HSK-Hohlschaftkegel-System für manuelle und automatische Werkzeugspannung

Positive Taper Lock System for manual and automatic tool clamping

Die Aufgabe

Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, Verringerung der Kosten

und Übergang zu ,,Lean Production”, bei gleichzeitiger

weiterer Qualitätsoptimierung.

So die heutigen Ansprüche an die moderne Fertigung.

Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, wurde der

Hohlschaftkegel in Zusammenarbeit zwischen der Industrie

und dem Werkzeuglabor der TH Aachen entwickelt und

getestet.

Der Hohlschaftkegel verbindet als Schnittstelle die Maschi-

nenspindel mit dem Werkzeug. Die besonderen Anforde-

rungen an ein modernes Werkzeug-Wechselsystem sind:

extrem hohe Wechsel und Wiederholgenauigkeit

sichere Übertragung von hohen Drehmomenten mit einer

definierten, radialen Positionierung

hohe statische und dynamische Biegesteifigkeit

besondere Tauglichkeit zum Hochgeschwindigkeitsein-

satz in Fräs-, Bohr- und Drehmaschinen gegenüber SK-

Werkzeugen

Verringerung von Gewicht und Baulänge gegenüber

SK-Werkzeugen

einfache Handhabung

The task

Increase of efficiency, reduction of cost and change to ”lean

production”, however, optimizing quality at the same time.

These are the present demands to modern manufacturing.

In order to account for this development, the positive taper

lock system was developed and tested as a common

project of the industry and the TH Aachen.

The positive taper lock system is the connection between

the machine spindle and the tool.

The specific demands, an advanced tool change system

must fulfil, are:

particularly high changing accuracy and repeatability

safe transmission of high torques with a defined, radial

location

high static and dynamic flexural strength

particular suitability for high-speed operations in milling,

drilling and turning machines

reduction of weight and total length

easy handling

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Hohlschaftkegel-System für manuelle und automatische Werkzeugspannung

Positive Taper Lock System for manual and automatic tool clamping

Form A Form B

Form C

Form E Form F

Form D

Kegelhohlschaft für automatischen Werkzeugwechsel

Positive taper lock for automatic tool change

Kegelhohlschaft für manuellen Werkzeugwechsel

Positive taper lock for manual tool change

Kegelhohlschaft für automatischen Werkzeugwechsel und höhere Drehzahlen (HSC)

Positive taper lock for automatic tool change and for high speeds (HSC)

Kegelhohlschaft Form A

automatisch wechselbare Werkzeugaufnahme,

Drehmomentübertragung am Kegel-Hohlschaft,

kleiner Plananlagebund mit Greiferrille.

Anwendungsbereich:

Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Fräsmaschinen, hoher Drehzahlbereich,

konventionelle Zerspanung, Drehmomentüber-

tragung durch angefräste Mitnehmer innerhalb

der Spindelaufnahme.

Kegelhohlschaft Form B

automatisch wechselbare Werkzeugauf-

nahme, Drehmomentübertragung am Bund

über Nuten, großer Plananlagenbund mit

Greiferrille.

Anwendungsbereich:

Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Fräsmaschinen, mittlerer Drehzahlbereich,

große Zerspanung, Drehmomentübertragung

durch Mitnehmersteine, Verwendung bei

größerer Zerspanung (Messerköpfe).

Kegelhohlschaft Form C

manuell wechselbare Werkzeugaufnahme,

Drehmomentübertragung am Kegel-Hohlschaft,

kleiner Plananlagebund ohne Greiferrille.

Anwendungsbereich:

Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Fräsmaschinen, hoher Drehzahlbereich, konven-

tionelle Zerspanung, Drehmomentübertragung

durch angefräste Mitnehmer innerhalb der

Spindelaufnahme.

Kegelhohlschaft Form D

manuell wechselbare Werkzeugaufnahme,

Drehmomentübertragung am Bund über Nuten,

großer Plananlagebund ohne Greiferrille.

Anwendungsbereich:

Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Fräsmaschinen, mittlerer Drehzahlbereich,

große Zerspanung, Drehmomentübertragung

durch Mitnehmersteine, Verwendung bei größe-

rer Zerspanung (Messerköpfe).

Kegelhohlschaft Form E

automatisch wechselbare Werkzeugauf-

nahme, Drehmomentübertragung über Bund

und Kegelfläche, kleiner Plananlagebund mit

Greiferrille.

Anwendungsbereich:

Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Schleifmaschinen, sehr hoher Drehzahlbereich

(Größenabhängig vom ), Schleifarbeiten,

Holzbearbeitung, HSC tauglich, Verwendung

bei geringerer Zerspanungsarbeit.

Kegelhohlschaft Form F

automatisch wechselbare Werkzeugauf-

nahme, Drehmomentübertragung über Bund

und Kegelfläche, großer Plananlagebund mit

Greiferrille.

Anwendungsbereich:

>Werkzeugmaschinen z.B. Dreh-, Bohr- und

Schleifmaschinen, sehr hoher Drehzahlbereich

(Größenabhängig vom ), Schleifarbeiten,

Holzbearbeitung, HSC tauglich, Verwendung

bei geringerer Zerspanungsarbeit.

Positive taper lock (version A)

automatically-changeable tool adapter, torque transmission on positive taper

lock, small square face with gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling andmillingmachines), highspeed range, conven-

tional material machining, torque transmission via milled driver within the spindle

adapter.

Positive taper lock (version B)

automatically-changeable tool adapter, torque transmission on collar via

grooves, large square face with gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling and milling machines), medium speed

range, heavy-duty material machining, torque transmission via driver keys,

suitable for heavy-duty material machining (cutter heads).

Positive taper lock (version C)

manually-changeable tool adapter, torque transmission on positive taper lock,

small square face without gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling and milling machines), high speed

range, conventional material machining, torque transmission via milled driver

within the spindle adapter.

Positive taper lock (version E)

automatically-changeable tool adapter, torque transmission via collar and

spherical surface, small square face with gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling and grinding machines), extremely high

speed range (depending on diameter size), grinding work, wood machining,

suitable for HSC, utilised for minimal material removal.

Positive taper lock (version F)

automatically-changeable tool adapter, torque transmission via collar and

spherical surface, large square face with gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling and grinding machines), extremely high

speed range (depending on diameter size), grinding work, wood machining,

suitable for HSC, utilised for minimal material removal.

Positive taper lock (version D)

manually-changeable tool adapter, torque transmission on collar via

grooves, large square face without gripping channel.

Applications:

Machine tools (e.g. lathes, drilling and milling machines), medium speed

range, heavy-duty material machining, torque transmission via driver keys,

suitable for heavy-duty material machining (cutter heads).

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HSK-Spannsysteme für manuelle Werkzeugspannung

Positive Taper Lock Clamping System for manual tool clamping

Das Röhm-Spannsystem wurde speziell für die Hohlschaftke-

gel-Spannung entwickelt. Die Notwendigkeiten der manuellen

Werkzeugspannung wurden besonders berücksichtigt:

überzeugende, stabile Konstruktion

kompakter Kraftfluß

keine Spannbohrung im Kegelmantel notwendig,

Verschmutzung beim Betätigen nicht möglich

abgedichtete, zentrale Kühlmittelzuführung

gleichmäßige Spannkraft über vier symmetrisch angebrachte

Spannflächen

automatisches Drücken des Werkzeuges beim Lösen

ideal für den Einbau in die Spindel

Die Vorteile der Hohlschaftkegel-Spannung liegen in der Kombi-

nation der Planflächen, mit dem beim Spannvorgang dehnbaren

Hohlschaft. Durch die exakte Abstimmung der Kegelnenndurch-

messer entsteht eine, für die Qualität des HSK-Systemes wich-

tige Vorspannung, welche an der Größe des Planspieles meß-

bar ist.

Zum Spannen werden die Spannbacken durch Rechtsdrehen

der Stellschraube auseinandergeführt. Ein Drehmomentschlüs-

sel ist zu empfehlen.

Die durch die symmetrischen Spannschrägen erzeugten Axial-

kräfte FA und Radialkräfte FR bringen die notwendige Spann-

kraft für die Vorspannung des Hohlschaftkegels an der ge-

samten Kegelfläche und Plananlage.

Zwei Nutensteine, die am Schaftende der Werkzeugaufnahme

in das Werkzeug greifen, sorgen für eine formschlüssige, nicht

verwechselbare, radiale Positionierung.

Beim Lösen der Spannbacken wird das Werkzeug automatisch

aus der Aufnahme ausgedrückt.

Ein kompakter Kraftfluß ist wichtig für die Steifigkeit des Spann-

systems und trägt zur Erhöhung der Wechselgenauigkeit bei.

The Röhm-clamping system was specially designed for the

positive taper lock clamping taking particulary into account the

necessity of manual clamping:

convincing strong design

compact power flow

no clamping bore required in the taper, no dirt

penetration possible during operation

sealed central coolant supply

steady clamping force due to four symmetric clamping

surfaces

automatic ejection of the tool during release

perfectly suitable to be built into the spindle

The advantage of the positive taper lock clamping system origi-

nates in the combination of the plane surfaces, together with the

expansion of the taper during the clamping operation.

The precise adjustment of the nominal diameter of the taper

creates an initial tension important for the quality of the HSK-sy-

stem and can be measured by means of the axial play.

For the clamping operation the clamping jaws are expanded by

turning the adjusting screw. The axial forces FA and radial for-

ces FR generated by the symmetric gripping slope built-up the

necessary clamping force for the initial tension of the taper lock

system over the entire taper surface and locating surface.

Two T-nuts, gripping the tool at the end of the shank of the tool

mounting, guarantee a positive radial location.

When the jaws are released, the tool is ejected automatically.

A compact power flow is important for the rigidity of the clam-

ping system and improves the changing accuracy.

Hohlschaftkegel-System für manuelle Werkzeugspannung

Positive Taper Lock System for manual tool clamping

Fügeposition mit Anlageflächen

joining position with locating surface

Spannsituation mit Anlageflächen

clamping situation

Spannsituation mit kompaktem Kraftfluß

clamping situation with compact power flow

Werkzeug

tool

Werkzeug

tool

Werkzeug

tool

Werkzeugaufnahme

tool mounting

Werkzeugaufnahme

tool mounting

Werkzeugaufnahme

tool mounting

Planspiel --

axial play

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Werkzeugaufnahmetool mounting

Werkzeugtool

Planspiel –axial play

Werkzeugaufnahmetool mounting

Werkzeugaufnahmetool mounting

Werkzeugtool

Werkzeugtool

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25155-k008-004 30.04.2007 9:41 Uhr Seite 4

HSK-Spannsystemfür automatische Werkzeugspannung von Hohlschaftkegel-Werkzeugen HSK nach DIN 69893

Positive Taper Lock Systemfor automatic tool clamping system of positive taper lock tools HSK to DIN 69893

Das automatische Röhm HSK-Spannsystem wurde speziell

als Ergänzung zur manuellen HSK-Spannung entwickelt. Es

wurden folgende Punkte besonders berücksichtigt:

gleichmäßige Spannkraft über die symmetrischen Spannflä-

chen der Segmentspannzange

kompakter Kraftfluß, dadurch hohe statische und dynamische

Steifigkeit der Werkzeugschnittstelle

hohe Kraftverstärkung durch Übersetzung im Spannsatz

Selbsthemmung über Spannbolzen im Spannsatz

zwangsgesteuertes Öffnen der Spannzange durch Kegelhülse

beim Werkzeugwechsel

automatischer Werkzeugausstoß beim Lösen durch den

Spannbolzen

abgedichtetes System für zentrale Kühlmittelzuführung

ideal für den Einbau in Werkzeugspindeln von Bearbeitungs-

zentren und Werkzeugmaschinen

Die Vorteile der Hohlschaftkegel-Spannung liegen in der Kombi-

nation von definiert radial vorgespanntem Kegelschaft und Werk-

zeugplanlage. Durch die elastische Verformung des Kegels, wird

eine spielfreie Verbindung der Werkzeugschnittstelle mit sicherer

Drehmomentübertragung erreicht. Die hohe Wiederhol- und

Wechselgenauigkeit der Hohlschaftkegelverbindung führt zu

gesteigerten Fertigungsqualitäten beim Zerspanungsprozeß,

gegenüber der konventionellen Fertigung.

Der Spannvorgang wird über Federn auf die Zugstange in Rich-

tung FZ auf den Spannsatz eingeleitet. Über den Spannbolzen

werden die Spannsegemente der Zange radial nach außen ge-

drückt und die Spannkraft durch die Funktion der Winkelflächen

vielfach verstärkt.

Die erzeugten Axialkräfte FA und Radialkräfte FR, bewirken eine

Vorspannung des Hohlschaftkegels auf der gesamten Kegelflä-

che und der Plananlage. Da der Anteil der Spannkraft auf die

Plananlage mehr als 80 % beträgt, ist die Größe der Planfläche

ausschlaggebend für die Grenzbelastung und Steifigkeit der Ke-

gel-Hohlschaft-Verbindung. Siehe DIN 69893 -- Hohlschaftkegel

Form B, D und F. Beim Hohlschaftkegel Form A und C sorgen

zusätzlich zwei Mitnehmeranfräsungen, die am Kegelschaftende

in die Werkzeugaufnahme eingreifen, für eine formschlüssige,

nicht verwechselbare, radiale Positionierung.

Beim Lösevorgang wird, durch den Spannbolzen und die Kegel-

hülse, die Spannzange zwangsentriegelt und das Werkzeug auto-

matisch aus der Spindelaufnahme gedrückt.

The automatic Röhm positiv taper lock system was specially desi-

gned as complement for the manual positiv taper lock clamping.

Following items were taken particularly into account:

steady clamping force due the symmetric clamping surfaces of

the clamping segments

compact power flow resulting in high static and dynamic rigidity

of the tool joint

high power amplification by transmission of the clamping set

automatic lock by collet actuator in the clamping set

forced controlled release of the collet by taper sleeve during the

tool exchange

automatic ejection of the tool by the collet actuator during release

sealed central coolant supply system

perfect suitable to be built into the spindles of machine tools and

machining centers

The advantages of the positive taper lock system originates in the

combination of defined radial pretensioned taper and tool face stop.

A safe transmission of the torque is archieved by the elastic defor-

mation of the taper resulting in a gap-free connection with the tool.

High interchanging and repeating accuracy is leading to increased

production quality during the machining compared with the traditio-

nal machining.

The clamping process is started by the spings and the movement is

transmitted by the draw bar to the clamping set in direction FZ. The

clamping segments of the collet are pushed to the outside by the collet

actuator. The clamping forces are multiple amplified by the angled

arrangement of the contact areas.

The produced axial forces FA and radial forces FR result in a pre ten-

sioned status of the positive taper on the entire taper area and the

axial contact area. The proportion of the axial contact force is over

80 % of the total clamping force.

This explains the importance of the size of the axial contact area con-

cerning the critical load and rigidity of the taper and hollow shank joint.

See also DIN 69893 -- Hollow taper shanks type B, D and F.

Hollow taper shanks type A and C have two additional positive drive

grooves at the end of the taper which interlock with the tool mounting

and produce a form-locking, orientated radial positioning.

During the release the tool will be positive unlocked and ejected from

the tool spindle by the collet actuator and taper sleeve.

8010

HSK Werkzeug

HSK Werkzeug

Fügeposition mit Anlageflächen von kegel und Plananlagejoining position with locating surface

Spannsituation mit Anlageflächen von Kegel und Plananlageclamping situation with locating surface

HSK Werkzeug

Spannsituation mit kompaktem Kraftfluß über Kegel und Plananlageclamping situation with compact power flow

Spindel-WerkzeugaufnahmeSpindle tool mounting

Spindel-WerkzeugaufnahmeSpindle tool mounting

Spindel-WerkzeugaufnahmeSpindle tool mounting

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Neu- und Weiterentwicklungen für Werkzeugspannungen

New and further development

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Spannsatz mit geführterSegmentspannzange

clamping set with guidedsegment collet

Neu:mit standardisierterRöhm-Drehdurchführungfür Drehzahlen bis36000 min-1

with standardised Röhmturning performancefor speeds up to36000 rpm

Vorteil:kompakte Führung durchSegmente, dadurch geringereUnwucht des Spannsatzes

Advantage:compact guide throughsegments, which means lessimbalance of the clamping set

mit Haltezange, fürschnellen und einfachenWerkzeugwechsel

with retaining collet, forquick and easy tool change

mit HSK-Aufnahme

with positive taperlock mounting

mit Steilkegelaufnahme

with steep taper mounting

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Der Aufbau des HSK-SpannsystemsBauelemente und Baugruppen

The design of the HSK-clamping systemComponents and construction groups

Spanneinheit SEH -- Baugruppe III

01. Drehdurchführung für Kühlschmiermittel oder Luftzuführung

02. Drehdurchführung für Hydraulik zum Lösen

03. Lösekolben

04. Hubkontrollring

05. Federpaket

06. Zugstange

Zugstangenverlängerung -- Baugruppe II

07. Zugstangenverlängerung

Spannsatz -- Baugruppe I

08. Zwischenscheibe

09. Konterschraube

10. Druckstück

11. Segmentspannzange

12. Spindel

13. Hohlschaftkegelwerkzeug

Clamping unit -- Construction group III

01. Non-rotating distributor for coolant lubricant or air

02. Non-rotating distributor for hydraulic unclamping

03. Unclamping piston

04. Strike control ring

05. Spring package

06. Draw bar

Draw bar extension -- Construction group II

07. Draw bar extension

Clamping set -- Construction group I

08. Opening taper sleeve

09. Counter nut

10. Collet actuator

11. Collet

12. Spindle

13. Positive Taper Lock - tool HSK

für Drehzahlen bis 10000 min--1

for speeds up to 10000 rpm

Stationary opening unit -- Construction group VI

01. Non-rotating distributor for coolant lubricant

02. Connections for actuation, air blast

03. Non-rotating housing

04. Unclamping piston

05. Housing, axial movable

06. Spindle relief coupling

Clamping unit -- Construction group III

07. Clamping piston

08. Connection for stroke control

09. Spring package

10. Draw bar

Draw bar extension -- Construction group II

11. Draw bar extension

Clamping set -- Construction group I

12. Opening taper sleeve

13. Collet actuator

14. Counter nut

15. Collet

16. Spindle

17. Positive Taper Lock - tool HSK

Stationäre Löseeinheit -- Baugruppe VI

01. Drehdurchführung für Kühlschmiermittel

02. Anschlüsse für Betätigung, Blasluft

03. Gehäuse, feststehend

04. Lösekolben

05. Gehäuse, axial beweglich

06. Spindelentlastung

Spanneinheit SEH -- Baugruppe III

07. Spannkolben

08. Anschluß für Hubkontrolle

09. Federpaket

10. Zugstange

Zugstangenverlängerung -- Baugruppe II

11. Zugstangenverlängerung

Spannsatz -- Baugruppe I

12. Zwischenscheibe

13. Druckstück

14. Konterschraube

15. Segmentspannzange

16. Spindel

17. Hohlschaftkegelwerkzeug

für Drehzahlen bis 40000 min--1

for speeds up to 40000 rpm

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