DE69308053T2 - Vorrichtung für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß dem einleitenden kennzeichnenden Teil aus Anspruch 1, bekannt aus DE-A-3406490. Eine derartige Vorrichtung wird zum lösbaren Anbringen eines Werkzeughalters verwendet, um ein Werkzeug derart mit der Hauptspindel zu halten, daß die Position des Werkzeugs während der Drehung der Hauptspindel in radialer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Hauptspindel gesteuert werden kann.
• Bislang wird beim Ausführen einer Kegelbohrung in einem Werkstück ein Werkzeug, z.B. ein mit der Hauptspindel gekoppeltes Schneidwerkzeug, in radialer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel bewegt. Zum Auswechseln des Werkzeugs ist es abnehmbar mit der Hauptspindel verbunden. Deshalb muß die Werkzeugmaschine eine Hauptspindelvorrichtung aufweisen, die ein abnehmbares Zusammenfügen der Hauptspindel mit dem Werkzeug ermöglicht, so daß das Werkzeug in radialer Richtung bewegt werden kann.
• In der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr.62-161904 ist beispielsweise eine erste bekannte Hauptspindelvorrichtung beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird eine Klemmstange mittels einer Tellerfeder nach hinten vorgespannt und ein Ansatz eines Spannbolzens, der an einem Kegelschaft-Werkzeughalter befestigt ist, wird so von einer Rundführung gehalten, daß der Werkzeughalter nicht aus einer konischen Fassung der Hauptspindel entfernt werden kann, wobei die Steuerung der radialen Position des Schneidwerkzeugs dadurch erfolgt, daß eine Einstichstange und ein sich hin- und herbewegender Stab in die Klemmstange und den Spannbolzen eingeschoben werden.
• In DE-A-3406490 ist eine ähnliche Vorrichtung offenbart, bei der ein Support mittels Verbindungselement an einer Hauptspindel befestigt ist. Das Verbindungselement hat einen konischen Endabschnitt, der in einer passenden Bohrung in der Spindel aufgenommen wird. Mit einer federnd vorgespannten Zugstange, die in der Spindel untergebracht ist, wird der konische Endabschnitt des Verbindungselementes in die Bohrung hineingezogen.
• In der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 59-183331 ist eine zweite bekannte Hauptspindelvorrichtung mit einer ähnlichen Konstruktion wie die erste Hauptspindelvorrichtung offenbart, wobei hier eine Einrichtung für den Eingriff eines Ausgleichsstabes mit einer Verbindungsstange vorgesehen ist.
• Darüber hinaus wird in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr.53-155190 eine dritte bekannte Hauptspindelvorrichtung beschrieben, wobei ein Schieber von einem Führungsblock gehalten wird, der an einem unteren Ende der Hauptspindel mittels Schrauben gesichert ist, und die radiale Position des Schneidwerkzeugs durch Bewegen eines Arbeitsstabes in axialer Richtung gesteuert wird.
• Bei der ersten bekannten Hauptspindelvorrichtung bestehen die folgenden Probleme:
• (a) Es muß eine Einrichtung geschaffen werden, mit der das Werkzeug in die Hauptspindel hineingezogen werden kann, so daß die Konstruktion sehr kompliziert wird.
• (b) Das Werkzeug wird nur durch einen konischen Bereich gehalten, und folglich ist die mechanische Festigkeit des Werkzeughalters gering.
• (c) Während der schnellen Drehung kann die Hauptspindel infolge der Verformung der Tellerfeder unwuchtig werden, so daß die Präzision der Bearbeitung abnimmt.
• (d) Der Einstichstab und der sich hin- und herbewegende Stab werden lediglich miteinander in Kontakt gebracht, aber nicht miteinander verbunden, und somit erfolgen die radiale Bewegung des Werkzeugs nach außen durch die Vorwärtsbewegung des Einstichstabes und die radiale Bewegung des Werkzeugs nach innen durch eine Antriebskraft einer Feder in dem sich hin- und herbewegenden Stab. Damit der sich hin- und herbewegende Stab der Bewegung des Einstichstabes gegen den Verschiebungswiderstand des Werkzeughalters und der Getriebeteile folgt, wird eine sehr große Federkraft benötigt, so daß die erforderliche Antriebskraft für den Einstichstab ebenfalls sehr groß sein muß.
• (e) Wenn das Werkzeug derart befestigt ist, daß seine Schneidkante zur Achsenmitte der Hauptspindel weist, und die äußere radiale Bohrung vorgenommen wurde, wird das Werkzeug, falls eine radiale Kraft nach außen angelegt wird, die größer als die Federkraft ist, von der Achsenmitte wegbewegt, und es ist keine Bearbeitung mehr möglich.
• Bei der zweiten bekannten Hauptspindelvorrichtung wird die radiale Bewegung des Schneidwerkzeugs gesteuert, indem der Ausgleichsstab mit dem Verbindungsstab in Eingriff gebracht wird, wodurch die obengenannten Probleme (d) und (e) gelöst werden können. Wenn jedoch das Eingriffselement in dem standardisierten, herkömmlichen Ziehbolzen vorgesehen wird, muß es sehr klein sein, so daß auch dessen mechanische Festigkeit sehr gering wird. Wird der Durchmesser des Ziehbolzens vergrößert, damit ein großes Eingriffselement darin aufgenommen werden kann, so müssen die Durchmesser der Tellerfeder, der Hauptspindel und der Lager entsprechend groß sein, weshalb sich die Hauptspindelvorrichtung nicht für eine schnelle Drehung eignet. Darüber hinaus ist es erforderlich, einen Spezialzylinder zu schaffen, mit dem das Eingriffselement um 90º gedreht werden kann. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Bauteile, und die Kosten sind ebenfalls hoch.
• Bei der dritten bekannten Hauptspindelvorrichtung ist der Aufbau eher einfach, da in der Hauptspindel nur der Arbeitsstab vorgesehen ist. Allerdings ist der Führungsblock mittels Schrauben an der Hauptspindel befestigt, wodurch das Werkzeug nicht automatisch ausgewechselt werden kann. In einem Zentrum für spanende Bearbeitung muß das Werkzeug oft ausgewechselt werden, so daß der Einsatz eines automatischen Werkzeugwechslers wünschenswert ist.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige und nützliche Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine zu schaffen, wobei das Werkzeug herausnehmbar mit der Hauptspindel verbunden ist, daß es durch den automatischen Werkzeugwechsler ausgetauscht werden kann und die radiale Position des Werkzeugs genau und sicher gesteuert werden kann, während gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit der Hauptspindelvorrichtung erreicht werden kann.
• Erfindungsgemäß wird eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine geschaffen, welche umfaßt: eine Hauptspindel, eine Befestigungseinrichtung zum lösbaren Befestigen der Hauptspindel an einem Werkzeughalter, wobei ein Werkzeug derart angeordnet ist, daß es sich in radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Hauptspindel bewegen kann, ein erstes Antriebselement, welches innerhalb der Hauptspindel vorgesehen ist und einen ersten und einen zweiten Endabschnitt hat, ein zweites Antriebselement innerhalb des Werkzeughalters und eine Verbindungseinrichtung zum lösbaren Verbinden des zweiten Endabschnittes des ersten Antriebselements mit dem zweiten Antriebselement derart, daß beim Antrieb des ersten Antriebselements das zweite Antriebselement angetrieben wird, wodurch das am Werkzeughalter befestigte Werkzeug in radiale Richtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptspindel ein Außengewinde auf der Außenfläche eines Abschnitts der Hauptspindel aufweist, die Befestigungseinrichtung eine Spannmutter mit einem Innengewinde umfaßt, welche auf das Außengewinde der Hauptspindel und eine Vielzahl von Spannklauen aufgeschraubt wird, wobei der erste Endabschnitt des ersten Antriebselements mit einer Antriebsquelle verbunden werden kann und die Verbindungseinrichtung so angeordnet ist, daß sie den zweiten Endabschnitt des ersten Antriebselements mit dem zweiten Antriebselement im Werkzeughalter lösbar verbindet.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Antriebselement aus einer Antriebswelle, die koaxial innerhalb der Hauptspindel angeordnet und in axiale Richtung beweglich ist, jedoch nicht gedreht werden kann, wobei das zweite Antriebselement von einem Kolbenelement gebildet wird, das innerhalb des Werkzeughalters in axiale Richtung bewegt werden kann, und die Verbindungseinrichtung so aufgebaut ist, daß das Kolbenelement mittels der Verbindungseinrichtung lösbar an der Antriebswelle befestigt ist.
• Das erste Antriebselement hat zwei Funktionen, d.h. erstens das lösbare Verbinden der Hauptspindel mit dem Werkzeug und zweitens das Bewegen des Werkzeugs in radiale Richtung. Daher kann die Hauptspindel einfach konstruiert sein und ihr Durchmesser verkleinert werden, wodurch sie schnell gedreht werden kann. Zudem kann der Werkzeughalter mit Hilfe des automatischen Werkzeugwechslers ausgewechselt werden.
• Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der den gesamten Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptspindelvorrichtung zeigt;
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des wichtigsten Teils der Hauptspindelvorrichtung aus Fig. 1;
• Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch den unteren Teil der Hauptspindelvorrichtung, wobei der Werkzeughalter nicht angebracht ist;
• Fig. 4 ist eine Ansicht der Hauptspindelvorrichtung aus Fig. 3 von unten;
• Fig. 5 ist ein Längsschnitt, der den genauen Aufbau des Werkzeughalters zeigt;
• Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Werkzeughalter;
• Fig. 7 ist ein Längsschnitt, der das Zusammenfügen des Werkzeughalters mit der Hauptspindel verdeutlicht;
• Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Bewegen des Werkzeugs in radiale Richtung zeigt;
• Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die das Lösen des Werkzeughalters von der Hauptspindel veranschaulicht; und
• Fig. 10 ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptspindelvorrichtung.
• Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der den gesamten Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptspindelvorrichtung zeigt. Eine Hauptspindel 1 entsteht durch eine hohle Welle, und innerhalb der Hauptspindel 1 ist eine als erstes Antriebselement dienende Antriebswelle 2 koaxial angeordnet. Die Antriebswelle 2 ist durch eine Mutter 3 verkeilt, die an dem Hauptspindelkopf (nicht abgebildet) angebracht ist. Daher wird die Antriebswelle 2 nicht zusammen mit der Hauptspindel 1 gedreht, sondern in axiale Richtung bewegt. Ein oberes Ende der Antriebswelle 2 mit dem darin ausgebildeten Keil ist über eine Verbindung 4 mit einem Gewindedorn 5 verbunden, und der Gewindedorn 5 ist mittels Kugelspindelmechanismus mit einer Gewindemutter 6 verbunden. Die Gewindemutter 6 ist drehbar mit dem Hauptspindelkopf verbunden. Auf einer Außenseite ist die Gewindemutter 6 mit einer Riemenscheibe 7 gekoppelt, die über einen Synchronriemen 8 und eine Riemenscheibe 9 mit einer Abtriebswelle eines Servomotors 10 verbunden ist. Wenn der Servomotor 10 gedreht wird, wird die Drehung über die Riemenscheiben 9, den Synchronriemen 8 und die Riemenscheibe 7 auf die Gewindemutter 6 übertragen, wodurch der Gewindedorn 5 in Axialrichtung nach oben und unten bewegt wird. Diese Bewegung des Gewindedorns 5 kann vollkommen unabhängig von der Drehung der Hauptspindel 1 mittels einer Hauptspindelantriebseinrichtung D erfolgen, die in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.
• Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines unteren Teils der Hauptspindelvorrichtung aus Fig. 1. In dem unteren Teil der Hauptspindel 1 sind eine Kegelöffnung 1a und eine Kontakt-Stirnfläche 1b ausgebildet, die sich senkrecht zur Achsenrichtung der Hauptspindel erstreckt. Am unteren Ende der Hauptspindel 1 ist mit Bolzen 37 ein Verbindungselement 11 angebracht. Das heißt, eine kegelförmiges oberes Ende 11a des Verbindungselements 11 wird in die Kegelöffnung 1a der Hauptspindel 1 eingesetzt, und eine obere Seite eines Flanschabschnittes 11b des Verbindungselements 11 wird mit der Kontakt- Stirnfläche 1b der Hauptspindel 1 zusammengebracht. Auf einer Außenfläche des Flanschabschnitts 11b ist ein Außengewinde 11c ausgebildet. Am unteren Teil des Verbindungselements 11 befindet sich ein konischer Abschnitt 11d, dessen Durchmesser zum unteren Ende hin abnimmt. Weiterhin liegt im unteren Teil des Verbindungselements 11 eine Kontakt-Stirnfläche 11e. In ihr ist im gleichen Winkelabstand eine Vielzahl von Keilen 12 zur Übertragung der Antriebskraft von der Hauptspindel 1 zum Werkzeughalter 14 vorgesehen, wie nachstehend erläutert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind drei Keile 12 vorhanden, die zueinander um 120º beabstandet sind.
• Auf das Außengewinde 11c des Verbindungselements 11 ist eine Spannmutter 13 zum lösbaren Befestigen eines Werkzeughalters 14 an der Hauptspindel 1 aufgeschraubt. Je nach den benutzten Werkzeugen kann der Werkzeughalter 14 verschieden aufgebaut sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Werkzeughalter 14 ein Byte-Halter (byte holder). Im oberen Abschnitt eines Hauptteils 14a des Werkzeughalters 14 ist eine Kegelöffnung 14b ausgebildet, in die der konische Teil 11d des Verbindungselementes 11 eingesetzt wird, und ein Flanschabschnitt 14d mit einer Kontakt-Stirnfläche 14c wird mit der Kontakt- Stirnfläche 11e des Verbindungselementes 11 zusammengebracht.
• Im Flanschabschnitt 14d ist eine Vielzahl von Keivertiefungen 14e ausgebildet, in die jeweils ein Keil 12 eingeführt wird. Die Keivetiefungen 14d stehen über eine kreisförmige Einlassung 14f miteinander in Verbindung, unter der sich wiederum ein kreisförmiger V-Einschnitt 149 befindet, in den ein Greifer einer Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der Werkzeughalter 14 eingreift.
• In Fig. 3 ist der Aufbau der Hauptspindel 1, an der kein Werkzeughalter befestigt ist, im Längsschnitt dargestellt, und Fig. 4 zeigt sie von unten. Die Spannmutter 13 weist an ihrem oberen Abschnitt ein Innengewinde 13a auf, das auf das Außengewinde 11c des Verbindungselements 11 aufgeschraubt wird. Am unteren Ende der Spannmutter 13 ist eine Vielzahl von Spannklauen 13b ausgebildet, die an den Stelen im Winkel zueinander nach innen verlaufen, die den Antriebskraft- Übertragungskeilen 12 entsprechen. Außerdem ist in der Außenfläche der Spannmutter 13 jede gewünschte Zahl von Verriegelungseinbuchtungen 13c in Form von Vertiefungen oder Löchern vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Verriegelungseinbuchtungen 13c Vertiefungen, in die ein Stab 16a einer Verriegelungsvorrichtung 16 eingesetzt wird, welche an einem unbeweglichen Teil des Werkzeugs angebracht ist, so daß eine Drehung der Spannmutter 13 wahlweise verhindert werden kann. Bei der Verriegelungsvorrichtung 16 kann es sich beispielsweise um einen Fluidzylinder handeln und bei dem Stab 16a um einen Tauchkoben. Natürlich kann die Verriegelungsvorrichtung 16 auch in jeder anderen Form aufgebaut sein.
• Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist am unteren Ende der Antriebswelle 2 ein Kopplungselement 17 befestigt, dessen unteres Ende über ein Lager mit einem Scheibenelement 17a verbunden ist, und auf der Außenseite des Scheibenelements 17a ist eine Vielzahl von Stiften 18 gleichwinklig angebracht. Diese Stifte 18 werden in Führungsvertiefungen 19 in der Innenwand der Mittelöffnung des Verbindungselements 11 eingeführt, so daß die Scheibe 1 7a und das Verbindungselement 11 zusammen gedreht werden, die Antriebswelle 2 jedoch nicht. Am unteren Ende des Scheibenelements 17a ist eine Welle 20 mit einem Vorsprung 20a befestigt, dessen Durchmesser etwas kleiner als der der Welle 20 ist. In der Außenfläche des Vorsprungs 20a ist eine kreisförmige Vertiefung 20b ausgebildet. Desweiteren umfaßt der Vorsprung 20a ein vorderes Plättchen, welches wie nachstehend erläutert in eine Feststellvorrichtung 27 des Werkzeughalters 14 eingespannt werden kann. Natürlich sind die Welle 20 und der Vorsprung 20a sowie die Stifte 18 zu dem Kopplungselement 17 drehbar.
• Fig. 5 zeigt den Werkzeughalter 14 im Querschnitt, der nicht an der Hauptspindel 1 befestigt ist, und Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Werkzeughalter 14. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist innerhalb des Hauptkörpers 14a des Werkzeughalters 14 ein Kolbenelement 21 vorgesehen, das in Axialrichtung bewegt werden kann. Dieses Kolbenelement 21 bildet ein zweites Antriebselement. Am oberen Abschnitt des Kolbenelements 21 ist ein Verbindungsabschnitt 22 ausgebildet, mit dem das Kolbenelement mit dem unteren Ende der Antriebswelle 2 gekoppelt wird. Ein unteres Ende des Kolbenelements 21 ist schräg angeschnitten, wodurch eine schräge Nockenfläche 23 entsteht. An der Unterseite des Hauptteils 14a des Werkzeughalters 14 ist eine Werkzeugmontageplatte 24 in radiale Richtung beweglich angebracht. Die Werkzeugmontageplatte 24 weist eine geneigte Oberfläche 24a auf, die mit der Nockenfläche 23 des Kolbenelements 21 in Kontakt gebracht wird. Dabei kommt die Werkzeughalteplatte 24 mit einer T-Nut in Eingriff, die in der schrägen Nockenoberfläche 23 ausgebildet ist und parallel zur schrägen Fläche 24a verläuft, so daß beim Auf- und Abbewegen des Kolbenelements 21 die Werkzeugmontageplatte 24 nach links und rechts bewegt wird. In Fig. 5 kennzeichnet der Buchstabe N ein Schneidwerkzeug, das an der Werkzeugmontageplatte 24 befestigt ist.
• Zwischen dem Hauptteil 14a des Werkzeughalters 14 und der Werkzeugmontageplatte 24 befindet sich eine Federeinrichtung 25, bestehend aus zwei Schraubenfedern 25a und 25b. Mit der Federeinrichtung 25 wird die Werkzeugmontageplatte 24 gegen die Nockenfläche 23 des Kolbenelements 21 gedrückt. Wenn folglich das Kolbenelement 21 nach unten bewegt wird, wird die Werkzeugmontageplatte 24 gegen die Federkraft 25 nach rechts und das Schneidwerkzeug N in radiale Richtung bewegt. Wenn das Kolbenelement 21 nach oben fährt, wird die Werkzeugmontageplatte 24 nach links zu einem Nullpunkt bewegt. Im Nullpunkt kann das Werkzeug ausgewechselt werden.
• Wie in Fig. 5 dargestellt, ist im oberen Ende des Kolbenelements 21 ein zylindrischer Abschnitt 21a ausgebildet, in dem sich eine Vielzahl von gleichwinklig beabstandeten Löchern befindet, in die Stahlkugeln 26 eingesetzt werden. Eine Feststellvorrichtung 27 wird in den zylindrischen Abschnitt 21a und der zylindrische Abschnitt wird in einer Buchse 28 eingespannt. Mit Hilfe der Federn 29 und 30 werden die Feststellvorrichtung 27 und die Buchse 28 nach oben gedrückt, wobei die Feststellvorrichtung und die Buchse über die Stahlkugeln 26 miteinander verbunden sind, und das vordere Plättchen 20c der Welle 20 wird in der Feststellvorrichtung 27 eingespannt. Die Ziffer 31 kennzeichnet einen Arretier- Ring, der die Bewegung der Buchse 28 verhindert.
• Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wird vor dem Anbringen des Werkzeughalters 14 an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine die Spannmutter 13 mittels Verriegelungseinrichtung 16 an der Stelle verankert, wo die Befestigungsklauen 13b und die Antriebskraft-Übertragungskeile 12 einander gegenüberliegen, und in dieser Stellung wird der Werkzeughalter 14 an der Hauptspindel 1 gesichert. Das heißt, der Werkzeughalter 14 wird durch den automatischen Werkzeugwechsler (ATC - automatic tool changing device) eingesetzt, während die Phase der Keilvertiefungen 14e des Werkzeughalters 14 mit der Phase der Antriebskraft- Übertragungskeile 12 abgeglichen wird. Als nächstes wird die Hauptspindel 1 bei relativ niedriger Geschwindigkeit in die vorgegebene Richtung gedreht, und die Spannmutter 13 bewegt sich infolge der Schraubfunktion zwischen der Spannmutter 13 und dem Verbindungselement 11 nach oben.
• Somit wird der Werkzeughalter 14 mit Hilfe der Einspannklauen 13b der Spannmutter 13 nach oben geschoben, die Kontakt-Stirnfläche 14c des Werkzeughalters gegen die Kontakt-Stirnfläche 11e des Verbindungselements 11 gedrückt und der Werkzeughalter 14 mit der Hauptspindel 1 gekoppelt. Diese Verbindung ist aufgrund des Eingriffs zwischen der Kegelöffnung 14b und dem konischen Teil mit Außengewinde 11d sehr stabil. Anschließend werden der ATC und die Verriegelungseinrichtung 16 aus der Betriebs- wieder in die Bereitschaftsposition zurückgeführt.
• Das Verbinden der Antriebswelle 2 mit dem Kolbenelement 21 wird anhand von Fig. 7 erläutert, die einen Zustand aufzeigt, in dem der Werkzeughalter 14 mit Hilfe der Spannmutter 13 an dem Verbindungsement 11 befestigt ist. Wenn die Antriebswelle 2 dabei nach unten bewegt wird, wird das vordere Plättchen 20c in die Feststelleinrichtung 27 im Werkzeughalter 14 eingeführt, und anschließend wird die Antriebswelle 2 weiter nach unten bewegt, bis der Vorsprung 20a in das zylindrische Element 21a gelangt und sich die Feststellvorrichtung nach unten bewegt.
• Wenn die Welle 20 soweit nach unten gefahren wird, daß die kreisförmige Vertiefung 20b des Vorsprungs 20a den Stahlkugeln 26 gegenüberliegt, so werden letztere in die kreisförmigen Vertiefung gedrückt, da die Stahlkugeln mittels der Feder 30 und der Buchse 28 elastisch vorgespannt sind. Danach wird die Buchse 28 nach oben bewegt und kommt wie in Fig. 8 mit dem Vorsprung 20a in Eingriff. Nachdem die Antriebswelle 2 leicht nach unten bewegt worden ist, wird sie anschließend nach oben in die Nullstellung aus Fig. 9 zurückgeführt. Auf diese Weise kann der Werkzeughalter 14 an der Antriebswelle 2 befestigt werden.
• Wenn der Werkzeughalter 14 von der Antriebswelle 2 entfernt ist, wird die Antriebswelle 2 nach oben bewegt, so daß sich auch das Kolbenelement 21 nach oben bewegt. Demgegenüber wird die Aufwärtsbewegung der Buchse 28 durch den Arretier-Ring 31 verhindert. Wenn die Stahlkugeln 26 zusammen mit der Feststelleinrichtung 27 in eine solche Position hochgefahren wurden, in der sie der kreisförmigen Vertiefung in der Innenfläche der Buchse 28 gegenüberliegen, dann werden die Stahlkugeln durch die Federkraft 30 aus der kreisförmigen Vertiefung 20b des Vorsprungs 20a heraus- und in die kreisförmige Vertiefung in der Innenwand der Buchse 28 hineingedrückt. Wenn anschließend die Antriebswelle 2 weiter nach oben bewegt wird, gelangt die Feststellvorrichtung 27 mit der Feder 29 in die Position aus Fig. 7 ebenfalls nach oben. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen dem Werkzeughalter 14 und der Antriebswelle 2 gelöst werden.
• Wird der Werkzeughalter 14 durch einen anderen ausgetauscht, wird zuerst die Drehung der Spannmutter 13 mittels Verriegelungseinrichtung 16 blockiert und anschließend die Hauptspindel 1 langsam in Öffnungsrichtung gedreht, so daß die Phase der Keilvertiefungen 14e des Werkzeughalters 14 mit der Phase der Einspannklauen 13b der Spannmutter 13 abgeglichen wird. Daraufhin kann der Werkzeughalter 14 durch Abwärtsbewegen von der Antriebswelle 2 abgenommen werden, und ein anderer Werkzeughalter kann mit Hilfe eines Arms des automatischen Werkzeugwechslers abnehmbar befestigt werden. Erfindungsgemäß kann so das Verbinden und Lösen des Werkzeughalters 14 mit bzw. von der Antriebswelle 2 in der Hauptspindel 1 unter Ausnutzung der Axialbewegung der Antriebswelle mühelos und sicher erfolgen.
• Bei der bislang erörterten Ausführungsform wird die Nullstelung der Antriebswelle 2 auf eine Position eingestellt, die höher als der Verbindungspunkt liegt, doch erfindungsgemäß kann der Nullpunkt auch unterhalb des Verbindungspunktes eingestellt werden. In diesem Fall muß die Antriebswelle 2 nach dem Verbinden bewegt werden.
• Fig. 10 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptspindelvorrichtung. Die Kontaktflächen des Verbindungselements 11 und des Werkzeughalters 14 müssen gereinigt werden, so daß jeglicher Staub oder Späne von ihnen entfernt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Gebläsemechanismus in der Spannmutter 13 vorhanden. Das heißt, wenn der Werkzeughalter 14 ausgewechselt wird, wird Luft in das Innere der Spannmutter 13 eingeleitet, damit ein Luftstrom auf die Kontaktflächen zwischen dem Verbindungselement 11 und dem Werkzeughalter 14 ausgestoßen wird. Deshalb besteht die Spannmutter 13 aus einem Innenteil 32 und einem Außenteil 33, zwischen denen eine ringartige Vertiefung 34 ausgebildet ist. Im Außenteil 33 befindet sich eine Leitung 35, die mit der Vertiefung 34 in Verbindung steht. Im Innenteil 32 ist eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen 36 ausgebildet, die mit der ringartigen Vertiefung 34 in Verbindung stehen. Zudem ist in dem Stab 16a der Verriegelungseinrichtung 16 eine Leitung 16b ausgebildet, die an ein Luftzufuhrgerät angeschlossen ist. Wenn der Verriegelungsstab 16a wie in Fig. 10 gegen die Spannmutter 13 gedrückt wird, ist die Leitung 16b mit der Leitung 35 verbunden, so daß über die Leitungen 16b und 35 und die ringförmige Vertiefung 34 Luft zu den Ausstoßöffnungen 36 gelangt. Auf diese Weise werden die Kontaktflächen der Spannmutter 13 und des Werkzeug halters 14 durch die aus den Öffnungen 36 ausgestoßenen Luftströme gereinigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird zum Reinigen der Kontaktflächen der Spannmutter 13 und des Werkzeughalters 14 Luft verwendet, es könnte aber ebenso jedes andere Fluid zum Einsatz kommen.
• Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsformen begrenzt, sondern für Fachleute auf dem Gebiet liegen viele Abwandlungen auf der Hand, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Beispielsweise kann in der Antriebswelle 2 oder im Kolbenelement 21 eine Leitung vorgesehen sein, durch die das Schneidöl zugeführt wird. Außerdem erfolgt bei der obigen Ausführungsform das Verbinden und Lösen des Werkzeughalters 14 mit bzw. von der Antriebswelle 2 nur durch die Bewegung der Antriebswelle in Axialrichtung, doch erfindungsgemäß kann die Antriebswelle auch so verändert werden, daß das Verbinden und Lösen sowohl durch Dreh- als auch Axialbewegungen der Antriebswelle geschehen, wie z.B. bei einer Bajonettverbindung.
• Bei den genannten Ausführungsformen ist das Verbindungselement 11 mittels Bolzen 37 am unteren Ende der Hauptspindel 1 befestigt, allerdings könnten das Verbindungselement und die Hauptspindel auch aus einem Teil bestehen.
• Wie oben genau erörtert, ist in der erfindungsgemäßen Hauptspindelvorrichtung nur das erste Antriebselement, d.h. die Antriebswelle, in der Hauptspindelvorrichtung vorgesehen, so daß die Hauptspindel keinen großen Durchmesser mehr haben muß und ihr Aufbau vereinfacht werden kann. Deshalb ist die erfindungsgemäße Hauptspindelvorrichtung für schnelle Drehungen besonders geeignet. Desweiteren kann das Verbinden und Lösen des ersten und des zweiten Antriebselements, d.h. des Kolbenelements, lediglich durch Bewegen des ersten Antriebselements in Axialrichtung erfolgen, wodurch die Steuerung ganz einfach wird und die Steuerung der radialen Bewegung des Werkzeugs sehr genau und ohne Spiel erfolgen kann.

Claims (7)

1. Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine (N), welche umfaßt:

eine Hauptspindel (1),

eine Befestigungseinrichtung (13) zum lösbaren Befestigen der Hauptspindel (1) an einem Werkzeughalter (14), wobei ein Werkzeug (N) derart angeordnet ist, daß es sich in radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Hauptspindel (1) bewegen kann,

ein erstes Antriebselement (2), welches innerhalb der Hauptspindel (1) vorgesehen ist und einen ersten und einen zweiten Endabschnitt hat,

ein zweites Antriebselement (21) innerhalb des Werkzeughalters

und eine Verbindungseinrichtung (20b, 26) zum lösbaren Verbinden des zweiten Endabschnittes des ersten Antriebselements (2) mit dem zweiten Antriebselement (21) derart, daß beim Antrieb des ersten Antriebselements (2) das zweite Antriebselement (21) angetrieben wird, wodurch das am Werkzeughalter (14) befestigte Werkzeug (N) in radiale Richtung bewegt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Hauptspindel (1) ein Außengewinde (11c) auf der Außenfläche eines Abschnitts der Hauptspindel (1) aufweist,

die Befestigungseinrichtung (13) eine Spannmutter mit einem Innengewinde (13a) umfaßt, welche auf das Außengewinde (11c) der Hauptspindel und eine Vielzahl von Spannklauen aufgeschraubt wird,

wobei der erste Endabschnitt des ersten Antriebselements (2) mit einer Antriebsquelle (10) verbunden werden kann

und die Verbindungseinrichtung (20b, 26) so angeordnet ist, daß sie den zweiten Endabschnitt des ersten Antriebselements (2) mit dem zweiten Antriebselement (21) im Werkzeughalter (14) lösbar verbindet.

2. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Antriebselement (2) aus einer Antriebswelle (2) besteht, die koaxial innerhalb der Hauptspindel (1) angeordnet und in axiale Richtung beweglich ist, jedoch nicht gedreht werden kann, und das zweite Antriebselement (21) von einem Kolbenelement (21) gebildet wird, das innerhalb des Werkzeughalters (14) in axiale Richtung bewegt werden kann, und die Verbindungseinrichtung (20b, 26) so aufgebaut ist, daß das Kolbenelement (21) mittels der Verbindungseinrichtung (20b, 26) lösbar an der Antriebswelle (2) befestigt ist.

3. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verbindungseinrichtung (20b, 26) umfaßt: eine kreisförmige Vertiefung (20b) auf der Außenfläche eines Endabschnitts des ersten Antriebselements, und eine Vielzahl von Kugeln (26), die beweglich an dem Kolbenelement (21) befestigt sind und wahlweise in die kreisförmige Vertiefung (20b) eingeführt werden.

4. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Werkzeugmontageplatte (24) in dem Werkzeughalter (14) in radiale Richtung beweglich angeordnet ist und die Axialbewegung des Kolbenelements (21) in die radiale Bewegung der Werkzeugmontageplatte (24) umgewandelt wird.

5. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Stirnseite des Kolbenelements (21) zur Axialrichtung geneigt ist und ein Ende der Werkzeugmontageplatte (24) als eine schräge Nockenfläche (24a) ausgebildet ist, die federnd gegen die geneigte Stirnseite (23) des Kolbenelements (21) gedrückt wird.

6. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Verbindungseinrichtung (20b, 26) umfaßt: ein zylindrisches Element (21a) an einem Ende des Kolbenelements (21), eine Feststelleinrichtung (27), die in Axialrichtung beweglich in dem zylindrischen Element (21a) angeordnet ist, und eine Buchse (28), die am zylindrischen Element (21a) in Axiarichtung beweglich angebracht ist, eine Feder (29) zum Vorspannen der Feststelleinrichtung (27) zur Antriebswelle (2), eine Feder (3a) zum Vorspannen der Buchse (28) zu der Antriebswelle (2) und einen Arretier-Ring (31), der am Werkzeughalter (14) gesichert ist, um die Bewegung der Buchse (28) zu der Antriebswelle (2) hin einzuschränken.

7. Hauptspindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannmutter (13) in sich eine Leitung (35) aufweist, mit der eine Fluidquelle und eine Vielzahl von Ausgabeöffnungen (36), die an die Leitung (35) angeschlossen sind, verbunden werden, wobei das Fluid derart aus den Ausgabeöffnungen (36) ausgestoßen wird, daß die Kontaktflächen der Antriebswelle (2) und des Werkzeughalters (14) mit dem Fluid gereinigt werden.