DE4303118A1 - Vorrichtung zum Befestigen von Werkzeugen an einer Werkzeugmaschinenspindel und einem Werkzeughalter - Google Patents

Description

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

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 mit dem kleineren Durchmesser eine Nut und anschließend einen Spannbolzen auf, mit dem der Steilkegelschaft in der Aufnahme in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter axial verspannt und gehalten wird. Am entgegengesetzten Ende des Steilkegelschafts mit dem größeren Durchmesser ist ein Bund mit einer Greifrille vorgesehen, die dazu dient, das Werkzeug mit dem Steilkegelschaft mittels einer geeigneten Greifvorrichtung, z. B. einem Werkzeug-Parallel-Doppelgreifer, 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 Mitnehmernuten angeordnet, in die Mitnehmersteine an der Stirnseite der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters greifen und eine Verdrehsicherung bilden.

Die Werkzeugaufnahme an der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter entspricht in der Regel dem größten, von der Werkzeugmaschine aufzunehmenden Werkzeug, z. B. eine kegelige Aufnahme für Werkzeuge mit Steilkegelschaft der Größe SK 60. Nicht immer sind jedoch so große Werkzeuge für bestimmte Bearbeitungsvorgänge erforderlich, vielmehr würde oft ein Werkzeug mit einem Steilkegelschaft der Größe SK 50 genügen.

Für neuere Werkzeugmaschinen wurden des weiteren Werkzeugbefestigungen mit Kegelhohlschaft (HSK) entwickelt, bei denen 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 von innen greifen. Dieser neue 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 dem 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 kleineren Durchmessers oder ein Werkzeug mit Kegelhohlschaft an einer Werkzeugmaschinenspindel oder einem Werkzeughalter mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Steilkegelschaft größeren Durchmessers befestigen läßt, wobei gewährleistet sein soll, daß der Werkzeugwechsel in der üblichen Weise automatisch ablaufen kann.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei der Vorrichtung eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß eine Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft oder Kegelhohlschaft, ein in eine Aufnahme der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters einsetzbarer Fortsatz mit Steilkegelschaft an der Werkzeugaufnahme, Spann- und Löseelemente in der Werkzeugaufnahme, mit den Spann- und Löseelementen in der Werkzeugaufnahme zusammenwirkende Spann- und Löseelemente in der Werkzeugmaschinenspindel oder im Werkzeughalter, radial wirkende, selbsthemmende Verriegelungselemente zwischen dem Fortsatz mit Steilkegelschaft und der Aufnahme der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters und durch einen Werkzeuggreifer radial betätigbare Entriegelungselemente für die selbsthemmende Verriegelungselemente vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich an der Werkzeugmaschinenspindel oder an einem Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine mittels der dafür erfindungsgemäß vorgesehenen, radial wirkenden, selbsthemmenden Verriegelungselementen befestigen und mittels der durch einen Werkzeuggreifer radial betätigbaren Entriegelungselemente für die selbsthemmenden Entriegelungselemente lösen. Die Spann- und Löseelemente in der Werkzeugmaschinenspindel oder im Werkzeughalter greifen direkt an gleichartige Spann- und Löseelemente in der Werkzeugaufnahme an, so daß sich ein Werkzeug mit Steilkegelschaft kleineren Durchmessers oder ein Werkzeug mit Kegelhohlschaft in der Aufnahme einspannen und daraus ausstoßen läßt.

Zu diesem Zweck können die Spann- und Löseelemente in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter und in der Werkzeugaufnahme aus üblichen, in einem Spannzangenhalter spreizbar angeordneten Spannklauen bestehen und am Spannzangenhalter in der Werkzeugaufnahme ein Spannbolzen für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft der für die Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters bestimmten Größe angeordnet sein. Die Spannklauen in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter greifen somit an einem Spannbolzen an, der die Größe hat, die dem Spannbolzen an einem Steilkegelschaft, z. B. der Größe SK 60 entspricht, während die Spannklauen in der Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft kleinerer Größe, z. B. der Größe SK 50, der Größe des hierzu gehörigen Spannbolzens angepaßt ist. Die Spannklauen in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter dienen somit nur dazu, ein Werkzeug mit einem Steilkegelschaft kleinerer Größe in der Aufnahme festzuziehen und zu spannen, während die Aufnahme selber, die mit ihrem Fortsatz in die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter eingesetzt wird, durch die radial wirkenden, selbsthemmenden Verriegelungselemente gesichert ist.

Die in die Werkzeugmaschinenspindel oder den Werkzeughalter mit ihrem Fortsatz einsetzbare Aufnahme für Werkzeuge mit Steilkegelschaft kleineren Durchmessers läßt sich mittels eines Werkzeuggreifers, z. B. einem Werkzeug-Parallel-Doppelgreifer in einer dafür vorgesehenen Greifrille ergreifen, wobei durch das Schließen des Werkzeug-Parallel-Doppelgreifers die Entriegelung der selbsthemmenden Verriegelungselemente sowie das Ausstoßen der Aufnahme aus der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter bewirkt werden.

Die radial wirkenden, selbsthemmenden Verriegelungselemente können vorteilhafterweise aus in Radialbohrungen des Fortsatzes angeordneten Kugeln, einer umlaufenden Nut mit wenigstens einer abgeschrägten Flanke in der Aufnahme der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters und einem axial verschiebbaren Spannring im Fortsatz mit einer abgeschrägten, die Kugeln radial verschiebenden Flanke bestehen. Die selbsthemmende Wirkung kann bereits durch eine geeignete Wahl der abgeschrägten Flanke der umlaufenden Nut im Fortsatz, dem Durchmesser der Kugeln und dem Winkel der abgeschrägten, die Kugeln radial verschiebenden Flanke am Spannring erreicht werden. Vorzugsweise kann der Spannring jedoch eine erste zylindrische Ringfläche kleineren Durchmessers und eine zweite zylindrische Ringfläche größeren Durchmessers aufweisen, die über die abgeschrägte Flanke miteinander verbunden sind. In der verriegelten Stellung untergreift die zylindrische Ringfläche größeren Durchmessers die Kugeln die daher selbst bei den größten Radialkräften nicht radial nach innen ausweichen können, wodurch unter allen Umständen eine sichere Selbsthemmung gewährleistet ist.

Die radial betätigbaren Entriegelungselemente können vorzugsweise aus radial verschiebbaren, in den Bereich einer Werkzeuggreifernut ragenden, mit Schrägflächen auf entsprechende Schrägflächen eine Axialbetätigung des Spannrings wirkenden Entriegelungskeilen bestehen, die sich somit direkt durch einen Werkzeug-Parallel-Doppelgreifer betätigen lassen und die Aufnahme entriegeln.

Die Axialbetätigung des Spannrings kann aus axial verschiebbaren, am Spannring anliegenden Keilen bzw. Bolzen bestehen.

Weitere Auswerferbolzen können in der Werkzeugaufnahme im Bereich einer Stirnfläche der Werkzeugmaschinenspindel oder des Werkzeughalters angeordnet sein, die axial über Schrägflächen mit Entriegelungskeilen gegen die Stirnfläche verschiebbar sind, wodurch die Aufnahme für das Werkzeug mit einem Steilkegel kleineren Durchmessers aus der Werkzeugmaschinenspindel oder dem Werkzeughalter ausgestoßen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

In einem axial verschiebbaren Balken 1 einer ansonsten nicht im einzelnen dargestellten Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschinenspindel 2 drehbar gelagert. Die Werkzeugmaschinenspindel 2 weist einen Einsatz 3 mit einer kegeligen Bohrung zur Aufnahme eines Werkzeugs mit Steilkegelschaft der Größe SK 60 auf. Die untere Hälfte der Zeichnung zeigt einen Steilkegel 8 der Größe SK 60 mit einem Greiferbund 10 und einer Greifrille 11. Im Bereich eines Spannbolzens 9 am Steilkegel 8 befindet sich in der Werkzeugmaschinenspindel 2 eine Ringnut 4, in die sich Spannklauen 7 spreizen lassen, um den Spannbolzen 9 freizugeben, wenn ein an einer Zugstange 5 befestigter Spannzangenhalter in der Zeichnung nach links bewegt wird. In der dargestellten Stellung ist der Steilkegel 8 in der Werkzeugmaschinenspindel 2 eingespannt, da die Zugstange 5 mit dem Spannzangenhalter 6 und den Spannklauen 7 nach rechts in die dargestellte Stellung bewegt wurde und die Spannklauen 7 dabei den Spannbolzen 9 hintergreifen.

Soll nun statt eines Werkzeugs mit Steilkegel der Größe SK 60 ein Werkzeug mit einem kleineren Steilkegel, z. B. der Größe SK 50 oder ein Werkzeug mit einem Kegelhohlschaft eingesetzt werden, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Einsatz 3 eingesetzt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Werkzeugaufnahme 15 mit einem Innenkegel 16 der Größe SK 50 für einen Steilkegel 25 entsprechender Größe oder einer Aufnahme für ein Werkzeug mit einem Kegelhohlschaft. Dargestellt ist ein Werkzeug mit Steilkegelschaft 25, an dessen größerem Durchmesser ein Greiferbund 27 mit Greifrille 28 und an dessen kleinerem Durchmesser ein Spannbolzen 26 angeordnet sind. Die Werkzeugaufnahme 15 weist einen Fortsatz 18 auf, auf den eine Kegelbuchse 19 geschraubt ist, deren Außenkegel einem Steilkegelschaft der Größe SK 60 entspricht.

Eine Ringnut 17 im Fortsatz 18 dient demselben Zweck wie die Ringnut 4 in der Werkzeugmaschinenspindel 2, da in einer zylindrischen Innenbohrung 12 des Fortsatzes 18 ein Spannzangenhalter 20 mit Spannklauen 21 angeordnet ist. Der Spannzangenhalter 20 mit den Spannklauen 21 weist an seinem rückwärtigen Ende einen Spannbolzen 22 auf, der der Größe eines Spannbolzens für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft der Größe SK 60 entspricht und sich somit von den Spannklauen 7 am Spannzangenhalter 6 ergreifen läßt. Somit läßt sich ein in die Aufnahme 15 eingesetztes Werkzeug mit Steilkegelschaft der Größe SK 50 mittels der Zugstange 5, dem Spannzangenhalter 6 und den Spannklauen 7 in der Werkzeugmaschinenspindel 2 über den Spannzangenhalter 20, die Spannzangenklauen 21 und den Spannbolzen 22 in der gleichen Weise, einziehen, spannen und ausstoßen, wie dies mit einem direkt in die Werkzeugmaschinenspindel 2 eingesetzten Werkzeug mit Steilkegelschaft der Größe SK 60 unmittelbar durch die Zugstange 5, den Spannzangenhalter 6 und die Spannklauen 7 geschieht. Der Spannzangenhalter 20, die Spannklauen 21 und der Spannbolzen 22 sind im Fortsatz gegen Herausfallen durch einen in eine Längsnut 23 im Spannbolzen 22 eingreifenden Gewindestift 24 gesichert.

Die Werkzeugaufnahme 15 mit dem Fortsatz 18 und der aufgeschraubten Kegelbuchse 19 sind im Einsatz 3 mittels selbsthemmenden Verriegelungselementen gesichert. Diese selbsthemmenden Verriegelungselemente bestehen aus einem in einer Ringnut angeordneten Spannring 29 mit einer ersten zylindrischen Ringfläche 30 kleineren Durchmessers, einer zweiten zylindrischen Ringfläche 31 größeren Durchmessers und einer diese beiden Ringflächen 30, 31 verbindenden abgeschrägten Flanke 32, in Radialbohrungen 36 regelmäßig auf dem Umfang angeordneten Kugeln 37 und einer Ringnut 13 mit abgeschrägten Flanken 14 im Einsatz 3. Der Spannring 29 ist durch Druckfedern 34 beaufschlagt, die in Axialbohrungen 33 in der Kegelbuchse 19 angeordnet sind und auf dem Spannring 29 über eingesetzte Stopfen 35 wirken. Durch die Druckfedern 34 wird der Spannring 29 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung bewegt, so daß die Kugeln 37 einerseits durch die zweite zylindrische Ringfläche 31 größeren Durchmessers abgestützt sind und andererseits an der abgeschrägten Flanke 14 der Ringnut 13 anliegen. Da die Kugeln 37 in dieser Stellung des Spannrings 29 nicht radial nach innen ausweichen können, ist der Fortsatz 18 mit der Kegelbuchse 19 im Einsatz 3 auch unter den größten axialen Beanspruchungen gegen ein Lösen gesichert.

Um den Spannring 29 gegen die Kraft der Druckfedern 34 zu verschieben, sind zwei axial verschiebbare Keile 38 in der Werkzeugaufnahme 15 angeordnet. Diese Keile 38 wirken über Schrägflächen 39 mit radial verschiebbaren Keilen 40 zusammen, die entsprechende Schrägflächen 41 aufweisen. Die radial verschiebbaren Keile 40 sind im Bereich einer Greifrille 48 an der Aufnahme 15 angeordnet. Wird ein in der Ebene der Greifrille 48 positionierter Werkzeug-Parallel-Doppelgreifer 49 geschlossen, werden die radial verschiebbaren Keile 40 radial nach innen verschoben und die axial verschiebbaren Keile 38 axial gegen den Spannring 29 bewegt. Hierdurch gelangt die erste zylindrische Ringfläche 30 kleineren Durchmessers in den Bereich der Kugeln 36, die radial so weit nach innen ausweichen können, daß sie nicht mehr in den Bereich der Ringnut 13 ragen.

Kurz vor Erreichen der Endlage der radial verschiebbaren Keile 40 treffen Schrägflächen 42 an den radial verschiebbaren Keilen 40 auf entsprechende Schrägflächen 44 von axial verschiebbaren Auswerferbolzen 43, die dadurch axial verschoben werden, sich an einer Stirnfläche 47 der Werkzeugmaschinenspindel 2 anlegen und die Werkzeugaufnahme 15 mit dem Fortsatz 18 und der Kegelbuchse 19 aus dem Einsatz 3 herausdrücken.

Radiale Gewindestifte 46, die in Längsnuten 45 der axial verschiebbaren Auswerferbolzen 43 eingreifen, verhindern ein Herausfallen der radial verschiebbaren Keile 40 und der axial verschiebbaren Auswerferbolzen 43.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich die Selbsthemmung der Kugeln 37 dadurch, daß sie in der dargestellten Verriegelungsstellung auf der zweiten zylindrischen Ringfläche 31 größeren Durchmessers aufliegen. Die Kugeln 37 können daher radial nach innen nur ausweichen, wenn der Spannring 29 axial verschoben wird. Die Selbsthemmung läßt sich bereits auch dann erreichen, wenn die Winkel der abgeschrägten Flanke 14 der Ringnut 13 sowie der abgeschrägten Flanke 32 am Spannring 29 sowie der Durchmesser der Kugeln 37 so gewählt werden, daß sie kleiner als die Reibungswinkel dieser Werkstoffpaarungen sind. Auf diese Weise lassen sich die Herstellungstoleranzen berücksichtigen, ohne daß die Selbsthemmung beeinträchtigt wird.

Das dargestellte Ausführungsbeispiels zeigt eine Aufnahme 15 für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft der Größe SK 50, jedoch läßt sich die Aufnahme auch so gestalten, daß sich ein Werkzeug mit Kegelhohlschaft einsetzen und verriegeln läßt. In diesem Fall sind der Spannzangenhalter 20 und die Spannklauen 21 so zu gestalten, daß sie den Kegelhohlschaft von innen ergreifen und verspannen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Befestigen von Werkzeugen mit Steilkegelschaft (SK) oder mit Kegelhohlschaft (HSK) an einer Werkzeugmaschinenspindel (2) oder einem Werkzeughalter mit einer Aufnahme für Werkzeuge mit Steilkegelschaft größeren Durchmessers, bestehend aus

• - einer Werkzeugaufnahme (15) für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft (25) oder Kegelhohlschaft,
• - einem in eine Aufnahme (3) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters einsetzbaren Fortsatz (18, 19) mit Steilkegelschaft an der Werkzeugaufnahme (15),
• - Spann- und Löseelementen (20, 21, 22) in der Werkzeugaufnahme (15),
• - mit den Spann- und Löseelementen (20, 21, 22) in der Werkzeugaufnahme (15) zusammenwirkenden Spann- und Löseelementen (5, 6, 7) in der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder im Werkzeughalter,
• - radial wirkenden, selbsthemmenden Verriegelungselementen (13, 29, 37) zwischen dem Fortsatz (18, 19) mit Steilkegelschaft und der Aufnahme (3) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters und
• - durch einen Werkzeuggreifer (49) radial betätigbare Entriegelungselemente (40, 38) für die selbsthemmenden Verriegelungselemente (13, 29, 37).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann- und Löseelemente in der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder dem Werkzeughalter und in der Werkzeugaufnahme (15) aus üblichen, an einem Spannzangenhalter (6, 20) spreizbar angeordnete Spannklauen (7, 21) bestehen und am Spannzangenhalter (20) in der Werkzeugaufnahme (15) ein Spannbolzen (22) für ein Werkzeug mit Steilkegelschaft (8) der für die Werkzeugaufnahme (3) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters bestimmten Größe angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial wirkenden, selbsthemmenden Verriegelungselemente aus in Radialbohrungen (36) des Fortsatzes (18) angeordneten Kugeln (37), einer umlaufenden Nun (13) mit wenigstens einer abgeschrägten Flanke (14) in der Aufnahme (3) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters und einem axial verschiebbaren Spannring (29) im Fortsatz (18) mit einer abgeschrägten, die Kugeln (37) radial verschiebenden Flanke (32) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (29) in Verriegelungsrichtung federbeaufschlagt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (29) eine erste zylindrische Ringfläche (30) kleineren Durchmessers und eine zweite zylindrische Ringfläche (31) größeren Durchmessers aufweist, die über die abgeschrägte Flanke (32) miteinander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial betätigbaren Entriegelungselemente aus radial verschiebbaren, in den Bereich einer Werkzeuggreifernut (48) ragenden, mit Schrägflächen (41) auf entsprechende Schrägflächen (39) einer Axialbetätigung (38) des Spannrings (29) wirkenden Entriegelungskeilen (40) bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbetätigung aus axial verschiebbaren, am Spannring (29) anliegenden Keilen (38) bzw. Bolzen besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugaufnahme (15) im Bereich einer Stirnfläche (47) der Werkzeugmaschinenspindel (2) oder des Werkzeughalters axial über Schrägflächen (42) an den Entriegelungskeilen (40) gegen die Stirnfläche (47) verschiebbare Auswerferbolzen (43) angeordnet sind.