DE10159068A1 - Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks während der spanenden Bearbeitung - Google Patents

Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks während der spanenden Bearbeitung

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DE10159068A1
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Hermann Kaupp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02Chucks
    • B23B31/10Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/12Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
    • B23B31/16Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable moving radially
    • B23B31/1627Details of the jaws
    • B23B31/16275Form of the jaws

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks während der spanenden Bearbeitung, insbesondere während der spanenden Bearbeitung seiner Stirnfläche. Um eine maschinelle Bearbeitung insbesondere flacher Bauteile mit ausreichend hoher Planparallelität durchführen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Spannvorrichtung wenigstens drei Spannbacken umfasst, die auf ihren Stirnflächen jeweils wenigstens eine axiale Anschlagsfläche und einen axialen Vorsprung mit wenigstens einer in Radialrichtung abragenden Flankenfläche, die mit der Stirnfläche der Spannbacke einen spitzen Winkel einschließt, zum Erfassen des Werkstücks aufweisen.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
  • 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.
  • Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht eine maschinelle spanende Bearbeitung der Stirnflächen von flachen Bauteilen, was in der Serienfertigung einen enormen Zeitgewinn mit sich bringt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.
  • In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit eingespanntem Werkstück in einer Draufsicht,
  • Fig. 2 eine Spannbacke der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit eingespanntem Werkstück in der Seitenansicht sowie
  • Fig. 3 eine Spannbacke der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit von innen eingespanntem Werkstück.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ferner muss es sich nicht um eine Dreibacken-Spannvorrichtung handeln. Die Anzahl der Spannbacken 3 kann durchaus mehr als drei betragen.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

1. Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks während der spanenden Bearbeitung, insbesondere während der spanenden Bearbeitung seiner Stirnfläche, mit wenigstens drei Spannbacken, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stirnflächen (5) der Spannbacken (3)
wenigstens eine axiale Anschlagsfläche (8, 8') und
einen axialen Vorsprung (6) mit wenigstens einer in Radialrichtung abragenden Flankenfläche (2, 7'), die mit der Stirnfläche (5) der Spannbacke (3) einen spitzen Winkel (13, 13') einschließt,
aufweisen.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung ein Drehfutter mit Spannbacken (3) ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenflächen (7') in Radialrichtung nach innen abragen.
4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenflächen (7) in Radialrichtung nach außen abragen.
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