DE4421583A1 - Werkzeugkopf, insbesondere Plandrehkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf, insbesondere einen Plan- oder Ausdrehkopf, mit einem an der Spindel einer Werkzeugmaschine befestigbaren Grundkörper, mit mindestens einem im wesentlichen quer zur Spindelachse am Grundkörper verschiebbaren, mindestens eine Werk­ zeugaufnahme mit Spannmechanismus zum Einspannen eines Schneidwerkzeugs oder eines Werkzeughalters aufweisen­ den Arbeitsschieber, mit einem eine zentral durch die hohl ausgebildete Spindel hindurch in den Grundkörper eingreifende, axial verschiebbare Stellstange und die Axialbewegung der Stellstange in eine Querbewegung des Arbeitsschiebers umsetzende Getriebemittel aufweisen­ den, maschinenseitig betätigbaren Verstellmechanismus.

Bei einem bekannten, als Plandrehkopf ausgebildeten Werkzeugkopf dieser Art (DE-C-26 08 930) weist der Ver­ stellmechanismus eine koaxial zur Spindelachse ver­ schiebbar angeordnete Stellstange mit an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten angeordneten, radial nach außen weisenden Schrägverzahnungen auf, während am Ar­ beitsschieber und einem als Gegengewicht dienenden Aus­ gleichsschieber je zwei symmetrisch zur Stellstange angeordnete, radial nach innen weisende Zahnleisten vorgesehen sind, die mit den Schrägverzahnungen der Stellstange kämmen. Die Zähne an den Zahnleisten des Arbeitsschiebers verlaufen dabei entgegengesetzt zu den der Zahnleisten des Ausgleichsschiebers. Zur Betätigung der Stellstange ist eine eigens hierfür konstruierte, maschinenseitig betätigbare Planzugeinrichtung vorgese­ hen, die zentral durch die Maschinenspindel hindurch­ greift. Aufgrund ihrer achsnahen Anordnung sind die Schrägverzahnungen relativ kleinflächig, was sich so­ wohl beim Gleitverhalten zwischen Stellstange und Schieber als auch bei der Stellgenauigkeit nachteilig auswirkt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Werkzeugkopf der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, der einen günstigen Kraftangriff zwi­ schen Stellstange und Schieber und damit ein günstiges Gleitverhalten und eine hohe Stellgenauigkeit gewähr­ leistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß bei einer außermittigen Anordnung der Getriebemit­ tel ein günstigerer Kraftangriff mit großflächiger An­ lage und Drehmomentabstützung erzielt werden kann, wel­ che sich günstig auf das Gleitverhalten, die Stellge­ nauigkeit und die Lebensdauer auswirken. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Stellstange an ihrem schieberseitigen Ende zwei außermittige, einander diametral gegenüberliegende, achsparallel ausgerichtete und im Grundkörper axial ge­ führte Getriebestangen trägt, die im wesentlichen ra­ dial nach dem Grundkörper inneren weisende Schrägverzah­ nungen aufweisen, die mit komplementären, radial nach außen weisenden Schrägverzahnungen des mindestens einen Arbeitsschiebers in Eingriff stehen.

Die Getriebestangen können dabei zusätzlich mit den ra­ dial nach außen weisenden Schrägverzahnungen mindestens eines in Gegenrichtung des Arbeitsschiebers verschieb­ baren Ausgleichschiebers in Eingriff stehen. Die Masse des Arbeitsschiebers und des Ausgleichsschiebers und deren Hubweg sind so aufeinander abgestimmt, daß ein Wuchtausgleich in jeder Schieberstellung gewährleistet ist.

Um die bei der Betätigung der Schieber an den Getriebe­ stangen auftretenden Drehmomente besser aufnehmen zu können, sind die Getriebestangen zumindest an ihrem schieberseitigen Ende plattenförmig verbreitert, wobei zumindest ein Teil der Schrägverzahnungen auf der ra­ dial nach innen weisenden Breitseite der plattenförmig verbreiterten Getriebestangenteile angeordnet sind. So­ wohl in konstruktiver als auch in funktioneller Hinsicht hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Stellstange mit einem Hohlschaft und einem am grund­ körperseitigen Ende des Hohlschafts radial überstehen­ den, in eine Axialführung des Grundkörpers eingreifen­ den Bund versehen ist und die Getriebestangen auf der dem Hohlschaft gegenüberliegenden Seite des Bunds ein­ ander diametral gegenüberliegend und achsparallel über­ stehend am Bund befestigt, vorzugsweise angeschraubt sind.

Aufgrund der außermittig angeordneten Getriebestangen ist es nun möglich, die Stellstange hohl auszubilden, so daß eine durch die Stellstange zentral hindurchgrei­ fende, maschinenseitig betätigbare Betätigungsstange zur Herstellung einer Wirkverbindung mit weiteren Funk­ tionselementen im Werkzeugkopf vorgesehen werden kann. Beispielsweise ist es im Interesse einer Komplettbear­ beitung von Werkstücken in einer Aufspannung von großem Vorteil, wenn Plandrehköpfe auch in Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsel eingesetzt werden können. Dem stand bisher entgegen, daß der zentrale Bereich der Maschinenspindel durch die Planzugeinrich­ tung für das Werkzeug belegt war, so daß dort ein zu­ sätzlicher Betätigungsmechanismus nicht untergebracht werden konnte.

Bei Verwendung einer hohlen Stellstange für die Schie­ berverstellung kann nun eine durch die Stellstange zen­ tral hindurchgreifende, maschinenseitig betätigbare und innerhalb des Grundkörpers mit dem Spannmechanismus lösbar kuppelbare Betätigungsstange vorgesehen werden, mit der ein maschinenseitig auslösbarer automatischer Werkzeugwechsel vorgenommen werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung trägt die Betätigungsstange an ihrem schieberseitig durch die hohle Stellstange hindurchgreifenden Ende ein vorzugs­ weise klauenartiges Kupplungselement, das mit einem komplementären schieberseitig angeordneten, mit dem Spannmechanismus verbundenen Kupplungselement vorzugs­ weise in einer Mittelstellung des Schiebers kuppelbar ist. Um die Betätigungsstange axial zustellen und in Drehrichtung unter Auslösung einer Werkzeugwechsels be­ tätigen zu können, ist die Betätigungsstange im Bereich ihres schieberseitig durch die hohle Stellstange hin­ durchgreifenden Endes in einer mit der Stellstange fluchtenden grundkörperfesten Führungs- und Lagerbüchse in Kupplungsrichtung axial geführt und drehgelagert. Die Führungs- und Lagerbüchse weist zu diesem Zweck ein vorzugsweise als Nadellager ausgebildetes Wälzlager für die Betätigungsstange auf. Zwischen der Führungs- und Lagerbüchse einerseits und dem schieberseitigen Kupp­ lungselement andererseits kann ein axialer Freiraum zur Aufnahme des Kupplungselements der Betätigungsstange in ausgekuppelter Ruhestellung vorgesehen werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Spannmechanismus einen im Schieber um eine zur Spindelachse parallele Achse axial unver­ schiebbar gelagerten, das schieberseitige Kupplungsele­ ment tragenden Drehteller aufweist, dessen Drehbewegung über einen Gewindetrieb in eine radiale Spannbewegung von innerhalb der Werkzeugaufnahme in einen Hohlschaft des Werkzeugs oder des Werkzeughalters eingreifenden Spannorganen umsetzbar ist. Um die an der Betätigungs­ stange angreifenden Kräfte reibungsarm auf die Spannor­ gane übertragen zu können, ist der Drehteller innerhalb des Arbeitsschiebers zweckmäßig in axialen Wälzlagern gelagert. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht und zur Erleichterung des Kupplungsvorgangs weist der Drehteller auf der Seite der Betätigungsstange einen achszentralen Zentrierstift für die Betätigungsstange und mindestens zwei exzentrische, achsparallel überste­ hende Kupplungsklauen auf.

Eine besonders zuverlässige Betätigung des Spannmecha­ nismus kann dadurch erzielt werden, daß der Drehteller einen axial überstehenden Gewindezapfen trägt, der in ein Innengewinde einer radial innerhalb der Spannorgane angeordneten, zentral durch die Werkzeugaufnahme dreh­ fest hindurchgreifenden, axial verschiebbaren, mit man­ telseitigen Kegelflächen gegen innenseitige Keilflächen der Spannorgane einwirkenden Spannhülse eingreift. Als Spannorgane sind dabei zweckmäßig mehrere in Umfangs­ richtung einen Winkelabstand voneinander aufweisende, achsparallel ausgerichtete Zangensegmente vorgesehen, die mit außenseitigen, axial einander entgegengesetzt ausgerichteten Keilflächen gegen entsprechende Innenko­ nusflächen des Werkzeughohlschafts und des Arbeitsschie­ bers unter axialer und radialer Einspannung des Werk­ zeughalters in der Werkzeugaufnahme abgestützt sind. Die Werkzeugaufnahme kann dabei eine zylindrische, dop­ pelzylindrische oder konische Innenfläche zur Aufnahme eines Werkzeughohlschafts mit komplementärer Mantelflä­ che aufweisen.

Zur Verbesserung der Spanabfuhr und Kühlung beim Bear­ beitungsvorgang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn ein Kühlschmierstoff direkt an die Schneide ge­ führt wird. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschla­ gen, daß im Grundkörper mindestens ein über eine Spin­ delbohrung mit Kühlschmierstoff beaufschlagbarer Kühl­ schmierstoffkanal vorgesehen ist, der über ein radial ausgerichtetes, flüssigkeitsdichtes Teleskoprohr in ei­ nen zur Werkzeugaufnahme führenden und über diese an einen Werkzeugkanal anschließbaren Schieberkanal mündet.

Um die Werkzeugaufnahme sauber zu halten und dort vor­ handene Späne und Schmutzpartikel bei einem Wechselvor­ gang zu entfernen, hat es sich als vorteilhaft erwie­ sen, wenn im Grundkörper ein vorzugsweise über eine Spindelbohrung mit Druckluft beaufschlagbarer Druck­ luftkanal vorgesehen ist, der in der Mittelstellung des Arbeitsschiebers mit einem schieberseitigen, in das In­ nere der Werkzeugaufnahme mündenden Blasluftkanal kom­ muniziert. Damit kann sowohl beim Spannvorgang als auch beim Auswurfvorgang Blasluft austreten, die die Werk­ zeugaufnahme sauber hält.

Um für umfangreiche Zerspanungsaufgaben verschiedene Werkzeuge am Werkzeugkopf unabhängig voneinander ver­ schieben zu können, wird gemäß einer bevorzugten Ausge­ staltung der Erfindung vorgeschlagen, daß am Grundkör­ per neben dem ersten Arbeitsschieber ein im wesentli­ chen quer zur Spindelachse verschiebbarer, mindestens eine Werkzeugaufnahme aufweisender zweiter Arbeits­ schieber angeordnet ist, und daß die durch die hohle Stellstange hindurchgreifende, innerhalb des Grundkör­ pers axial geführte Betätigungsstange über die Axialbe­ wegung der Betätigungsstange in eine Querbewegung des zweiten Arbeitsschiebers umsetzende zweite Getriebemit­ tel mit dem zweiten Arbeitsschieber kuppelbar ist. Ob­ wohl grundsätzlich jede gegenseitige Verschieberichtung möglich ist, ist es zweckmäßig, wenn der erste und der zweite Arbeitsschieber parallel zueinander am Grundkör­ per verschiebbar sind.

Vorteilhafterweise sind die zweiten Getriebemittel durch zwei in der Nähe des stirnseitigen Endes auf ein­ ander diametral gegenüberliegenden Seiten der Betäti­ gungsstange radial nach außen weisende Schrägverzahnun­ gen und zwei am zweiten Arbeitsschieber symmetrisch zur Betätigungsstange angeordnete, radial nach innen wei­ sende, mit den Schrägverzahnungen der Betätigungsstange kämmende Zahnleisten gebildet.

Die erfindungsgemäßen, außermittig im Grundkörper ange­ ordneten Getriebestangen können mit ihren nach innen weisenden Schrägverzahnungen auch mit je einem von zwei in Gegenrichtung parallel zueinander am Grundkörper verschiebbaren, durch eine Zentraldurchführung quer zu ihrer Verschieberichtung voneinander getrennten Arbeits­ schiebern in Eingriff stehen. Die Stellstange kann da­ bei eine durch die Zentraldurchführung axial zugängli­ che Werkzeugaufnahme beispielsweise für eine Pinole oder ein Bearbeitungswerkzeug aufweisen. Die Werkzeug­ aufnahme ihrerseits kann mit einem radial durch eine vorzugsweise selbsttätig flüssigkeitsdicht verschließ­ bare Öffnung des Grundkörpers hindurch mittels eines Schraubwerkzeugs zugänglichen Spannmechanismus versehen sein. Bei einer mit einem radialen Bund zur außermitti­ gen Befestigung der Getriebestangen versehenen Stell­ stange kann zusätzlich ein durch den Bund hindurchgrei­ fender Radialkanal für den Zugriff zum Spannmechanismus der Werkzeugaufnahme vorgesehen werden. Die Stellstange kann auch bei dieser Ausgestaltung als Hohlschaft aus­ gebildet werden, dessen Axialbohrung von einer mit ei­ ner Kühlmittelbohrung durchsetzten starr montierten Dichtstange oder verschiebbaren Betätigungsstange be­ stückt sein kann.

Zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werk­ zeugs ist es vor allem für die Feinbearbeitung von Vor­ teil, wenn die Getriebestangen und/oder die Schieber zumindest an ihren von den Schrägverzahnungen abgewand­ ten Führungsflächen über vorgespannte Wälzführungen am Grundkörper abgestützt sind und dadurch reibungs- und spielarm geführt werden. Um bei größeren Werkzeugbela­ stungen auch die Vorteile einer Gleitführung zu nutzen und das Dämpfungsverhalten zu verbessern, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorge­ schlagen, daß die Getriebestangen und/oder die Schieber zumindest an ihren den Schrägverzahnungen abgewandten Führungsflächen über kombinierte Wälz- und Gleitführun­ gen am Grundkörper abgestützt sind, wobei die einander zugewandten Gleitführungsflächen nur bei Überschreiten einer vorgegebenen Querbelastung und elastischen Ver­ formung der Wälzführungen gegeneinander anliegen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Arbeitsschieber eine Werkzeugaufnahme mit Planflächenverspannung aufweist, deren Achse im Ab­ stand von der Spindelachse quer zu dieser ausgerichtet ist und deren Planfläche parallel zu einer die Spindel­ achse enthaltenden Mittelebene im Abstand von dieser an­ geordnet ist, wobei die Planfläche zweckmäßig parallel zur Verschieberichtung des Arbeitsschiebers ausgerichtet ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Werkzeugauf­ nahme so mit einem Schneidwerkzeug zu bestücken, daß die beim Plandrehen und Einstechen an seiner Schneide auftre­ tende Hauptschnittkraft quer zur Planfläche gerichtet ist. Damit läßt sich ein optimaler Kraftfluß und somit ein optimales Bearbeitungsergebnis erzielen.

Zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit ist es von Vorteil, wenn der Arbeitsschieber und der Grundkörper mit einem Maßstab und einem Sensor zur direkten Ver­ schiebemessung bestückt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Plandrehkopf mit maschinenseitig betätigbarem Schieber und ma­ schinenseitig betätigbarer Werkzeugaufnahme;

Fig. 2 einen weiteren, um 90° gegenüber Fig. 1 gedreh­ ten Längsschnitt durch den Plandrehkopf;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Plandrehkopf;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 1;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen abgewandelten Plandrehkopf mit zwei unabhängig voneinander maschinenseitig betätigbaren Arbeitsschiebern;

Fig. 7a eine Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Plandrehkopfs mit Doppel­ schieber und Zentraldurchführung;

Fig. 7b bis d verschiedene Schnitte durch den Plandreh­ kopf entlang den Schnittlinien B-B, C-C und D-D der Fig. 7a;

Fig. 8 einen Plandrehkopf mit Doppelschieber, Zentral­ durchführung und zentraler Betätigungsstange mit Werkzeugaufnahme in einer Darstellung ent­ sprechend Fig. 7d.

Die in der Zeichnung dargestellten Plandrehköpfe beste­ hen im wesentlichen aus einem Grundkörper 10, je einem im Grundkörper quer zur Grundkörperachse 12 gemeinsam nach entgegengesetzten Richtungen verschiebbaren Ar­ beitsschieber 14 und Ausgleichschieber 16 und einem ei­ ne Stellstange 18 und zwei Getriebestangen 20 aufwei­ senden Verstellmechanismus zum Verschieben der Schieber 14, 16, sowie mindestens einer am Arbeitsschieber 14 an­ geordneten, durch einen als Langloch ausgebildeten Durchbruch 22 des Grundkörpers 10 stirnseitig hindurch­ greifenden Werkzeugaufnahme 24 mit einem integrierten Spannmechanismus 26 für einen Werkzeughalter 28.

Aus Montagegründen ist der Grundkörper 10 im wesentli­ chen aus drei Teilen zusammengesetzt, einem Gehäuseteil 30, einem Zwischenlager 32 und einem den Durchbruch 22 enthaltenden Deckelteil 34, die in zusammengebautem Zu­ stand mittels Schrauben 36, 38 und Stiften 40 starr mit­ einander verbunden sind. Der Grundkörper 10 weist an seinem Gehäuseteil 30 einen Flansch 42 zur Befestigung an einer Maschinenspindel 44 mittels Flanschschrauben 45 auf. Die Maschinenspindel 44 weist einen zentralen Hohlraum für den Durchgriff der maschinenseitig betä­ tigbaren Stellstange 18 auf. Die Stellstange 18 ihrer­ seits weist hierzu einen in die Spindel 44 in Richtung Werkzeugmaschine hindurchgreifenden Hohlschaft 46 für den Anschluß an ein maschinenseitiges Zugorgan sowie einen in einer maschinenseitig offenen Ausnehmung 48 des Grundkörpers 10 geführten, radial über den Hohl­ schaft 46 überstehenden Bund 50 auf. Die exzentrisch angeordneten, einander diametral gegenüberliegenden Ge­ triebestangen 20 sind auf der dem Hohlschaft 46 gegen­ überliegenden Seite des Bunds 50 mittels Schrauben 52 befestigt und in entsprechenden Ausnehmungen des Grund­ körpers 10 axial geführt. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, weisen die Getriebestangen 20 einen im wesentli­ chen T-förmigen Umriß auf und tragen an ihren radial nach innen weisenden Breitseitenflächen jeweils zwei nach einander entgegengesetzten Seiten weisende Schräg­ verzahnungen 54, 56 auf, die mit komplementären, radial nach außen weisenden Schrägverzahnungen 58, 60 im Ar­ beitsschieber 14 und im Ausgleichsschieber 16 kämmen. Damit wird erreicht, daß bei einer axialen Verstellung (Doppelpfeil 18′) der Stellstange 18 der Arbeitsschie­ ber 14 und der Ausgleichsschieber 16 nach entgegenge­ setzten Richtungen (Pfeile 14′, 16′) innerhalb des Grund­ körpers 10 verschoben werden.

Zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit sind bei den in Fig. 1, 2 sowie 7a und d gezeigten Ausführungs­ beispielen die Getriebestangen 20 und die Arbeitsschie­ ber 14 an ihren von den Schrägverzahnungen 58, 60 abge­ wandten Führungsflächen über Wälzführungen 59, 61, 61′, 61′′ am Grundkörper 10, 32, 34 abgestützt. Außerhalb der Wälzführungen 59, 61, 61′, 61′′ können zusätzlich Gleitführungen vorgesehen werden, die mit einem kleinen Spiel von ca. 2 µm bei leichter Belastung sich an ihren Führungsflächen noch nicht berühren. Wenn bei Belastun­ gen die Wälzführungen 59, 61, 61′, 61′′ geringfügig verformt werden, kommen diese Gleitführungen zum Tra­ gen. Bei dieser Lösung werden die Vorteile der Wälzfüh­ rungen und Gleitführungen gleichermaßen ausgenutzt und das Dämpfungsverhalten verbessert.

Im Grundkörper 10 ist in axialem Abstand von der Stell­ stange 18 eine zur Grundkörperachse 12 koaxiale Füh­ rungs- und Lagerbüchse 62 mit einem Nadellager 64 ein­ gebettet, die zur Führung und Abstützung einer von der Maschinenseite her durch die hohle Stellstange 18 hin­ durch in den Grundkörper eingreifende Betätigungsstange 65 bestimmt ist.

Bei dem in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungsstange 65 zu Betätigung des Spannme­ chanismus 26 bestimmt. Der im Arbeitsschieber 14 ange­ ordnete Spannmechanismus 26 weist dazu mehrere, in Um­ fangsrichtung einen Abstand voneinander aufweisende, achsparallel ausgerichtete, durch den Boden 66 der Werk­ zeugaufnahme 24 hindurchgreifende Zangensegmente 68 sowie eine radial innerhalb der Zangensegmente 68 ange­ ordnete Spannhülse 70 auf. Die Zangensegmente 68 weisen an ihrem einen Ende 72 je eine durch einen keilförmigen oder konischen Flächenabschnitt gebildete Spannfläche 74 auf, die sich an einer konischen Spannflanke 76 des Arbeitsschiebers 14 abstützen. An ihrem anderen, in die Werkzeugaufnahme 24 eingreifenden Ende 78 sind die Zan­ gensegmente 68 mit einer durch einen entgegengesetzt gerichteten konischen Flächenabschnitt gebildeten Spann­ fläche 80 versehen, die gegen eine konische Spannflanke 82 im Werkzeughohlschaft 28 anpreßbar ist. Zum Einspan­ nen des Werkzeugs werden die Zangensegmente 68 bei in die Werkzeugaufnahme 24 eingeführtem Hohlschaft 28 ra­ dial nach außen bewegt und mit ihren konischen Spann­ flächen 74, 80 unter axialer und radialer Verspannung des Hohlschafts 28 in der Werkzeugaufnahme 24 auf die konischen Spannflanken 76, 82 aufgeschoben. Die Betäti­ gung erfolgt mit Hilfe der Spannhülse 70, deren Mantel­ fläche zwei im Abstand voneinander angeordnete Spannke­ gel 84, 86 aufweist, die bei einer Axialverschiebung der Spannhülse 70 auf entsprechenden Schrägflächen 88, 90 der Zangensegmente 68 auflaufen.

Die Verschiebung der Spannhülse 70 erfolgt mit Hilfe einer in ein Innengewinde der Spannhülse 70 eingreifen­ den Gewindestange 92, die über einen im Arbeitsschieber 14 um die Achse 94 koaxial zur Spannhülse 70 in Rollen­ lagern 95 drehbar gelagerten Drehteller 96 betätigbar ist. Das Einspannen erfolgt gegen die Kraft der Rückhol­ federn 98, die auch als Tellerfederpaket ausgebildet werden können. Der Drehteller 96 weist einen zur Ma­ schinenseite hin überstehenden Zentrierstift 100 sowie Kupplungsklauen 102 auf, mit denen die maschinenseitige Betätigungsstange 65 durch axiale Zustellung stirnsei­ tig kuppelbar ist.

Um die Kupplung vornehmen zu können, muß der Arbeits­ schieber 14 zunächst in seine Mittelposition verschoben werden, in der die Achse 94 der Werkzeugaufnahme mit der Grundkörperachse 12 fluchtet. Andererseits ist eine Verschiebung des Arbeitsschiebers 14 nur möglich, wenn die Betätigungsstange 65 mit ihrem stirnseitigen Kupp­ lungsteil 67 in den Freiraum 104 zwischen Arbeitsschie­ ber 14 und Führungs- und Lagerbüchse 62 zurückgezogen ist (Pfeil 65′). Der eigentliche Spannvorgang beim Werkzeugwechsel erfolgt durch Drehen der eingekuppelten Betätigungsstange 65 in der einen oder anderen Dreh­ richtung (Pfeil 65′′).

Um die Werkzeugaufnahme 24 sauber zu halten und dort vorhandene Späne und Schmutzpartikel zu entfernen, wird die Werkzeugaufnahme 24 über einen maschinenseitigen Druckluftanschluß mit Blasluft versorgt. Die hierzu notwendige Druckluft gelangt über einen Flanschanschluß 106 in einen Druckluftkanal 108 innerhalb des Grundkör­ pers 10, der in der Mittelstellung des Arbeitsschiebers 14 mit einem Blasluftkanal 110 des Arbeitsschiebers 14 kommuniziert und in die Werkzeugaufnahme 24 mündet.

Zur Versorgung der Werkzeugschneiden mit einem Kühl­ schmierstoff von der Maschinenseite aus sind im Flansch zwei Kühlschmierstoffanschlüsse 112 vorgesehen, die über Kühlschmierstoffkanäle 114 und Teleskoprohre 116 mit Kühlschmierstoffkanälen 117 im Arbeitsschieber und im Werkzeug verbunden sind.

Ein weiterer Anschluß 118 im Flansch 42 dient zur Ver­ sorgung der beweglichen Teile des Plandrehkopfes mit ei­ nem zähflüssigen Schmiermittel über die Schmiermittelkanä­ le 120, die bei Bedarf zusätzlich über einen Schmiernippel 122 mit Schmiermittel beaufschlagbar sind.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Arbeitsschieber 14 zwei exzentrisch angeordnete, durch die Durchbrüche 22 im Deckelteil 34 des Grundkör­ pers hindurchgreifende Werkzeugaufnahmen 24 auf, die einen nicht dargestellten, extern betätigbaren Spannme­ chanismus enthalten. Weiter ist am Deckelteil des Grund­ körpers ein zweiter, mit einer Werkzeugaufnahme 128 versehener Arbeitsschieber 130 in Richtung des Doppel­ pfeils 130′ quer zur Grundkörperachse 12 verschiebbar gelagert. Die Verschiebung des Arbeitsschiebers 130 er­ folgt über die Betätigungsstange 65, die an ihrem stirn­ seitigen Ende durch eine Axialführung 132 im Deckelteil 34 hindurchgreift und einander diametral gegenüberlie­ gende Schrägverzahnungen 134 trägt, die mit nicht dar­ gestellten komplementären Schrägverzahnungen des zwei­ ten Arbeitsschiebers 130 kämmen.

In den Fig. 7a bis d ist ein abgewandeltes Ausführungs­ beispiel eines Plandrehkopfs mit zwei Arbeitsschiebern 14 dargestellt, die gemeinsam über die Stellstange 18 in Gegenrichtung parallel zueinander am Grundkörper 10 verschiebbar sind. Die beiden Arbeitsschieber 14 sind durch eine axiale Zentraldurchführung 140 seitlich von­ einander getrennt angeordnet. Sie greifen mit einem Gleitstein 142 durch den Durchbruch 22 im Deckelteil 34 hindurch und weisen außenseitig einen Aufnahmeträger 14′ mit je einer Werkzeugaufnahme 24 auf. Die Aufnahme­ träger 14′ sind in je einer Führungsrinne 144 im Deckel­ teil 34 in Verschieberichtung geführt und radial nach außen hin zusätzlich an einer grundkörperfesten Füh­ rungsleiste 146 abgestützt.

Wie insbesondere aus Fig. 7a zu ersehen ist, ist die Achse 147 der Werkzeugaufnahme 24 im Abstand von der Spindelachse 12 quer zu dieser ausgerichtet, während ihre Planfläche 149 parallel zu einer die Spindelachse 12 enthaltenden Mittelebene 151 im Abstand von dieser angeordnet ist. Damit kann die Werkzeugaufnahme 24 mit einem Schneidwerkzeug 153 so bestückt werden, daß die an der Schneide 155 des Schneidwerkzeugs 153 beim Plan­ drehen und Einstechen auftretende Hauptschnittkraft (Pfeil 157) direkt von der Planfläche 149 aufgenommen wird. Damit läßt sich ein optimaler Kraftschluß erzielen.

Die an dem Bund 50 der Stellstange 18 mittels Schrauben 52 angeschraubten Getriebestangen 20 stehen mit ihren radial nach innen weisenden Schrägverzahnungen 54 mit je einem der Arbeitsschieber 14 im Eingriff. Im Hohl­ schaft 46 der Stellstange 18 ist eine von der Stirnsei­ te her durch die Zentraldurchführung 140 hindurch zu­ gängliche Werkzeugaufnahme 148 mit einem als ABS-Kupp­ lung ausgebildeten Spannmechanismus 150 angeordnet (ABS ist ein Warenzeichen der Firma Komet Präzisionswerkzeu­ ge Robert Breuning GmbH). Die Spannschraube 152 und die Halteschraube 154 des Spannmechanismus 150 sind durch je einen Radialkanal 156, 158 im Bund 50 der Stellstange 18 hindurch mit einem Schraubwerkzeug 160 zugänglich. Während die Halteschraube 154 im demontierten Zustand der Stellstange 18 dauerhaft festgedreht werden muß, ist die Spannschraube 152 auch im montierten Zustand der Stellstange 18 durch eine mittels eines durch eine Feder 162 selbsttätig verstellbaren Verschlußorgans 164 wasserdicht verschließbare Öffnung 166 in der Wand des Grundkörpers 10 hindurch von außen her mit dem Schraub­ werkzeug 160 zugänglich. Das in die Werkzeugaufnahme 150 einführbare, beispielsweise als Pinole 168 ausge­ bildete Werkzeug greift mit seinem mit einem Pendelbol­ zen 170 bestückten Zylinderschaft 172 in die am stirn­ seitigen Ende der Stellstange 18 angeformte Zylinder­ hülse 174 der Werkzeugaufnahme 148 ein und wird mit Hilfe des Spannmechanismus 150 mit einer Ringfläche gegen die stirnseitige Planfläche 176 der Zylinderhülse 174 angezogen und mit dieser verspannt. Die Kühlmittel­ zufuhr erfolgt von der Maschinenseite her über einen zentralen Kühlmittelkanal 178 in einer Dichtstange 180, die die Axialbohrung 182 des Hohlschafts 46 der Stell­ stange 18 flüssigkeitsdicht und unverschiebbar durchsetzt.

Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel unterschei­ det sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7d da­ durch, daß die Werkzeugaufnahme 148 mit dem Spannmecha­ nismus 150 nicht in der Stellstange 18, sondern in der in der Stellstange 18 verschiebbar angeordneten Betäti­ gungsstange 65 stirnseitig angeordnet ist. In Fig. 8 sind zwei Ausführungsvarianten hierfür eingezeichnet. In der oberen Hälfte der Betätigungsstange 65 ist eine Werkzeugaufnahme 148 dargestellt, die in einem zur Spindelachse 12 konzentrischen Wälzlager 184 frei dreh­ bar gelagert und mit einer Pinolenspitze 168 bestückt ist. Im unteren Teil ist eine mit der Betätigungsstange 65 starr verbundene Aufnahme 148 dargestellt, in der ein Bohrer 186 eingespannt ist.

Zusammenfassend wird folgendes festgestellt: Die Erfin­ dung bezieht sich auf einen Plandrehkopf, der einen an einer Maschinenspindel befestigbaren Grundkörper 10, einen im wesentlichen quer zur Spindelachse 12 am Grund­ körper 10 verschiebbaren, eine Werkzeugaufnahme 24 mit Spannmechanismus 26 zum Einspannen eines Werkzeugs auf­ weisenden Arbeitsschieber 14 und einen Verstellmechanis­ mus für den Arbeitsschieber 14 aufweist. Der Verstell­ mechanismus enthält eine zentral durch die hohl ausge­ bildete Maschinenspindel 44 hindurch in den Grundkörper 10 eingreifende, axial verschiebbare Stellstange 18 und die Axialbewegung der Stellstange in die Querbewegung des Arbeitsschiebers 14 umsetzende Getriebemittel 20. Um einen günstigen Kraftangriff zwischen Stellstange 18 und Schieber 14 und damit ein günstiges Gleitverhalten und eine hohe Stellgenauigkeit zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Stellstange 18 an ihrem schieberseitigen Ende zwei außermittige, einander diametral gegenüberliegende, achsparallel aus­ gerichtete und im Grundkörper 10 axial geführte Getrie­ bestangen 20 trägt, die im wesentlichen radial nach dem Grundkörper inneren weisende Schrägverzahnungen 54 auf­ weisen, die mit komplementären, radial nach außen wei­ senden Schrägverzahnungen 56 des Arbeitsschiebers 14 in Eingriff stehen.

Claims (32)

1. Werkzeugkopf, insbesondere Plan- oder Ausdrehkopf, mit einem an der Maschinenspindel (44) einer Werk­ zeugmaschine befestigbaren Grundkörper (10), mit mindestens einem im wesentlichen quer zur Spindel­ achse (12) am Grundkörper (10) verschiebbaren, min­ destens eine Werkzeugaufnahme (24) mit Spannmecha­ nismus (26) zum Einspannen eines Schneidwerkzeugs oder eines Werkzeughalters (28) aufweisenden Ar­ beitsschieber (14), mit einem eine zentral durch die hohl ausgebildete Maschinenspindel (44) hin­ durch in den Grundkörper (10) eingreifende, axial verschiebbare Stellstange (18) und die Axialbewe­ gung der Stellstange (18) in die Querbewegung des Arbeitsschiebers (14) umsetzende Getriebemittel (20, 54 bis 60) aufweisenden, maschinenseitig betä­ tigbaren Verstellmechanismus, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stellstange (18) an ihrem schiebersei­ tigen Ende zwei außermittige, einander diametral gegenüberliegende, achsparallel ausgerichtete und im Grundkörper (10) axial geführte Getriebestangen (20) trägt, die im wesentlichen radial nach dem Grundkörperinneren weisende Schrägverzahnungen (54) aufweisen, die mit komplementären, radial nach außen weisenden Schrägverzahnungen (56) des minde­ stens einen Arbeitsschiebers (14) in Eingriff ste­ hen.

2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Getriebestangen (20) zusätzlich mit den radial nach außen weisenden Schrägverzahnungen (60) mindestens eines in Gegenrichtung des Arbeits­ schiebers (14) verschiebbaren Ausgleichsschiebers (16) in Eingriff stehen.

3. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Getriebestangen (20) plattenförmig ausgebildet sind oder ein plattenför­ mig verbreitertes schieberseitiges Ende aufweisen.

4. Werkzeugkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest ein Teil der Schrägverzahnungen (54, 56) auf der radial nach innen weisenden Breit­ seitenfläche der plattenförmig verbreiterten Getrie­ bestangenteile angeordnet sind.

5. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellstange (18) ei­ nen Hohlschaft (46) und einen am grundkörperseiti­ gen Ende des Hohlschafts (46) radial überstehenden, in eine Axialausnehmung (48) des Grundkörpers (10) eingreifenden Bund (50) aufweist, und daß die Ge­ triebestangen auf der dem Hohlschaft (46) gegenüber­ liegenden Seite des Bunds (50) einander diametral gegenüberliegend und achsparallel überstehend am Bund (50) befestigt, vorzugsweise angeschraubt sind.

6. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellstange (18) hohl ausgebildet ist und daß eine durch die Stellstange (18) zentral hindurchgreifende, maschinenseitig be­ tätigbare Betätigungsstange (65) vorgesehen ist.

7. Werkzeugkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungsstange (65) innerhalb des Grundkörpers (10) mit dem Spannmechanismus (26) lösbar kuppelbar ist.

8. Werkzeugkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungsstange (65) an ihrem schie­ berseitig durch die hohle Stellstange (18) hindurch­ greifenden Ende mindestens ein vorzugsweise klauen­ artiges Kupplungselement (67) trägt, das mit einem komplementären, schieberseitig angeordneten, mit dem Spannmechanismus (26) verbundenen Kupplungsele­ ment (102) vorzugsweise in einer Mittelstellung des Arbeitsschiebers (14) kuppelbar ist.

9. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (65) im Bereich ihres schieberseitig durch die hoh­ le Stellstange (18) hindurchgreifenden Endes in ei­ ner mit der Stellstange (18) fluchtenden, grundkör­ perfesten Führungs- und Lagerbüchse (62) in Kupp­ lungsrichtung (65′) axial geführt und vorzugsweise drehgelagert ist.

10. Werkzeugkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungs- und Lagerbüchse (62) ein vorzugsweise als Nadellager (64) ausgebildetes Wälzlager für die Betätigungsstange (65) aufweist.

11. Werkzeugkopf nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Führungs- und Lager­ büchse (62) und dem schieberseitigen Kupplungsele­ ment (102) sich ein axialer Freiraum (104) zur Auf­ nahme des Kupplungselements (67) der Betätigungs­ stange (65) in ausgekuppelter Ruhestellung befindet.

12. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannmechanismus (26) einen im Arbeitsschieber (14) um eine zur Spindel­ achse (12) parallele Achse (94) axial unverschieb­ bar gelagerten, das schieberseitige Kupplungsele­ ment (102) tragenden Drehteller (96) aufweist, des­ sen Drehbewegung über Getriebemittel (92, 70) in ei­ ne radiale Spannbewegung von innerhalb der Werkzeug­ aufnahme (24) in einen Hohlschaft (28) des Werkzeugs oder des Werkzeughalters eingreifenden Spannorganen (68) umsetzbar ist.

13. Werkzeugkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drehteller (96) innerhalb des Arbeits­ schiebers (14) in axialen Wälzlagern (95) gelagert ist.

14. Werkzeugkopf nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehteller (96) auf der Seite der Betätigungsstange einen achszentralen Zentrier­ stift (100) und mindestens zwei exzentrische, achs­ parallel überstehende, die Kupplungselemente bil­ dende Kupplungsklauen (102) aufweist.

15. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (96) eine axial überstehende Gewindestange (92) trägt, die in ein Innengewinde einer radial innerhalb der Spannorgane (68) angeordneten, zentral durch die Werkzeugaufnahme (24) drehfest hindurchgreifenden, axial verschiebbaren und mit mantelseitigen Spann­ kegeln gegen innenseitige Schrägflächen (88, 90) der Spannorgane (68) einwirkende Spannhülse (70) ein­ greift.

16. Werkzeugkopf nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch mehrere, die Spannorgane (68) bildende, in Umfangs­ richtung einen Abstand voneinander aufweisende, achsparallel ausgerichtete Zangensegmente, die mit außenseitigen, axial einander entgegengesetzt aus­ gerichteten, keilförmigen oder konischen Spannflä­ chen (74, 80) gegen entsprechende konischen Spann­ flanken (76, 82) des Werkzeughohlschafts (28) und des Arbeitsschiebers (14) unter axialer und radia­ ler Einspannung des Werkzeugs oder Werkzeughalters (28) in der Werkzeugaufnahme (24) abgestützt sind.

17. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (24) eine zylindrische, doppelzylindrische oder konische Innenfläche zur Aufnahme eines Werkzeughohlschafts (28) mit entsprechender Mantelfläche aufweist.

18. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen im Grundkörper (10) angeordneten, über eine Spindelbohrung mit Kühlschmierstoff beaufschlagbaren Kühlschmierstoff­ kanal (114), der über ein radial ausgerichtetes, flüssigkeitsdichtes Teleskoprohr (116) in einen zur Werkzeugaufnahme führenden Kühlschmierstoffkanal im Arbeitsschieber (14) mündet.

19. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ge­ kennzeichnet durch einen im Grundkörper (10) ange­ ordneten, vorzugsweise über eine Spindelbohrung mit Druckluft beaufschlagbaren Druckluftkanal (118), der in der Mittelstellung des Arbeitsschiebers (14) mit einem schieberseitigen, in das Innere der Werk­ zeugaufnahme (24) führenden Blasluftkanal (110) kommuniziert.

20. Werkzeugkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß am Grundkörper (10) ein im wesentlichen quer zur Spindelachse (12) verschiebbarer zweiter Arbeitsschieber (130) angeordnet ist, und daß die durch die hohle Stellstange (18) hindurchgreifende, innerhalb des Grundkörpers (10) axial geführte Be­ tätigungsstange (65) über die Axialbewegung (65′) der Betätigungsstange (65) in eine Querbewegung (130′) des zweiten Arbeitsschiebers (130) umsetzen­ de zweite Getriebemittel (134) mit dem zweiten Ar­ beitsschieber (130) kuppelbar ist.

21. Werkzeugkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweiten Getriebemittel (134) durch zwei in der Nähe des stirnseitigen Endes auf diame­ tral gegenüberliegenden Seiten der Betätigungsstan­ ge (65) radial nach außen weisende Schrägverzahnun­ gen (134) und zwei am zweiten Arbeitsschieber (130) symmetrisch zur Betätigungsstange (65) angeordnete, radial nach innen weisende, mit den Schrägverzah­ nungen (134) der Betätigungsstange (65) kämmende Zahnleisten gebildet sind.

22. Werkzeugkopf nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste und der zweite Arbeits­ schieber (14, 130) parallel zueinander am Grundkör­ per (10) verschiebbar sind.

23. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Getriebestangen (20) mit je einem von zwei in Gegenrichtung parallel zu­ einander am Grundkörper (10) verschiebbaren, durch eine Zentraldurchführung (140) seitlich voneinander getrennten Arbeitsschiebern (14) in Eingriff ste­ hen.

24. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (18) oder eine in ihrer Zentraldurchführung (140) ge­ führte Betätigungsstange (65) eine durch die Zen­ traldurchführung (140) axial zugängliche Werkzeug­ aufnahme (148) für eine Pinole (168) mit zur Spin­ delachse koaxial gelagerter mit laufender Spitze zur Werkstückabstützung oder ein Bearbeitungswerkzeug (186) aufweist.

25. Werkzeugkopf nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die Werkzeugaufnahme (148) einen radial durch eine vorzugsweise selbsttätig flüssigkeits­ dicht verschließbare Öffnung (166) mittels eines Schraubwerkzeugs (160) zugänglichen Spannmechanis­ mus (150) aufweist.

26. Werkzeugkopf nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spannmechanismus (150) durch minde­ stens einen Radialkanal (156, 158) des Bundes (50) der Stellstange (18) hindurch von außen her mittels eines Schraubwerkzeugs (160) zugänglich ist.

27. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlschaft (46) der Stellstange (18) in seiner Axialbohrung (182) von einer eine Kühlmittelbohrung (178) aufweisenden Dichtstange (180) oder Betätigungsstange (65) durch­ setzt ist.

28. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß die Getriebestangen (20) und/oder die Arbeitsschieber (14) zumindest an ih­ ren von den Schrägverzahnungen (54, 58) abgewandten Führungsflächen über vorgespannte Wälzführungen (59, 61, 61′, 61′′) am Grundkörper (10, 32, 34) abge­ stützt sind.

29. Werkzeugkopf nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich­ net, daß die Getriebestangen (20) und/oder die Ar­ beitsschieber (14) zumindest an ihren von den Schrägverzahnungen (54, 58) abgewandten Führungsflä­ chen über kombinierte Wälz-Gleitführungen am Grund­ körper (10, 32, 34) abgestützt sind, wobei die einan­ der zugewandten Gleitführungsflächen nur bei Über­ schreiten einer vorgegebenen Querbelastung und ela­ stischen Verformung der Wälzführungen gegeneinander anliegen.

30. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß der Arbeitsschieber (14) eine Werkzeugaufnahme (24) mit einer Planfläche (149) zur Planflächenverspannung mit einem Schneid­ werkzeug (153) aufweist, deren Achse (147) im Ab­ stand von der Spindelachse (12) quer zu dieser aus­ gerichtet ist und deren Planfläche (149) parallel zu einer die Spindelachse (12) enthaltenden Mittel­ ebene (151) im Abstand von dieser angeordnet ist.

31. Werkzeugkopf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich­ net, daß die Werkzeugaufnahme (24) mit einem Schneid­ werkzeug (153) so bestückbar ist, daß die an seiner Schneide (155) beim Plandrehen und Einstechen auf­ tretende Hauptschnittkraft (157) quer zur Planflä­ che (149) gerichtet ist.

32. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 31, da­ durch gekennzeichnet, daß der Arbeitsschieber (14) und der Grundkörper (10) mit einem Maßstab und ei­ nem Sensor zur direkten Verschiebewegmessung be­ stückt sind.