaubt eine universelle Nutzung der sekundären Werkzeugspindel für verschiedene Bearbeitungszwecke. Die sekundäre Werkzeugspindel kann mit verschiedenen Werkzeugeinheiten mit unterschiedlichen Werkzeugen bestückt werden. Mit nur einem Antrieb (durch die Werkzeugspindel selbst) kann die Werkzeugeinheit bedarfsweise positioniert und angetrieben werden. Es versteht sich, dass ein Antrieb der Werkzeugeinheit bzw. von deren Werkzeug bei einem feststehenden Werkzeug nicht erforderlich ist. Für die sekundäre Werkstückspindel kann auf handelsübliche Spindeleinheiten zurückgegriffen werden, wobei diese gegebenenfalls offenbarungsgemäß zu ertüchtigen sind. Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der genutzten Antriebe kann die sekundäre Werkzeugspindel der primären Werkzeugspindel durchaus vergleichbar gestaltet sein, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist.A machine tool designed according to the disclosure provides a powerful secondary tool spindle, which is designed as an overhead spindle, for example. The tendency of overhead spindles to become dirty is taken into account in the design of tool spindles according to the disclosure. The machine tool allows universal use of the secondary tool spindle for various processing purposes. The secondary The tool spindle can be equipped with different tool units with different tools. The tool unit can be positioned and driven as required with just one drive (through the tool spindle itself). It goes without saying that a drive for the tool unit or its tool is not necessary if the tool is stationary. Commercially available spindle units can be used for the secondary workpiece spindle, although these may need to be upgraded as described in the disclosure. In terms of the performance of the drives used, the secondary tool spindle can be designed to be comparable to the primary tool spindle, although this is not to be understood as restrictive.
Gegebenenfalls ist die primäre Werkzeugspindel mit einem Schwenkantrieb versehen, beispielsweise einer sogenannten B-Achse, die Bewegungen um eine Y-Achse erlaubt. Auf diese Weise kann die primäre Werkzeugspindel für vielfältige Bearbeitungsaufgaben genutzt werden. In einer beispielhaften Ausgestaltung verzichtet die sekundäre Werkzeugspindel auf einen zusätzlichen Schwenkantrieb, so dass in erster Linie translatorische Achsen bereitstehen. Gleichwohl erlaubt die sekundäre Werkzeugspindel bedarfsweise eine Drehpositionierung der Werkzeugeinheit um die Längsachse der Werkzeugspindel. Dies kann ohne zusätzlichen Antrieb bewerkstelligt werden.If necessary, the primary tool spindle is provided with a swivel drive, for example a so-called B-axis, which allows movements around a Y-axis. In this way, the primary tool spindle can be used for a wide range of machining tasks. In an exemplary design, the secondary tool spindle does not have an additional swivel drive, so that primarily translational axes are available. Nevertheless, the secondary tool spindle allows rotational positioning of the tool unit around the longitudinal axis of the tool spindle if required. This can be accomplished without an additional drive.
Es versteht sich, dass gegebenenfalls mehr als nur eine primäre Werkzeugspindel und mehr als nur eine sekundäre Werkzeugspindel vorgesehen sein können. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise bei einer Werkzeugmaschine mit zwei einander zugewandten und konzentrisch ausgerichteten Werkstückspindeln zwei identische oder verschiedenartige Werkstücke bearbeiten.It is understood that more than one primary tool spindle and more than one secondary tool spindle may be provided if necessary. In this way, for example, in a machine tool with two workpiece spindles facing each other and aligned concentrically, two identical or different workpieces can be machined.
Eine stehende Werkzeugspindel ist eine Werkzeugspindel, die zumindest in einer Neutralstellung mit ihrem Werkzeughalter nach oben orientiert ist. Damit ist eine stehende Werkzeugspindel im Gegensatz zu einer sogenannten hängenden Werkzeugspindel anfälliger für einen Späneeintrag und/oder Verschmutzungen von oben. Sowohl eine stehende Werkzeugspindel als auch eine hängende Werkzeugspindel sind in ihrer Neutralstellung regelmäßig vertikal orientiert, ansonsten liegt jedoch eine gegensätzliche Orientierung vor. Eine hängende Werkzeugspindel bearbeitet ein Werkstück üblicherweise von oben (oder seitlich). Eine stehende Werkzeugspindel bearbeitet ein Werkstück üblicherweise von unten (oder seitlich). Hinsichtlich der möglichen Arbeitsbereiche kann es durchaus Überlappungen zwischen der stehenden Werkzeugspindel und der hängenden Werkzeugspindel geben.A stationary tool spindle is a tool spindle that is oriented with its tool holder upwards, at least in a neutral position. This means that a stationary tool spindle is more susceptible to chips and/or contamination from above than a so-called hanging tool spindle. Both a stationary tool spindle and a hanging tool spindle are usually oriented vertically in their neutral position, but otherwise they are oriented in the opposite direction. A hanging tool spindle usually machines a workpiece from above (or from the side). A stationary tool spindle usually machines a workpiece from below (or from the side). In terms of the possible working areas, there can certainly be overlaps between the stationary tool spindle and the hanging tool spindle.
In einer Spannstellung der Betätigungshülse bzw. der Spannkappe kann sich eine aufgenommene Werkzeugeinheit (hinsichtlich eines Rotationsfreiheitsgrades um die Längsachse) in einem Klemmzustand befinden. Eine gemeinsam durch den Abdecktopf und die Spannkappe gebildete Reibkupplung ist geschlossen. In einer Entlastungsstellung kann sich eine aufgenommene Werkzeugeinheit (hinsichtlich eines Rotationsfreiheitsgrades um die Längsachse) in einer Freigabestellung bzw. einem Entlastungszustand befinden. Eine gemeinsam durch den Abdecktopf und die Spannkappe gebildete Reibkupplung ist geöffnet.In a clamping position of the actuating sleeve or the clamping cap, a tool unit that is held can be in a clamping state (with regard to a degree of freedom of rotation around the longitudinal axis). A friction clutch formed jointly by the cover pot and the clamping cap is closed. In a relief position, a tool unit that is held can be in a release position or a relief state (with regard to a degree of freedom of rotation around the longitudinal axis). A friction clutch formed jointly by the cover pot and the clamping cap is open.
Ein offenbarungsgemäß gestaltetes Verfahren erlaubt in einfacher Weise die Aufnahme und Positionierung von Werkzeugeinheiten an einer Offenbarungsgemäß gestalteten Werkzeugspindel. Dies ist allein mit dem Antrieb der Werkzeugspindel möglich, weil die Werkzeugeinheit über deren Abdecktopf bedarfsweise am Spindelgehäuse festgelegt werden kann. Wenn also keine drehfeste Verbindung zwischen dem Abdecktopf und dem Spindelgehäuse gegeben ist, kann die Spindeleinheit der Werkzeugspindel die aufgenommene Werkzeugeinheit um die Längsachse der Spindeleinheit rotieren. Auf diese Weise können gewünschte Drehpositionen angefahren werden. Wenn der Abdecktopf der Werkzeugeinheit über die Spannkappe am Spindelgehäuse festgelegt ist, verbleibt die Werkzeugeinheit in der angefahrenen Drehpositionen.A method designed according to the disclosure allows tool units to be picked up and positioned on a tool spindle designed according to the disclosure in a simple manner. This is possible using only the drive of the tool spindle, because the tool unit can be secured to the spindle housing via its cover pot if required. If there is no rotationally fixed connection between the cover pot and the spindle housing, the spindle unit of the tool spindle can rotate the picked up tool unit around the longitudinal axis of the spindle unit. In this way, desired rotational positions can be reached. If the cover pot of the tool unit is secured to the spindle housing via the clamping cap, the tool unit remains in the rotational position reached.
Das offenbarungsgemäße Verfahren erlaubt gemäß einem Aspekt die Positionierung und Fixierung von Winkelköpfen an der Werkzeugspindel. Ferner erlaubt das offenbarungsgemäße Verfahren gemäß einem weiteren Aspekt die Positionierung von Werkzeugeinheiten mit mehreren feststehenden Werkzeugen, die um die Längsachse verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit ähnlich einem Werkzeugrevolver indexiert werden, um ein gewünschtes Werkzeug bereitzustellen.According to one aspect, the method according to the disclosure allows the positioning and fixing of angle heads on the tool spindle. Furthermore, according to a further aspect, the method according to the disclosure allows the positioning of tool units with several fixed tools that are arranged distributed around the longitudinal axis. In this way, the tool unit can be indexed similarly to a tool turret in order to provide a desired tool.
Im Falle eines feststehenden Werkzeugs (Drehwerkzeug und dergleichen) erfolgt die Bearbeitung in einem drehfest fixierten Zustand der Werkzeugeinheit. Im Falle eines angetriebenen rotierbaren Werkzeugs (Bohrer, Fräser und dergleichen) erfolgt die Bearbeitung in einem Zustand, in dem die Spindeleinheit das Werkzeug durch den Abdecktopf hindurch antreibt.In the case of a fixed tool (turning tool and the like), machining takes place in a rotationally fixed state of the tool unit. In the case of a driven rotatable tool (drill, milling cutter and the like), machining takes place in a state in which the spindle unit drives the tool through the cover pot.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel umfasst die Betätigungshülse einen Kolben, insbesondere einen Ringkolben. Wir anderen Worten kann also die Betätigungshülse selbst einen Teil des Aktuators sein, der den Spannabschnitt der Spannkappe auslenkt. Beispielhaft umfasst die Betätigungshülse einen fluidisch betätigten Kolben, insbesondere einen hydraulisch oder pneumatisch betätigten Kolben. Es versteht sich, dass die Betätigungshülse grundsätzlich auch mit einem elektromotorischen Aktuator versehen oder gekoppelt sein kann.According to an exemplary embodiment of the tool spindle, the actuating sleeve comprises a piston, in particular an annular piston. In other words, the actuating sleeve itself can be part of the actuator that deflects the clamping section of the clamping cap. For example, the actuating sleeve comprises a fluidically actuated piston, in particular a hydraulic or pneumatically operated piston. It goes without saying that the actuating sleeve can also be provided with or coupled to an electromotive actuator.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel erstreckt sich die Spindeleinheit durch die Betätigungshülse. Mit anderen Worten ist innerhalb der Betätigungshülse ein Innenraum vorgesehen, der Bauraum für die Spindeleinheit bereitstellt. Auf diese Weise können übliche, kartuschenartig gestaltete Spindeleinheiten genutzt werden. Beispielhaft umfasst die Betätigungshülse einen Ringkolben, durch den sich die Spindeleinheit erstreckt.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the spindle unit extends through the actuating sleeve. In other words, an interior space is provided within the actuating sleeve, which provides installation space for the spindle unit. In this way, conventional, cartridge-like spindle units can be used. For example, the actuating sleeve comprises an annular piston through which the spindle unit extends.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Betätigungshülse verschieblich aber drehfest am Spindelgehäuse gelagert. Dies ermöglicht eine (üblicherweise axiale) Relativbewegung zwischen der Betätigungshülse und der Spindeleinheit. Beispielhaft kann die Betätigungshülse entlang der Längsachse eine Hubbewegung mit einem bestimmten Hub ausführen, um den Spannabschnitt der Spannkappe auszulenken.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the actuating sleeve is mounted on the spindle housing in a displaceable but rotationally fixed manner. This enables a (usually axial) relative movement between the actuating sleeve and the spindle unit. For example, the actuating sleeve can perform a stroke movement with a specific stroke along the longitudinal axis in order to deflect the clamping section of the clamping cap.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist der Betätigungsabschnitt konisch gestaltet, wobei der Betätigungsabschnitt bei der Bewegung von der Entlastungsstellung und die Spannstellung den auslenkbaren Spannabschnitt nach außen drängt. Beispielsweise ist der Betätigungsabschnitt in Richtung auf die Werkzeugeinheit an seiner Außenseite verjüngt, um dort eine Konusfläche bereitzustellen. Gleichermaßen kann auch bei der Spannkappe eine korrespondierende Konusfläche bereitgestellt sein. Eine axiale Relativbewegung zwischen der Betätigungshülse und der Spannkappe sorgt dann für eine seitliche (zumindest teileweise radiale) Auslenkung des auslenkbaren Spannabschnitts.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the actuating section is conical, whereby the actuating section pushes the deflectable clamping section outwards when moving from the relief position to the clamping position. For example, the actuating section is tapered on its outside in the direction of the tool unit in order to provide a conical surface there. A corresponding conical surface can also be provided on the clamping cap. An axial relative movement between the actuating sleeve and the clamping cap then ensures a lateral (at least partially radial) deflection of the deflectable clamping section.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Betätigungshülse beim Betätigungsabschnitt eine konische Außenfläche aus, wobei die Spannkappe beim Spannabschnitt eine konische Innenfläche aufweist. Auf diese Weise sitzt der Betätigungsabschnitt innerhalb des Spannabschnitts, um diesen nach außen zu drängen.In an exemplary embodiment, the actuating sleeve has a conical outer surface in the actuating section, and the clamping cap has a conical inner surface in the clamping section. In this way, the actuating section sits within the clamping section in order to push it outwards.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Spannkappe beim auslenkbaren Spannabschnitt geschlitzt. Auf diese Weise kann die Spannkappe beim Spannabschnitt in Segmente unterteilt werden. Beispielsweise sind mehrere Längsschlitze vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse erstrecken und um die Längsachse verteilt sind. Dies erhöht die Verformbarkeit des auslenkbaren Spannabschnitts.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the clamping cap is slotted in the deflectable clamping section. In this way, the clamping cap in the clamping section can be divided into segments. For example, several longitudinal slots are provided which extend essentially parallel to the longitudinal axis and are distributed around the longitudinal axis. This increases the deformability of the deflectable clamping section.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist ein Verdrängungsraum für die Betätigungshülse bereitgestellt, der insbesondere zumindest abschnittsweise durch die Spannkappe gebildet ist. Dies bezieht sich insbesondere auf Gestaltungen, bei denen die Betätigungshülse einen Kolben oder Ringkolben umfasst. Beispielhaft wird der Verdrängungsraum gemeinsam durch die Spannkappe und einen Basisring bereitgestellt. Der Verdrängungsraum ist gemäß dieser Ausgestaltung fest am Spindelgehäuse angeordnet bzw. ausgebildet. Innerhalb des Verdrängungsraums kann ein Kolben/Ringkolben axial bewegt werden, um die Betätigungshülse zwischen der Entlastungsstellung und der Spannstellung zu verfahren. Der Verdrängungsraum kann auch als Ringraum oder Ringzylinder bezeichnet werden. Innerhalb des Verdrängungsraums ist der Kolben/Ringkolben beweglich angeordnet.According to a further exemplary embodiment of the tool spindle, a displacement chamber is provided for the actuating sleeve, which is in particular formed at least in sections by the clamping cap. This relates in particular to designs in which the actuating sleeve comprises a piston or annular piston. For example, the displacement chamber is provided jointly by the clamping cap and a base ring. According to this embodiment, the displacement chamber is arranged or formed fixedly on the spindle housing. A piston/annular piston can be moved axially within the displacement chamber in order to move the actuating sleeve between the relief position and the clamping position. The displacement chamber can also be referred to as an annular chamber or annular cylinder. The piston/annular piston is arranged movably within the displacement chamber.
In einer beispielhaften Ausgestaltung mündet zumindest ein Fluidkanal in den Verdrängungsraum. Auf diese Weise kann ein unter Druck stehendes Fluid eingeleitet werden, um die Betätigungshülse zu bewegen. Eine Rückstellung, etwa zur Bewegung der Betätigungshülse aus der Spannstellung zurück in die Entlastungsstellung, ist grundsätzlich fluidisch oder mittels Federkraft vorstellbar.In an exemplary embodiment, at least one fluid channel opens into the displacement chamber. In this way, a fluid under pressure can be introduced to move the actuating sleeve. A reset, for example to move the actuating sleeve from the clamping position back to the relief position, is basically conceivable fluidically or by means of spring force.
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann sowohl an einer der Werkzeugeinheit zugewandten Seite des Kolbens als auch an einer von der Werkzeugeinheit abgewandten Seite des Kolbens ein unter Druck stehendes Fluid (hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel) eingeleitet werden, um die Betätigungshülse zwischen der Entlastungsstellung und der Spannstellung hin und her zu verfahren. Gemäß dieser Ausgestaltung erfolgt die Rückstellung fluidisch.In an exemplary embodiment, a pressurized fluid (hydraulic or pneumatic pressure medium) can be introduced both on a side of the piston facing the tool unit and on a side of the piston facing away from the tool unit in order to move the actuating sleeve back and forth between the relief position and the clamping position. According to this embodiment, the reset takes place fluidically.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Spannkappe zumindest abschnittsweise in Bereichen, die der Betätigungshülse zugewandt sind, fluiddicht vulkanisiert und/oder beschichtet. Auf diese Weise werden Leckagen vermieden.In an exemplary embodiment, the clamping cap is vulcanized and/or coated in a fluid-tight manner at least in sections in areas facing the actuating sleeve. This prevents leaks.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel weist die Werkzeugaufnahme eine Hohlschaftkegel-Spanneinheit auf. Die Hohlschaftkegel-Spanneinheit kann die Werkzeugeinheit an einem Kegelabschnitt greifen, zentrieren und halten. Die Hohlschaftkegel-Spanneinheit ist zusätzlich zum Klemmmechanismus vorgesehen. Mit einer Hohlschaftkegel-Spanneinheit ist die Werkzeugspindel zur Aufnahme von HSK-Werkzeugen mit Hohlschaftkegel ausgebildet. Die Hohlschaftkegel kann beispielhaft eine Spannzange aufweisen, die in den Kegelabschnitt der Werkzeugeinheit eingreift und diesen gegen eine Werkzeugaufnahme der Spindeleinheit verspannt. Der durch die Betätigungshülse und die Spannkappe gebildete Klemmmechanismus kann als äußerer Klemmmechanismus bezeichnet werden. Die Hohlschaftkegel-Spanneinheit kann auch als innerer Spannmechanismus bezeichnet werden.According to a further exemplary embodiment of the tool spindle, the tool holder has a hollow shaft taper clamping unit. The hollow shaft taper clamping unit can grip, center and hold the tool unit at a taper section. The hollow shaft taper clamping unit is provided in addition to the clamping mechanism. With a hollow shaft taper clamping unit, the tool spindle is designed to accommodate HSK tools with hollow shaft tapers. The hollow shaft taper can, for example, have a collet that engages in the taper section of the tool unit and clamps it against a tool holder of the spindle unit. The force generated by the actuation The clamping mechanism formed by the clamping sleeve and the clamping cap can be referred to as the external clamping mechanism. The hollow shaft taper clamping unit can also be referred to as the internal clamping mechanism.
Eine Aufnahme der Werkzeugeinheit über die Hohlschaftkegel-Spanneinheit erlaubt einen direkten Antrieb der Werkzeuge der Werkzeugeinheit, insbesondere von Bohrwerkzeugen oder Fräswerkzeugen. Unbeschadet dessen erlaubt die Hohlschaftkegel-Spanneinheit eine Positionierbewegung der Werkzeugeinheit, so dass die Werkzeugeinheit mit dem zumindest einen Werkzeug durch eine gezielte gesteuerte Drehbewegung der Spindeleinheit in einer gewünschten Drehorientierung in Bezug auf die Längsachse ausgerichtet werden kann.Holding the tool unit via the hollow shaft taper clamping unit allows a direct drive of the tools of the tool unit, in particular drilling tools or milling tools. Irrespective of this, the hollow shaft taper clamping unit allows a positioning movement of the tool unit, so that the tool unit with the at least one tool can be aligned in a desired rotational orientation in relation to the longitudinal axis by a targeted, controlled rotational movement of the spindle unit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Spindeleinheit zur drehfesten Ausnahme eines Hohlschaftkegels ausgebildet, wobei der Spannabschnitt zusätzlich zur Klemmung eines werkzeugseitigen Klemmabschnitts ausgebildet ist. Es gibt also einen (äußeren) Klemmmechanismus und einen (inneren) Spannmechanismus. Die Spannkappe und die Betätigungshülse bilden gemeinsam mit einem Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit einen zusätzlichen Klemmmechanismus.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the spindle unit is designed for the rotationally fixed removal of a hollow shaft taper, wherein the clamping section is additionally designed for clamping a clamping section on the tool side. There is therefore an (external) clamping mechanism and an (internal) clamping mechanism. The clamping cap and the actuating sleeve together with a clamping section of the tool unit form an additional clamping mechanism.
Die sich ergebende Kombination aus Spindeleinheit und Werkzeugeinheit kann beispielhaft in drei Modi betrieben werden. Zunächst wird die Werkzeugeinheit mit dem Kegelabschnitt am (inneren) Spannmechanismus festgelegt.The resulting combination of spindle unit and tool unit can be operated in three modes. First, the tool unit is fixed with the conical section on the (inner) clamping mechanism.
Beispielsweise für Drehwerkzeuge kann bei geöffnetem (äußeren) Klemmmechanismus über die Spindeleinheit die Werkzeugeinheit rotiert werden, um ein Drehwerkzeug zu positionieren. Dies kann auch eine Bereitstellung eines Drehwerkzeugs aus einer Mehrzahl von Drehwerkzeugen umfassen, die durch die Werkzeugeinheit bereitgestellt werden. Sodann kann der (äußere) Klemmmechanismus geschlossen bzw. geklemmt werden, um das Drehwerkzeug relativ zum Spindelgehäuse zu fixieren. Dann kann ein Werkstück bearbeitet werden.For example, for turning tools, when the (external) clamping mechanism is open, the tool unit can be rotated via the spindle unit to position a turning tool. This can also include providing a turning tool from a plurality of turning tools provided by the tool unit. The (external) clamping mechanism can then be closed or clamped to fix the turning tool relative to the spindle housing. A workpiece can then be machined.
Beispielsweise für Fräswerkzeuge oder Bohrwerkzeuge kann die Bearbeitung bewusst bei geöffnetem (äußeren) Klemmmechanismus erfolgen, weil auf diese Weise das Werkzeug direkt über die Spindeleinheit angetrieben wird und relativ zum Spindelgehäuse rotierbar ist. In diesem Modus muss der Klemmmechanismus nicht geklemmt werden, aufgrund der Gestaltung der beteiligten Bauteile (Abdecktopf, Spannkappe und Betätigungshülse) ergibt sich zumindest eine Labyrinthdichtung mit geringem Spalt, so dass das Eindringen von Spänen und Betriebsstoffen erschwert wird.For milling tools or drilling tools, for example, machining can be carried out deliberately with the (external) clamping mechanism open, because in this way the tool is driven directly via the spindle unit and can rotate relative to the spindle housing. In this mode, the clamping mechanism does not have to be clamped; due to the design of the components involved (cover pot, clamping cap and actuating sleeve), at least a labyrinth seal with a small gap is created, making it more difficult for chips and operating materials to penetrate.
Beispielsweise für Werkzeugeinheiten mit Winkelkopf kann bei geöffnetem (äußeren) Klemmmechanismus zunächst über die Spindeleinheit ein Kopfgehäuse des Winkelkopfes rotiert werden, um ein angetriebenes Werkzeug in gewünschter Weise in Bezug auf die Längsachse der Spindeleinheit zu positionieren. Sodann kann der (äu-ßere) Klemmmechanismus geschlossen bzw. geklemmt werden, um das Kopfgehäuse des Winkelkopfes relativ zum Spindelgehäuse zu fixieren. Dies kann jedoch zusätzlich eine Entkopplung einer bei geöffnetem Klemmmechanismus geschlossenen Verbindung innerhalb des Winkelkopfes umfassen, wodurch das Werkzeug (beispielsweise Bohrwerkzeuge oder Fräswerkzeug mit geneigter Orientierung relativ zur Längsachse der Spindeleinheit) des Winkelkopfes durch die Spindeleinheit relativ zum Spindelgehäuse rotierbar ist. Bei Werkzeugeinheiten mit Winkelkopf kann folglich die Bewegung der Betätigungshülse des Klemmmechanismus zwischen der Entlastungsstellung und der Spannstellung jeweils eine „Kupplung“ öffnen und eine andere „Kupplung“ schließen. Dies kann beispielsweise unter Nutzung einer resultierenden axialen Komponente und einer resultierenden radialen Komponente der Bewegung der Betätigungshülse umgesetzt werden.For example, for tool units with an angle head, when the (external) clamping mechanism is open, a head housing of the angle head can first be rotated via the spindle unit in order to position a driven tool in the desired manner in relation to the longitudinal axis of the spindle unit. The (external) clamping mechanism can then be closed or clamped in order to fix the head housing of the angle head relative to the spindle housing. However, this can additionally include a decoupling of a connection within the angle head that is closed when the clamping mechanism is open, whereby the tool (for example drilling tools or milling tools with an inclined orientation relative to the longitudinal axis of the spindle unit) of the angle head can be rotated by the spindle unit relative to the spindle housing. In tool units with an angle head, the movement of the actuating sleeve of the clamping mechanism between the relief position and the clamping position can therefore open one "clutch" and close another "clutch". This can be implemented, for example, using a resulting axial component and a resulting radial component of the movement of the actuating sleeve.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Werkzeugaufnahme mit einer Werkzeugeinheit mit feststehendem Werkzeug bestückt, wobei der Spannabschnitt in der Spannstellung die Werkzeugeinheit klemmt. Bei dem feststehenden Werkzeug handelt es sich beispielhaft um ein Drehwerkzeug. Es ist auch vorstellbar, eine Werkzeugeinheit mit einer Mehrzahl von Drehwerkzeugen zu bestücken, die um eine Längsachse der Werkzeugeinheit verteilt sind. Sodann kann eine Auswahl eines gewünschten Werkzeugs durch entsprechende Rotationsbewegung der Werkzeugeinheit erfolgen.According to a further exemplary embodiment of the tool spindle, the tool holder is equipped with a tool unit with a fixed tool, wherein the clamping section clamps the tool unit in the clamping position. The fixed tool is, for example, a turning tool. It is also conceivable to equip a tool unit with a plurality of turning tools that are distributed around a longitudinal axis of the tool unit. A desired tool can then be selected by means of a corresponding rotational movement of the tool unit.
In der Spannstellung ist die Werkzeugeinheit mit dem zumindest einen Werkzeug in Bezug auf die Werkzeugspindel fixiert, es sind keine Drehbewegungen um die Längsachse ermöglicht. Auf diese Weise lassen sich Drehbearbeitungen bei rotierendem Werkstück durchführen. In der Entlastungsstellung ist eine Drehpositionierung des zumindest einen Werkzeugs über die Spindeleinheit ermöglicht, dies umfasst eine Relativrotation zwischen der Spannkappe und dem Klemmabschnitt des Werkzeugs.In the clamping position, the tool unit with the at least one tool is fixed in relation to the tool spindle; no rotational movements around the longitudinal axis are possible. In this way, turning operations can be carried out with a rotating workpiece. In the unloading position, rotational positioning of the at least one tool via the spindle unit is possible; this includes relative rotation between the clamping cap and the clamping section of the tool.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Werkzeugeinheit in der Entlastungsstellung durch die Spindeleinheit für Positionierzwecke rotierbar. Damit eignet sich die Werkzeugspindel auch für Werkzeugeinheiten, die mit mehreren Werkzeugen bestückt sind.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the tool unit can be rotated in the relief position by the spindle unit for positioning purposes. This makes it suitable the tool spindle also for tool units that are equipped with several tools.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Werkzeugaufnahme mit einer Werkzeugeinheit mit rotierbarem Werkzeug bestückt. Ein solches Werkzeug ist über die Spindeleinheit antreibbar.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the tool holder is equipped with a tool unit with a rotatable tool. Such a tool can be driven via the spindle unit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel verbleibt die Betätigungshülse bei der Bearbeitung mit der Werkzeugeinheit mit rotierbarem Werkzeug in der Entlastungsstellung. Auf diese Weise wird eine Klemmung des Klemmmechanismus durch entsprechende Ansteuerung der Betätigungshülse vermieden.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the actuating sleeve remains in the relief position during machining with the tool unit with a rotatable tool. In this way, clamping of the clamping mechanism is avoided by appropriate control of the actuating sleeve.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung führt bei der Bearbeitung mit der Werkzeugeinheit mit rotierbarem Werkzeug eine Bewegung der Betätigungshülse in die Spannstellung nicht zu einer Klemmung der Werkzeugeinheit. Auf diese Weise wird eine Klemmung des Klemmmechanismus konstruktiv vermieden. Wenn Beispielsweise ein Abdecktopf der Werkzeugeinheit so ausgelegt ist, dass auch bei einer in die Spannstellung verfahrenen Betätigungshülse und ausgelenktem Spannabschnitt trotzdem noch ein Spalt zwischen dem Abdecktopf und der Spannkappe verbleibt, ist eine Relativrotation und ein Antrieb des Werkzeugs unbeschadet der Stellung der Betätigungshülse möglich.According to another exemplary embodiment, when machining with the tool unit with a rotatable tool, a movement of the actuating sleeve into the clamping position does not result in the tool unit being clamped. In this way, the clamping mechanism is prevented from becoming clamped. For example, if a cover pot of the tool unit is designed in such a way that even when the actuating sleeve is moved into the clamping position and the clamping section is deflected, a gap still remains between the cover pot and the clamping cap, a relative rotation and a drive of the tool is possible regardless of the position of the actuating sleeve.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist bei der Bearbeitung mit der Werkzeugeinheit mit rotierbarem Werkzeug eine Relativrotation zwischen dem Abdecktopf der Werkzeugeinheit und der Basis der Werkzeugeinheit ermöglicht. Auch auf diese Weise kann das Werkzeug rotatorisch angetrieben werden, unabhängig davon, ob der Abdecktopf durch den Klemmmechanismus am Spindelgehäuse festgelegt ist oder nicht.According to a further exemplary embodiment, when machining with the tool unit with a rotatable tool, a relative rotation between the cover pot of the tool unit and the base of the tool unit is possible. In this way, too, the tool can be driven in rotation, regardless of whether the cover pot is fixed to the spindle housing by the clamping mechanism or not.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist die Werkzeugaufnahme mit einer Werkzeugeinheit mit einem Winkelkopf bestückt, der zur Aufnahme eines rotierbaren Werkzeugs ausgebildet ist. Der Winkelkopf dient beispielhaft zur Aufnahme eines angetriebenen Werkzeugs mit einer Werkzeug-Rotationsachse, die gegenüber der Längsachse der Spindeleinheit geneigt ist.According to a further exemplary embodiment of the tool spindle, the tool holder is equipped with a tool unit with an angle head that is designed to hold a rotatable tool. The angle head serves, for example, to hold a driven tool with a tool rotation axis that is inclined relative to the longitudinal axis of the spindle unit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist in der Spannstellung das Kopfgehäuse des Winkelkopfes am Spindelgehäuse festgelegt, wobei das Werkzeug im Winkelkopf über die Spindeleinheit antreibbar ist. In der Spannstellung des Klemmmechanismus ist also das Kopfgehäuse fixiert, hingegen kann das Werkzeug des Winkelkopfes durch das Kopfgehäuse hindurch über die Spindeleinheit rotiert werden.According to another exemplary embodiment of the tool spindle, the head housing of the angle head is fixed to the spindle housing in the clamping position, whereby the tool in the angle head can be driven via the spindle unit. In the clamping position of the clamping mechanism, the head housing is therefore fixed, whereas the tool of the angle head can be rotated through the head housing via the spindle unit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel ist in der Entlastungsstellung das Kopfgehäuse des Winkelkopfes zur Drehmitnahme mit einer Basis des Winkelkopfes gekoppelt und gemeinsam mit der Basis durch die Spindeleinheit relativ zum Spindelgehäuse zu Positionierzwecken rotierbar. In der Entlastungsstellung ist folglich eine Drehpositionierung ermöglicht.According to a further exemplary embodiment of the tool spindle, in the relief position the head housing of the angle head is coupled to a base of the angle head for rotational drive and can be rotated together with the base by the spindle unit relative to the spindle housing for positioning purposes. In the relief position, rotational positioning is therefore possible.
Wenn die Bewegung der Betätigungshülse zwischen der Entlastungsstellung in der Spannstellung beispielhaft eine radial wirksame Komponente und eine axial wirksame Komponente umfasst, können mit einer einzigen Bewegung zwei „Kupplungen“ betätigt werden, nämlich der Klemmmechanismus zum Festlegen des Kopfgehäuses am Spindelgehäuse (eingerückt in der Spannstellung) sowie ein interner Drehmitnahmemechanismus innerhalb des Winkelkopfes zur Drehmitnahme zwischen der Werkzeugspindel und dem Kopfgehäuse (eingerückt in der Entlastungsstellung).If the movement of the actuating sleeve between the relief position and the clamping position comprises, for example, a radially acting component and an axially acting component, two "couplings" can be actuated with a single movement, namely the clamping mechanism for securing the head housing to the spindle housing (engaged in the clamping position) and an internal rotary drive mechanism within the angle head for rotary drive between the tool spindle and the head housing (engaged in the relief position).
In einer beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel liegt in der Spannstellung eine reibschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Spannkappe der Werkzeugspindel und dem Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit vor. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung liegt in der Spannstellung zumindest teilweise auch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Spannkappe der Werkzeugspindeln und dem Klemmabschnitt der Werkzeugeinheit vor.In an exemplary embodiment of the tool spindle, in the clamping position there is a frictional or force-locking connection between the clamping cap of the tool spindle and the clamping section of the tool unit. In a further exemplary embodiment, in the clamping position there is at least partially also a positive connection between the clamping cap of the tool spindles and the clamping section of the tool unit.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel liegt in der Entlastungsstellung eine reibschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zur Drehmitnahme zwischen der Werkzeugspindel und dem Kopfgehäuse des Winkelkopfes vor. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung liegt in der Entlastungsstellung zumindest teilweise auch eine formschlüssige Verbindung zur Drehmitnahme zwischen der Werkzeugspindel und dem Kopfgehäuse des Winkelkopfes vor.In an exemplary embodiment of the tool spindle, in the relief position there is a frictional or force-locking connection for rotational drive between the tool spindle and the head housing of the angle head. In a further exemplary embodiment, in the relief position there is at least partially also a positive connection for rotational drive between the tool spindle and the head housing of the angle head.
Eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung lässt sich durch entsprechende Reibpaarungen erzeugen, die selbsthemmend sind und/oder federunterstützt oder anderweitig vorgespannt sein können. Eine zumindest teilweise formschlüssige Verbindung lässt sich durch Verzahnungen o. ä. erzeugen. Auch Kombinationen aus Kraftschluss/Reibschluss und Formschluss zur Sicherung eine Verbindung sind vorstellbar.A force-locking or frictional connection can be created using appropriate friction pairs that are self-locking and/or spring-supported or can be pre-tensioned in some other way. A connection that is at least partially positive can be created using gear teeth or similar. Combinations of force-locking/frictional locking and positive locking to secure a connection are also conceivable.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugspindel umfasst die Spindeleinheit einen Direktantrieb. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Werkzeugspindel einen mit der Spindeleinheit über ein Zugmittel oder sonstigen Koppelmechanismus gekoppelten Antrieb. Üblicherweise ist die Spindeleinheit gezielt ansteuerbar, um gewünschte Drehpositionen um die Längsachse der Spindeleinheit anzufahren. Auf diese Weise können Werkzeuge positioniert werden. Beispielhaft umfasst der Antrieb der Spindeleinheit einen Servomotor. Es versteht sich, dass die Spindeleinheit zusätzlich dazu ausgebildet ist, Werkzeuge rotatorisch anzutreiben, beispielsweise Fräswerkzeuge oder Bohrwerkzeuge.In an exemplary embodiment of the tool spindle, the spindle unit comprises a direct drive. In another exemplary embodiment In a conventional design, the tool spindle includes a drive coupled to the spindle unit via a traction device or other coupling mechanism. The spindle unit can usually be controlled in a targeted manner in order to move to the desired rotational positions around the longitudinal axis of the spindle unit. Tools can be positioned in this way. For example, the drive of the spindle unit includes a servo motor. It goes without saying that the spindle unit is also designed to drive tools in rotation, for example milling tools or drilling tools.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit weist der Abdecktopf eine umlaufende Handhabungsnut auf. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit über den Abdecktopf mittels Handhabungstechnik transferiert und bedarfsweise in Magazinen oder an sonstigen Ablageplätzen abgelegt werden. Dies ist auch dann möglich, wenn der Abdecktopf eine ursprüngliche Handhabungsnut, die beispielsweise an der Basis ausgebildet ist, verdeckt. Auf diese Weise kann der Abdecktopf zur Ertüchtigung von Standard-Werkzeugen genutzt werden, die beispielsweise mit Standard-Futtern und/oder Standard-Werkzeughaltern versehen sind, beispielsweise HSK-Werkzeugen.According to an exemplary design of the tool unit, the cover pot has a circumferential handling groove. In this way, the tool unit can be transferred via the cover pot using handling technology and, if necessary, stored in magazines or other storage locations. This is also possible if the cover pot covers an original handling groove, which is formed, for example, on the base. In this way, the cover pot can be used to upgrade standard tools that are provided with standard chucks and/or standard tool holders, for example HSK tools.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit weist der Rand einen Klemmabschnitt auf, der mit einem Spannabschnitt einer Spannkappe kontaktierbar ist. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit weist der Abdecktopf am Rand einen Zylinderabschnitt auf, dessen Innenwand den Klemmabschnitt bildet. Auf diese Weise kann der Abdecktopf ähnlich einer Bremstrommel gestaltet sein, die von innen mit Reibbelägen kontaktiert wird.According to another exemplary embodiment of the tool unit, the edge has a clamping section that can be contacted with a clamping section of a clamping cap. In another exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot has a cylinder section on the edge, the inner wall of which forms the clamping section. In this way, the cover pot can be designed similarly to a brake drum that is contacted from the inside with friction linings.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit bilden im montierten Zustand der Klemmabschnitt und der Spannabschnitt eine Reibkupplung zum Festsetzen des Abdecktopfes an einem Spindelgehäuse. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit weist der Rand einen Klemmabschnitt auf, auf den in einem Klemmzustand ein an einem Spindelgehäuse festgelegter Spannabschnitt einwirkt, um den Abdecktopf am Spindelgehäuse festzusetzen.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, in the assembled state, the clamping section and the tensioning section form a friction clutch for securing the cover pot to a spindle housing. In a further exemplary embodiment of the tool unit, the edge has a clamping section on which a tensioning section fixed to a spindle housing acts in a clamped state in order to secure the cover pot to the spindle housing.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit deckt der Abdecktopf im montierten Zustand eine Stirnseite der Spindeleinheit ab, insbesondere spänesicher. Dies kann beispielhaft bei direktem Kontakt zwischen dem Abdecktopf und der Spannkappe erfolgen. Sofern kein direkter Kontakt zwischen dem Abdecktopf und der Spannkappe gegeben ist, entsteht zumindest eine Labyrinthdichtung mit hinreichend geringem Spalt.According to another exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot covers one end of the spindle unit when assembled, in particular to protect it from chips. This can be achieved, for example, by direct contact between the cover pot and the clamping cap. If there is no direct contact between the cover pot and the clamping cap, at least a labyrinth seal with a sufficiently small gap is created.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit erstreckt sich der Abdecktopf mit seinem Rand zumindest teilweise axial über den auslenkbaren Spannabschnitt der Spannkappe. Sofern sich die Betätigungshülse und die Spannkappe der Werkzeugspindel um die Spindeleinheit herum erstrecken, wird dadurch die Stirnseite der Spindeleinheit vollständig oder nahezu vollständig von der Werkzeugeinheit bzw. von deren Abdecktopf abgedeckt.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot extends with its edge at least partially axially over the deflectable clamping section of the clamping cap. If the actuating sleeve and the clamping cap of the tool spindle extend around the spindle unit, the front side of the spindle unit is completely or almost completely covered by the tool unit or its cover pot.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit weist die Basis eine umlaufende Nut auf, wobei der Abdecktopf mit der umlaufenden Nut gekoppelt ist. Insbesondere ist der Abdecktopf drehfest mit der umlaufenden Nut gekoppelt. Auf diese Weise kann beispielhaft die ohnehin ursprünglich an der Basis der Werkzeugeinheit vorgesehene Handhabungsnut zur Aufnahme und Fixierung des Abdecktopfes genutzt werden.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the base has a circumferential groove, wherein the cover pot is coupled to the circumferential groove. In particular, the cover pot is coupled to the circumferential groove in a rotationally fixed manner. In this way, for example, the handling groove originally provided on the base of the tool unit can be used to accommodate and fix the cover pot.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit ist der Abdecktopf mittelbar über eine Verbindungsscheibe mit der umlaufenden Nut der Basis gekoppelt, wobei die Verbindungscheibe insbesondere eine geteilte Scheibe ist. Auf diese Weise kann der Abdecktopf mittelbar an der umlaufenden Nut befestigt werden. Es kann sich eine hinreichend dichte Verbindung zwischen dem Abdecktopf und der Basis der Werkzeugeinheit ergeben, so dass auch in diesem Bereich der Nut ein Eindringen von Spänen oder sonstigen Verschmutzungen erschwert ist.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot is indirectly coupled to the circumferential groove of the base via a connecting disk, wherein the connecting disk is in particular a split disk. In this way, the cover pot can be indirectly attached to the circumferential groove. A sufficiently tight connection can result between the cover pot and the base of the tool unit, so that the penetration of chips or other contaminants is also made more difficult in this area of the groove.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit legt die Verbindungscheibe den Abdecktopf drehfest an der Basis fest. Dies kann beispielhaft durch eine geeignete Klemmung erfolgen, etwa unter Verwendung eines Klemmrings mit konischer Form, der von einer Konusfläche des Abdecktopfes kontaktiert wird. Beispielhaft ist die Verbindungscheibe dazu ausgebildet, den Abdecktopf gegen den Klemmring und damit den Klemmring gegen die Basis der Werkzeugeinheit zu verspannen. Auf diese Weise kann der Abdecktopf kraftschlüssig bzw. reibschlüssig drehfest mit der Basis verbunden werden. Der Klemmring kann geschlitzt seinAccording to another exemplary embodiment of the tool unit, the connecting disk fixes the cover pot to the base in a rotationally fixed manner. This can be done, for example, by means of a suitable clamping, for example using a clamping ring with a conical shape, which is contacted by a conical surface of the cover pot. For example, the connecting disk is designed to clamp the cover pot against the clamping ring and thus the clamping ring against the base of the tool unit. In this way, the cover pot can be connected to the base in a force-fitting or friction-fitting manner in a rotationally fixed manner. The clamping ring can be slotted.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit ist die Verbindungscheibe gemeinsam mit dem Abdecktopf relativ zur Basis rotierbar. Dies gilt zumindest in bestimmten Betriebszuständen beispielsweise für Werkzeugeinheiten, die als Winkelkopf gestaltet sind, und bei denen die Spindeleinheit ein angetriebenes Werkzeug rotatorisch antreibt. Dies führt nämlich bei einem geklemmten Abdecktopf dazu, dass die Antriebsbewegung (Rotationsbewegung) durch den festgelegten Abdecktopf hindurch übertragen wird.According to another exemplary embodiment of the tool unit, the connecting disk can be rotated together with the cover pot relative to the base. This applies at least in certain operating states, for example for tool units that are designed as angle heads and in which the spindle unit drives a driven tool in rotation. This leads to a clamped cover pot ensures that the drive movement (rotational movement) is transmitted through the fixed cover pot.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit ist der Abdecktopf drehfest mit der Basis gekoppelt, wobei die Basis ein feststehendes Werkzeug trägt. Insbesondere ist die Basis permanent drehfest mit dem Abdecktopf verbunden. Eine solche Werkzeugeinheit eignet sich beispielhaft für Drehwerkzeuge, also für nicht angetriebene Werkzeuge. Grundsätzlich eignet sich eine solche Werkzeugeinheit auch für angetriebene Werkzeuge, die dann gemeinsam mit dem Abdecktopf rotieren, wobei in einem solchen Fall dafür Sorge zu tragen ist, dass der Abdecktopf relativ zur Spannkappe rotieren kann.According to another exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot is coupled to the base in a rotationally fixed manner, with the base carrying a fixed tool. In particular, the base is permanently connected to the cover pot in a rotationally fixed manner. Such a tool unit is suitable, for example, for rotary tools, i.e. for non-driven tools. In principle, such a tool unit is also suitable for driven tools, which then rotate together with the cover pot, whereby in such a case it must be ensured that the cover pot can rotate relative to the clamping cap.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit trägt die Basis zumindest ein angetriebenes Werkzeug, beispielsweise Bohrer, Fräser und dergleichen. Dies kann mit einer Gestaltung kombiniert werden, bei der der Abdecktopf relativ zur Basis rotierbar ist. Es ist jedoch auch eine Kombination mit einer Gestaltung vorstellbar, bei der die Basis gemeinsam mit dem Abdecktopf relativ zum Spindelgehäuse rotierbar ist.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the base carries at least one driven tool, for example a drill, milling cutter and the like. This can be combined with a design in which the cover pot is rotatable relative to the base. However, a combination with a design in which the base is rotatable together with the cover pot relative to the spindle housing is also conceivable.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit ist der Abdecktopf relativ zur Basis zwischen einer ersten Stellung, in der der Abdecktopf drehfest mit der Basis gekoppelt ist, und einer zweiten Stellung, in der die Basis relativ zum Abdecktopf rotierbar ist, axial beweglich. Zu diesem Zweck kann innerhalb der Werkzeugeinheit eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit als Winkelkopf gestaltet werden, wobei die Spindeleinheit mit nur einem Antrieb einerseits eine Drehpositionierung des Winkelkopfes und andererseits einen Antrieb des vom Winkelkopf getragenen Werkzeugs ermöglicht.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot is axially movable relative to the base between a first position in which the cover pot is coupled to the base in a rotationally fixed manner and a second position in which the base is rotatable relative to the cover pot. For this purpose, a force-locking and/or form-locking coupling can be formed within the tool unit. In this way, the tool unit can be designed as an angle head, with the spindle unit enabling rotational positioning of the angle head on the one hand and driving the tool carried by the angle head on the other with just one drive.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit ist der Abdecktopf gegen die Kraft eines Vorspannelements axial relativ zur Basis beweglich. Das Vorspannelement ist beispielhaft als Feder, insbesondere als Balgfeder gestaltet. Andere Arten von Vorspannelementen können auch verbaut sein.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot is axially movable relative to the base against the force of a pre-tensioning element. The pre-tensioning element is designed, for example, as a spring, in particular as a bellows spring. Other types of pre-tensioning elements can also be installed.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit trägt die Basis ein Kopfgehäuse, das zur Aufnahme eines Werkzeugs mit einer gegenüber einer Längsachse der Werkzeugspindel gekippten Rotationsachse ausgebildet ist. Das Kopfgehäuse kann auch als Umlenkgehäuse bezeichnet werden, weil damit üblicherweise eine Umlenkung der Antriebsbewegung zwischen der Längsachse der Spindeleinheit und der Rotationsachse des am Kopfgehäuse aufgenommenen Werkzeugs bewerkstelligt wird.According to a further exemplary embodiment of the tool unit, the base carries a head housing which is designed to accommodate a tool with a rotation axis tilted relative to a longitudinal axis of the tool spindle. The head housing can also be referred to as a deflection housing because it is usually used to deflect the drive movement between the longitudinal axis of the spindle unit and the rotation axis of the tool accommodated on the head housing.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Werkzeugeinheit legt der Abdecktopf in der zweiten Stellung das Kopfgehäuse am Spindelgehäuse fest, wobei der Abdecktopf in der ersten Stellung vom Spindelgehäuse entkoppelt ist und die Basis und das Kopfgehäuse zur gemeinsamen Rotation verbindet. Auf diese Weise können mit nur einem Betätigungselement, beispielsweise der Betätigungshülse, im Ergebnis zwei Funktionen/Freiheitsgrade gesteuert werden, nämlich die Positionierbewegung des Kopfgehäuse um die Längsachse sowie die Antriebsbewegung des Werkzeugs um dessen Rotationsachse.According to another exemplary embodiment of the tool unit, the cover pot in the second position fixes the head housing to the spindle housing, whereby the cover pot in the first position is decoupled from the spindle housing and connects the base and the head housing for joint rotation. In this way, two functions/degrees of freedom can be controlled with just one actuating element, for example the actuating sleeve, namely the positioning movement of the head housing around the longitudinal axis and the drive movement of the tool around its axis of rotation.
Werkzeugeinheiten und Werkzeugspindeln gemäß der vorliegenden Offenbarung eignen sich grundsätzlich für sogenannte kombinierte Bearbeitungsmaschinen, die horizontal orientierte Werkstückachsen sowie zumindest eine obere, hängende Werkzeugspindel und zumindest eine untere, stehende Werkzeugspindel, die insbesondere jeweils eine vertikale Orientierung aufweisen. Unbeschadet dessen können die Werkzeugeinheiten, die Werkzeugspindeln sowie Kombinationen aus Werkzeugeinheit und Werkzeugspindel auch bei anders gestalteten Werkzeugmaschinen genutzt werden. Eine offenbarungsgemäße Kombination aus Werkzeugeinheit und Werkzeugspindel weist zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen Vorteile hinsichtlich der Abdichtung der Stirnseite der Werkzeugspindel und/oder Vorteile hinsichtlich der universellen Anwendbarkeit für verschiedene Arten von Werkzeugeinheiten (stehende Werkzeuge, angetriebene Werkzeuge, Winkelköpfe) und der Steuerung der erforderlichen Funktionen (Positionierbewegung, Antriebsbewegung) auf.Tool units and tool spindles according to the present disclosure are generally suitable for so-called combined processing machines that have horizontally oriented workpiece axes and at least one upper, hanging tool spindle and at least one lower, standing tool spindle, each of which in particular has a vertical orientation. Irrespective of this, the tool units, the tool spindles and combinations of tool unit and tool spindle can also be used in machine tools of a different design. A combination of tool unit and tool spindle according to the disclosure has, at least in exemplary embodiments, advantages with regard to sealing the front side of the tool spindle and/or advantages with regard to universal applicability for different types of tool units (standing tools, driven tools, angle heads) and the control of the required functions (positioning movement, drive movement).
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Offenbarung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.It is understood that the features of the disclosure mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present disclosure.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
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1 : eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine, die als kombinierte Dreh- und Fräsmaschine mit horizontaler Werkstückspindel gestaltet ist; -
2 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugspindel, die als stehende Spindel gestaltet ist und eine Werkzeugeinheit trägt; -
3 : eine perspektivische, explodierte Schnittansicht einer Betätigungshülse und einer Spannkappe, die Bestandteil der in den2 gezeigten Werkzeugspindel sind; -
4 : eine perspektivische, teilweise explodierter Detailansicht der Werkzeugspindel gemäß2 , wobei eine von der Werkzeugspindel beabstandete Werkzeugeinheit gezeigt ist, die abweichend von der Werkzeugeinheit gemäß2 gestaltet ist; -
5 : eine perspektivische Ansicht der in3 gezeigten Werkzeugeinheit in einer von4 abweichenden Orientierung; -
6 : eine Schnittansicht durch die Werkzeugeinheit gemäß4 und5 ; -
7 : eine weitere teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Werkzeugeinheit; -
8 : eine teilweise geschnittene Teilansicht durch einen Werkzeughalter der in den2 und3 gezeigten Werkzeugspindel (in8 nicht mit einer Werkzeugeinheit bestückt) zur Veranschaulichung zweier Zustände/Stellungen; -
9 : eine weitere geschnittene Teilansicht durch einen Werkzeughalter der in den2 und3 gezeigten Werkzeugspindel zur Veranschaulichung zweier Zustände/Stellungen, wobei die Werkzeugspindel mit einer als Winkelkopf gestalteten Werkzeugeinheit bestückt ist; -
10 : eine teilweise geschnittene Ansicht durch eine weitere Ausgestaltung einer Werkzeugeinheit; -
11 : eine frontale Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Werkzeugspindel mit einer Mehrzahl von Werkzeughaltern; -
12 : ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb einer Werkzeugmaschine; -
13 : ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb einer Werkzeugmaschine; und -
14 : ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb einer Werkzeugmaschine.
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1 : a perspective view of a machine tool designed as a combined turning and milling machine with a horizontal workpiece spindle; -
2 a perspective view of a tool spindle designed as a standing spindle and carrying a tool unit; -
3 : a perspective, exploded sectional view of an actuating sleeve and a clamping cap, which are part of the2 shown tool spindle; -
4 : a perspective, partially exploded detailed view of the tool spindle according to2 , wherein a tool unit spaced from the tool spindle is shown, which differs from the tool unit according to2 is designed; -
5 : a perspective view of the3 shown tool unit in one of4 different orientation; -
6 : a sectional view through the tool unit according to4 and5 ; -
7 : another partially sectioned view of a further embodiment of a tool unit; -
8th : a partially sectioned partial view through a tool holder of the2 and3 shown tool spindle (in8th not equipped with a tool unit) to illustrate two states/positions; -
9 : another partial section through a tool holder of the2 and3 shown tool spindle to illustrate two states/positions, wherein the tool spindle is equipped with a tool unit designed as an angle head; -
10 : a partially sectioned view through a further embodiment of a tool unit; -
11 : a front view of a further embodiment of a tool spindle with a plurality of tool holders; -
12 : a simplified block diagram illustrating an embodiment of a method for operating a machine tool; -
13 : a simplified block diagram to illustrate a further embodiment of a method for operating a machine tool; and -
14 : a simplified block diagram to illustrate a further embodiment of a method for operating a machine tool.
In zumindest einigen der Figuren ist aus Veranschaulichungsgründen ein kartesisches Koordinatensystem X-Y-Z dargestellt. Das Koordinatensystem dient zur Veranschaulichung grundlegender Orientierungen und Bewegungsachsen der Werkzeugmaschine 10 sowie von deren Komponenten. Eine mit X bezeichnete Achse kennzeichnet allgemein eine Längserstreckung. Eine mit Y bezeichnete kennzeichnet allgemein eine Tiefenerstreckung. Im Ausführungsbeispiel definieren die Achsen X und Y gemeinsam eine Horizontalebene. Eine mit Z bezeichnete Achse kennzeichnet allgemein eine Höhenerstreckung. Das Koordinatensystem X-Y-Z dient in erster Linie zur Veranschaulichung und ist nicht ihn einschränkender Weise zu verstehen. Es versteht sich, dass auch andere Koordinatensysteme zur Beschreibung der Werkzeugmaschine 10 und deren Komponenten nutzbar sind. Der Fachmann kann entsprechende Transformationen vornehmen.In at least some of the figures, a Cartesian coordinate system X-Y-Z is shown for illustrative purposes. The coordinate system serves to illustrate basic orientations and axes of movement of the machine tool 10 and its components. An axis designated X generally indicates a longitudinal extension. An axis designated Y generally indicates a depth extension. In the exemplary embodiment, the axes X and Y together define a horizontal plane. An axis designated Z generally indicates a vertical extension. The coordinate system X-Y-Z serves primarily for illustrative purposes and is not to be understood in a restrictive manner. It is understood that other coordinate systems can also be used to describe the machine tool 10 and its components. The person skilled in the art can carry out appropriate transformations.
Die Werkzeugmaschine 10 weist ein Gestell 12 auf, das auch als Maschinengestell oder Maschinenbett bezeichnet werden kann. Das Gestell 12 trägt weitere Komponenten der Werkzeugmaschine 10 und stützt diese am Boden ab. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst einen Arbeitsraum 14, in dem Werkstücke bearbeitet werden können, insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung. Üblicherweise ist der Arbeitsraum 14 durch eine Einhausung (in
Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Werkstückspindel 20, die im Ausführungsbeispiel am Gestell 12 festgelegt ist. Die Werkstückspindel 20 trägt einen Werkstückhalter 22, der zur Aufnahme eines Werkstücks (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Die Werkstückspindel 20 ist dazu ausgebildet, ein im Werkstückhalter 22 gehaltenes Werkstück um eine Längsachse 24 rotatorisch anzutreiben. Die Längsachse 24 ist im Ausführungsbeispiel horizontal orientiert und parallel zur X-Richtung. Die Werkstückspindel 20 kann auch als primäre Werkstückspindel 20 bezeichnet werden.The machine tool 10 comprises a workpiece spindle 20, which in the exemplary embodiment is fixed to the frame 12. The workpiece spindle 20 carries a workpiece holder 22, which is designed to hold a workpiece (not shown). The workpiece spindle 20 is designed to drive a workpiece held in the workpiece holder 22 in rotation about a longitudinal axis 24. In the exemplary embodiment, the longitudinal axis 24 is oriented horizontally and parallel to the X direction. The workpiece spindle 20 can also be referred to as the primary workpiece spindle 20.
Im Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine 10 neben der Werkstückspindel 20 eine weitere, gegenüberliegende Werkstückspindel 30 auf. Die Werkstückspindel 30 kann auch als Gegenspindel bezeichnet werden. Die Werkstückspindel 30 weist einen Werkstückhalter 32 auf. Die Werkstückspindeln 20, 30 sind konzentrisch zueinander orientiert. Im Ausführungsbeispiel kann die Werkstückspindel 30 entlang des Gestells 12 in der X-Richtung relativ zur Werkstückspindel 20 verfahren werden (vergleiche den Doppelpfeil 34). Die Werkstückspindeln 20, 30 können gemeinsam stangenartige Werkstücke aufnehmen und antreiben.In the exemplary embodiment, the machine tool 10 has, in addition to the workpiece spindle 20, another, opposite workpiece spindle 30. The workpiece spindle 30 can also be referred to as a counter spindle. The workpiece spindle 30 has a workpiece holder 32. The workpiece spindles 20, 30 are oriented concentrically to one another. In the exemplary embodiment, the workpiece spindle 30 can be moved along the frame 12 in the X direction relative to the workpiece spindle 20 (compare the double arrow 34). The workpiece spindles 20, 30 can jointly hold and drive rod-like workpieces.
Es versteht sich, dass die Werkzeugmaschine 10 auch andere Konfigurationen aufweisen kann. Dies kann einen Reitstock statt einer Gegenspindel 30 umfassen. Ferner ist es auch vorstellbar, mit der Werkstückspindel 20 Werkstücke ohne zusätzliche Abstützung einseitig zu halten und zu führen, sofern das Längen-Durchmesser-Verhältnis nicht zu groß wird. Dies bietet sich beispielsweise für Flanschteile, Futterteile und dergleichen an. Zur Bearbeitung von stangenartigen Werkstücken kann die Werkzeugmaschine 10 mit einem Stangenlader gekoppelt werden. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.It goes without saying that the machine tool 10 can also have other configurations. This can include a tailstock instead of a counter spindle 30. Furthermore, it is also conceivable to use the workpiece spindle 20 to hold and guide workpieces on one side without additional support, provided the length-diameter ratio is not too large. This is suitable, for example, for flange parts, chuck parts and the like. To machine bar-like workpieces, the machine tool 10 can be coupled to a bar loader. This is not to be understood as limiting.
Zur Bearbeitung der Werkstücke weist die Werkzeugmaschine 10 eine Werkzeugspindel 40 auf. Die Werkzeugspindel 40 umfasst einen Werkzeughalter 42 zur Aufnahme eines angetriebenen oder feststehenden Werkzeugs. Über eine entsprechende Kinematik ist die Werkzeugspindel 40 im Ausführungsbeispiel entlang dreier translatorischer Achsen 44, 46, 48 relativ zum Gestell 12 und folglich relativ zu einem eingespannten Werkstück verfahrbar. Die erste Achse 44 ist parallel zur X-Achse. Die zweite Achse 46 ist parallel zur Y-Achse. Die dritte Achse 48 ist parallel zur Z-Achse. Die erste Achse 44 und die zweite Achse 46 bilden eine Horizontalebene. Die dritte Achse 48 ist vertikal orientiert.To machine the workpieces, the machine tool 10 has a tool spindle 40. The tool spindle 40 comprises a tool holder 42 for holding a driven or stationary tool. Using appropriate kinematics, the tool spindle 40 in the exemplary embodiment can be moved along three translational axes 44, 46, 48 relative to the frame 12 and consequently relative to a clamped workpiece. The first axis 44 is parallel to the X-axis. The second axis 46 is parallel to the Y-axis. The third axis 48 is parallel to the Z-axis. The first axis 44 and the second axis 46 form a horizontal plane. The third axis 48 is oriented vertically.
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Zusätzlich zur Werkzeugspindel 40 weist die in den
In beispielhaften Ausgestaltungen kann die Werkzeugspindel 60 als Überkopfspindel oder als (aufrecht) stehende Werkzeugspindel bezeichnet werden. In beispielhaften Ausgestaltungen dient die Werkzeugspindel 40 als primäre Werkzeugspindel. Demgemäß kann die Werkzeugspindel 60 als sekundäre Werkzeugspindel dienen. Es versteht sich, dass zumindest bei bestimmten Bearbeitungsaufgaben auch die Werkzeugspindel 60 primäre Funktionen übernehmen kann.In exemplary embodiments, the tool spindle 60 can be referred to as an overhead spindle or as an (upright) tool spindle. In exemplary embodiments, the tool spindle 40 serves as the primary tool spindle. Accordingly, the tool spindle 60 can serve as a secondary tool spindle. It is understood that at least for certain machining tasks, the tool spindle 60 can also take on primary functions.
Die Werkzeugspindel 60 ist mittelbar über einen ersten Schlitten 70 entlang einer ersten Achse 80 relativ zum Gestell 12 verfahrbar. Der erste Schlitten 70 trägt einen relativ zum ersten Schlitten 70 entlang einer zweiten Achse 82 verfahrbaren zweiten Schlitten 72. Der zweite Schlitten 72 trägt einen relativ zum zweiten Schlitten 72 entlang einer dritten Achse 84 verfahrbaren dritten Schlitten 74. Am dritten Schlitten 74 ist die Werkzeugspindel 60 angeordnet. Die erste Achse 80 ist parallel zur X-Achse. Der erste Schlitten 70 kann auch als X-Schlitten bezeichnet werden. Die zweite Achse 82 ist parallel zur Y-Achse. Der zweite Schlitten 72 kann auch als Y-Schlitten bezeichnet werden. Die dritte Achse 84 ist parallel zur Z-Achse. Der dritte Schlitten 74 kann auch als Z-Schlitten bezeichnet werden.The tool spindle 60 can be moved indirectly via a first slide 70 along a first axis 80 relative to the frame 12. The first slide 70 carries a second slide 72 which can be moved relative to the first slide 70 along a second axis 82. The second slide 72 carries a third slide 74 which can be moved relative to the second slide 72 along a third axis 84. The tool spindle 60 is arranged on the third slide 74. The first axis 80 is parallel to the X-axis. The first slide 70 can also be referred to as the X-slide. The second axis 82 is parallel to the Y-axis. The second slide 72 can also be referred to as the Y-slide. The third axis 84 is parallel to the Z-axis. The third slide 74 can also be referred to as the Z-slide.
Mit anderen Worten ist die Werkzeugspindel 60 in drei Achsen 80, 82, 84 relativ zum Gestell 12 und folglich relativ zu einem eingespannten Werkstück verfahrbar. In der Werkzeugaufnahme 62 kann die Werkzeugspindel 60 ein Werkzeug in einer aufrechten Position aufnehmen und bedarfsweise um eine Spindelachse antreiben. Die Werkzeugspindel 60 ist zur Aufnahme angetriebener Werkzeuge und nicht angetriebener (feststehender) Werkzeuge ausgebildet. Die Werkzeugspindel 60 kann auch sogenannte Winkelköpfe aufnehmen und beispielsweise auf Basis der vertikalen Orientierung der Werkzeugspindel 60 ein horizontal orientiertes Werkzeug bereitstellen.In other words, the tool spindle 60 can be moved in three axes 80, 82, 84 relative to the frame 12 and consequently relative to a clamped workpiece. In the tool holder 62, the tool spindle 60 can hold a tool in an upright position and, if necessary, drive it about a spindle axis. The tool spindle 60 is designed to hold driven tools and non-driven (stationary) tools. The tool spindle 60 can also hold so-called angle heads and, for example, provide a horizontally oriented tool based on the vertical orientation of the tool spindle 60.
Das Spindelgehäuse 90 beherbergt eine Spindeleinheit 92, deren Längsachse 94 in der in
Am Werkzeughalter 62 ist im Ausführungsbeispiel eine Werkzeugeinheit 110 aufgenommen, die als Winkelkopf 112 gestaltet ist. Die Werkzeugeinheit 110 weist ein Kopfgehäuse 114 auf, das eine Umlenkung bereitstellt. Das Kopfgehäuse 114 kann auch als Umlenkgehäuse bezeichnet werden. Am Kopfgehäuse 114 ist ein (angetriebenes) Werkzeug 116 aufgenommen, beispielsweise ein Bohrer oder Fräser. Die Werkzeugeinheit 110 umfasst ferner einen Abdecktopf 120, über den bedarfsweise das Kopfgehäuse 114 drehfest am Spindelgehäuse 90 festgelegt werden kann. In einem solchen Zustand kann die Spindeleinheit 92 genutzt werden, um das Werkzeug 116 um seine (gegenüber der Längsachse 94 geneigte) Rotationsachse 122 rotatorisch anzutreiben. Zusätzlich kann die Spindeleinheit 92 auch für eine Positionierbewegung des Winkelkopfes 112 genutzt werden, dies wird in Zusammenhang mit anderen Figuren näher erläutert.In the exemplary embodiment, a tool unit 110 is accommodated on the tool holder 62, which is designed as an angle head 112. The tool unit 110 has a head housing 114, which provides a deflection. The head housing 114 can also be referred to as a deflection housing. A (driven) tool 116, for example a drill or milling cutter, is accommodated on the head housing 114. The tool unit 110 also comprises a cover pot 120, via which the head housing 114 can be fixed to the spindle housing 90 in a rotationally fixed manner if required. In such a state, the spindle unit 92 can be used to drive the tool 116 in rotation about its rotation axis 122 (inclined with respect to the longitudinal axis 94). In addition, the spindle unit 92 can also be used for a positioning movement of the angle head 112; this is explained in more detail in connection with other figures.
Die
In
Zumindest die Spannkappe 96 ist drehfest am Spindelgehäuse 90 festgelegt. Gegebenenfalls gilt dies auch für die Betätigungshülse 134. Die Betätigungshülse 134 umfasst einen als Kolben oder Ringkolben 140 gestalteten Abschnitt, der im montierten Zustand vom Spindelgehäuse 90 verdeckt ist. Ferner weist die Betätigungshülse 134 an ihrem der Werkzeugeinheit 210 zugewandten Ende einen Betätigungsabschnitt 142 auf, der an seinem Umfang eine Konusfläche 144 sowie an seinem Ende eine Stirn 146 ausbildet. Mit der Konusfläche 144 kann die Betätigungshülse 134 auf die Spannkappe 96 einwirken. Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen kann auch die Stirn 146 des Betätigungsabschnitts 142 genutzt werden, um auf eine Werkzeugeinheit einzuwirken, die am Werkzeughalter 62 aufgenommen ist. Die Betätigungshülse 134 weist in ihrem Innenraum 148 einen Durchlass für die Spindeleinheit 92 und deren Werkzeugaufnahme 136 auf. Die Spindeleinheit 92 kann mit der Werkzeugaufnahme 136 und der Stirnseite 138 den Innenraum 148 der Betätigungshülse 134 durchragen.At least the clamping cap 96 is fixed to the spindle housing 90 in a rotationally fixed manner. If necessary, this also applies to the actuating sleeve 134. The actuating sleeve 134 comprises a section designed as a piston or annular piston 140, which is covered by the spindle housing 90 in the assembled state. Furthermore, the actuating sleeve 134 has an actuating section 142 at its end facing the tool unit 210, which forms a conical surface 144 on its circumference and a front 146 at its end. The actuating sleeve 134 can act on the clamping cap 96 with the conical surface 144. At least in exemplary embodiments, the front 146 of the actuating section 142 can also be used to act on a tool unit that is received on the tool holder 62. The actuating sleeve 134 has a passage for the spindle unit 92 and its tool holder 136 in its interior 148. The spindle unit 92 can extend through the interior 148 of the actuating sleeve 134 with the tool holder 136 and the front side 138.
Die Spannkappe 96 weist einen auslenkbaren Spannabschnitt 150 auf, der vom Betätigungsabschnitt 142 der Betätigungshülse 134 kontaktierbar ist. Im Ausführungsbeispiel umfasst der Spannabschnitt 150 eine an seinem Innenumfang eine Konusfläche 152. Die Konusfläche 144 der Betätigungshülse 134 kann die Konusfläche 152 der Spannkappe 96 kontaktieren, um den Spannabschnitt 150 auszulenken. Die Spannkappe 96 ist zumindest im Bereich des Spannabschnitts 150 mit Schlitzen 156 versehen. Auf diese Weise wird der Spannabschnitt 150 segmentiert und leichter auslenkbar. Die Spannkappe 96 umfasst ferner einen umlaufenden Kragen 158, der zur Befestigung am Spindelgehäuse 90 dient. Eine axiale Verschiebung der Betätigungshülse 134 zwischen einer Entlastungsstellung und einer Spannstellung sorgt für eine Auslenkung (und Rückkehr) des Spannabschnitts 150.The clamping cap 96 has a deflectable clamping section 150, which can be contacted by the actuating section 142 of the actuating sleeve 134. In the exemplary embodiment, the clamping section 150 comprises a conical surface 152 on its inner circumference. The conical surface 144 of the actuating sleeve 134 can contact the conical surface 152 of the clamping cap 96 in order to deflect the clamping section 150. The clamping cap 96 is provided with slots 156 at least in the area of the clamping section 150. In this way, the clamping section 150 is segmented and can be deflected more easily. The clamping cap 96 also comprises a circumferential collar 158, which is used for fastening to the spindle housing 90. An axial displacement of the actuating sleeve 134 between a relief position and a clamping position ensures a deflection (and return) of the clamping section 150.
Der Abdecktopf 220 ist über eine Verbindungsscheibe 228 drehfest mit der Basis 224 der Werkzeugeinheit 210 gekoppelt. Die Verbindungscheibe 228 ist im Ausführungsbeispiel als geteilte Scheibe gestaltet, vergleiche
Der Kegelabschnitt 218 ist im Ausführungsbeispiel als Hohlschaftkegel 278 gestaltet. Die Basis 224 ist zwischen dem Hohlschaftkegel 278 und dem Werkzeug 216 ausgebildet. Die Basis 224 weist eine umlaufende Nut 282 auf, die bei Nichtvorhandensein des Abdecktopfes 220 als Handhabungsnut dienen kann, vergleiche
Der Abdecktopf 220 dient einerseits zur Abdeckung bzw. zum Schutz der Stirnseite 138 der Spindeleinheit 92. Ferner kann die Werkzeugeinheit 210 über den Abdecktopf 220 am Spindelgehäuse 90 drehfest fixiert werden, wenn die Spannkappe 96 durch die Betätigungshülse 134 ausgelenkt und mit dem Abdecktopf 220 geklemmt wird. Auf diese Weise wird ein Klemmmechanismus geschaffen, der beispielsweise Werkzeugeinheiten 210 mit feststehenden Werkzeugen 216 fest und hochsteif an der Werkzeugspindel 60 fixieren kann.The cover pot 220 serves, on the one hand, to cover or protect the front side 138 of the spindle unit 92. Furthermore, the tool unit 210 can be fixed in a rotationally fixed manner to the spindle housing 90 via the cover pot 220 when the clamping cap 96 is deflected by the actuating sleeve 134 and clamped with the cover pot 220. In this way, a clamping mechanism is created which can, for example, fix tool units 210 with fixed tools 216 firmly and with high rigidity to the tool spindle 60.
Die Werkzeugspindel 60 eignet sich jedoch auch zur Aufnahme von Werkzeugeinheiten mit rotierbaren Werkzeugen. Eine solche Werkzeugeinheit 310 wird in
Am Abdecktopf 320 ist ein Rand 370 ausgebildet, der einen Klemmabschnitt 374 trägt. Im montierten Zustand deckt der Rand 370 die Stirnseite 138 der Spindeleinheit 92 und den Spannabschnitt 150 der Spannkappe 96 zumindest teilweise ab. Auf diese Weise ist auch bei der Werkzeugeinheit 310 eine Schutzwirkung gegeben. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Zur Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugeinheit 310 muss eine freie Rotierbarkeit des Werkzeugs 316 um die Längsachse 94 gegeben sein. Daher wird die Werkzeugeinheit 310 nicht analog zur Werkzeugeinheit 210 vollständig drehfest am Spindelgehäuse 90 fixiert. Zumindest der Kegelabschnitt 318, die Basis 324 und das daran aufgenommene Werkzeug 316 müssen sich gemeinsam mit der Spindeleinheit 92 um die Längsachse 94 rotieren können. Dies kann bewirkt werden, indem eine Drehmitnahme zwischen dem Abdecktopf 320 und der Spannkappe 96 unterbleibt, oder indem eine Drehmitnahme zwischen dem Abdecktopf 320 und der Basis 324 unterbleibt.In order to machine a workpiece with the tool unit 310, the tool 316 must be able to rotate freely about the longitudinal axis 94. Therefore, the tool unit 310 is not fixed to the spindle housing 90 in a completely rotationally fixed manner, as is the case with the tool unit 210. At least the conical section 318, the base 324 and the tool 316 held thereon must be able to rotate together with the spindle unit 92 about the longitudinal axis 94. This can be achieved by omitting rotational drive between the cover pot 320 and the clamping cap 96, or by omitting rotational drive between the cover pot 320 and the base 324.
Eine denkbare Lösung besteht darin, den Spannabschnitt 150 der Spannkappe 96 bewusst nicht durch die Betätigungshülse 134 auszulenken, wenn eine Werkzeugeinheit 310 mit angetriebenem Werkzeug 116 montiert ist. Eine alternative Lösung besteht darin, die Abmessungen bzw. den Durchmesser des Klemmabschnitts 374 so zu wählen, dass auch bei vollständig ausgelenktem Spannabschnitt 150 der Spannkappe 96 keine Verbindung zwischen dem Abdecktopf 320 und der Spannkappe 96 besteht. Eine alternative Lösung besteht darin, bewusst eine Verdrehbarkeit zwischen dem Abdecktopf 320 und der Nut 382 der Basis 324 herbeizuführen. Grundsätzlich ist ein enger Spalt zwischen dem Abdecktopf 320 und der Spannkappe 96 gewünscht, um das Eindringen von Fremdkörpern zu minimieren.One possible solution is to deliberately not deflect the clamping section 150 of the clamping cap 96 by the actuating sleeve 134 when a tool unit 310 with a driven tool 116 is mounted. An alternative solution is to select the dimensions or the diameter of the clamping section 374 such that there is no connection between the cover pot 320 and the clamping cap 96 even when the clamping section 150 of the clamping cap 96 is completely deflected. An alternative solution is to deliberately create a twistability between the cover pot 320 and the groove 382 of the base 324. Basically, a narrow gap between the cover pot 320 and the clamping cap 96 is desired in order to minimize the ingress of foreign bodies.
Der Ringkolben 140 der Betätigungshülse 134 (vergleiche wiederum
Die Darstellung in
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Bei der Bewegung der Betätigungshülse 134 vergleiche einen mit 184 bezeichneten Pfeil in
Zusätzlich führt jedoch die Bewegung 184 zu einer axialen Bewegung der Stirn 146 des Betätigungsabschnitts 142 der Betätigungshülse 134, vergleiche einen mit 188 bezeichneten Pfeil. Daher kann auch die Bewegung der Stirn 146 zur Steuerung einer an der Werkzeugspindel 60 aufgenommenen Werkzeugeinheit genutzt werden. Dies wird mit zusätzlicher Bezugnahme auf
Die Schnittansicht gemäß
Die Spindeleinheit 92 kann einerseits (in der Entlastungsstellung 162 der Betätigungshülse 134) das Werkzeug 116 antreiben und andererseits (in der Spannstellung 164 der Betätigungshülse 134) das Kopfgehäuse 114 des Winkelkopfes 112 um die Längsachse 94 drehen, um die Werkzeugeinheit 110 in einer gewünschten Drehorientierung zu positionieren. In der Entlastungsstellung 162 besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Rand 170 des Abdecktopfes 120 und dem Spannabschnitt 150 der Spannkappe 96. Der Abdecktopf 120 kann sich relativ zum Spindelgehäuse 90 um die Längsachse 94 drehen. Die Entlastungsstellung 162 kann auch als erste Stellung des Abdecktopfes 120 bezeichnet werden. Die Spannstellung 164 kann auch als zweite Stellung des Abdecktopfes 120 bezeichnet werden.The spindle unit 92 can, on the one hand (in the relief position 162 of the actuating sleeve 134), drive the tool 116 and, on the other hand (in the clamping position 164 of the actuating sleeve 134), rotate the head housing 114 of the angle head 112 about the longitudinal axis 94 in order to position the tool unit 110 in a desired rotational orientation. In the relief position 162, there is no direct contact between the edge 170 of the cover pot 120 and the clamping section 150 of the clamping cap 96. The cover pot 120 can rotate relative to the spindle housing 90 about the longitudinal axis 94. The relief position 162 can also be referred to as first position of the cover pot 120. The clamping position 164 can also be referred to as the second position of the cover pot 120.
Der Abdecktopf 120 ist jedoch bei einer Auflage 192 mit einem Mitnehmer 194 zur Drehmitnahme gekoppelt. Der Mitnehmer 194 ist an der Basis 124 ausgebildet. Wenn also in der Entlastungsstellung 162 die Spindeleinheit 92 den Kegelabschnitt 118 und folglich die Basis 124 der Werkzeugeinheit 110 rotiert, wird auch der Abdecktopf 120 rotiert. Der Abdecktopf 120 wird durch ein Vorspannelement 196 vorgespannt, das die Auflage 192 gegen den Mitnehmer 194 drückt. Das Vorspannelement 196 ist im Ausführungsbeispiel als Feder oder Balgfeder gestaltet. Das Vorspannelement 196 stützt sich zwischen einer dem Kopfgehäuse 114 zugeordneten Scheibe 198 und einem Kragen 200 des Abdecktopfes 120 ab. Die Bewegung des Abdecktopfes 120 überträgt sich auf das Kopfgehäuse 114. Daher kann der gesamte Winkelkopf 112 in der Entlastungsstellung 162 um die Längsachse 94 rotiert und positioniert werden.However, the cover pot 120 is coupled to a support 192 with a driver 194 for rotational drive. The driver 194 is formed on the base 124. Thus, when the spindle unit 92 rotates the conical section 118 and consequently the base 124 of the tool unit 110 in the relief position 162, the cover pot 120 is also rotated. The cover pot 120 is preloaded by a preload element 196 which presses the support 192 against the driver 194. In the exemplary embodiment, the preload element 196 is designed as a spring or bellows spring. The preload element 196 is supported between a disk 198 assigned to the head housing 114 and a collar 200 of the cover pot 120. The movement of the cover pot 120 is transferred to the head housing 114. Therefore, the entire angle head 112 can be rotated and positioned about the longitudinal axis 94 in the relief position 162.
In der Spannstellung 164 ist die Betätigungshülse 134 axial in Richtung auf die Werkzeugeinheit 110 bewegt, vergleiche den mit 184 bezeichneten Pfeil. Diese Bewegung kann durch eine Hubbewegung des Ringkolben 140 im Verdrängungsraum 166 bewirkt werden.In the clamping position 164, the actuating sleeve 134 is moved axially in the direction of the tool unit 110, compare the arrow marked 184. This movement can be brought about by a lifting movement of the annular piston 140 in the displacement chamber 166.
Wie bereits in Zusammenhang mit
In der Spannstellung 164 ist damit der Abdecktopf 120 und das Kopfgehäuse 114 des Winkelkopfes 112 drehfest am Spindelgehäuse 90 festgelegt. Die Spindeleinheit 92 kann durch das Kopfgehäuse 114 hindurch das Werkzeug 116 der Werkzeugeinheit 110 antreiben.
Die Spindeleinheit 592 ist hinsichtlich ihrer (stehenden bzw. vertikalen) Orientierung unveränderlich, vergleiche die Längsachse 594 in
Analog zu den zuvor bereits veranschaulichten Ausführungsbeispielen umfasst die Werkzeugspindel 560 Werkzeughalter 562, die jeweils eine Werkzeugaufnahme 636 bereitstellen. Ferner ist eine Spannkappe 596 zur Aufnahme der Werkzeugeinheiten 110, 210, 310, 410 gemäß den zuvor bereits veranschaulichten Aspekten und Ausgestaltungen vorgesehen. Die Spannkappe 596 ist relativ zum Spindelgehäuse 590 festgelegt, wenn der entsprechende Werkzeughalter 562 in einer Arbeitsposition mit konzentrischer Ausrichtung zur Längsachse 594 ist, in der die Werkzeugaufnahme 636 des Werkzeughalters 562 durch den Antrieb 600 antreibbar ist.Analogous to the previously illustrated embodiments, the tool spindle 560 comprises tool holders 562, each of which provides a tool holder 636. Furthermore, a clamping cap 596 is provided for receiving the tool units 110, 210, 310, 410 according to the aspects and configurations already illustrated above. The clamping cap 596 is fixed relative to the spindle housing 590 when the corresponding tool holder 562 is in a working position with a concentric alignment to the longitudinal axis 594, in which the tool holder 636 of the tool holder 562 can be driven by the drive 600.
Die Werkzeugspindel 560 erlaubt eine Bevorratung und Bereitstellung einer Mehrzahl von Werkzeugeinheiten 110, 210, 310, 410. Mit anderen Worten kann die Werkzeugspindel 560 als stehende Werkzeugspindel mit integriertem Magazin bezeichnet werden. Der Kranz 604 mit dem Drehmechanismus 606 wird jedoch primär dazu genutzt, einen gewählten Werkzeughalter 562 mit einem daran aufgenommenen Werkzeug in eine Bereitstellungsposition mit stehender Orientierung zu bringen, in der ein Antrieb durch die Spindeleinheit 592 erfolgen kann. Dort kann gemäß den zuvor bereits erläuterten Ausgestaltungen eine Positionierung und/oder Klemmung erfolgen. Auch ein Antrieb angetriebener Werkzeuge ist vorstellbar. Gleichermaßen können auch Winkelköpfe an den Werkzeughaltern 562 aufgenommen und bereitgestellt werden.The tool spindle 560 allows a plurality of tool units 110, 210, 310, 410 to be stored and made available. In other words, the tool spindle 560 can be referred to as a standing tool spindle with an integrated magazine. However, the ring 604 with the rotating mechanism 606 is primarily used to bring a selected tool holder 562 with a tool held thereon into a standby position with a standing orientation, in which a drive can take place through the spindle unit 592. Positioning and/or clamping can take place there in accordance with the previously explained embodiments. A drive of driven tools is also conceivable. Angle heads can also be held and made available on the tool holders 562.
Die
Das in
In einem Schritt S14 wird sichergestellt, dass eine an einem Spindelgehäuse angeordnete Betätigungshülse in der Entlastungsstellung ist. Dies kann bedarfsweise auch eine Bewegung der Betätigungshülse aus der Spannstellung in die Entlastungsstellung umfassen, zumindest aber eine Kontrolle der aktuellen Position der Betätigungshülse.In a step S14, it is ensured that an actuating sleeve arranged on a spindle housing is in the relief position. If necessary, this can also include a movement of the actuating sleeve from the clamping position to the relief position, but at least a check of the current position of the actuating sleeve.
In einem nachfolgenden Schritt S16 wird die Spindeleinheit kontrolliert angetrieben, so dass der Winkelkopf gemeinsam mit der Spindeleinheit rotiert. Wenn die Betätigungshülse in der Entlastungsstellung ist, gibt es keinen Kraftschluss (oder Formschluss) zwischen der Betätigungshülse bzw. den durch die Betätigungshülse betätigten Spannabschnitt der Spannkappe und dem Abdecktopf der Werkzeugeinheit. Gleicherma-ßen gibt es einen Kraftschluss (oder Formschluss) zwischen dem Abdecktopf und einer Basis der Werkzeugeinheit, die über die Spanneinheit der Spindeleinheit drehfest mit der Spindeleinheit gekoppelt ist.In a subsequent step S16, the spindle unit is driven in a controlled manner so that the angle head rotates together with the spindle unit. When the actuating sleeve is in the relief position, there is no force connection (or form connection) between the actuating sleeve or the clamping section of the clamping cap actuated by the actuating sleeve and the cover pot of the tool unit. Likewise, there is a force connection (or form connection) between the cover pot and a base of the tool unit, which is coupled to the spindle unit in a rotationally fixed manner via the clamping unit of the spindle unit.
Daher kann in einem folgenden Schritt S18 der gesamte Winkelkopf um eine Längsachse der Spindeleinheit rotiert werden, dies dient zur Positionierung eines vom Winkelkopf getragenen Werkzeugs.Therefore, in a subsequent step S18, the entire angle head can be rotated about a longitudinal axis of the spindle unit; this serves to position a tool carried by the angle head.
In einem sich anschließenden Schritt S20 wird die Betätigungshülse in die Spannstellung verfahren. Dies kann durch einen fluidischen Antrieb (Kolben-Zylinder-Paarung) erfolgen, auch andere Antriebe sind denkbar. In der Spannstellung drängt die Betätigungshülse mit ihrem Betätigungsabschnitt den Spannabschnitt der Spannkappe nach außen gegen einen Rand des Abdecktopfes. Auf diese Weise gibt es einen Kraftschluss (oder Formschluss) zwischen der Betätigungshülse, der Spannkappe und dem Abdecktopf. Gleichermaßen bewirkt jedoch die Bewegung der Betätigungshülse eine Überwindung des Kraftschluss (oder Formschluss) zwischen dem Abdecktopf und der Basis der Werkzeugeinheit. Dies hat zur Folge, dass der Abdecktopf und damit auch ein Kopfgehäuse des Winkelkopfes drehfest am Spindelgehäuse festgelegt ist. Hingegen kann innerhalb des Winkelkopfes die Basis durch die Spindeleinheit rotiert werden, um das Werkzeug anzutreiben.In a subsequent step S20, the actuating sleeve is moved into the clamping position. This can be done by a fluidic drive (piston-cylinder pairing), but other drives are also conceivable. In the clamping position, the actuating sleeve uses its actuating section to push the clamping section of the clamping cap outwards against an edge of the cover pot. In this way, there is a frictional connection (or positive connection) between the actuating sleeve, the clamping cap and the cover pot. At the same time, however, the movement of the actuating sleeve overcomes the frictional connection (or positive connection) between the cover pot and the base of the tool unit. This means that the cover pot and thus also a head housing of the angle head are fixed to the spindle housing in a rotationally fixed manner. On the other hand, within the angle head, the base can be rotated by the spindle unit in order to drive the tool.
In einem nachgelagerten Schritt S24 kann folglich ein Werkstück mit dem an der als Winkelkopf gestalteten Werkzeugeinheit aufgenommenen Werkzeug bearbeitet werden.In a subsequent step S24, a workpiece can therefore be machined with the tool mounted on the tool unit designed as an angle head.
Das in
Der Schritt S52 bezieht sich auf die Zuführung und Montage einer Werkzeugeinheit mit einem feststehenden Werkzeug, beispielsweise einem Drehwerkzeug. Dies kann unter Nutzung einer Handhabungsnut des Abdecktopfes der Werkzeugeinheit erfolgen. Die Werkzeugeinheit wird über die Spanneinheit der Werkzeugspindel gespannt.Step S52 relates to the feeding and assembly of a tool unit with a fixed tool, for example a turning tool. This can be done using one hand The tool unit is clamped via the clamping unit of the tool spindle.
In einem Schritt S54 wird sichergestellt, dass eine an einem Spindelgehäuse angeordnete Betätigungshülse in der Entlastungsstellung ist. Dies kann bedarfsweise auch eine Bewegung der Betätigungshülse aus der Spannstellung in die Entlastungsstellung umfassen, zumindest aber eine Kontrolle der aktuellen Position der Betätigungshülse. Dies stellt sicher, dass kein Kraftschluss oder Formschluss zwischen der Spannkappe und dem Abdecktopf der Werkzeugeinheit besteht.In a step S54, it is ensured that an actuating sleeve arranged on a spindle housing is in the relief position. If necessary, this can also include a movement of the actuating sleeve from the clamping position to the relief position, but at least a check of the current position of the actuating sleeve. This ensures that there is no force or form fit between the clamping cap and the cover pot of the tool unit.
In einem nachfolgenden Schritt S56 wird die Spindeleinheit kontrolliert angetrieben, so dass die Werkzeugeinheit in einem weiteren Schritt S58 gemeinsam mit der Spindeleinheit in eine gewünschte Drehposition in Bezug auf die Längsachse der Spindeleinheit bewegt wird. Auf diese Weise kann das feststehende Werkzeug positioniert werden. Es ist auch vorstellbar, Spindeleinheiten mit mehreren feststehenden Werkzeugen zu verwenden, wobei die Werkzeuge um einen Umfang der Spindeleinheit verteilt sind. Auf diese Weise kann gezielt ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt und in eine Bearbeitungsposition verbracht werden.In a subsequent step S56, the spindle unit is driven in a controlled manner so that in a further step S58 the tool unit is moved together with the spindle unit into a desired rotational position in relation to the longitudinal axis of the spindle unit. In this way, the fixed tool can be positioned. It is also conceivable to use spindle units with several fixed tools, with the tools distributed around a circumference of the spindle unit. In this way, a desired tool can be specifically selected and brought into a processing position.
In einem nachfolgenden Schritt S60 wird die Betätigungshülse in die Spannstellung verfahren. In der Spannstellung ist ein Kraftschluss oder Formschluss zwischen der Betätigungshülse, der Spannkappe und dem Abdecktopf hergestellt. Auf diese Weise ist die die Werkzeugeinheit drehfest und hochsteif am Spindelgehäuse befestigt.In a subsequent step S60, the actuating sleeve is moved into the clamping position. In the clamping position, a force fit or positive fit is established between the actuating sleeve, the clamping cap and the cover pot. In this way, the tool unit is attached to the spindle housing in a rotationally fixed and highly rigid manner.
In einem nachfolgenden Schritt S62 wird ein zu bearbeitendes Werkstück angetrieben, beispielsweise durch eine rotatorische Bewegung um eine Längsachse einer Werkstückspindel. Auf diese Weise kann eine Schnittbewegung erzeugt werden, so dass sich in einem Schritt S64 die Bearbeitung des Werkstücks mit dem feststehenden Werkzeug anschließen kann.In a subsequent step S62, a workpiece to be machined is driven, for example by a rotary movement around a longitudinal axis of a workpiece spindle. In this way, a cutting movement can be generated so that the machining of the workpiece with the fixed tool can follow in a step S64.
Es versteht sich, dass der Begriff feststehendes Werkzeug nicht ausschließt, dass das Werkzeug in verschiedenen Achsen bewegt wird, vergleiche etwa eine Zustellbewegung oder eine Vorschubbewegung. Ein feststehendes Werkzeug wird jedoch nicht ähnlich einem Bohrer oder Fräser rotatorisch um eine Längsachse angetrieben, um ein üblicherweise stehendes Werkstück zu bearbeiten. Die Schnittbewegung wird üblicherweise durch eine Bewegung des Werkstücks erzeugt.It goes without saying that the term fixed tool does not exclude the tool from being moved in different axes, for example, an infeed movement or a feed movement. However, a fixed tool is not driven in rotation around a longitudinal axis like a drill or milling cutter in order to machine a workpiece that is usually stationary. The cutting movement is usually generated by a movement of the workpiece.
Hingegen wird ein angetriebenes (rotierendes) Werkzeug für Bearbeitungszwecke um seine Längsachse oder Rotationsachse angetrieben, um ein Werkstück zu bearbeiten. Die Schnittbewegung wird also durch eine Bewegung des Werkzeugs selbst erzeugt. Es versteht sich, dass die Schnittbewegung üblicherweise durch andere Bewegungen überlagert wird, etwa durch Vorschubbewegungen und Zustellbewegungen.In contrast, a driven (rotating) tool for machining purposes is driven around its longitudinal axis or rotation axis in order to machine a workpiece. The cutting movement is therefore generated by a movement of the tool itself. It goes without saying that the cutting movement is usually superimposed by other movements, such as feed movements and infeed movements.
Das in
In einem Schritt S102 wird eine Werkzeugeinheiten mit einem angetriebenen Werkzeug bereitgestellt und montiert. Zu diesen Zwecken kann eine Handhabungsnut des Abdecktopfes der Werkzeugeinheit genutzt werden. Das Werkzeug ist beispielsweise ein Bohrer oder Fräser. Die Werkzeugeinheit wird durch eine Spanneinheit der Spindeleinheit an der Spindeleinheit festgelegt. Auf diese Weise kann die Werkzeugeinheit mitsamt dem angetriebenen Werkzeug durch die Spindeleinheit rotatorisch um die Längsachse der Spindel angetrieben werden.In a step S102, a tool unit with a driven tool is provided and assembled. A handling groove of the cover pot of the tool unit can be used for this purpose. The tool is, for example, a drill or milling cutter. The tool unit is fixed to the spindle unit by a clamping unit of the spindle unit. In this way, the tool unit together with the driven tool can be driven by the spindle unit in rotation about the longitudinal axis of the spindle.
Für die eigentliche Bearbeitung muss sichergestellt werden, dass ausschließlich über die Verbindung zwischen dem Werkzeughalter der Spindeleinheit und einem diesem zugeordneten Kegelabschnitt ein Kraftschluss oder Formschluss zum Antrieb des Werkzeugs gegeben ist. Eine andere formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugeinheit und dem Spindelgehäuse der Werkzeugspindel wäre nachteilig.For the actual machining, it must be ensured that a force-locking or positive connection for driving the tool is provided exclusively via the connection between the tool holder of the spindle unit and a conical section assigned to it. Any other form-locking or force-locking connection between the tool unit and the spindle housing of the tool spindle would be disadvantageous.
Die Schritte S104, S106 und S108 beschreiben Maßnahmen, die den gewünschten Zustand gewährleisten. Die Maßnahmen können alternativ oder kombiniert implementiert sein. In einem Schritt S104 wird sichergestellt, dass die Betätigungshülse in der Entlastungsstellung ist. Auf diese Weise wird der Spannabschnitt der Spannkappe nicht in Richtung auf den Abdecktopf ausgelenkt, so dass dort kein Kraftschluss oder Formschluss erzeugt wird. In einem Schritt S106 ist es unerheblich, ob die Betätigungshülse in der Entlastungsstellung oder der Spannstellung ist, weil in beiden Stellungen ein Spalt zwischen dem Abdecktopf und der Spannkappe verbleibt, der eine Relativrotation zwischen dem Abdecktopf und dem Spindelgehäuse erlaubt. In einem Schritt S108 kann der Abdecktopf durch die Betätigungshülse und die Spannkappe formschlüssig oder kraftschlüssig am Spindelgehäuse festgelegt werden, es ist jedoch konstruktiv eine Relativrotation zwischen dem Abdecktopf und der Basis der Werkzeugeinheit ermöglicht, so dass die Basis der Werkzeugeinheit mitsamt dem aufgenommenen Werkzeug durch die Spindeleinheit antreibbar und relativ zum festgesetzten Abdecktopf rotierbar ist.Steps S104, S106 and S108 describe measures that ensure the desired state. The measures can be implemented alternatively or in combination. In a step S104, it is ensured that the actuating sleeve is in the relief position. In this way, the clamping section of the clamping cap is not deflected in the direction of the cover pot, so that no force or form fit is generated there. In a step S106, it is irrelevant whether the actuating sleeve is in the relief position or the clamping position, because in both positions a gap remains between the cover pot and the clamping cap, which allows a relative rotation between the cover pot and the spindle housing. In a step S108, the cover pot can be fixed to the spindle housing in a form-fitting or force-fitting manner by the actuating sleeve and the clamping cap, but a relative rotation between the cover pot and the base of the tool unit is structurally possible, so that the base of the tool unit together with the tool accommodated can be driven by the spindle unit and rotated relative to the fixed cover pot.
Es kann sich ein Schritt 110 anschließen, in dem die Spindeleinheit angetrieben wird, um das Werkzeug der Werkzeugeinheit anzutreiben. Infolgedessen ist in einem weiteren Schritt S112 eine Werkstückbearbeitung mit dem angetriebenen Werkzeug ermöglicht.A step 110 may follow in which the spindle unit is driven in order to drive the tool of the tool unit. As a result, in a further step S112, workpiece machining with the driven tool is possible.
Es versteht sich, dass die in den
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1180412 A2 [0004, 0007]EP 1180412 A2 [0004, 0007]
- DE 102006046502 A1 [0006]DE 102006046502 A1 [0006]
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Citations (5)
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| FR2687338B1 (en) | 1992-02-13 | 1996-08-14 | Line Sa Henri | IMPROVED MILLING HEAD. |
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-
2022
- 2022-12-15 DE DE102022133522.4A patent/DE102022133522A1/en active Granted
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