DD218007A1

DD218007A1 - Spann- und loesevorrichtung fuer werkzeuge mit konischem schaft in arbeitsspindeln

Info

Publication number: DD218007A1
Application number: DD25343883A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Drassdo; Lothar Jorke; Gerhard Richter; Volker Moebius
Original assignee: Mikromat Dresden Betrieb
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1985-01-30

Abstract

Die Erfindung ist im Werkzeugmaschinenbau einsetzbar. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Spann- und Loesevorrichtung zu schaffen, die sowohl kurze Spann- und Loesezeiten, eine hohe Spannkraft mit sich selbst zentrierendem Kraftangriff am Werkzeug, einen Ueberlastschutz der Werkzeuge, sowie einen Ausgleich kleiner Fertigungsfehler der Werkzeuge bzw. Spannvorrichtung ermoeglicht. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Spannzangenklauen auf ihrer zugstangenseitigen Verstaerkung eine innere Gleitflaeche unter einem Keilwinkel a und eine aeussere Gleitflaeche unter einem Keilwinkel b zur Laengsrichtung der Spannzangenklauen besitzen. Die Keilwinkel erfuellen daher die Bedingung, dass a b ist. Diese Gleitflaechen stuetzen sich auf ihren zugeordneten Gegenflaechen der Zugstange bzw. einer Huelse ab. Die Spannzangenklauen selbst haben einen rechteckigen Querschnitt, einen in ihrer Mitte liegenden Dehnungsabschnitt mit einem Laengen-Breiten-Verhaeltnis von mindestens 10:1. Mittels der unterschiedlichen Keilwinkel der Gleitflaechen an den Spannzangenklauen ist eine Verstaerkung der Spannkraft gegenueber der Kraft der Tellerfedern erreichbar.

Description

Titel der Erfindung .

Spann- und LkJ se vor richtung für Werkzeuge mit konischem Schaft in Arbeitespindeln·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist überall im Werkzeugmaschinenbau einsetzbar, wo Werkzeuge mit einem konischem Aufnahmeschaft in rotierenden Arbeitsspindeln aufzunehmen sind·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Werkzeugspanneinrichtungen, die mit Spannzangen oder einzelnen Spannklauen arbeiten, gibt es sehr viele· So ist unter anderem in der DE OS 16 02 980 eine Schnellspannvorrichtung für Werkzeuge mit konischem Schaft offenbart, bei der das rückwärtige Ende des Werkzeuges mit dem vorderen Ende der Zugstange durch mehrere, beide Teile in der Spanneteilung des Werkzeuges mit ihren hakenartigen Enden erfassenden Klauen verbunden sind, wobei deren vorderes Ende unter Freigabe des Werkzeuges radial ausschwenkbar ist. .

Alle diese !lösungen haben den einen Nachteil, daß sie die erwünschten Funktionskomponenten einer Werkzeugspanneinrichtung, wie

- kurze Spann- und Lösezeiten, «

- hohe Spannkraft bei gleichzeitig kleiner Betätigungskraft,

- Überlastschutz des Werkzeuges gegen ungewolltes Herausziehen,

- sich selbständig regulierender zentrisoher Kraftangriff am Werkzeug bei gleichzeitiger zentrischer Abstützung an der Arbeitsspindel und

. "' ' . - 2 - . ,

- selbständiger Ausgleich kleiner örtlicher geometrischer Fehler des Werkzeugknaufes und der Spannvorrichtung selbst

nicht alle gleichzeitig erfüllen können»

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, mit verhältnismäßig geringem technischen Aufwand eine Spann- und Lösevorrichtung für Werkzeug® mit konischem Schaft einzusetzen, die die oben genannten Kriterien ©rftillt« *

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spann» und Lösevorrichtung für ¥erkzeuge mit konischem Schaft in Arbeitsspindeln, wobei die Arbeitsspindel hohl ist und in ihrer Bohrung eine in Längsrichtung verstellbare, federbelastete Zugstange angeordnet ist, zu schaffen, die sowohl kurze Spann- und Lösezeiten, eine hohe Spannkraft mit sich selbst zentrierenden Kraftangriff am Werkzeug, einen Überlastschutz der Werkzeuge, sowie einen Ausgleich kleiner Fertigungsfehler der Werkzeuge bzw· Spannvorrichtung ermöglicht„

Brfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Spann» z&ngenklaueft auf ihrer zugstangenseitigen Verstärkung eine innere Gleitfläche, die unter einem Keilwink©! cC ^νίη^ eine äußere Gleitfläche besitzen, die unter einem Keilwinkel ρ zur Längerichtung der Spannzangenklauen angeordnet sind«, Die Keilwinkel sollten dabei die Bedingung erfüllen, daß <X < γ ..ist«.

Diese genannten Gleitflächen stützen sich auf ihren zugeordneten Gegenflächen der Zugstange bzw· einer Hülse ab« Die Spannzangenklauen sind dabei so gestaltet, daß sie einen rechteckigen Querschnitt und einen in ihrer Mitte liegenden Dehnungsabschnitt auf ti eisen, der ein Längen»Breiten<»Y@rhältnis von mindestens IO : 1 besitzt»

Die Spann» und Lösevorrichtung ist dabei so gestaltet, daß die als Gegenfläche wirkende Gleitfläche der Zugstange und die als Gegenfläche wirkenden Gleitflächen der Hülse mit gekrümmter Oberfläche versehen sind und die Anzahl der Gleitflächen der Hülse der Anzahl der Spannzangenklauen entspricht*

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung auch so gestaltet, daß mittels der unterschiedlichen Keilwinkel OC und γ. der Gleitflächen an den Spannzangenklauen eine Verstärkung der Spannkraft gegenüber der Kraft des Tellerfederpaketes erreichbar ist, Bei Verhältnissen von cC < 30° und ρ ^ 60° wird sogar eine Selbsthemmung der Spannzangenklauen am Werkzeugknauf erreicht, die ein Herausziehen des Werkzeuges auch von Kräften, die wesentlich größer als die Spannkraft sind, verhindert. Die Zugstange ist in der Spannvorrichtung so angeordnet, daß sie sich in radialer Richtung frei einstellen kann, zwischen den Spannzangenklauen und der Zugstange in axialer Richtung eine Relativbewegung möglich ist und der Zugstangenkopf beim Verkzeuglösen im letzten Hubabschnitt gegen die Stirnseite des Spannknaufes drückt und somit dem Werkzeug eine kurze ' Ausstoßbewegung erteilt» Die Spannzangenklauen sind an ihren beiden Enden in tangentialer Richtung mittels Führungssegmenten geführt*

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden* Xn den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie I - I aus Fig_β 1, Fig* 3 eine Spannzangenklaue und

Fig* k einen Schnitt gemäß Linie II - II aus Fig. 2 ohne Spannzangenklaue·

In einer Arbeitsspindel 1 mit einer kegelförmigen Werkzeugaufnahme 2 ist in einer axial zentrischen Bohrung 3 die Spannvorrichtung für die Werkzeuge angeordnet·

In dieser Bohrung 3 ist eine Zugstange 4 längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem dem ¥erkzeug zugewandten kopfartig verstärktem Ende mit einer gekrümmten Gleitfläche 5 versehen ist. Weiterhin ist auf der Zugstange h oberhalb des Kopfes ein Ring 6 mit einem Innenkegel 7 beweglich angeordnet» XJm die gekrümmte Gleitfläche 5 sind ringförmig Spannzangenklauen 8 angeordnet, die mittels einer Drahtformfeder 9 zusammengehalten sind* Die äußere Umhüllung der Spannvorrichtung ist durch folgende Elemente gebildet.

Γ-In einem Absatz am unteren Ende der Bohrung 3 ist ein Ring mit den die eine Führung für die Spannzangenklauen δ bildenden Führungselementen 11 angeordnet. Mit diesem Ring 10 ist eine HiIse 12 verbunden, die mit gekrümmten Gleitflächen an ihrem vom Ring 10 abgewandten Ende, und einer Kante 14 an ihrem dem Ring 10 zugewandtem Ende und einem Innenzylinder versehen ist. Die Anzahl der Gleitflächen I3 ist durch die Anzahl der Spannzangenklauen δ bestimmt. Mit der Hülse 12 ist eine Führungsbuchse 16 verbunden, die mit ihren Führungselementen 17 die Führung für das andere Ende der Spannzangenklauen 8 bildet.

Mit der Führungsbuchse 16 ist ein Spannkopf 18 verbunden, an dem sich ein Tellerfederpaket 19 abstützt, das von einer auf der Zugstange h angeordneten Mutter 20 vespannbar ist. Zwischen Ring 6 und Spannkopf 18 ist eine Druckfeder 29 angeordnet. Im Bereich der Führungselemente 11 der Ringe 10 ist in der Bohrung 3 der Arbeitsspindel 1 eine Ringnut 21 angeordnet.

Eine Spannzangenklaue 8 selbst besteht aus folgenden Funktionsabschnitten:

Das Mittelteil bildet einen Dehnungsabschnitt 22, der in eine untere Verstärkung übergeht, -wobei dieser Übergang auf der Außenseite von einer Gleitfläche 23 und innen von einer Gleitfläche 2k gebildet,ist. Den Übergang zur oberen, der Zugstange k zugewandten Verstärkung, bildet außen eine Gleitfläche 25, die unter einem ¥inkel γ und innen eine Gleitfläche 26, die unter einem ¥inkel ^ zur Längsrichtung steht.

Zn der Außenseite der Spannzangenklaue δ ist ein Einschnitt 27 zur Aufnahme der Drehtformfeder 9 angeordnet. Die Spannzangenklauen 8 umschließen mit ihrem unteren Ende einen Werkzeugknauf 28 .

Die Wirkung der Vorrichtung ist:

Das Losen der Yerkzeuge aus der Spannvorrichtung erfolgt durch einen Druck auf das obere Ende der Zugstange k. Durch die Überwindung der Kraft des Tellerfederpakotes 19 bewegt sich die Zugstange k in Sichtung der ¥erkzeugaufnähme 2. Der Ring 6 der Zugstange k schiebt die Spannzangenklauen 8 durch die ¥irkung der Druckfeder 29 in der gleichen Richtung vor sich her. Die Spannzangenklauen 8 gleiten dabei mit ihren Gleitflächen 23 über die Kante 14 der Hülse 12 und werden mittels der Drahtformfeder 9 und des Innenkegels 7 gespreizt. Dadurch wird der Werkzeugknauf 28 freigegeben, und das ¥erkzeug kann gewechselt werden« .

Der Spannvorgang des Werkzeuges erfolgt dadurch, daß die auf die Zugstange k zum Lösevorgang einwirkende Lösekraft weggenommen wird. Die sich entspannenden Tellerfedern 19 bewegen die Zugstange h entgegen der Löserichtung, d« h. von der Werkzeugaufnahme 2 weg-» Sie Spannzangenklauen 8 werden in gleicher Weise mitgenommen. Durch das Gleiten der Flächen 23 über die Kante 14 und der anschließenden Führung im Innenzylinder 15 der Hülse 12 werden die Spannzangenklauen 8 geschlossen und radial exakt zentriert. Sobald es zu einer Berührung der Spannzangenklauen 8 mit dem Werkzeugknauf 28 kommt, legen sich die Spannzangenklauen 8 mit ihren Gleitflächen 25 und 26 an den gekrümmten Gleitflächen 5 "und 13 fest an und spannen das Werkzeug fest.

Durch eine günstige Wahl der beiden Winkel CC und [·> , wobei stets oC < ρ sein sollte, kommt es zu einer Erhöhung der Spannkraft in den Spannzangenklauen 8, und zwar nach folgender Beziehung:

-6-

tan oC '

•wobei F_e s Spannkraft der Spannzangenklauen und

**'. ' '

P.» s Spannkraft des Tellerfederpaketes

bedeuten« Die Spannkraft F_ der Spannzangenklauen 8 überträgt

·' ο

sich unmittelbar auf den Werkzeugknauf 28 und somit auf das Werkzeug selbst, und stützt sich andererseits über die IHiIsθ 12 auf den Ring 10 gegen die Arbeitsspindel 1 ab« Di® völlig zentrische Wirkung der Kraft F_g wird durch die freie, radiale Bewegungsmöglichkeit der Zugstange h entsprechend der Stellung der Spannzangenklauen 8, sowie deren relativ langen und schlanken Dehnabschnitt 22 erreicht, da die Spannzangenklauen 8, ähnlich wie Speichen, kleine örtliche Fehler ausgleichen können. Es ist Jedoch wichtig, daß sich die Spannkraft F_g nur auf den Ring 10 abstützt, und keine radial wirkende Berührung der Hülse 12, der Führungsbuchse 16 und des Spannkopfes 18 mit der Arbeitsspindel 1 erfolgt,

Mach dem Spannen des Werkzeuges stellt sich bei günstiger Wahl der Keilwinkel, d. h. bei ot < 30° und 0> 60° eine Selbsthemmung der Spannvorrichtung in der Art ein, daß ein gewaltsames Herausziehen des Werkzeuges, auch bei größeren axialen Werkzeugkräften, als F_, nicht möglich ist»

β

Claims

Erfindungsanspruch

1, Spann- und Lösevorrichtung für Werkzeuge mit konischem Schaft in Arbeitsspindeln, wobei die Arbeitsspindel höhl ist und in ihrer Bohrung eine in Längsrichtung verstellbare, federbelastete Zugstange angeordnet ist, deren eines kopfartiges Ende ringartig von Spannzangenklauen umgeben ist, die mittels der Zugstange längsversohiebbar sind und deren dem Werkzeug zugekehrtes Ende in eine ringförmige Nut am Werkzeug eingreift und die Innenseite jeder Spannzangenklaue zwei im Abstand voneinander gelegene Schultern bildende Vorsprünge trägt, zwischen die das köpfartig verstärkte Zugstangenende ragt, gekennzeichnet dadurch, daß die Spannzangenklauen (8) auf ihrer zugstangenseltigen Verstärkung innen eine Gleitfläche (26) mit einem Keilwinkel CO und außen eine Gleitfläche (25) mit einem Keilwinkel ρ unter der Bedingung qC< ρ angeordnet ist, die sich auf zugehörigen Gegenflächen (5) der Zugstange (^)₁ bzw. (13) einer Hülse (12) abstützen, und die Spannzangenklauen (8) mit einem rechteckigen Querschnitt, einem Dehnungsabschnitt mit einem Längen-Breitenverhältnis von mindestens 10 : 1 ausgestattet sind*

2. Spann- und Lösevorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zugstange (4) mit gekrümmter Gleitfläche (5) und die am Ring 10 fest angeordnete Hülse(12) ebenfalls mit gekrümmten Gleitflächen (13), entsprechend der Anzahl der Spannzängenklauen (8), versehen ist«

-S-

3. Spann- und Lösevorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mittels der unterschiedlichen Keilwinkel OC und ß der Gleitflächen (25;26) der Spannzangenklauen (8) eine Kraftverstärkung erreichbar ist, wodurch ein sicheres Halten des Werkzeugkegels in der Werkzeugspindel (i) gewährleistet und ein Herausziehen des gespannten Werkzeuges verhindert ist.

4. Spann- und !lösevorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Zugstange (h) in radialer Richtung frei einstellen kann und zwischen Spannzangenklauen (8) und Zugstange (h) in axialer Richtung eine Relativbe-/ wegung möglich icst,

5« Spann- und Lösevorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeich-' net dadurch, daß die Spannzangenklauen (8) an ihren beiden Enden in tangentialer Richtung mittels Führungssegmenten (11; 17) geführt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen