DE4239769A1 - Vorrichtung zum Befestigen von Werkzeugen an einer Werkzeugmaschinenspindel oder einem Werkzeughalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen von Werkzeugen mit Steilkegelschaft (SK) an einer Werkzeugmaschinenspindel oder einem Werkzeughalter mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Kegelhohlschaft (HSK).

Die Mehrzahl der für einen automatischen Werkzeugwechsel eingerichteten Werkzeugmaschinen weisen bisher eine Aufnahme für ein Werkzeug mit einem Steilkegelschaft auf. Dieser Steilkegelschaft weist an seinem Ende eine Nut und anschließend einen Bund auf, mit dem der Steilkegelschaft in der Aufnahme in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter axial verspannt und gehalten wird. Am entgegengesetzten Ende des Teilkegelschafts mit dem größeren Durchmesser ist ein Bund mit einer Greifrille vorgesehen, die dazu dient, das Werkzeug mit dem Steilkegelschaft mittels einer geeigneten Greifvorrichtung automatisch in die Aufnahme an der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter einzusetzen und daraus zu entnehmen. Am Umfang des Bundes mit der Greifrille sind eine oder zwei diametral gegenüberliegende Hitnehmernuten angeordnet, in die Mitnehmersteine an der Stirnseite der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters greifen und eine Verdrehsicherung bilden. Diese Art der Werkzeugbefestigung an Werkzeugmaschinenspindeln oder Werkzeughaltern hat sich zwar bewährt, weist jedoch den Nachteil auf, daß der Steilkegelschaft verhältnismäßig lang ist und daher große Axialwege des Werkzeuggreifers erfordert. Des weiteren liegt der Steilkegelschaft ausschließlich mit seiner Kegelfläche in der entsprechenden kegeligen Aufnahme der Werkzeugmaschinenspindeln oder des Werkzeughalters an, so daß für das Werkzeug in axialer Richtung keine eindeutig definierte Lage gegenüber der Werkzeugmaschinenspindel bzw. dem Werkzeughalter gegeben ist. Für neuere Werkzeugmaschinen wurde daher eine Werkzeugbefestigung mit Kegelhohlschaft (HSK) entwickelt, bei der an einem Bund mit einer Greifrille ein als Kegelhohlschaft gestalteter Fortsatz angeordnet ist. Dieser Kegelhohlschaft ist verhältnismäßig kurz, weniger als halb so lang wie ein Steilkegelschaft für dieselbe Werkzeuggröße und ist mit einer Ausdrehung versehen, die eine kegelige Spannfläche aufweist, hinter die die Klauen einer Spann- und Lösevorrichtung greifen. Dieser neuere Kegelhohlschaft ist elastisch so verformbar, daß er sich in die entsprechende Aufnahmebohrung einer Werkzeugmaschinenspindel oder einer Werkzeugaufnahme so weit hineinziehen läßt, bis der Bund an der Stirnfläche der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters anliegt und sich daran abstützt. Auf diese Weise läßt sich eine genaue Zentrierung des Werkzeugs über den Kegelhohlschaft und eine axial genau definierte Lage des Werkzeugs durch die Anlage des Bundes an der Stirnseite der Werkzeugmaschinenspindel bzw. der Werkzeugaufnahme erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich ein Werkzeug mit Steilkegelschaft an einer Werkzeugmaschinenspindel oder einem Werkzeughalter mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Kegelhohlschaft befestigen läßt, wobei gewährleistet sein soll, daß der Werkzeugwechsel in der gleichen Weise automatisch ablaufen kann.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß eine Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft, Spann- und Löseelemente in der Werkzeugaufnahme, ein in eine Aufnahme in der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters einsetzbarer Fortsatz mit Kegelhohlschaft an der Werkzeugaufnahme und eine in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter angeordnete Betätigung für die Spann- und Löseelemente in der Werkzeugaufnahme vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich an der Werkzeugmaschinenspindel oder an einem Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine mittels der dafür vorgesehenen Spann- und Löseelemente für den Kegelhohlschaft befestigen. Mittels der in der Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft vorgesehenen Spann- und Löseelementen, die sich von der Werkzeugmaschinenspindel bzw. dem Werkzeughalter aus betätigen lasse, läßt sich ein Werkzeug mit Steilkegelschaft in üblicher Weise in der Werkzeugaufnahme befestigen und mittels eines Werkzeuggreifers automatisch einsetzen und entnehmen. Auf diese Weise ist es möglich, an Werkzeugmaschinen mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Kegelhohlschaft problemlos Werkzeuge mit Steilkegelschaft weiter zu verwenden, so daß es unnötig ist, bei Anschaffung einer neueren Maschine mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Kegelhohlschaft auch die gesamten Werkzeuge neu zu beschaffen.

Vorteilhafterweise kann die Betätigung in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter axial auf die Spann- und Löseelemente in der Werkzeugaufnahme wirken. Auf diese Weise läßt sich eine automatische, in die Maschinensteuerung integrierte Betätigung erreichen, die keinerlei außenliegende Zusatzelemente erfordert. Vorzugsweise kann in der Werkzeugaufnahme ein über die Werkzeugmaschinenspindel oder den Werkzeughalter druckmittelbeaufschlagbarer, axial verschiebbarer Kolben abgedichtet geführt sein, der mit dem unter Druck stehenden Kühlmittel gesteuert beaufschlagbar ist, wenn der Fortsatz mit Kegelhohlschaft einen mit einer Kühlmittelführung in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter abgedichtet kuppelbaren Kühlmittelrohrstutzen aufweist.

Um eine möglichst steife Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme und der Werkzeugmaschinenspindel bzw. dem Werkzeughalter zu erreichen, kann die Werkzeugaufnahme im wesentlichen zylindrisch mit einem dem Durchmesser der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter entsprechenden Durchmesser gestaltet sein und kann der Fortsatz mit dem Kegelhohlschaft über einen Bund gleichen Durchmessers mit der Werkzeugaufnahme verschraubt sein, wobei der Bund eine Greifrille und Mitnehmernuten aufweisen kann.

Die Werkzeugaufnahme liegt somit über dem Bund vollflächig an der Stirnseite der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter an, wobei der Außendurchmesser des Bundes bevorzugterweise größer als der Durchmesser der genormten Greifrille ist. Um dennoch einen üblichen Werkzeuggreifer einsetzen zu können, kann der Bund Einschnitte im Bereich der Mitnehmernuten aufweisen, die breiter als die Mitnehmernuten sind und beidseitig der Mitnehmernuten mit Greifrillensegmenten versehen sind.

Zur Befestigung eines Werkzeugs mit Steilkegelschaft in der Werkzeugaufnahme können in Führungen eines axial verschiebbaren Sperrings geführte, mittels axialer, in eine V-Nut im Kolben eingreifender Mitnehmerzapfen radial verschiebbare Sperrkeile vorgesehen sein.

Zum Verriegeln der Sperrkeile hinter dem Bund am Steilkegelschaft kann ein zum Sperring konzentrischer, mit dem Kolben fest verbundener, federbeaufschlagter, axial verschiebbarer Spannring vorhanden sein, der zwei über eine Schrägfläche verbundene, unterschiedliche Innendurchmesser aufweist, an denen die Sperrkeile mit ihren Außenkanten jeweils in der gespannten und in der gelösten Stellung anliegen.

Eine zusätzliche selbsthemmende Verriegelung in axialer Richtung kann durch eine zu einer Stirnfläche des Sperrings benachbarte Schrägfläche am Spannring, eine dazu benachbarte Schrägfläche an einem Halsbereich der Werkzeugaufnahme und im Zwickel zwischen den Schrägflächen und der Stirnfläche angeordneten Kugeln gegeben sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Darstellung der Anordnung an einer Werkzeugmaschinenspindel und

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In einem axial verschiebbaren Balken 1 einer ansonsten nicht dargestellten Werkzeugmaschine, ist eine Spindel 2 über Wälzlager 3 drehbar gelagert. Die Abdichtung zwischen dem Balken 1 und der Werkzeugmaschinenspindel 2 erfolgt über einen Abschlußring 4 mit Dichtungen.

Die Werkzeugmaschinenspindel 2 weist eine Aufnahme in Form einer konischen Bohrung 6 für ein Werkzeug mit Kegelhohlschaft auf.

Eine Stirnfläche 5 dient zur Anlage eines nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Bundes 32 mit einem Fortsatz 33 mit Kegelhohlschaft.

An die konische Bohrung 6 schließen sich eine zylindrische Bohrung 7 kleineren Durchmessers und eine Ringnut 8 an. Mehrere Klauen 9 können mit ihren Vorsprüngen 10 in eine Ausnehmung 34 im Fortsatz 33 und mit ihren Vorsprüngen 11 in die Ringnut 8 in der Werkzeugmaschinenspindel 2 greifen, wenn eine Zugstange 14, an der eine Spreizbuchse 15 befestigt ist, so zurückgezogen wird, daß die Klauen 9 mit ihren Schrägflächen an den Schrägflächen der Spreizbuchse 15 nach außen gleiten und sich über eine kegelige Buchse 12 und ein Druckfedersystem 13 an einer Endfläche der zylindrischen Bohrung 7 in der Werkzeugmaschinenspindel 2 abstützen. Die Zugstange 14 wird durch ein Tellerfederpaket 16 in die in der unteren Hälfte der Zeichnung dargestellte Stellung gezogen, während sie in die in der oberen Hälfte der Zeichnung dargestellte Stellung mechanisch oder druckmittelbeaufschlagt verschoben wird.

Bei den in der Werkzeugmaschinenspindel 2 angeordneten Spann- und Löseelementen, handelt es sich um eine im Werkzeugmaschinenbau übliche und bekannte Spreizklauenvorrichtung.

In der Zugstange 14 ist eine Kühlmittelbohrung 17 angeordnet, die frei im vorderen Ende der Zugstange 14 mündet. An der Stirnfläche 5 der Werkzeugmaschinenspindel 2 ist ein Mitnehmersteinpaar 18 angeordnet, daß in Mitnehmernuten 58 des Bundes 32 eingreift.

Eine zylindrische Werkzeugaufnahme 19 ist mit einer kegeligen Bohrung 20 zur Aufnahme eines Werkzeuges mit einem Steilkegelschaft 21 versehen. Am Bereich des Steilkegelschafts 21 mit dem größeren Durchmesser ist ein Bund 22 mit einer V-förmigen Greifrille 23 angeordnet. Auch dieser Bund 23 weist wenigstens eine Mitnehmernut 24 auf, in die ein Mitnehmerstein 29, der in einer Aufnahme 28 mittels einer Schraube 30 befestigt ist, eingreift und eine Verdrehsicherung für den Steilkegelschaft 21 bildet. Am Ende des Steilkegelschaft 21 sind eine übliche Nut 25 und ein Bund 26 angeordnet, die zum Spannen des Steilkegelschafts 21 in der Bohrung 20 und zur Handhabung des Werkzeugs mit diesem Steilkegelschaft und in einem Werkzeugmagazin dienen.

Auch im gespannten Zustand liegt der Bund 22 nicht an der Stirnseite 27 der Werkzeugaufnahme 19 an, jedoch läßt sich Kühlmittel über Bohrungen 62 in der Werkzeugaufnahme 19 abgedichtet durch den Bund 22 hindurch bis in den Schnittbereich des im einzelnen nicht dargestellten Werkzeugs leiten.

Die Werkzeugaufnahme 19 weist eine zylindrische Bohrung 31 auf, die durch den daran mittels der Schrauben 66 festgeschraubten Bund 32 abgeschlossen ist. Zwischen der Werkzeugaufnahme 19 und dem Bund 32 ist eine Dichtung 39 angeordnet. Der Bund 32 ist, wie bereits erwähnt, einstückig mit einem Fortsatz mit Kegelhohlschaft 33 versehen, der in der beschriebenen Weise zur Befestigung an der Werkzeugmaschinenspindel 2 dient.

Zentrisch im Bund 32 ist ein Kühlmittelrohrstutzen 36 angeordnet, der in der dargestellten Weise abgedichtet in die Spreizbuchse 15 eingreift und auf diese Weise mit der Kühlmittelbohrung 17 in der Zugstange 14 verbunden ist. Im Bund 32 ist ein Kolben 37 mittels einer Dichtung 3Ü abgedichtet geführt. Dieser Kolben 37 läßt sich über die Kühlmittelbohrung 17 in der Zugstange 14 und den Kühlmittelrohrstutzen 36 mit unter Druck stehendem Kühlmittel beaufschlagen.

Der Kolben 37 weist einen Kolbenbund 40 größeren Durchmessers auf, der mit einem Spannring 42 verschraubt ist. Eine V-Nut 41 ist in der Stirnfläche des Kolbens 37 angeordnet.

Der Spannring 42 ist mit einer ersten Schrägfläche 43 versehen, die über einen Absatz in eine zylindrische Bohrung 44 übergeht. An diese zylindrische Bohrung 44 schließt sich eine weitere Schrägfläche 45 an, die den Übergang zu einer weiteren zylindrischen Bohrung 46 größeren Durchmessers bildet.

Ein Sperring 47 ist axial verschiebbar im Spannring 42 geführt. Eine Stirnfläche 50 des Sperrings 47 bildet mit der Schrägfläche 43 am Spannring 42 und einer Schrägfläche 64 an einem Halsbereich 65 der Werkzeugaufnahme 19 einen Zwickel, in dem Kugeln 51 angeordnet sind. Die Winkel der Schrägflächen 43 und 64 sind so gewählt, daß in der in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten Stellung eine Selbsthemmung gegen eine relative Axialverschiebung des Spannrings 42 und des Sperrings 47 gegeben ist.

Radial bewegliche Sperrkeile 52 sind in Führungen 56 des Sperrings 47 angeordnet und weisen Nasen 53 mit Schrägflächen 54 auf, die von Druckfedern 55 untergriffen werden. In jeden Sperrkeil 53 ist ein Mitnehmerzapfen 57 eingesetzt, die mit der V-Nut 41 zusammenwirken.

Zum Einsetzen eines Werkzeugs mit Steilkegelschaft 21 wird der Kolben 37 durch Beaufschlagung mit unter Druck stehendem Kühlmittel über die Kühlmittelbohrung 17 in der Zugstange 14 und dem Kühlmittelrohrstutzen 36 in die in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellte Stellung gebracht. Dabei verschiebt sich der Spannring 42 in der Bohrung 31 gegen die Kraft der in zylindrischen Bohrungen 49 angeordneten Spannfedern 48. Der Sperring 47 kommt zur Anlage an einer Stirnfläche des Halsbereichs 65 und verschiebt sich relativ zum Spannring 42 derart, daß sich die Sperrkeile 52 nach außen verschieben und sich an der zylindrischen Bohrung 46 anlegen. In dieser Stellung läßt sich der Steilkegelschaft 41 mit dem Bund 26 in die kegelige Bohrung 20 der Werkzeugaufnahme 19 einsetzen. Wird nunmehr der Kolben 37 druckentlastet, verschiebt er sich unter der Wirkung der Federn 48 zusammen mit dem Spannring 42 in die in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten Stellung. Dabei erfolgt eine relative Axialverschiebung des Sperrings gegenüber dem Spannring, so daß die Sperrkeile 52 über die Schrägfläche 45 im Spannring 42 und ihre Schrägflächen 54 an den Nasen 53 in den Durchmesserbereich 44 gleiten und so in der Nut 25 hinter dem Bund 26 verriegelt werden. Die Kugeln 51 verhindern in dieser Stellung durch eine Selbsthemmung an den Schrägflächen 43 und 64 jede relative axiale Verschiebung des Spannrings 42 und des Sperrings 47, wodurch der Steilkegelschaft 21 in der kegeligen Bohrung 20 verriegelt festgehalten wird.

Die Mitnehmerzapfen 57 bewirken durch ihr radiales nach außen Gleiten in der V-Nut 41, daß sich die Sperrkeile 52 anstandslos aus ihrer Verriegelung am Bund 26 lösen.

Da der Durchmesser des Bundes 32 mit dem Fortsatz 33 mit Kegelhohlschaft größer ist als der genormte Durchmesser des Bundes an einem Werkzeug mit einem Kegelhohlschaft, weist der Bund 32 diametral gegenüberliegende Einschnitte 59 beidseitig der Mitnehmernuten 58 auf. Diese Einschnitte 59 sind mit Greifrillensegmenten 60 versehen, in die Greifer für den genormten Bunddurchmesser greifen können.

Da die Kühlmittelbohrung 17 in der Zugstange 14 dazu verwendet wird, den Kolben 37 mit unter Druck stehendem Kühlmittel zu beaufschlagen - dies kann ggf. über einen im einzelnen nicht dargestellten, bekannten Druckübersetzer erfolgen, der den Kühlmitteldruck von 30 bar auf 80 bar erhöht - weist die Werkzeugmaschinenspindel 2 eine weitere Kühlmittelbohrung 63 auf, die mit einer Kühlmittelleitung 61 im Bund 32 und einer Kühlmittelleitung 62 in der Werkzeugaufnahme 19 in Verbindung steht. Über diese Kühlmittelleitungen 63, 61, 62 läßt sich Kühlmittel in der üblichen Weise zu einem Werkzeug mit einem Steilkegelschaft leiten.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Befestigen von Werkzeugen mit Steilkegelschaft (SK) an einer Werkzeugmaschinenspindel oder einem Werkzeughalter mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Kegelhohlschaft (HSK) bestehend aus

• - einer Werkzeugaufnahme (19) für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft (21),
• - Spann- und Löseelementen (37, 42, 51, 47, 52) in der Werkzeugaufnahme (19),
• - einem in eine Aufnahme (6) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters einsetzbaren Fortsatz (33) mit Kegelhohlschaft an der Werkzeugaufnahme (19) und
• - einer in der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder dem Werkzeughalter angeordneten Betätigung (17) für die Spann- und Löseelemente (37, 42, 47, 51, 52) in der Werkzeugaufnahme (19).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung (17) in der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder dem Werkzeughalter axial auf die Spann- und Löseelemente (37, 42, 47, 51, 52) wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugaufnahme (19) ein über die Werkzeugmaschinenspindel (2) oder den Werkzeughalter druckmittelbeaufschlagbarer, axial verschiebbarer Kolben (37) abgedichtet geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (33) mit Kegelhohlschaft einen mit einer Kühlmittelführung (17) in der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder dem Werkzeughalter abgedichtet kuppelbaren Kühlmittelrohrstutzen (36) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (19) im wesentlichen zylindrisch mit einem dem Durchmesser der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder dem Werkzeughalter entsprechenden Durchmesser gestaltet ist, daß der Fortsatz (33) mit Kegelhohlschaft über einen Bund (32) gleichen Durchmessers mit der Werkzeugaufnahme (19) verschraubt ist und der Bund (32) eine Greifrille (60) und Mitnehmernuten (58) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (32) Einschnitte (59) im Bereich der Mitnehmernuten (58) aufweist, die breiter als die Mitnehmernuten (58) sind und beidseitig der Mitnehmernuten (58) Greifrillensegmente (60) aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch in Führungen (56) eines axial verschiebbaren Sperrings (47) geführte, mittels axialer, in eine V-Nut (41) im Kolben (37) eingreifende Mitnehmerzapfen (57) radial verschiebbare Sperrkeile (52).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zum Sperring (47) konzentrischen, mit dem Kolben (40) fest verbundenen, federbeaufschlagten, axial verschiebbaren Spannring (42).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei, über eine Schrägfläche (45) verbundene, unterschiedliche Innendurchmesser (44, 46), woran die Sperrkeile (52) mit ihren Außenkanten jeweils in der gespannten und in der gelösten Stellung anliegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine zu einer Stirnfläche (50) des Sperrings (47) benachbarte Schrägfläche (43) am Spannring (42), eine dazu benachbarte Schrägfläche (64) an einem Halsbereich (65) der Werkzeugaufnahme (19) und im Zwickel zwischen den Schrägflächen (43, 64) und der Stirnfläche (50) angeordneten Kugeln (51).