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Vorsatzschnellaufgetriebe für Bohr-, Fräs- und dgl. Werk-
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zeugmaschinen.
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Die Erfindung betrifft ein Vorsatzschnellaufgetriebe für Bohr-, Fräs-
und dgl. Werkzeugmaschinen, mit einem Getriebegehäuse, welches drehfest mit dem
Spindelgehäuse der Werkzeugmaschine verbindbar ist, mit einem in dem Getriebegehäuse
drehbar gelagerten Antriebsschaft, der einen in eine konische Aufnahmebohrung der
Werkzeugmaschinenspindel passenden Kegelachaft aufweist, mit einer am vorderen Ende
des Antriebsschaftes angeflanschten Lagerbüchse mit einer darin drehbar gelagerten
Werkzeugaufnahmespindel, die eine zum Antriebsschaft koaxiale, konische Aufnahmebohrung
für den Werkzeugkegelschaft eines Bohr- oder Fräswerkzeuges aufweist, und mit einem
zwischen Antriebsschaft und Werkzeugaufnahmespindel vorgesehenen Planetenradgetriebe,
dessen Hohlrad mit dem Getriebegehäuse und dessen Sonnenrad mit der Werkzeugaufnahmespindel
verbunden sind, und dessen Planetenräder am Antriebsschaft gelagert sind.
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Bei einem derartigen bekannten Vorsatzschnellaufgetriebe, auch Schnellauf-Frässpindel
genannt (vgl. Firmenschrift der Firma Henninger KG, 7541 Straubenhardt "Schnellauf-Frässpindel,
Typ 817, September 1983) weist das Getriebegehäuse einen Flansch auf, in dessen
Mantelfläche eine Rille zum Eingriff eines Greifarmes eines Werkzeugwechslors vorgesehen
ist. An dem Flansch ist außerdem ein in axialer Richtung vorstehender Zapfen vorgesehen,
der beim Anbau des Vorsatzschnellaufgetriebes in eine entsprechende Bohrung des
Spindelgehäuses eingreift und damit das Getriebegehäuse drehfest mit dem Spindelgehäuse
verbindet.
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Vorsatzschnellaufgetriebe dienen grundsätzlich dafür, die Spindeldrehzahl
der Werkzeugmaschinenspindel um das Dreibis Sechsfache ins Schnelle zu übersetzen,
damit das in die Werkzeugaufnahmespindel des Vorsatzschnellaufgetriebes eingesetzte
Bohr- oder Fräswerkzeug eine höhere Drehzahl
aufweist, als die Werkzeugmaschinenspindel.
Das bekannte Vorsatzschnellaufgetriebe kann zwar mittels eines automatischen Werkzeugwechslers
gegenüber der Werkzeugmaschinenspindel automatisch ausgewechselt werden. Es ermöglicht
jedoch kein automatisches Auswechseln des in seine Werkzeugaufnahmespindel einsetzbaren
Bohr- oder Fräswerkzeuges.
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Es ist ferner ein zum Einbau in eine Werkzeugmaschinenspin del bestimmter
Werkzeugspanner bekannt (DE-Firmenschrift der Firma Ott "zuverlässig + schnell +
sicher; Werkzeugspanner", 4.11.1982), der zum Spannen und Lösen der Werkzeugkegelschäfte
in der konischen Aufnahmebohrung der Werkzeugmaschinenspindel dient. Zu diesem Zweck
weist dieser bekannte Werkzeugspanner einen in einer zentralen Bohrung der Spindel
verschiebbar gelagerten Spannzangenträger auf, der mit einem zentralen Ausstoßzapfen
und einer Spannzange versehen ist, deren als Klauen ausgebildete Enden in eine am
freien Ende des Werkzeugkegelschaftes vorgesehene Ringnut eingreifen. Auf den Spannzangenträger
wirkt ein Tellerfederpaket in axialer Richtung ein. Am hinteren Ende der Wekrzeugmsschinenspindel
stützt sich ein Zylinder mit einem darin verschiebbaren, hydraulisch beaufschlagbaren
Kolben ab, der zum Lösen der Spannzange und zum Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes
entgegengesetzt zum Federdruck auf die Spannzange einwirkt. Insbesondere durch den
separat aufgesetzten Zylinder weist dieser bekannte Werkzeugspanner eine sehr große
Baulänge in axialer Richtung auf, die es unmöglich macht, den Werkzeugspanner in
dieser Form in dem verhältnismäßig kleinen Raum eines Vorsatzschnellaufgetriebes
unterzubringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorsatzschnellaufgetriebe
für Bohr-, Fräs- und dgl. Werkzeugmaschinen der eingangs erwähnten Art mit einer
Spann-, Löse- und Ausstoßeinrichtung zu versehen, wie sie vom grundsätzlichen her
bei in Werkzeugmaschinenspindeln angeordneten Spann-, Löse- und Ausstoßeinrichtungen
be-
kannt ist, um damit ein automatisches Spannen, Lösen und Ausstoßen
des in das Vorsatzschnellaufgetriebe einsetzbaren Bohr- oder Fräswerkzeuges zu ermöglichen,
ohne jedoch die Bauabmessungen des Vorsatzschnellaufgetriebes wesentlich zu vergrößern.
Darüber hinaus soll die Stabilität, insbesondere die thermische Stabilität des Vorsatzschnellaufgetriebes
verbessert werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß in einer koaxialen Bohrung der Werkzeugaufnahmespindel
ein mit einem zentralen Ausstoßzapfen und einer Spannzange versehener Spannzangenträger
axial verschiebbar ist, deren als Klauen ausgebildete Enden in eine am freien Ende
des Werkzeugkegelschaftes vorgesehene Ringnut eingreifen, daß konzentrisch zum Spannzangenträger
mehrere Tellerfedern angeordnet sind, deren Federdruck den Spannzangenträger von
der Aufnahmebohrung weg belastet, und daß zum Lösen der Spannzange und zum Ausstoßen
des Werkzeugkegelschaftes in einer koaxialen Bohrung des Antriebsschaftes ein hydraulisch
beaufschlagbarer, auf den Spannzangenträger entgegengesetzt zum Federdruck einwirkender
Kolben vorgesehen ist.
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Dadurch, daß der Spannzangenträger mit Spannzange in der Werkzeugaufnahmespindel,
und der Kolben, der zum Lösen des Spanzangenträgers dient, in dem Antriebsschaft
in einer Bohrung desselben angeordnet ist, wird eine besonders einfache und gedrängte
Bauweise erreicht. Das erfindungsgemäße Vorsatzschnellaufgetriebe weist eine axiale
Baulänge auf, die gleich oder zumindest nicht wesentlich größer ist, als die axiale
Baulänge herkömmlicher Vorsatzschnellaufgetriebe ohne automatische Spann-, Löse-
und Ausstoßeinrichtung. Durch die Anordnung des Kolbens in dem Antriebsschaft wird
die Druckmittelzufuhr zu dem Kolben verhältnismäßig einfach, denn sie kann direkt
von der Wekrzeugmaschinenspindel aus in den angebauten Antriebsschaft erfolgen.
Da hierbei keine Relativdrehung
zwischen Werkzeugmaschinenspindel
und Antriebsschaft stattfindet, ist die Verbindung zur Druckmittelzufuhr verhältnismäßig
einfach und kann vorzugsweise durch eine bekannte selbstschließende Steckkupplung
erfolgen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das
Sonnenrad hohl ausgebildet ist und den Spannzangenträger konzentrisch umgibt, und
daß im Hohlraum des Sonnenrades die Tellerfedern angeordnet sind.
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Hierdurch werden besonders kleine Bauabmessungen in axialer Richtung
erreicht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Lagerbüchse von einem zylindrischen
Kühlmantel umgeben ist, der mit dem Getriebegehäuse verbunden ist und vom Spindelgehäuse
aus mit Kühlmittel versorgt wird. Mittels dieses Kühlmantels und des durch ihn hindurchgepumpten
Kühlmittels ist es möglich, die durch Lagerreibung in den Lagern zwischen Werkzeugaufnahmespindel
und Lagerbüchse entstehende Wärme abzuführen, Wärmedehnungen der zusammenwirkenden
Maschinenteile werden damit auf ein Minimum beschränkt, wodurch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit
erreicht wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen
Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindugn wird in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt des Vorsatzschnelllaufgetriebes,
links in gespannter und rechts in ungespannter Stellung.
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Die Werkzeugmaschinenspindel 1 einer Bohr-, Fräs- oder sonstigen Werkzeugmaschine
größerer Bauart ist in dem
Spindelgehäuse 2 in bekannter Weise
drehbar gelagert. Die Werkzeugmaschinenspindel 1 weist eine konische Aufnahmebohrung
3 auf und ist mit einer Einzugsstange 4 versehen, mit welcher der Kegelschaft eines
Werkzeuges oder einer Anbauvorrichtung in die Aufnahmebohrung 3 einziehbar bzw.
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auch wieder lösbar ist. Als Anbauvorrichtung ist in diesem Fall das
Vorsatzschnellaufgetrtebe 5 vorgesehen.
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In einem Getriebegehäuse 6 ist der Antriebsschaft 7 drehbar gelagert.
Das Getriebegehäuse 6 kann, wie weiter unten noch näher beschrieben wird, drehfest
mit dem Spindelgehäuse 2 verbunden werden. Der Antriebsschaft 7 weist an seinem
einen Ende einen in die konische Aufnahmebohrung 3 passenden Kegelschaft 8, zweckmäßig
einen sogenannten Stielkegel auf. Der Kegelachaft 8 kann mittels der Spannstange
4 in die Aufnahmebohrung 3 eingezogen bzw. auch wieder aus dieser gelöst werden.
Damit das Vorsatzschnelllaufgetriebe mittels eines automatischen Werkzeugwechslers
in die Werkzeugmaschinenspindel 1 einsetzbar bzw. von dieser wieder lösbar ist,
weist der Antriebsschaft 7 am Fuß seines Kegelschaftes 8 einen Flansch 9 auf, der
an seiner Mantelfläche mit einer Rille 10 versehen ist. In diese Rille 10 kann der
Greifer des Werkzeugwechslers eingreifen.
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An dem dem Kegelschaft 8 gegenüberliegenden Ende des Antriebsschaftes
7 ist eine Lagerbüchse 11 angeflanscht.
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In der Lagerbüchse 11 ist die Werkzeugaufnahmespindel 12 koaxial zum
Kegelschaft 8 drehbar gelagert. Die Werkzeugaufnahmespindel 12 weist eine konische
AuFnahmebohrung 13 für den strichpunktiert dargestellten Werkzeugkegelschaft 14
eines Bohr- oder Fräswerkzeuges auf. Der Werkzeugkegelschaft 14 ist an seinem freien
Ende mit einer Ringnut 15 versehen.
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In einer koaxialen Bohrung 16 der Werkzeugaufnahmespindel 12 ist ein
Spannzangenträger 17 axial verschiebbar gelagert.
Dieser Spannzangenträger
17 weist an seinem einen Ende einen zentralen Ausstoßzapfen 18 auf, an welchem die
aus mehreren Spannzangenhebeln bestehende Spannzange 19 gelagert ist. Jeder Spannzangenhebel
ist an seinem unteren Ende mit einer Klaue 20 versehen, die in die Ringnut 15 des
Werkzeugkegelschaftes 14 eingreift. Die Klauen 20 sind außerdem an ihrer Außenseite
mit Schrägflächen 20a versehen, die mit einer ringförmigen Steuerkante 21 an der
Werkzeugaufnahmespindel 12 zusammenarbeiten. Die ringförmige Steuerkante 21 steuert
bei Axialverschiebung der Spannzange die Bewegung der Spannzangenhebel.
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Konzentrisch zum Spannzangenträger 17 sind ferner mehrere Tellerfedern
22 angeordnet, deren Federdruck den Spannzangenträger 17 von der Aufnahmebohrung
13 weg belastet.
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Diese Tellerfedern 22 sind zweckmäßig in dem Hohlraum 23 eines den
Spannzangenträger 17 konzentrisch umgebenden Sonnenrades 24 angeordnet. Der Boden
24e des Sonnenrades ist mit der Werkzeugaufnahmespindel verbunden. Das Tellerfederpaket
22 stützt sich einerseits am Boden 24a ab und andererseits an einer mit dem Spannzangenträger
17 verbundenen Stützscheibe 25.
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In einer koaxialen Bohrung 26 des Antriebsschaftes ist ein hydraulisch
beaufschlagbarer Kolben 27 axial verschiebbar gelagert, der zweckmäßig als Ringkolben
ausgebildet ist. Der Ringkolben 27 weist eine hohle Kolbenstange 28 auf, welche
mit der Stützscheibe 25 zusammenwirkt. Mit dem Antriebsschaft 7 ist ferner ein Stützring
29 verbunden, an welchem sich mehrere Rückstellfedern 30 abstützen, die eine vom
Spannzangenträger 17 weg gerichtete Rückstellkraft auf den Kolben 27 ausüben. Durch
diese Rückstellfedern 30 wird der Kolben 27 in seine in der Zeichnung links dargestellte
Ausgangslage zurückgedrückt, wenn im Druckraum 26a der Bohrung 26 kein Überdruck
vorhanden ist.
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Die Länge der hohlen Kolbenstange 28 ist so bemessen, daß
sie
in Ausgangsstellung des Kolbens 27 nicht an der Stützscheibe 25 anliegt.
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Zwischen dem Antriebsschaft 7 und der Werkzeugaufnahme spindel 12
ist ein Planetenradgetriebe angeordnet, welches die von der Werkzeugmaschinenspindel
1 vorgegebene Drehzahl ins Schnelle übersetzen soll, so daß sich die Werkzeugaufnahmespindel
12 gegenüber der Werkzeugmaschinenspindel 1 mit drei- bis sechsfacher Drehzahl dreht.
Das Hohlrad 31 dieses Planetenradgetriebes ist mit dem Getriebegehäuse 6 verbunden
bzw. kann es auch einen Bestandteil des Getriebegehäuses bilden. An dem Antriebsschaft
7 sind zwei oder mehr Planetenräder 32 gelagert. Diese Planetenräder 32 kämmen einerseits
mit dem Hohlrad 31 und andererseits mit dem Sonnenrad 24. Die Druckmittelzufuhr
zu der Bohrung 26 bzw. dem Druckraum 26a erfolgt von einer Druckmittelbohrung 33
in der Werkzeugmaschinenspindel 1, wobei die Druckmittelbohrung 33 in dem vorliegenden
Fall exzentrisch in der Werkzeugmaschinenspindel 1 angeordnet ist, da im Zentrum
der Werkzeugmaschinenspindel ein Kühl-Schmiermittel dem Werkzeug zugeführt werden
soll. Die Druckmittelbohrung 33 mündet in einem Kupplungsteil 34 einer handelsüblichen
Hydraulik-Steckverbindung, deren anderes Kupplungsteil 35 in den Flansch 9 des Antriebsschaftes
7 eingeschraubt ist. Dieses Kupplungsteil 35 weist einen selbsttätig arbeitenden
Verschlußmechanismus auf, der sich schließt, sobald die Steckverbindung gelöst wird.
Eine Schrägbohrung 36 verbindet das Kupplungsteil 35 mit dem Druckraum 26a.
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Herrscht im Druckraum 26a kein Überdruck, dann nehmen die mit dem
Spannzangenträger 17 zusammenwirkenden Teile die in der Zeichnung links dargestellte
Stellung ein. Der Spannzangenträger 17 wird unter Wirkung der starken Tellerfedern
22 nach oben gedrückt, und die Spannzange 19 greift in die Ringnut 15 ein und zieht
den Werkzeugkegelschaft 14 fest in die Aufnahmebohrung 13. Zwischen dem
unteren
Ende der hohlen Kolbenstange 28a und der Stützscheibe 25 ist dabei Spiel vorhanden,
welches erforderlich ist, da sich die Stützscheibe 25 zusammen mit der Werkzeugaufnahmespindel
12 gegenüber der im Antriebsschaft 7 gelagerten Kolbenstange 28 mit drei- bis sechsfacher
Geschwindigkeit dreht.
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Zum Lösen und Ausstoßen des Werkzeugkegelschaftes 14 wird der Druckraum
26a unter Druck gesetzt, wodurch sich der Kolben 27 nach unten bewegt. Seine Kolbenstange
28 legt sich dabei an die Stützscheibe 25 an und drückt den Spannzangenträger 17
entgegen dem Federdruck der Tellerfedern 22 nach unten. Durch die Steuerkante 21a
werden dabei die oberen Enden der Spannzangenhebel 19 radial nach innen gedrückt,
so daß ihre Klauen 20 aus der Ringnut 15 treten und den Werkzeugkegelschaft 14 freigeben.
Sollte dieser in der Aufnahmebohrung 13 verklemmt sein, so kommt bei weiterer Bewegung
des Spannzangenträgers 17 nach unten dessen Ausstoßzapfen am oberen Ende des Werkzeugkegelschaftes
14 zur Anlage und drückt diesen aus der Aufnahmebohrung 13.
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Bei manchen Bearbeitungsgängen ist eine zentrale Kühl-Schmiermittel-Zufuhr
zu dem Werkzeug erforderlich. Um diese Kühl-Schmiermittel-Zufuhr zu ermöglichen,
ist im Zentrum des Antriebsschaftes 7 eine entsprechende Kühl-Schmiermittel-Zufuhrvorrichtung
37 vorgesehen. Diese ist konzentrisch von einer in die Bohrung 26 reichenden Zylinderbüchse
38 umgeben, so daß zwischen Zylinderbüchse 38 und Bohrung 26 ein ringförmiger Druckraum
26a gebildet ist. Der Spannzangenträger 17 weist eine zentrale Bohrung 39 auf, in
welcher abgedichtet eine Hohlstange 40 teleskopisch verschiebbar ist. Die Hohlstange
40 ist mit einem Hohlzapfen 41 verschraubt, der in dem Kühl-Schmiermittel-Zufuhrgehäuse
42 drehbar und abgedichtet gelagert ist.
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Im übrigen erfolgt. die Kühl-Schmiermittel-Zufuhr durch die hohle
Zugstange 4 und eine Steckkupplung 43.
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Zur Erhöhung der Steifigkeit der Verbindung zwischen der Werkzeugmaschinenspindel
1 und dem Vorsatzschnellaufgetriebe 5 ist es zweckmäßig, wenn der Flansch 9 eine
in Richtung zu der Stirnfläche 1a der Werkzeugmaschinenspindel 1 vorspringende,
ringförmige Stützfläche 9a aufweist, mit welcher er auf größtmöglichen, Durchmesser
an der Stirnfläche 1a der Werkzeugmaschinenspindel anliegt.
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Zur Aufrechterhaltung einer hohen Arbeitsgenauigkeit ist es weiterhin
zweckmäßig, die Differenz der Temperatur der Lagerbüchse 11 zur Raumtemperatur oder
einer anderen Bezugstemperatur möglichst klein zu halten. Durch die Reibung in den
Lagern 11a, Ilb, 11c entsteht nämlich Wärme, welche zu einer Ausdehnung der Lagerbüchse
11 und damit zu einem größeren Lagerspiel führen könnte.
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Um eine unzulässige Erwärmung der Lagerbüchse 11 zu vermeiden und
damit die Arbeitsgenauigkeit des Vorsatzschnellaufgetriebes zu erhalten, ist deshalb
zweckmäßig die Lagerbüchse 11 von einem zylindrischen Kühlmantel 44 umgeben, der
mit dem Getriebegehäuse 6 verbunden ist und vom Spindelgehäuse 2 aus mit Kühlmittel
versorgt wird.
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Der Kühlmittelmantel 44 umgibt die Lagerbüchse 11 mit geringem Abstand
und weist an seiner Innenfläche 44a einen schraubenlinienförmig verlaufenden, zur
Lagerbüchse 11 hin offenen Kühlmittelkanal 45 auf.
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Das Getriebegehäuse 6 ist mit zwei in Richtung auf das Soindelgehäuse
2 vorstehenden Ansätzen 46 versehen, wobei jeder dieser Ansätze 46 ein Teil 47 einer
Steckkupplung aufweist, welches mit einem in das Spindelgehäuse 2 eingesetzen weiteren
Teil 48 zusammenwirkt. Über eine der Steckkupplungen 47, 48 und Kühlmittelbohrungen
49, 50, welche in dem Getriebegehäuse 6 und dem Kühlmantel 44 vorgesehen sind, kann
ein Kühlmittel, beispielsweise eine Ol-Wasser-Emulsion dem Kühlmittelkanal 45 zugeführt
werden. Die Abfuhr des erwärmten Kühlmittels erfolgt über weitere Kühlmittelkanäle
51, 52 und die andere Steckkupplung 47,48.
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Die beiden Steckkupplungen 47, 48 dienen ferner dazu, das Getriebegehäuse
6 drehfest mit dem Spindelgehäuse 2 zu verbinden. Es kann sich infolgedessen gegenüber
der Werkzeugmaschinenspindelachse A in Betriebsstellung nicht verdrehen. Durch das
den Kühlmittelkanal 45 durchströmende Kühlmittel wird die Verlustreibungswärme der
Lager 11a, 11b, 11c abgeführt und die thermisch bedingte Ausdehnung der Lagerbüchse
11 bzw. auch der Lager 11a - 11c in geringen Grenzen gehalten.
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Es wäre auch denkbar, anstelle einer Öl-Wasser-Emulsion Luft als Kühlmittel
zu verwenden. In diesem Fall wäre es dann zweckmäßig, den Kühlmantel außen mit einer
Vielzahl von Kühlrippen zu versehen.
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Anstelle der Zugstange 4 könnte in der Werkzeugmaschinenspindel 1
auch eine Spannzange ähnlich der Spannzange 19 angeordnet sein, die dann in eine
entsprechende Ringnut des Kegelschaftes 8 eingreifen würde.
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Wenn keine innere Zufuhr eines Kühl-Schmiermittels verlangt wird,
dann wäre es auch denkbar, das Druckmittel für die Betätigung des Kolbens 27 zentral
durch die Zugstange 4 zuzuführen. In diesem Fall wäre dann der Kolben 27 als normaler
Rundkolben und nicht als Ringkolben auszubilden.