DE3913139A1 - Einrichtung einer werkzeugmaschine zur aufnahme von werkzeugen oder werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für Werkzeugmaschinen, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Durch die DE-A1-34 32 371 ist ein entsprechender Werkzeug­ spannkopf bekanntgeworden, welcher um eine zur Spindelachse um 45° geneigte Achse schwenkbar am Werkzeugschlitten an­ geordnet ist. Der Antriebsmotor für die Spindel ist am Werkzeugschlitten angeordnet, wodurch ein aufwendiges Kegel- und Stirnradgetriebe für deren Drehantrieb erfor­ derlich ist. Die Achse der Spindel ist durch Schwenken des Werkzeugspannkopfes um 180° lediglich in zwei Bearbeitungs­ stellungen bringbar. Feststehende Werkzeughalter für Schneidwerkzeuge werden mittels Positionier- und Klemmele­ menten direkt fest mit dem Gehäuse des Werkzeugspannkopfes verbunden, wobei für die umlaufenden Werkzeuge eine zweite Positionier- und Spanneinrichtung an der Spindel angeordnet ist. Nachteilig ist, daß alle Werkzeughalter für festste­ hende Werkzeuge, wie z. B. Drehwerkzeuge mit entsprechenden Elementen bzw. Flächen zum Positionieren, Klemmen und di­ rekter Anlage am Gehäuse versehen sein müssen, wodurch sich die Werkzeughalter im Aufnahmebereich und im Haltebereich für automatische Werkzeugwechsler von den Werkzeughaltern für drehende Werkzeuge unterscheiden, was sich auch nach­ teilig für Werkzeugmagazine auswirken kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher die feststehenden als auch die umlaufenden Werkzeuge gleich mit handelsüblichen und genormten Aufnahmeelementen für den Greifer einer Werkzeugwechselvorrichtung als auch zur Auf­ nahme in einer genormten Spindelaufnahme ausgebildet sind, wobei trotzdem eine drehfeste Halterung bei feststehenden Werkzeugen, wie z. B. bei Drehwerkzeugen zur Aufnahme hoher Zerspannungskräfte beim Drehen, gegeben sein muß.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 ist die Spindel beim Einsatz von feststehenden Werkzeugen drehfest mit dem Gehäuse verbindbar. Gleichzeitig wird dabei die Spindel in radialer Richtung kraft- und formschlüssig und in axialer Richtung kraftschlüssig ohne nennenswerte Ver­ schiebung der Spindel fest mit dem Gehäuse verbunden, so daß die hohen Zerspanungskräfte beim Drehen von der Spindel über die Arretiervorrichtung direkt auf das Gehäuse übertragen werden.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen bei­ spielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht mit einem Teilschnitt der Werkzeugeinrichtung,

Fig. 2 den Teilschnitt von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugeinrichtung 1 einer Werkzeugma­ schine, vorzugsweise eines Drehbearbeitungs-Zentrums, welches für Dreh-, Bohr-, Fräs- und Schleifbearbeitung aus­ gebildet ist.

Die Werkzeugeinrichtung ist auf einem in X-Richtung ver­ schiebbaren Schlitten 2 mittels eines Antriebes 4 schwenk­ bar um eine Achse 3 angeordnet. Die Werkzeugeinrichtung 1 ist vorzugsweise mindestens um 180° schwenkbar, wobei sie in den Stellungen 0°, 90° und 180° mittels einer Arretier­ vorrichtung formschlüssig positioniert wird.

Vorzugsweise ist der Antrieb 4 mit einer NC-Steuerung wirk­ verbunden, wobei die Werkzeugeinrichtung 1 in jeder belie­ bigen Stellung zwischen 0° und 180° positionierbar und durch eine Klemmung fest mit dem Schlitten 2 verbindbar ist.

In einem Gehäuse 6 der Werkzeugeinrichtung 1 ist eine Spin­ del 7 gelagert, deren Drehachse 8 in einem Winkel von 90° zur Achse 3 verläuft. Die in Wälzlagern 9 gelagerte Spindel 7 ist direkt mit einem Elektromotor 10 antreibbar, wobei dessen Rotor 10 a zwischen den Lagern auf der Spindel 7 an­ geordnet ist. Der Stator 10 b ist direkt im Gehäuse 6 ange­ ordnet, wobei der Elektromotor 10 mittels in Kanälen 11 zirkulierender Kühlflüssigkeit gekühlt wird.

Die Spindel 7 weist eine Werkzeugaufnahme 12 auf, welche z. B. als genormte Steilkegel-Aufnahme ausgebildet ist.

Die Verdrehsicherung bzw. Positionierung in Umfangsrichtung zwischen Werkzeug 13 und Spindel 7 erfolgt über einen Mit­ nehmerflansch und zwei Nuten am Werkzeugschaft, in die ent­ sprechende Mitnehmersteine der Spindel 7 eingreifen.

Das Spannen der Werkzeuge 13 in der Spindel 7 erfolgt mit­ tels einer Schnellspannvorrichtung 14, welche in bekannter Weise mit Federdruck spannt und mit hydraulischem Druck löst.

An dem der Werkzeugaufnahme 12 gegenüberliegenden Ende der Spindel 7 ist eine Druckmedium-Zufuhrvorrichtung 15 a und eine Kühlmittelzuführung 15 b angeordnet. Das Druckmedium wird einem Betätigungskolben der Werkzeug-Schnellspannvor­ richtung 14 zugeführt und das Kühlmittel wird über Bohrun­ gen in der Spindel und im Werkzeug direkt zur Werkzeug­ schneide geleitet.

Die Werkzeugeinrichtung 1 weist auf der Seite der Werkzeug­ aufnahme eine Werkzeugwechselvorrichtung 16 auf, mittels welcher die in einem Magazin gelagerten Werkzeuge 13 auto­ matisch in die Spindel 7 eingesetzt bzw. wieder im Magazin abgelegt werden. Hierfür ist am Werkzeug 13 eine genormte Aufnahmenut 17 angeordnet, in welche ein Greifer 18 eines Schwenkhebels 19 eingreift.

Auf der gleichen Seite ist die Werkzeugeinrichtung 1 mit einer vor den Lagern 9 angeordneten Arretiervorrichtung 20 versehen, mittels welcher die Spindel 7 drehfest mit dem Gehäuse 6 verbindbar ist, wobei gleichzeitig die Spindel 7 axial ohne deren Verschiebung und radial mit dem Gehäuse formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist.

Da die Werkzeugeinrichtung für die Verwendung von festste­ henden Schneidwerkzeugen 13 a, wie z. B. Drehwerkzeuge, Aus­ drehwerkzeuge, Bohrstangen usw. als auch für umlaufende Schneidwerkzeuge 13 b, wie z. B. Fräser, Bohrer, Säge- oder Schleifwerkzeuge ausgebildet ist, ist die steuerbare Arre­ tiervorrichtung 20 beim Einsatz von feststehenden Werkzeu­ gen 13 a erforderlich, damit die hohen Zerspanungskräfte vibrationsfrei auf das Gehäuse übertragbar sind.

Fig. 2 zeigt die Arretiervorrichtung 20 vergrößert im Längsschnitt. Die Arretiervorrichtung 20 weist ein am werkzeugseitigen Ende der Spindel 7 befestigtes, scheiben­ förmiges Teil 21 mit einer Stirnverzahnung 22, ein am Ge­ häuse 6 befestigtes Flanschteil 23 mit einer Stirnverzah­ nung 24 und einen axial verschiebbaren Stirnverzahnungsring 25 auf. Im Flanschteil 23 sind umfangsmäßig verteilt meh­ rere Druckkolben 26 angeordnet, welche bei Beaufschlagung durch ein Druckmedium den Stirnverzahnungsring 25 in die beiden Stirnverzahnungen 22 und 24 drücken, wodurch eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 7 und dem Gehäuse 6 entsteht. Die Stirnverzahnungen sind als sogenannte Hirth-Verzahnungen ausgebildet, deren Zahnquer­ schnitt dreiecksförmig ist und vom äußeren Durchmesser zum inneren Durchmesser hin sich konisch verjüngt. Dadurch ist die Spindel 7 gegenüber dem Gehäuse auch in radialer Rich­ tung formschlüssig und kraftschlüssig fest gehalten.

Durch den radialen Druck der Druckkolben 26 wird eine an der Spindel 7 angeordnete ringförmige Stirnfläche 27 zur festen Anlage an eine entsprechende Stirnfläche 28 des Flanschteiles 23 gebracht, wodurch die Spindel 7 ohne eine nennenswerte Verschiebung kraftschlüssig mit dem Gehäuse 6 verbunden ist, wenn feststehende Werkzeuge 13 a für die Be­ arbeitung eingesetzt werden. Dadurch kommt ein eventuelles axiales Spiel in den Wälzlagern 9 nicht zur Wirkung.

Zwischen dem Stirnverzahnungsring 25 und der Stirnverzah­ nung 24 am Flanschteil 23 sind umfangsmäßig verteilt Druckfedern 23 angeordnet, welche den Stirnverzahnungsring 25 bei druckentlasteten Druckkolben 26 so weit axial zu­ rückschieben, daß die Stirnverzahnungen 22, 24 und 25 au­ ßer Griff kommen. Dadurch ist die Spindel 7 für den Ein­ satz von umlaufenden Werkzeugen 13 b von der starren Verbin­ dung mit dem Gehäuse 6 gelöst.

Die Arretiervorrichtung 20 ist mit einer Programmsteuerung der Werkzeugmaschine wirkverbunden, welche abhängig von den zum Einsatz gelangenden Werkzeugen die Zufuhr des Druckme­ diums zu den Druckkolben 26 entweder öffnet oder schließt.

Die beschriebene Arretiervorrichtung 20 kann auch funktio­ nell gleich bei einem Spindelstock eines Drehbearbeitungs- Zentrums verwendet werden, wobei die Spindel 7 als Dreh­ spindel zur Aufnahme von Halterungen wie z. B. Spannfutter, Zentrierspitzen oer andere Spanneinrichtungen zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken ausgebildet ist.

Für Fräs- bzw. Bohrbearbeitungen an den Werkstücken ist eine feste Arretierung der Drehspindel erforderlich, was ebenfalls mit der zu den Fig. 1 und 2 beschriebenen Einrich­ tung gewährleistet ist.

Bei einem Drehbearbeitungszentrum mit zwei gegenüberliegen­ den Drehspindeln und einer oder mehrerer Werkzeugeinrichtun­ gen gemäß Fig. 1 und 2 können die Teile für die Arretier­ vorrichtung identisch ausgebildet werden, so daß durch die mindestens dreifache Stückzahl pro Maschine eine rationelle Fertigung dieser Teile gegeben ist.

Claims (13)

1. Einrichtung einer Werkzeugmaschine für die wahlweise Bearbeitung jeweils mit einem feststehen­ den Schneidwerkzeug bzw. mit einem umlaufenden Schneid­ werkzeug oder zur Aufnahme von einem Werkstück für eine Bear­ beitung mit einer in einem Gehäuse gelagerten antreibba­ ren Spindel, in welche jeweils in einer Aufnahme ein Werkzeug einsetzbar ist, oder eine Halterung für Werk­ stücke anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (7) mittels einer steuerbaren Arretiervorrich­ tung (20) in einer positionierten Lage verdrehfest mit dem Gehäuse (6) verbindbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (7) mittels der Arretiervorrichtung (20) axial ohne deren Verschiebung und radial mit dem Gehäuse (6) formschlüssig und/oder kraftschlüssig ver­ bindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Arretiervorrichtung (20) jeweils eine an der Spindel (7) und eine am Gehäuse (6) angeordnete Stirnverzahnung (22, 24) aufweist, welche mittels eines axial verschiebbaren Stirnverzahnungs-Ringes (25) dreh­ fest verbindbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnung (22, 24, 25) als Hirth-Verzah­ nung mit von außen nach innen konischen Zähnen ausge­ bildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnverzahnungsring (25) mittels mehreren im Gehäuse (6) umfangsmäßig verteil­ ten und durch ein Druckmedium beaufschlagbarem Druck­ kolben (26) gegen die Stirnverzahnungen (22, 24) der Spindel (7) und des Gehäuses (6) drückbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnverzahnungsring (25) gegen den Druck von umfangsmäßig verteilt angeordneten Druckfedern (29) verschiebbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spindelseitige Stirnverzahnung (22) am werkzeugseitigen Ende der Spindel (7) angeord­ net ist und die gehäuseseitige Stirnverzahnung (24) mit einem radialen Spalt um die spindelseitige Stirnverzah­ nung (22) am Gehäuse (6) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (20) über Steuerelemente mit einer Programmsteuerung für die Werkzeugmaschine wirkverbunden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß direkt auf der Spindel (7) der Rotor (10 a) eines Elektromotors (10) angeordnet ist, wobei der im Gehäuse (6) angeordnete Stator (10 b) mit­ tels eines flüssigen Kühlmittels kühlbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Werkzeugaufnahme (12) gegenüberliegenden Ende der Spindel (7) eine Druck­ medium- (15 a) und eine Kühlmittelzufuhrvorrichtung (15 b) angeordnet ist, wobei das Druckmedium zu einem Betätigungskolben einer Werkzeug-Schnellspannvorrichtung (14) und das Kühmittel über Bohrungen in der Spindel (7) und im Werkzeug direkt der Werkzeugschneide zuleit­ bar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Schneidwerkzeuge (13 a) als auch die umlaufenden Schneidwerkzeuge (13 b) mittels der gleichen Einzugsvorrichtung (14) mit der Spindel (7) fest verbindbar sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugeinrichtung (1) um eine zur Drehachse (8) der Spindel (7) senkrecht ver­ laufende Achse (3) schwenkbar ist, in mindestens drei um 90° zueinander versetzten Stellungen formschlüssig und/oder reibschlüssig arretierbar ist und in einem Schwenkbereich von mindestens 180° in jeder beliebigen Stellung kraftschlüssig arretierbar ist.

13. Verwendung der Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 bei einer Drehmaschine mit zwei gegenüberliegen­ den Drehspindeln und einer Werkzeugspindel, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Spindeln funktionell gleich mit der steuerbaren Arretiervorrichtung (20) ausgebildet sind.