DE1477344C3 - Spannvorrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer rotierenden Spindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen und Lösen von in eine rotierende Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere mit einer Werkzeugwechselvorrichtung eingesetzten Werkzeughaltern bzw. Werkzeugen mit einem konischen Schaftteil, der in eine entsprechend verjüngte Spindelaufnahme axial einführbar und durch radial bewegbare, keilartig wirkende Backen der Spannvorrichtung axial festspannbar und durch radiale Nocken auf Drehung mitnehmbar ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art bestehen die radial bewegbaren Nocken aus Fingern, welche auf die konische Fläche eines an dem Werkzeugschaft vorgesehenen Zapfens einwirken. Dabei können jedoch auf den Werkzeugschaft nur verhältnismäßig geringe Spannkräfte übertragen werden, zumal die Kräfte auf einem sehr kleinen Durchmesser angreifen (USA.-Pa-"tentschrift 2 860 547). Andererseits sind auf Drehung wirkende Mitnehmer zwischen Spindel und Werkzeugschaft bekannt (USA.-Patentschrift 2 501421), welche den Kupplungseingriff nur in zwei bestimmten Winkellagen bei einem Umlauf der Spindel herstellen. Diese bekannte Vorrichtung erschwert den Wechsel des Werkzeugs und ist insbesondere bei Anwendung einer selbsttätigen Wechselvorrichtung ungeeignet.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorrichtungen ist eine Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemiiß in der Weise ausgebildet, daß die radial verschiebbaren Backen am erweiterten Ende der Spindelaufnahme angeordnet und mit nach innen weisenden Keilflächen versehen sind, die in der Spannstellung auf eine ringförmige Rippe des Schaftteiles einwirken, und daß die Spindel zur Drehmitnahme an ihrem Ende mit einem Innenzahnkranz versehen ist, in den eine Außenverzahnung des Schaftteiles eingreift. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Vorrichtung greifen die verschiebbaren Backen mit ihren nach innen weisenden Keilflächen zum Einziehen des Schaftes auf einem großen Durchmesser an, während andererseits durch die Vielzahl der an dem Innenzahnkranz sowie an der Außenverzahnung vorhandenen Mitnahmezähne eine genaue winklige Ausrichtung zwischen Werkzeug und Spindel beim Einsetzen des Werkzeuges nicht erforderlich ist. Dadurch wird die Handhabung beim Werkzeugwechsel erleichtert und insbesondere eine vereinfachte Ausbildung einer Werkzeugwechselvorrichtung ermöglicht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die radiale Verschiebung der Backen durch einen in einem Ringzylinder der Spindel verschiebbaren, ringförmigen Kolben erfolgt, der mit einer an axialen Ansätzen des Kolbens angeordneten konischen Innenfläche auf eine entsprechend konische Außenfläche der Backen einwirkt. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, daß der Kolben durch stirnseitig wirkende Federn aus der Spannstellung in die Ruhelage zurückführbar ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt des unteren Endes einer Werkzeugmaschinenspindel mit einer Vorrichtung zum Spannen und Lösen der Werkzeuge bzw. Werkzeughalter gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine teilweise im Längsschnitt gezeigte Ansicht einer Spindel nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht, die den Werkzeugwechsel mit einer Werkzeugwechselvorrichtung veranschaulicht,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Druckluftschaltung für die Spannvorrichtung nach F i g. 1.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Werkzeugmaschinenspindel 16 beschrieben, die sich besonders zur Verwendung in einer Säulenbohrmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung eignet und durch eine Zahnstange 18, von der ein Teil in F i g. 1 gezeigt ist, senkrecht bewegt werden kann. Die Spindel 16 ist mit einem mechanischen Spannfutter 50 ausgerüstet, bei welchem vier radial verschiebbare Backen 51 in radialen Schlitzen in der Nähe des erweiterten Endes der Spindelaufnahme 39 angeordnet und an ihren sich gegenüberliegenden Enden mit nach innen weisenden V-förmigen Kerben 52 versehen sind, die in der Spannstellung auf eine ring- und V-förmige Rippe 53 einwirken, die an dem konischen Schaftteil 38 des in die Spindelaufnahme 39 eingeführten Werkzeugs oder Werkzeughalters A vorgesehen ist. Bei ihrer Einwärtsverschiebung greifen die Backen 51 mit ihren Keilflächen 52-1 in die zugehörige Oberfläche der Rippe 53 ein, wobei der Werkzeughalter A durch die Keilwirkung zwischen dessen zueinander passenden schrägen Flächen an seinem konischen Schaftteil 38 in die Spindelaufnahme 39 gedrückt wird.

Jeder Werkzeughalter A ist ferner mit einer als Kupplung dienenden Außenverzahnung 54 direkt hinter dem Flansch 40 versehen. Diese Außenverzahnung 54 paßt in einen Innenzahnkranz 55, der am Ende der

Werkzeugspindel vorgesehen ist und als formschlüssige Kupplung zwischen dem Werkzeughalter A und Spindel 16 dient. Beim Einführen eines Werkzeughalters A in die Spindelaufnahme greifen die äußeren Zähne 54 auf dem Halter A in den Innenzahnkranz 55 an der Spindel ein; der Schaftteil 38 des Halters A wird so weit in die Spindelaufnahme eingeführt, daß die Rippe 53 des Schaftteiles den Kerben der Spannfutterbacken 51 gegenübersteht, so daß bei Betätigung dieser Bakken der Halter fest in der Spindel aufgenommen und dort verriegelt wird.

Im folgenden wird eine Werkzeugwechselvorrichtung beschrieben, die. in Verbindung mit dem beschriebenen Spannfutter verwendet werden kann.

Zu der Werkzeugwechselvorrichtung gehört ein Zubringer für die in die Spindel bzw. aus der Spindel zu befördernden Werkzeuge. Wie schematisch in F i g. 3 gezeigt, ist zu diesem Zweck auf entgegengesetzten Seiten der senkrecht beweglichen Spindel 16 je ein Werkzeugspeicher 30 bzw. 32 vorgesehen; diese Speieher sind ringförmige Scheiben, die an ihrem Umfang <-^ die vorbereiteten Werkzeuge in Haltegabeln 17 tragen * ^: und um je eine im seitlichen Abstand von der Achse der Spindel 16 senkrecht angeordnete Achse drehbar sind. Die Speicherscheiben 30, 32 können durch einen (nicht gezeigten) Antrieb bei automatischer Steuerung oder von Hand gedreht werden, um die einzelnen Werkzeuge nacheinander neben eine Werkzeugwechselstation zu bringen, damit das gewählte Werkzeug von der Haltegabel auf die Spindel übertragen werden kann.

Zu diesem Zweck ist über jedem Werkzeugspeicher 30 oder 32 ein waagerecht beweglicher Schlitten 34 oder 36 vorgesehen, welcher jeweils ein Werkzeug aus einer Haltegabel entnimmt und an die Spindel überführt. Wie im ersten Bild der F i g. 3 gezeigt, hat sich der Schlitten 36 von rechts nach links bewegt, um ein vom rechten Speicher 32 entnommenes Werkzeug in eine mit der senkrecht beweglichen Spindel 16 ausgerichtete Stellung zu bringen. Ebenso hat sich der Schlitten 34 von rechts nach links bewegt, dabei ein Werkzeug aus einer mit der Spindel ausgerichteten Stellung entnommen und es in den linken Speicher 30 zurückgeführt.

'\ Um das Ergreifen der Werkzeuge zu erleichtern,

wird jedes Werkzeug in einen Halter A eingesetzt, der einen verjüngten Schaftteil 38 aufweist, welcher in die Aufnahme 39 der Spindel 16 eingesetzt wird.

Das der Spindel 16 gegenüberliegende Vorderende eines jeden Schlittens 34 oder 36 ist mit Mitteln versehen, um einen mit einem Werkzeug bestückten Halter A zu ergreifen. Die Werkzeughalter A sind jeder mit einem radial herausragenden Flansch 40 versehen und an jedem Schlitten sind im Abstand voneinander liegende Greifarme 42 vorgesehen, die diesen Flansch 40 eines Werkzeughalters A umfassen und ergreifen.

Um den Halter A beim Übertragen des Werkzeuges zur Spindel freizugeben, bestehen die Greifarme 42 aus je zwei Teilen 44, 45, wobei die unteren Greiferteile 44-1, 45-1 ziemlich schlank und biegsam gestaltet sind, so daß sie durch eine (nicht gezeigte) mechanische Betätigungsvorrichtung weggedrückt werden können, um den Flansch 40 eines Halters A freizugeben, wenn sich der letztere mit der Werkzeugmaschinenspindel abwärts bewegt. Dies ist schematisch in den Bildern 2 und 3 der Fig.3 gezeigt. Der untere Satz der Teile 44-1, 45-1 kann auch weggedrückt werden, wenn im Verlaufe der Bewegung der Spindel nach oben ein Flansch 40 des Halters A wieder mit den Greifarmen 44, 45 in Eingriff gebracht werden. Dies ist in Bild 4 der F i g. 3 gezeigt. In Bild 5 der F i g. 3 überträgt der Schlitten 36 das soeben benutzte Werkzeug zu dem rechten Speicher 32, während der andere Schlitten 34 ein neues Werkzeug zur Spindel überführt. Zwischen den Schritten nach Bild 4 und 5 wird die Spindel 16 gehoben, um sich vom Halter A des benutzten Werkzeuges zu trennen, das von dem Schlitten 36 gehalten wird.

Zur Betätigung des Spannfutters kann die in Fig.4 schematisch dargestellte pneumatische Anlage verwendet werden. Hier wird Druckluft von einer Druckluftquelle durch ein von Hand betätigbares Ventil V, über einen Anschluß 56 und eine axiale Leitung 57 in der Spindel 16 einem ringförmigen Kolben 58 (F i g. 1) zugeführt, der in einem durch einen Einschnitt 60 und eine Hülse 62 gebildeten Zylinder verschiebbar ist. Eine Antriebsplatte 64, die durch Stifte 66 am Vorderende der Spindel und an der Hülse 62 befestigt ist, schließt das Ende des Einschnitts 60.

Der Kolben 58 weist vier nach unten vorstehende Ansätze 58-1 auf, die mit ihren geneigten Flächen 58-Γ an geneigten Flächen 51-Γ der Backen 51 angreifen und dadurch mittels Keilwirkung diese Backen radial einwärts drücken. Dabei greifen, wie oben erwähnt, die Backen 51 mit ihren Flächen 52-1 in die Rippe 53 eines Werkzeughalters A ein, so daß dieser in die Spindelaufnahme aufwärts bewegt und dort verriegelt wird. Um den Kolben 58 zurückzuführen, wird er durch das Ventil V mit dem Auslaß verbunden, worauf der Kolben durch Federn 70 zurückgeholt wird, die zwischen dem Kolben 58 und der Antriebsplatte 64 angeordnet sind. Die Backen 51 werden dann durch direkten Angriff an der Rippe 53 des Werkzeughalters A nockenartig nach außen gedrückt, beispielsweise bei der Abwärtsbewegung der Spindel 16 zu einem unter der Spindel befindlichen Halter A (vgl. Bild 2 der F i g. 3).

Die Druckluftzufuhr zu dem Kolben 58 wird beim Einführen eines Werkzeugs bzw. Werkzeughalters A durch ein Steuerventil 75 gesteuert. Das Steuerventil 75 (Fig. 1) sitzt in einer axialen Bohrung 76 eines Abdichtteiles 78, der in einer axialen Bohrung 80 der Spindel angeordnet ist. Radiale Durchlässe 82 in dem Abdichtteil 78 verbinden die Leitung 57 mit einem ringförmigen Raum 84, der durch radiale Kanäle 86 mit der Bohrung 76 in Verbindung steht.

In der oberen Stellung (»Werkzeug eingeführt«) des Steuerventils 75 (Fig. 1) verbindet ein die Ventilspindel 88 umgebender Längsringkanal 90 die radialen Kanäle 86 mit einem radialen Durchlaß 92 im Abdichtteil und von dort durch in der Spindel vorgesehene Kanäle 94 mit dem Spannfutterkolben 58. Bei eingeschaltetem Handventil Vwird dieser mit Druckluft beaufschlagt, so daß der Werkzeughalter A im Spannfutter eingespannt wird. Wenn das Ventil V sich in der Ausstellung befindet, ist der Zwischenraum 60 über dem Kolben 58 mit dem Auslaß verbunden, so daß er durch die Federn 70 zurückbewegt wird und dadurch das Spannfutter öffnet. Nach dem Herausnehmen des Werkzeuges wird das Steuerventil 75 in der Bohrung 76 durch eine Feder 96 nach unten bewegt, so daß es in die Spindelaufnahme hineinragt. In dieser »Werkzeug herausgenommen«- Stellung liegt das obere Ende 98 größeren Durchmessers des Steuerventils 75 so, daß der radiale Durchlaß 92, der zu den Spindelkanälen 94 führt, abgedichtet wird. Dabei werden auch die radialen Kanäle 86 freigegeben, wodurch Druckluft in den Raum über dem Ende des Steuerventils gelangen kann. Weiterhin ist eine Vorrichtung vorgesehen, um diese Luft unter Druck zu

der Spindelaufnahme zu führen, und Schmutz od. dgl. von der Aufnahme oder einem in diese eingeführten Werkzeug abzublasen. Zu diesem Zwecke wird, wenn das Steuerventil 75 sich in seiner »Werkzeug herausgenommen«-Stellung befindet, durch die Leitung 57 zum Steuerventil 75 zugeführte Druckluft durch einen Längsreinigungskanal 99 im Steuerventil 75 zu einer Öffnung 102 geführt, um einen Druckluftstrom gegen den Schaft eines Werkzeughalters A zu leiten, der in die Spindelaufnahme eingeführt wird.

Wenn das Steuerventil 75 sich in seiner »Werkzeug herausgenommen«-Stel!ung befindet, ist der Druckluftstrom zu dem Spannfutter gesperrt und das Spannfutter ist über die Spindelkanäle 94, den radialen Kanal 92 im Abdichtteil und den Längskanal 90 mit Auslaßkanälen 104 verbunden,"die den Raum über dem Spannfutter S entlüften, so daß der Spannfutterkolben 58 durch die Rückholfedern 70 in seiner äußeren Stellung gehalten werden kann.

Beim Einsetzen eines Werkzeugs wird das Steuerventil 75 vom Werkzeughalter A in seine »Werkzeug eingeführt«-Stellung bewegt, wobei es die Auslaßkanäle 104 schließt und die Kanäle 94 zur Druckluftquelle öffnet, um den Spannfutterkolben 58 zu betätigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Spannen und Lösen von in eine rotierende Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere mit einer Werkzeugwechselvorrichtung eingesetzten Werkzeughaltern bzw. Werkzeugen mit einem konischen Schaftteil, der in eine entsprechend verjüngte Spindelaufnahme axial einführbar und durch radial bewegbare, keilartig wirkende Backen der Spannvorrichtung axial festspannbar und durch radiale Nocken auf Drehung mitnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verschiebbaren Backen (51) am erweiterten Ende der Spindelaufnahme (39) angeordnet und mit nach innen weisenden Keilflächen (52-1) versehen sind, die in der Spannstellung auf eine ringförmige Rippe (53) des Schaftteiles (38) einwirken, und daß die Spindel (16) zur Drehmitnahme an ihrem Ende mit einem Innenzahnkranz (55) versehen ist, in den eine Außenverzahnung (54) des Schaftteiles (38) eingreift.

2. Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Verschiebung der Backen (51) durch einen in einem Ringzylinder (60) der Spindel (16) verschiebbaren, ringförmigen Kolben (58) erfolgt, der mit einer an axialen Ansätzen (58-1) des Kolbens (58) angeordneten konischen Innenfläche (58-Γ) auf eine entsprechend konische Außenfläche der Backen (51) einwirkt.

3. Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (58) durch stirnseitig wirkende Federn (70) aus der Spannstellung in die Ruhestellung zurückführbar ist.

4. Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Rippe (53) zu einer Ebene geneigt sind, die senkrecht zur Längsachse des Werkzeugschaftes (38) liegt.