DE3912503A1

DE3912503A1 - Spanneinrichtung fuer auswechselbare werkzeugkoepfe

Info

Publication number: DE3912503A1
Application number: DE3912503A
Authority: DE
Inventors: Hermann Reinhardt; Detlef Luetzkendorf; Gerd-Werner Oechsner; Dietmar Kuerschner; Kurt Keller; Erhard Gratz; Eberhard Dressel; Gerhard Ender
Original assignee: SCHMALKALDEN WERKZEUG
Current assignee: SCHMALKALDEN WERKZEUG
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1990-03-22
Also published as: SE8901391D0; SE8901391L; DD275638A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe zum Drehen, Bohren und Fräsen, insbesondere für Werkzeugköpfe kleiner Abmessungen und für manuellen Werkzeug wechsel, bestehend aus einem Werkzeughalter mit kegeliger Auf nahmebohrung und axialer ringförmiger, insbesondere kegeliger Anlagefläche sowie einer im Werkzeughalter angeordneten Spann schraube und einem Werkzeugkopf mit kegeligem Aufnahmezapfen und axialer ringförmiger, insbesondere kegeliger Anlagefläche und einer axialen Gewindebohrung, wobei die Kegelwinkel an Werk zeugkopf und -halter unterschiedlich groß sind und die Kegel mantelflächen während des Spannvorganges durch elastische Ver formung des Aufnahmezapfens und/oder des Werkzeughalters zur gegenseitigen vollflächigen Anlage gebracht werden.

Aus der DE-PS 33 14 591 (B 23 B 31/04) ist eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe bekannt geworden, bei der der mit einem kegeligen Aufnahmezapfen und einer axialen ringförmigen Anlagefläche versehene Werkzeugkopf mit dem mit einer kegeligen Aufnahmebohrung und einer axialen ringförmigen Anlagefläche ver sehenen Werkzeughalter mittels einer Spannschraube verspannt wird. Der Kegelwinkel des Aufnahmezapfens ist geringfügig kleiner als der Kegelwinkel der Aufnahmebohrung, so daß beide am kleinsten Kegeldurchmesser zuerst zur Anlage kommen.

Die Gewindebohrung des Werkzeugkopfes ist im hinteren Teil aufge bohrt. Dadurch soll erreicht werden, daß sich der Aufnahmezapfen beim Spannen so weit elastisch verformen kann, daß die Kegel mantelflächen und axialen Anlageflächen von Werkzeugkopf und -halter zur vollflächigen gegenseitigen Anlage kommen.

Da eine solche Verbindung überbestimmt ist, kann der kegelige Aufnahmezapfen bei unvollständiger Anlage in der kegeligen Auf nahmebohrung, d. h. vorhandenem Radialspiel am größten Kegel durchmesser über dieses Radialspiel ausweichen, was sich nach teilig auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirkt.

Um eine höhere Wechselgenauigkeit und eine größere Steifigkeit auch bei großen einseitig wirkenden Querkräften zu erreichen, ist auch schon vorgeschlagen worden, die ringförmigen axialen Anlage flächen von Werkzeugkopf und Werkzeughalter kegelförmig auszu bilden. Damit wird zwar die Möglichkeit, daß der Werkzeugkopf über vorhandenes Spiel am größten Kegeldurchmesser des Aufnahme zapfens in radialer Richtung ausweichen kann, eingeschränkt, aber nicht ganz ausgeschlossen.

Ziel der Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe zu entwickeln, die auch bei großen, einseitig wirkenden Querkräften eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit ermöglicht und eine hohe Lebensdauer hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung für auswechsel bare Werkzeugköpfe zu entwickeln, die eine spielfreie Verbindung von Werkzeugkopf und -halter ermöglicht, große Querkräfte auf nehmen kann und eine hohe Rundlauf- und Wechselgenauigkeit hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kegel winkel des kegeligen Aufnahmezapfens und der kegeligen ring förmigen axialen Anlagefläche um einen vorbestimmten Winkelwert größer als die Kegelwinkel der kegeligen Aufnahmebohrung und der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche des Werkzeughalters sind und der kegelige Aufnahmezapfen in nahezu gleichem axialen Abstand zur axialen Anlagefläche in der Gewindebohrung mit einer Innenringnut und in der Kegelmantelfläche mit einer Außenringnut versehen ist. Die Differenz der Kegelwinkel der kegeligen axialen Anlageflächen sowie des kegeligen Aufnahmezapfens und der kegeligen Aufnahmebohrung beträgt maximal 20′′.

Der in die Gewindebohrung des kegeligen Aufnahmezapfens eingreifende Gewindeteil der im Werkzeughalter gelagerten Spannschraube ist in zwei Gewindeabschnitte untergliedert, wobei der vordere, in die Gewindebohrung vor der Innenringnut eingreifende Gewindeabschnitt eine große Gewindetoleranz und der in die Gewindebohrung hinter der Innenringnut im Endbereich des kegeligen Aufnahmezapfens ein greifende hintere Gewindeabschnitt eine kleine Gewindetoleranz aufweist.

Die Länge des vorderen Gewindeabschnittes ist vorzugsweise gleich dem Gewindedurchmesser, während die Länge des hinteren Gewinde abschnittes zweckmäßigerweise das 0,6- bis 0,9fache des Gewinde durchmessers beträgt.

Die Spannschraube kann auch als Differentialgewindeschraube aus gebildet sein, d. h., an Stelle des Kopfes ist ein in eine Gewinde bohrung des Werkzeughalters eingreifender dritter Gewindeab schnitt vorgesehen, der eine andere Gewindesteigung aufweist. Zur besseren Übertragung von Drehmomenten ist der kegelige Auf nahmezapfen mit zwei sich bis zur Innen- und Außenringnut er streckenden Mitnehmernuten versehen, in die zwei in den Werkzeug halter eingesetzte Mitnehmerstifte eingreifen.

Wird der Werkzeugkopf im Werkzeughalter aufgenommen, kommen die kegeligen ringförmigen axialen Anlageflächen und der kegelige Auf nahmezapfen in der kegeligen Aufnahmebohrung zunächst nur im Be reich der größten Kegeldurchmesser zur gegenseitigen Anlage. Bei dem nun folgenden axialen Verspannen von Werkzeugkopf und Werkzeughalter mittels der Spannschraube tritt eine solche elastische Verformung des Werkzeughalters ein, daß die kegeligen ringförmigen axialen Anlageflächen zur gegenseitigen vollflächigen Anlage kommen. Gleichzeitig wird der hintere Teil des kegeligen Aufnahmezapfens bedingt durch die Keilwirkung der Gewindegänge der Spannschraube und der Gewindebohrung sowie durch den im Be reich der Innen- und Außenringnut verringerten Querschnitt elastisch aufgeweitet und zur Anlage in der kegeligen Aufnahme bohrung gebracht. Damit wird eine hohe Rundlaufgenauigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen große einseitig wirkende Querkräfte erreicht. Selbst bei sehr ungünstigen Toleranzen zwischen dem kegeligen Aufnahmezapfen und der kegeligen Aufnahmebohrung wird eine hohe Genauigkeit erreicht, da der kegelige Aufnahmezapfen an zwei voneinander entfernten Flächen, nämlich am größten und am kleinsten Kegeldurchmesser und außerdem an der axialen kegeligen Anlagefläche abgestützt ist.

Damit wird eine spielfreie Verbindung zwischen Werkzeugkopf und Werkzeughalter erreicht.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung im ungespannten Zustand im Schnitt,

Fig. 2 die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung im gespannten Zustand im Schnitt.

Der Werkzeughalter 1 ist mit einem kegeligen Aufnahmezapfen 2 und einer kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 3 sowie im Auf nahmezapfen 2 mit einer koaxialen Gewindebohrung 4 versehen. Der kegelige Aufnahmezapfen 2 ist in nahezu gleichem axialen Ab stand zur kegeligen axialen Anlagefläche 3 in seiner Kegelmantel fläche 5 mit einer Außenringnut 6 und in der Gewindebohrung 4 mit einer Innenringnut 7 versehen. Außerdem sind in den Endbereich 8 des kegeligen Aufnahmezapfens 2 diametral gegenüberliegend zwei sich bis zur Außen- und Innenringnut 6 und 7 erstreckende Mitneh mernuten 9 eingearbeitet, in die je ein im Werkzeughalter 10 befestigter Mitnehmerstift 11 eingreift.

Der Werkzeughalter 10 ist entsprechend dem Werkzeugkopf 1 mit einer kegeligen Aufnahmebohrung 12 und einer kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 13 sowie einer koaxialen Gewindebohrung 14 versehen.

Die Kegelwinkel des kegeligen Aufnahmezapfens 2 und der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 3 des Werkzeugkopfes 1 sind um einen vorbestimmten Winkelwert von maximal 20′′ größer als die Kegelwinkel der kegeligen Aufnahmebohrung 12 und der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 13 des Werkzeughalters 10. Dadurch kommt, wie auf Fig. 1 ersichtlich, der Werkzeughalter 1 im ungespannten Zustand nur im Bereich der größten Kegeldurch messer an der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 13 und in der kegeligen Aufnahmebohrung 12 des Werkzeughalters 10 zur Anlage.

Die Spannschraube 15 ist als Differentialgewindeschraube ausge bildet, wobei das in die Gewindebohrung 4 des Aufnahmezapfens 2 eingreifende Gewindeteil 16 in einen vorderen und hinteren Ge windeabschnitt 17 und 18 mit gleichem Gewindedurchmesser und gleicher Gewindesteigung jedoch unterschiedlichen Gewinde toleranzen unterteilt ist. Der in die Gewindebohrung 4 vor der Innenringnut 7 eingreifende vordere Gewindeabschnitt 17 hat eine größere Gewindetoleranz als der in die Gewindebohrung 4 im End bereich 8 des kegeligen Aufnahmezapfens 2 eingreifende hintere Gewindeabschnitt 18. Die Spannschraube 15 ist mit einem dritten Gewindeabschnitt 19, der eine andere Gewindesteigung als das Gewindeteil 16 hat, in die Gewindebohrung 14 des Werkzeughalters 10 eingeschraubt.

Durch Anziehen der Spannschraube 15 wird der kegelige Aufnahme zapfen 2 weiter in die kegelige Aufnahmebohrung 12 gezogen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird dabei der Werkzeughalter 10, ermöglicht durch die geringe Wandstärke im Bereich der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 13, elastisch so weit verformt, daß diese zur vollflächigen Anlage mit der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche 3 des Werkzeugkopfes 1 kommt. Gleichzeitig wird der kegelige Aufnahmezapfen 2 auf Grund des im Bereich der Innen- und Außenringnut 6 und 7 und der Keilwinkel der aufein ander abgleitenden Gewindegänge der Gewindebohrung 4 und des hinteren Gewindeabschnittes 18 der Spannschraube 15 im End bereich 8 elastisch aufgeweitet und zur Anlage in der kegeligen Aufnahmebohrung 12 gebracht. Die Spannkraft wird dabei nur über den hinteren Gewindeabschnitt 18 auf den kegeligen Aufnahme zapfen 2 übertragen, während der vordere Gewindeabschnitt 17 nur eine Sicherungsfunktion erfüllt und erst bei ungünstigen Toleranzverhältnissen zwischen dem kegeligen Aufnahmezapfen 2 und der kegeligen Aufnahmebohrung 12 zur Spannkraftübertragung wirksam wird.

Aufstellung der in der Erfindungsbeschreibung verwendeten Bezugszeichen

1 Werkzeugkopf
2 kegeliger Aufnahmezapfen des Werkzeugkopfes 1
3 kegelige axiale Anlagefläche des Werkzeugkopfes 1
4 Gewindebohrung im Aufnahmezapfen 2
5 Kegelmantelfläche des Aufnahmezapfens 2
6 Außenringnut des Aufnahmezapfens 2
7 Innenringnut des Aufnahmezapfens 2
8 Endbereich des Aufnahmezapfens 2
9 Mitnehmernuten des Aufnahmezapfens 2
10 Werkzeughalter
11 Mitnehmerstifte des Werkzeughalters 10
12 kegelige Aufnahmebohrung des Werkzeughalters 10
13 kegelige ringförmige axiale Anlagefläche des Werkzeughalters 10
14 Gewindebohrung im Werkzeughalter 10
15 Spannschraube
16 in die Gewindebohrung 4 eingreifender Gewindeteil der Spannschraube 15
17 vorderer Gewindeabschnitt des Gewindeteiles 16
18 hinterer Gewindeabschnitt des Gewindeteiles 16
19 dritter Gewindeabschnitt der Spannschraube 15

Claims

1. Spanneinrichtung für auswechselbare Werkzeugköpfe, insbe sondere zum Drehen, Bohren und Fräsen, bestehend aus einem Werkzeughalter mit kegeliger Aufnahmebohrung und axialer ringförmiger, insbesondere kegeliger Anlagefläche, einer im Werkzeughalter angeordneten Spannschraube und einem Werkzeug kopf mit kegeligem Aufnahmezapfen und ringförmiger axialer, insbesondere kegeliger Anlagefläche sowie einer Gewinde bohrung im Aufnahmezapfen, wobei die Kegelwinkel der kegeligen axialen Anlageflächen, des kegeligen Aufnahmezapfens und der kegeligen Aufnahmebohrung voneinander abweichen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kegelwinkel der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche (3) und des kegeligen Aufnahmezapfens (2) des Werkzeughalters (1) um einen vorbestimmten Winkelwert größer als die Kegelwinkel der kegeligen ringförmigen axialen Anlagefläche (13) und der kegeligen Aufnahmebohrung (12) des Werkzeughalters (10) sind und der kegelige Aufnahmezapfen (2) in einem nahezu gleichen axialen Abstand zur axialen Anlage fläche (3) in der Kegelmantelfläche (5) mit einer Außenring nut (6) und in der Gewindebohrung (4) mit einer Innenring nut (7) versehen ist.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Kegelwinkeln der kegeligen ring förmigen axialen Anlageflächen (3 und 13) und zwischen dem kegeligen Aufnahmezapfen (2) und der kegeligen Aufnahmebohrung (12) nicht größer als 20′′ ist.

3. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der in die Gewindebohrung (4) des kegeligen Auf nahmezapfens (2) eingreifende Gewindeteil (16) der Spann schraube (15) in einen in die Gewindebohrung (4) vor der Innenringnut (7) eingreifenden vorderen Gewindeabschnitt (17) mit großer Gewindetoleranz und in einen in die Gewindebohrung (4) hinter der Innenringnut (7) im Endbereich (8) des Aufnahme zapfens (2) eingreifenden hinteren Gewindeabschnitt (18) mit kleiner Gewindetoleranz unterteilt ist.

4. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Länge des vorderen Gewindeabschnittes (17) gleich dem Gewindenenndurchmesser und die Länge des hinteren Gewindeabschnittes (18) gleich dem 0,6- bis 0,9fachen des Gewindedurchmessers ist.

5. Spanneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannschraube (15) mit einem dritten Gewinde abschnitt (19) mit von dem Gewindeteil (16) abweichender Gewinde steigung versehen und mit diesem in eine Gewindebohrung (14) im Werkzeughalter (10) eingeschraubt ist.