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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung
eines Werkzeugträgers
eines Rotations-Bearbeitungswerkzeugs
gemäss Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft insbesondere einen
Schleifspindelflansch und dessen Spannung auf der Werkzeugspindel
einer Schleifmaschine.
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Stand der
Technik
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Die
hohen Beschaffungskosten moderner Produktionsmaschinen erfordern
zu deren wirtschaftlichem Einsatz, dass nicht nur die Bearbeitungszeit eines
Werkstücks,
sondern auch alle Stillstandszeiten der Maschine auf das Minimum
beschränkt
sind. Dies betrifft auch die Umrüstzeit
der Maschine von einem auf ein anderes zu bearbeitendes Werkstück und bedeutet,
dass, sofern hierbei ein Werkzeugwechsel erforderlich ist, dieser
ohne Verlust an Aufspanngenauigkeit mit minimalem Zeitaufwand durchführbar sein
muss.
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Bei
kleinen Werkzeugen ist diese Forderung häufig ohne technische Probleme
erfüllbar.
Es genügt
das Lösen
bzw. Anziehen einer einzigen Verschraubung oder die Auslösung einer
einzigen automatischen Spannbewegung, um das Werkzeug zu entspannen
und danach das neu eingewechselte Werkzeug mit der Werkzeugspindel
bei gleichbleibender hoher Rund- und Planlaufgenauigkeit zu verbinden.
Derartige Befestigungen rotierender Bearbeitungs werkzeuge sind durch
zahlreiche technische Normen bekannt. Der Zeitaufwand für einen
Werkzeugwechsel ist gering.
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Bei
schwereren und grösseren
Werkzeugen ist es jedoch infolge des Gewichts sowie der Anforderungen
an Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit bezüglich Rundlauf-, Planlauf-
und Wuchtqualität
der Verbindung des Werkzeugs mit der Werkzeugspindel oftmals nicht
möglich,
die Befestigung des Werkzeugs auf der Werkzeugspindel mittels Anziehen bzw.
Lösen einer
einzigen Schraube zu bewerkstelligen. Hierzu zählen beispielsweise Schleifschnecken von
Schleifmaschinen zum Schleifen von Zahnrädern.
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DE 100 32 073 zeigt ein
typisches Beispiel der Befestigung einer Schleifschnecke auf dem
Spindelkopf der Schleifspindel einer Zahnflankenschleifmaschine
mittels Zentrierkonus und Flanschverschraubung. Um die hohe Rund-
und Planlaufqualität zu
erreichen, die aus Gründen
der Fertigungsqualität und
zur Vermeidung unzulässiger
Unwucht auf der Schleifspindel gefordert werden muss, sind bei einem
Werkzeugwechsel sechs symmetrisch am Umfang des Schleifspindelflansches
angeordnete Schrauben zu lösen
und nach dem Werkzeugwechsel in wechselnder Reihenfolge gleichmässig anzuziehen.
Dieser Vorgang nimmt vergleichsweise viel Zeit in Anspruch. Die
Praxis verlangt deshalb zur Senkung des Umrüstaufwands Lösungen,
bei denen der praxisübliche
Zeitbedarf zum Wechseln einer Schleifschnecke ohne Qualitätsverlust
deutlich unterboten wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugbefestigung
für Schleifschnecken
und andere rotierende Werkzeuge mit hohen Steifigkeits- und Genauigkeitsanforderungen
vorzuschlagen, bei welcher die bei kleineren Werkzeugen üblichen
kurzen Werkzeugwechselzeiten nicht überschritten werden.
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Diese
Aufgabe löst
eine Vorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugträgers eines
rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugträgers eines Rotations-Bearbeitungswerkzeugs
auf einem Spindelkopf einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine
weist eine Flanschhülse,
einen axial verschieb- und kippbaren ersten Spannring, einen als
Kraftverteiler wirkenden zweiten Spannring und ausschwenkbare Stützsegmente
auf, wobei der erste und zweite Spannring zwischen dem Befestigungsflansch
und der Flanschhülse
angeordnet sind, wobei der erste Spannring mittels einer Spannschraube
kippbar auf dem zweiten Spannring gelagert ist und wobei die Stützsegmente
die Flanschhülse
auf dem Spindelkopf axial abstützen.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung ermöglicht
dank den kardanisch gelagerten Spannringen das Lösen des Werkzeugs und das Spannen
eines neu eingewechselten Werkzeugs mittels einer einzigen Spannschraube
auch bei grösseren
und schwereren Werkzeugen mit extremen Anforderungen an Steifigkeit
und Wiederholgenauigkeit hinsichtlich Rundlauf-, Planlauf- und Wuchtqualität. Das Auswechseln
selber benötigt
ein Minimum an Zeit.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
welches in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt
ist, näher
erläutert.
Die Zeichnungen beinhalten
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Schleifscheibenflansches
auf einer Schleifspindel im Achsschnitt;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemässen Schleifscheibenflansches
gemäss 1 in
einem Stirnschnitt;
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3 eine
perspektivische Darstellung eines ersten Spannrings;
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4a eine
perspektivische Darstellung eines zweiten Spannrings;
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4b eine
andere perspektivische Darstellung des zweiten Spannrings gemäss 4a;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Stützsegments und
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Excenterwelle.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden an Hand einer Befestigung eines Schleifscheibenflansches
auf einer Schleifspindel beschrieben. Der Schleifscheibenflansch
bildet dabei einen Werkzeugträger,
welcher lösbar
mit einem Rotationsbearbeitungswerkzeug, nämlich mit einer Schleifscheibe
oder einer Schleifschnecke, verbunden ist. Es lassen sich aber auch
andere Arten von Rotationsbearbeitungswerkzeugen auf dieselbe Art
und Weise befestigen. Insbesondere kann der Werkzeugträger auch
ein integraler Bestandteil des Bearbeitungswerkzeugs sein.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Achsschnitt der Schleifscheibenflanschbefestigung
in gespanntem Zustand. Ein Rotationsbearbeitungswerkzeug weist einen
Schleifscheibenflansch 4 auf, auf welchem eine Schleifscheibe 3 angeordnet ist
und mittels eines Flanschdeckels 30 und mindestens einer, vorzugsweise
mehrerer Befestigungsschrauben 31 mit diesem lösbar verbunden
ist.
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Der
Schleifscheibenflansch 4 ist auf einen Spindelkopf 1 der
Schleifspindel 2 gespannt. In diesem Zustand wird die relative
Lage des Schleifscheibenflansches 4 zur Schleifspindel 2 in
bekannter Weise bestimmt durch einen Zentrierkonus 5 des Schleifscheibenflansches 4 und
durch eine Schleifspindelflanschfläche 6, auf der der
Schleifscheibenflansch 4 mittels einer axialen Aufspannkraft
zur Anlage gebracht wird.
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Zur
Erzeugung der zur Befestigung des Rotationsbearbeitungswerkzeugs
notwendigen Spannkraft dient erfindungsgemäss eine Spannschraube 7 in
einer im Schleifscheibenflansch 4 axial verschieblich gelagerten
Flanschhülse 8,
welche sich auf im Schleifspindelkopf 1 radial ausschwenkbar
gelagerten Stützsegmenten 9 axial
abstützt.
Die Spannschraube 7 wirkt in axialer Richtung auf einen
im Schleifscheibenflansch 4 axial verschieblich und um eine
zur Schleifspindelachse 11 quer stehende Kippachse 28 kippbar
gelagerten ersten konzentrischen Spannring 10. In der Darstellung
gemäss 1 verläuft die
Kippachse 28 senkrecht zur Zeichnungsebene. Der Kontakt
der Spannschraube 7 mit dem ersten Spannring 10 definiert
dabei einen ersten Kontaktpunkt.
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Der
Spannring 10 stützt
sich ferner in einem zweiten Kontaktpunkt 29 axial ab auf
einer zur Schleifspindelachse 11 symmetrisch auf der Spannhülse 8 angeordneten
ebenfalls axial verstellbaren Einstellschraube 12. Diese
Einstellschraube 12 dient der Einstellung der Arbeitslage
des ersten Spannrings 10. Sie wird so eingestellt, dass
die Stirnfläche des
ersten Spannrings 10 nach dem Spannen des Schleifscheibenflansches 6 annähernd senkrecht
auf der Schleifspindelachse 11 steht.
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Auf
der der Spannschraube 7 gegenüberliegenden Stirnfläche des
ersten Spannrings 10 ist im Schleifscheibenflansch 4 ein
eben falls konzentrischer, als Kraftverteiler wirkender zweiter Spannring 13 angeordnet.
Dieser zweite Spannring 13 stützt sich auf zwei radial verlaufende
gegenüber
der Spannschraube 7 und der Einstellschraube 12 um 90° versetzte
zylinderförmige
Stege 14 des ersten Spannringes 10 axial ab. Diese
Stege 14 sind in 3 erkennbar.
Der zweite Spannring 13 ist, wie in 4a erkennbar
ist, auf seiner dem ersten Spannring 10 zugewandten Stirnfläche mit
radial verlaufenden zylinderförmigen
Rinnen 26 versehen, die als Lagerschalen für die Stege 14 des
ersten Spannringes 10 dienen.
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Auf
seiner dem ersten Spannring 10 abgewandten Stirnfläche weist
der zweite Spannring 13 ferner vier Auflageflächen 15 auf,
welche symmetrisch zur Schleifspindelachse 11 gegenüber den
Stegen 14 um je 45° versetzt
angeordnet sind. Über
die Auflageflächen 15 presst
der zweite Spannring 13 den Schleifscheibenflansch 4 mit
einer Kraft von P = F/2 je Auflagefläche 15 gegen den Spindelflansch 6. Vorzugsweise
sind diese Auflageflächen 15 als
aus der Stirnfläche
vorstehende Auflagefüsse
ausgebildet, wie dies insbesondere in 4b erkennbar
ist.
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Die
erfindungsgemässe
Anordnung der Spannringe 10, 13 und Auflagestellen 14, 15 ermöglicht eine
Schwenkung des ersten Spannringes 10 einerseits um die
Verbindungslinie der Auflagepunkte der Spann- und der Einstellschraube 7, 12 und
andererseits, dazu um 90° versetzt,
um die Kippachse 28. Hierdurch wird erreicht, dass Flanschhülse 8 und Schleifscheibenflansch 4 durch
Anziehen der Spannschraube 7 axial gegeneinander verspreizt
werden, wobei die mittels der Spannschraube 7 erzeugte Spannkraft
F symmetrisch zur Schleifspindelachse 11 gleichmässig auf
die vier Auflageflächen 15 am Schleifscheibenflansch 4 verteilt
ist.
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Die
Flanschhülse 8 ist über Halteschrauben 27 lose
mit dem Schleifscheibenflansch 4 verbunden. Dabei durchsetzen
die Halteschrauben 27 entsprechende Bohrungen 27' im ersten und
zwei ten Spannring 10, 13. Dies ist in den 2, 3 und 4a erkennbar.
Vorzugsweise sind zwei Halteschrauben 27 vorhanden, wobei
sie ebenfalls vorzugsweise an zwei diametral gegenüberliegenden
Auflageflächen 15 angeordnet
sind.
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Zum
Werkzeugwechsel werden die Spannschraube 7 gelöst und die
Stützsegmente 9 eingeschwenkt.
Anschliessend wird der Schleifscheibenflansch 4 inklusive
der dank der Halteschrauben 27 lose mit diesem verbundene
Flanschhülse 8 vom Schleifspindelkopf 1 abgezogen.
Anschliessend wird ein Schleifscheibenflansch einer neu einzuwechselnden
Schleifscheibe inklusive zugehöriger
Flanschhülse 8 und
Spannringe 10, 13 auf den Schleifspindelkopf 1 aufgeschoben.
Danach werden die Stützsegmente 9 ausgeschwenkt
und die Spannschraube 7 wieder angezogen. Damit ist der
Werkzeugwechsel beendet.
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Zum
Montieren des Schleifscheibenflansches 4 werden somit keine
losen Teile wie Schrauben oder Muttern benötigt. Das Ein- und Ausschwenken
der Stützsegmente 9 erfolgt
auf einfache Art und Weise. Die Stützsegmente 9 sind,
wie in 1 erkennbar ist, hierfür mittels je zwei Excenterwellen 16 schwenkbar
im Schleifspindelkopf 1 gelagert. Diese Excenterwellen 16 lassen
sich mittels einer auf dem Schleifspindelkopf drehbar gelagerten
Verstellkappe 17, deren Innenverzahnung 18 jeweils
mit der Verzahnung 19 der Excenterwellen 16 in
Eingriff steht, synchron verdrehen, so dass die Stützsegmente 9 in eine
gewünschte
radiale Stellung gebracht werden können. Dies ist auch in 2 erkennbar.
In 5 ist ein Stützsegment 9 dargestellt.
In 6 erkennt man eine Excenterwellenachse 23 mit
Verzahnung 19 und Excenterzapfen 24.
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Die
jeweilige radiale Stellung der Stützsegmente 9 wird
durch die axiale Stellung eines mittels einer Feder 20 gegen
einen Kulissenring 21 vorgespannten Kontrollstifts 22 sichtbar
gemacht, der in der Verstellkappe 17 axial verschieblich
gela gert ist. Der Kulissenring 21 ist mit dem Spindelkopf
starr verbunden.
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In
der Winkelstellung der Verstellkappe 17, in welcher sich
die Stützsegmente 9 in
ausgeschwenkter Spannstellung befinden, weist der Kulissenring 21 in
der Verschieberichtung des Kontrollstifts 22 eine Vertiefung 25 auf,
wodurch erreicht wird, dass der Kontrollstift 22 in dieser
Schwenkstellung aus der Verstellkappe 17 nicht mehr hervorsteht.
Dies ermöglicht,
die ordnungsgemässe
Spannung des Schleifscheibenflansches 4 optisch und mit
elektronisch arbeitenden Sensoren zu überprüfen.
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Weitere
Ausführungsformen
sind möglich. So
lassen sich beispielsweise anstelle der oben beschriebenen vier
Auflageflächen 15 drei
oder mehr Auflageflächen
verwenden.
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Vorzugsweise
sind Flanschhülse 8 und
erster und zweiter Spannring 10, 13 Bestandteile
des Rotationswerkzeugs bzw. seines Werkzeugsträgers und werden, wie hier beschrieben,
jeweils mit diesem gemeinsam ausgewechselt.
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Anstelle
einer Schleifscheibe lassen sich auch andere Rotationsbearbeitungswerkzeuge
auf dieselbe Art und Weise einspannen.
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- 1
- Schleifspindelkopf
- 2
- Schleifspindel
- 3
- Schleifscheibe
- 4
- Schleifscheibenflansch
- 5
- Zentrierkonus
- 6
- Schleifspindelflanschfläche
- 7
- Spannschraube
- 8
- Flanschhülse
- 9
- Stützsegment
- 10
- Erster
Spannring
- 11
- Schleifspindelachse
- 12
- Einstellschraube
- 13
- Zweiter
Spannring
- 14
- Steg
- 15
- Auflagefläche
- 16
- Excenterwelle
- 17
- Verstellkappe
- 18
- Innenverzahnung
- 19
- Verzahnung
- 20
- Feder
- 21
- Kulissenring
- 22
- Kontrollstift
- 23
- Excenterwellenachse
- 24
- Excenterzapfen
- 25
- Vertiefung
- 26
- Rinne
- 27
- Halteschraube
- 27'
- Bohrung
- 28
- Kippachse
- 29
- Kontaktpunkt
- 30
- Flanschdeckel
- 31
- Befestigungsschraube
- F
- Spannkraft
- P
- Andrückkraft