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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Festspannen
dünner, scheibenförmiger Werkstücke mit einem sich axial
erstreckenden Randkragen in einer mit Bezug auf die
Mittellängsachse des Spannfutters konzentrischen Lage, insbesondere
für Drehbearbeitung.
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Dünne, scheibenförmige Werkstücke müssen zur spanenden
Bearbeitung auf Drehmaschinen einerseits vom Spannfutter
ausreichend fest gespannt gehalten werden, während andererseits
dafür gesorgt werden muß, daß sie durch das Spannen nicht
verformt werden und ein exakter Rundlauf gewährleistet ist. In
der Praxis bekannt ist eine Spannvorrichtung der Firma EMAG,
bei der die scheibenförmigen Werkstücke an ihrer Hauptfläche
mittels Vakuum gehalten werden. Dabei hat es sich als
nachteilig erwiesen, daß durch die Beaufschlagung der Hauptfläche
mit Unterdruck Unebenheiten des Werkstücks im gespannten
Zustand kompensiert werden können, die nach dem Lösen der
Spannung wieder in Erscheinung treten. Auf diese Weise können
unerwünschte Formfehler des Werkstücks erhalten bleiben.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Spannfutter der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen,
welches in der Lage ist, leicht verformbare Werkstücke der
oben bezeichneten Grundform verzugsfrei zu spannen.
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Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Spannfutter gelöst, das an einem Gehäuse mehrere mit
Zentrierbohrungen im Werkstück in Eingriff zu bringende Zentrierstifte
aufweist sowie mehrere über den Umfang verteilte, am Randkragen
anzusetzende Greifer, bestehend jeweils aus einem Paar
Spannbolzen, die an einem drehbar am Gehäuse gelagerten Halter
axial elastisch nachgiebig derart geführt sind, daß sie bei
dessen Drehung um eine zur Mittellängsachse parallele Achse
durch einen Spannantrieb mit ihren freien Enden radial innen
bzw. außen gegen den Randkragen andrückbar sind.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß an den Klemmpunkten
keine hohen Kräfte erforderlich sind und der Randkragen im
Verhältnis zur Hauptfläche der scheibenförmigen Werkstücke
eine größere Steifigkeit hat. Daher können die Werkstücke mit
ausreichender Haltekraft verzugsfrei festgeklemmt werden.
Zusätzlich wird durch den Einsatz mehrerer, z. B. 12, über den
Umfang verteilter Greifer einer Vibration des Werkstücks
vorgebeugt. Dies wiederum führt zu geringerer Rauhigkeit und
besserer Ebenheit, d. h. insgesamt zu einer verbesserten
Oberflächenqualität der spanend bearbeiteten Flächen.
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In der bevorzugten praktischen Ausführungsform hat das
Spannfutter einen allen Greifern gemeinsamen Spannantrieb,
bestehend aus einer mit Bezug auf die Mittellängsachse axial
verschieblichen Spindel, die mit einem Konus- oder Keilschieber
versehen oder verbunden ist, durch den im Gehäuse geführte
Betätigungsbolzen radial verschieblich sind, die an den
Haltern exzentrisch zu deren Drehachse angreifen. Dabei sind
zweckmäßigerweise die Betätigungsbolzen zum Festspannen durch
eine hydraulisch axial verschiebliche Zugspindel gegen die
Wirkung von auf die Halter wirkenden Rückstellfedern radial
ausfahrbar. Das vorgeschlagene Spannfutter kann daher in jede
Drehmaschine mit einem Hydraulikaggregat eingebaut werden.
Die Übertragung der hydraulischen Spannkraft auf die über den
Umfang verteilten Greifer mittels Konus- oder Keilschieber
und Betätigungsbolzen ist konstruktiv sehr einfach.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die
beiden an einem Halter gelagerten Spannbolzen am Umfang
versetzt angeordnet, wobei sie mit ihren freien Enden in
entgegengesetzte Richtungen weisen. Dabei sind vorzugsweise die
Spannbolzen durch am Halter abgestützte Druckfedern bis in
eine vordere Endstellung zum Randkragen hin vorschiebbar. Man
erreicht auf diese Weise einen sehr einfachen Spann- und
Lösevorgang, denn es genügt, ein zu spannendes Werkstück mit
seinem Randkragen zwischen die freien Enden der Spannbolzen
einzuführen und dann die Halter ein wenig zu drehen. Dadurch
können die freien Enden der Spannbolzen mit einer bestimmten
Spannkraft gegen den Randkragen des Werkstücks angedrückt
werden. Je größer der Schwenkwinkel der Halter gewählt wird,
desto größer wird die Spannkraft.
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Die freien Enden der Spannbolzen lassen sich ohne weiteres so
anordnen, daß sie bei einem genau kreisrunden Randkragen nach
gleichem Schwenkweg der Halter sämtlich gleichzeitig am
Randkragen zur Anlage kommen und bei weiterem Verschwenken die an
ihnen angreifenden Druckfedern in gleichem Maße komprimiert
werden. Dank dieser Druckfedern haben Formfehler eines
Werkstücks keine schädlichen Auswirkungen auf den Spannvorgang
und später auf den Rundlauf, denn die einzelnen Spannbolzen
können beim Spannen durchaus unterschiedlich weit gegen die
Wirkung ihrer Druckfedern zurückgedrängt werden. Die dann
etwas unterschiedlichen Feder- und Andruckkräfte können keinen
Verzug bewirken. Im Gegenteil, während bei einer Ausführung
ohne Federn an den Spannbolzen einige davon mit ihren freien
Enden sehr stark gegen das Werkstück angepreßt würden, andere
dagegen überhaupt nicht, sorgen die Druckfedern für einen
verhältnismäßig gleichmäßigen Andruck aller Spannbolzen an
das Werkstück.
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Im Hinblick auf eine möglichst genaue Erfassung und Spannung
des Werkstücks sind in der bevorzugten praktischen Ausführung
die freien Enden der Spannbolzen als Spitze ausgebildet. Man
erhält dadurch eine definierte, punktförmige Anlage und einen
sehr rutschsicheren Griff, ohne daß es dafür hoher
Klemmkräfte bedarf, die die angestrebte Verzugsfreiheit gefährden
würden.
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Eine besonders einfache Konstruktion, die gleichzeitig
Spielfreiheit gewährleistet, wird bei dem vorgeschlagenen
Spannfutter dadurch erreicht, daß jeweils ein Betätigungsbolzen
und eine Rückstellfeder gegen einen Halter auf
entgegengesetzten Seiten von dessen Drehachse drücken. Somit werden die
für den Spannvorgang und das Lösen erforderlichen Kräfte
zwischen den Teilen des Spannmechanismus einfach nur über
aneinander anliegende Druckflächen übertragen. Die
Verschwenkbarkeit der Halter der Greifer bildet dabei keinen
Hinderungsgrund, wenn vorzugsweise jeweils eine der zusammenwirkenden
Kontakflächen zwischen einem Betätigungsbolzen und dem Halter
bzw. zwischen diesem und einem Federkolben der Rückstellfeder
sphärisch ausgebildet ist.
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Als weitere zweckmäßige Ausgestaltung des neuen Spannfutters
ist vorgesehen, daß auf der zum scheibenförmigen Werkstück
weisenden Endfläche des Gehäuses wenigstens ein Magnet
angebracht ist. Er sichert ein in das Spannfutter eingesetztes
Werkstück vor dem Spannvorgang und nach dem Lösen gegen
Herausfallen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Spannfutter mit einem
darin eingespannten scheibenförmigen
Werkstück;
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Fig. 2 eine schematische Stirnansicht der
Spannvorrichtung mit gespanntem
Werkstück nach Fig. 1, wobei in einem
Ausbruch nur ein einziger Greifer
beispielhaft gezeigt ist;
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Fig. 3 die Einzelheit Z in Fig. 2 in größerem
Maßstab und
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Fig. 4 Stirnansicht und Querschnitt des in
Fig. 1 eingespannt gezeigten Werkstücks
in größerem Maßstab.
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Gemäß Fig. 1 ist auf dem vorderen Ende einer mit einer
Abdeckplatte 2 versehenen, abgebrochen dargestellten
Drehspindel das Gehäuse 1 einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
befestigt. Durch die Drehspindel und eine zentrale Bohrung in
der Abdeckplatte 2 erstreckt sich eine nur mit ihrem vorderen
Teil gezeigte Zugspindel 3, die an ihrer vorderen Stirnfläche
mit einem Konus- oder Keilschieber 4 verbunden und durch
einen nicht gezeigten Hydraulikzylinder axial verschiebbar ist.
Die Schrägflächen des Keilschiebers 4 wirken auf mehrere über
den Umfang verteilte Betätigungsbolzen 5, die mit passenden
Schrägflächen am Umfang des Keilschiebers 4 anliegen, mit
radialer Ausrichtung im Gehäuse 1 radial verschieblich geführt
sind und bei einer durch die Zugspindel 3 bewirkten
Verschiebung mit Bezug auf Fig. 1 nach links radial nach außen
verschoben werden. Dabei drücken die Betätigungsbolzen 5 gemäß
Fig. 2 und 3 mit ihren äußeren ebenen Endflächen gegen eine
sphärische Druckfläche 6.1 an einem Halter 6 eines Greifers
7. Die Halter 6 sind verschwenkbar am Gehäuse 1 gelagert. Die
Schwenkachse liegt parallel zur Mittellängsachse 1.1 des
Gehäuses 1.
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Jeder Halter 6 trägt einen Greifer in Form zweier am Umfang
versetzt angeordneter, entgegengesetzt gerichteter
Spannbolzen 7 (siehe Fig. 2 und 3). Außerdem ist das Gehäuse 1 auf
seiner Vorderseite mit mehreren Magneten 8 und
Zentrierstiften 9 versehen, die bei einem in das Spannfutter eingesetzten
Werkstück 11 in entsprechende Zentrierlöcher 15 (siehe Fig.
4) eingreifen. Die Magneten 8 halten das Werkstück 11 auch
dann im Spannfutter, wenn die Greifer 7 gelöst sind. Im
übrigen zeigen Fig. 1 und 4, daß ein typischerweise mit dem
beschriebenen Spannfutter zu spannendes Werkstück eine dünne
Scheibe ist, deren Hauptfläche in bestimmter Weise profiliert
ist und die mit einem sich axial erstreckenden Randkragen
11.1 geformt ist. Das Werkstück 11 ist mittels des
Spannfutters so zu spannen, daß das Profil keine Formänderung
erfährt, so daß nach der Drehbearbeitung das dabei erzeugte
Profil auch nach dem Lösen der Einspannung unverändert
erhalten bleibt.
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Um dies zu erreichen, erfassen die Greifer 7 das Werkstück am
Randkragen 11.1. In der Ausgangsstellung nimmt der Halter
eine mit Bezug auf Fig. 3 im Uhrzeigersinn verschwenkte Lage
ein, in der die Spannbolzen 7 einer exakt radial
ausgerichteten Lage näher sind als in der Darstellung nach Fig. 3. In
dieser Stellung läßt sich beim Einsetzen des Werkstücks 11 in
das Spannfutter der Randkragen 11.1 zwischen die mit Spitzen
versehenen freien Enden der Spannbolzen 7 einführen.
Gleichzeitig dringen die Zentrierstifte 9 in die Zentrierbohrungen
15 ein, und die Magneten 8 sichern die aufgesteckte Lage des
Werkstücks, solange dieses noch nicht gespannt ist.
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Um zu spannen, zieht die Zugspindel 3 den Keilschieber 4 mit
Bezug auf Fig. 1 nach links. Die als Stößel wirkenden
Betätigungsbolzen 5 drücken dann jeweils mit Bezug auf die
Schwenkachse des Halters 6 exzentrisch gegen die sphärische
Kontaktfläche 6.1 am Halter 6. Dieser wird dadurch gegen die Wirkung
einer am Gehäuse 1 abgestützten Rückstellfeder 10, die einen
Federkolben 12 mit seiner äußeren, ebenen Stirnfläche gegen
eine ebenfalls sphärische Kontaktfläche 6.2 am Halter 6
drückt, mit Bezug auf Fig. 2 und 3 entgegen dem Uhrzeigersinn
verschwenkt. Die Kontaktflächen 6.1 und 6.2 liegen mit Bezug
auf die Drehachse des Halters 6 auf entgegengesetzten Seiten
und weisen jeweils mit Bezug auf die Mittellängsachse 1.1
radial nach innen. Wenn also die Betätigungsbolzen gegen die
sphärische Kontaktfläche 6.1 radial nach außen vorgeschoben
werden, wird der Federkolben 12 radial nach innen
zusammengedrängt. Beim Lösen ist es umgekehrt. Dann wird der
Federkolben 12 durch die Rückstellfeder 10 radial nach außen
geschoben und drängt über den verschwenkbar gelagerten Halter 6 den
Betätigungsbolzen 5 in dem Maße radial nach innen zurück, wie
der zum Lösen mit Bezug auf Fig. 1 nach rechts verschobene
Keilschieber 4 dies zuläßt.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt das Spannen und Lösen des
Werkstücks 11 durch Verschwenken des Halters 6 zusammen mit den
an ihm elastisch nachgiebig gehaltenen Spannbolzen 7. Wenn
während des Spannvorgangs die kegeligen Spitzen der
Spannbolzen 7 gegen den Randkragen 11.1 des Werkstücks stoßen, werden
sie gegen die Wirkung einer Druckfeder 13 nach radial außen
bzw. radial innen zurückgedrängt. Die Vorspannung der
Druckfeder 13 kann mittels einer Stellmutter 14, die auf das
hintere, mit Gewinde versehene Ende des jeweiligen Spannbolzens
7 aufgeschraubt ist, verändert werden, denn die Druckfeder 13
sitzt jeweils eingespannt zwischen dem Halter 6 und einem
Flansch 7.1 auf dem vorderen Bereich des verschieblich in
einer Führungsbohrung im Halter 6 geführten Spannbolzens 7.
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Um beim Spannen des Werkstücks 11 die Spannstifte 7 möglichst
gleichzeitig und gleichmäßig am Randkragen 11.1 zum Angriff
kommen zu lassen, indem der Halter 6 entgegen dem
Uhrzeigersinn verschwenkt wird, sollte sich in der Stirnansicht nach
Fig. 3 die Schwenkachse des Halters 6 etwa in der Mitte des
Randkragens 11.1 befinden, eventuell ein wenig näher an der
radial inneren als an der radial äußeren Fläche. Die
Verbindungslinie zwischen den Spitzen der beiden an einem Halter 6
gelagerten Spannbolzen 7 sollte die Schwenkachse des Halters
6 schneiden. Außerdem sollten die Spitzen der Spannbolzen 7
denselben Abstand von der Schwenkachse des Halters 6 haben.
Es versteht sich, daß die Schwenkachse des Halters 6 mit
Bezug auf Fig. 3 um so näher an die radial innere Umfangsfläche
des Randkragens 11.1 heranrücken muß, je kleiner der
Durchmesser des Randkragens 11.1 ist.
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Das beschriebene Spannfutter gestattet zahlreiche
Abwandlungen. So können z. B. die sphärischen Kontaktflächen 6.1 und
6.2 durch Gelenke zwischen dem Halter 6 sowie den
Betätigungsbolzen 5 bzw. den Federkolben 12 ersetzt werden. Statt
der Druckfedern 10 und 13 können andersartige elastische
Elemente zum Einsatz kommen. Gegebenenfalls besteht auch die
Möglichkeit, den vorstehend beschriebenen mechanischen
Spannmechanismus mit Keil oder Konus und verschwenkbaren Haltern 6
durch mit den Spannbolzen 7 verbundene, mit Druckfluid
beaufschlagte Kolben zu ersetzen, die in einfacher Ausführung nur
einseitig gegen eine Rückstellfeder wirken.