DE10221463B4

DE10221463B4 - Einrichtung zum hydraulischen Aufspannen eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine und Werkzeug hierfür

Info

Publication number: DE10221463B4
Application number: DE2002121463
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Kellner; Andreas Kisselbach
Original assignee: Leitz GmbH and Co KG
Current assignee: Leitz GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: DE10221463A1

Abstract

Einrichtung zum hydraulischen Aufspannen eines Werkzeugs (13) in einer Werkzeugmaschine (20), mit einem drehbar angetriebenen Aufspanndorn (1, 1a), einem im Aufspanndorn (1, 1a) vorgesehenen Hydraulikraum (5, 5a), in dem ein von außen beaufschlagbarer Kolben (3) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Werkzeug (13) über eine axiale Durchgangsbohrung (16a, 16b) auf den Aufspanndorn (1, 1a) aufschiebbar ist und nach dem Aufschieben des Werkzeugs (13) der Kolben (3) über ein mittels Gewinde (7, 11) mit dem Aufspanndorn (1, 1a) verbindbares Spannteil (10) manuell so weit verschoben wird, dass der sich im Hydraulikraum (5, 5a) aufbauende Druck den Aufspanndorn (1, 1a) umfangsseitig aufweitet und damit das Werkzeug (13) fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (10) gegen die Kraft mindestens einer Feder (8) axial verschiebbar in der Bohrung (16a) des Werkzeugs (13) gelagert und mit dem Werkzeug (13) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum hydraulischen Aufspannen eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine, mit einem drehbar angetriebenen Aufspanndorn, einem in dem Aufspanndorn vorgesehenen Hydraulikraum, in dem ein von außen beaufschlagbarer Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Werkzeug über eine axiale Durchgangsbohrung auf den Aufspanndorn aufschiebbar ist und nach dem Aufschieben des Werkzeugs auf den Aufspanndorn der Kolben über ein mittels Gewinde mit dem Aufspanndorn verbindbares Spannteil manuell so weit verschoben wird, dass der sich im Hydraulikraum aufbauende Druck den Aufspanndorn umfangsseitig aufweitet und damit das Werkzeug fixiert wird.
Bei Werkzeugen, die mit hohen Drehzahlen von beispielsweise 12.000 Umdrehungen pro Minute umlaufen, ist eine hohe Präzision in der Verbindung von Werkzeug und Spindel (Welle bzw. Dorn) erforderlich, um eine hohe Rundlaufgenauigkeit und eine geringe Restunwucht des Systems zu erreichen. Für diese Ansprüche ist eine herkömmliche Verbindung von Werkzeug und Welle mittels Spielpassung und Passfeder zur Drehmomentübertragung nicht mehr ausreichend genau.

Beispielsweise aus der WO 98/3256 A1 ist eine Einrichtung bekannt, bei der Standard-, werkzeuge, die mit einer zentralen Bohrung versehen sind, axial auf den Aufspanndorn aufgeschoben werden können. Der im Inneren des Aufspanndorns im Hydraulikraum angeordnete Kolben ist mit einer nach außen herausgeführten Kolbenstange versehen, die über ein Gewinde im Aufspanndorn geführt ist. Die Außenwandung des Aufspanndornes ist relativ dünn, so dass ein Druckaufbau im Hydraulikraum zu einer elastischen Aufweitung seines Umfangs führt. Nachdem das Werkzeug auf den Dorn aufgeschoben worden ist, wird dann durch manuelles Eindrehen der Kolbenstange der Druck aufgebaut und durch die Aufweitung des Aufspanndornes eine spielfreie Fixierung des Werkzeugs erreicht. Zur Sicherung gegen Verdrehen bei einem unplanmäßigem Druckverlust im Hydrauliksystem ist das Werkzeug am kopfseitigen Ende mit Stiften versehen, die in entsprechende im Dorn vorgesehene Bohrungen eingreifen. Damit sich das Werkzeug in einem solchen Fall nicht vom Dorn lösen kann, ist zur axialen Sicherung am freien Ende eine Deckscheibe vorgesehen, die über eine die Kolbenstange antreibende Schraube im Dorn gesichert wird.

Zur Positionierung des Werkzeuges muss dieses vor Aufbau des hydraulischen Spanndruckes an eine am Aufspanndorn ausgebildete Plananlage gedrückt werden. Hierzu wird der Aufspanndorn vorzugsweise senkrecht gestellt, so dass das Werkzeug auf Grund der Schwerkraft zur Anlage kommt. Bei einer horizontalen oder hängenden Position des Aufspanndornes gestaltet sich das Aufspannen des Werkzeugs komplizierter. Zum Sichern benötigt die Bedienperson auf jeden Fall eine freie Hand.

Von dieser Problemstellung ausgehend, soll die eingangs beschriebene Einrichtung so verbessert werden, dass das Aufspannen, also das axiale Positionieren, das zentrische Spannen und die mechanische Sicherung mit einem Handgriff zwangsweise ermöglicht wird. Dabei soll das Werkzeug, das ein Verschleißteil ist, außerdem preiswert zu fertigen sein.

Die Problemlösung erfolgt bei einer gattungsgemäßen Einrichtung dadurch, dass das zur Betätigung des Kolbens vorgesehene Spannteil gegen die Kraft mindestens einer Feder axial verschiebbar in der Bohrung des Werkzeugs gelagert und mit dem Werkzeug verbunden ist.

Ein Werkzeug zur Verwendung in einer solchen Einrichtung zeichnet sich durch ein an einem Ende in die Bohrung eingesetztes, mit einem Gewinde versehenes Spannteil aus, das gegen die Kraft mindestens einer Feder axial verschiebbar ist und von der Feder in einer definierten Lage gehalten wird.

Dadurch, dass das Spannteil, das den Kolben betätigt und die axiale Sicherung des Werkzeugs übernimmt, mit dem Werkzeug verbunden ist, müssen beim Aufspannen keine Bauteile zusammengesetzt werden, so dass der Vorgang manuell mit einer Hand durchgeführt werden kann, unabhängig davon, in welcher Einbaulage sich der Aufspanndorn befindet. Solange das Werkzeug nicht montiert ist, wird das Spannteil durch die Federkraft immer in einer definierten Stellung im Werkzeug fixiert. Als axialer Anschlag dient beispielsweise ein in einer Nut der Bohrung eingesetzter Sprengring.

Zur Verdrehsicherung ist das Werkzeug an seinem dem Spannteil entfernt liegenden Ende mit Mitteln versehen, die in Formschluss mit dem Aufspanndorn bringbar sind. Zur Herstellung der Formschlussverbindung weist der Aufspanndorn vorzugsweise mindestens eine Abflachung auf.

Durch die Federbelastung des Spannteils entstehen zu Beginn des Aufspannens, wenn das Spannteil mit der Spindel verschraubt wird, Reibungskräfte, die zu einem Verdrehen des Werkzeugs führen. Dabei wird das Werkzeug verdreht und gleichzeitig durch axiale Kraftbeaufschlagung in axialer Richtung gegen die Anschlagfläche am Aufspanndorn gedrückt, so dass sich das Werkzeug nur solange drehen kann, bis die Formschlussmittel in Überdeckung bzw. Eingriff gelangen.

Die Formschlussmittel können beispielsweise auch ein auf dem Aufspanndorn ausgebildeter Sechskant sein, der zu einem polygonalen Querschnitt der Bohrung am vorderen Ende des Werkzeugs korrespondiert.

Die Feder ist vorzugsweise eine Wellfeder, also eine ringförmige Scheibe, deren Stirnflächen in axialer Richtung verwölbt sind. Dadurch wird über den Umfang eine gleichmäßige Federkraft ausgeübt. Es können aber auch mehrere regelmäßig auf einem Kreis verteilte Spiralfedern vorgesehen sein.

Die Bohrung ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, was nicht nur die Fertigung des Werkzeugs vereinfacht, sondern auf Grund der notwendigen Zylinderform des Aufspanndornes auch gleichmäßige Spannkräfte gewährleistet. Die zylindrische Bohrung ist stufenförmig ausgebildet, wobei das Spannteil in dem durchmessergrößeren Bohrungsteil angeordnet ist.

Das Spannteil kann als eine mit einem Innengewinde versehene Mutter oder eine mit einem Außengewinde versehene Schraube ausgebildet sein.

Die Verwendung einer Mutter bietet den Vorteil, dass ein sicheres Aufspannen des Werkzeugs auch dann möglich ist, wenn nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht. Bei dieser Ausgestaltung kann die Mutter napfförmig ausgebildet sein, so dass die Betätigung des Kolbens mit ihrem verschlossenen Bodenteil erfolgen kann.

Bei dem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Fräswerkzeug zur Bearbeitung von angeleimten, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Kanten an plattenförmigen Bauteilen, vorzugsweise aus einem Holzwerkstoff.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend beschrieben werden. Es zeigt:

1 – die perspektivische Gesamtdarstellung der Einrichtung;

2 – die Einrichtung im Längsschnitt in einer ersten Montagestellung;

3 – die Einrichtung im Längsschnitt in einer zweiten Montagestellung;

4 – die Einrichtung im Längsschnitt in der vollständig aufgespannten Montagestellung.

Die Einrichtung besteht aus einem drehbar angetriebenen Aufspanndorn (bzw. einer Welle) 1 einer Werkzeugmaschine 20 und einem axial auf den Aufspanndorn 1 aufschiebbaren Fräswerkzeug 13 mit umfangsseitig eingelöteten Schneidmessern 14. Im Inneren des Aufspanndornes 1 ist ein Hydraulikraum 5 vorgesehen, in dem ein Kolben 3 axial verschiebbar gelagert ist. Eine Buchse 1a, die mit dem Kern 1 des Aufspanndornes verschweißt ist, bildet die Zentrierfläche. Zwischen dem Kern 1 und der Buchse 1a ist ein Ringspalt 5a ausgebildet, der Teil des Hydraulikraumes 5 ist. An seinem freien Ende ist der Aufspanndorn 1 mit einem Außengewinde 7 versehen. Der Hydraulikraum 5 wird durch eine axiale Bohrung gebildet, die vom freien Ende des Aufspanndornes 1 ausgeht. Eine Druckstange 4 ragt aus dem freien Ende des Aufspanndornes 1 heraus und wirkt mit dem Kolben 3 zusammen.
Das Werkzeug 13 weist eine zentrale Stufenbohrung 16a, 16b auf. In dem durchmessergrößeren Teil 16a der Stufenbohrung ist als Spannteil eine napfförmige Mutter 10 eingesetzt und durch einen in einer Umfangsnut eingesetzten Sprengring 9 gegen Herausfallen gesichert. Die Mutter 10 wird von einer Wellfeder 8, die in einer in der Stirnseite der Bohrung 16a eingebrachten Axialnut 17 gelagert ist, gegen den Sprengring 9 gedrückt. Sie befindet sich somit in einer definierten Stellung im Werkzeug. Zur Führung der Wellfeder 8 ist die Stirnseite der Mutter mit einer radialen Abdrehung versehen, die zusammen mit der Innenwandung der Bohrung 16a eine Führungsnut bildet.
An seinem der Mutter 10 abgewandten Ende ist die Bohrung 16b des Werkzeugs 13 im Querschnitt polygonal – vorzugsweise sechseckig – ausgebildet oder weist zwei Abflachungen auf (Schlüsselflächen), so dass sich Formschlussmittel 15 ausbilden, die mit im Querschnitt hierzu korrespondierenden Formschlussmitteln 2 am Aufspanndorn 1 zusammenwirken.
Anhand der 2 bis 4 können die verschiedenen Stadien des Aufspannvorganges erläutert werden. 2 zeigt eine Position des Werkzeugs, in der es auf den Aufspanndorn 1 aufgeschoben wird, bis es axial zur Anlage an der Anschlagfläche 19 gelangt. Die Mutter 10 ist dabei noch nicht in Kontakt mit dem Außengewinde 7 des Aufspanndornes 1. Des Weiteren wird die Mutter 10 nun gegen die Kraft der Feder 8 gedrückt und mit dem Gewinde 7 verschraubt (3). Über die Wellfeder 8 werden dabei Reibkräft auf das Werkzeug 13 übertragen, die zu einem Drehmoment führen, wodurch sich das Werkzeug 13 auf dem Aufspanndorn 1 verdreht. Gleichzeitig wird das Werkzeug 13 in axialer Richtung vorgespannt. Eine Verdrehung des Werkzeugs 13 erfolgt solange, bis die am Werkzeug ausgebildeten Formschlussmittel 15 mit den am Dorn ausgebildeten Formschlussmitteln 2 in Überdeckung kommen. Dann rastet das Werkzeug auf Grund der Vorspannung ein, kommt axial an der Anschlagfläche 19 zur Anlage und kann bei weiterem Verdrehen der Mutter 10 nicht mehr verdreht werden. Der Boden 12 der Mutter 10 ist in dieser Position noch nicht in Kontakt mit der Druckstange 4, die den Kolben 3 betätigt. Das Werkzeug 13 wird also nur axial positioniert. Das Hydrauliksystem ist, wenn die axiale Positionierung abgeschlossen ist, noch drucklos. Bei weiterem Eindrehen der Mutter 10 drückt das Bodenteil 12 auf die Druckstange 4, wodurch der Kolben 3 im Hydraulikraum 5 verschoben wird und sich im System ein Druck aufbaut. Durch den im Ringspalt 5a anstehenden Druck entsteht eine elastische Verformung der Buchse 1a in Umfangsrichtung, die solange ansteigt, bis die Mutter 10 vollständig auf den Aufspanndorn 1 aufgeschraubt ist. Dabei erfolgt zunehmend eine spielfreie Zentrierung und Fixierung des Werkzeugs 10 auf dem Aufspanndorn 1 (4).
Die Demontage des Werkzeugs erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Dadurch, dass die Mutter 10 unverlierbar mit dem Werkzeug 13 verbunden ist und im nicht montierten Zustand immer in einer definierten Position gehalten wird, kann das Werkzeug einfach vom Bediener mit einer Hand aufgesetzt und aufgespannt werden, unabhängig davon, in welcher Lage sich der Aufspanndorn 1 befindet. Mit der anderen Hand lässt sich die Mutter 10 verdrehen. Wenn das Innengewinde 11 der Mutter mit dem Außengewinde 7 des Aufspanndornes 1 in Kontakt ist, braucht das Werkzeug 10 nicht mehr manuell geführt werden, sondern ein Drehen der Mutter 10 zur Aufbringung der Spannkräfte kann mittels eines Schraubenschlüssels erfolgen. Die Montage des Werkzeugs 13 ist also einfach möglich, unabhängig davon, in welcher Einbaulage sich der Aufspanndorn 1 befindet.

1: Aufspanndorn/Welle
1a: Buchse
2: Formschlussmittel/Abflachung
3: Kolben
4: Druckstange
5: Hydraulikraum
5a: Ringspalt
6: Buchse
7: Außengewinde
8: Feder/Wellfeder
9: Sprengring
10: Spannteil/Mutter/Schraube
11: Innengewinde
12: Boden
13: Werkzeug
14: Schneidmesser
15: Formschlussmittel
16a: Stufenbohrung (durchmessergrößerer Teil)
16b: Stufenbohrung (durchmesserkleinerer Teil)
17: Axialnut
18: radiale Eindrehung
19: Anschlagfläche
20: Werkzeugmaschine

Claims

Einrichtung zum hydraulischen Aufspannen eines Werkzeugs (13) in einer Werkzeugmaschine (20), mit einem drehbar angetriebenen Aufspanndorn (1, 1a), einem im Aufspanndorn (1, 1a) vorgesehenen Hydraulikraum (5, 5a), in dem ein von außen beaufschlagbarer Kolben (3) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Werkzeug (13) über eine axiale Durchgangsbohrung (16a, 16b) auf den Aufspanndorn (1, 1a) aufschiebbar ist und nach dem Aufschieben des Werkzeugs (13) der Kolben (3) über ein mittels Gewinde (7, 11) mit dem Aufspanndorn (1, 1a) verbindbares Spannteil (10) manuell so weit verschoben wird, dass der sich im Hydraulikraum (5, 5a) aufbauende Druck den Aufspanndorn (1, 1a) umfangsseitig aufweitet und damit das Werkzeug (13) fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (10) gegen die Kraft mindestens einer Feder (8) axial verschiebbar in der Bohrung (16a) des Werkzeugs (13) gelagert und mit dem Werkzeug (13) verbunden ist.
Werkzeug (13) zur Verwendung in einer Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein an einem Ende in die Bohrung (16b) eingesetztes, mit einem Gewinde (11) versehenes Spannteil (10), b) das Spannteil (10) ist gegen die Kraft mindestens einer Feder (8) axial verschiebbar, c) das Spannteil (10) wird von der Feder (8) in einer definierten Lage gehalten.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (16a, 16b) des Werkzeugs (13) stufenförmig ausgebildet ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (10) eine Mutter ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (10) napfförmig ausgebildet ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (10) an ihrem einen Ende geschlossen ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (8) eine Wellfeder ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (13) an seinem dem Spannteil (10) entfernt liegenden Ende Mittel (15) aufweist, die in Formschluss mit dem Aufspanndorn (1) bringbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufspanndorn (1) für die Formschlussverbindung mindestens eine Abflachung (2) aufweist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (16a, 16b) zylindrisch ausgebildet ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (10) von der Feder (8) axial gegen einen in die Bohrung (16a) eingesetzten Sprengring (9) gedrückt wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (16b) an dem dem Spannteil (10) entfernt liegenden Ende einen polygonalen Querschnitt aufweist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (10) eine Schraube ist.
Einrichtung bzw. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (13) ein Fräswerkzeug ist.