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Schnellwechselfutter für Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft
ein Schnellwechselfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Fräsmaschinen,
das eine wechselnde Aufnahme verschiedener Werkzeuge oder Werkzeugträger gestattet.
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Es ist bei Werkzeugmaschinen bekannt, die Maschinenspindel mit einem
Kegelsitz zu versehen, der zur Aufnahme der Werkzeugeinsätze dient. Weiterhin sind
Fräsdorne bekannt, die von . der Arbeitsseite der Maschine her in die Maschinenspindel
eingesetzt und mittels einer von der Gegenseite einschraubbaren Zugstange festgezogen
und gesichert werden können. Das Auswechseln des in der genannten Weise gesicherten
Fräsdornes bzw. Fräswerkzeuges ist nicht nur sehr umständlich und zeitraubend, sondern
es erfordert - bei einer gewissen Maschinengröße - auch eine zweite Hilfskraft,
weil ein einzelner wegen der räumlichen Ausdehnung der Maschinenspindel nicht imstande
ist, den Fräsdorn bzw. das Fräswerkzeug mit der einen Hand zu halten, während die
andere Hand die Zugstange löst und zurückzieht.
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Um diesen Nachteilen abzuhelfen, ist man bereits dazu übergegangen,
in die Maschinenspindel einen sogenannten Mutterdorn einzusetzen, der in gleicher
Weise wie die Werkzeuge selbst von einer Zugstange gehalten wird und nach Art eines
Spannfutters für eine wechselnde Aufnahme verschiedener Werkzeuge ausgebildet ist.
Der Vorzug dieses Spannfutters besteht vor allem darin, daß beim Wechseln eines
Werkzeuges nicht mehr die bis zum anderen Ende der Spindel reichende Zugstange herausgeschraubt
werden muß, sondern nur noch das Spannfutter zu lösen ist, was bequem von einer
einzigen Person vorgenommen werden kann.
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Es sind bereits verschiedene Spannfutter, die teilweise auch Schnellwechselfutter
genannt werden, bekanntgeworden. So ist beispielsweise ein Schnellwechselfutter
zum Einspannen von Fräswerkzeugen bekannt, in das der Kegelschaft des Werkzeuges
eingesetzt und mit Hilfe einer an dem Schnellwechselfutter vorgesehenen Mutter verspannt
wird. Für eine formschlüssige Mitnahme des Werkzeuges sind an der übergangsstelle
des Kegelschaftes in den eigentlichen Werkzeugteil Profilflächen vorgesehen, die
an entsprechenden Flächen innerhalb des Mutterkegels anliegen. Die Mutter zum Verspannen
des Werkzeuges ist als überwurfmutter ausgebildet und trägt an ihrem Kopfteil einen
axial verschiebbaren Steuerring, der durch Federkraft in der Ausgangslage gehalten
wird. Weiterhin sind im Kopfteil der Mutter radial verschiebbare Haltestifte vorgesehen,
die unter der Einwirkung von Schraubenfedern gegen den Steuerring gedrückt werden.
Beim Einsetzen des Fräswerkzeuges wird der Steuerring aus der Ausgangslage in die
vom Kopfteil weiter entfernt liegende andere Endlage gedrückt, wobei eine in dem
Steuerring befindliche Ringnut in den Bereich der Haltestifte gelangt, die unter
der Einwirkung der Federn bis zur Anlage in dieser Nut nach außen wandern. Die inneren
Ansätze der Haltestifte geben dabei innerhalb der Mutter die Bohrung für das Einsetzen
des Werkzeugschaftes frei: Nachdem das Werkzeug eingeschoben ist, liegt den Haltestiften
eine Ringnut am Schaft des Werkzeuges gegenüber. Läßt man nunmehr den Steuerring
wieder in die Ausgangslage zurückkehren, so werden gleichzeitig die Haltestifte
mit ihren inneren Enden in die Ringnut eingeschoben. Diese inneren Ansätze der Haltestifte
bilden nunmehr das Widerlager für die Überwurfmutter beim anschließenden Drehen
der überwurfmutter zum Verspannen des Werkzeuges.
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Die vorstehend beschriebene Ausführung des Schnellwechselfutters ist
für die Praxis insofern wenig vorteilhaft, als die überwurfmutter aus mehreren Einzelteilen
und nicht aus einem einzigen Stück besteht. Für eine einwandfreie Arbeitsweise kommt
es außerdem darauf an, daß der axial verschiebbare Steuerring einerseits und die
radial verschiebbaren Haltestifte andererseits ständig leicht beweglich sind. Der
komplizierte Aufbau der überwurfmutter bringt außerdem eine erhebliche Verteuerung
des Schnellwechselfutters mit sich.
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Bei einem anderen vorbekannten Schnellwechselfutter wird die formschlüssige
Mitnahme des Werkzeuges
gegenüber dem Mutterdorn durch einen Stift
sichergestellt, der etwa am Übergang des kegeligen in den zylindrischen Schaft des
Werkzeugdornes diametral in diesem eingesetzt ist und dessen überstehende Enden
in Nuten des Mutterdornes eingreifen. Zum Verspannen des Werkzeuges ist bei diesem
Schnellwechselfutter eine aus zwei Teilen bestehende überwurfmutter vorgesehen,
von denen der eine Teil mit einem Innengewinde auf einem Außengewinde des Mutterkegels
und der andere Teil mit einem Außengewinde auf einem weiteren Innengewinde des ersten
Teiles angeordnet ist. Der mit dem Außengewinde versehene Teil der Überwurfmutter
ist gegenüber dem Mutterkegel nur um 90' verdrehbar; er trägt an seinem äußeren
Ende zwei nach innen ragende segmentartig ausgebildete Ansätze, die einander gegenüberliegen
und jeweils einen Bogen von 90° bedecken. Beim Einsetzen des Werkzeuges wird dieser
Teil der überwurfmutter so weit gedreht, daß die nach innen ragenden Ansätze die
Nuten innerhalb des Mutterdornes freigeben, so daß der im Werkzeugschaft eingesetzte
Stift eingeführt werden kann. Danach wird dieser Teil der Überwurfmutter um 90°
gedreht, wobei die Ansätze nunmehr oberhalb der vorragenden Enden des Stiftes liegen.
Die Anordnung des Stiftes ist hierbei so getroffen, daß die vorragenden Enden gegenüber
dem Ringteil des Mutterdornes, in dem sich die Nuten befinden, in axialer Richtung
nach außen überstehen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, diese überstehenden Enden
des Stiftes als Widerlager für das nachfolgende Verspannen des Werkzeuges, das durch
Drehen des Gewinderinges der überwurfmutter erfolgt, auszunutzen.
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Diesem bekannten Sehnellwechselfutter haftet ebenfalls der Nachteil
an, daß es durch die zweigeteilte überwurfmutter in seinem Aufbau zu kompliziert
ist. Für die Übertragung der Spannkraft beim Anziehen der Mutter stehen außerdem
nur zwei linienhafte Flächen an den überstehenden Enden des Stiftes zur Verfügung.
Unvorteilhaft ist ferner, daß an dieser überwurfmutter scharfkantige Ansätze nicht
zu vermeiden sind, die bei umlaufenden Teilen wegen der erhöhten Unfallgefahr unerwünscht
sind. Die Anordnung einer Bohrung im Kegelschaft des Werkzeuges für die Aufnahme
des Stiftes bringt einen weiteren Nachteil mit sich, weil an dieser Stelle eine
unerwünschte Schwächung des Werkzeugschaftes eintritt, was insbesondere bei Werkzeugen
für hohe Beanspruchungen nachteilig ist.
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Es ist ferner ein Wechselfutter bekannt, bei dem die kraftschlüssige
Mitnahme des Werkzeuges durch die Anwendung einer Spannhülse bewirkt wird, die auf
den zylindrischen Werkzeugschaft aufgeschoben wird und mit dem Anziehen der überwurfmutter
in die kegelige Bohrung des Wechselfutters eingedrückt wird und dabei die Verspannung
des Werkzeugschaftes herbeiführt. Für die Übertragung der Einschiebekraft von der
überwurfmutter auf die Spannhülse ist ein einstückiger Zwischenring vorgesehen,
der gleichzeitig dazu dient, die Spannhülse radial zusammenzupressen, wozu der Zwischenring
auf der zur Spannhülse gerichteten Seite mit einer kegeligen Eindrehung versehen
ist, die am oberen kegeligen Ansatz der Spannhülse anliegt. Bei diesem Wechselfutter
hängt das übertragbare Drehmoment ausschließlich von der Spannkraft ab, die durch
das Einschieben der Spannhülse mit Hilfe der Überwurfmutter erzielt wird. Bereits
für die Übertragung geringer Drehmomente ist eine sehr starke Verspannung der überwurfmutter
erforderlich; für hoch beanspruchte Werkzeuge ist ein derartiges Wechselfutter nicht
geeignet, da bei den hierbei auftretenden großen Drehmomenten eine zuverlässige,
kraftschlüssige Mitnahme allein auf Grund der Reibungskräfte nicht gewährleistet
ist.
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Die vorliegende Erfindung verfolgt das Ziel, ein Schnellwechselfutter
für Werkzeugmaschinen derart auszubilden, daß es leicht herstellbar ist, von einer
Person in kürzester Zeit zum Auswechseln der Werkzeuge gehandhabt werden kann und
darüber hinaus eine zuverlässige Verspannung der Werkzeuge auch bei höchster Beanspruchung
gewährleistet. Das Schnellwechselfutter kann dabei entweder mit der Maschinenspindel
zu einer Einheit zusammengefaßt werden oder zwecks Verwendung an vorhandenen Werkzeugmaschinen
derart ausgebildet sein, daß es in den Kegelsitz der Maschinenspindel eingesetzt
und durch die normalerweise vorhandene Zugstange gehalten wird.
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Es wird bei der Verwirklichung der Erfindung von einem Schnellwechselfutter
für Werkzeugmaschinen ausgegangen, das im wesentlichen einen Mutterdorn enthält,
der in den im Maschinenspindel eingearbeiteten Konussitz einsetzbar ist und durch
eine Zugstange gehalten wird. Dieser Mutterdorn enthält eine kegelige Bohrung, in
die die Konusschäfte der Auswechselwerkzeuge eingesetzt und mittels eines auf den
Mutterdorn aufschraubbaren Überwurfringes, der über einen Zwischenring auf das Werkzeug
wirkt, festgespannt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein geteilter, beidseits formschlüssig
sitzender Zwischenring in eine Nut am Übergang des Werkzeugkonus in den zylindrischen
Werkzeugschaft eingesetzt ist.
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Bei einer praktischen Ausführungsform ist nach der weiteren Erfindung
der Zwischenring für den beidseitigen Formschluß innen mit Sechskantflächen, die
auf entsprechenden Nutgrundflächen des Werkzeuges aufsitzen, und außen mit Vorsprüngen,
die in Ausnehmungen des Mutterdornstirnteiles eingreifen, versehen.
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Nach der weiteren Erfindung kann der geteilte Zwischenring entweder
durch eine in einer Nut des Zwischenringes liegenden Ringfeder oder durch Magnetkräfte
zusammengehalten sein.
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Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Ausführung eines Schnellwechselfutters
für Werkzeugmaschinen bietet gegenüber den bisher bekannten Bauarten eine Reihe
von Vorteilen. Durch die Verwendung eines geteilten Spannringes, der in einfacher
Weise auf den Werkzeugschaft aufsetzbar ist, kann auf eine komplizierte Ausbildung
der überwurfmutter zum Verspannen des Werkzeuges verzichtet werden. Die überwurfmutter
läßt sich leicht herstellen und weist keine scharfen Kanten auf, was für umlaufende
Teile von besonderer Wichtigkeit ist. Dadurch, daß der Zwischenring gleichzeitig
die kraftschlüssige Verbindung des Werkzeuges mit dem Mutterdorn in der Drehrichtung
herbeiführt, ergibt sich eine weitere Vereinfachung im Gesamtaufbau des Schnellwechselfutters.
Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt hierbei an einer Stelle des Werkzeugdornes,
an der dieser seinen größten Querschnitt hat, so daß auch bei hohen Belastungen
des Werkzeuges keine übermäßige Beanspruchung der
tragenden Querschnitte
zu befürchten ist. Da man heute vielfach einen sogenannten Steilkonus verwendet,
der eine reine Zentrierungsfunktion hat, dagegen nicht zur Übertragung des Drehmomentes
herangezogen werden kann, kommt einer hochbelastbaren, kraftschlüssigen Verbindung
zwischen Werkzeug und Mutterkegel eine besondere Bedeutung zu.
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Die Erfindung wird an Hand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Schnellwechselfutter
mit eingesetztem Fräswerkzeug, F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Mutterdorn
gemäß F i g. 1 ohne Überwurfmutter und Fräswerkzeug, F i g. 3 eine Draufsicht auf
den Ringansatz des Mutterdornes nach F i g. 2, F i g. 4 eine Seitenansicht eines
Werkzeugträgers, bei dem in der Ringnut des Werkzeugschaftes ein Sechskantprofil
vorgesehen ist, F i g. 5 einen Schnitt durch das Sechskantprofil entlang der Linie
IV-IV der F i g. 4 und F i g. 6 eine Draufsicht eines geteilten Zwischenringes mit
einem Teilschnitt.
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Der Mutterdorn 1 ist mit einer kegeligen Bohrung 2 versehen, deren
Abmessungen bewußt kleiner gehalten sind als der Kegelsitz in der Maschinenspindel
n, die nur andeutungsweise dargestellt ist. Die Befestigung des Mutterdornes 1 erfolgt
durch eine den Spindelstock der Fräsmaschine durchdringende Zugstange 4, deren vorderes
Ende mit einem Gewinde versehen ist, das in die Gewindebohrung 5 des Mutterdornes
1 eingeschraubt wird.
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Die in das Schnellwechselfutter einsetzbaren Fräswerkzeuge 6 bzw.
Werkzeugträger 7 bestehen aus einem Werkzeugkonus 8, einem Werkzeugschaft 9 und
dem eigentlichen Werkzeugteil 10 bzw. dem Trägerteil 11. Im Bereich des Schaftes
9 ist eine Nut 12 für die Aufnahme des geteilten Zwischenringes 13 vorgesehen. Dieser
Zwischenring 13 kann zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein; seine einzelnen
Teile werden entweder durch eine Ringfeder 14 oder durch magnetische Kräfte zusammengehalten.
Die Ringfeder 14 ist dabei in eine am Umfang des Zwischenringes 13 angeordnete Nut
15 eingelegt und somit gegen seitliches Abrutschen gesichert. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen zweiteiligen Zwischenring 13, der im
Innern die Form eines Sechskantprofiles 16 hat und an seinem Umfang zahnartige Vorsprünge
17 aufweist.
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Der Mutterdorn 1 mündet an seinem freien Ende in ein Stirntei118,
das außen das Gewinde für die Überwurfmutter 19 trägt und im Innern, in übereinstimmung
mit den zahnartigen Vorsprüngen 17 des Zwischenringes 13, entsprechende Ausnehmungen
20 enthält.
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Das Einsetzen eines Werkzeuges bzw. eines Werkzeugträgers in das Schnellwechselfutter
geht in folgender Weise vor sich: Zunächst wird auf den Werkzeugschaft 9 die Überwurfmutter
19 aufgeschoben. Danach wird der geteilte Spannring 13 in die Umfangsnut 12 eingelegt,
dessen Teile entweder durch magnetische Kräfte oder durch die Ringfeder 14, die
beim Überstreifen des Zwischenringes 13 nicht abgenommen zu werden braucht, zusammengehalten
werden. Das Werkzeug kann nunmehr mit dem Werkzeugkonus 8 in den Mutterdorn 1 eingesetzt
werden, wobei darauf zu achten ist, daß der Zwischenring 13 mit seinen äußeren Profilflächen
in die Ausnehmungen 20 am Ringansatz des Mutterdornes 1 eingreift. Es wird nunmehr
die überwurfmutter 19 aufgesehraubt und mit Hilfe eines Spannschlüssels so stark
angezogen, daß eine feste Verspannung des eingesetzten Werkzeuges innerhalb des
Mutterdornes 1 erzielt wird.
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Soll ein eingespanntes Werkzeug gegen ein anderes ausgetauscht werden,
so sind nach dem Abschrauben der überwurfmutter 19 Zwischenring 13 und Überwurfmutter
19 vom bisherigen Werkzeug abzunehmen und auf das nächste Werkzeug in der vorgenannten
Weise aufzusetzen, das dann, wie bereits beschrieben, ebenfalls im Mutterdorn 1
eingesetzt wird.