DE1260925B

DE1260925B - Spann- und Loesevorrichtung von in der Spindel eines Waagerecht-Bohr- und Fraeswerksaufgenommenen Werkzeugen

Info

Publication number: DE1260925B
Application number: DEN16878A
Authority: DE
Inventors: Hallis Noah Stephan
Original assignee: New Britain Machine Co
Current assignee: New Britain Machine Co
Priority date: 1958-11-13
Filing date: 1959-06-23
Publication date: 1968-02-08
Also published as: FR1227770A; US3023675A; GB852459A; GB828182A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 b

Deutsche Kl.: 49 a -44/05· 51/%

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1260 925
N16878Ib/49a
23.Juni 1959
8. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spannen und Lösen von in der Spindel eines Waagerecht-Bohr- und Fräswerks aufgenommenen Werkzeugen, deren Schaft in Arbeitslage mittels einer unter dem Druck von Federn stehenden Spannstange gehalten ist, welche beim Lösen des Werkzeuges gegen den Druck der Federn mittels eines hydraulischen Motors verschoben werden kann.

Die mit einer Schraubenfeder zum Festspannen ίο des Werkzeughalters in der Werkzeugmaschinenspindel arbeitenden bekannten Spann- und Lösevorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die Schraubenfeder sehr stark sein muß, um bei den hohen auftretenden Werkzeugbeanspruchungen den Werkzeughalter fest und sicher in der für ihn vorgesehenen Kegelbohrung am Spindelende halten zu können. Der zum Lösen des Werkzeughalters aus dieser Bohrung dienende Flüssigkeitsmotor muß aber stärker als diese Schraubenfeder sein, um gegen den von dieser ausgeübten Druck das Werkzeug aus der Kegelbohrung ausstoßen zu können, muß also bei einer starken Feder ziemlich große Kolbenabmessungen zur Herstellung der nötigen Druckkraft aufweisen, wozu bei Werkzeugmaschinen nicht immer Platz genug zur Verfügung steht. Dasselbe gilt auch dann, wenn zur Hervorbringung einer großen Festhaltekraft bei möglichst klein gehaltenem Federdurchmesser statt einer Schraubenfeder hintereinandergeschaltete Tellerfedern angewandt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß der Motor, der das Werkzeug aus seiner Arbeitslage löst, aus mehreren in axialer Richtung der Werkzeugspindel hintereinander angeordneten und einzeln von einem gemeinsamen Druckmittel beaufschlagten Zylindern besteht und daß die zugehörigen Kolben auf einer auf die Spannstange einwirkenden, axial verschiebbaren Hülse unverschiebbar angeordnet sind. Durch die sich addierende Wirkung der Kolben kann selbst einer kräftigen Festhaltefeder entgegengewirkt werden, und der Platzbedarf des Motors in Durchmesserrichtung kann klein gehalten werden.

Der Erfindungsgegenstand wird nun an Hand von Zeichnungen an einer in der Praxis besonders bevorzugt zur Anwendung kommenden Ausführungsform erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit dem Erfindungsgegenstand versehenen Waagerecht-Bohr- und Fräswerks,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine, die die Werkzeug-Spann- und Lösevorrichtung von in der Spindel
eines Waagerecht-Bohr- und Fräswerks
aufgenommenen Werkzeugen

Anmelder:

The New Britain Machine Company,

New Britain, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

1000 Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:
Hallis Noah Stephan,
Shaker Heights, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 13. November 1958
(773 750)

spindel und einzelne Teile des zum Antrieb derselben dienenden Schieberädergetriebes wiedergibt.

Fig. 3 einen Schnitt des linken Endes der in F i g. 2 dargestellten Werkzeugspindel und

Fig. 4 einen Schnitt des rechten Endes der Spindel.

In den Zeichnungen weist das dargestellte Waagerecht-Bohr- und Fräswerk ein Bett A auf, das am einen Ende mit einem Spindelstockständer B mit Führungsprismen 10 und 11, die einen in senkrechter Richtung auf und ab bewegbaren Spindelstock C tragen, und am anderen Ende mit einem Setzstock oder Gegenständer D versehen ist, der auf waagerechten Führungsbahnen 12 und 13 auf der Oberseite des Bettes verschiebbar aufgenommen ist. Die Führungsbahnen 12 und 13 nehmen auch einen Bettschlitten E mit quer verlaufenden waagerechten Führungsbahnen 14 und 15 auf der oberen Seite desselben auf, der wiederum einen Aufspanntisch F trägt. Der Gegenständer D weist vertikale Führungsbahnen auf, auf denen ein Stützlager G in Vertikalrichtung verschiebbar gelagert ist. Spindelstock C, Gegenständer D, Bettschlitten E, Aufspanntisch F und Stützlager G können in entsprechender Weise bewegt werden; die Einzelheiten hierfür sind für das

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Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, sie sind deshalb auch.nicht ,wiedergegeben. Der Spindelstock C trägt eine Werkzeugspindel 16, die durch ein mit dem Buchstaben H bezeichnetes (s. F i g. 2) Triebwerk gedreht wird. Die Spindel 16 kann auch axial in beiden Richtungen vorgeschoben bzw. zurückgezogen sowie auch im Eilgang durch eine Leitspindel 17 bewegt werden, deren drehbar aufgenommenes linkes -Ende in einem Teil 18- des .-Die., abpachtete, mm Festhalten; 4_tes- Dowes,: jn der Kegelbohrung 24 bsw^um Verbinden mit dieser dienende Vorrichtung weist"je'ine in der Bohrung 25 angeordnete Spannhülse 37 auf, die an das Vorderende einer Spannstange 38 angeschraubt ist, die von der Bohrung 25 aus durch die Bohrung 26 hindurchreicht, wo sie durch einen zylindrischen Teil 40 mit einer rohrförmigen Spannstange 41 verbunden ist, die -zum rückwärtigen Teil der Spindel hin verläuft.

Spindelstocks an einer axialen Bewegung gehindert io Durch die in beiden Axialrichtungen erfolgende Bewird (s. Fig. 3). Das eine Ende der Leitspindel 17 wegung der Spannstangen 38 und 41 wird die Spann

reicht in das linke Ende der Spindel 16 hinein und ist mit einer zur Beseitigung des toten Ganges dienenden zweiteiligen Mutter 19, 20 versehen, die vom Vorschubschlitten 21 aufgenommen wird, der im Spindelstock C gelagert ist. Das linke Ende der Spindel 16 ist durch die Lager 22 drehbar mit dem Schlitten 21 verbunden und von ihnen gleichzeitig an einer Axialbewegung diesem gegenüber verhindert. Über Getrieberäder K (Fig. 2) kann die Leitspindel 17 von Hand oder maschinell in beiden Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten gedreht werden. Da die Konstruktion dieser Vorrichtungen die übliche und zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, ist sie nicht näher beschrieben.

Die Spindel 16 ist mit einer in Achsrichtung verlaufenden Bohrung versehen, deren vorderer Teil in der Regel eine zur Aufnahme eines Werkzeuges oder Domes, z. B. des Domes eines gewöhnlichen Fräsmaschinenwerkzeuges, dienende Kegelbohrung von schlankem Konus aufweist. Die Kegelbohrung 24 endet in einer Zylinderbohrung 25, deren Durchmesser bei der wiedergegebenen Ausführungsform etwa gleich einem Drittel desjenigen der Spindel ist. Die Bohrung 25 ist durch eine axiale Bohrung 26 mit einer bis zum hinteren Ende der Spindel reichenden Bohrung 27 verbunden. Die kegelige Bohrung 24 und die Bohrung 25 sind so vorgesehen, daß sie den üblichen FräsmaschinenwerkzeugdornL oder auch einen anderen Werkzeugdorn aufnehmen., können, dessen Schaft 28 mit seiner Kegelneigung derjenigen der Kegelbohrung 24 entspricht und dessen hinterer zylindrischer oder Führungsteil 30 in die Bohrung 25 hineinpaßt. Der Führungsteil 30 weist die übliche, mit einem Gewinde versehene Bohrung 31 auf. Es kann auch ein anderes Werkzeug oder ein Werkzeugdorn Anwendung finden, wenn nur die Kegelneigung dieses Werkzeuges oder Domes mit derjenigen der Kegelbohrung 24 übereinstimmt.

Im vorliegenden Fall ist der.Dorn mit einem Paßstück 32 versehen, das vor Einspannung des Domes in die Spindel in die Bohrung 31 hineingeschraubt wird, bis der an ihm befindliche Flansch 33 an das Hinterende des Domes L anstößt. Das Paßstück 32 kann auch mit dem Dorn L aus einem einzigen Stück bestehen. Im Richtungssinn der Zeichnungen gesehen, weist das Paßstück 32 links von dem Flansch 33 eine Verstärkung 34 auf, die durch einen Halszapfen mit dem Flansch 33 verbunden ist. Der diesem Halszapfen zunächst liegende Teil der Verstärkung 34 hat Kegelstumpfform und besitzt eine in bezug auf die Spindelachse nach hinten zu divergierende Kegelfläche 36, die zur Verbindung des Domes L mit der Spindel bzw..zum Festziehen in dieser von einer Vorrichtung erfaßt wird. Die andere Hälfte der Verstärkung .34 ist gleichfalls kegelstumpfförmig, aber entgegengesetzt gerichtet.

hülse 37 in der Bohrung 25 in axialer Richtung bewegt.

Die Spannhülse 37 ist mit mehreren federnden Fingern 45 versehen, deren jeder einen vorspringenden keilförmigen Teil mit- einer inneren Kegelfläche 46 und einer, äußeren Kegelflä.ohe 47. .aufweist.. .Die Kegelfläche.46 eines jeden Fingers 45 ist.so gegen dig Spindelaohse.geneigt,..daß. sie von dieser .Achse aus nach hinten .divergiert, sq daß;sie sich an.die nach hinten divergierende Fläche 36 des Paßstückes anlegen kann, wennsich, die .Spa,nnhülse.,37 in.jhrer Vejbindungs- .oder Arbeitstage ,befindet. Die..Kegel? fläche 47 eines. jed,en Fingers,.45 divergiert gleichfalls nach hinten und legt sich an eine ringförmige, nach hinten., divergierende Gegenfläche-48 eines. Flansches an, der sich ven der,Innenwand.einer in.der Bohrung 25.der. Spindel befestigten Büchse 50 ,aus nach, innen

erstreckt, _ .__ ..; .."" , . ....

. Die Gegenfläche 48 divergiert.gegenüberder.Achs.e der. Spindel .nach hinten, wobei ihr. spitzer Neigungswinkel in der Regel kleiner, als der spitze Neigungswinkel dej Fläc.he 36 d.es „Paßstückes..32 gewählt wird. Bei. der'wiedergegebenen .Ausfüiirungsforrti der Erfindung sind di£ Kegelflächen 46 unter einem Winkel von 3.0° gegen die.sipjndeläphse ünd;.die Ke_r gelflächen.47. .unter., einem solchen von etwa 20° gegen ;diese geneigt.. Die Neigungswinkel der Flächen 36 und 48 ,entsprechen, denjenigen d.er .Flächen 46 bzw. 47. In der Ärbeitslage der Spannhülse wirkt der kegelige Teil eines jeden Fingers 45 als Keil, und zwar hauptsächlich als .Festziehkeil zwischen.der von der Spindel aufgenommenen festen. Gegenfläche 48

und der Fläche 36 des ..Paßstückes 32. .... , .

Die Spannhülse 37 wird durch eine Federvorrichr tüng in Form mehrerer, starker konkav-konvexer, in der Bohrung 27 angeordneter scheibenförmiger Federteile 51 fortgesetzt in die in F i g. 4 wiedergegebene zurückgezogene Arbeitslage gezogen, in der sie den Dom L im Spindellager festklemmt. Die Federteile 51 liegen zwischen dem am Ende. der Spannstange 38 befestigten zylindrischen Teil 40 und einer durch den Boden der Bohrung 27 gebildeten Schulter. Wie leicht einzusehen ist, muß die Federvorrichtung, die die Spannhülse 37'in ihrer Arbeitslage halt, wegen der im Laufe des Schneidvorganges erzeugten Schwingungen und sonstigen Bewegungen, die den .Werkzeugdorn im Spindellager zu lockern suchen, äußerst stark sein. Die dargestellten tellerförmigen Federteile .sind auf den vorliegenden Fall besonders gut anwendbar, weil sie zur Ausübung ihrer Wirkung nur eine. sehr kleine Bewegung auszuführen brauchen und so ausgebildet werden können, daß sie die. gewünschte Kraft erzeugen und doch in der Spindel untergebracht werden können, ohne irgendeine Änderung der Baumaße derselben notwendig zu machen. Um den Dorn L aus der Kegelbohrung 24 .wieder herauszunehmen, wird die Spannhülse 37 in der Boh-

35

40

45

55

60

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rung 25 vorwärtsbewegt, so daß sie die keilförmigen Teile der Finger 45 aus ihrer Lage zwischen. der Gegenfläche 48 der Spindel und der Fläche 36 des Paßstückes 32 befreit und die keilförmigen Teile in der Bohrung 25 vor die Gegenfläche 48 bringt. Befinden sich die keilförmigen Teile der Finger 45 vor der Gegenfläche 48, so werden die Finger 45 sich spreizen, wenn der Dorn nach außen bewegt wird, wodurch der Dorn L freigegeben wird. Wird die Spannhülse 37 durch die Spannstange 38 nach vorn bewegt, so wirkt der vordere Teil der Spannstange 38, der in die Spannhülse 45 hineinragt, als Auswerfer 52 und stößt gegen das hintere oder linke Ende des Paßstückes 32, so daß er den Dorn L von seinem Sitz in der kegeligen Bohrung 24 abhebt. Die Bewegung des Auswerfers 52 braucht nach Berührung des Endes des Paßstückes 32 nur so groß zu sein, um den Dorn von seinem Sitz in der Kegelbohrung 24 abzuheben. Gewöhnlich wird von der den Fingern 45 innewohnenden Federung das Paßstück 32 erfaßt, so daß der Dorn von den Fingern gehalten werden wird, wenn er von der Kegelbohrung 24 abgehoben worden ist. Um den Dorn vollständig aus der Spindelböhrung zu entfernen, braucht ihn der Bedienungsmann des Bohr- und Fräswerks nur nach außen zu ziehen, so daß sich die Finger spreizen und den Dorn freigeben.

Die Spannhülse 37 wird durch einen von einem gasförmigen oder flüssigen Druckmittel (vorzugsweise Druckluft) betätigten Kolbenmotor N mit einem in F i g. 3 allgemein mit dem Buchstaben P bezeichneten Kolbenaggregat, das in einem mit R bezeichneten, am Spindelschlitten 21 in der Nähe des Hinterendes der Spindel befestigten Zylinder gleitend verschoben werden kann, aus ihrer rückwärtigen Festhalte- bzw. Verbindungslage in der Bohrung 25 in ihre vordere Freigabe- und Auswerferlage gegenüber der Spindel 16 versetzt. Das Kolbenaggregat P weist mehrere Kolben, im vorliegenden Fall fünf, in Form scheibenförmiger Teile 55 auf, -die auf eine Hülse 56 aufgeschoben sind und durch mehrere Hülsen 58, von denen eine zwischen der Schulter 57 und dem ersten Kolben 55 angebracht ist und von denen die anderen mit Ausnahme der letzten oder linken Hülse zwischen den verschiedenen Kolben angebracht sind, von einem neben dem rechten Ende der Hülse 56 liegenden Flansch oder Bund 57 sowie voneinander in einem gewissen vorherbestimmten Abstand gehalten sind; die letzte oder linke Hülse ist zur Linken des linken Kolbens angebracht und wird von einer Gegenmutter 60 gehalten, die die Kolben 55 und die Hülsen 58 fest auf der Hülse 56 hält. Die Hülse 56 ist verschiebbar von einem hülsenförmigen Zylinder 61 aufgenommen, der auf der einen Seite mit einem scheibenförmigen Teil 62 versehen ist, der einen Teil des Motoraggregats N bildet. Die zweiteilige, einstellbare Mutter 19, 20 liegt im Innern des Zylinders 61. Der rechts liegende Teil 19 der Mutter ist mit dem Zylinder 61 verkeilt, der links liegende Mutternteil 20 liegt an dem scheibenförmigen Teil 62 an, dem gegenüber zur Ausschaltung des toten Ganges zwischen der Mutter und der die Werkzeugspindel vorschiebenden Leitspindel 17 eine Winkeleinstellung vorgenommen werden kann.

Das Zylinderaggregat weist außer dem scheibenförmigen Teil 62 noch mehrere muldenförmige Teile 63 auf, deren axial verlaufende Flanschteile den Zylindermantel bilden und die radialen Flansche der muldenförmigen Teile 63 in einem vorher bestimmten Abstand voneinander halten. Die Konstruktion ist so gewählt, daß ein radialer Flansch links von dem linken Kolben 55, rechts von dem rechten KoI-ben 55 und zwischen den dazwischenliegenden Kolben liegt. Der rechts liegende der muldenförmigen Teile 63 ist mit einem Flansch 64 versehen, der, wie in F i g. 3 gezeigt, nach rechts sich erstreckt und mit dem linken Ende des Vorschubschlittens 21 verschraubt ist. Zwischen dem Flansch 64 und der Hülse 56 des Kolbenaggregats ist eine Buchse 65 angeordnet. ■ Das Kolbenaggregat ist gegen das Zylinderaggregat beweglich, die gegeneinander verschiebbaren Flächen werden durch O-Ringdichtungen 65 abgedichtet.

Bei der wiedergegebenen Konstruktion werden fünf hintereinander angeordnete druckmittelbetätigte Kolbenmotoren vorgesehen, die durch geeignete Leitungsvorrichtungen, die die Sammelleitungen 67, 68 und die Durchlässe 70, 71 einschließen, derart verbunden sind, daß sie doppeltwirkende Motoren darstellen. Die Sammelleitungen 67, 68, die im Innern des Zylinderaggregats gebildet sind, werden durch geeignete Rohrleitungen 72,73 an ein elektromagnetbetätigtes Dreiwegeventil 74 angeschlossen, das den den Zylindern des Motors zufließenden und von ihnen wegfließenden Druckmittelstrom steuert.

Das rechte Ende der Hülse 56 des Kolbenaggregats ist, wie durch Bezugszahl 75 angedeutet wird, zylindrisch versenkt, so daß es einen Flanschring 76 mit geringem Spiel aufnehmen kann, der fest mit dem hinteren oder linken Ende der rohrförmigen Spannstange 14 verbunden ist. Die Konstruktion ist so gewählt, daß, bei Zuführung von Druckmittel durch die Leitung 72, die Sammelleitung 67 und die Durchlässe 70, d. h. also in einer Richtung, durch die das Kolbenaggregat P nach rechts verschoben wird, die von der zylindrischen Versenkung 75 gebildete Schulter an das linke Ende des Flanschringes 76 anstößt und die Spannstange 41, den zylindrischen Teil 40, die Spannstange 38 und dadurch auch die Spannhülse 37 nach rechts stößt, so daß der Werkzeugdorn 28 von der Spindelbohrung freigegeben und von dieser abgehoben wird. Bei Abfallen des Druckes des durch die Leitung 72 ausströmenden Druckmittels wird für einen kurzen Moment durch die Rohrleitung 73 die gegenüberliegende Seite der Kolben 55 mit Druckmittel beaufschlagt, um die Hülse 56 vom FlanSschring 76 frei zu machen, indem zwischen den aneinanderstoßenden Flächen dieser Teile, wenn sie sich in ihren jeweiligen Linkslagen befinden, noch ein kleiner Spielraum vorhanden ist. Der Zweck, den man mit der Anordnung dieses Spielraumes verfolgt, ist der, die Abnutzung zu vermeiden, die sonst zwisehen ihnen auftreten könnte, da die Spannstangen und der Flanschring 76 mit der Spindel 16 gemeinsam rotieren, während das Kolbenaggregat F beim Umlauf der Spindel in Ruhe verbleibt.

Dem elektromagnetbetätigten Ventil 74 wird durch eine Leitung 82, die zu dem üblichen Stillsetzungs-Druckluftspeicher hinführt, ein Druckmittel, in der Regel Druckluft, zugeführt. Das Ventil ist am Spindelstock C angeordnet und wird durch einen Druckknopfschalter ausgelöst, der mit Vorteil in gut zugänglicher Lage in der Nahe des vorderen oder Werkzeugendes des Spindelstockes angeordnet ist, wo ihn der die Maschine Bedienende leicht erreichen kann, während er den Werkzeugdorn in der Spindel-

bohrung hält. Die Zuführung von Druckmittel zu dem Motor oder den Motoren zu dem Zweck, das Kolbenaggregat vom Hinterende des Spindelganzen zu lösen, das im vorliegenden Fall durch den Flanschring 76 gebildet wird, erfolgt vorzugsweise automatisch, aber nur für kurze Dauer, und zwar durch Ablassen von Druckmittel von dem entgegengesetzten Ende der Motoren her. Dies läßt sich leicht durch zweckmäßige Schaltvorrichtungen einschließlich einer Schaltverzugseinrichtung erreichen.

Will der die Maschine Bedienende ein Werkzeug in die Spindel einspannen, so drückt er den Druckknopfschalter nieder, wodurch das Druckmittel in der Richtung in den Motor N eintritt, daß die Spannhülse 37 zum Spindelende, das das Werkzeug aufnimmt hinbewegt wird. Er führt dann den Werkzeugdorn in die Spindelbohrung ein und läßt anschließend den Druckknopfschalter wieder los, woraufhin die Federvorrichtung M den Werkzeugdorn sicher in der Spindelbohrung festlegt und die Momentanbeaufschlagung der gegenüberliegenden Seiten der Kolben 55 durch Druckmittel das Kolbenaggregat P zurückgehen läßt und vom Spindelganzen löst. Will der die Werkzeugmaschine Bedienende das Werkzeug herausnehmen, so braucht er nur den Vorgang in umgekehrter Reihenfolge abspielen lassen.

Der Motor N muß nicht nur die entsprechende Kraft zur Überwindung der Federwirkung der Vorrichtung M aufbringen, die den Werkzeugdorn in der Spindelbohrung hält, sondern auch noch die Kraft, um den Werkzeugdorn von der Kegelbohrung frei zu machen, eine Kraft, die infolge des in dieser Bohrung vorgesehenen kleinen Kegelwinkels gleichfalls sehr stark sein muß. Der Werkzeugdorn wird nämlich um so fester in der Spindelbohrung sitzen, je kleiner dieser Kegelwinkel ist.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Spannen und Lösen von in der Spindel eines Waagerecht-Bohr- und Fräswerks aufgenommenen Werkzeugen, deren Schaft in Arbeitslage mittels einer unter dem Druck von Federn stehenden Spannstange gehalten ist, die zum Lösen entgegen dem Druck der Federn mittels eines hydraulischen Motors verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Motor aus mehreren, in Axialrichtung hintereinander angeordneten, einzeln von einem gemeinsamen Druckmittel beaufschlagten Zylindern (63) besteht und die zugehörigen Kolben (55) auf einer auf die Spannstange (40) einwirkenden, axial verschiebbaren Hülse (56) unverschiebbar angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 920 520;
USA.-Patentschriften Nr. 1961129, 2713 811.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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