DE2101894A1 - Vorrichtung zum Einspannen eines Werk zeugs in einer Spindel einer Werkzeugma schine - Google Patents

Vorrichtung zum Einspannen eines Werk zeugs in einer Spindel einer Werkzeugma schine

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Description

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TEL 0311 ■ 762907 · TELEGR. PROPlNDUS . TELEX 0184057 TEL 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0i24?44
23 790
Ing. C. Olivetti & C, S.p.A. I ν r θ a (Italien)
Vorrichtung zum Einspannen eines Werkzeugs in einer Spindel einer Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen eines Werkzeugs in einer Spindel einer Werkzeugmaschine mit relativ radial zur Spindel bewegbaren ersten Kugeln zum Eingreifen in zugeordnete Aussparungen eines Werkzeugs oder Werkzeughalters, wobei die ersten Kugeln in zugeordneten Bohrungen einer Buchse angeordnet sind, die relativ zur Spindel und einem Stöseel verschiebbar ist und einer Schubstange, die so ausgestaltet ist, dass sie relativ axial zur Spindel verschiebbar ist, um die ersten Kugeln in die Aussparungen zu bewegen.
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Derartige Vorrichtungen sind insbesondere bei Werkzeugmaschinen in Gebrauch, bei welchen das Wechseln der Werzeuge vollautomatisch und in sehr kurzer Zeit erfolgt.
Die bekannten Vorrichtungen oben beschriebener Art sind normalerweise innerhalb der Spindel angeordnet und mit Einrichtungen versehen, welche in einem ersten Stadium des Einspannvorgangs an den konischen Schaft eines Werkzeugs mit einem innen angebrachten Sitz angreifen, der in der Spindel vorgesehen ist und die im zweiten Stadium eine axiale Kraft oder einen Zug auf diese ausüben, um den Schaft in dichte Anlage innerhalb des konischen Sitzes in der Spindel zu bringen. Diese Vorrichtungen, welche durch eine innerhalb der Spindel angeordnete gleitbare Schubstange betätigt werden, weisen notwendigerweise eine Buchse auf, die axial relativ zur Spindel und der Schubstange beweglich ist, wobei die Buchse mittels einer Feder federnd mit der Schubstange verbunden ist und durch die Feder gegen einen Anschlag an der Spindel gedrückt wird. Am Ende der Schubstange, welche in den konischen Sitz der Spindel hineinragt, sind Sitze von im wesentlichen sphärischer Form vorgesehen, in denen in der offenen Stellung der Spannvorrichtung zugeordnete Kugeln zum Teil ruhen. Die Kugeln werden im zugeordneten Bohrungen in der Buchse gehalten. Der konische Schaft des Werkzeugs ist mit einer axialen Bohrung versehen, um das Ende der Buchse aufzunehmen, wobei deren Innenseite so mit einer ringförmigen Nut versehen ist, dass diese mit den Bohrungen in der Buchse fluohtet.
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Wenn sich an der Spindel kein Werkzeug befindet, ruht die Buchse an einem Anschlag der Spindel und die Schubstange ist in einer Stellung gehalten, die relativ zur Buchse ein Zurückziehen der Kugeln in ihre darin vorgesehenen Lagerungen erlaubt. Wenn jedoch ein Werkzeug an der Spindel angebracht wird, wird auf die Schubstange eine axiale Bewegung ausgeübt, so dass die Schubstange vom Werkzeug abgezogen wird. Während des ersten Stadiums dieser Bewegung hält die Feder die Buchse gegen den Anschlag an der Spindel
und infolge der Relativbewegung der Schubstange in *ώ
Bezug auf die Buchse werden die Kugeln auf ihren Sitzen in der Schubstange herausgezwungen und in die ringförmige Nut im Schaft des Werkzeugs bewegt.
Wenn die Bewegung der Schubstange fortgesetzt wird, kommt ein Vorsprung derselben in Anlage mit einem zugeordneten Teil der Buchse, so dass eine Mitnahme der Buchse mit der Schubstange verursacht wird.
Während dieses zweiten Stadiums der Bewegung wird jeder Nachlauf, welcher zwischen den Kugeln und der ringförmigen Nut im Schaft des Werkzeuges vorhanden ist, aufgenommen und ein axialer Zug wird auf das
Werkzeug ausgeübt, um dieses fest in den konischen fl|
Sitz der Spindel zu ziehen.
Bei diesen bekannten Vorrichtungen zum Festspannen von Werkzeugen auf der Spindel einer Werkzeugmaschine besteht der Nachteil, dass das Ziehen des Schaftes des Werkzeugs in den Sitz der Spindel im wesentlichen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit und daher mit beachtlichen Schlägen erfolgt, welche ernsthafte Be-
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Schädigungen verursachen können. Tatsächlich ist di· Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug in den Sitz in der Spindel gezogen wird, die gleiche wie die Geschwindigkeit der Bewegung der Schubstange, da diese während des zweiten Stadiums der Bewegung der Schubstange fest mit der Buchse verbunden ist« Andererseits ist es unmöglich, die Schubstange langsam genug zu bewegen, um die Schläge wesentlich zu reduzieren, da dann die Zeit zum Einspannen des Werkzeugs unvertretbar lang wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer eingangs beschriebenen Vorrichtung dadurch erreicht, dass zweite Kugeln in in der Buchse vorgesehenen Bohrungen angeordnet sind sowie ein zur Spindel feststehender erster Nocken, der mit den zweiten Kugeln zusammenwirkt,und ein zweiter Nocken, der fest an der Schubstange angeordnet ist und mit den zweiten Kugeln nur während einer bestimmten Strecke der Verschiebung der Schubstange im Anschluss an die Verschiebung zusammenwirkt, während die ersten Kugeln in die Aussparungen bewegt werden, wobei die Nocken so geformt sind, dass die zweiten Kugeln relativ zur Spindel radial und axial bewegt werden.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Buchse durch eine Feder nachgiebig in Richtung auf das Werkzeug oder den Werkzeughalter gedrückt wird, wobei sich die Feder an der Spindel abstützt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorgesehen, dass jeder Nocken eine konische Oberfläche aufweist, die koaxial zur Achse der Schubstange angeordnet ist und die zweiten Kugeln innerhalb der konischen Oberfläche des zur Spindel feststehenden Nockens und ausserhalb derjenigen des anderen Nockens angeordnet sind. Dabei kann der fest zur Spindel angeordnete Nocken Teil einer Hülse sein, die die Buchse umgibt und sich auf einem Ring abstützt, der axial an der Spindel ge- ■ ^k sichert ist und einen Anschlag für die Buchse bildet.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch dargestellt, das anhand der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert wird. Die Zeichnungen zeigern
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss der Erfindung in ihrer offenen Stellung, wobei das Werkzeug in den Sitz in der Spindel eingeführt ist,
Fig, 2 einen Schnitt gleich dem in Fig. 1, wobei die Teile in der Stellung am Ende des ersten Stadiums des Einspannvorgange für das Werkzeug sind, und
Fig. 3 einen weiteren gleichen Schnitt gamäes den Figuren 1 und 2, wobei die Teile der Vorrichtung am Ende des zweiten Stadiums des Einspannvorgangs befindlich sind, indem das Werkzeug feat in der Spindel eingespannt iet.
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Die Einspannvorrichtung gemäss der Erfindung ist in der Spindel 1 einer Werkzeugmaschine angeordnet. Während des Betriebs der Werkzeugmaschine läuft die in nicht dargestellten Lagern gestützte Sp-*">del um ihre eigene Achse um. Die Spindel ist mit konischen Sitzen 2 ausgestattet, die zur Aufnahme eines konischen Schaftes 3 eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters k dienen. Vorzugsweise ist die Stirnfläche der Spindel (am Boden der Zeichnungen) mit Klauen 5 für das Eingreifen in entsprechende Ausnehmungen oder nicht dargestellte Zähne eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters versehen.
Die Spannvorrichtung gemäss der Erfindung besteht aus einer Schubstange 6, welche mit einem Ende 7 in ein Ende eines Stössels 8 eingeschraubt ist, die innerhalb einer Bohrung 9 in der Spindel 1 verschiebbar ist. Die Schubstange 6 weist einen Konus 10 und einen zylindrischen Schaft 11 auf, der so eingerichtet ist, dass er in einer mit zwei Sätzen von radialen Bohrungen 13 und 14 versehenen Buchse 12 gleiten kann, wobei in den Bohrungen Kugeln 15 und Λ6 angeordnet sind.
In der in Fig. 1 dargestellten offenen Stellung der Vorrichtung liegen die Kugeln 15 an einem zylindrisohen Teil 17 der Schubstange 6 an, während die weiteren oder zweiten Kugeln 16 in Aufnahmen 18 im zylindrischen Schaft 11 zurückgezogen sind. Die Buchse 12 liegt auf einem Ring 19 auf, welcher axial an der Spindel 1 mittels eines Sprengrings 20 gesichert ist. Die Buchse 12 wird duroh eine Spiralfeder 21 gegen den Ring 19 gedrückt, deren eines Ende sich an der Buchse abstützt, während das ander·
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Ende auf einem Ring 22 aufliegt, der sich seinerseits auf einer Schulter an der Spindel 1 abstützt.
Die Buchse 12 kann innerhalb einer Hülse 23, welche relativ zur Spindel ortsfest ist und ebenfalls auf dem Ring 22 aufliegt, axial verschoben werden. Die Hülse 23 ist mit einem konischen Sitz 2k ausgestattet, welcher im wesentlichen mit den radialen Bohrungen der Buchse 12 übereinstimmt, in welchen die Kugeln angeordnet sind.
Der Schaft 3 des Werkzeughalters h ist mit einer Bohrung 25 versehen, welche der Aussenflache der Buchse 12 angepasst und mit einer Ringnut 26 versehen ist, die, wenn der Werkzeughalter k in die Spindel 1 eingeführt ist, im wesentlichen mit den Kugeln 16 fluchtet .
Ausgehend davon, dass die Vorrichtung in der in Fig.1 offenen Stellung befindlich ist, liegt die Buchse 12 auf dem Ring 19 auf, da sie durch die Feder 21 gegen diesen gezwungen ist. Die Relativstellung der Schubstange 6 in Bezug auf die Buchse 12 ist in Fig. 1 zu erkennen, wobei die Aufnahmen 18 des Schaftes 11 mit den radialen Bohrungen 14 in der Buchse fluchten und die Kugeln I5 am zylindrischen Teil I7 anliegen. Diese Stellung der Schubstange 6 relativ zur Buchse 12 wird durch ein Verschieben des Stössels 8 in Bezug auf die Spindel 1 in einer Weise erreicht, die nachstehend beschrieben wird«
Wenn die Vorrichtung in der oben beschriebenen Stellung ist, kann der Schaft 3 eines Werkzeugs oder
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Werkzeughalters In den entsprechenden konischen Sitz 2 der Spindel 1 eingeschoben werden. Dieser Vorgang des Einsetzens wird normalerweise vollautomatisch durchgeführt, beispielsweise durch axiale Versetzung mit bekannten Einrichtungen, der Spindel 1 relativ zum Werkzeughalter k oder umgekehrt.
Um das Werkzeug festzuspannen, wird der Stössel 8 vom Werkzeughalter k hinweggezogen. Während des ersten Stadiums der Versetzung des Stössels 8 wird die mit diesem fest verbundene Sohubstange mitgenommen und die Buchse 12 bleibt in Anlage am Ring 19« Infolge der Bewegung des zylindrischen Schaftes 11, relativ zur Buchse, werden die Kugeln 16 aus ihren Aufnahmen 18 heraus und in radialer Richtung in die Ringnut 26 des Schaftes 3 gezwungen. Am Ende des ersten Stadiums dieser Versetzung, während dem der Stössel 8 und damit die Schubstange 6 eine Strecke C1 (Fig. 2) durchlaufen haben, kommt der Konus 10 der Schubstange 6 in Kontakt mit den Kugeln 15· Di© Relativanordnung der verschiedenen Bestandteile am Ende dieses ersten Stadiums der Versetzung ist in Fig. 2 gezeigt.
Wenn die Versetzung oder Verschiebung des Stössels foilgesetzt wird, drückt der Konus 10 die Kugeln 15 radial aus der Buchse 12 heraus und, da die Kugeln auf dem konischen Sitz 24 der Hülse 23 aufliegen, während ihrer radialen Verschiebung längs der konischen Fjäche, wobei die Kugeln im wesentlichen in Anlage an dieser verbleiben. Auf diese Weise heben die Kugeln 15 die Buchse 12 vom Ring 19 ab. Im zweiten
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Stadium der Versetzung, während welchem der Stössel 8 unddie Schubstange die Strecke Cp (Fig. 3) durohlaufen, bewegen sich die Kugeln 16 zusammen mit der Buchse 12, wobei zuerst der Nachlauf zwischen den Kugeln und der Ringnut 26 aufgeholt wird und der Schaft bis zu einer sicheren Anlage im konischen Sitz 2 der Spindel 1 eingezogen wird. Die Anordnung der verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung am Ende dieses zweiten Stadiums der Versetzung ist in . 3 gezeigt.
Es ist von Bedeutung, zu bemerken, dass während des w
zweiten Stadiums der Versetzung des Stössels 8 die Geschwindigkeit der Bewegung der Buchse 12 im wesentlichen langsamer als die Geschwindigkeit der Versetzung des Stössels bzw. der Schubstange ist. Tatsächlich entspricht die axiale Versetzung des Konus 10 (Fig. 3) keiner gleichen axialen Versetzung der Kugeln 15 und daher der Buchse 12, da diese Bestandteile eine radiale Auswärtsbewegung zusätzlich zu einer axialen Bewegung ausführen, die durch Anlage am konischen Sitz 2k bewirkt wird.
Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels er- JSj
folgt auf eine axiale Versetzung C„ des Stössels 8 eine geringere Versetzung C- der Buchse 12. Das Verhältnis der Geschwindigkeit der Buchse 12 zum Stössel 8 ist weniger als 1t1 und kann verändert werden, während die Abmessungen der Vorrichtungen gleichgehalten werden können, da nur ein einfaches Verändern des Steigungswinkels des Konus 10 oder/und 24 erforderlioh ist. Ein Verhältnis von etwa 0,5i1 hat sioh als besonders geeignet erwiesen und ist mit ' den Abmessungen zu erreichen, die im dargestellten Auaführungsb«!spiel enthalten sind.
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Im zweiten Stadium der Versetzung des Stössels 8, während dem das Anpressen des Schaftes 3 at»f dem konischen Sitz 2 der Spindel 1 erfolgt, w^~d die Geschwindigkeit des Schaftes merklich langsamer als die Geschwindigkeit der Bewegung des Stössels 8, woduroh Sohläge und daher Beschädigungen, die während des Einspannens auftreten können, weitgehend reduziert werden.
Um das Werkzeug auszuspannen, ist es ausreichend, den Stössel 8 in der entgegengesetzten Richtung des vorbeschriebenen Ablaufs zu versetzen.
Die axiale Versetzung des Stössels 8 relativ zur Spindel 1 kann auf jede bekannte Weise erfolgen. Vorzugsweise wird die auf den Stössel 8 ausgeübte axiale Kraft am Ende des Einspannschritts des Werkzeugs durch eine nicht dargestellte Spiralfeder ausgeübt, deren eines Ende gegen eine Schulter der Spindel liegt, während das andere Ende an einem Ansatz anliegt, der der Teil des Stössels ist. Ein hydraulischer Arbeitszylinder, dessen Kolben mit dem Ansatz verbunden ist, wirkt gegen die Feder, um den Stössel einzuschieben, wenn es gewünscht wird.
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    / 1J Vorrichtung zum Einspannen eines Werkzeugs in einer Spindel einer Werkzeugmaschine mit relativ radial zur Spindel bewegbaren ersten Kugeln zum Eingreifen in zugeordnete Aussparungen eines Werkzeugs oder Werkzeughalters, wobei die ersten Kugeln in zugeordneten Bohrungen einer Buchse angeordnet sind, die relativ zur Spindel und einem Stössel verschiebbar ist, und einer Schubstange, die so ausgestaltet ist, dass sie relativ axial zur Spindel verschiebbar ist, um die ersten Kugeln in die Aussparungen zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Kugeln
    (15) in in der Buchse (12) vorgesehenen Bohrungen (13) angeordnet sind, sowie einen zur Spindel (1) feststehenden ersten Nocken {2k), der mit den zweiten Kugeln (15) zusammenwirkt, und einen zweiten Nocken (1O), der fest an der Schubstange (6,8) angeordnet ist und mit den zweiten Kugeln (15) nur während einer bestimmten Strecke der Verschiebung der Schubstange (8) im Anschluss an die Verschiebung zusammenwirkt, während der die ersten Kugeln
    (16) in die Aussparungen (26) bewegt werden, wobei die Nocken so geformt sind, dass die zweiten Kugeln (15) relativ zur Spindel (1) radial und axial bewegt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (12) durch eine Feder (21) nachgiebig in Richtung auf das Werkzeug oder den Werkzeughalter (k) gedrückt wird, wobei sich die Feder an der Spindel (1) abstützt.
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    Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Nocken (10,24) eine konische Oberfläche aufweist, die koaxial zur Achse der Schubstange (8,6) angeordnet ist und die zweiten Kugeln (15) innerhalb der konischen Oberfläche des zur Spindel feststehenden Nockens (23) und ausserhalb derjenigen des anderen Nockens (1O) angeordnet sind.
    Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der fest zur Spindel (1) angeordnete Nocken (23) Teil einer Hülse ist, die die Buchse (12) umgibt und sich auf einem Ring (19) abstützt, der axial an der Spindel (1) gesichert ist und einen Anschlag für die Buchse (12) bildet.
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DE2101894A 1970-01-16 1971-01-15 Spann- und Lösevorrichtung für Werkzeuge mit konischem Schaft an Werkzeugmaschinen mit umlaufender Werkzeugspindel Expired DE2101894C3 (de)

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