DE566742C - Befestigung der Werkzeugspindel in der Hauptspindel einer Fraesmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf die Befestigung der Werkzeugspindel in der Hauptspindel einer Fräsmaschine.

Man pflegt der Hauptspindel eine axiale, kegelförmige Bohrung zur Aufnahme eines mit der gleichen Kegelfläche versehenen Paßstücks zu geben, das mit der Werkzeugspindel verbunden ist. Bisher verwendete man für Spindel und Paßstück ausschließlich einen

to Kegel von ganz kleinem Spitzenwinkel mit dem Ergebnis, daß man das Werkzeug mit dem Hammer oder unter Anwendung starken Drucks von der Spindel lösen muß. Dabei beeinträchtigt man in zahlreichen Fällen die genaue Justierung der Maschine; außerdem erwächst aus der Schwierigkeit und dem übermäßigen Zeitaufwand für das Abnehmen des Werkzeugs eine erhebliche Minderung der Leistungsfähigkeit· der Maschine.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch eine solche Bemessung des Kegelwinkels beseitigt, daß sich das Paßstück ohne besondere Hilfsmittel leicht aus der Hauptspindel lösen läßt; dabei sind an der Hohlspindel und dem Paßstück zusätzliche Flächen vorgesehen, die erst miteinander in Berührung kommen, wenn der Konus des Paßstücks aus der konischen Bohrung der Hauptspindel gelöst ist, zum Zweck, ein unbeabsichtigtes Niederfallen der Werkzeugspindel während des Aus- oder Einbauens zu verhindern.

Die Zusatzflächen können als Zylindermantelflächen ausgebildet sein, die sich an die kegelförmigen Teile der Hauptspindelbohrung und des Paßstücks anschließen. Sie können aber auch beispielsweise durch Flächen von Keilen gebildet werden, die etwa an der Hohlspindel sitzen und deren Flächen sich auf entsprechende Gegenflächen des Paßstücks zu legen vermögen. Ein sicherer, die gegenseitige Drehung verhindernder Sitz des Paßstücks in der Spindel läßt sich dadurch erzielen, daß Hohlspindel und Paßstück mit Flanschen versehen sind, von denen der eine diametral gegenüberliegende Keilstücke und der andere entsprechende Schlitze zur Aufnahme dieser Keilstücke mit fester Passung hat.

Eine Haube, die den Flansch des Paßstücks übergreift und gegen den Flansch der Spindel zu pressen ist, kann die Festlegung in der Längsrichtung übernehmen.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; es sind:

Abb. ι Axialschnitt durch eine waagerechte Fräsmaschinenspindel, Werkzeug und Kupplung längs i-i der Abb. 2; das mitgezeichnete Werkzeug ist eine Welle, deren vorstehendes Ende nur zum Teil gezeichnet ist, da es beliebige Form haben kann, Abb. 2 Endansicht zu Abb. 1,

Abb. 3 Axialschnitt längs 3-3 der Abb. 4 durch die gleiche Spindel wie in Abb. 1, jedoch mit einer anderen noch zu erläuternden Wellenform gekuppelt,
Abb.-4 Endansicht zu Abb. 3,

Abb. S Axialschnitt längs 5-5 der Abb. 6 durch das Vorderende der Spindel nach Abb. i, mit der gleichen Welle gekuppelt, jedoch in abweichender Weise, zur Veranschaulichung der Anpassungsfähigkeit der verbesserten Spindel und des verbesserten Werkzeugs,

Abb. 6 Vorderansicht zu Abb. 5, teilweise nach 6-6 der Abb. S geschnitten. Die waagerechte Spindel ι (Abb. 1 und 2) läuft in Lagern A und B und wird gegen Axialverschiebung durch einen Spurflansch 12 und Mutter 18 gehalten, die auf die Spindel einstellbar geschraubt und in beliebiger, nicht dargestellter Weise gesichert ist.

Die Spindel 1 hat eine Bohrung mit einem kegeligen Teil 2 von vergleichsweise steiler Neigung, einen zylindrischen Teil 3 im An-Schluß an den kegeligen Teil, einen weiteren zylindrischen Teil 4 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, der sieh über den größten Teil der Spindel erstreckt, und einen Bund S am hinteren Ende. Eine Muffe 6 sitzt drehbar in der Bohrung 5 und weist einen Flansch 6° auf, der die Axialbewegung gegenüber der Spindel begrenzt, ferner ein sechseckiges Ende 6* zum Drehen der Muffe mit einem Schlüssel. Der mit Gewinde versehene Teil 7 einer Stange 8 faßt in ein Gewinde der Muffe 6 ein. Die Stange 8 durchsetzt die Bohrung 4 bis zum vorderen Spindelende und trägt hier ein Gewinde von größerem Durchmesser, 9, und eines von kleinerem, 10. Das Hinterende der Stange 8 weist einen Sechskantkopf 8^a zum Drehen der Stange durch einen Schlüssel auf.

Das Spindelende oder die Muffe erweitert sich zu einem Flansch 12 mit Schlitzen 13° und I3^&, in die Keile 14° und I4^& fest, aber herausnehmbar eingepaßt sind, durch Schrauben 15° und 15⁶ gesichert.

Eine Welle 11 mit einem Flansch ii°

nimmt in Aussparungen 11⁶ des Flansches die Keile 14° und I4^& 'auf; die Welle hat einen kegelförmigen Schaft 1 i^c, der in die kegelige Bohrung 2 der Spindel paßt, während eine zylindrische Fortsetzung ii^tf des Schafts in der zylindrischen Bohrung 3 der Spindel mit geringem Spiel angepaßt ist, die Mantelfläche der Bohrung 3 aber nicht berührt, solange sich die Welle in Stellung befindet. Der zylindrische Teil hat vorzugsweise einen solchen Durchmesser, daß seine Oberfläche außerhalb des Mantels des Kegelteils gelegen ist. Das Hinterende der Welle 11 trägt Muttergewinde 1 i^e, in welches das Ende 9 der Stange 8 geschraubt wird; die Bohrung erstreckt sich bis zur Stelle nf, um für den dünneren Schraubenteil 10 der Stange 8 Platz zu lassen.

Zu beachten ist, daß die vergleichsweise stark kegelige Neigung der kegelförmigen Bohrung und des Schafts in erster Linie dem Zweck dient, ein Klemmen oder Haften des Werkzeugs beim Herausnehmen zu verhindern; doch sollte die Neigung nicht allzu steil sein, weil dann der Durchmesser am Außenende zu groß für eine Fräsmaschinenspindel würde, ehe eine axiale Länge erreicht wäre, die für eine sichere und genaue axiale 'Ausrichtung der Welle mit der Spindel beim festen Einlegen des Schafts in die kegelige Spindelbohrung genügen würde. Auf alle Fälle ist eine zu steile Neigung für genaue Ausrichtung unerwünscht. Werkzeuge mit einer Neigung von 7 : 24 (3^₂ Zoll auf 1 Fuß Länge) haben sich allen Anforderungen für Fräsmaschinen entsprechend erwiesen, obwohl auch ein etwas kleinerer oder größerer Winkel verwendet werden mag. Die beste Neigung läßt sich als diejenige des Kegelstumpfmantels eines senkrechten Kreiskegels festlegen, dessen Höhe zwischen dem Drei- und Vierfachen des Grundflächendurchmessers liegt. Die bisher allgemein verwendeten Kegel schwanken etwas, liegen aber .im allgemeinen in der Größenordnung von 1 : 24 bis 1,5 : 24 (V₂ Zoll bis ³J₄, Zoll auf 1 Fuß Länge).

Zwar kann die zur Vermeidung des Klemmens nötige Kegelneigung, wie gesagt, schwanken, doch hat sich herausgestellt, daß ein Kegel, der keine „Klemmung mit sich bringt, nicht selbst imstande ist, ein überhängendes Werkzeug in seiner Stellung in einer waagerechten Fräsmaschinenspindel sicher festzuhalten, wenn die Haltevorrichtung, etwa die Stange 8, beim Einsetzen oder Entfernen des Werkzeugs verstellt wird. Der Aufbau einer Fräsmaschine ist derart, daß der Arbeiter hinter die Maschine treten muß, um die Stange 8 zu verstellen, und daher das Werkzeug nicht in seiner Stellung festhalten kann; fällt es aber heraus, so kann die Maschine, das Werkzeug oder das Werkstück beschädigt oder der' Arbeiter verletzt werden.

Es sind daher Mittel vorgesehen, um das Werkzeug am Herausfallen aus der Spindel zu verhindern, wie nunmehr im Zusammenhang mit dem Befestigen und Herausnehmen S der Welle 11 beschrieben sei.

Die Stange 8 läßt sich samt der Muffe 6 nach hinten schieben, worauf das Wellenende in die kegelige Bohrung der Spindel eingeführt und zurückgeschoben wird, bis die zusammengehörigen Kegelflächen aufeinandersitzen; dabei wird die Welle mit den Schlitzen ii" und ii^& so gedreht, daß die Keile 14" und i-l·'' hineinfassen. Infolge der steilen Neigung des Schafts würde die Welle, wenn der

¹S Arbeiter nunmehr die Welle losläßt, um zum Einsetzen und Stellen der Stange 8 nach der Rückseite der Fräsmaschine zu gehen, augenblicks auf der schrägen Fläche zu gleiten beginnen. Diese Gleitbewegung kommt aber

^ao fast im Augenblick ihres Beginns zum Stillstand, da die Keile 14'' auf eine der Keilnutflächen treffen, sobald sie eine gewisse Strecke zurückgelegt haben, und die Fläche, über welche die Welle nunmehr streichen müßte,

^a5 gestattet kein weiteres Gleiten. Sobald der Keil gegen die Nutenflächen trifft, hemmt das überhängende Gewicht die Welle in ihrer Stellung, und die Welle bleibt in Ruhe, während der Arbeiter die Zugstange stellt. Die Keile brauchen nicht fest in die Nuten eingepaßt zu sein, sind es vorzugsweise auch nicht, denn selbst bei beträchtlichem Spiel wird die gewünschte Wirkung eintreten. Vorzugsweise sollten die Keile, wie gezeichnet, sowohl an den Seitenflächen als auch in der Grundfläche zugepaßt sein, da sonst die Welle bei gewissen Stellungen der Spindeldrehung immer noch fallen könnte, beispielsweise wenn die Keile in der gleichen Senkrechten liegen würden. Reichen schon die zusammengehörigen Keile und Nuten aus, um die Welle am Fallen zu hindern, so sorgen der zylindrische Schaft ii^d und die entsprechende Bohrung noch weiter für Sicherung gegen diesen unerwünschten Fall. Solange die Welle mit der Spindel axial ausgerichtet ist, berührt der zylindrische Schaft nicht die Bohrung, in der er sich befindet, so daß es nicht nötig ist, den zylindrischen Schaft vollkommen konzentrisch mit dem Kegel auszuführen. Der Schaft ist immerhin genügend eng eingepaßt und von genügender Länge innerhalb der Spindelbohrung, damit in dem Augenblick, wo das überhängende Wellengewicht die Welle aus der axialen Lage herauszieht, der zylindrische Schaft in seiner Bohrung eine Hemmung findet. Der Arbeiter kann also die Welle ohne Gefährdung loslassen und zum Einführen der Stange 8 in den Wellenschaft nach der Rückseite der Maschine gehen. Die Teile befinden sich nun ! ungefähr in der Lage der Abb. 1, nur ist die j. Stange nodi nicht angezogen. Um dies zu ; bewirken und dadurch die Welle fest in ihren Sitz zu ziehen, verwendet man Schrauben-ι schlüssel für die Sechskante 6^b und 8", woj durch sich die Stange 8 beim Aufschrauben j der Muffe 6 am Drehen hindern läßt. Die Welle ist nun mit der Spindel fest gekuppelt, wobei die zusammengehörigen Kegel dazu dienen, die genaue axiale Ausrichtung zu sichern, während die zusammengehörigen Keile und Nuten dem Antrieb der Welle von der Spindel aus in beiden Drehrichtungen dienen und die Stange 8 die Welle in dieser Stellung fest auf ihrem Sitz hält.

Zum Lösen der Welle werden Schlüssel auf die Sechskante 8^a und 6^b aufgesetzt; alsdann wird die Stange 8 entspannt, worauf sie ganz herausgeschraubt werden kann. Während dieser Arbeit verhüten die zusammengehörigen Keile und Schlitze sowie der zylindrische Wellenteil n^d in der zylindrischen Bohrung 3, daß die Welle aus der verhältnismäßig steilen Kegelbohrung der Spindel herausfällt, wie vorher beschrieben wurde, und zwar auch dann, wenn die Stange ganz herausgeschraubt ist. Da nun die Kegelbohrung ziemlich steil ist, kann die Welle aus ihr ohne Gewaltanwendung oder Hämmern herausgenommen werden.

Die Ausführungsform der Erfindung nach Abb. ι und 2 eignet sich am besten für diejenigen Fälle, wo die Welle oder das Werkzeug selbst mit einem in die Spindel 1 unmittelbar passenden Teil ausgerüstet sind. In manchen Fällen ist dies jedoch nicht angebracht, und die Abb. 3 und 4 zeigen die Anwendung der Erfindung für den Antrieb einer Welle oder eines andern Werkzeugs, die mit einem Schaft versehen sind, der in ein Zwischenstück oder Paßstück 19 eintritt. Das Paßstück 19 ist mit einem Flansch 19⁰ versehen, in dem Schlitze 19'' ausgearbeitet sind, die über die Keile 14" und 14* in derselben Weise greifen, wie es für die Schlitze an der oben beschriebenen Welle 11 erläutert worden ist. Das Paßstück 19 hat ferner einen kegeligen Teil 19^ der in die Kegelbohrung der Spindel 2 paßt, und endlich einen zylindrischen Teil ig^d ₃ der in die zylindrische Bohrung 3 der Spindel paßt, in gleicher Weise wie es für den entsprechenden Teil ii<* der Welle 11 geschildert worden ist. Die Welle 20 trägt einen verhältnismäßig kleinen Flansch 20⁰J der im vorliegenden Beispiel teilweise in eine entsprechende Eindrehung des Paßstücks 19 eingelassen ist. An dem Umfange des Flansches sind Nasen oder Keile 20⁶ angesetzt, die dicht, aber beweglich in entsprechende Schlitze 19'' des Flansches 19" passen. Die Welle 20 hat einen Schaftteil 2O^C

von verhältnismäßig schwacher Steigung, de; in eine entsprechende Bohrung 19' des Paßstücks hineinpaßt und an seinem rückwärtigen Ende mit einer Gewindebohrung 2o^e versehen ist, die einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat und mit dem schwächeren Gewindeteil 10 auf der Stange 8 übereinstimmt Der Schraubenteil 7 der Stange 8 ist genügend lang, so daß die Stange zurückbewegt werden kann und daß ihr schwaches Gewindeende in die Schraubenbohrung 20^e einschraubbar ist, wobei gleichzeitig noch die Muffe 6 mit dem Schraubenteil 7 in Eingriff bleibt, wie Abb. 3 veranschaulicht.
Vermöge der verhältnismäßig kleinen Steigung des Schaftes 20° ist der Eingriff der Welle 20 in das Paßstück 19 halbsperrend, d. h. das Paßstück löst sich selbst aus dem Eingriff der Spindel, bleibt aber fest auf der Welle 20 sitzen, bis es von dieser durch Anwendung einer beträchtlichen Kraft getrennt wird. Hiergegen besteht jedoch kein Bedenken, da daraus weder für die Spindel noch für die Maschine ein Schaden entstehen kann, und da der Betrieb der Maschine keine Verzögerung erleidet, weil die Welle und das Paßstück in diesem Augenblick nicht in ihrer Stellung auf der Spindel sind. Die Welle 20 mit dem aufgebrachten Paß stuck 19 wird mit der Spindel der Fräsmaschine in genau derselben Weise gekuppelt und wieder entkuppelt, wie für die Welle 11 geschildert worden ist, mit der einzigen erwähnten Ausnahme, daß die Stange so eingestellt werden muß, daß ihr schwächeres Gewindeende unmittelbar in das Werkzeug eingreift statt in das Paßstück. Man hat so wesentlich dieselben Vorteile für die Anbringung und Abnahme der Welle von der Spindel sowie für die Ausrichtung und den Antrieb der Welle und hinsichtlich des Umstandes, daß die Welle nicht aus der verhältnismäßig steilen Kegelbohrung der Spindel herausfallen kann. Die Stange 8 ist für gewöhnlich stark genug, um die erforderliche Spannung auszuüben und den kegeligen Werkzeugschaft in die Spindelbohrung einzupressen. In der Ausführungsform nach iVbb. 5 und 6 ist jedoch noch eine Zusatzeinrichtung für diesen Zweck dargestellt, die bei den verschiedensten Werkzeugen angewandt werden kann; sie ist jedoch in der Anwendung auf die soeben beschriebene Welle 11 zur Vereinfachung veranschaulicht. Der Flansch 12 der Spindel ist an seinem Umfange genau gedreht, so daß passend, aber gleitend ein hohlzylindrischer Teil 2i^ß einer Kappe oder eines haubenförmigen Teils 21 darübergeschoben werden kann. Die Kappe 21 ist mit einem Bodenteil 2i^b versehen, in dem eine Bohrung 2i^c für den freien Durchtritt der Welle 11 vorgesehen ist. Ist die Kappe 21 in ihrer Stellung auf der Spindel, so legt sich die Innenfläche des Bodenteils 2i^& gegen die vordere Fläche des Flansches 1 i^a der Welle, und die Kappe wird rückwärts gepreßt, so daß sie die Welle fest und starr in die kegelige Spindelbohrung hineindrückt. Zu diesem Zweck sind Schraubenbolzen 22 mit sechskantigen Köpfen 22° vorgesehen, die durch einen Schlüssel angezogen werden können und mit ihrem Schraubenschaft 22⁶ in die Schraubenbohrungen des Spindelflansches 12 eingreifen. Die Schraubenbohrungen in dem Flansch 12 haben genügenden Abstand von den Keilen 14° und I4^&, so daß. die Bolzen 22^ß nicht mit den Keilen zusammenstoßen; dabei ist der Wellenflansch ii^a so ausgeschnitten, daß er den Bolzen den Durchtritt gestattet, und daß noch genug von dem Flansch stehengeblieben ist, um mit den Keilen in Eingriff gebracht und von ihnen angetrieben zu werden, wie es besonders in dem oberen Teil der Abb. 6 veranschaulicht ist. Die Kappe 21 gemäß Abb. 5 und 6 kann auch benutzt werden, ohne daß man die Stange 8 anwendet; der Arbeiter braucht dann nicht auf die Rückseite der Maschine zu treten, um die Stange 8 einzustellen, die in solchem Falle vollständig entfernt werden kann. Die in den Abb. 5 und 6 ver- go anschaulichte Ausführungsform vereinigt alle Vorteile der beschriebenen Bauart mit Welle und Spindel.

Einige oder alle Vorteile der im einzelnen beschriebenen Bauart mit einer Welle sind in gleicher Weise für andere Werkzeuge vorteilhaft, z. B. für Fräser usw., die mit einem Zapfen, ähnlich dem der Welle 11 oder der Welle 20, versehen sind. Es versteht sich, daß die Erfindung diese vorteilhafte Anwendung für gleichartige Wellen oder andere Werkzeuge im Rahmen der Ansprüche umfaßt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Befestigung der Werkzeugspindel in der Hauptspindel einer Fräsmaschine, die eine axiale, kegelförmige Bohrung zur Aufnahme eines mit der gleichen Kegelfläche versehenen Paßstücks hat, das mit der Werkzeugspindel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der Bohrung in der Hauptspindel so bemessen ist, daß sich das Paßstück ohne besondere Hilfsmittel leicht aus der Hauptspindel löst, und daß an der Hohlspindel und dem Paßstück zusätzliche Flächen (3, n^rf bzw. 3, 19"*) vorgesehen sind, die erst miteinander in Berührung kommen, wenn der Konus des Paßstücks aus der konischen Bohrung der Hauptspindel gelöst ist.
2. 2. Befestigung der Werkzeugspindel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die an die kegelförmigen Teile der Bohrung der Hauptspindel und des Paßstücks sich anschließenden Zusatzflächen Zylindermantelflächen (3, n^d bzw. 3, ig^d) sind.
3. 3. Befestigung der Werkzeugspindel nach Anspruch 1 oder 2, bei der sowohl die Hohlspindel als auch das zugehörige Paßstück mit Flanschen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Flansche (12, ii^a) mit einander diametral gegenüberliegenden Keilen (14⁰, 14⁶) versehen ist, während der andere Flansch entsprechende Schlitze zur spielfreien Aufnahme der Keile aufweist.
4. 4. Befestigung der Werkzeugspindel nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine gegen den Flansch der Spindel preßbare, den Flansch des Paßstückes übergreifende Haube (21).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen