[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Spanneinrichtung.
[0002] Derartige Spanneinrichtungen werden bevorzugt zum positionsdefinierten Aufspannen eines mit einem Werkstück bzw. mehrerer Werkstücke versehenen Werkstückträgers im Arbeitsbereich einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Drehmaschine, eingesetzt. Das Spannfutter wird üblicherweise fest an der Bearbeitungsmaschine fixiert, während der Werkstückträger lösbar am Spannfutter fixierbar ist. Die gesamte Spanneinrichtung ist vorzugsweise rotationssymmetrisch gestaltet.
[0003] Eine grundsätzliche Problematik bei Spanneinrichtungen der hier zur Rede stehenden Art besteht insbesondere darin, dass der Werkstückträger einerseits wiederholt hochpräzise am Spannfutter festspannbar sein soll, und dass der Werkstückträger andererseits hohe Kräfte, wie sie beispielsweise beim Fräsen oder Drehen auftreten, aufnehmen können soll. Dies ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da es bekanntermassen schwierig ist, die Zentrierelemente derart zu gestalten, dass sie einerseits ein hochpräzises Positionieren des Werkstückträgers am Spannfutter ermöglichen und andererseits im Bedarfsfall hohe Kräfte aufnehmen können, ohne dabei beschädigt zu werden.
[0004] Beispielsweise ist aus der EP-A-1 068 919 eine gattungsgemässe Spanneinrichtung bekannt, die vergleichsweise hohe Kipp- und Drehmomente aufnehmen kann. Die Spanneinrichtung umfasst ein im Arbeitsbereich der Bearbeitungsmaschine zu fixierendes Spannfutter und einen auf das Spannfutter aufsetzbaren und daran festspannbaren Werkstückträger. Erste Positioniermittel am Spannfutter und zweite Positioniermittel am Werkstückträger arbeiten als Richtelemente paarweise zusammen und positionieren den Werkstückträger in X-, Y- und Z-Richtung. Um den Werkstückträger in der durch die Positioniermittel festgelegten Position am Spannfutter festzuspannen, ist eine Spannvorrichtung vorgesehen.
Diese umfasst eine Mehrzahl von entlang eines Kreisringes angeordneten Spannkugeln, deren Spannkraft-Wirkungslinien im Wesentlichen auf oder im Bereich einer gedachten, Z-Achsen-parallelen, die ersten und zweiten Positioniermittel schneidenden Zylindermantelfläche liegen. Die Kraftübertragung vom Werkstückträger auf das Spannfutter erfolgt primär über Z-Auflageflächen, an welchen der Werkstückträger beim Festspannen am Spannfutter aufzuliegen kommt. Obwohl eine derartige Spanneinrichtung vergleichsweise hohe Kräfte aufnehmen kann besteht trotzdem die Gefahr, dass beim Auftreten von hohen Drehmomenten um die Z-Achse die Positionierelemente beschädigt werden, da solche Drehmomente primär über die zwischen den Z-Auflageflächen bestehende Reibschlussverbindung übertragen werden müssen, diese jedoch nicht zur Aufnahme von hohen Drehmomenten um die Z-Achse ausgelegt ist.
[0005] Die Erfindung zielt darauf ab, eine Spanneinrichtung mit einem Spannfutter und einem lösbar daran fixierbaren Werkstückträger derart weiterzubilden, dass der Werkstückträger bei unvermindert hoher Spanngenauigkeit höhere Kräfte als bisher, insbesondere höhere Drehmomente um die Z-Achse, aufnehmen kann.
[0006] Hierzu wird nach der Erfindung eine Spanneinrichtung gemäss dem Anspruch 1 bereitgestellt.
[0007] Der grundlegende Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, dass das Spannfutter mit Kupplungsmitteln versehen ist, welche den Werkstückträger nach dem Ausrichten und Festspannen am Spannfutter zusätzlich fixieren, so dass der Werkstückträger ohne Einschränkung der Positioniergenauigkeit höhere Kräfte als bisher aufnehmen kann.
[0008] Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 umschrieben.
[0009] Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Spanneinrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Ansicht der aus einem Spannfutter und einem Werkstückträger bestehenden Spanneinrichtung;
<tb>Fig. 2a<sep>einen ersten Längsschnitt durch die linke Hälfte des Spannfutters und des Werkstückträgers;
<tb>Fig. 2b<sep>einen weiteren Längsschnitt durch die rechte Hälfte des Spannfutters und des Werkstückträgers;
<tb>Fig. 3a<sep>einen ersten Längsschnitt durch die linke Hälfte des Spannfutters mit daran festgespanntem Werkstückträger;
<tb>Fig. 3b<sep>einen weiteren Längsschnitt durch die rechte Hälfte des Spannfutters mit daran festgespanntem Werkstückträger;
<tb>Fig. 4a<sep>einen weiteren Längsschnitt durch die linke Hälfte des Spannfutters mit daran festgespanntem Werkstückträger, und
<tb>Fig. 4b<sep>einen weiteren Längsschnitt durch die rechte Hälfte des Spannfutters mit daran festgespanntem Werkstückträger.
[0010] In der Fig. 1 ist die aus einem Spannfutter sowie einem Werkstückträger bestehende Spanneinrichtung in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Spannfutter ist zum Anbringen an einer nicht dargestellten Drehmaschine ausgebildet. Auf einer Drehmaschine werden üblicherweise rotationssymmetrische Teile durch spanabhebende Bearbeitung bearbeitet.
[0011] Das Spannfutter 1 ist mit einer durchgehenden Bohrung 3 versehen, so dass auch lange Werkstücke wie beispielsweise Wellen und dgl. daran festgespannt werden können. Zum Festspannen des Werkstückträgers 2 ist das Spannfutter 1 mit einem Spannmechanismus 6 versehen, der eine Vielzahl von kreisförmig verteilt angeordnete Spannkugeln 7 umfasst. Diese Spannkugeln 7 sind entlang eines zylindrischen Abschnitts 8 angeordnet und in radialer Richtung verschiebbar. Vor dem Spannmechanismus 6 ist das Spannfutter 1 mit einer kreisringförmigen Stirnfläche 4 versehen, auf der vier Zentrierelemente in Form von Zentrierzapfen 5 gleichmässig verteilt angeordnet sind. Allerdings sind von den vier Zentrierzapfen 5 aus dieser Darstellung nur deren zwei ersichtlich.
Die genannte Stirnfläche 4, auf welcher die Zentrierzapfen 5 angeordnet sind, stellt gleichzeitig die Z-Auflage für den Werkstückträger 2 dar.
[0012] Das Spannfutter 1 ist im Weiteren mit einer Kupplungsanordnung 10 versehen, die u.a. zwei Kupplungsscheiben 11, 12 umfasst. Die beiden Kupplungsscheiben 11,12 sind mit mehreren axialen Aussparungen 16, 17 versehen, welche die jeweilige Kupplungsscheibe 11, 12 in radialer Richtung in einzelne Lamellen 13, 14, 15 unterteilen. Im Ausgangszustand sind die beiden Kupplungsscheiben 11, 12 nicht fest mit dem Spannfutter 2 verbunden, sondern sie haben sowohl in radialer Richtung wie auch in Drehrichtung um die Längsmittelachse 9 geringfügig Spiel, d.h. sie sind um einige Zehntelmillimeter bewegbar. Durch dieses Spiel soll sichergestellt werden, dass die Kupplungsscheiben 11, 12 bzw.
Lamellen 13, 14, 15 beim Aufsetzen und Spannen des Werkstückträgers 2 in entsprechende Ausnehmungen oder Freiräume eindringen können, ohne dass von ihnen eine die Positioniergenauigkeit ggf. beeinflussende Kraft ausgehen würde. Auf der Vorderseite des Spannfutters 1 ist eine ringförmige Druckplatte 18 angeordnet, welche als kraftschlüssige Abstützung beim Festspannen der beiden Kupplungsscheiben 11, 12 dient.
[0013] Der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Werkstückträger 2 ist auf der dem Spannfutter abzuwendenden Seite mit einer Grundplatte 20 versehen, die eine runde Öffnung 21 aufweist. An dieser Grundplatte 20 ist ein hohlzylindrischer Ringkörper 22 befestigt, dessen Innenseite mit einer ringförmig umlaufenden Nut 23 versehen ist, an welcher die Spannkugeln 7 des Spannfutters 1 zum Festspannen des Werkstückträgers 2 angreifen können. Die Grundplatte 20 ist zudem mit einem kreisringförmig verlaufenden Steg 27 versehen, der sich entlang der Innenseite des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 erstreckt. Der Vorsprung ist mit vier breiten Pfosten 30, 31 sowie vier schmalen Pfosten 34 versehen, wobei aus dieser Darstellung nur zwei breite Pfosten 30, 31 sowie ein schmaler Pfosten 34 ersichtlich ist.
In die breiten Pfosten 30, 31 ist jeweils eine Zentriernut 32, 33 eingelassen, die in Form und Lage mit den Zentrierzapfen 5 des Spannfutters korrespondieren. Zwischen zwei breiten Pfosten 30, 31 ist jeweils ein schmaler Pfosten 34 angeordnet, dessen Stirnseite mit einer runden, als Z-Auflage dienenden Fläche 35 versehen ist. Zwischen einem schmalen Pfosten 34 und den beiden benachbarten breiten Pfosten 30, 31 erstreckt sich jeweils eine Ausnehmung 28, 29, in welche sich die jeweiligen Lamellen 13, 14 der am Spannfutter 1 angeordneten Kupplungsscheiben 11,12 erstrecken können. In radialer Richtung werden die Ausnehmungen 28, 29 von der Innenseite des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 begrenzt. Der die jeweilige Ausnehmung 28, 29 radial begrenzende Wandabschnitt 24, 25 des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 kann als Reibfläche für die Kupplungsscheiben 11, 12 genutzt werden.
Dazu ist der jeweilige Wandabschnitt 24, 25 vorzugsweise als Reibfläche 26 ausgebildet, indem der hohlzylindrische Ringkörper 22 zumindest im Bereich der genannten Wandabschnitte 24, 25 mit einer die Reibung erhöhenden Oberfläche oder Beschichtung versehen ist.
[0014] Die Fig. 2a zeigt einen ersten Längsschnitt durch eine Hälfte des Spannfutters 1 und des Werkstückträgers 2, während die Fig. 2b einen zweiten Längsschnitt durch eine Hälfte des Spannfutters 1 und des Werkstückträgers 2 zeigt. Der Längsschnitt in der Fig. 2aist so gelegt, dass er durch eine Spannkugel 7 des Spannfutters 1 und die Z-Auflage 35 des Werkstückträgers 2 verläuft. Zum radialen Verschieben der Spannkugeln 7 ist das Spannfutter 1 mit einem mittels einer Vielzahl von Federn 43 belasteten, ringförmigen Betätigungskolben 37 versehen, der auf der Aussenseite eine umlaufende Ausnehmung aufweist, in welche sich die Spannkugeln 7 im hier dargestellten Ausgangszustand erstrecken können.
Um den Betätigungskolben 37 entgegen der Federkraft in die gezeigte Ausgangsstellung verschieben zu können, wird dieser über eine Luftzuleitung 40 mit Druckluft beaufschlagt und nach unten gedrückt. Die Vorderseite des Betätigungskolbens 37 ist mit einer Druckfläche 41 versehen, welche bei einer nach rückwärts gerichteten Bewegung des Betätigungskolbens 37 die Spannkugeln 7 radial nach aussen zu drücken bestimmt ist. Sobald der pneumatische Überdruck in der Luftzuleitung 40 abgebaut ist, wird der Betätigungskolben 37 durch die Kraft der Federn 43 nach oben gedrückt und die Spannkugeln 7 radial nach aussen in die Wirkposition verschoben.
Indem der Betätigungskolben 37 durch Federn 43 vorgespannt ist, welche ihn nach oben in eine Verriegelungsstellung zu drücken bestimmt sind, wird eine Selbstverrieglung der Spanneinrichtung erreicht, da der Werkstückträger 2 nach dem Fixieren am Spannfutter 1 ausschliesslich durch die Kraft der Federn und ohne die Unterstützung eines Betätigungsmediums wie beispielsweise Druckluft sicher fixiert ist.
[0015] Die beiden Kupplungsscheiben sind derart dimensioniert, dass deren Aussendurchmesser im Bereich der Lamellen 14a, 14b geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 des Spannfutters 2. Damit soll erreicht werden, dass der Werkstückträger 2 in axialer Richtung auf das Spannfutter 1 aufgeschoben werden kann, ohne dass die beiden Kupplungsscheiben mit ihren Stirnseiten S1, S2 radial an dem Werkstückträger 2 anzuliegen kommen, namentlich an der Innenseite des hohlzylindrischen Ringkörpers 22. Vorzugsweise ist der Aussendurchmesser der beiden Kupplungsscheiben bzw. der Lamellen 14a, 14b um einige Hundertstelmillimeter kleiner als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 im Bereich der jeweiligen Reibfläche 26 (Fig. 1).
[0016] Vor dem genannten Betätigungskolben 37 ist ein Spannring 39 angeordnet, der unabhängig vom Betätigungskolben 37 in axialer Richtung verschiebbar ist und dem Fixieren der beiden Kupplungsscheiben dient, indem diese gegen die Druckplatte 18 gedrückt werden. Der Betätigungskolben 37 wird ebenfalls pneumatisch betätigt.
[0017] Der Längsschnitt durch den Werkstückträger 2 zeigt insbesondere die mit einer runden Öffnung 21 versehene Grundplatte 20, an der der hohlzylindrische Ringkörper 22 befestigt ist. Auf der Innenseite des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 ist die Ringnut 23 ersichtlich, an welcher die Spannkugeln 7 des Spannfutters 1 zum Festspannen des Werkstückträgers 2 angreifen. Der Längsschnitt ist so gelegt, dass er durch einen breiten mit einem Stift versehenen Pfosten 34 verläuft, dessen Oberfläche 35 eine Z-Auflage bildet, welche an der kreisringförmigen Stirnfläche 4 des Spannfutters 1 beim Festspannen des Werkstückträgers 2 anzuliegen kommt. Aus dieser Darstellung ist insbesondere auch ersichtlich, dass der Steg 27 sowie die Pfosten 34 einstückig mit der Grundplatte 20 ausgebildet sind.
[0018] In der Fig. 2b verläuft der Schnitt durch die Zentrierelemente, namentlich durch einen Zentrierzapfen 5 des Spannfutters 1 sowie eine Zentriernut 33 des Werkstückträgers 2. Aus dieser Darstellung sind insbesondere auch die in den Betätigungskolben 37 eingelassene Nut 38, die Druckfläche 41 sowie der Spannring 39 ersichtlich, welch letzterer einen Teil der vorgängig genannten Kupplungsanordnung 10 bildet. Am Werkstückträger 2 ist u.a. der Steg 27 sowie die in einen breiten Pfosten 31 eingelassene Zentriernut 33 ersichtlich.
[0019] In den Fig. 3a und 3b ist jeweils die eine Hälfte des Spannfutters 1 mit dem daran festgespannten Werkstückträger 2 im Längsschnitt ersichtlich. In der Fig. 3a ist der Schnitt so gelegt, dass er durch eine Spannkugel 7 des Spannfutters 1 verläuft. Aus dem Schnitt gemäss Fig. 3aist ersichtlich, dass die Spannkugel(n) 7 unter der Wirkung des federbelasteten Betätigungskolbens 37 durch dessen Druckfläche 41 radial nach aussen gedrückt werden und in die Ringnut 23 des Werkstückträgers 2 eingreifen, so dass dieser in Z-Richtung gegen das Spannfutter 1 gezogen und daran fixiert wird. Dabei legt sich der Werkstückträger 2 mit seinen Z-Auflagen 35 an der Stirnfläche 4 des Spannfutters 2 an (Fig. 1). Die Fig. 3b zeigt den in die Zentriernut 33 eingreifenden Zentrierzapfen 5.
Durch die insgesamt vier Zentrierzapfen wird die Lage des Werkstückträgers gegenüber dem Spannfutter in X- und Y-Richtung sowie bezüglich der Winkellage um die Z-Achse bestimmt.
[0020] Die Fig. 4a und 4b zeigen zwei weitere Längsschnitte durch jeweils eine Hälfte des Spannfutters 1 mit daran festgespanntem Werkstückträger 2. In der Fig. 4a wird der Spannring 39 unter der Wirkung von Druckluft, welche über die Leitung 47 zugeführt wird, gegen die beiden Kupplungsscheiben 11, 12 gedrückt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, ist oberhalb der oberen Kupplungsscheibe 11 eine erste Reibscheibe 45 angeordnet. Zwischen der oberen und der unteren Kupplungsscheibe 11, 12 ist eine zweite Reibscheibe 46 angeordnet. Die beiden Reibscheiben 45, 46 dienen dazu, die von dem Spannring 39 auf die beiden Kupplungsscheiben 11, 12 übertragene Reibwirkung zu erhöhen.
Nach dem Zuführen von Druckluft über die Leitung 47 werden die beiden Kupplungsscheiben 11,12 unter der Wirkung des Spannrings 39 gegen die Druckplatte 18 gedrückt und sowohl in radialer Richtung wie auch bezüglich der Winkellage um die Z-Achse fixiert. Vorzugsweise sind die beiden Kupplungsscheiben 11, 12 derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass sie unter der Wirkung des Spannrings 39 beim Festspannen radial nach aussen gedrückt oder in radialer Richtung soweit gedehnt werden, so dass sie sich reibschlüssig auf der Innenseite des Spannfutters 2 bzw. des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 anlegen. Dazu kann beispielsweise auch das Prinzip einer Tellerfeder ausgenutzt werden, welche sich beim axialen Verspannen radial ausdehnt.
[0021] Die beiden Kupplungsscheiben 11,12 sind grundsätzlich derart dimensioniert, dass deren Aussendurchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 in demjenigen Bereich, an dem die Kupplungsscheiben 11, 12 kraftschlüssig anzugreifen bestimmt sind. Vorzugsweise ist der Aussendurchmesser der beiden Kupplungsscheiben 11, 12 um einige Hundertstelmillimeter kleiner als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 im Bereich der genannten Reibfläche.
[0022] Ggf. können auch die Flanken der Lamellen der beiden Kupplungsscheiben 11, 12 für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Spannfutter 1 und dem Werkstückträger 2 genutzt werden, indem sichergestellt wird, dass zumindest einzelne Flanken der Lamellen beim Festspannen der Kupplungsscheiben 11, 12 an einem Pfosten 30, 31, 34 des Stegs 27 (Fig. 1) am Werkstückträger 2 zur Anlage kommen. Um dies sicherzustellen, können die beiden Kupplungsscheiben 11, 12, beispielsweise mittels eines Federstifts 36, um einige Winkelgrade gegeneinander verdreht werden. Beim Aufsetzen des Werkstückträgers 2 auf das Spannfutters 1 greifen zuerst die Lamellen der vorderen bzw. unteren Kupplungsscheibe 12 in die entsprechenden Ausnehmungen 28, 29 des Werkstückträgers 2 ein.
Danach muss der Werkstückträger 2 gegenüber dem Spannfutter 1 entgegen der Federkraft des Federstifts 36 leicht verdreht werden, so dass die Lamellen der hinteren bzw. oberen Kupplungsscheibe 11 ebenfalls in die Ausnehmungen 28, 29 eingreifen können und die Zentrierzapfen in die korrespondierenden Zentriernuten eingeführt werden können. Nach dem Loslassen des Werkstückträgers 2 liegen die Lamellen der jeweiligen Kupplungsscheibe 11, 12 mit je einer Flanke an einem Pfosten 30, 31, 34 des Stegs 27 (Fig. 1) am Werkstückträger 2 an. Nach dem Festspannen der beiden Kupplungsscheiben 11, 12 besteht damit auch über die Lamellenflanken eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Spannfutter 1 und dem Werkstückträger 2.
Das Vorsehen eines Federstifts 36 der genannten Art hat den weiteren Vorteil, dass damit die beiden Kupplungsscheiben 11, 12 grob in der Lage orientiert werden.
[0023] Schliesslich kann auch vorgesehen werden, dass sich zumindest eine Kupplungsscheibe 12 mit ihrer Oberfläche an dem Werkstückträger 2 anlegt. Auf das vorliegende Beispiel bezogen, könnten sich beispielsweise die Lamellen der unteren Kupplungsscheibe 12 mit ihren unteren, der Grundplatte 20 des Werkstückträgers 2 zugewandten Seitenflächen am Steg 27 des Werkstückträgers 2 kraftschlüssig anlegen.
[0024] Ggf. können die beiden Kupplungsscheiben auch derart dimensioniert werden, dass nach dem Festspannen noch ein minimaler radialer Spalt zwischen der Innenseite des Spannfutters 2 im Bereich des hohlzylindrischen Ringkörpers 22 und der Stirnfläche der jeweiligen Kupplungsscheibe bzw. der jeweiligen Lamelle besteht.
Wirkt nämlich eine grosse Kraft auf den Werkstückträger, indem beispielsweise ein Bearbeitungswerkzeug mit einem grossen Vorschub radial nach innen bewegt wird, so wird der Werkstückträger gegenüber dem an der Drehmaschine befestigten Spannfutter radial, d.h. exzentrisch ausgelenkt, so dass sich zumindest einzelne Lamellen mit ihrer Stirnfläche an der Reibfläche des Werkstückträgers anlegen, womit über die Kupplungsscheiben eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Spannfutter und dem Werkstückträger hergestellt wird und die Zentrierelemente vor Beschädigung geschützt werden. In diesem Fall kommt die Kupplungsanordnung nur dann zum Einsatz, wenn ein in Drehrichtung um die Z-Achse auf den Werkstückträger 2 einwirkendes Drehmoment überschritten wird.
[0025] Das Aktivieren bzw. Fixieren der Kupplungsscheiben 11, 12 erfolgt nachdem der Werkstückträger 2 am Spannfutter 1 fixiert wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass der Positioniervorgang, bei dem der Werkstückträger 2 hochpräzise am Spannfutter 1 fixiert wird, von der Kupplungsanordnung nicht beeinflusst wird. Erst nachdem der Werkstückträger 2 unverrückbar am Spannfutter 1 fixiert ist, werden die Kupplungsscheiben 11, 12 in der vorgängig genannten Art aktiviert bzw. unbeweglich am Spannfutter 1 festgespannt. Neben einem pneumatischen Aktivieren bzw. Zuschalten der Kupplungselemente 11, 12 kann dies beispielsweise auch auf hydraulische oder elektromechanische Art erfolgen.
[0026] In der Fig. 4b ist der Längsschnitt wiederum so gelegt, dass er durch eine Spannkugel 7 des Spannfutters 1 verläuft. Zusätzlich ist aus dieser Darstellung ein weiterer Luftzufuhrkanal 48 ersichtlich, über den Druckluft zum Lösen des Werkstückträgers zugeführt werden kann. Sobald die über den Luftzufuhrkanal 48 zugeführte Druckluft einen bestimmten Überdruck aufgebaut hat, wird der Betätigungskolben 37 entgegen der Vorspannung der Feder 43 soweit nach unten gedrückt, bis dessen Nut vor den Spannkugeln zu liegen kommt. Nun kann der Werkstückträger 2 in axialer Richtung vom Spannfutter 1 abgezogen und entfernt werden.
Bezugszeichenliste:
[0027]
<tb>1.<sep>Spannfutter
<tb>2.<sep>Werkstückträger
<tb>3.<sep>Durchgangsbohrung
<tb>4.<sep>kreisringförmige Stirnfläche
<tb>5.<sep>Zentrierzapfen
<tb>6.<sep>Spannmechanismus
<tb>7.<sep>Spannkugeln
<tb>8.<sep>zylindrischer Abschnitt
<tb>9.<sep>
<tb>10.<sep>Kupplungsanordnung
<tb>11.<sep>Kupplungsscheibe
<tb>12.<sep>Kupplungsscheibe
<tb>13.<sep>Lamelle
<tb>14.<sep>Lamelle
<tb>15.<sep>Lamelle
<tb>16.<sep>Aussparung
<tb>17.<sep>Aussparung
<tb>18.<sep>Druckplatte
<tb>19.<sep>
<tb>20.<sep>Grundplatte
<tb>21.<sep>Öffnung
<tb>22.<sep>hohlzylindrischer Ringkörper
<tb>23.<sep>Ringnut
<tb>24.<sep>Wandabschnitt
<tb>25.<sep>Wandabschnitt
<tb>26.<sep>Reibfläche
<tb>27.<sep>Steg
<tb>28.<sep>Ausnehmung
<tb>29.<sep>Ausnehmung
<tb>30.<sep>breiter Pfosten
<tb>31.<sep>breiter Pfosten
<tb>32.<sep>Zentriernut
<tb>33.<sep>Zentriernut
<tb>34.<sep>schmaler Pfosten
<tb>35.<sep>Z-Auflage
<tb>36.<sep>Federstift
<tb>37.<sep>Betätigungskolben
<tb>38.<sep>Nut
<tb>39.<sep>Spannring
<tb>40.<sep>Luftzuleitung
<tb>41.<sep>Druckfläche
<tb>42.<sep>Reibfläche
<tb>43.<sep>Feder
<tb>44.<sep>
<tb>45.<sep>Reibscheibe
<tb>46.<sep>Reibscheibe
<tb>47.<sep>Druckluft (Kupplung)
<tb>48.<sep>Luftzuleitung Lösen Palette
The present invention relates to a trained according to the preamble of claim 1 clamping device.
Such clamping devices are preferably used for positionally defined clamping of a provided with a workpiece or multiple workpieces workpiece carrier in the working area of a processing machine, in particular a lathe used. The chuck is usually firmly fixed to the machine, while the workpiece carrier is releasably fixed to the chuck. The entire clamping device is preferably designed rotationally symmetrical.
A fundamental problem with clamping devices of the type in question here is, in particular, that the workpiece carrier on the one hand repeated high precision chucked on the chuck, and that the workpiece carrier on the other hand high forces, as they occur, for example, when milling or turning should be able to record , However, this is associated with difficulties, since it is known that it is difficult to design the centering elements in such a way that, on the one hand, they enable a highly precise positioning of the workpiece carrier on the chuck and, on the other hand, if necessary, be able to absorb high forces without being damaged.
For example, from EP-A-1 068 919 a generic tensioning device is known which can absorb relatively high tilting and torques. The clamping device comprises a chuck to be fixed in the working area of the processing machine and a workpiece carrier which can be placed on the chuck and clamped thereto. First positioning means on the chuck and second positioning means on the workpiece carrier work together in pairs as straightening elements and position the workpiece carrier in the X, Y and Z directions. In order to clamp the workpiece carrier in the position determined by the positioning means on the chuck, a clamping device is provided.
This comprises a plurality of clamping balls arranged along a circular ring, the clamping force lines of action of which lie essentially on or in the region of an imaginary, Z-axis-parallel, cylindrical peripheral surface which intersects the first and second positioning means. The power transmission from the workpiece carrier to the chuck is primarily via Z-bearing surfaces on which the workpiece carrier comes to rest when tightening the chuck. Although such a clamping device can absorb relatively high forces, there is still the risk that the positioning elements are damaged when high torques occur about the Z axis, since such torques must be transmitted primarily via the frictional connection existing between the Z bearing surfaces, but not these designed to absorb high torques around the Z axis.
The invention aims to provide a clamping device with a chuck and a releasably fixed thereto workpiece carrier in such a way that the workpiece carrier at undiminished high clamping accuracy higher forces than before, especially higher torques about the Z-axis record.
For this purpose, a tensioning device according to claim 1 is provided according to the invention.
The basic idea of the invention is to be seen in the fact that the chuck is provided with coupling means which fix the workpiece carrier after aligning and tightening the chuck additionally, so that the workpiece carrier can accommodate higher forces than before without limiting the positioning accuracy.
Preferred embodiments and further developments of the subject invention are described in the dependent claims 2 to 12.
In the following, a preferred embodiment of the inventive clamping device is explained in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a perspective view of the clamping device consisting of a chuck and a workpiece carrier clamping device;
<Tb> FIG. 2a <sep> a first longitudinal section through the left half of the chuck and the workpiece carrier;
<Tb> FIG. 2b shows a further longitudinal section through the right half of the chuck and of the workpiece carrier;
<Tb> FIG. 3a <sep> a first longitudinal section through the left half of the chuck with workpiece carrier clamped thereto;
<Tb> FIG. 3b <sep> another longitudinal section through the right half of the chuck with workpiece carrier clamped thereto;
<Tb> FIG. 4a <sep> another longitudinal section through the left half of the chuck with clamped workpiece carrier, and
<Tb> FIG. 4b <sep> another longitudinal section through the right half of the chuck with it clamped workpiece carrier.
In Fig. 1, consisting of a chuck and a workpiece carrier clamping device is shown in a perspective view. The chuck is designed for attachment to a lathe, not shown. On a lathe usually rotationally symmetric parts are machined by machining.
The chuck 1 is provided with a through hole 3, so that even long workpieces such as shafts and the like. Can be clamped to it. For clamping the workpiece carrier 2, the chuck 1 is provided with a clamping mechanism 6, which comprises a plurality of circumferentially distributed clamping balls 7. These clamping balls 7 are arranged along a cylindrical portion 8 and slidable in the radial direction. Before the clamping mechanism 6, the chuck 1 is provided with an annular end face 4, are arranged uniformly distributed on the four centering in the form of centering pin 5. However, only two of the four centering pins 5 can be seen from this illustration.
Said end face 4, on which the centering pins 5 are arranged, simultaneously represents the Z support for the workpiece carrier 2.
The chuck 1 is further provided with a clutch assembly 10, the u.a. two clutch plates 11, 12 comprises. The two clutch discs 11,12 are provided with a plurality of axial recesses 16, 17 which divide the respective clutch disc 11, 12 in the radial direction into individual lamellae 13, 14, 15. In the initial state, the two clutch plates 11, 12 are not fixedly connected to the chuck 2, but they have slightly play both in the radial direction as well as in the direction of rotation about the longitudinal central axis 9, i. they are movable by a few tenths of a millimeter. Through this game is to ensure that the clutch plates 11, 12 and
Slats 13, 14, 15 can penetrate during insertion and clamping of the workpiece carrier 2 in corresponding recesses or clearances, without them would emanate a positioning accuracy possibly influencing force. On the front of the chuck 1, an annular pressure plate 18 is arranged, which serves as a non-positive support when tightening the two clutch plates 11, 12.
The substantially cylindrically shaped workpiece carrier 2 is provided on the side facing away from the chuck with a base plate 20 having a circular opening 21. At this base plate 20, a hollow cylindrical annular body 22 is fixed, the inside of which is provided with an annular circumferential groove 23, on which the clamping balls 7 of the chuck 1 can engage for clamping the workpiece carrier 2. The base plate 20 is also provided with an annular web 27 which extends along the inside of the hollow cylindrical annular body 22. The projection is provided with four wide posts 30, 31 and four narrow posts 34, from which representation only two wide posts 30, 31 and a narrow post 34 can be seen.
In the wide posts 30, 31 each have a centering groove 32, 33 is inserted, which correspond in shape and position with the centering pin 5 of the chuck. Between two wide posts 30, 31 each have a narrow post 34 is arranged, whose end face is provided with a round, serving as a Z-bearing surface 35. Between a narrow post 34 and the two adjacent wide posts 30, 31 extends in each case a recess 28, 29, in which the respective blades 13, 14 of the chuck arranged on the clutch plates 11,12 can extend. In the radial direction, the recesses 28, 29 bounded by the inside of the hollow cylindrical annular body 22. The respective recess 28, 29 radially bounding wall portion 24, 25 of the hollow cylindrical annular body 22 can be used as a friction surface for the clutch plates 11, 12.
For this purpose, the respective wall portion 24, 25 is preferably formed as a friction surface 26 by the hollow cylindrical annular body 22 is provided at least in the region of said wall sections 24, 25 with a friction increasing surface or coating.
Fig. 2a shows a first longitudinal section through one half of the chuck 1 and the workpiece carrier 2, while Fig. 2b shows a second longitudinal section through one half of the chuck 1 and the workpiece carrier 2. The longitudinal section in FIG. 2a is laid so that it passes through a tensioning ball 7 of the chuck 1 and the Z-bearing 35 of the workpiece carrier 2. For radial displacement of the clamping balls 7, the chuck 1 is provided with a loaded by a plurality of springs 43, annular actuating piston 37 which has on the outside a circumferential recess into which the clamping balls 7 may extend in the initial state shown here.
In order to move the actuating piston 37 against the spring force in the initial position shown, this is acted upon via an air supply line 40 with compressed air and pressed down. The front of the actuating piston 37 is provided with a pressure surface 41 which, when the actuating piston 37 is moved backwards, determines the clamping balls 7 to be pressed radially outwards. Once the pneumatic pressure in the air supply line 40 is reduced, the actuating piston 37 is pushed by the force of the springs 43 upwards and the clamping balls 7 radially displaced outward into the operative position.
By the actuating piston 37 is biased by springs 43 which are determined to press it up into a locking position, a self-locking of the clamping device is achieved because the workpiece carrier 2 after fixing on the chuck 1 exclusively by the force of the springs and without the support of a Actuating medium such as compressed air is securely fixed.
The two clutch plates are dimensioned such that their outer diameter in the region of the lamellae 14a, 14b is slightly smaller than the inner diameter of the hollow cylindrical annular body 22 of the chuck 2. This is to ensure that the workpiece carrier 2 in the axial direction of the chuck. 1 can be pushed without the two clutch plates come to rest with their end faces S1, S2 radially to the workpiece carrier 2, namely on the inside of the hollow cylindrical ring body 22. Preferably, the outer diameter of the two clutch discs or the fins 14a, 14b smaller by a few hundredths of a millimeter as the inner diameter of the hollow cylindrical annular body 22 in the region of the respective friction surface 26 (FIG. 1).
In front of said actuating piston 37, a clamping ring 39 is arranged, which is displaceable in the axial direction independently of the actuating piston 37 and serves to fix the two clutch plates by being pressed against the pressure plate 18. The actuating piston 37 is also pneumatically operated.
The longitudinal section through the workpiece carrier 2 shows in particular the provided with a circular opening 21 base plate 20 to which the hollow cylindrical annular body 22 is attached. On the inside of the hollow cylindrical ring body 22, the annular groove 23 can be seen, on which the clamping balls 7 of the chuck 1 engage for clamping the workpiece carrier 2. The longitudinal section is laid so that it passes through a wide pin provided with a post 34, the surface 35 forms a Z-bearing, which comes to rest on the annular end face 4 of the chuck 1 during clamping of the workpiece carrier 2. It can also be seen in particular from this representation that the web 27 and the posts 34 are formed integrally with the base plate 20.
In Fig. 2b, the section through the centering, in particular by a centering pin 5 of the chuck 1 and a centering 33 of the workpiece carrier 2. From this illustration, in particular, the recessed into the actuating piston 37 groove 38, the pressure surface 41 and the clamping ring 39 can be seen, which latter forms part of the previously mentioned coupling arrangement 10. On the workpiece carrier 2 u.a. the web 27 and the sunken in a wide post 31 centering 33 can be seen.
In FIGS. 3a and 3b, one half of the chuck 1 with the workpiece carrier 2 clamped thereto is shown in longitudinal section. In Fig. 3a, the section is laid so that it passes through a clamping ball 7 of the chuck 1. From the section according to FIG. 3a, it can be seen that under the action of the spring-loaded actuating piston 37, the clamping ball (s) 7 are pressed radially outward by its pressure surface 41 and engage in the annular groove 23 of the workpiece carrier 2, so that it is in the Z direction the chuck 1 is pulled and fixed to it. In this case, the workpiece carrier 2 sets with its Z-pads 35 on the end face 4 of the chuck 2 (Fig. 1). FIG. 3 b shows the centering pin 5 engaging in the centering groove 33.
The four centering pins determine the position of the workpiece carrier relative to the chuck in the X and Y directions and with respect to the angular position about the Z axis.
4a and 4b show two further longitudinal sections through one half of the chuck 1 with it clamped workpiece carrier 2. In Fig. 4a, the clamping ring 39 under the action of compressed air, which is supplied via the line 47, against the two clutch plates 11, 12 pressed. As can be seen from this illustration, a first friction disc 45 is disposed above the upper clutch disc 11. Between the upper and the lower clutch disc 11, 12, a second friction disc 46 is arranged. The two friction plates 45, 46 serve to increase the transmitted from the clamping ring 39 on the two clutch plates 11, 12 friction effect.
After supplying compressed air via the line 47, the two clutch plates 11,12 are pressed under the action of the clamping ring 39 against the pressure plate 18 and fixed both in the radial direction as well as with respect to the angular position about the Z axis. Preferably, the two clutch plates 11, 12 are formed or arranged such that they are pressed under the action of the clamping ring 39 when tightening radially outward or stretched in the radial direction so far, so that they frictionally on the inside of the chuck 2 and des create hollow cylindrical ring body 22. For this purpose, for example, the principle of a plate spring can be exploited, which expands radially during axial clamping.
The two clutch plates 11,12 are basically dimensioned such that the outer diameter is only slightly smaller than the inner diameter of the hollow cylindrical annular body 22 in that area at which the clutch plates 11, 12 are determined to engage frictionally. Preferably, the outer diameter of the two clutch discs 11, 12 smaller by a few hundredths of a millimeter than the inner diameter of the hollow cylindrical annular body 22 in the region of said friction surface.
If necessary can also the flanks of the fins of the two clutch plates 11, 12 are used for a frictional connection between the chuck 1 and the workpiece carrier 2, by ensuring that at least individual edges of the slats when tightening the clutch plates 11, 12 on a post 30, 31st , 34 of the web 27 (FIG. 1) come to rest on the workpiece carrier 2. To ensure this, the two clutch plates 11, 12, for example by means of a spring pin 36, are rotated by a few degrees against each other. When placing the workpiece carrier 2 on the chuck 1, the blades of the front or lower clutch disc 12 first engage in the corresponding recesses 28, 29 of the workpiece carrier 2.
Thereafter, the workpiece carrier 2 relative to the chuck 1 against the spring force of the spring pin 36 must be slightly rotated, so that the slats of the rear or upper clutch disc 11 can also engage in the recesses 28, 29 and the centering pins can be inserted into the corresponding centering. After letting go of the workpiece carrier 2, the lamellae of the respective clutch disk 11, 12 with one flank on each of a post 30, 31, 34 of the web 27 (FIG. 1) contact the workpiece carrier 2. After tightening the two clutch plates 11, 12 is thus also on the lamellar edges a positive and non-positive connection between the chuck 1 and the workpiece carrier. 2
The provision of a spring pin 36 of the type mentioned has the further advantage that so that the two clutch plates 11, 12 are roughly oriented in position.
Finally, it can also be provided that at least one clutch disc 12 rests with its surface on the workpiece carrier 2. With reference to the present example, for example, the lamellae of the lower clutch disc 12 with its lower, the base plate 20 of the workpiece carrier 2 facing side surfaces on the web 27 of the workpiece carrier 2 could create a non-positive.
If necessary the two clutch plates can also be dimensioned such that after clamping nor a minimum radial gap between the inside of the chuck 2 in the region of the hollow cylindrical annular body 22 and the end face of the respective clutch disc or the respective lamella exists.
Namely, when a large force acts on the workpiece carrier, for example, by moving a machining tool having a large feed radially inward, the workpiece carrier becomes radially opposite to the chuck attached to the lathe, i.e., the workpiece carrier. deflected eccentrically, so that at least individual lamellae bear with their end face on the friction surface of the workpiece carrier, whereby on the clutch plates, a frictional connection between the chuck and the workpiece carrier is made and the centering elements are protected from damage. In this case, the coupling arrangement is only used when a force acting in the direction of rotation about the Z axis on the workpiece carrier 2 torque is exceeded.
The activation or fixing of the clutch plates 11, 12 takes place after the workpiece carrier 2 has been fixed to the chuck 1. This ensures that the positioning process, in which the workpiece carrier 2 is fixed with high precision on the chuck 1, is not influenced by the coupling arrangement. Only after the workpiece carrier 2 is immovably fixed to the chuck 1, the clutch discs 11, 12 are activated in the aforementioned manner or immovably clamped to the chuck 1. In addition to a pneumatic activation or connection of the coupling elements 11, 12, this can for example also be done in a hydraulic or electromechanical manner.
In Fig. 4b, the longitudinal section is again placed so that it passes through a clamping ball 7 of the chuck 1. In addition, from this illustration, a further air supply channel 48 can be seen, can be supplied via the compressed air for releasing the workpiece carrier. As soon as the compressed air supplied via the air supply channel 48 has built up a certain overpressure, the actuating piston 37 is pushed down against the bias of the spring 43 until its groove comes to rest in front of the clamping balls. Now, the workpiece carrier 2 can be removed and removed in the axial direction of the chuck 1.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0027]
<Tb> 1 <sep> chuck
<Tb> 2 <sep> workpiece carrier
<Tb> 3 <sep> through hole
<tb> 4. <sep> circular face
<Tb> 5 <sep> centering
<Tb> 6 <sep> clamping mechanism
<Tb> 7 <sep> clamping balls
<tb> 8. <sep> cylindrical section
<Tb> 9 <sep>
<Tb> 10 <sep> clutch assembly
<Tb> 11 <sep> Clutch plate
<Tb> 12 <sep> Clutch plate
<Tb> 13 <sep> slat
<Tb> 14 <sep> slat
<Tb> 15 <sep> slat
<Tb> 16 <sep> recess
<Tb> 17 <sep> recess
<Tb> 18 <sep> printing plate
<Tb> 19 <sep>
<Tb> 20 <sep> base
<Tb> 21 <sep> Opening
<tb> 22. <sep> hollow cylindrical ring body
<Tb> 23 <sep> groove
<Tb> 24 <sep> wall section
<Tb> 25 <sep> wall section
<Tb> 26 <sep> friction
<Tb> 27 <sep> Steg
<Tb> 28 <sep> recess
<Tb> 29 <sep> recess
<tb> 30. <sep> wide pole
<tb> 31. <sep> wide jamb
<Tb> 32 <sep> centering
<Tb> 33 <sep> centering
<tb> 34. <sep> narrow pole
<Tb> 35 <sep> Z support
<Tb> 36 <sep> spring pin
<Tb> 37 <sep> actuating piston
<Tb> 38 <sep> Nut
<Tb> 39 <sep> clamping ring
<Tb> 40 <sep> air supply
<Tb> 41 <sep> print area
<Tb> 42 <sep> friction
<Tb> 43 <sep> Spring
<Tb> 44 <sep>
<Tb> 45 <sep> friction
<Tb> 46 <sep> friction
<tb> 47. <sep> Compressed air (clutch)
<tb> 48. <sep> Air Supply Release pallet