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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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25155-k008-002 30.04.2007 9:43 Uhr Seite 8002
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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25155-k008-003 30.04.2007 9:43 Uhr Seite 3
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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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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25155-k008-010 30.04.2007 9:42 Uhr Seite 10
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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25155-k008-012 30.04.2007 9:44 Uhr Seite 12
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