CH674815A5 - - Google Patents

Description

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CH 674 815 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Durch die DE-A1 3 432 371 ist ein entsprechender Werkzeugspannkopf bekanntgeworden, welcher um eine zur Spindelachse um 45° geneigte Achse schwenkbar am Werkzeugschlitten angeordnet ist. Der Antriebsmotor für die Spindel ist am Werkzeugschlitten angeordnet, wodurch ein aufwendiges Kegel- und Stirnradgetriebe für deren Drehantrieb erforderlich ist. Die Achse der Spindel ist durch Schwenken des Werkzeugspannkopfes um 180° lediglich in zwei Bearbeitungsstellungen bringbar. Feststehende Werkzeughalter für Schneidwerkzeuge werden mittels Positionier- und Klemmelementen direkt fest mit dem Gehäuse des Werkzeugspannkopfes verbunden, wobei für die umlaufenden Werkzeuge eine zweite Positionier-und Spanneinrichtung an der Spindel angeordnet ist. Nachteilig ist, dass alle Werkzeughalter für feststehende Werkzeuge, wie z.B. Drehwerkzeuge mit entsprechenden Elementen bzw. Flächen zum Positionieren, Klemmen und direkter Anlage am Gehäuse versehen sein müssen, wodurch sich die Werkzeughalter im Aufnahmebereich und im Haltebereich für automatische Werkzeugwechsler von den Werkzeughaltern für drehende Werkzeuge unterscheiden, was sich auch nachteilig für Werkzeugmagazine auswirken kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher die feststehenden als auch die umlaufenden Werkzeuge gleich mit handelsüblichen und genormten Aufnahmeelementen für den Greifer einer Werkzeugwechselvorrichtung als auch zur Aufnahme in einer genormten Spindelaufnahme ausgebildet sind, wobei trotzdem eine drehfeste Halterung bei feststehenden Werkzeugen, wie z.B. bei Drehwerkzeugen zur Aufnahme hoher Zerspanungskräfte beim Drehen, gegeben sein muss.

Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 ist die Spindel beim Einsatz von feststehenden Werkzeugen drehfest mit dem Gehäuse verbindbar. Gleichzeitig wird dabei die Spindel in radialer Richtung kraft- und formschlüssig und in axialer Richtung kraftschlüssig ohne nennenswerte Verschiebung der Spindel fest mit dem Gehäuse verbunden, so dass die hohen Zerspanungskräfte beim Drehen von der Spindel über die Arretiervorrichtung direkt auf das Gehäuse übertragen werden.

Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Ansicht mit einem Teilschnitt der Werkzeugeinrichtung,

Fig. 2 den Teilschnitt von Fig. 1 in vergrösserter Darstellung.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugeinrichtung 1 einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise eines Drehbe-arbeitungs-Zentrums, welches für Dreh-, Bohr-, Fräs- und Schleifbearbeitung ausgebildet ist.

Die Werkzeugeinrichtung ist auf einem in X-Rich-tung verschiebbaren Schlitten 2 mittels eines Antriebes 4 schwenkbar um eine Achse 3 angeordnet. Die Werkzeugeinrichtung 1 ist vorzugsweise mindestens um 180° schwenkbar, wobei sie in den Stellungen 0°, 90° und 180° mittels einer Arretiervorrichtung formschlüssig positioniert wird.

Vorzugsweise ist der Antrieb 4 mit einer NC-Steuerung wirkverbunden, wobei die Werkzeugeinrichtung 1 in jeder beliebigen Stellung zwischen 0° und 180° positionierbar und durch eine Klemmung fest mit dem Schlitten 2 verbindbar ist.

In einem Gehäuse 6 der Werkzeugeinrichtung 1 ist eine Spindel 7 gelagert, deren Drehachse 8 in einem Winkel von 90° zur Achse 3 verläuft. Die in Wälzlagern 9 gelagerte Spindel 7 ist direkt mit einem Elektromotor 10 antreibbar, wobei dessen Rotor 10a zwischen den Lagern auf der Spindel 7 angeordnet ist. Der Stator 10b ist direkt im Gehäuse 6 angeordnet, wobei der Elektromotor 10 mittels in Kanälen 11 zirkulierender Kühlflüssigkeit gekühlt wird.

Die Spindel 7 weist eine Werkzeugaufnahme 12 auf, welche z.B. als genormte Steilkegel-Aufnahme ausgebildet ist.

Die Verdrehsicherung bzw. Positionierung in Um-fangsrichtung zwischen Werkzeug 13 und Spindel 7 erfolgt über einen Mitnehmerflansch und zwei Nuten am Werkzeugschaft, in die entsprechende Mitnehmersteine der Spindel 7 eingreifen.

Das Spannen der Werkzeuge 13 in der Spindel 7 erfolgt mittels einer Schnellspannvorrichtung 14, welche in bekannter Weise mit Federdruck spannt und mit hydraulischem Druck löst.

An dem der Werkzeugaufnahme 12 gegenüberliegenden Ende der Spindel 7 ist eine Druckmedium-Zufuhrvorrichtung 15a und eine Kühlmittelzuführung 15b angeordnet. Das Druckmedium wird einem Betätigungskolben der Werkzeug-Schnellspannvorrichtung 14 zugeführt, und das Kühlmittel wird über Bohrungen in der Spindel und im Werkzeug direkt zur Werkzeugschneide geleitet.

Die Werkzeugeinrichtung 1 weist auf der Seite der Werkzeugaufnahme eine Werkzeugwechselvorrichtung 16 auf, mittels welcher die in einem Magazin gelagerten Werkzeuge 13 automatisch in die Spindel 7 eingesetzt bzw. wieder im Magazin abgelegt werden. Hierfür ist am Werkzeug 13 eine genormte Aufnahmenut 17 angeordnet, in welche ein Greifer 18 eines Schwenkhebels 19 eingreift.

Auf der gleichen Seite ist die Werkzeugeinrichtung 1 mit einer vor den Lagern 9 angeordneten Arretiervorrichtung 20 versehen, mittels welcher die Spindel 7 drehfest mit dem Gehäuse 6 verbindbar ist, wobei gleichzeitig die Spindel 7 axial ohne deren Verschiebung und radial mit dem Gehäuse formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist.

Da die Werkzeugeinrichtung für die Verwendung

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von feststehenden Schneidwerkzeugen 13a, wie z.B. Drehwerkzeuge, Ausdrehwerkzeuge, Bohrstangen usw. als auch für umlaufende Schneidwerkzeuge 13b, wie z.B. Fräser, Bohrer, Säge- oder Schleifwerkzeuge ausgebildet ist, ist die steuerbare Arretiervorrichtung 20 beim Einsatz von feststehenden Werkzeugen 13a erforderlich, damit die hohen Zerspanungskräfte vibrationsfrei auf das Gehäuse übertragbar sind.

Fig. 2 zeigt die Arretiervorrichtung 20 vergrös-sert im Längsschnitt. Die Arretiervorrichtung 20 weist ein am werkzeugseitigen Ende der Spindel 7 befestigtes, scheibenförmiges Teil 21 mit einer Stirnverzahnung 22, ein am Gehäuse 6 befestigtes Flanschteil 23 mit einer Stirnverzahnung 24 und einen axial verschiebbaren Stirnverzahnungsring 25 auf. Im Flanschteil 23 sind umfangsmässig verteilt mehrere Druckkolben 26 angeordnet, welche bei Beaufschlagung durch ein Druckmedium den Stirnverzahnungsring 25 in die beiden Stirnverzahnungen 22 und 24 drücken, wodurch eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 7 und dem Gehäuse 6 entsteht. Die Stirnverzahnungen sind als sogenannte Hirth-Verzahnungen ausgebildet, deren Zahnquerschnitt dreiecksförmig ist und vom äusseren Durchmesser zum inneren Durchmesser hin sich konisch verjüngt. Dadurch ist die Spindel 7 gegenüber dem Gehäuse auch in radialer Richtung formschlüssig und kraftschlüssig fest gehalten.

Durch den radialen Druck der Druckkolben 26 wird eine an der Spindel 7 angeordnete ringförmige Stirnfläche 27 zur festen Anlage an eine entsprechende Stirnfläche 28 des Flanschteiles 23 gebracht, wodurch die Spindel 7 ohne eine nennenswerte Verschiebung kraftschlüssig mit dem Gehäuse 6 verbunden ist, wenn feststehende Werkzeuge 13a für die Bearbeitung eingesetzt werden. Dadurch kommt ein eventuelles axiales Spiel in den Wälzlagern 9 nicht zur Wirkung.

Zwischen dem Stirnverzahnungsring 25 und der Stirnverzahnung 24 am Flanschteil 23 sind umfangsmässig verteilt Druckfedern 29 angeordnet, welche den Stirnverzahnungsring 25 bei druckentlasteten Druckkolben 26 so weit axial zurückschieben, dass die Stirnverzahnungen 22, 24 und 25 ausser Eingriff kommen. Dadurch ist die Spindel 7 für den Einsatz von umlaufenden Werkzeugen 13b von der starren Verbindung mit dem Gehäuse 6 gelöst.

Die Arretiervorichtung 20 ist mit einer Programmsteuerung der Werkzeugmaschine wirkverbunden, welche abhängig von den zum Einsatz gelangenden Werkzeugen die Zufuhr des Druckmediums zu den Druckkolben 26 entweder öffnet oder schliesst.

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Patentansprüche

1. Werkzeugeinrichtung einer Werkzeugmaschine für die wahlweise Bearbeitung jeweils mit einem feststehenden Schneidwerkzeug oder mit einem umlaufenden Schneidwerkzeug mit einer in einem Gehäuse gelagerten antreibbaren Spindel, in welche jeweils in einer Werkzeugaufnahme ein Werkzeug einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die

Spindel (7) mittels einer steuerbaren Arretiervorrichtung (20) in einer positionierten Lage verdrehfest mit dem Gehäuse (6) verbindbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (7) mittels der Arretiervorrichtung (20) axial ohne deren Verschiebung und radial mit dem Gehäuse (6) formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (20) jeweils eine an der Spindel (7) und eine am Gehäuse (6) angeordnete Stirnverzahnung (22, 24) aufweist, welche mittels einem axial verschiebbaren Stirnver-zahnungs-Ring (25) drehfest verbindbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (22, 24, 25) als Hirth-Verzahnung mit von aussen nach innen konischen Zähnen ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnverzahnungsring (25) mittels mehreren im Gehäuse (6) umfangsmässig verteilten und durch ein Druckmedium beaufschlagbarem Druckkolben (26) gegen die Stirnverzahnungen (22, 24) der Spindel (7) und des Gehäuses (6) drückbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnverzahnungsring (25) gegen den Druck von umfangsmässig verteilt angeordneten Druckfedern (29) verschiebbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spindelseitige Stirnverzahnung (22) am werkzeugseitigen Ende der Spindel (7) angeordnet ist und die gehäuseseiti-ge Stirnverzahnung (24) mit einem radialen Spalt um die spindelseitige Stirnverzahnung (22) am Gehäuse (6) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (20) über Steuerelemente mit einer Programmsteuerung für die Werkzeugmaschine wirkverbunden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass direkt auf der Spindel (7) der Rotor (10a) eines Elektromotors (10) angeordnet ist, wobei der im Gehäuse (6) angeordnete Stator (10b) mittels eines flüssigen Kühlmittels kühlbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Werkzeugaufnahme (12) gegenüberliegenden Ende der Spindel (7) eine Druckmedium-(15a) und eine Kühlmittelzufuhrvorrichtung (15b) angeordnet ist, wobei das Druckmedium zu einem Betätigungskolben einer Werkzeug-Schnellspannvorrichtung (14) und das Kühlmittel über Bohrungen in der Spindel (7) und im Werkzeug (13) direkt der Werkzeugschneide zuleitbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Schneidwerkzeuge (13a) als auch die umlaufenden Schneidwerkzeuge (13b) mittels der gleichen Einzugsvorrichtung (14) mit der Spindel (7) fest verbindbar sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugein-

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richturig (1) um eine zur Drehachse (8) der Spindel (7) senkrecht verlaufende Achse (3) schwenkbar ist, in mindestens drei um 90° zueinander versetzten Stellungen formschlüssig und/oder reibschlüssig arretierbar ist und in einem Schwenkbereich von mindestens 180° in jeder beliebigen Stellung kraftschlüssig arretierbar ist.

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