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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Fixieren eines
Werkstücks während der spanenden Bearbeitung, insbesondere
während der spanenden Bearbeitung seiner Stirnfläche, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das Problem, flache Bauteile spanend zu bearbeiten, tritt in
der Fertigungstechnik vielfach auf, wie zum Beispiel, wenn die
Dicke eines Metallrings durch planparalleles spanendes
Bearbeiten verringert werden soll. Zur Bearbeitung der Stirnfläche
eines Werkstücks wird das Werkstück bisher z. B. mittels üblicher
Spannbacken in eine Drehmaschine eingespannt und anschließend
bearbeitet. Allerdings muss sich dabei ein relativ großer Teil
des Werkstücks innerhalb der Spannbacken befinden, um eine
stabile Einspannung zu erreichen. Sehr flache Bauteile können
daher nicht bearbeitet werden, da sie in Axialrichtung zu wenig
Überlappung mit den Spannbacken besitzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung
zum Fixieren insbesondere flacher Bauteile vorzuschlagen, mit
der bei der spanenden Bearbeitung vor allem die Stirnflächen
der Bauteile planparallel bearbeitet werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Hauptanspruchs gelöst.
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Danach sind die Spannbacken der Spannvorrichtung auf ihren
Stirnflächen jeweils mit einem axialen Vorsprung versehen, der
eine in Radialrichtung abragende Flankenfläche, die mit der
Stirnfläche der Spannbacke einen spitzen Winkel einschließt,
zur Aufnahme des Werkstücks besitzt. Ferner liegt das Werkstück
an einer Anschlagsfläche auf der Stirnfläche der Spannbacke an
und besitzt so axialen Halt.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht eine
maschinelle spanende Bearbeitung der Stirnflächen von flachen
Bauteilen, was in der Serienfertigung einen enormen Zeitgewinn mit
sich bringt.
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Durch die Klammerwirkung, welche die einen spitzen Winkel mit
der Stirnfläche der Spannbacke einschließenden Flankenflächen
auf das von ihnen ergriffene Werkstück ausüben, können auch
Werkstücke geringer Dicke sehr sicher während der mit der
Bearbeitung verbundenen dynamischen Belastung gehalten werden.
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Ferner ist die Spannvorrichtung einfach und kostengünstig
herzustellen, da zu ihrer Herstellung herkömmliche Spannbacken
herangezogen werden können, die lediglich mit den
erfindungsgemäßen Vorsprüngen versehen werden müssen, was sehr einfach zum
Beispiel durch spanende Bearbeitung erreicht werden kann.
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Weiterhin wird beim Einsatz der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung eine hohe Flexibilität im Fertigungsprozess erreicht, da
die Spannvorrichtung auch zur Bearbeitung größerer und dickerer
Werkstücke verwendet werden kann, ohne dass die Spannbacken
zwischendurch ausgewechselt werden müssen.
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Vorteilhafterweise wird die Spannvorrichtung eingesetzt, um
Werkstücke auf einer Drehbank mittels Drehen zu bearbeiten
(Anspruch 2). So kann die Spannvorrichtung z. B. verwendet werden,
um durch die spanende Bearbeitung der Stirnflächen die Dicke
flacher rotationssymmetrischer Scheiben oder Ringe zu
verringern, was mit herkömmlichen Drehbacken bei Unterschreitung
einer bestimmten Werkstück-Dicke auf einer Drehbank nicht mehr
möglich ist. In der Praxis werden die Werkstücke in solchen
Fällen dann durch Schleifen bearbeitet, wobei aber die
erforderliche Planparallelität nicht zuverlässig gewährleistet
werden kann.
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Zweckmäßigerweise ragen die Flankenflächen in Radialrichtung
nach innen ab, so dass sie an der äußeren Mantelfläche des
rotationssymmetrischen Werkstücks angreifen. So können auch
Werkstücke mit relativ kleinen Durchmessern wie dünne, kurze
Wellen eingespannt werden (Anspruch 3).
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Alternativ kann das Werkstück auch dadurch von innen
eingespannt werden, dass die Flankenflächen der Vorsprünge radial
nach außen abragen und somit in eine im Werkstück vorhandene
Innenbohrung hineingreifen können. Mit dieser Einspannung
können auch ringförmige, flache Werkstücke spanend bearbeitet
werden (Anspruch 4).
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus
der Beschreibung hervor.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit eingespanntem
Werkstück in einer Draufsicht,
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Fig. 2 eine Spannbacke der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
mit eingespanntem Werkstück in der Seitenansicht sowie
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Fig. 3 eine Spannbacke der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
mit von innen eingespanntem Werkstück.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung 1. Dargestellt ist hier ein Dreibackenfutter 2
einer konventionellen Drehmaschine in einer Draufsicht. Zu
erkennen sind drei Spannbacken 3, die miteinander jeweils einen
Winkel von 60° einschließen. In der Mitte der drei Spannbacken 3
befindet sich ein von den Spannbacken 3 fixiertes Werkstück 4,
das in diesem Beispiel einen rotationssymmetrischen Querschnitt
besitzt.
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Auf der von der Drehmaschine abgewandten Stirnfläche 5 der
Spannbacke 3 befindet sich ein Vorsprung 6 in axialer Richtung.
Der Vorsprung 6 besitzt in Umfangsrichtung als Querschnitt
einen Teilkreisring 16, der vor allem zur Aufnahme
rotationssymmetrischer Werkstücke geeignet ist.
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In Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Spannbacke 3 mit
eingespanntem Werkstück 4 dargestellt. Hier ist der Vorsprung 6 auf
der Stirnfläche 5 der Spannbacke 3 von der Seite gezeigt. Der
Vorsprung 6 besitzt in radialer Richtung zwei Flankenflächen
7, 7', wobei die eine Flankenfläche 7 radial nach außen und die
andere Flankenfläche 7' nach innen gewandt ist. Beide
Flankenflächen 7, 7' schließen mit der Stirnfläche 5 der Spannbacke 3
spitze Winkel 13, 13' ein, so dass der Vorsprung 6 auf beiden
radialen Seiten jeweils eine Spitze 15, 15' an der von der
Spannbacke 3 abgewandten Seite besitzt. So erfolgt ein
keilförmiger Eingriff in das Werkstück 4. Auf diese Weise wird bei der
Einspannung des Werkstücks 4 mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung 1 zwischen der Spitze 15' und der Oberfläche
des Werkstücks 4 ein linienförmiger Kontakt erzielt.
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Neben dem radialen Halt durch die Vorsprünge 6 besitzt das
eingespannte Werkstück 4 in der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
1 axialen Halt dadurch, dass eine axiale Anschlagsfläche 8, 8'
auf der Stirnfläche 5 der Spannbacke 3 vorgesehen ist.
Gleichzeitig ermöglicht diese Anschlagsfläche 8, 8' eine
reproduzierbare Positionierung des Werkstücks 4 in der Spannvorrichtung 1.
In diesem Fall besteht die Anschlagsfläche 8' durch die radiale
Anordnung des Vorsprungs 6 aus einem Bereich der Stirnfläche 5,
so dass eine radiale Überlappung zwischen dem Werkstück 4 und
der Stirnfläche 5 der Spannbacke 3 erzielt wird.
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In Fig. 2 ist erkennbar, dass die axiale Höhe des Vorsprungs 6
kleiner sein muss als der Abstand des spanend zu bearbeitenden
Bereichs des in der Spannvorrichtung 1 fixierten Werkstücks 4
von einer auf der Anschlagsfläche 8' aufliegenden Grundfläche
14 des Werkstücks 4, damit das Werkstück 4 ohne Umspannen
bearbeitet werden kann.
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Ist das Werkstück 4 wie oben beschrieben in der
Spannvorrichtung 1 fixiert, so ist es möglich, die Stirnfläche 9 des
Werkstücks 4 durch spanende Bearbeitung mit geometrisch bestimmter
Schneide planparallel mit einer hohen Genauigkeit und
Prozesssicherheit zu bearbeiten.
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Neben der oben erläuterten Art der Einspannung durch Fixierung
einer äußeren Mantelfläche 10 des Werkstücks 4 zwischen den
nach innen abragenden Flankenflächen 7' der Vorsprünge 6, ist
es mit der Spannvorrichtung 1 auch möglich, ein Werkstück 4 von
innen zu ergreifen. Diese Möglichkeit ist in Fig. 3
verdeutlicht. Hier ist ein rotationssymmetrisches, hohlzylindrisches
Werkstück 4 im eingespannten Zustand dargestellt. Es kann sich
zum Beispiel um einen flachen Ring handeln. Dieses Werkstück 4
wird nun an einer Innenfläche 11, die eine Innenbohrung 12
begrenzt, durch die radial nach außen gerichteten Flankenflächen
7 der Vorsprünge 6 ergriffen. Auch diese nach außen abragenden
Flankenflächen 7 schließen mit den Stirnflächen 5 der
Spannbacken 3 einen spitzen Winkel 13 ein. So wird auch in diesem Fall
zwischen der Spitze 15 und der Oberfläche des Werkstücks 4 ein
linienförmiger Kontakt hergestellt. In diesem Fall wird die
Anschlagsfläche 8 von dem Bereich der Stirnfläche 5 der
Spannbacke 3 gebildet, der in Radialrichtung außerhalb des Vorsprungs
6 liegt.
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Die Vorsprünge 6 auf den Stirnflächen 5 der Spannbacken 3 sind
einfach herzustellen, indem man die Stirnfläche 5 einer
herkömmlichen Spannbacke 3 spanend bearbeitet. So lässt sich die
Spannvorrichtung 1 leicht und kostengünstig auf Basis einer
üblichen Spannvorrichtung realisieren.
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Die oben beschriebene Spannvorrichtung 1 ist nicht beschränkt
auf eine Bearbeitung der Stirnfläche 9 eines eingespannten
Werkstücks 4 durch Drehen auf einer Drehmaschine, sondern kann
auch für andere Verfahren der spanenden Bearbeitung mit
geometrisch bestimmter Schneide, z. B. zum Fräsen, eingesetzt werden.
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Dementsprechend ist nicht nur die Fixierung
rotationssymmetrischer Werkstücke möglich. Es ist auch möglich, flache
Werkstücke mit einem anderen Querschnitt mit Hilfe der
Spannvorrichtung 1 zu fixieren.
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Weiterhin kann das Werkstück auch eine andere Geometrie
besitzen, so dass es eine geringe axiale Überlappung mit den
Spannbacken besitzt, z. B. ein sich zu den Rändern abflachendes
axiales Profil.
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Ferner muss es sich nicht um eine Dreibacken-Spannvorrichtung
handeln. Die Anzahl der Spannbacken 3 kann durchaus mehr als
drei betragen.
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Die Anschlagsfläche 8, 8' ist nicht in jedem Fall als ein Teil
der Stirnfläche 5 der Spannbacken 3 zu wählen. Hier sind auch
andere konstruktive Lösungen wie die Anfügung eines
Zusatzbauteils zur Bildung eines axialen Anschlags vorstellbar.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sind auch andere
Geometrien für eine oder beide Flankenflächen 7 vorstellbar, bei
denen eine linienförmige Kontaktfläche 15 zwischen Mantelfläche
10 des Werkstücks 4 und der Flankenfläche 7 auftritt, z. B. eine
Flankenfläche 7 mit im Querschnitt dreieckförmigem Profil.