DE3913626A1 - Spannvorrichtung fuer schaftwerkzeuge und zugehoeriges werkzeug - Google Patents
Spannvorrichtung fuer schaftwerkzeuge und zugehoeriges werkzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Schaft
werkzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie ein daran angepaßtes Schaftwerkzeug gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 26.
Es sind verschiedene Methoden zum Spannen von Schaftwerk
zeugen bekannt, von denen die wichtigsten auch Eingang in
die Normung gefunden haben. Eine Möglichkeit besteht
darin, einen zylindrischen Werkzeugschaft mit einer Spann
zange zu spannen. Mit dieser Methode können zwar gute
Rundlaufeigenschaften des Werkzeugs realisiert werden; es
hat sich jedoch gezeigt, daß in manchen Fällen das damit
übertragbare Drehmoment nicht mehr ausreicht, um an die
Leistungsgrenze des Werkzeugs zu gehen.
Es ist auch üblich, zwischen Werkzeug und Aufnahme Morse
kegelverbindungen vorzusehen, was jedoch den Nachteil der
begrenzten Automatisierbarkeit mit sich bringt.
In Fertigungsbereichen mit automatisiertem Werkzeugwechsel
werden deshalb zunehmend sog. NC-Aufnahmen nach DIN 1835
Form A, B oder E eingesetzt, bei denen die Spannung des
Werkzeugs über eine seitliche Spannschraube erfolgt, mit
der darüber hinaus eine axiale Positionierung des Werk
zeugs und die Drehmomentübertragung bewerkstelligt wird.
Dieses Spannprinzip benötigt eine zylindrische Passung
zwischen Werkzeugschaft und Aufnahme, damit die axiale
Positionierung zwängungsfrei mittels der zumindest einen
radialen Spannschraube vorgenommen werden kenn.
Es ist zwar zwischenzeitlich möglich, derartige Zylinder
passungen mit einer solchen Präzision auszuführen, daß
sich die Toleranzen im Bereich üblicher Rundlaufabwei
chungen der Werkzeuge bewegen. Die Entwicklung der Ferti
gungstechnik geht allerdings dahin, auf seiten des Schaft
werkzeugs sehr kleine Rundlaufabweichungen vorzuschreiben.
Es gelingt zwischenzeitlich, Hartmetall-Schaftwerkzeuge
mit Rundlaufabweichungen im Bereich von 2 µm herzustel
len. Diese Präzisionsfertigung auf seiten des Werkzeugs
wird allerdings mit einer herkömmlichen Spanntechnik nach
DIN 1835 Form A, B oder E wieder teilweise zunichte ge
macht, indem der Schaft um das Toleranzmaß der Zylinder
flächenpassung bei dem Spannvorgang aus der Mitte versetzt
wird.
Eine hochpräzise zentrierende Spanneinrichtung ist aus der
DE-PS 30 46 094 bzw. aus der DE-OS 36 31 445 bekannt.
Derartige hydraulische Dehn-Spannelemente werden sowohl
für die zentrische Innen- als auch Außenspannung von Werk
zeugen und Werkstücken verwendet. Dabei wird die Passungs
fläche zwischen der Aufnahme und dem zu spannenden Teil
von einer Dehnhülse gebildet, die mit einem geschlossenen
Hydrauliksystem in Strömungsmittelverbindung steht. Das
Aufspannen des Teils erfolgt dadurch, daß das Hydraulik
system mittels eines Druckkolbens, der beispielsweise von
Hand oder auch maschinell bewegbar ist, unter Druck ge
setzt wird, wodurch sich die Dehnhülse oder Dehnbüchse
elastisch aufweitet oder zusammenzieht, um über die ge
samte Spannlänge eine zentrisch wirkende Spannkraft in der
Größenordnung bis zu 500 N/cm2 zu erzeugen. Mit dieser
Spanntechnik können Rundlaufgenauigkeiten im Bereich
zwischen 1 und 3 µm erzielt werden. Es hat sich aller
dings gezeigt, daß derartige Rundlaufgenauigkeiten dann
schwer einzuhalten sind, wenn Schaftwerkzeuge gespannt
werden sollen, auf die erhebliche radiale Schnittkraftkom
ponenten einwirken, wie dies beispielsweise bei Fräswerk
zeugen bzw. Bohrnutenfräsern der Fall ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge, insbesondere für
rundlaufende Werkzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1 zu schaffen, mit der auch bei Werkzeugen, auf
die eine erhebliche radiale Schnittkraftkomponente ein
wirkt, die Rundlaufgenauigkeit sehr klein gehalten werden
kann, wobei nach wie vor hohe Drehmomente übertragbar sein
sollen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein
an diese Spannvorrichtung angepaßtes Schaftwerkzeug zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Spannvorrichtung durch
die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angege
benen Merkmale und hinsichtlich des Schaftwerkzeugs durch
die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 26 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit eröffnet, eine räum
liche Trennung eines reinen Zentrierbereichs von demjeni
gen Bereich vorzunehmen, in dem das Drehmoment übertragen
wird. Die hierfür vorgesehene Mitnehmerscheibe sorgt ins
besondere in der Ausführung mit einer von der Kreisform
abweichenden Außenkontur gemäß Patentanspruch 2 - wie sie
für größere Werkzeugdurchmesser von Vorteil ist - für eine
formflüssige Mitnahme zwischen Aufnahme und Werkzeug,
wobei der Mitnehmerscheibe die weitere Aufgabe übertragen
wird, für eine axiale Verspannung zwischen Werkzeug und
Aufnahme zu sorgen. Hierbei kommt eine Planflächenpaarung
zwischen Aufnahme und Mitnehmerscheibe zur Anwendung, die
ein Höchstmaß an Achsausrichtgenauigkeit garantiert. Beim
eigentlichen Spannvorgang mittels des Spannteils werden
keine unsymmetrisch wirkenden Radialkräfte auf den Werk
zeugschaft übertragen, wodurch die Rundlaufgenauigkeit des
Werkzeugs selbst bei Verwendung einer gewöhnlichen Zylin
derflächenpaarung zwischen Schaft und Aufnahme im Ver
gleich zur Spannvorrichtung nach DIN 1835 angehoben werden
kann. Die übertragbaren Drehmomente werden darüber hinaus
größer, da die hierfür entscheidenden Funktionsflächen
radial weiter nach außen verlagert werden können, als dies
bislang der Fall ist. Dabei hat sich gezeigt, daß für
kleine Werkzeugdurchmesser bereits der Planflächenkontakt
so groß gehalten werden kann, daß die Umfangskräfte zuver
lässig übertragen werden können, insbesondere wenn durch
geeignete Behandlung entweder der Planflächenkontaktbe
reiche und/oder der Zentrierflächenbereiche eine Anhebung
des Reibungskoeffizienten zwischen den Passungsflächen erfolgt.
Eine zusätzliche Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit
ergibt sich mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 21.
Unter Zuhilfenahme eines hydraulischen Dehnspannelements
im Bereich der Zentrierausnehmung kann nach dem Einführen
der Mitnehmerscheibe durch die Durchtrittsöffnung des
Spannteils zunächst ein formschlüssiger Anlagekontakt
zwischen Außenumfangsabschnitten der Mitnehmerscheibe und
entsprechenden Gegenflächen eines mit der Aufnahme mitdre
henden Teils gesorgt werden. Durch Betätigung des hydrau
lischen Dehnspannelements wird das Werkzeug exakt achsmit
tig ausgerichtet, wobei Rundlaufgenauigkeiten zwischen 1
und 3 µm im Bereich des Schafts erzielbar sind. Schließ
lich wird der Spannvorgang dadurch abgeschlossen, daß das
Spannteil mit seinem zumindest einen Schulterabschnitt
gegen die Mitnehmerscheibe gedrückt wird, wodurch letztere
mit zunehmender Kraft gegen die Planfläche gepreßt wird.
Der Flächenpressungskontakt zwischen Mitnehmerscheibe und
Planfläche nimmt dabei zu, insbesondere dann, wenn die Kon
taktflächen über den Umfang gleichmäßig, beispielsweise
auf drei Bereiche verteilt sind, die auf das Werkzeug
einwirkenden radialen Schnittkräfte zuverlässig auf, so
daß die elastische und umlaufende Verformung, d. h. die
Walkverformung der Dehnbüchse selbst bei Einwirkung rela
tiv großer radialer Schnittkräfte nicht mehr auftritt.
Eine besonders einfache und schnelle Bedienung der Spann
vorrichtung ergibt sich mit der Weiterbildung gemäß Pa
tentanspruch 3. Auf diese Weise entsteht eine Art
Bajonettverschluß-Verbindung zwischen Spannteil und Mit
nehmerscheibe. Hierbei kann durch eine einfache Relativ-
Drehbewegung zwischen Ringkörper und Werkzeug eine Lage-
Grobpositionierung für die Einleitung des eigentlichen
Spannvorgangs vorgenommen werden.
Grundsätzlich kann die Mitnahme in Drehrichtung über den
Ringkörper oder über die Aufnahme selbst erfolgen, wobei
in letzterem Falle entsprechende Ausnehmungen im Bereich
der Planfläche vorgesehen sein müßten. Aus fertigungstech
nischen Gründen ist es deshalb von Vorteil, die Spann
vorrichtung gemäß Patentansprüche 3 bis 5 weiterzubilden
und den zumindest einen Schulterabschnitt im Ringkörper
hinter der Durchtrittsöffnung vorzusehen.
Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 6 sorgt für eine
verbesserte Einleitung der Umfangskräfte auf das Werkzeug.
Es hat sich gezeigt, daß mit drei im gleichen Winkelab
stand zueinander stehenden Planverspannungsabschnitten
eine genügend große Kontaktfläche zwischen Mitnehmer
scheibe und Planfläche bereitgestellt wird, um die auf das
Werkzeug einwirkenden Radialkräfte zuverlässig abzufangen.
Bevorzugterweise erfolgt die Einleitung der axialen Spann
kraft gemäß Patentanspruch 10 über einen Spannring, der in
axialer Richtung antreibbar ist. Um hochbeanspruchte und
relativ zueinander bewegte Kontaktflächen zu vermeiden,
ist es vorteilhaft, das Spannteil ebenso wie den Spannring
in axialer Richtung zu führen, d. h. verdrehsicher an der
Aufnahme zu halten, was in vorteilhafter Weise mit den
Maßnahmen gemäß Patentanspruch 13 geschieht. Die axiale
Bewegung erfolgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
über einen Stellring gemäß Patentanspruch 16. Mit dieser
Weiterbildung gelingt es, eine große Weg- und Kraftüber
setzung zwischen Stellring einerseits und Spannring
andererseits bereitzustellen. Diese Weiterbildung gestat
tet es, hohe Anpreßkräfte zwischen Mitnehmerscheibe und
Planfläche selbst dann bereitzustellen, wenn zwischen
Werkzeugschaft und Zentrierausnehmung bereits große Kon
taktkräfte herrschen, was beispielsweise bei Verwendung
einer konischen Passungsflächenpaarung oder bei Anwendung
von Dehnspannelementen im Bereich der Zentrierausnehmung
der Fall ist.
Je nach Gestaltung der Aufnahme kann es von Vorteil sein,
die beiden Gewindeabschnitte unterschiedlicher Steigung
axial oder radial zueinander zu versetzen.
Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 19 sorgt dafür, daß
die Anpreßkraft biegemomentenfrei in die Mitnehmerscheibe
eingeleitet wird, so daß sich Herstellungstoleranzen im
Bereich des Spannteils und des Spannrings nicht negativ
auf die Rundlaufgenauigkeit auswirken.
In vorteilhafter Weise trägt das Schaftwerkzeug zwischen
Schneidteil und Mitnehmerscheibe zusätzlich eine Dicht
scheibe, die gemäß Patentanspruch 23 mit einer Kreisöff
nung des Spannrings derart zusammenwirkt, daß die Pas
sungsflächen der Spannvorrichtung vor Verschmutzung ge
schützt sind.
Durch die erfindungsgemäße Trennung zwischen Zentrierfunk
tion einerseits und Drehmomentübertragungsfunktion ande
rerseits gelingt es, die Schaftlänge des Werkzeugs auf ein
Maß von etwa 0,2×D herabzusetzen, wobei D den Schaft
durchmesser bezeichnet. Es hat sich gezeigt, daß insbeson
dere durch die Kraftübersetzung bei Verwendung eines Dif
ferentialgewindestellrings gemäß Patentanspruch 16 so
große Axial-Spannkräfte erzeugt werden können, daß die
sich noch im Bereich der Zentrierausnehmung ergebenden
Radialkräfte klein genug gehalten sind, um die Rundlaufge
nauigkeit dadurch nicht zu beeinträchtigen.
Die Weiterbildung des Schaftwerkzeugs gemäß Patentanspruch
32 hat den zusätzlichen Vorteil, daß der Dichtscheibe die
weitere Funktion übertragen werden kann, Auswuchtschrauben
aufzunehmen, die radial verstellbar sind, um das Werkzeug
optimal auszuwuchten.
Zur dreh- und verschiebesicheren Befestigung der Mitneh
merscheibe am Werkzeug sind verschiedene Methoden anwend
bar. So kann es beispielsweise bei Werkzeugen aus Schnell
arbeitsstahl vorzuziehen sein, die Mitnehmerscheibe
und/oder die Dichtscheibe einstückig mit dem Schaft aus
zubilden. Bei Verwendung von teureren Materialien sind
Verbindungstechniken, wie z. B. Schrumpfverbindungstech
niken oder Lötverbindungstechniken vorzuziehen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der
übrigen Unteransprüche. Nachstehend werden anhand schema
tischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Er
findung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenan
sicht einer ersten Ausführungsform der Spann
vorrichtung mit zugehörigem Schaftwerkzeug;
Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß III in Fig. 1;
Fig. 4 einen Teilschnitt gemäß IV in Fig. 2;
Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht des
Schaftwerkzeugs zur Verwendung mit einer Spann
vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4;
Fig. 5A einen Schnitt gemäß VA-VA in Fig. 5;
Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Seitenansicht einer
weiteren Ausführungsform der Spannvorrichtung;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs
form des Schaftwerkzeugs;
Fig. 8 einen Schnitt gemäß VIII-VIII in Fig. 7;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs
form der Spannvorrichtung mit eingespanntem
Schaftwerkzeug; und
Fig. 10 in verkleinertem Maßstab eine Schnittansicht
gemäß X-X in Fig. 9.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Werkzeugaufnah
me für den zentrierenden Anschluß eines rundlaufenden
Schaftwerkzeugs 4 bezeichnet, das beispielsweise als Nu
tenfräser ausgebildet ist. Mit 6 ist das eigentliche
Schneidteil und mit 8 der Werkzeugschaft bezeichnet.
Dieser ist in einer Zentrierausnehmung 10 aufgenommen, die
von einer Dehnbüchse 12 eines nachfolgend näher zu be
schreibenden Dehnspannelements gebildet ist. Zwischen dem
Werkzeugschaft 8 und der Dehnspannbüchse oder -hülse 12
ist eine Zylinderflächenpassung vorgesehen.
Mit 14 ist ein Kupplungsansatz der Aufnahme 2 zum Anschluß
an einem weiteren Werkzeugsystemmodul oder an eine Grund
aufnahme bezeichnet, wobei ein Zentrierfortsatz mit 16
beziffert ist. Im Bereich des Kupplungsansatzes 14 sind
drei im Winkelabstand von jeweils 120° angeordnete
Schrauben 18 eingeschraubt, die jeweils einen kegelförmi
gen Schraubenkopf für das Zusammenwirken mit einem Pendel
zapfen haben, der am anderen Werkzeugsystemmodul axialfest
gehalten ist, wie dies beispielsweise im deutschen Patent
37 15 659 beschrieben ist.
An die Zentrierausnehmung 10 schließt sich eine Planfläche
20 mit hoher Planschlaggenauigkeit bezüglich der Achse 22
an, gegen die eine Mitnehmerscheibe 30 drückbar ist, wel
che dreh- und axialfest mit dem Werkzeugschaft 8 verbunden
ist. Um die axiale Verspannungskraft auf die Mitnehmer
scheibe 30 aufzubringen, ist ein Ringkörper 24 vorgesehen,
der - wie im einzelnen aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich -
über drei im Umfangsabstand von 120° zueinander stehende
Führungsstifte 26, die in den Aufnahmekörper 28 geschraubt
sind, verdrehsicher an der Aufnahme 2 gehalten ist. Man
erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 2 bis 4, daß sich
die Führungsstifte 26 mit Spiel durch entsprechende
zylindrische Ausnehmungen 32 im Ringkörper 24 erstrecken.
Jeder Führungsstift 26 ist im Bereich einer Senkung 34 von
einer Druckfeder 36 umgeben, mit der auf den Ringkörper 24
eine axiale Vorspannkraft 26 übertragen werden kann.
Der Ringkörper 24 stützt sich auf der der Planfläche 20
abgewandten Seite an einem Spannring 40 ab, der zur Beauf
schlagung des Ringkörpers 24 eine Konusfläche 42 aufweist,
die gegen eine ballige Stützfläche 38, die vorzugsweise
von einem Kugeloberflächensegment gebildet ist, drückt.
Der Spannring 40 hat darüber hinaus einen axialen Gewinde
fortsatz 44, der in Funktionseingriff mit einem ersten
Gewinde 52 eines Stellrings 50 steht. Axial zum ersten
Gewinde 52 versetzt, weist der Stellring 50 ein zweites
Gewinde 54 auf, das gleichsinnig zum ersten Gewinde, je
doch mit unterschiedlicher Steigung ausgebildet ist. Der
Stellring ist somit als Differentialgewinde-Stellring
ausgebildet, der mit seinem zweiten Gewinde 54 in Funk
tionseingriff mit einem Stützgewinde 56 am Aufnahmekörper
28 steht. Durch Betätigung des Stellrings 50 ergibt sich
somit eine axiale, mittels des Steigungsunterschiedes der
beiden Gewinde 52 und 54 untersetzte Bewegung des Spann
rings 40, über den die axiale Anpreßkraft auf die Mitneh
merscheibe 30 übertragen werden soll.
Zu diesem Zweck weist der Spannring 40 drei in gleichmäßi
gem Umfangsabstand zueinander stehende Schulterabschnitte
60 auf, die sich hinter einer Durchtrittsöffnung 62 des
Ringkörpers 24 befinden. Die Schulterabschnitte 60 sind
von Freisparungen 64 gebildet, die sich jeweils um einen
vorbestimmten Zentriwinkel R (siehe Fig. 3) von bei
spielsweise 60° in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils
eine Anschlagfläche 66 für einen entsprechend gestalteten
Außenflächenabschnitt 68 der Mitnehmerscheibe 30 ausbil
den.
Man erkennt aus den Darstellungen gemäß Fig. 1 bis 4, daß
diese Außenkontaktabschnitte 68 von ebenen Flächen gebil
det sind, die von Kreiszylinder-Mantelflächenabschnitten
70 überbrückt sind. Anders ausgedrückt wird die Mitnehmer
scheibe 30 von einer Kreiszylinderscheibe gebildet, von
der in gleichmäßigem Umfangsabstand von 120° drei kon
gruente Kreissegmente 69 abgetragen sind. Die Mantelflä
chenabschnitte 70 begrenzen sämtliche Planverspannungsab
schnitte.
Dementsprechend ist die Durchtrittsöffnung 62 des Ringkör
pers 24 im wesentlichen dreieckförmig gestaltet, so daß
das Werkzeug 4 im montierten Zustand des Spannrings 40 in
der mit strichpunktierter Linie in Fig. 3 dargestellten
Ausrichtung der Mitnehmerscheibe 30 in die Werkzeugaufnah
me 2 eingeführt werden kann, bis es gegen die Planfläche
20 der Werkzeugaufnahme 2 schlägt. Im gelösten Zustand des
Stellrings 50 wird unter Einwirkung der Druckfedern 36 der
Axialabstand zwischen der Planfläche 20 und dem Grund der
Freisparungen 64 geringfügig größer gehalten als die
axiale Dicke D A der Mitnehmerscheibe 30 (siehe Fig. 5), so
daß bei vollständig eingeführtem Werkzeug eine Verdrehung
um den Zentriwinkel R gemäß Fig. 3 möglich ist. Dabei
wird der Ringkörper in der Weise ausgewählt, daß er an die
Schneidrichtung des Werkzeugs - ob rechte- oder links
schneidend - angepaßt ist.
In dieser Verdrehstellung, in der an drei Flächen 66 eine
Einleitung von Umfangskräften vom Ringkörper auf das Werk
zeug gewährleistet ist, ist das Schaftwerkzeug bereits in
axialer Richtung ausreichend gesichert. In diesem Montage
zustand wird die Zentrierung über das Dehnspannsystem
vorgenommen.Zu diesem Zweck wird das Hydrauliköl in einer
radial außerhalb der Dehnhülse 12 vorgesehenen Druckkammer
mittels eines Druckkolbens 72, der vorzugsweise von einer
Schraube 74 betätigt wird, unter Druck gesetzt, wodurch
der zylindrische Schaft 8 mit äußerst hoher Rundlaufge
nauigkeit bezüglich der Achse 22 ausgerichtet wird.
Anschließend wird der Stellring 50 gedreht, wodurch der
Spannring 40 bei axialer Führung über die Führungsstifte
26 in Axialrichtung auf die Mitnehmerscheibe 30 zu bewegt
wird. Es wird somit eine zunehmend große axiale Andruck
kraft auf den Ringkörper 24 übertragen, der sich mit den
Ausnehmungs-Grundflächen gegen die rückseitigen Druck
flächen 76 der Mitnehmerscheibe 30 anlegt. Die auf Präzi
sion geschliffene Planfläche 78 auf der anderen Seite der
Mitnehmerscheibe 30 gelangt damit in zunehmend festen
Passungskontakt mit der Planfläche 20 der Werkzeugaufnahme
2, wobei durch geeignete Übersetzung, die durch Abstimmung
der beiden Gewinde 52 und 54 bereitgestellt werden kann,
die Axialkraft so groß gehalten werden kann, daß selbst
große Passungs-Kontaktkräfte im Bereich der Zentrieraus
nehmung noch überwunden werden können. Auf diese Weise ist
es sogar möglich, im Bereich der Zentrierausnehmung mit
einer Kegelpassung zu arbeiten.
Um zu verhindern, daß durch die Krafteinleitung über den
Ringkörper 24 herstellungstoleranzbedingte Biegemomente
auf das Schaftwerkzeug eingeleitet werden, kann sich der
Ringkörper 24 aufgrund seiner sphärischen Kontaktfläche 42
verspannungsfrei zur Ebene der Druckflächen 76 ausrichten,
was durch das Spiel der Führungsstifte 26 unterstützt
wird.
Um die Funktionsflächen zwischen Werkzeug und Werkzeugauf
nahme vor Verunreinigungen zu schützen, trägt der Werk
zeugschaft 8 neben der Mitnehmerscheibe 30 auf der dem
Schneidteil 6 zugewandten Seite eine Dichtscheibe 80, für
die im Spannring 40 eine entsprechende Kreisausnehmung 82
vorgesehen ist. Die Dichtscheibe 80 deckt dabei die Mit
nehmerscheibe 30 in Axialrichtung ab.
Wie in den Fig. 5 und 5A ist in vergrößertem Maßstab das
Schaftwerkzeug 4 gemäß Fig. 1 separat dargestellt. Man
erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 5, daß das Verhält
nis der Schaftlänge L zum Schaftdurchmesser D etwa im
Bereich von 1:1 liegt. Dieses Verhältnis kann durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen auf seiten der Spannvorrich
tung auf 0,2:1 reduziert werden.
Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 kann
anstatt der Zylinder-Zentrierpassung auch eine Konusflä
chenpassung Anwendung finden, wobei in diesem Fall eine
Ausstoßeinrichtung nach dem Lösen der Spannvorrichtung von
Vorteil sein kann.
In den Fig. 7 und 8 ist eine Variante des Schaftwerkzeugs
dargestellt. Im Bereich des Schneidteils und des Schafts
stimmt diese Ausführungsform mit der vorstehend beschrie
benen Ausführungsform vollkommen überein. Anstelle der
Dichtscheibe 80 der Fig. 1 bis 5 ist eine Dichtscheibe 180
vorgesehen, die eine größere axiale Breite hat. In dieser
Dichtscheibe 180 sind mehrere, in gleichmäßigem Umfangsab
stand zueinander angeordnete Radial-Gewindebohrungen 184
vorhanden, in die nicht näher dargestellte Auswuchtschrau
ben schraubbar sind. Über diese Auswuchtschrauben können
Restunwuchten des Schaftwerkzeugs beseitigt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des
Schaftwerkzeugs ist eine einstückige Verbindung zwischen
Werkzeugschaft 8 und Mitnehmerscheibe 30 bzw. Dichtscheibe
80, 180 vorgesehen. An die Stelle dieser Ausbildung kann
jedoch auch eine Verbindungstechnik treten, beispielsweise
eine Lötverbindung oder eine Schrumpfverbindung, was inbe
sondere dann von Vorteil ist, wenn für das Schneidteil 6
hochwertigere Werkstoffe, wie z. B. Vollhartmetall, einge
setzt werden.
Die vorstehend beschriebene Spannvorrichtung eignet sich
für jede Form von Aufnahmen, von denen eine weitere
Variante in Fig. 6 dargestellt ist. Im Bereich der Spann
vorrichtung und des Schaftwerkzeugs entspricht diese Aus
führungsform diejenigen gemäß Fig. 1 bis 5. An den Aufnah
mekörper 28 schließt sich allerdings gemäß dieser Variante
über eine Greiferrille 90 ein Steilkegel 92 an, der in
einer entsprechend gestalteten Aufnahme fixiert werden
kann.
Eine weitere Ausführungsform der Spannvorrichtung ist in
den Fig. 9 und 10 gezeigt. Hinsichtlich des Schaftwerk
zeugs und des Ringkörpers 24 unterscheidet sich diese
Ausführungsform nicht von derjenigen gemäß Fig. 1 bis 5,
so daß identische Bezugszeichen verwendet worden sind.
Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 ist
jedoch der Spannring 240 gestaltet, der einen Gewindefort
satz 244 mit Innengewinde hat. Auf der Außenseite wird der
Gewindefortsatz 244 von einem Stellabschnitt 248 eines
Stellrings 250 übergriffen, der über einen Radialsteg 251
mit dem eigentlichen Gewinderingabschnitt 253 mit den
ersten und zweiten Gewinden 252 und 254 verbunden ist. Das
erste Gewinde 252 ist dabei als Außengewinde und das
zweite Gewinde 254 als gelichsinniges Innengewinde unter
schiedlicher Steigung ausgebildet, das mit dem Außen-
Stützgewinde 256 in Eingriff steht. Abweichend von der
Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 sind somit bei dieser
Ausgestaltung die Gewinde 252 und 254 in radialer Richtung
gestaffelt, wodurch die Kraftübersetzung mit kleinerem
axialen Bauraum bewerkstelligt werden kann. Auf diese
Weise kann der axial dahinterliegende Bereich des Aufnah
mekörpers 228 optimal zur Versorgung und Betätigung eines
Dehnspannfuttereinsatzes 212 genutzt und optimiert werden,
der in diesem Fall auch die Planfläche 220 ausbildet.
In Fig. 10 ist im einzelnen dargestellt, wie der Druckraum
213 des Dehnspannfuttereinsatzes 212 mit Hydraulikfluid
beaufschlagt wird, um die zentrierende Spannung des Werk
zeugschaftes 8 vorzunehmen. Zu diesem Zweck sind zwei
radiale Ölkanäle 294 in den Aufnahmekörper 228 einge
bracht, die sich durch den Dehnspannfuttereinsatz 212 bis
in den Druckraum 213 erstrecken. Nach außen sind die
beiden Bohrungen 294 mittels einer Dichtschraube 295 abge
dichtet. Von den Bohrungen 294 zweigen zwei Stichkanäle
296 ab, die jeweils in einen Druckraum 297 münden, der von
einem Kolben 298 bzw. 299 begrenzt ist. Jeder dieser
beiden Kolben 298 und 299 ist mittels einer Schraube
antreibbar. Einer der beiden Kolben 298, 299 fungiert als
Einstellkolben, wohingegen der andere der beiden Kolben
als eigentlicher Spanndruckkolben arbeitet, über den bei
Betätigung die zentrierende Spannung des Werkzeugschafts
eingeleitet wird.
Es ist klar, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungs
formen in mehrfacher Hinsicht abgewandelt werden können,
ohne dadurch den Grundgedanken vorliegender Erfindung zu
verlassen. So ist es beispielsweise möglich, im Bereich
einer jeden Freisparung 64 mit zwei Anschlagflächen zu
arbeiten, die sich auf unterschiedlichen Seiten der Ein
führungsstellung der Mitnehmerscheibe befinden. Mit dieser
Ausgestaltung kann ein und derselbe Ringkörper für rechts-
und linkslaufende Werkzeuge Anwendung finden, wobei ledig
lich die Drehrichtung um den Zentriwinkel R dem Drehsinn
des Werkzeugs angepaßt werden muß.
Es ist ferner möglich, die formschlüssige Mitnahme in
Umfangsrichtung nicht über den Ringkörper, sondern über
entsprechend gestaltete Ausnehmungen in der Planfläche des
Aufnahmekörpers zu bewerkstelligen.
Schließlich ist es möglich, mit konischen Zentrierpas
sungsflächen zwischen Schaft und Aufnahme zu arbeiten,
wobei auch in diesem Fall die Dehnspanntechnik Anwendung
finden kann.
Die Erfindung schafft somit eine Spannvorrichtung für
Schaftwerkzeuge, insbesondere für rundlaufende Werkzeuge,
mit einer in einer Aufnahme vorgesehenen Zentrierausneh
mung für den Schaft und einer zwischen Aufnahme und Schaft
geschalteten Mitnehmereinrichtung. Die Aufnahme weist auf
der dem Werkzeug zugewandten Seite eine Planfläche auf,
gegen die eine mit dem Werkzeug dreh- und verschiebefest
verbundene Mitnehmerscheibe mit einer von der Kreisform
abweichenden Außenkontur drückbar ist. Dabei wird ein sich
an der Aufnahme abstützendes Spannteil mit einer Durch
trittsöffnung für die Mitnehmerscheibe über zumindest
einen Schulterabschnitt in Anlagekontakt mit der Mitneh
merscheibe gebracht. Mit dieser Spannvorrichtung gelingt
es insbesondere dann, wenn im Bereich der Zentrieraus
nehmung mit einer Dehnspannhülse gearbeitet wird, Rund
laufgenauigkeiten des Werkzeugs extrem klein zu halten.
Claims (34)
1. Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge, insbesondere
für rundlaufende Werkzeuge, mit einer in einer Aufnahme
vorgesehenen Zentrierausnehmung für den Schaft und einer
zwischen Aufnahme und Schaft geschalteten Mitnehmerein
richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (2, 28;
228) auf der dem Werkzeug (6) zugewandten Seite eine
Planfläche (20; 220) aufweist, gegen die eine mit dem
Werkzeug dreh- und verschiebefest verbundene Mitnehmer
scheibe (30) drückbar ist, indem ein sich an der Aufnahme
(2) abstützendes Spannteil (24) mit einer Durchtrittsöff
nung (62) für das Werkzeug über zumindest einen Schulter
abschnitt (60) in Anlagekontakt mit der Mitnehmerscheibe
(30) gebracht wird.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) eine von der
Kreisform abweichende Außenkontur (68, 70) hat und das
Spannteil (24) mit einer Durchtrittsöffnung (62) für die
Mitnehmerscheibe versehen ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Spannteil von einem Ringkörper (24)
gebildet ist, der eine der Außenkontur der Mitnehmer
scheibe (30) im wesentlichen entsprechende Durchtritts
öffnung (62) hat, hinter der sich der zumindest eine
Schulterabschnitt (60) befindet.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zumindest eine Schulterabschnitt (60)
von einer sich in Umfangsrichtung um einen vorbestimmten
Winkel (R) erstreckenden Ausnehmung (64) gebildet ist.
5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausnehmung (64) in zumindest einer Um
fangsrichtung von einer Anschlagfläche (66) für einen
Außenflächenabschnitt (68) der Mitnehmerscheibe (30) be
grenzt ist.
6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anschlagfläche (66) von einer ebenen
Fläche gebildet ist, die in flächigen Kontakt mit einer
Gegenfläche (68) auf seiten der Mitnehmerscheibe bringbar
ist.
7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) drei
im gleichen Winkelabstand zueinander stehende Planverspan
nungsabschnitte aufweist.
8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mitnehmerscheibe im wesentlichen die
Form eines gleichseitigen Dreiecks mit gerundeten Ecken
hat.
9. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) aus einer Kreis
scheibe gebildet ist, von der in gleichmäßigem Umfangsab
stand drei kongruente Kreissegmente (69) abgetragen sind.
10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (24) von einem
Spannring (40; 240) auf der dem Werkzeug (6) zugewandten
Seite übergriffen ist, der einen Gewindefortsatz (44; 244)
hat, über den er in axialer Richtung antreibbar ist.
11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Spannteil (24) verdrehsicher in der
Aufnahme (2) gehalten ist.
12. Spannvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240) verdrehsicher
mit der Aufnahme (2; 228) verbunden ist.
13. Spannvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß zur verdrehsicheren Befestigung zumin
dest ein in die Aufnahme (28, 228) geschraubter Mitnehmer
stift (26) vorgesehen ist, der mit Spiel durch eine Aus
nehmung (32) im Spannteil (24) bzw. im Spannring (40; 240)
verläuft.
14. Spannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß mehrere Mitnehmerstifte (26) über den Umfang
gleichmäßig verteilt sind, und daß eine Federeinrichtung
(36) vorgesehen ist, mit der das Spannteil (24) von der
Aufnahme (2) weg vorgespannt ist.
15. Spannvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Federeinrichtung von Schraubenfedern
(36) gebildet ist, die sich im Bereich der Mitnehmerstifte
(26) einerseits an der Aufnahme (28; 228) und andererseits
am Spannkörper (24) abstützen.
16. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindefortsatz (44;
244) mit einem ersten Gewindeabschnitt (52; 252) eines
Stellrings (50; 250) zusammenwirkt, der mit einem zweiten,
gleichsinnigen Gewindeabschnitt (54; 254) unterschied
licher Steigung in Eingriff mit einem Stützgewinde (56;
256) der Aufnahme (28; 228) steht.
17. Spannvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beiden Gewindeabschnitte (52, 54) axial
versetzt sind.
18. Spannvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Gewindeabschnitte (252,
254) radial versetzt sind.
19. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
18, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240)
eine kegelförmige Kontaktfläche (42) aufweist, über die er
in Anlagekontakt mit einer balligen, vorzugsweise sphä
rischen Gegenfläche (38) auf seiten des Spannteils (24)
bringbar ist.
20. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
19, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240)
auf der dem Werkzeug (6) zugewandten Seite eine Kreisöff
nung (82) hat, deren Durchmesser das Einsetzen der Mitneh
merscheibe (30) erlaubt.
21. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierausnehmung (10)
von einem hydraulischen Dehnspannelement (12; 212) gebil
det ist, das vorzugsweise in die Aufnahme (228) eingesetzt
ist.
22. Spannvorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet
durch einen in der Aufnahme (228) aufgenommenen Einstell
kolben (298), und einen Druckkolben (299), der vorzugs
weise punktsymmetrisch zum Einstellkolben (298) angeordnet
ist.
23. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis
22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisöffnung (82) mit
einer am Werkzeug (4) befestigten Dichtscheibe (80; 180)
zusammenwirkt.
24. Spannvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dichtscheibe (180) mehrere in gleich
mäßigem Winkelabstand zueinander stehende Radialgewinde
bohrungen (184) zur Aufnahme von Auswuchtschrauben auf
weist.
25. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierausnehmung (10)
eine axiale Länge L Z im Bereich zwischen 0,2×D und
10×D hat, wobei D den Schaftdurchmesser bezeichnet.
26. Schaftwerkzeug, inbesondere für eine Spannvorrich
tung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit einem rota
tionssymmetrischen Schaft zur Aufnahme in einer Zentrier
ausnehmung einer Aufnahme, gekennzeichnet durch eine
zwischen Schaft (8) und Schneidteil (6) dreh- und ver
schiebefest angeordnete Mitnehmerscheibe (30), die auf
ihrer dem Schneidteil (6) abgewandten Seite eine Plan
fläche (78) hat.
27. Werkzeug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitnehmerscheibe (30) eine von der Kreisform ab
weichende Außenkontur (68, 70) hat.
28. Werkzeug nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitnehmerscheibe (30) im wesentlichen die Form
eines regelmäßigen Vielecks hat.
29. Werkzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitnehmerscheibe (30) von einer Kreisscheibe ge
bildet ist, von der im gleichmäßigen Winkelabstand kon
gruente Kreissegmente (69) abgetragen sind.
30. Werkzeug nach einem der Ansprüche 26 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mitnehmerscheibe (30)
und Schneidteil (6) eine Dichtscheibe (80; 180) angeordnet
ist, die zumindest die radiale Erstreckung der Mitnehmer
scheibe (30) hat und verschiebefest mit dem Schaft (8)
verbunden ist.
31. Werkzeug nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtscheibe (180) eine Vielzahl von Radialgewin
debohrungen (184) aufweist, die über den Umfang gleich
mäßig verteilt sind.
32. Werkzeug nach einem der Ansprüche 26 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30)
und/oder die Dichtscheibe (80; 180) entweder einstückig
mit dem Schaft (8) ausgebildet, oder mit letzterem verlö
tet, oder auf letzteren aufgeschrumpft ist.
33. Werkzeug nach einem der Ansprüche 26 bis 32, ge
kennzeichnet durch eine sich an die Mitnehmerscheibe (30)
anschließende Schaftlänge (L) von mindestens 0,2×D,
wobei D den Schaftdurchmesser bezeichnet.
34. Werkzeug nach einem der Ansprüche 26 bis 33,
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft (8)
zylindrisch mit Präzisionspassungsmaß ausgebildet ist.
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- 1989-04-25 DE DE19893913626 patent/DE3913626C2/de not_active Expired - Fee Related
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