DE3738732A1 - Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeug - Google Patents
Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeugInfo
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- DE3738732A1 DE3738732A1 DE19873738732 DE3738732A DE3738732A1 DE 3738732 A1 DE3738732 A1 DE 3738732A1 DE 19873738732 DE19873738732 DE 19873738732 DE 3738732 A DE3738732 A DE 3738732A DE 3738732 A1 DE3738732 A1 DE 3738732A1
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum drehfesten
Verbinden einer von einer Werkzeugmaschine zu einer Rotations
bewegung antreibbaren Antriebsspindel mit einem im Betrieb
rotierenden Bearbeitungswerkzeug wie Fräser, Bohrer od. dgl.,
wobei dem Werkzeug oder der Antriebsspindel ein Kupplungs
teil in Gestalt eines Zentrierschafts zugeordnet ist, der in
eine im Zentrierbereich komplementäre Einstecköffnung eines
dem jeweils anderen Bauteil zugeordneten Kupplungsteils
lösbar einsteckbar ist.
Um Bearbeitungswerkzeuge in Werkzeughaltern oder direkt an
der Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu befestigen,
um ferner die Antriebswelle eines Werkzeughalters für ein
oder mehrere Werkzeuge, z. B. auch Mehrspindelköpfe, mit der
Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu koppeln, werden
bisher regelmäßig Kegelverbindungen gewählt. Dabei ist das
einzusteckende Teil mit einem Kupplungsteil in Gestalt eines
kegelförmigen Zentrierschaftes versehen, während das andere,
in der Regel das angetriebene Teil, eine komplementäre kegel
förmige Einstecköffnung aufweist. Im zusammengesteckten
Zustand werden die beiden Kupplungsteile in Axialrichtung
einander gegenüber verspannt, und die Drehmomentübertragung
erfolgt über einen antriebsseitig vorgesehenen Nutenstein,
der in eine entsprechende werkzeugseitige Ausnehmung form
schlüssig eingreift. Als nachteilig hat sich bei derartigen
Verbindungseinrichtungen herausgestellt, daß die axiale
Lagefixierung sehr ungenau ist, da durch fertigungsbedingte
Toleranzen hinsichtlich der Kegelausgestaltung unterschiedliche
Einstecktiefen auftreten. Dies ist vor allem bei Werkzeug
maschinen mit wechselnden Werkzeugen der Fall, bei denen
eine Vielzahl von Zentrierschäften verwendet werden, und
auch beim Einsatz von sogenannten Mehrspindelköpfen, die
mehrere gleichzeitig im Eingriff stehende Werkzeuge enthalten,
wirken sich die unterschiedlichen Axiallagen nachteilig aus.
Darüber hinaus sind die Kegelverbindungen nur bedingt zur
Aufnahme von Quer- bzw. Kippkräften geeignet, denn eine
seitliche Abstützung in Axialrichtung mittels kooperierender
Planflächen ist praktisch nicht möglich, da dies in Verbindung
mit der Kegellagerung zu einer Übereinstimmung der Lagerungen
führen würde. Des weiteren ist auch die Höhe des zwischen
den beiden Kupplungsteilen maximal übertragbaren Drehmoments
begrenzt, da die Keil-Nut-Verbindung hinsichtlich der Belast
barkeit stark begrenzt ist.
Es ist zwar auch schon versucht worden, den Zentrierschaft
und die Einstecköffnung kreiszylindrisch auszubilden, um auf
diese Weise die axiale Lagegenauigkeit zu erhöhen. Dies hat
jedoch zu erhöhten Rundlaufungenauigkeiten geführt, da notge
drungen ein gewisses Spiel zwischen den beiden einzusteckenden
Teilen vorhanden sein muß. Ein seitliches Festklemmen mittels
Klemmschrauben kann dies nicht kompensieren, sondern führt zu
einer weiteren Exzentrizität der Lagerung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung
gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die
beiden Kupplungsteile so miteinander verbunden werden können,
daß bei gleichzeitiger Erhöhung sowohl des übertragbaren
Drehmoments als auch der aufzunehmenden Querkräfte eine hohe
Rundlaufgenauigkeit sowie eine exakte Fixierung der Axiallage
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zentrierschaft
zumindest über einen Abschnitt seiner axialen Länge als
Prisma mit polygonförmiger Grund- bzw. Querschnittsfläche
ausgebildet ist, daß die Einstecköffnung einen sich zumindest
über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Zentrier
abschnitt mit zum Prisma komplementären polygonförmigem
Querschnitt aufweist, wobei das Prisma des Schaftes und der
zugehörige Öffnungsabschnitt der Einstecköffnung im zusammen
gesteckten Zustand von Schaft und Öffnung formschlüssig
ineinander eingreifen, und daß hierbei das eine Kupplungsteil
gegenüber dem anderen Kupplungsteil mit Bezug auf die gemein
same Längsachse in Umfangsrichtung verspannbar ist. Auf diese
Weise ist schaftseitig und auch öffnungsseitig ein konstanter
Querschnitt vorhanden, so daß die Einstecktiefe und damit die
Axiallage auf einfache Weise mit Anschlagteilen od. dgl. exakt
festlegbar ist. Diese Anschlagteile können gleichzeitig zur
Aufnahme von Axialkräften dienen und, je nach Ausführungsform,
sogar als Planflächen ausgebildet sein, um eine Abstützung
gegenüber Quer- bzw. Kippkräften zu erreichen. Das auch bei
dieser Einsteckpaarung unvermeidliche Spiel läßt sich vorteilhaft
kompensieren durch die Verspannung der beiden Kupplungsteile
gegeneinander im eingesteckten Zustand, wobei die beiden
Teile mit Bezug auf die Längsachse in einander entgegengesetzte
Umfangsrichtungen gegeneinander vorspannbar sind. Das Verspannen
hat also einen Spielausgleich zur Folge, ohne daß hierbei die
Koaxiallage der beiden Kupplungsteile zueinander verändert wird.
Mithin ist eine hohe Rundlaufgenauigkeit vorhanden. Hinzu kommt, daß
die polygonförmige Kontur im Bereich der Berührflächen der
beiden Kupplungsteile durch den formschlüssigen Kontakt erlaubt,
ein hohes Drehmoment zu übertragen, ohne daß die Gefahr eines
Abscherens besteht. Durch das Gegeneinanderverdrehen der
beiden Prismenflächen ergibt sich an den Eckenbereichen
praktisch eine linienförmige Flächenberührung, was den weiteren
Vorteil einer hohen Dämpfung mit sich bringt, so daß z. B. ein
langes dünnes Bearbeitungswerkzeug hinsichtlich seines
Schwingungsverhaltens wesentlich besser beherrschbar ist. Die
erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung läßt sich beispielsweise
sowohl bei unmittelbarem Anbringen eines Werkzeuges an der
Maschinenspindel als auch bei mittelbarer Verbindung vorteil
haft einsetzen.
Um die polygonförmige Kontur des Schaftes bzw. der Öffnung zu
erhalten, lassen sich, im Querschnitt gesehen, Linienführungen
einsetzen, die je nach Anwendungszweck eine verschiedenartige
Anzahl von Ecken aufweisen können. Dabei kann es sich um Zwei
ecke, Vierecke usw. handeln, wobei sich eine dreieckförmige
Kontur als besonders günstig erwiesen hat, da sie sich zum
einen besonders kostengünstig fertigen läßt und zum anderen
eine hohe Festigkeit mit sich bringt.
Vorzugsweise sind die Ecken des Polygons abgerundet, so daß
die Seitenkanten des Prismas und die Längskanten des prismatischen
Zentrierabschnittes der Einstecköffnung ebenfalls abgerundet
sind; auf diese Weise lassen sich die spezifischen Werkstoff
belastungen im Eckenbereich reduzieren und überdies gestaltet
sich die Fertigung einfacher. Vorzugsweise wird als Flächen
kontur jeweils die Gestalt eines regelmäßigen Polygons gewählt,
das insbesondere konvex ausgebildet ist.
Vorzugsweise wird das dem Bearbeitungswerkzeug zugeordnete
Kupplungsteil der Verbindungseinrichtung entgegen der Richtung
der vom Werkzeug auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft
bzw. Schneidkraft gegenüber dem anderen Kupplungsteil
vorgespannt, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der Zentrier
kraft führt.
Zum Verspannen der beiden Kupplungsteile ist vorzugsweise in
der die Einstecköffnung umfangsseitig begrenzenden Wand
zumindest ein verstellbares Spannelement abstützend gelagert,
das gegen den Schaft arbeitet, wobei seine verlängerte gedachte
Krafteinleitungslinie die Längsachse des Schaftes mit Abstand
passiert, also nicht schneidet. Dies läßt sich vor allem dann
vorteilhaft verwirklichen, wenn ein Bearbeitungswerkzeug
unmittelbar an der Maschinenspindel oder aber an einem Mehr
spindelkopf gelagert werden soll, wobei es sich um geringer
dimensionierte Werkzeuge handelt. Der Zentrierschaft ist
dabei vorzugsweise etwas länger ausgeführt, so daß Querkräfte
in erhöhtem Maße aufgenommen werden können. Vorzugsweise
verläuft die Krafteinleitungsrichtung des mindestens einen
Spannelements parallel zu einer der Seitenflächen des Prismas,
wobei bei einem Prisma mit dreieckiger Grundfläche diese
Linie parallel zu einer der Seitenflächen des Prismas und
hierbei zwischen dieser Fläche und der Längsachse des Schaftes
verläuft.
Mehrere der Spannelemente können über den Umfang des Schaftes
und auch über seine Länge verteilt angeordnet sein, was die
Sicherheit der Halterung erhöht.
Zweckmäßigerweise ist mindestens ein vorzugsweise von einem
oder mehreren der Spannelemente gebildetes Befestigungselement
zur Fixierung der relativen Axiallage zwischen Schaft und
Einstecköffnung vorhanden, das sich an der Umfangswand der
Einstecköffnung abstützt und den Schaft mit einer in Einsteck
richtung verlaufenden Kraftkomponente beaufschlagt.
Insbesondere dann, wenn die Verbindung zwischen Bearbeitungs
werkzeug und Maschinenspindel automatisch hergestellt und
gelöst werden soll, ist es von Vorteil, zur Befestigung der
beiden Kupplungsteile eine Spannzange od. dgl. vorzusehen, die
die beiden Kupplungsteile ineinanderzieht und vorzugsweise
gleichzeitig gegeneinander in Umfangsrichtung verspannt. Ein
manuelles Befestigen bzw. Lösen erübrigt sich hier.
Die Antriebsspindel kann von der Maschinenspindel der Werkzeug
maschine gebildet sein, wobei eines der Kupplungsteile an der
Maschinenspindel angeordnet und insbesondere einstückig mit
diesem ausgebildet sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann
eines der Kupplungsteile unmittelbar am Bearbeitungswerkzeug
angeordnet und insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet
sein. Soll an die Werkzeugmaschine ein Werkzeughalter für ein
oder mehrere Werkzeuge angekuppelt werden, so ist es von
Vorteil, das dem Werkzeug zugeordnete Kupplungsteil an der
Antriebswelle des Werkzeughalters vorzusehen. Bei der Be
festigung einzelner Werkzeuge an einem Mehrspindelkopf ist es
von Vorteil, das eine Kupplungsteil dem jeweiligen Bear
beitungswerkzeug zuzuordnen und das andere Kupplungsteil
an einer dem jeweiligen Werkzeug zugeordneten Abtriebswelle
des Werkzeughalters vorzusehen. Ferner kann je nach Bedarf
zwischen dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug und der Antriebs
welle mindestens ein Adapterstück vorgesehen werden, das
einerseits mit der Antriebsspindel über eine Polygonpaarung
verbunden ist und das andererseits, ebenfalls über Polygon
paarungen, mit mindestens einem weiteren Adapterstück und/oder
dem Bearbeitungswerkzeug verbunden ist.
Beim Ankoppeln von groß dimensionierten Bearbeitungswerkzeugen
oder von Werkzeughalterungen wie Mehrspindelköpfen ist es von
Vorteil, den Zentrierschaft mit einer quer zu seiner Längsrichtung
verlaufenden Plananlagefläche zu versehen, die sich im zusammen
gesteckten Zustand an einer Gegenplanfläche des anderen
Kupplungsteils abstützen kann, wobei beide Planflächen insbe
sondere ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft und zur
Öffnung angeordnet sind. Dies erlaubt die Aufnahme hoher Quer
kräfte und überdies kann der Polygonschaft mit geringen axialen
Abmessungen versehen werden, da er lediglich zur Dreh
momentübertragung und zur Zentrierung dient. Somit lassen sich
auch die Abmessungen der Werkzeugmaschine reduzieren, da das
Aushubmaß im Falle eines Werkzeugwechsels sehr gering ist.
Vorteilhafterweise sind die beiden jeweiligen Kupplungsteile
im Bereich ihrer Trennstelle von einer Schutzhülse umgeben,
so daß ein Eindringen von Schmutz ausgeschlossen ist. Es kann
vorgesehen werden, die Trennspalte mit Druckluft durchströmen
zu lassen, so daß zusätzlich eine Reinigung erfolgt, wobei
die einzelnen Öffnungen ferner auch als Meßdüsen verwendet
werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung im Längsschnitt, wobei ein Bearbeitungs
werkzeug unmittelbar an eine Maschinenspindel
angekoppelt ist,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Verbindungsein
richtung ebenfalls im Längsschnitt, die im Gegensatz
zu Fig. 1 im wesentlichen zum Ankuppeln geringer
dimensionierter Werkzeuge dient,
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung und schematisiert
einen mit mehreren Werkzeugen bestückten, an einer
Werkzeugmaschine angesetzten Werkzeughalter,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Verbindungsein
richtung im Längsschnitt, wobei zwischen Maschinen
spindel und Bearbeitungswerkzeug ein Adapter
zwischengefügt ist,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Adaptern und
Fig. 6 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ver
bindungseinrichtung gemäß den Schnittlinien VI-VI
aus den Fig. 2 und 4, wobei der polygonförmige
Querschnitt sichtbar ist.
Die in der Zeichnung beschriebene Einrichtung dient zum
Verbinden einer von einer Werkzeugmaschine zu einer Rotations
bewegung antreibbaren Antriebsspindel mit einem im Betrieb
rotierenden Bearbeitungswerkzeug. Als Werkzeuge kommen hierbei
insbesondere Fräser, Bohrer, Bohrstangen od. dgl. in Frage,
bei den Werkzeugmaschinen handelt es sich überwiegend um
Bohr- oder Fräsmaschinen, Bohrwerke, Drehmaschinen od. dgl.
Bei dem in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist ein
kleiner Abschnitt einer als Fräsmaschine ausgebildeten Werkzeug
maschine 1 sichtbar, an deren Arbeitsseite der Endbereich
einer Antriebsspindel 3 herausragt, die hier von der Maschinen
spindel 4 gebildet ist. Letztere ist durch den nicht näher
dargestellten Motor der Werkzeugmaschine zu einer Rotations
bewegung um ihre Längsachse 5 antreibbar, die auf ein mit der
Antriebsspindel 3 in Verbindung stehendes Bearbeitungswerkzeug
6, hier ein Fräser, direkt übertragen wird. Pfeil 7 deutet
die Rotationsbewegung bzw. Schnittrichtung des koaxial zur
Antriebsspindel 3 angeordneten Werkzeuges 6 an. Die Verbindung
zwischen Werkzeug 6 und Spindel 3 erfolgt erfindungsgemäß
über eine Verbindungseinrichtung 8.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eignet sich besonders
zum Ankuppeln von relativ groß dimensionierten Werkzeugen,
oder aber, wie dies Fig. 3 bis 9 zeigt, zur Kopplung der
Antriebswelle 10 eines Werkzeughalters 11 mit einer Maschinen
spindel 4. In Fig. 3 ist mit 1 ebenfalls ein arbeitsseitiger
Teil einer Werkzeugmaschine abgebildet, an der der Werkzeughalter
11 lösbar sitzt.
Im Unterschied zu den Fig. 1 und 3 eignen sich die Aus
führungsbeispiele gemäß Fig. 2, 4 und 5 vor allem zum Verbinden
von Bearbeitungswerkzeugen 6 geringerer Dimension mit einer
Antriebsspindel 3, wobei als bevorzugtes Einsatzgebiet der
Ausführungsform gemäß Fig. 2 insbesondere das Befestigen der
einzelnen Werkzeuge eines als Mehrspindelkopf ausgebildeten
Werkzeughalters anzuführen ist, wie dies bei 14 in Fig. 3
angedeutet ist.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist das
Bearbeitungswerkzeug 6 jeweils unmittelbar lösbar an die
Maschinenspindel 4 angekuppelt. Die hierbei verwendete Ver
bindungseinrichtung 8 enthält ein erstes Kupplungsteil 15,
das am Bearbeitungswerkzeug 6 angeordnet und vorzugsweise
einstückig mit diesem ausgebildet ist. Es repräsentiert hier
den Zentrierschaft 17 des Werkzeuges 6, der zur Befestigung
in eine komplementäre, der Antriebsspindel 3 zugeordnete
Einstecköffnung 18 in Längsrichtung 5 einsteckbar ist. Die
Einstecköffnung 18 ist Bestandteil eines zweiten Kupplungsteiles
16, das beim Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise einstückig
mit der Antriebsspindel 3 ausgebildet ist. Die Einsteck
öffnung 18 ist insbesondere als stirnseitig in die Spindel 3
eingebrachte Vertiefung ausgebildet.
Bei der Beschreibung der Fig. 1 und 2 sowie auch der weiteren
Figuren ist jeweils das eine zu verbindende Bauteil mit einem
Zentrierschaft und das andere mit einer Einstecköffnung
versehen. Es versteht sich, daß die jeweilige Anordnung auch
gerade umgekehrt getroffen werden kann.
Als ein wesentlicher Punkt der Verbindungseinrichtung 8 ist
herauszustellen, daß der Zentrierschaft 17 zumindest über
einen Abschnitt seiner axialen Länge als Prisma 20 mit polygon
förmiger Grund- bzw. Querschnittsfläche ausgebildet ist. Bei
den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 erstreckt sich
das Prisma jeweils über die gesamte Schaftlänge s, es kann
jedoch auch kürzer sein, ferner besteht die in Fig. 4 gezeigte
Möglichkeit, mehrere Prismenabschnitte 19 in Schaftlängs
richtung verteilt und voneinander getrennt vorzusehen.
Gleiches kann auch für die Einstecköffnung gelten, die gemäß
Fig. 1 und 2 über ihre gesamte Länge einen zum Prisma 20 des
Schaftes komplementären polygonförmigen Querschnitt aufweist,
im Querschnitt gesehen also eine polygonförmige Kontur besitzt.
Im dargestellten zusammengesteckten Zustand greifen die
einzelnen Prismen des Zentrierschaftes 17 und die komplemen
täre Einstecköffnung 18 formschlüssig ineinander, wie dies
gut aus Fig. 6 ersichtlich ist. Es wurde hier als Schaft ein
Prisma mit dreieckigem Grundriß gewählt, das sich besonders
günstig fertigen läßt, wobei sowohl der Querschnitt des
Schafts 17 als auch der Einstecköffnung 18 die Gestalt eines
regelmäßigen konvexen Polygons aufweisen. Zwischen zwei
benachbarten Polygonseitenflächen erstreckt sich somit ein
Winkel von 60°. Die Ecken des Polygons bzw. die Längskanten
des Prismas 20 bzw. der Einstecköffnung 18 sind vorteilhafter
weise abgerundet, so daß eine optimale Passung zwischen den
beiden eingesteckten Teilen erzielt wird.
Es versteht sich, daß die Kontur der kooperierenden Umfangs
flächen 21, 22 der Einstecköffnung 18 und des Schaftes 17
auch eine andere Anzahl von Ecken bzw. Kanten aufweisen kann,
ohne daß das Prinzip der Erfindung verlassen wird. Es kann
sich z. B. um ein Zweieck mit abgerundeten Ecken handeln, so
daß eine ovalförmige Gestalt entsteht. Auch eine Ausbildung
als Viereck wäre durchaus vorteilhaft.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, und auch bei Fig. 1 ergibt sich ein entsprechendes,
nicht separat dargestelltes Erscheinungsbild. Bei Fig. 1 ist
allerdings der Schaft 17 an der Seite der Maschinenspindel 4
mit einer zentralen Vertiefung versehen, um den Eingriff
einer später noch zu erläuternden Spannzange 41 zu ermöglichen.
Zuvor ist noch auf einen wesentlichen Punkt der Erfindung
hinzuweisen. Um nämlich eine präzise Zentrierung bzw. exakte
koaxiale Ausrichtung der zusammengesteckten Teile 15, 16 zu
erhalten, sind diese beiden Teile mit Bezug auf die Drehachse
5 gesehen in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen 24,
25 einander gegenüber verspannbar. Auf diese Weise wird das
immer vorhandene geringe Spiel zwischen den beiden Flächen 21,
22 kompensiert, wodurch in ihrer Anzahl der Anzahl von
Prismenkanten entsprechende linienförmige Andruckbereiche 29
zwischen den Flächen 21, 22 entstehen. Sie befinden sich im
eckennahen Bereich von Prisma und Einstecköffnung und sorgen
zum einen für eine exakte Zentrierung und damit verbunden
einen präzisen Rundlauf, sowie des weiteren, aufgrund der
axialen Erstreckung, für eine dämpfende Aufhängung des einge
steckten Werkzeuges.
Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungsein
richtung läßt sich anführen, daß die Axiallage der beiden
zusammengesteckten Teile zueinander genau vorherbestimmbar
festlegbar ist, was vor allem bei computergesteuerten Werkzeug
maschinen oder beim Einsatz von Mehrspindelköpfen von Vorteil
ist.
Beim Verspannen der beiden Teile 15, 16 wird zweckmäßigerweise
darauf geachtet, daß das dem Bearbeitungswerkzeug 6 zugewandte
Kupplungsteil 15 entgegen der Richtung 7 der vom Werkzeug 6
auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft gegenüber dem
anderen Kupplungsteil 16 vorgespannt wird. Dies erhöht zusätz
lich die Zentrierkräfte in den Andruckbereichen 29.
Die polygonförmige Querschnittskontur des Schaftes 17 und der
Öffnung 18 erlaubt es vorteilhafterweise, sehr hohe Drehmomente
zu übertragen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung besteht.
Bei geringem Bauvolumen können also große Kräfte verarbeitet
werden.
Nachfolgend soll näher auf die einzelnen Ausführungsbeispiele
eingegangen werden.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel wird vor allem
verwendet, wenn es um das Spannen von Werkzeugen 6 geringerer
Dimension in einer Antriebsspindel 3 geht, die als Maschinen
spindel 4 ausgebildet sein kann, die aber auch, wie dies Fig.
3 zeigt, von einer Abtriebswelle 31 eines z. B. als Mehrspindel
kopf ausgebildeten Werkzeughalters 11 gebildet sein kann. In
Fig. 3 ist gestrichelt bei 32 schematisch der Kraftfluß
zwischen Antriebswelle 10 und den einzelnen Abtriebswellen 31
angedeutet. Eine solche Verbindungseinrichtung 8 wird also
verwendet, wenn die auftretenden Quer- bzw. Kippkräfte 33
weniger groß sind, so daß sie über einen entsprechend lang
ausgebildeten und über eine relativ große Länge in der Einsteck
öffnung 18 einsitzenden Schaft 17 kompensiert werden können.
Die Axiallage wird unter Zuhilfenahme einer konterbaren Anschlag
schraube 34 wunschgemäß festgelegt, die in die freie, der
Spindel 3 zugewandte Schaftstirnseite verstellbar eingeschraubt
ist. Entsprechend der Einschraubtiefe läuft sie früher oder
später auf einer Gegenfläche 36 der Spindel 4 auf und begrenzt
dadurch die Einstecktiefe. Auch auf andere Weise kann diese
Einstellung erfolgen, beispielsweise mittels eines Bundes
od. dgl.
Die Fixierung in der eingestellten Axiallage erfolgt beim
Ausführungsbeispiel über ein beispielsweise als Schraube
ausgebildetes Befestigungselement 37, das in einer Gewinde
öffnung 38 in der hülsenförmigen Umfangswand 39 der Einsteck
öffnung verstellbar einsitzt, wobei es eine Schräglage einnimmt,
so daß der Schaft bei der Beaufschlagung durch dieses Befestigungs
element 37 mit einer Kraftkomponente in Einsteckrichtung 5
beaufschlagt ist. Mehrere dieser Befestigungselemente können
über den Umfang verteilt vorgesehen sein.
Das Befestigungselement 37 hat jedoch noch eine weitere wichtige
Aufgabe bei diesem Ausführungsbeispiel (vgl. auch Fig. 6). Es
dient hier nämlich zusätzlich als Spannelement 40, das sich in
der Umfangswand 39 abstützt, und dieser gegenüber in Richtung
zum Schaft 17 und in Gegenrichtung verstellbar ist. Wird es in
Richtung zum Schaft 17 bewegt, so verspannt es diesen gegenüber
der Umfangswand 39, so daß die Teile 15, 16 in die erwähnten
entgegengesetzten Umfangsrichtungen 24, 25
vorgespannt werden. Um dabei ein Verkanten der beiden Kupplungs
teile 15, 16 und eine sichere Zentrierung zu erhalten, ist
das Spannelement 40 so angeordnet, daß seine verlängerte
gedachte Krafteinleitungslinie 44 die Längsachse 5 nicht
kreuzt, sondern vielmehr mit Abstand a passiert. Bei der
dreieckförmigen Ausgestaltung der Querschnittskontur verläuft
die Krafteinleitungsrichtung 44 vorzugsweise parallel zu
einer der Seitenflächen 45 des Prismas 20, und hierbei zweck
mäßigerweise zwischen dieser Fläche und der Längsachse 5 des
Schaftes 17. Jedenfalls erhält man bei dieser an sich asymmetri
schen Krafteinleitung eine symmetrische Ausrichtung zwischen
den beiden Kupplungsteilen 15, 16, und hierbei insbesondere
eine exakte Koaxiallage. Die Polygonflächen werden also
gegeneinander verdreht und zentrieren sich dadurch selbsttätig.
Es versteht sich, daß auch mehrere Spannelemente 40 über den
Umfang der Öffnung 18 verteilt angeordnet werden können, wie
dies in Fig. 6 gestrichelt angedeutet ist. Auch in Axialrichtung
gesehen können mehrere Spannelemente vorhanden sein. Darauf
hinzuweisen ist noch, daß die Spannelemente nicht notwendiger
weise, sondern lediglich vorteilhafterweise gleichzeitig die
Befestigungselemente 37 bilden.
Um eine klar definierte Krafteinleitung zu erhalten, ist im
Zentrierschaft 17 im Bereich der Angriffspartie des jeweiligen
Spannelementes 40 eine taschenförmige Ausnehmung 46 vorgesehen,
in die das Spannelement eintauchen kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Krafteinleitung auch über
ein zusätzliches Zwischenstück erfolgen kann, das die Kraft
in die gewünschte Richtung umlenkt und beispielsweise als
Keil od. dgl. ausgebildet sein kann.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein automatisches
Wechseln sowie Spannen und Entspannen des jeweiligen Werk
zeuges 6 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist maschinenseitig eine
Spannzange 41 vorgesehen, die von der Rückseite her in die
bereits beschriebene Vertiefung des Schaftes 17 eingreifen
und den Schaft lösbar festklemmen kann. Die Spannzange dient
hierbei gleichzeitig sowohl zur Fixierung der Axiallage als
auch zum gegenseitigen Verspannen der beiden Kupplungs
teile 15, 16. Denn nachdem die Spannzange 41 den Schaft 17
erfaßt hat - hierbei tauchen schaftseitige Erhebungen in
entsprechende Vertiefungen der Spannzange 41 ein - führt die
Spannzange 41 eine Axialbewegung 47 in Einsteckrichtung und
gleichzeitig eine Drehbewegung 48 um die Längsachse 5 durch,
so daß der gleiche Effekt erzielt wird, wie bei Fig. 2 mit
Hilfe des Spannelements 40.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 ist dafür geeignet, hohe
Querkräfte 33 aufzunehmen, zu welchem Zweck das erste Kupplungs
teil 15 mit einer quer zu ihrer Längsrichtung 5 verlaufenden
Plananlagefläche 49 versehen ist, die sich im zusammenge
steckten Zustand an einer Gegenplanfläche 50 des zweiten
Kupplungsteils 16 abstützt. Diese korrespondierenden Flächen
geben gleichzeitig die Einstecktiefe vor und sind beim Aus
führungsbeispiel ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft
17 bzw. Öffnung 18 angeordnet. Die Plananlageflächen
erhöhen also die Steifigkeit beträchtlich; die eine und/oder
Fläche kann zusätzlich beschichtet sein.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist weiter, daß die
Schaftlänge s geringer gewählt werden kann, da der Schaft
vorwiegend lediglich zur Drehmomentübertragung und zur Zen
trierung dient. Dadurch baut die gesamte Anordnung kompakter
und die Aushubmaße verringern sich beträchtlich.
Zum Schutz der Trennstelle 51 zwischen den beiden Kupplungs
teilen 15, 16 ist in diesem Bereich eine Schutzhülse 52 vorge
sehen, die koaxial zum Schaft 17 angeordnet ist und die Trenn
stelle 51 abdeckt. Durch die weiterhin vorhandene Spalte kann
vorteilhafterweise über einen schematisch angedeuteten innen
liegenden Strömungskanal 53 Druckluft hindurchgepreßt werden,
die die Spalte sauber hält und die gleichzeitig als Meßfühler
verwendet werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden in den
Fig. 1 und 2 beschriebenen Formen einer Verbindungseinrichtung
kombiniert. So ist im linken Bereich der Fig. 4 eine erste
Verbindungseinrichtung 8 verwirklicht, bei der das als Bohr
stange ausgebildete Bearbeitungswerkzeug 6 analog dem Aus
führungsbeispiel nach Fig. 2 in einem zweiten Kupplungsteil
16 festgelegt ist. Dieses zweite Kupplungsteil 16 ist Teil
eines Adapterstückes 54, das in Axialrichtung gesehen zwischen
das Bearbeitungswerkzeug und die Maschinenspindel 4 zwischen
gefügt ist. Sein dem Werkzeug 6 entgegengesetzter Bereich 55
bildet das erste Kupplungsteil 15 für die zweite Verbindungs
einrichtung 8 und ist an eine Maschinenspindel 4 in der in
Fig. 1 gezeigten Art und Weise angekuppelt.
Auf diese Weise läßt sich einfach ein Längenausgleich vornehmen,
und es ist sogar möglich, wie dies in Fig. 5 abgebildet ist,
mehrere Adapterstücke 54 aufeinanderfolgend anzuordnen und
jeweils über die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung 8 zu
verbinden. Vorteilhaft ist hier weiterhin, daß der Käufer
einer maschinenspindelseitig mit der erfindungsgemäßen Ver
bindungseinrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine seine
bisherigen Werkzeuge weiterverwenden kann, indem das zu
verwendende Adapterstück 54 an der Spindelseite mit der
erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ausgestattet ist,
während andererseits weiterhin eine Verbindungseinrichtung
nach dem Stand der Technik vorgesehen werden kann. Damit kann
allen Gegebenheiten Rechnung getragen werden.
Claims (18)
1. Einrichtung zum verdrehfesten Verbinden einer von
einer Werkzeugmaschine zu einer Rotationsbewegung antreibbaren
Antriebsspindel mit einem im Betrieb rotierenden Bearbeitungs
werkzeug, wie Fräser, Bohrer od. dgl., wobei dem Werkzeug
oder der Antriebsspindel ein Kupplungsteil in Gestalt
eines Zentrierschafts zugeordnet ist, der in eine im
Zentrierbereich komplementäre Einstecköffnung eines dem
jeweils anderen Bauteil zugeordneten Kupplungsteils lösbar
einsteckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier
schaft (17) zumindest über einen Abschnitt seiner axialen
Länge als Prisma (20) mit polygonförmiger Grund- bzw.
Querschnittsfläche ausgebildet ist, daß die Einsteck
öffnung 18 einen sich zumindest über einen Teil ihrer
axialen Länge erstreckenden Zentrierabschnitt mit zum
Prisma komplementärem polygonförmigem Querschnitt aufweist,
wobei das Prisma (20) des Schaftes (17) und der zugehörige
Öffnungsabschnitt der Einstecköffnung (18) in zusammenge
stecktem Zustand von Schaft (17) und Öffnung (18)
formschlüssig ineinander eingreifen, und daß hierbei das
eine Kupplungsteil (15) gegenüber dem anderen Kupplungsteil
(16) mit Bezug auf die gemeinsame Längsachse (5) in
Umfangsrichtung (24, 25) verspannbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das schaftseitige Prisma (20) und der zugehörige
Zentrierabschnitt der Einstecköffnung (18) im Querschnitt
die Gestalt eines regelmäßigen Polygons aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das schaftseitige Prisma (20) und der zugehörige
Zentrierabschnitt der Einstecköffnung (18) im Querschnitt
als konvexes Polygon ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ecken des Polygons abgerundet
sind, derart, daß die Seitenkanten des Prismas (20) und
die Längskanten des prismatischen Zentrierabschnitts der
Einstecköffnung (18) abgerundet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Polygon ein Dreieck ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das dem Bearbeitungswerkzeug zugeordnete Kupplungs
teil (15) der Verbindungseinrichtung (8) entgegen der Richtung
(7) der vom Werkzeug (6) auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft
gegenüber dem der Antriebsspindel (3) zugeordneten Kupplungsteil
(16) vorgespannt ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der die Einstecköffnung (18) umfangsseitig be
grenzenden Wand (39) zumindest ein verstellbares Spannelement
(40) abstützend gelagert ist, das zum Verspannen von Schaft
(17) und Öffnung (18) gegen den Schaft (17) arbeitet, wobei
seine verlängerte gedachte Krafteinleitungslinie (44) die
Längsachse (5) des Schaftes (17) mit Abstand passiert.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Krafteinleitungsrichtung (44) des mindestens
einen Spannelements (40) parallel zu einer der Seitenflächen
(22) des Prismas (20) verläuft.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einem Prisma (20) mit regelmäßiger dreieckiger
Grundfläche die Krafteinleitungslinie (44) des mindestens einen
Spannelements (40) parallel zu einer der Seitenflächen (45) des
Prismas (20) und hierbei zwischen dieser Fläche (45) und der
Längsachse (5) des Schaftes (17) verläuft.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein vorzugsweise von einem
oder mehreren der Spannelemente (40) gebildetes Befestigungs
element (37) zur Fixierung der relativen Axiallage zwischen
Schaft (17) und Einstecköffnung (18) vorhanden ist, das
sich an der Umfangswand (39) der Einstecköffnung (18)
abstützt und den Schaft (17) mit einer in Einsteckrichtung
(5) verlaufenden Kraftkomponente beaufschlagt.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Befestigung des einen Kupplungsteils
(15) an dem anderen Kupplungsteil (16) eine Spannzange
(41) od. dgl. vorgesehen ist, die die beiden Teile (15,
16) ineinanderzieht und vorzugsweise gleichzeitig gegenein
ander in Umfangsrichtung verspannt.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antriebsspindel (3) von der
Maschinenspindel (4) der Werkzeugmaschine (1) gebildet
ist, wobei eines der Kupplungsteile (16) an der Maschinen
spindel (4) angeordnet und insbesondere einstückig mit
dieser ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eines der Kupplungsteile (15) unmittel
bar am Bearbeitungswerkzeug (6) angeordnet und insbesondere
einstückig mit diesem ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das dem Werkzeug (6) zugeordnete
Kupplungsteil (15) an der Antriebswelle (10) eines Werkzeug
halters (11) der Werkzeugmaschine (1) für ein oder mehrere
angetriebene Werkzeuge, z. B. ein Mehrspindelkopf, angeordnet
ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das eine Kupplungsteil (15) dem
jeweiligen Bearbeitungswerkzeug (6) zugeordnet ist und
das andere Kupplungsteil (16) an einer Abtriebswelle (31)
eines Werkzeughalters (11), insbesondere eines Mehrspindel
kopfes vorgesehen ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Bearbeitungs
werkzeug (6) und der Antriebsspindel (3) mindestens ein
Adapterstück (54) vorgesehen ist, das einerseits mit der
Antriebsspindel (3) über eine Polygonpaarung (21, 22)
verbunden ist und das andererseits ebenfalls über Polygon
paarungen mit mindestens einem weiteren Adapterstück (54)
und/oder dem Bearbeitungswerkzeug (6) verbunden ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zentrierschaft (17) mit einer
quer zu seiner Längsrichtung verlaufenden Plananlagefläche
(49) versehen ist, die sich im zusammengesteckten Zustand
an einer Gegenplanfläche (50) des anderen Kupplungsteils
(16) abstützt, wobei beide Planflächen (49, 50) insbesondere
ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft (17) und
zur Öffnung (18) angeordnet sind.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsteile (15, 16) im
Bereich ihrer Trennstelle (51) von einer Schutzhülse (52)
umgeben sind, wobei die Trennspalte zum Durchströmen von
Druckluft vorgesehen sein können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873738732 DE3738732A1 (de) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873738732 DE3738732A1 (de) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3738732A1 true DE3738732A1 (de) | 1989-05-24 |
Family
ID=6340512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873738732 Withdrawn DE3738732A1 (de) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3738732A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103192096A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-10 | 苏州新和机械有限公司 | 车床预压机构 |
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DE102021132178A1 (de) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg | Anordnung mit einem Spannkörper und einem Grundkörper, Spannvorrichtung, und Verfahren zur mechanischen Fixierung und Zentrierung eines Spannkörpers relativ zu einem Grundkörper |
-
1987
- 1987-11-14 DE DE19873738732 patent/DE3738732A1/de not_active Withdrawn
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DE102021132178A1 (de) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg | Anordnung mit einem Spannkörper und einem Grundkörper, Spannvorrichtung, und Verfahren zur mechanischen Fixierung und Zentrierung eines Spannkörpers relativ zu einem Grundkörper |
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