DE3341958A1

DE3341958A1 - Kupplungsvorrichtung fuer modulare werkzeugsysteme

Info

Publication number: DE3341958A1
Application number: DE19833341958
Authority: DE
Inventors: Ferenc Dudas; Iván Budapest Levardy
Original assignee: FORGACSOLOSZERSZAMIPARI VALLALAT
Current assignee: FORGACSOLOSZERSZAMIPARI VALLALAT
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1983-11-21
Publication date: 1984-09-20
Also published as: US4557642A; GB2137124B; IT1170056B; DD230817A1; CS253586B2; GB2137124A; SU1355114A3; FR2542652A1; DE3341958C2; JPS59196142A; IT8324365A0; SE8400658L; SE8400658D0; HU188534B; GB8402622D0; CH663562A5; FR2542652B1

Description

-4 Kupplungsvorrichtung für modulare Werkzeuqsysteme

Gegenstand der Erfindung ist eine Kupplungsvorrichtung für modulare Werkzeugsysteme, insbesondere zum Verbinden /Verkuppeln/ von in die Hauptspindel von Werkzeugmaschinen' aufnehmbaren Grundkörpern und/oder Adaptern und/oder Verlängerungsstücken und/oder Werkzeugen, wobei in einem der verkuppelten Elemente eine konzentrische Bohrung, an dem anderen ein sich in diese hineinfügender konzentrischer Zapfen vorgesehen ist und beide mit Feststellbzw. Mitnehmerelement versehen sind, das eine Element eine in die konzentrische Bohrung mündende, mit dieser koaxiale ■ Gewindebohrung besitzt und auch das andere Element mit einer konzentrischen Gewindebohrung versehen ist.

Die Hauptspindelenden der Bohr- und Fräswerke sowie der Bearbeitungszentren zeigten auch schon früher eine ausserordentliche Vielfalt. Die unterschiedlich ausgebildeten automatischen Werkzeugweckselvorrichtungen führten zu weiteren Varianten und vervielfachten die bereits bestehende Vielzahl der Anschlussarten. Dieser Umstand hat zur "Folge, dass mit den aus einem Stück bestehenden für eine Maschine charakteristische Ausführung aufweisenden Werkzeugen fixer Ausführung weder der Werkzeugbestand der Maschinen noch die Fertigung der Werkzeuge optimalisiert werden können. Demgemäss ist eine Trennung des sich an die Werkzeugmaschine anschliessenden Teiles sowie des zum Ein- bzw. Aufspannen der Schneidwerkzeuge dienenden Teiles und ihr Verbinden mittels eines geeigneten Kupplungs- bzw. Befestigungssystems von Vorteil. Auf diese Weise wird es möglich, dass gleiche Werkzeugspannelemente mit verschiedenen sich an die Maschinen anschliessenden Elementen verbunden bzw. an ein sich an die Maschine anschliessendes Element einer Ausführung mehrere unterschiedliche Werkzeugspannelemente angeschlossen werden können.

Die Steuerungen moderner Werkzeugmaschinen bieten die Leistung, dass nach Abschluss der mit einem einschneidigen Werkzeug vorgenommenen Bohrungsbearbeitung die Schneide von der bearbeiteten Fläche abgehoben aus der Bohrung herausgehoben wird.

Voraussetzung dafür ist, dass, ein bestimmter Punkt der Hauptspindel und die Werkzeugschneide - in Abhängigkeit von dem Typ der Steuerung - eine gegenseitig dazu geeignete Stellung einnehmen.

Mehrteilige Werkzeugspannvorrichtungen sind bereits bekannt /siehe z. B. DE-PS 14 77 140; DE-OS 3039 456; 31 08 071; 30 08 189; 28 31 660; DE-GM 75 29 196/. Die einzelnen sich aneinander anschliessenden Elemente sind so ausgebildet, dass ein auf der einen Einheit ausgeführter .Zentrierzapfen sich in die konzentrische Bohrung der anderen Einheit hineinfügt.

Bei einer anderen bekannten Ausführung werden die sich aneinander anschliessenden Einheiten neben dem Zentrierzapfen und der Bohrung zwecks Verschraubung mit einem Gewindeteil versehen. Diese Ausführung zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus, jedoch kann durch sie nicht gewährleistet werden, dass ein ausgezeichneter Punkt der Hauptspindel und die Werkzeugschneide in eine gegenseitig bestimmte Position gelangen. Eine so ausgeführte Konstruktion kann nur auf eine das Gewinde in der Schliessrichtung beanspruchende Weise, kennzeichnend mit rechtem Drehsinn, eingesetzt werden. Ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes Moment würde eine Lockerung des Mechanismus zur Folge haben.

Bei einer anderen bekannten Ausführung wird die Verbindung der Bauelemente durch den Zentrierzapfen und die Bohrung sowie eine' zu deren Achslinie senkrecht ange-

ordnete Schraube mit kegeligem Ansatz gesichert, die gegen die kegelige Einsenkung im Zentrierzapfen gespannt wird. Diese Verbindung ergibt - da die Feststellkraft nicht konzentrisch wirkt - keine einwandfreie ebenenartige Auflage der Stirnseiten und keine entsprechende Starrheit der Verbindung.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung werden die sich aneinander anschliessenden Elemente ebenfalls durch einen Zentrierzapfen und eine Bohrung verbunden, ihre Feststellung erfolgt durch eine Inbußschraube, die durch einen Ring gesteckt ist und der Ring in der Portsetzung der Zentrierbohrung durch ein Gewinde oder Querbolzen befestigt ist, wobei die Schraube in die im Zentrierzapfen vorgesehene Gewindebohrung eingeschraubt werden kann. Diese Ausführung ist hinsichtlich der übertragung der konzentrischen Feststellkraft zufriedenstellend, als ihr Nachteil ist jedoch zu erwähnen, dass der auf einfache Weise erfolgende Einbau des Ringes /mit einem Gewinde/ mit der Gefahr der Lockerung verbunden ist. Auch bei einer Beseitigung dieser Gefahr durch Verhinderung einer Verdrehung - besteht die Möglichkeit, dass eine Einfressung bzw. Deformierung der durch grosse Kräfte belasteten und nur kleine Oberflächen aufweisenden Elemente die Starrheit der Verbindung beeinträchtigt wird. Nur kleine Oberflächen aufweisenden Elemente die Starrheit der Verbindung beeinträchtigt wird.

Zweck vorliegender Erfindung ist die Beseitigung der beschriebenen Nachteile und die Schaffung einer Kupplungsvorrichtung, die den angeführten Forderungen restlos entspricht und durch ihren einfachen Aufbau eine wirtschaftliehe Fertigung ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Gewindebohrung des einen der zu verbindenden

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bzw. zu verkuppelnden Elemente mit einem die gleiche Windungsrichtung, jedoch eine grössere Gewindesteigung aufweisenden Gewinde als das andere Elemente versehen und in diese Gewinde eine Differentialschraube eingeschraubt ist, weiterhin dass das Mitnehmerelement ein Mitnehmerbolzen ist, . dessen eine Hälfte in eine im Vergleich zur konzentrischen Bohrung exzentrisch angeordnete, zu dieser jedoch achsparallele Bohrung des einen Elementes eingefügt, die andere Hälfte hingegen einen kleineren Durchmesser aufweist, im Vergleich zur erstgenannten Hälfte exzentrisch angeordnet und an ihrem Ende kegelig abgearbeitet und in die Bohrung des anderen Elementes eingefügt ist.

Zwischen den Gewindeteilen der Differentialschraube ist zweckdienlicherweise ein zylindrischer Halsteil ausgebildet, und das Verhältnis der Gewindesteigungen ist vorzugsweise 1:2. Die Differentialschraube kann ebenfalls zweckdienlicherweise als eine Imbußschraube ausgeführt und gegebenenfalls mit einer Durchgangsbohrung versehen sein. Der Mitnehmerbolzen kann in der Bohrung mit dem grösseren Durchmesser in axialer Richtung mittels einer Kugel abgestützt und/oder mittels eines in einem im Mantel vorgesehenen Einstich angeordneten Ringes befestigt sein. Besteht die Kupplungsvorrichtung aus mehr als zwei Bauelementen, so sind die Mitnehmerbolzen vorzugsweise in der gleichen Achsebene und auf dem gleichen Radius angeordnet.

Mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung sind - infolge der konzentrischen das entsprechende Ausmass aufweisenden Krafteinwirkung - die korrekte Auflage der Stirnseiten.sowie die entsprechende Festigkeit und Starrheit aufweisende Verbindung zwischen den Werkzeugträger-, Einspann- bzw. Verlängerungselementen gesichert. Die Vorrichtung enthält keine starken Verschleiss ausgesetzte

und häufigen Wechsel erfordernde Bauelemente. Der eine speziale Ausbildung aufweisende Mitnehmerbolzen sichert einerseits durch einfach herstellbare Bohrungen eine mit Passung ausgeführte Verbindung ohne die Gefahr eines zu .engen Sitzes. Der Mitnehmerbolzen ist zur Übertragung hoher Momente geeignet, da seine Beanspruchung nahe der reinen Scherbeanspruchung liegt und gewährleistet andererseits die Belastbarkeit der Vorrichtung mit Drehmomenten beliebiger Richtung. Die Beziehung zwischen einem ausgezeichneten Punkt der Hauptspindel der Werkzeugmaschine bzw. des an diese angeschlossenen Elementes und der Lage der Werkzeugschneide ist kennzeichnend bei der schlechten Bearbeitung von Bohrungen, eben wegen der Ausnutzbarkeit des durch die Steuerung gebotenen Zyklus der Werkzeugabhebung von Bedeutung. Die unterschiedlichen Steuerungen bedingen abweichende Werkzeugschneidenpositionen im Vergleich zu einer bestimmten Hauptspindelposition. Die erfindungsgemässe Ausführung ermöglicht die Erfüllung dieser Abweichung der Forderungen auf die Weise, dass einerseits der Mitnehmerbolzen die allgemein gebräuchliche Position bestimmt, andererseits in davon abweichendem Falle in die beliebige Stellung verdreht in dieser fixiert werden kann, wobei die Tatsache genutzt wird, dass die Differentialschraube - durch ihre die gleiche Gewindesteigung aufweisenden Gewindeabschnitte - in der Steigungsrichtung eine Selbstsperrung sichert.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung sichert durch Verwendung einer mit einer Durchgangsbohrung versehenen Differentialschraube die Möglichkeit, die durch die Hauptspindel zugeleitete Kühl- und Schmierflüssigkeit der Werkzeugschneide zuzuführen.

Die weiteren Einzelheiten der Erfindung werden anhand

eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben, von denen

Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung im Falle einer direkten Verbindung /Kupplung/ eines steilen Kegels und eines Ausdrehwerkzeuges, Fig. 2 die Ausgestaltung des in Fig. 1 dargestellten

Mitnehmerbolzens und
Fig. 3 die erfindungsgemässe Kupplungsvorrichtung im Falle der Verbindung eines steilkegeligen Grundkörpers, eines Verlängerungsstückes und eines

beliebigen Werkstückspannelementes darstellt.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung im Schnitt dargestellt, wobei die Verbindung bzw. Verkupplung des Grundkörpers und des Ausdrehwerkzeuges zu sehen ist. Die Spezifikation des mit einem Steilkegel versehenen Grundkörpers 1 entspricht der Spezifikation der Werkzeugmaschine. In der mit der Kegelfläche 2 koaxialen Bohrung 3 ist der Zentrierzapfen 4 des Werkzeuges 4 eingepasst. Die starre Verbindung des Grundkörpers 1 und des Werkzeuges 4· wird die Differentialschraube 6 gesichert. Diese ist in die konzentrische Gewindebohrung des Grundkörpers 1 eingeschraubt, während ihr anderes Ende in die Gewindebohrung 8 des Werkzeuges 4- hineingepasst. Das an dem in der Gewindebohrung 7 des Grundkörpers 1 sitzenden Gewindeteil 9 der Differentialschraube 6 befindliche Gewinde hat eine kleinere - zweckdienlich halb so grosse . Gewindesteigung als die am anderen Ende der Differentialschraube 6 befindlichen - übrigens das gleiche Nennmass aufweisenden - Gewindeteile 10. Dieser Gewindeteil 10 ist in die im Werkzeug 4- vorgesehene Gewindebohrung 8 eingeschraubt, sodass bei Verdrehen der Differentialschraube 6 in der

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Schliessrichtung - zweckdienlicherweise nach rechts - unter Einwirkung der Gewindesteigungsdifferenz die Stirnfläche 11 des Grundkörpers 1 und die Stirnfläche 12 des Werkzeuges 4· sich einander nähern und dann mit der dem Anziehdrehmoment entsprechenden Kraft aufeinander aufliegen. Der entsprechende Bewegungsweg der Differentialschraube 6 in den Gewindeboh-.rungen 7 bzw. 8 wird durch den einen kleineren Durchmesser als die Kerndurchmesser aufweisenden zylindrischen Halsteil 13 der Schraube gesichert. Die Differentialschraube 6 ist mit einem das Verdrehen ermöglichenden Innenmehrkant 14 versehen.

Die im Vergleich zueinander erfolgende Verdrehung des Grundkörpers 1 und des Werkzeuges 4 wird durch den Mitnehmerbolzen 15 verhindert, dessen Ausführung detailliert aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Der obere Teil 16 des Mitnehmerbolzens 15 ist in die Bohrung 17 des Grundkörpers 1 verdrehbar eingepasst. Seine verdrehbar axiale Stellung wird durch die an dem Bohrungsboden angeordnete Kugel 18 mittels der Kernbohrung bestimmt. Die Positionshaltung des Mitnehmerbolzens 15 sichert /bei Ermöglichung seiner Verdrehung/ der in. der um die Mitte des oberen Teiles 16 ausgebildeten Nut 20 angeordnete elastische Schlitzring 21.

Der untere Teil.22 des Mitnehmerbolzens 15 sitzt in der Bohrung 23 des Werkzeuges 4 und ist im Vergleich zum oberen Teil 16 exzentrisch ausgebildet. Der Durchmesser des unteren Teiles 22 des Mitnehmerbolzens 15 ist im Vergleich zum oberen Teil 16 um den zweifachen Wert der Exzentrizität vermindert. Die Exzentrizität ermöglicht die Bohrungen 17 .und 25 ohne die Gefahr eines zu engen Sitzes und einer Verspannung mit einer verhältnismässig lockeren Positionstoleranz zu fertigen. Dazu darf die von dem Nennwert gemessene summierte Streuung der Lage der Bohrungen 17 und 23

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,den zweifachen Wert der Exzentrizität nicht überschreiten.

Bei dem Zusammenkuppeln stösst die Bohrung 23 auf die am .unteren Teil 22 des Mitnehmerbolzens 15 durch Abarbeitung kegelig ausgestaltete Fläche 24- und dreht den Mitnehmerbolzen 15 in eine Stellung, bei der untere Teil 22 in die Bohrung 23 eindringen kann und dadurch eine sichere Mitnahme herbeiführt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der zwischen dem Grundkörper 1 und dem Werkzeug 4 ein Verlängerungseinsatz 25 angeordnet ist. Der obere Teil des Verlängerungseinsatzes 25 ist genauso ausgebildet, wie der sich anschliessende Teil des Werkzeuges 4- und sein unterer Teil wie der des Grundkörpers ■1. Dementsprechend ist auch die Art und Weise der Befestigung und Mitnahme den bei den Fig. 1 und 2 beschriebenen vollkommen gleich.

Aus der Fig. ist zu ersehen, dass bei dieser Lösung die Differentialschrauben mit der Bohrung 26. versehen sind, um die Weiterleitung der inneren Kühl- und Schmierflüssigkeit zu gewährleisten. Dem Durchmesser der Bohrungen 26 werden durch das Mass der Innenmehrkantöffnungen Grenzen gesetzt.

In der im Verlängerungseinsatz 25 ausgebildeten Gewindebohrung 27 werden die unterschiedliche Gewindesteigungen aufweisenden Teile durch den Einstich 28 voneinander getrennt.

Aus den dargestellten Beispielen ist zu ersehen, dass die Erfindung eine schnelle und sichere Verbindung /Verkupplung/ zwischen Werkzeugen und Bearbeitungsmaschinen ermöglicht, und gleichzeitig in ihrer Ausgestaltung ziemlich einfach und leicht zu fertigen ist. Die sich aneinander anschliessenden Teile sind austauschbar, ermöglichen dadurch

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beliebige Elementenkombinationen und gewährleisten eine wirtschaftliche Zusammenstellung eines optimalen Werkzeugbestandes.

Obwohl in der Beschreibung lediglich einige Beispiele für die Ausführung der Vorrichtung vorgeführt wurde, ist es offensichtlich, dass in dem durch die Patent ansprüche festgelegten Kreis unzählige sonstige Varianten ausführbar sind.

BAD ORJGiNAL

Claims

PATENTANWÄLTE

VIERING & JENTSCHURA

zugelassen beim Europäischen Patentamt European Patent Attorneys — Mandataires en Brevets Europeens

DipNng. Hans-Martin Viering · Dipl.-Ing. Rolf Jentschura ■ Steinsdorfstraße 6 ■ D-8000 München

Anwaltsakte 4436

Forgäcaoloszersziimi pjir i Vallnlnl H-1131 Budapest, .RoiUur Γ. ulea

Kupplungsvorrichtung für modul are Workzeugsysteme

Ansprüche

Kupplungsvorrichtung für modulare Wcrk/enigsyst eine, inshesondere zum Verbinden (Verkuppeln) von in die Hauptspindel von Werkzeugmaschinen einspannbarom Grundkörper und/ oder Adapter und/oder Verlängerungsstück und/oder Werkzeug, wobei in einem der verbundenen LIoiihmiLo eine konzentrische Bohrung, an dem anderen ein sich in diese hinein fügender konzentrischer Zapfen vorgesehen if?I. und beide mit einem Feststell- bzw. Mitnehmerelement vor .se hen sind, das eine Element eine in die konzentrische FJohrung mündende, mit dieser koaxiale Gewindebohrung besitzt und auch das andere Element mit einer konzentrischen Gewindebohrung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dnß die Gewindebohrung (7) des einen Flementes mit einem die rj In ic he Gewindesteigunqsrichtung, jedoch eine größere Gew i ndc'st e i gung aufweisenden Gewinde als die des anderen Elemente« versehen ist, und in diese Gewinde eine Differentialschraube (6) eingeschraubt ist, weiterhin daß das M i tnehmorrj 1 Rinent ein Mitnehmer-

I/pe Telefon (089) 293413 und 293414 · Telefax (089) 222066 · Telex 5212306 jepa d · Telegramm Steinpat München

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bolzen (Ib) ist, dessen eine Hälfte in eine im Vergleich zur konzentrischen Bohrung (7) exzentrisch - angeordnete, zu dieser achsparallele Bohrung (17) eingepaßt ist, die

andere Hälfte hingegen einen kleineren Durchmesser auf-5

weist und im Vergleich zur ersten Hälfte exzentrisch angeordnet ist und ihr Ende mit einer kegelförmigen Abarbeitung (24) versehen und in die Bohrung (23) des anderen Elementes eingepaßt ist.
2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewindesteigungen der Gewindeteile (9, 10) der Differentialschraube (6) 1:2 ist.
3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß zwischen den Gewindeteilen (9, 10) der Differentialschraube (6) ein zylindrischer Halsteil (13) ausgebildet ist.
4. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichent, daß in der ganzen Länge der Differentialschraube (6) eine Durchgangsbohrung (26) vorgesehen ist.
5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialschraube (6) mit einer Innenmehrkantöffnung (14) versehen ist.
6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerbolzen (15) in der den größeren Durchmesser aufweisenden Bohrung (17) axial mit einer Kugel (18) gelagert und/oder mittels eines in einem Einstich (2ü) im Mantel angeordneten elastischen Schlitzringes (21) befestigt ist.

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7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mehr als zwei Elementen besteht, wobei sämtliche Mi tnelimerbolzen (15) in

der gleichen Achsebene und auf dem gleichen Radius an-5

geordnet sind.