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Spannfutter für Bohrer, Fräswerkzeuge u. dgl. Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung an Werkzeugmaschinen, z. B. an Bohrmaschinen und Fräsbänken, zum
schnellen Wechseln des Werkzeuges bei laufender Maschine, im wesentlichen bestehend
aus einem in der Arbeitsspindel festsitzenden Futter und einer auf dem Werkzeug
festsitzenden Spannhülse, die mit dem Werkzeug in das Futter eingeführt und von
diesem mitgenommen wird.
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Es sind Vorrichtungen der vorbeschriebenen Art bekannt, bei denen
die Übertragung des Arbeitsdrehmoments vom Futter auf die Spannhülse durch im Futter
in radialer Richtung geführte Kugeln geschieht, die durch einen das Futter umfassenden
und auf dem Futter hin'und her schiebbaren Schaltring in Mitnahmetaschen der Spannhülse
gedrückt werden. Durch das Eingreifen der Kugeln in die Mitnahmetaschen wird die
Spannhülse gleichzeitig in Achsrichtung gehalten, so daß sie nicht aus dem Futter
herausfallen kann. Die Mitnahmetaschen in der Spannhülse können nur vor dem Härten
derselben hergestellt werden. Es ist daher nicht möglich, die Mitnahmetaschen abschließend
genau zu bearbeiten. Die dadurch entstehende ungenaue Größe der Mitnahmetaschen
hat einen losen Sitz der Spannhülse in axialer Richtung im Futter zur Folge. Dies
ist jedoch äußerst unerwünscht, weil dadurch das genaue Bohren einer Lochtiefe unmöglich
wird. Außerdem wirkt sich der lose Sitz beim Durchbohren von Löchern ungünstig aus.
DieÜbertragung des Axialdruckes, der beispielsweise beim Bohren von Löchern auftritt,
wird dadurch aufgenommen,
daß sich die Spannhülse innerhalb des
Spielraumes, den der lose Sitz in axialer Richtung gewährt, mit einer vor Kopf angeordneten
rechtwinklig zur Längsachse vorgesehenen, bearbeiteten Fläche gegen eine entsprechende
Gegenfläche des Bodens des Futters anlegt. Die Einführung des Werkzeuges mit der
Spannhülse in das Futter ist einfach. Die Einführung kann bei laufender Arbeitsspindel
von Hand erfolgen. Erst durch die Verschiebung des Schaltringes erfolgt die Mitnahme
durch die Kugeln. In diesem Augenblick ist das Werkzeug mit der Spannhülse jedoch
vollständig in das Futter eingeführt, wodurch ein weiteres Festhalten des Werkzeuges
mit der Hand nicht mehr erforderlich ist.
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Bei einem andern bekannten Spannfutter der eingangs beschriebenen
Art erfolgt die Übertragung des Arbeitsdrehmoments vom Futter auf die Spannhülse
durch einen vor Kopf ihres Schaftes durch Anfräsungen gebildeten Lappen, der in
eine entsprechende Vertiefung im Boden des Futters eingreift. In axialer Richtung
wird der Hülsenschaft durch im Futter angeordnete Sperrklinken gehalten. Die Sperrklinken
legen sich vor eine am Schaft angebrachte Schulter, so daß er nicht aus dem Futter
herausfallen kann. Bei diesem Spannfutter ist das axiale Spiel des Hülsenschaftes
im Futter klein, jedoch nicht gleich Null. Dies hat seinen Grund darin, daß sich,
in bezug auf den Halt der Spannhülse in axialer Richtung, bei der Herstellung die
Toleranzen einiger Maße addieren bzw. subtrahieren, so daß ein vollkommen spielfreier
Sitz nicht zustande kommt. Die Herstellung des Spannfutters ist außerdem teuer.
Die Mitnahme der Spannhülse erfolgt schob während der Einführung des Hülsenschaftes
in das Futter. Um die Einführung des Schaftes zu erleichtern, ist dasselbe mit einem
auf ihm lose gelagerten Ring versehen, den man bei der Einführung des Schaftes in
das Futter mit der Hand anfassen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Spannfutter zu schaffen,
welches die Nachteile der bekannten Spannfutter nicht hat. Hierbei soll darauf geachtet
werden, daß der Außendurchmesser des Spannfutters nicht zu groß wird. Diese Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß zier Erreichung eines in axialer Richtung spielfreien Sitzes
der Spannhülse im Futter ihr Schaftteil in bekannter Weise rechtwinklig zu seiner
Längsachse eine bearbeitete Fläche hat, die sich gegen eine entsprechende Gegenfläche
des Futters anlegt, und daß im Futter in radialer Richtung geführte Kugeln o. dgl.
angeordnet sind, die durch einen in bekannter Weise das Futter umfassenden, lose
gelagerten und hin und her schiebbaren Schaltring in eine um den Schaft der Spannhülse
laufende Rille gedrückt werden, und daß dabei durch eine geringfügige Versetzung
der Rille gegenüber den Kugeln die Kugeln nur an einer Flanke der Rille anliegen,
damit auf den Schaft der Spannhülse in axialer Richtung eine Kraft wirkt, die die
Anlageflächen fest gegeneinander drückt.
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In der Zeichnung ist ein Spannfutter gemäß der Erfindung in drei Abbildungen
beispielsweise dargestellt.
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Die Abb. i und 2 zeigen das Spannfutter im Längsschnitt nach der Linie
1-I der Abb. 3 mit verschiedenen Stellungen des Schaltringes. in Abb. i ist die
Spannhülse mit geschnitten. Die Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III der
Abb. 2.
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Das Spannfutter i trägt an seinem oberen Ende einen abgebrochen dargestellten
Kegel 2, der in eine entsprechende kegelige Bohrung der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine
hineingestoßen wird und fest in der Arbeitsspindel verbleibt. Das Werkzeug, z. B.
ein Spiralbohrer, wird mit seinem kegeligen Ende 'in die kegelige Bohrung 4 der
Spannhülse 3 hineingestoßen und verbleibt ebenfalls fest in der Spannhülse 3. Ein
in der Spannhülse 3 vorgesehenes Langloch 13 gestattet jedoch, mit Hilfe
eines Keiles das Werkzeug aus der Spannhülse 3 herauszuschlagen. Ein solches Langloch
weist auch die Arbeitsspindel auf, um das 1~ utter i aus der Arbeitsspindel herausschlagen
zu können. Das Werkzeug wird mit der Spannhülse 3 in die Bohrung lo des Futters
i eingeführt bis sich die vor Kopf der Spannhülse 3 rechtwinklig zur Längsachse
der Spannhülse 3 bearbeitete Anlagefläche i i gegen den Boden 12 des Futters i anlegt.
Die Übertragung des Arbeitsdrehmoments vom Futter i auf die Spannhülse 3, geschieht
durch im Futter i in radialer Richtung geführte Kugeln 5. Die radiale Führung der
Kugeln 5 im . Futter i erfolgt durch radial gerichtete Bohrungen 6. Die Bohrungen
6 weisen an ihrer dem Futterinnern zugerichteten Seite einen verengten Rand 7 auf,
der verhindert, daß die Kugeln 5 bei herausgezogener Spannhülse 3 ins Innere des
Futters i aus den Bohrungen 6 herausfallen. Die Kugeln werden durch einen das Futter
i umfassenden, lose gelagerten und hin und her schiebbaren Schaltring 8 in Mitnahmetaschen
9 der Spannhülse 3 gedrückt. Vor der Einführung der Spannhülse 3 in das Futter i
wird der Schaltring 8, wie die Abb. i zeigt, angehoben. In dieser Stellung können
die Kugeln 5 infolge der Zentrifugalkraft, der sie unterworfen sind, so weit nach
außen treten, daß sie die Bohrung io des Futters i vollkommen freigeben. Die Spannhülse
3 kann dann ungehindert eingeführt werden. In dem Augenblick, in dem die Spannhülse
3 mit ihrer Anlagefläche i i gegen den Boden 12 des Futters i stößt, wird der Schaltring
8 gesenkt. Die Kugeln 5 werden dann durch die im Schaltring 8 vorhandene schräge
Flanke 14 nach innen in die den Kugeln 5 gegenüberliegenden Mitnahmetaschen 9 der
Spannhülse 3 hineingedrückt und in dieser gehalten.
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Damit die Spannhülse 3 im Futter i spielfrei gehalten wird, sind im
Futter i noch andere Kugeln 15 in radialer Richtung in Bohrungen 16 geführt. Auch
die Bohrungen 16 sind mit einem verengten Rand 17 versehen, der verhindert, daß
die Kugeln 15 bei herausgezogener Spannhülse 3 aus den Bohrungen 16 herausfallen.
Beim Senken des Schaltringes 8 werden auch die Kugeln 15 durch die schräge Flanke
14 des Schaltringes 8 nach innen gedrückt und zwar in eine um die
Spannhülse
3 laufende Rille 18. Die Rille 18 ist nun gegenüber den Kugeln 15 geringfügig nach
unten versetzt, so daß die Kugeln 15 nur an der oberen Flanke i9 der Rille 18 zur
Anlage kommen. Infolgedessen wird auf die Spannhülse 3 in axialer Richtung nach
oben eine Kraft ausgeübt, die die Anlagefläche i i und den Boden 12 des Futters
fest gegeneinander drückt. Der axiale Halt der Spannhülse 3 im Futter ist somit
spielfrei. Die Bohrung 2o im Schaltring 8 ist so bemessen, daß die Kugeln 5 und
15 in Arbeitsstellung geschlossen sitzen. Wie die Abb. i und 2 zeigen, sind die
Kugeln 15 so angeordnet, daß durch den Schaltring 8 zuerst die Kugeln 5 und dann
die Kugeln 15 eingeschaltet werden. Das hat den Vorteil, daß die Einschaltung der
Kugeln 5 ohne Zwang erfolgen kann. Zum Ausgleich der Zentrifugalkraft sind von den
Kugeln 5 und 15 immer zwei Stück gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist die Anordnung
so getroffen, daß die durch die Mittelpunkte der Kugeln 5 und die Mittelpunkte der
Kugeln 15 gelegten Achsen sich kreuzen. Der Schaltring 8 umgibt das Futter i mit
Spiel. Die besondere Anordnung und Lagerung der Kugeln 5 und 15 und das Spiel des
Schaltringes 8 haben die Wirkung, daß die Kugeln 15 während des Betriebes fest gegen
die Flanke i9 der Rille 18 gedrückt werden. Die Spannhülse 3 wird dadurch regelrecht
eingespannt. Da die Mitnahmetaschen 9 konkav auslaufen, werden unter der Wirkung
des Arbeitsdrehmoments die an der radialen Führung sich abstützenden Kugeln 5 keilartig
nach außen gedrückt. Unter der Wirkung dieses Druckes wird der entsprechend bemessene
Querschnitt des Schaltringes 8 elastisch ellipsenartig verformt, und zwar derart,
daß der Schaltring einen radial nach innen gerichteten Druck auf die Kugeln 15 ausübt.
Die Kugeln 15 werden dadurch fest gegen die Flanke i9 gespannt und die Flächen i
i und 12 fest gegeneinander gepreßt. Der durch die Verformung auf die Kugeln
15 ausgeübte Anpressungsdruck bewirkt einen vollkommen spielfreien Sitz der Spannhülse
3 im Futter i in axialer Richtung.
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Außerdem wird dadurch der Schaltring 8 während des Betriebes sicher
in seiner Stellung gehalten. Für die Erzeugung des notwendigen Anpressungsdruckes
genügt praktisch eine Verformung von einigen Hundertsteln Millimetern. 21 und 22
sind Bohrungen, aus denen beim Einschieben der Spannhülse 3 in das Futter i bzw.
beim Herunterlassen des Schaltringes 8 Luft entweichen kann. Ein Springring 23 begrenzt
die obere Endstellung des Schaltringes 8 und ein Springring 24 die untere Endstellung.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Übertragung des Arbeitsdrehmoments
und zum axialen Halten der Spannhülse Kugeln gewählt, weil diese die einfachste
und billigste Bauweise gewährleisten und den Außendurchmesser des Spannfutters klein
halten. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch möglich, an Stelle der Kugeln äquivalente
Mittel anzuwenden, z. B. Würfel oder Prismen. Dementsprechend müssen dann auch die
Taschen 9 und die Rille 18 ausgebildet werden. Diese können dann nicht mehr die
einfache kreisbogenförmige Gestalt haben, sondern müssen den zur Verwendung gelangenden
Mitteln angepaßt werden. Die Rille 18 wird dann zweckmäßig trapezförmig, und das
angeschrägte Ende des Würfels oder des prismatischen Körpers drückt gegen die obere
schräge Flanke des trapezförmigen Einschnittes.