DE1103723B - Einrichtung zum Spannen und Loesen von Werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen und Lösen von mit einem konischen Schaft in eine entsprechende Bohrung einer Spindel eingesetzten, Aussparungen für die Mitnehmernocken des Spindelkopfes aufweisenden Werkzeugen mittels einer in einer zentralen Bohrung der Spindel drehbar und längsverschiebbar gelagerten, unter Vorspannung stehenden -Spannstange, deren vorderes Ende mit einem in den Werkzeugschaft einschraubbai en Gewindebolzen versehen ist.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art besteht die Möglichkeit, daß der am vorderen Ende der Spannstange vorgesehene Gewindebolzen mit dem Gewinde innerhalb des Werkzeugschaftes bereits in Eingriff kommt, bevor die Mitnehmernocken des Spindelkopfes in die entsprechenden Aussparungen am Werkzeug eingetreten sind. So kann bei einer eventuellen Verschmutzung oder Beschädigung der Gewinde die Spannstange das aufgeschraubte Werkzeug mitnehmen und relativ zu der Spindel in Drehung versetzen. Damit ist aber eine große Gefahr für das Bedienungspersonal verbunden; denn das sich unerwartet mitdrehende Werkzeug kann zu erheblichen Verletzungen führen. Außerdem kann das Mitdrehen das Lösen des Werkzeuges von der Spannstange behindern.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine derartige Einrichtung gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß die Längs verschiebung der Spannstange nach beiden Richtungen hin durch Anschläge begrenzt ist und daß die Spannstange durch Federdruck gegen den die Verschiebung nach innen begrenzenden Anschlag gedrückt ist, wobei der Anschlag so angeordnet ist, daß der Gewindebolzen der Spannstange erst dann am Werkzeugschaft in Eingriff kommt, wenn die am Spindelkopf vorgesehenen Mitnehmernocken in Aussparungen am Werkzeug eingreifen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die die axiale Verschiebung des Spannbolzens begrenzenden Anschläge aus Drucklagern, die auf dem dem Einsatzende des Werkzeuges entgegengesetzt liegenden Ende des Spannbolzens, diesen umgreifend, angeordnet sind und mit einem mit dem Spannbolzen fest verbundenen Bund zusammenwirken.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mit einer Spannstange gemäß der Erfindung ausgerüstete Spindel einer Werkzeugmaschine mit einem an der Spindel befestigten Werkzeug,

Fig. 2 einen Schnitt wie Fig. 1, jedoch mit in die Spindel lose eingesetztem Werkzeug,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 1,

Einrichtung zum Spannen und Lösen
von Werkzeugen

Anmelder:
Giddings & Lewis Machine Tool Company, Fond du Lac, Wis. (V. St. A.),

und Giddings & Lewis-Fraser Limited,

Wellgate Works, Arbroath

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Dezember 1956

Fig. 6 einen teilweise als Ansicht gezeichneten Schnitt durch den Motor und das Getriebe zum Antreiben der Spannstange,

Fig. 7, 8 und 9 teilweise als Ansichten gezeichnete Teilschnitte einer mit einer Spannstange gemäß der Erfindung ausgerüsteten Werkzeugmaschinenspindel, die verschiedene Stadien des Bef estigens eines Schneidwerkzeugdornes darstellen.

Die Werkzeugmaschinenspindel 10 ist mittels Wälzlagern 11 in einem verschiebbaren Hülsenteil bzw. einer Pinole 12 gelagert und durch eine Keilverzahnung, die axiale Relativbewegungen zuläßt, mit einer drehbaren Antriebsmuffe 13 verbunden. Um die Spindel in Drehung zu versetzen, wird die Antriebsmuffe 13 mittels eines daran befestigten Zahnrades 14 angetrieben, das mit (nicht gezeigten) Antriebsmitteln zusammenwirkt. Zum axialen Ein- und Ausfahren der Spindel gegenüber der Werkzeugmaschine dient ein an der Pinole vorgesehener Ritzel- und Zahnstangentrieb 15.

In Fig. 1 ist in das vordere Ende der Spindel 10 ein Schneidwerkzeug 18 eingesetzt, bei dem es sich z. B. um einen Messerkopf bzw. Stirnfräser handelt.

Zur Befestigung des Schneidwerkzeuges an der Spindel ist das Werkzeug mit einem konischen Schaft oder Dorn 19 versehen, der sich in eine entsprechend

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konisch ausgebildete Öffnung 20 im Ende der Spindel einsetzen läßt. Die Kegelform des Werkzeugschaftes und der Aufnahmeöffnung der Spindel ergibt eine Keilwirkung, durch die das Werkzeug in der Spindelöffnung sicher festgehalten wird. Um das Schneidwerkzeug zusätzlich gegen Drehbewegungen gegenüber der Spindel zu sichern, wenn das Werkzeug am Ende der Spindel befestigt ist, sind am Schneidwerkzeugkopf Keilnuten 22 angeordnet, in die Mitnehmernocken 23 am Spindelende eingreifen.

Das Werkzeugdorn wird in der Spindelbohrung durch die kraftbetätigte Spannstange 25 festgehalten. Diese Spannstange erstreckt sich durch eine Bohrung 26 in der Spindel, in der sie durch Lager 27 so unterstützt wird, daß sie sich sowohl drehen als auch axial bewegen kann. Zum Antreiben der Spannstange sind ein Motor und ein Getriebe vorgesehen, die weiter unten beschrieben sind.

Zum Eingriff der Spannstange an dem konischen Werkzeugschaft oder -dorn 19 ist das in die Spindelöffnung hineinragende Ende 28 der Spannstange mit einem Gewinde versehen, das in eine Gewindebohrung 29 im Werkzeugschaft 19 eingreift. Durch Drehen der Spannstange 25 gegenüber der Spindel 10, wobei das Schneidwerkzeug 18 durch das Eingreifen der Nocken 23 in die Nuten 22 so festgelegt ist, daß es sich gegenüber der Spindel nicht drehen kann, läßt sich die Spannstange in die Gewindebohrung des Werkzeugschaftes einschrauben.

Die Spannstange ist in Richtung auf das Innere der Spindel vorgespannt, und die axialen Bewegungen der Spannstange sind sowohl nach innen als auch nach außen begrenzt.

Die axiale Begrenzung der Bewegungen der Spannstange erfolgt durch zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Drucklager 31 und 32, die in einer auf das rückwärtige Ende der Spindel aufgeschraubten Haltemutter 33 angeordnet sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Zwischen den Drucklagern 31 und 32 liegt ein am Ende der Spannstange vorgesehener Bund 34, der als Anschlag oder Widerlager wirkt und die Einwärts- und Auswärtsbewegungen der Spannstange begrenzt. Der Abstand zwischen den Drucklagern ist so gewählt, daß dann, wenn sich die Spannstange 25 am weitesten innerhalb der Spindel befindet, nur ein kleiner Teil des mit Gewinde versehenen Endes 28 der Spannstange in die Aufnahmeöffnung 20 der Spindel hineinragt, wobei dieser Teil gerade lang genug ist, um an dem Werkzeugschaft 19 anzugreifen, wenn dieser in die Aufnahmeöffnung eingesetzt wird, und die Nocken am Ende der Spindel in die Nuten des Werkzeugkopfes eingreifen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. In entsprechender Weise ist die vorderste Stellung der Spannstange bzw. die Länge des aus der Spindelbohrung in die Aufnahmeöffnung hineinragenden Teils der Spannstange durch das vordere Drucklager 31 begrenzt. Ferner ist die Länge der Spannstange so gewählt, daß die Nocken am Spindelende im Eingriff mit den Nuten des Werkzeugkopfes bleiben, wenn das mit Gewinde versehene Ende 28 der Spannstange in den konischen Werkzeugschaft 19 eingreift und die Spannstange ihre vorderste Lage einnimmt. Ohne Rücksicht auf die jeweilige Stellung der Spannstange sind die Spindel und der Werkzeugkopf somit stets miteinander gekuppelt, um relative Drehbewegungen zwischen dem Werkzeugkopf und der Spindel unmög-Hch zu machen. Wenn die Spindel und der Werkzeugkopf stetig miteinander gekuppelt bleiben, besteht nicht die Gefahr, daß die Bedienungsperson einer Werkzeugmaschine, die mit einem kraftbetätigten Spannbolzen der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, durch zufällig oder unerwartet erfolgende Drehbewegungen verletzt wird, die dem Schneidwerkzeug durch die Spannstange mitgeteilt werden könnten, wenn sich das mit Gewinde versehene Ende der Spannstange aus irgendeinem Grunde mit dem Werkzeugschaft verklemmt.

Damit die Bedienungsperson der Werkzeugmaschine ihre ganze Aufmerksamkeit auf die Betätigungsmittel für die Spannstange richten kann, sind Vorkehrungen getroffen, um die Spannstange aus der für den Werkzeugschaft bestimmten Aufnahmeöffnung der Spindel so weit herauszuziehen, daß das in die Öffnung eingeführte Ende des Werkzeugschaftes nur zu einem kleinen Teil das Ende der Spannstange umgreift, und daß die Nocken 22 und die Nuten 23 im wesentlichen vollständig in Eingriff kommen, bevor irgendeine Gewindeverbindung zwischen dem Schaft und der Spannstange besteht. Da sich das Werkzeug in der richtigen Lage befindet, bevor der Schaft die Spannstange Berührt, braucht die Bedienungsperson lediglich eine Steuerschaltung zu betätigen, um die Spannstange in Drehung zu versetzen und auf diese Weise das Werkzeug fest mit der Spindel zu verbinden.

Ferner wird die Spannstange dann, wenn sie nicht in das Werkzeug eingreift, innerhalb der Spindel nach innen gedrückt. Dies geschieht z. B. mittels einer Feder 36, die sich zwischen einer Schulter 37 des Spannstangenlagers 27 innerhalb der Spindel und einem Bund 38 der Spannstange 25 abstützt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird die Spannstange durch das Bestreben der Feder 36, sich auszudehnen, in die Spindel hineingedrückt, während die Feder dann, wenn die Spannstange im Eingriff mit dem Werkzeugschaft steht, zusammengedrückt wird. Diese Wirkung der Feder verhindert ein Eingreifen der Spannstange in ein in die Spindel eingesetztes Werkzeug bzw. in dessen Schaft, bevor die Nocken und Nuten an dem Werkzeug bzw. an der Spindel ineinandergreifen.

Beschädigungen der Gewindegänge 29 des Schaftes 19 infolge eines Anschlagens an das Gewinde 28 der nach innen vorgespannten Spannstange werden durch Härten der Gewindegänge sowohl der Spannstange als auch des Schaftes oder Dorns verhindert. Es macht daher nichts aus, wenn der Benutzer des Werkzeugs das Werkzeug mit Gewalt in die Spindelöffnung einführt: denn das gehärtete Gewinde verhindert ein Verklemmen bzw. das Auftreten von Beschädigungen.

Um das auf der Spindel lastende Gewicht herabzusetzen und die Anbringung des Antriebes für die Spannstange zu vereinfachen, ist dieses in Fig. 6 insgesamt mit 40 bezeichnete Getriebe auf den rückwärtigen Teil der Pinolenführung 41 aufgesetzt. Die innerhalb der Spindel 10 angeordnete Spannstange25 ist mit dem zugehörigen Getriebe zweckmäßigerweise so verbunden, daß er axiale Relativbewegungen gegenüber dem Getriebe ausführen kann. Eine Möglichkeit, dies zu bewerkstelligen, besteht in der Verwendung einer Keilwellen- und Muffenverbindung zwischen der Spannstange und dem Getriebe. Bei einer Ausbildungsform umfaßt eine solche Verbindung eine Muffe bzw. Hülse 45 (Fig. 1), die auf den vorderen Abschnitt der Spannstange aufgeschraubt und mit ihr gemäß Fig. 3 durch einen Stift 46 unlösbar verbunden ist. Eine Keilwelle 48 ist axial beweglich in dieser Hülse 45 angeordnet (Fig. 4), und diese Welle ist mit der Hülse 45 durch ein Bundteil 49 mit Innenkeilverzahnung verbunden, das auf das hintere Ende des Hülsenteils 45 aufgeschraubt und mit ihm verschweißt ist (Fig. 5). Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der

Bund 34 an dem Bundteil 49 ausgebildet. Das freie Ende der Keilwelle 48 steht mit dem noch zu beschreibenden Getriebe 40 in Verbindung. Wenn die Spindel 10 mittels der Pinole 12 bewegt wird, bewegen sich der Hülsenteil 45 und die Keilwelle 48 relativ zueinander, d. h., es besteht eine ständige, axiale Gleitbewegungen zulassende Verbindung zwischen dem Spannbolzen 25 und dem Getriebe 40.

Das Getriebe 40 für die Spannstange umfaßt gemäß Fig. 6 einen Drehmomentmotor 50 (Spannmotor), der über ein Untersetzungsgetriebe 51 bis 54 mit einem Achsstummel 56 verbunden ist, der in einer Wand an einem Ende der Pino.lenführung gelagert ist. Ein Ende des Achsstummels bzw. der Welle 56 ist bei 57 mit Keilnuten versehen, die einen axial bewegbaren Klauenkupplungsteil 58 aufnehmen. Ein zweiter Klauenkupplungsteil 60 ist in Lagern 61 in einer zweiten Trennwand der Pinolenführung gelagert und durch Keilnuten mit einem Ende der Keilwelle 48 der Spannstange verbunden. Der erste Kupplungsteil trägt zwei ao vorspringende Kupplungszähne bzw. -klauen 63 und 64, die in entsprechend geformte Zähne oder Klauen 65 und 66 des gegenüberliegenden Kupplungsteils eingreifen. Die Bewegung des ersten Kupplungsteils 58 längs der kurzen Keilwelle 56 wird durch einen mittels eines Elektromagneten betätigten Hebel 68 bewirkt, der beim Einschalten eines Elektromagneten eine Schaltgabel 69 verstellt, die mit dem Kupplungsteil durch Schuhe 70 beweglich verbunden ist.

Um ein Werkzeug 18 in einer Spindel 10 zu befestigen, die mit der vorstehend beschriebenen Spannstange 25 ausgerüstet ist, wobei diese anfangs die aus Fig. 2 ersichtliche Stellung einnimmt, führt man den konischen Schaft 19 des Werkzeugs in die konische öffnung 20 am Ende der Spindel ein, so daß der Schaft an dem in die Spindelöffnung hineinragenden Teil 28 der Spannstange angreift. Die Nocken und Nuten 22 und 23 am Ende des Werkzeugkopfes bzw. der Spindel greifen ineinander, und der Spannstangenmotor 50 wird betätigt, um die Spannstange 25 zu drehen, so daß das mit Gewinde versehene Ende der Spannstange in die Gewindebohrung 29 des konischen Werkzeugschaftes eingeschraubt wird. Die Drehbewegung der Spannstange setzt sich fort, nachdem die Vorwärtsbewegung der Spannstange dadurch unterbrochen worden ist, daß der Bund 34 am hinteren Ende der Spannstange zur Anlage an dem vorderen Drucklager 31 ■ kommt; hierdurch wird das Werkzeug 18 in die Spindel 10 hineingezogen. Wenn der Drehmomentmotor zum Stillstand kommt, sitzt der Werkzeugschaft fest in der Spindelöffnung. Der Drehmomentmotor 50 ist so ausgebildet, daß er beim Aufbringen einer vorbestimmten Last stehenbleibt, so daß er in idealer Weise zur Verwendung bei einer kraftbetätigten Spannstange geeignet ist, bei der es erwünscht ist, das Werkzeug mit einer vorbestimmten Kraft in der Spindel festzuhalten.

Die Wirkungsweise der Spannstange 25 beim Befestigen eines Werkzeugs an einer Spindel 10 ist in Fig. 7 bis 9 veranschaulicht. Fig. 7 zeigt die anfängliehe Stellung der Spannstange beim Einschieben des Werkzeugdorns in die Spindelöffnung. Hierbei ist die Spannstange nach hinten bzw. in die Spindel 10 hinein vorgespannt. Man erkennt, daß das Innengewinde 29 des Dorns erst dann an dem Außengewinde 28 der Spannstange angreifen kann, wenn die Nocken 23 der Spindel in die Mitnehmernuten 22 des Werkzeugs 18 eingreifen. Nunmehr wird der Motor der Spannstange eingeschaltet, und die Spannstange beginnt sich zu drehen und sich in den Dorn 19 einzuschrauben, wie es aus Fig. 8 ersichtlich ist. Hierdurch wird der konische Teil des Dorns fest in die konische Bohrung 20 am Ende der Spindel hineingezogen, wobei sich die Nocken 23 noch weiter in die Nuten 22 hineinbewegen. Wenn der Dorn fest in der Bohrung 20 sitzt, dreht sich die Spannstange weiter, bis sie die aus Fig. 9 ersichtliche Stellung erreicht hat, in der der Bund 34 gemäß Fig. 1 an dem vorderen Drucklager 31 anliegt. Hierdurch wird eine weitere Bewegung der Spannstange verhindert, und der Drehmomentmotor 50 kommt zum Stillstand. Auf diese Weise wird das Werkzeug 18 fest in die Spindelöffnung hineingezogen, und der Spannstangenmotor wird ausgeschaltet. Nunmehr ist das Werkzeug für einen maschinellen Arbeitsgang benutzungsbereit.

Soll das Werkzeug aus der Spindel entfernt werden, so schaltet man den Spindelmotor aus. Hierauf wird der Motor für die Spannstange so eingeschaltet, daß er in der entgegengesetzten Richtung läuft. Durch das gleichzeitige Einschalten des Kupplungssolenoids wird bewirkt, daß die Klauenkupplung eingerückt wird, so daß die Spannstange gedreht wird, um die feste Verbindung zwischen der Spannstange und dem Werkzeugschaft sowie zwischen letzterem und der Spindel zu lösen, damit man das Werkzeug leicht entfernen kann. Wenn die Verbindung zwischen der Spannstange und dem Schaft gelöst wird, wird die Spannstange aus dem Werkzeugschaft herausgeschraubt^ und die Spannstange bewegt sich nach hinten, bis der Bund 34 an das hintere Drucklager 32 anstößt.

Hierdurch wird auf das Werkzeug in axialer Richtung ein kräftiger Schlag ausgeübt, durch den der Werkzeugschaft in der Spindelbohrung gelockert wird (Fig. 8). Es sei bemerkt, daß hierbei jedoch die Nokken 23 der Spindel immer noch in die Nuten 22 des Werkzeugs eingreifen. Die Drehbewegung der Spannstange setzt sich fort, bis das Werkzeug ganz von der Spannstange gelöst ist und sich leicht aus der Spindelöffnung entfernen läßt (Fig. 7). Nach dem Entfernen des Werkzeugs wird die Spannstange durch die Feder 36 in ihrer hinteren Stellung innerhalb der Spindel festgehalten, so daß sie für den nächsten Benutzungsfall bereit ist. Dann erfolgt das Abschalten des Motors 50 und des Elektromagneten, so daß die Klauenkupplungsteile 58 und 60 der Spannbolzenkupplung ausgerückt werden können, woraufhin die Feder 73 a den ersten Klauenkupplungsteil 58 nach hinten bewegt, um ihn aus dem zweiten Kupplungsteil 60 auszurücken.

Claims (4)

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Einrichtung zum Spannen und Lösen von mit einem konischen Schaft in eine entsprechende Bohrung einer Spindel eingesetzten, Aussparungen für die Mitnehmernocken des Spindelkopfes aufweisenden Werkzeugen mittels einer in einer zentralen Bohrung der Spindel drehbar und längsverschiebbar gelagerten, unter Vorspannung stehenden Spannstange, deren vorderes Ende mit einem in den Werkzeugschaft einschraubbaren Gewindebolzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverschiebung der Spannstange (25) nach beiden Richtungen hin durch Anschläge (31, 32) begrenzt ist und daß die Spannstange (25) durch Federdruck gegen den die Verschiebung nach innen begrenzenden Anschlag (32) gedrückt ist, wobei der Anschlag so angeordnet ist, daß der Gewindebolzen (28) der Spannstange (25) erst dann am

Werkzeugschaft (19) in Eingriff kommt, wenn die am Spindelkopf (10) vorgesehenen Mitnehmernocken (23) in Aussparungen (22) am Werkzeug eingreifen.

2. Einrichtung zum Spannen und Lösen von Werkzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die axiale Verschiebung des Spannbolzens (25) begrenzenden Anschläge aus Drucklagern (31, 32) bestehen, die auf der dem Einsatzende des Werkzeuges entgegengesetzt lie- ίο genden Ende des Spannbolzens, diesen umgreifend, angeordnet sind und mit einem mit dem Spannbolzen (25) fest verbundenen Bund (34) zusammenwirken.

3. Einrichtung zum Spannen und Lösen von Werkzeugen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lösen des Werkzeuges der Bund (34) des Spannbolzens (25) an dem inneren Anschlag (32j zur Anlage kommt, bevor sich das Gewinde (28) des Spannbolzens vollständig aus dem Gewinde (29) des Werkzeugschaftes herausgeschraubt hat, so daß beim Auflaufen des Bundes (34) auf den Anschlag (32) ein der Lockerung des Werkzeugschaftes (19) dienender Schlag über den Spannbolzen (25) auf diesen Werkzeugschaft ausgeübt wird.

4. Einrichtung zum Spannen und Lösen von Werkzeugen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannbolzen (25) aufnehmende axiale Bohrung (26) der Spindel (lOj einen vom Spindelkopf abgewandten Innenbund

(37) aufweist, daß der Spannbolzen (25) mit einem diesem Bund (37) zugewandten Außenbund

(38) versehen ist und daß sich eine den Spannbolzen (25) umgreifende Druckschraubenfeder (36) einerseits gegen den Bund (37) und andererseits gegen den Bund (38) abstützt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 501 421, 2 667 820.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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