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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gemeinsamen Auswechseln eines Spannkopfs mit mehreren Spannbacken und eines Werkstückanschlags an einem Spannfutter sowie einen Spannkopf und einen Werkstückanschlag, die jeweils zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
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Ein Verfahren zum Auswechseln eines Spannkopfs mit mehreren, durch elastische Verbindungselemente miteinander gekoppelten Spannbacken ist aus der
DE 101 38 343 A1 bekannt. Es wird eine Wechseleinrichtung beschrieben, die mit mehreren Bolzen stirnseitig in die Spannbacken des Spannkopfs eingreifen kann und die die Spannbacken unter Deformation elastischer Verbindungselemente relativ zueinander verkippt, um eine Gestaltänderung des Spannkopfs herbeizuführen. Durch die Gestaltänderung nimmt der Spannkopf ein geringeres Volumen ein und kann nunmehr in ein Spannfutter eingesetzt werden oder aus diesem entnommen werden. Ein Werkstückanschlag wird vor dem Einsetzen des Spannkopfs in das Spannfutter eingebaut und kann nach Entfernen des Spannkopfs aus dem Spannfutter in einem separaten Arbeitsschritt ausgebaut werden.
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Die
DE 102 34 603 B4 zeigt ein Spannfutter mit einem Spannkopf und einem Werkstückanschlag darin, wobei der Werkstückanschlag in dem Spannkopf lose in einer Art Kammer gehalten ist. Ist der Spannkopf in das Spannfutter eingesetzt, ist der Werkstückanschlag frei bewegbar, wird dann aber mittels einer Schraube an einer Befestigungsplatte im Spannfutter festgeschraubt.
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Aus der
DE 94 05 935 U1 ist ein weiteres Spannfutter mit einem Spannkopf darin bekannt, in dem eine Aufnahmevorrichtung
15 mit einer Zentrierspitze angebracht ist. Diese ist an einer tief im Spannfutter befestigten Haltescheibe
14 angeordnet. Die Anordnung der Aufnahmevorrichtung
15 im Spannfutter ist starr und unbeweglich.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eingangs genannte Vorrichtungen zu schaffen, mit denen eine vereinfachte Auswechslung eines Spannkopfs und eines zugeordneten Werkstückanschlags durchgeführt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 9 und 12.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Auswechseln eines Spannkopfs mit mehreren Spannbacken, die mittels elastischer Verbindungselemente miteinander verbunden sind, und eines Werkstückanschlags an einem Spannfutter vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
- • Veränderung einer äußeren Gestalt des Spannkopfs durch Deformation von elastischen Verbindungselementen des Spannkopfs in Richtung einer Wechselstellung durch Angriff einer Wechseleinrichtung am Spannkopf,
- • Ergreifen des Werkstückanschlags mittels einer den Spannbacken und/oder den Verbindungselementen zugeordneten Kupplungsstruktur, vorzugsweise an einer Kupplungsgeometrie des Werkstückanschlags,
- • Entnehmen oder Einsetzen des mit dem Spannkopf gekoppelten Werkstückanschlags an einem Spannfutter.
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Mit diesem Verfahren ist es möglich, den Spannkopf und den Werkstückanschlag für den Wechselvorgang zeitweilig und vorübergehend zu einer kompakten, gemeinsam handhabbaren Einheit zu verbinden und als Einheit in das Spannfutter einzusetzen bzw. gemeinsam aus dem Spannfutter zu entnehmen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass bei der Gestaltänderung des Spannkopfs, die durch die Deformation der elastischen Verbindungselemente bewirkt wird, der Werkstückanschlag vom Spannkopf ergriffen werden kann. Dadurch kann der Werkstückanschlag für den Wechselvorgang an den Spannkopf gekoppelt werden, so dass eine stabile Baugruppe gebildet wird, die ein gleichzeitiges Einsetzen in das Spannfutter bzw. ein gleichzeitiges Entnehmen aus dem Spannfutter ermöglicht. Hingegen ist der Werkstückanschlag in einer Spannstellung des Spannkopfs unabhängig vom Spannkopf im Spannfutter aufgenommen, um einen präzisen Tiefenanschlag für Werkstücke zu ermöglichen. Durch die Deformation der elastischen Verbindungselemente in Richtung der Wechselstellung werden die Spannbacken derart relativ zueinander bewegt, dass die Kupplungsstruktur der Spannbacken die Kupplungsgeometrie des Werkstückanschlags ergreifen kann und dadurch ein sicheres Greifen des Werkstückanschlags ermöglicht. Der Eingriff der Kupplungsstruktur in die Kupplungsgeometrie erfolgt nur, wenn die Spannbacken durch die Deformation der elastischen Verbindungselemente der Wechselstellung angenähert sind oder die Wechselstellung einnehmen. Bei der Deformation der elastischen Verbindungselemente, die vorzugsweise als Verkippung durchgeführt wird, erfolgt eine Verengung oder Verjüngung der Außengeometrie des Spannkopfs an einem der Wechseleinrichtung abgewandten Endbereich, die sowohl ein Ergreifen des Werkstückanschlags wie auch ein Einsetzen in das Spannfutter ermöglicht.
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Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Das Verfahren und die Vorrichtung werden teilweise gemeinsam erläutert, wobei diese Erläuterungen sowie die entsprechenden Merkmale dennoch unabhängig für Verfahren und Vorrichtung gelten. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch die ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Reduzierung einer Deformationskraft auf die elastischen Verbindungselemente eine, insbesondere selbsttätige, Freigabe des Werkstückanschlags aus der Kupplungsstruktur des Spannkopfs erfolgt. Bei der Reduzierung der Deformationskraft auf die Spannbacken und die elastischen Verbindungselemente findet ein Rückstellvorgang aus der Wechselstellung in Richtung der Spannstellung statt. Bei diesem Rückstellvorgang nehmen die Spannbacken einen von den elastischen Verbindungselementen bestimmten, gegebenenfalls durch das Spannfutter begrenzten, maximalen Abstand zueinander ein. Damit wird ein Eingriff der Kupplungsstruktur der Spannbacken in die Kupplungsgeometrie des Werkstückanschlags beendet, so dass der Werkstückanschlag wieder freigegeben wird und nach Einsetzen in das Spannfutter unabhängig vom Spannkopf bewegt oder fixiert werden kann. Nach Ausbau des Spannkopfs und des Werkstückanschlags aus dem Spannfutter können der Spannkopf und der Werkstückanschlag separat abgelegt und gelagert werden. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit zum automatisierten Ein- und Ausbauen des Spannkopfs mit zeitweilig angekoppeltem Werkstückanschlag, wenn ein erster Werkstückanschlag gegen einen zweiten Werkstückanschlag ausgetauscht werden soll. Dazu wird der im Spannfutter eingebaute Spannkopf deformiert und ergreift den ebenfalls im Spannfutter eingebauten Werkstückanschlag. Nach Entnahme aus dem Spannfutter wird die Deformation des Spannkopfs soweit reduziert, dass der Werkstückanschlag freigegeben wird und ein anderer Werkstückanschlag ergriffen werden kann, der durch neuerliche Deformation des Spannkopfs angekoppelt wird und in das Spannfutter eingesetzt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Einsetzen des Werkstückanschlags in das Spannfutter eine Verriegelungseinrichtung für eine Festlegung des Werkstückanschlags und/oder axiale und/oder radiale Positionierung im Spannfutter aktiviert wird. Die Verriegelungseinrichtung stellt sicher, dass der Werkstückanschlag nach Einsetzen in das Spannfutter eine vom Spannkopf unabhängige und vorgebbare Position einnimmt und in dieser Position während der Benutzung des Spannfutters verbleibt, um eine zuverlässige Positionierung von Werkstücken gegenüber dem Spannfutter zu ermöglichen. Die Verriegelungseinrichtung arretiert den Werkstückanschlag zumindest in axialer und/oder in radialer Richtung im Spannfutter.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktivierung der Verriegelungseinrichtung durch Ausübung einer, insbesondere axial gerichteten, Druckkraft von dem Spannkopf oder dem Werkstückanschlag auf einen Spannkörper vorgenommen wird. Dadurch wird eine selbsttätige Arretierung des Werkstückanschlags im Spannfutter verwirklicht, die ohne einen zusätzlichen Eingriff eines Bedieners von außen abläuft. Die Verriegelungseinrichtung wird durch Ausübung einer Druckkraft aktiviert, das heißt, dass eine Arretierung des Werkstückanschlags durch die Aufbringung der insbesondere parallel zu einer Mittelachse des Spannfutters gerichteten Druckkraft erfolgt. Denkbar wäre auch eine Arretierung des Werkstückanschlags durch eine rotatorische Relativbewegung des Werkstückanschlags gegenüber dem Spannfutter, beispielsweise mit einem Bajonettverschluss oder einem Schraubgewinde, dazu ist aber gegenüber einer druckbetätigten Aktivierung der Verrieglungseinrichtung ein höherer Aufwand in der Wechseleinrichtung zur Erzeugung der Rotationsbewegung notwendig.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung, insbesondere der Spannkörper, bei einem Übergang aus einer Freigabestellung in eine Verriegelungsstellung eine selbsttätige Mitnahme der Werkstückanschlags in axialer Richtung in die Verriegelungsstellung bewirkt. Damit kann der Werkstückanschlag durch die Verriegelungseinrichtung, insbesondere durch einen axial längs der Mittelachse des Spannfutters bewegbaren Spannkörper, gegen eine im Spannfutter vorgesehene Anschlagfläche gepresst werden, um eine eindeutig bestimmte und reproduzierbar einnehmbare Axialposition sicherzustellen. Der Werkstückanschlag wird durch die Aktivierung der Verriegelungseinrichtung von dieser ergriffen und selbsttätig gegen die Anschlagfläche gepresst. Damit kann eine Positioniergenauigkeit des Werkstückanschlags in axialer Richtung im Bereich weniger 1/100 mm, bei hohen Anforderungen sogar im Bereich weniger 1/1000 mm erreicht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung in Wirkverbindung mit Schnittstellengeometrien des Spannkopfs und des Werkstückanschlags eine selbstzentrierende Positionierung des Spannkopfs und des Werkstückanschlags bewirkt. Durch die Schnittstellengeometrien, beispielsweise durch konusabschnittsförmige Außenflächen am Spannkopf und/oder am Werkstückanschlag, kann erreicht werden, dass der Spannkopf und/oder der Werkstückanschlag ohne zusätzliche Maßnahmen hinsichtlich einer axialen und/oder radialen Positionierung exakt im Spannfutter aufgenommen werden. Ein präzises Ausrichten beim Einsetzen des Spannkopfs und des angekoppelten Werkstückanschlags in das Spannfutter ist nicht erforderlich, da durch die selbstzentrierende Wirkung auch größere Positionsabweichungen ausgeglichen werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung selbsthaltend die Freigabestellung oder die Verriegelungsstellung einnimmt. Dies erleichtert das Einsetzen und Entnehmen des Werkstückanschlags, da die Verriegelungseinrichtung bei Ausübung einer Druckkraft aus der selbsthaltenden Freigabestellung in die selbsthaltende Verriegelungsstellung überführt wird und keine weiteren Einstellarbeiten notwendig sind, um die zuverlässige Verriegelung des Werkstückanschlags zu gewährleisten. Beim Entnehmen des Werkstückanschlags wird die Verriegelungseinrichtung wieder in die Freigabestellung überführt und steht in dieser Stellung zuverlässig für ein neuerliches Einsetzen des Werkstückanschlags bereit. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung in der Verriegelungsstellung bei Ausübung einer, insbesondere axial gerichteten, Zugkraft auf den Werkstückanschlag entgegen einer Rückstellkraft in die Freigabestellung überführt wird. Die Zugkraft ist zumindest im Wesentlichen der Druckkraft entgegengerichtet, die zur Aktivierung der Verriegelungseinrichtung eingesetzt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Spannkopf zum Spannen eines Werkstücks mit mehreren, durch Trennschlitze voneinander beabstandeten Spannbacken, die mittels elastischer Verbindungselemente bewegbar miteinander verbunden sind und die relativ zueinander eine Spannstellung zum Spannen des Werkstücks oder eine Wechselstellung zum Ein- oder Ausbau an einem Spannfutter einnehmen können, vorgesehen, wobei die Spannbacken und/oder die Verbindungselemente eine Kupplungsstruktur für eine Ankopplung eines Werkstückanschlags in der Wechselstellung der Spannbacken aufweisen. Die Spannbacken sind typischerweise aus Metall oder aus einem anderen formstabilen Material hergestellt und sind durch die elastischen Verbindungselemente, die vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellt sind, relativbeweglich miteinander verbunden. Die elastischen Verbindungselemente stellen eine vorgebbare Beabstandung der Spannbacken sicher, sofern keine äußeren Kräfte auf den Spannkopf einwirken. Typischerweise sind die Spannbacken durch im Wesentlichen quaderförmig gestaltete elastische Verbindungselemente voneinander beabstandet. Äußere Kräfte können einerseits Deformationskräfte sein, die von der Wechseleinrichtung zeitweilig auf die elastischen Verbindungselemente eingeleitet werden und die zu einer Gestaltänderung des Spannkopfs führen. Eine weitere Form äußerer Kräfte sind die Betätigungskräfte, die beim Einsatz des Spannkopfs im Spannfutter auf die elastischen Verbindungselemente ausgeübt werden und die ein Spannen eines Werkstücks zwischen den Spannbacken durch eine Annäherung der Spannbacken ermöglichen. Während die elastischen Verbindungselemente in der Spannstellung im Wesentlichen gleichmäßig deformiert werden, so dass die Quaderform der elastischen Verbindungselemente im Wesentlichen erhalten bleibt, tritt in der Wechselstellung eine unsymmetrische, insbesondere keilförmige, Deformation der elastischen Verbindungselemente auf. Die Gestaltänderung des Spannkopfs muss derart vorgesehen werden, dass der Spannkopf problemlos in das Spannfutter eingesetzt oder aus diesem entnommen werden kann. Zu diesem Zweck werden die Spannbacken um Schwenkachsen verkippt, die in einer gemeinsamen Radialebene liegen. Dabei nähern sich die Spannbacken in Endbereichen, die den Schwenkachsen abgewandt sind, aneinander an, während im Bereich der Schwenkachsen nahezu keine Annäherung der Spannbacken stattfindet. Durch diese Schwenkbewegung, die auch als Kippbewegung der Spannbacken zueinander beschrieben werden kann und bei der eine Gestaltänderung der elastischen Verbindungselemente in Richtung einer Keilform stattfindet, ist ein Ergreifen des Werkstückanschlags mit den Endbereichen der Spannbacken, die den Schwenkachsen abgewandt sind, möglich, da in diesem Bereich die stärkste Annäherung der Spannbacken stattfindet. Um ein sicheres Ergreifen des Werkstückanschlags zu gewährleisten, ist den Spannbacken und/oder den Verbindungselementen eine Kupplungsstruktur für eine Ankopplung eines Werkstückanschlags in der Wechselstellung der Spannbacken zugeordnet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplungsstruktur zumindest einen im Wesentlichen radial nach innen gerichteten Greifvorsprung aufweist, der für eine formschlüssige Ankopplung des Werkstückanschlags gestaltet ist. Ein Greifvorsprung ragt von der Spannbacke und/oder dem elastischen Verbindungselement in radialer Richtung nach innen ab und ermöglich einen formschlüssigen Eingriff am Werkstückanschlag, so dass der Werkstückanschlag sicher gegriffen werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannbacken zumindest drei, im Wesentlichen gleichverteilt an einem von den Spannbacken bestimmten Innenumfang angeordnete Greifvorsprünge für eine zentrische Ankopplung des Werkstückanschlags aufweisen, vorzugsweise jede Spannbacke einen Greifvorsprung. Dadurch kann ein selbstzentrierendes Ergreifen des Werkstückanschlags verwirklicht werden, bei dem auch bei einem wenig präzisen Ergreifen des Werkstückanschlags eine selbsttätige Zentrierung des Werkstückanschlags gegenüber dem Spannkopf stattfindet, so dass die Baugruppe aus Spannkopf und Werkstückanschlag zuverlässig in das Spannfutter eingesetzt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Greifvorsprünge einen konvexen, insbesondere kugelabschnittsförmigen, Querschnitt für eine Zentrierung des Werkstückanschlags aufweisen. Durch eine konvexe Gestaltung eines Querschnitts der Greifvorsprünge wird die Selbstzentrierungswirkung für den Werkstückanschlag erhöht, da eine Keilwirkung der derart geformten Greifvorsprünge eine selbsttätige Ausrichtung des Werkstückanschlags gewährleistet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Werkstückanschlag mit zumindest einer Anschlagfläche für ein Werkstück und zumindest einer Führungsoberfläche zur Zentrierung in einem Spannfutter vorgesehen, wobei eine abschnittsweise umlaufend angeordnete Kupplungsgeometrie für eine Kopplung mit Greifvorsprüngen des Spannkopfs in einer Wechselstellung der Spannbacken des Spannkopfs gestaltet ist. Der Werkstückanschlag weist somit neben der Anschlagfläche für das Werkstück und der Führungsoberfläche, die insbesondere konusabschnittsförmig gestaltet sein kann, eine zumindest abschnittsweise umlaufende Kupplungsgeometrie auf. Die Kupplungsgeometrie kann vorzugsweise in der Art einer umlaufenden Nut gestaltet sein, die einen Eingriff der Greifvorsprünge des Spannkopfs ermöglicht. Durch die nutförmige Gestaltung der Kupplungsgeometrie wird ein Hinterschnitt für eine formschlüssige Ankopplung der Greifvorsprünge bereitgestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplungsgeometrie an einem mit der Führungsoberfläche versehenen Kupplungskörper vorgesehen ist, der separat von einem mit der Anschlagfläche versehenen Anschlagkörper ausgeführt ist. Damit kann ein kostengünstiges Baukastensystem verwirklicht werden, bei dem der Anschlagkörper jeweils individuell auf das jeweilige Werkstück angepasst werden kann und anschließend mit dem Kupplungskörper verbunden wird, der mit Innen- und/oder Außengeometrien versehen ist, die eine zuverlässige Aufnahme im Spannfutter sicherstellen. Dadurch wird vermieden, dass die präzise hergestellten Innen- und/oder Außengeometrien bei einem Verschleiß der Anschlagfläche weggeworfen werden müssen, vielmehr kann ein verschlissener Anschlagkörper vom Kupplungskörper abgenommen und durch einen neuen Anschlagkörper ersetzt werden.
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Bei einem Spannfutter für einen Spannkopf nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und für einen Werkstückanschlag nach einem der Ansprüche 12 und 13 ist eine Verriegelungseinrichtung für den Werkstückanschlag vorgesehen. Das Spannfutter ist für eine Ankopplung an eine Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine vorgesehen und kann vorzugsweise für eine Kraftübertragung von einem in der Maschinenspindel schiebebeweglich aufgenommenen Zugrohr auf den Spannkopf vorbereitet sein. Das Spannfutter weist vorzugsweise eine zumindest abschnittsweise konusförmig gestaltete Bohrung auf, die für die Aufnahme eines typischerweise konusabschnittsförmig geformten Spannkopfs vorgesehen ist. Durch eine axiale Bewegung des Spannkopfs kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Deformation der elastischen Verbindungselemente zwischen den Spannbacken erreicht werden, die zu einer Annäherung der Spannbacken und somit zur Ausübung einer radial nach innen gerichteten Spannkraft auf ein Werkstück führt. Im Spannfutter ist eine Verriegelungseinrichtung für den Werkstückanschlag vorgesehen, die eine, insbesondere selbsttätige, Verriegelung des Werkstückanschlags ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verriegelungseinrichtung zumindest ein Anschlagmittel für eine axiale Positionierung des Werkstückanschlags in der Verriegelungsstellung zugeordnet ist. Damit wird eine exakte axiale Positionierung des Werkstückanschlags sichergestellt, die für eine Funktion des Werkstückanschlags erforderlicht ist. Das Anschlagmittel kann als Anschlagfläche am Spannfutter ausgeführt sein, die für eine formschlüssige Verbindung mit einer korrespondierend angeordneten Oberfläche am Werkstückanschlag vorgesehen ist. Die Anschlagfläche begrenzt eine axiale Beweglichkeit des Werkstückanschlags im Spannfutter, so dass der Werkstückanschlag durch Ausübung einer Zug- oder Druckkraft gegen die Anschlagfläche gepresst werden kann und eine reproduzierbare axiale Position im Spannfutter einnimmt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung für die Ausübung einer zumindest im Wesentlichen axial gerichteten Positionierkraft auf den Werkstückanschlag gestaltet ist. Damit kommt der Verriegelungseinrichtung die Aufgabe zu, den Werkstückanschlag gegen das Anschlagmittel zu pressen, um die axiale Positionierung des Werkstückanschlags sicherzustellen. Die Verriegelungseinrichtung kann den Werkstückanschlag beim Einsetzen in das Spannfutter ergreifen und durch eine axiale Verschiebung in Berührkontakt mit dem Anschlagmittel bringen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung einen zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial beweglich gelagerten Spannkörper aufweist, der Riegelmittel aufweist, die zum Eingriff in den Werkstückanschlag gestaltet sind. Der Spannkörper ist vorgesehen, um den Werkstückanschlag beim Einsetzen in das Spannfutter aufzunehmen und in die Verriegelungsstellung zu überführen, wobei zu diesem Zweck eine axiale Bewegung des Spannkörpers und des Werkstückanschlags vorgesehen ist. Bei dieser axialen Bewegung kommen Riegelmittel an dem Werkstück in Eingriff, die eine axiale und/oder radiale Verriegelung des Werkstückanschlags bewirken. Die Verriegelung erfolgt vor Allem, um eine exakte Positionierung des Werkstückanschlags im Spannfutter sicherzustellen, damit zu spannende Werkstücke zuverlässig in einer vom Werkstückanschlag vorgebbaren Position im Spannfutter aufgenommen werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Riegelmittel längs einer Steuerkurve bewegbar sind, die für eine Kopplung einer Axialbewegung und einer Radialbewegung der Riegelmittel gestaltet sind. Damit kann eine Zwangsbewegung der Riegelmittel bewirkt werden, bei der jeder axialen Position des Spannkörpers relativ zum Spannfutter eine eindeutige axiale und radiale Position der Riegelmittel zugeordnet ist. Damit ist sichergestellt, dass bei Erreichen der Verriegelungsstellung des Spannkörpers und des Werkstückanschlags auch die gewünschte Verriegelung des Werkstückanschlags am Spannfutter gewährleistet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein, insbesondere als Kippfeder ausgeführtes, Stellelement für die Ausübung einer Stellkraft auf den Spannkörper in der Verriegelungsstellung und/oder in der Freigabestellung gestaltet ist. Der Spannkörper soll nur zwei Vorzugsstellungen, nämlich die Verriegelungsstellung und die Freigabestellung einnehmen, während Zwischenstellungen zwischen der Verriegelungsstellung und der Freigabestellung nur kurzzeitig bei der Überführung des Spannkörpers aus der einen in die andere Vorzugsstellung eingenommen werden sollen. Dadurch soll erreicht werden, dass der Werkstückanschlag entweder zuverlässig am Spannfutter verriegelt ist oder vollständig freigegeben ist, um aus dem Spannfutter entnommen werden zu können. Das Stellelement, das insbesondere als schwenkbare Druckfeder ausgeführt werden kann, ermöglicht die Ausübung einer Stellkraft, die abhängig von der Stellung des Spannkörpers in Richtung der Freigabestellung oder in Richtung der Verriegelungsstellung gerichtet ist. Bei der Überführung des Spannköpers aus der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung oder umgekehrt wird das Stellelement zunächst durch die axiale Bewegung des Spannkörpers gespannt, um sich nach Überwindung einer Position maximaler Spannung wieder zu entspannen. Durch eine derartige Ausführung des Stellelements ist sichergestellt, dass die Verriegelungsstellung und die Freigabestellung jeweils die Stellungen mit der geringsten im Stellelement gespeicherten Energie sind, so dass diese Stellungen als Vorzugsstellungen eingenommen werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung einer Wechseleinrichtung, die einen Spannkopf und einen daran angekoppelten Werkstückanschlag zum Einsetzen in ein Spannfutter bereithält,
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2 die Wechseleinrichtung gemäß 1 in einer ersten Einsetzphase in das Spannfutter,
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3 die Wechseleinrichtung gemäß 1 in einer zweiten Einsetzphase in das Spannfutter,
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4 die Wechseleinrichtung gemäß 1 in einer dritten Einsetzphase in das Spannfutter,
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5 die Wechseleinrichtung gemäß 1 nach Beendigung des Einsetzvorgangs.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Ein Spannkopf 1 ist gemäß der 1 mit einem Werkstückanschlag 2 gekoppelt, um als gemeinsame Baugruppe in ein Spannfutter 3 eingesetzt zu werden. Zu diesem Zweck wird eine Wechseleinrichtung 4 eingesetzt, die Deformationskräfte in Spannbacken 5 des Spannkopfs 1 einleitet, um eine Deformation nicht dargestellter, zwischen den Spannbacken 5 angeordneter elastischer Verbindungselemente zu bewirken. Durch die Deformation wird eine äußere Gestalt des Spannkopfs 1 verändert, so dass dieser in das Spannfutter 3 aufgenommen werden kann.
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Der Spannkopf 1 ist in bekannter Weise aus mehreren, im Wesentlichen gleichartig geformten, kreisringsegmentartigen Spannbacken 5 aufgebaut, die durch nicht dargestellte elastische Verbindungselemente miteinander gekoppelt sind. Die Spannbacken 5 begrenzen radial nach innen eine zylindrische Werkstückbohrung 10, während sie an einer Außenoberfläche 11 konisch geformt sind. Die Spannbacken 5 können durch die Wechseleinrichtung 4 relativ zueinander verkippt werden, wie dies in den 1 bis 3 dargestellt ist. Dabei begrenzen die konusabschnittsförmigen Außenflächen 11 einen spitzeren Kegelwinkel 12 als in einem in der 5 dargestellten Neutralzustand. Die Spannbacken 5 weisen in einem der Wechseleinrichtung 4 abgewandten Endbereich eine Kupplungsstruktur 13 auf, die für eine formschlüssige Ankopplung des Werkstückanschlags 2 vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind die Spannbacken 5 endseitig mit einer Ausnehmung 15 versehen, die radial nach außen von einem kreisringabschnittsförmigen Zylinderbund 16 begrenzt wird. An einer radial nach innen gewandten Oberfläche des Zylinderbunds 16 ist eine umlaufende, schräg eingestochene Haltenut 17 vorgesehen, die für die Aufnahme von als Kupplungskugeln 14 ausgeführten Greifvorsprüngen vorgesehen ist. Mit Hilfe der Kupplungskugeln 14 kann der Werkstückanschlag 2 formschlüssig gegriffen werden.
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Der Werkstückanschlag 2 ist aus einem Anschlagkörper 6 und einem Kupplungskörper 7 aufgebaut. Der Anschlagkörper 6 weist eine der Wechseleinrichtung 4 zugewandte, als Anschlagfläche 18 ausgeführte Stirnfläche auf, die für eine axiale Anlage eines nicht näher dargestellten Werkstücks vorgesehen ist. Um ein Ergreifen des Werkstückanschlags 2 durch eine Verkippung der Spannbacken 5 mittels der Wechseleinrichtung 4 zu ermöglichen, ist der Anschlagkörper 6 ausgehend von der Anschlagfläche 18 abschnittsweise konusförmig gestaltet, so dass er von den Spannbacken 5 gegriffen werden kann. In einem der Anschlagfläche 18 abgewandten Endbereich ist der Anschlagkörper 6 in den Kupplungskörper 7 aufgenommen, wobei ein umlaufender Bund 19 für eine präzise axiale Positionierung des Anschlagkörpers 6 gegenüber dem Kupplungskörper 7 vorgesehen ist. Der Kupplungskörper 7 ist wie der Anschlagkörper 6 im Wesentlichen rotationssymmetrisch gestaltet und weist eine Längsbohrung 20 auf, die zum Zweck der Materialersparnis und Gewichtsreduzierung vorgesehen ist. In einem den Anschlagkörper 6 umgreifenden Endbereich ist der Kupplungskörper 7 mit einer umlaufenden, als Kupplungsnut 21 ausgeführten Kupplungsgeometrie versehen, die einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweist und die für den Eingriff der Kupplungskugeln 14 vorgesehen ist. Der an den Endbereich anschließende umlaufende Konusring 22 ist zum Einen für eine Stabilisierung des Kupplungskörpers 7 vorgesehen, dient zum Anderen auch als Tiefenanschlag für den Spannkopf 1. Durch den Konusring 22 wird erreicht, dass die Spannbacken 5 beim Ergreifen des Werkstückanschlags 2 endseitig auf Block mit dem Konusring 22 auflaufen, so dass die Kupplungskugeln 14 des Spannkopfs 1 beim Ergreifen des Kupplungskörpers 7 der Kupplungsnut 21 angenähert sind und bei weiterer Verkippung der Spannbacken 5 eine zuverlässige Ankopplung des Kupplungskörpers 7 erzielen können. In einem an den Konusring 22 anschließenden Hülsenabschnitt 23 des Kupplungskörpers 7 ist an einer Außenfläche eine umlaufende Riegelnut 24 mit kreisabschnittsförmigem Querschnitt vorgesehen, die für einen Eingriff von am Spannfutter 1 vorgesehenen, als Riegelkugeln 25 ausgeführten Riegelmitteln vorgesehen ist.
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Das Spannfutter 3 weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper 26 auf, der endseitig mit einer konusabschnittsförmigen Aufnahmeöffnung 27 für den Spannkopf 1 versehen ist. In die Aufnahmeöffnung ragen in radialer Richtung Sicherungsbolzen 28 hinein, die für eine Begrenzung eines rotatorischen Freiheitsgrads des Spannkopfs 1 vorgesehen sind. Am Spannkopf 1 sind dazu in den Spannbacken 5 korrespondierende, schlitzartige Ausnehmungen 29 vorgesehen, die für eine formschlüssige Verbindung mit den Sicherungsbolzen 28 gestaltet sind. In einer Bohrung des Grundkörpers 26 ist ein in axialer Richtung schiebebeweglich aufgenommener Betätigungsring 30 vorgesehen, der einen radial nach innen abragenden, umlaufenden Betätigungsbund 31 aufweist, der für eine Übertragung einer Zugkraft auf die Spannbacken 5 vorgesehen ist. Die Spannbacken 5 sind zum Zweck einer formschlüssigen Ankopplung des Betätigungsbunds 31 mit einer Eingriffsnut 32 versehen. Der Betätigungsring 30 ist mit einem in axialer Richtung beabstandet angeordneten Kupplungsring 33 starr gekoppelt, der für eine Ankopplung an ein nicht dargestelltes Zugrohr einer ebenfalls nicht dargestellten Maschinenspindel vorgesehen ist und der somit die Einleitung einer Zugkraft auf den Betätigungsring 30 und somit auf die Spannbacken 5 des Spannkopfs 1 ermöglicht, um ein Werkstück zu spannen.
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Zwischen dem Betätigungsring 30 und dem Kupplungsring 33 ist eine ringförmige Halteplatte 34 vorgesehen, die fest mit dem Grundkörper 26 verbunden ist und die als Führung für einen axial schiebebeweglich gelagerten Spannköper 8 gestaltet ist. Dazu weist die Halteplatte 34 einen in axialer Richtung erstreckten Führungsbund 35 auf, der in radialer Richtung nach innen eine zylindrische Bohrung begrenzt, in der der Spannkörper 8 schiebebeweglich aufgenommen ist. Der Spannkörper 8 ist hülsenförmig gestaltet und weist an einem Umfang mehrere umlaufend angeordnete Bohrungen 36 auf, die in radialer Richtung ausgerichtet sind und die als Führung für die Riegelkugeln 25 vorgesehen sind. Die Riegelkugeln 25 sind durch eine nicht näher dargestellte Einprägung an den Bohrungen 36 in ihrer Beweglichkeit radial nach innen begrenzt, so dass sie nicht aus den Bohrungen 36 herausfallen können. Radial nach außen liegen die Riegelkugeln 25 am Führungsbund 35 an, der mit kugelabschnittsförmigen Vertiefungen 37 versehen ist, in die die Riegelkugeln 25 in der in 1 und 2 dargestellten Ruhestellung des Spannkörpers 8 in radialer Richtung nach außen ausweichen können. Bei einer Verschiebung des Spannkörpers 8 in axialer Richtung werden die Riegelkugeln 25 zwangsläufig aus den Vertiefungen 37 gedrängt und weichen radial nach innen aus, so dass sie zumindest teilweise über eine Innenfläche 38 des Spannkörpers 8 radial nach innen abragen und eine formschlüssige Verriegelung der Riegelnut 24 des Werkstückanschlags 2 bewirken können.
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Dem Spannkörper 8 ist ein in der Halteplatte 34 aufgenommenes, als Kippfeder 39 ausgeführtes Stellelement zugeordnet, das eine Druckkraft auf den Spannkörper 8 ausübt und damit eine Festlegung des Spannkörpers 8 in einer in den 1 und 2 dargestellten Freigabestellung bzw. in einer in den 4 und 5 dargestellten Verriegelungsstellung bewirkt. Die Kippfeder 39 ist als Druckfeder ausgeführt und kann durch eine Axialbewegung des Spannkörpers 8 um eine orthogonal zur Zeichnungsebene der 1 angeordnete Schwenkachse in einem Winkelberich von ca. 30 Grad verschwenkt werden. Bei einer Schwenkbewegung aus der in 1 dargestellten Freigabestellung in die in 5 dargestellte Verriegelungsstellung wird die Kippfeder 39 zunächst durch die Axialbewegung des Spannkörpers 8 komprimiert, bis sie eine im Wesentlichen orthogonal zur Mittelachse 40 des Spannfutters ausgerichtete Kompressionsstellung einnimmt. Bei weiterer axialer Bewegung des Spannkörpers 8 findet nun eine Entspannung der Kippfeder 39 statt, die die stattfindende Axialbewegung des Spannkörpers 8 unterstützt und den Spannkörper 8 in eine definierte Endlage, nämlich in die Verriegelungsstellung, bringt. Die Kippfeder 39 bewirkt also, dass der Spannkörper 8 zwei Vorzugsstellungen, die Freigabestellung und die Verriegelungsstellung einnimmt, während Zwischenstellungen bedingt durch die von der Kippfeder 39 ausgeübte Druckkraft nur zeitweilig und übergangsweise eingenommen werden.
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Bei dem in den 1 bis 5 dargestellten Einsetzvorgang eines Spannkopfs 1 mit angekoppeltem Werkstückanschlag 2 finden die nachfolgend beschriebenen Abläufe statt, die aus Gründen der Vereinfachung schrittweise in den Figuren dargestellt und in der Beschreibung geschildert werden. Praktisch handelt es sich um ineinandergreifende, im Wesentlichen gleichförmig und nur ausnahmsweise sprunghaft ablaufende Vorgänge.
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Wie in der 1 dargestellt, wird in einem ersten Schritt zunächst eine Veränderung der äußeren Gestalt des Spannkopfs 1 durch Deformation der elastischen Verbindungselemente des Spannkopfs 1 in Richtung einer Wechselstellung vorgenommen. Zu diesem Zweck werden die Spannbacken 5 durch die Wechseleinrichtung 4 zueinander verkippt, wobei der Wechseleinrichtung 4 abgewandte Endebereiche der Spannbacken 5 aneinander angenähert werden. Dabei erfolgt ein Ergreifen des Werkstückanschlags 2 mittels der an den Spannbacken 5 vorgesehenen Kupplungskugeln 14, die in die Kupplungsnut 21 des Kupplungskörpers 7 eingreifen und diesen formschlüssig an den Spannkopf 1 koppeln. Der somit hergestellte Verbund aus Spannkopf 1 und Werkstückanschlag 2 wird, wie in 2 näher dargestellt, in das Spannfutter 3 eingeschoben, bis eine axial ausgerichtete Stirnfläche 41 des Konusrings 22 auf den von der Kippfeder 39 in der Freigabestellung gehaltenen Spannkörper 8 aufläuft und diesen berührt. Durch Ausübung einer axial gerichteten Druckkraft wird der Spannkörper 8 zunächst entgegen der Druckkraft der Kippfeder 39 axial verschoben. Dabei werden die Riegelkugeln 25 durch die Axialbewegung des Spannkörpers 8 aus den Vertiefungen 37 zwangsweise herausgedrängt und führen eine kombinierte axiale und radial nach innen gerichtete Bewegung durch, wobei sie in die Riegelnut 24 des Kupplungskörpers 7 eingreifen und eine formschlüssige Kopplung zwischen Spannkörper 8 und Kupplungskörper 7 bewirken.
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Nach Passieren der Kompressionsstellung der Kippfeder 39 übt diese nunmehr eine Druckkraft auf den Spannkörper 8 aus, die der Bewegung von Spannkopf 1, Werkstückanschlag 2 und Spannkörper 8 gleichgerichtet ist. In der 3 ist die Kippfeder 39 unmittelbar nach dem Passieren der Kompressionsstellung dargestellt, während in der 4 die Stirnfläche 41 des Konusrings 22 auf eine im Führungsbund 35 vorgesehene, umlaufende Zentriernut 42 aufgelaufen ist, so dass der Werkstückanschlag 2 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung zentriert wird. Damit ist der Werkstückanschlag 2 präzise und korrekt gegenüber dem Spannfutter 3 ausgerichtet und verriegelt und kann nunmehr als axiale Begrenzung für ein nicht dargestelltes Werkstück dienen. Wie in der 4 dargestellt, wird der Werkstückanschlag 2 durch die Reduzierung der Verkippung der Spannbacken 5 freigegeben, so dass der Spannkopf 1, der am Betätigungsbund 31 des Betätigungsrings 30 verriegelt wurde, in axialer Richtung bewegt werden kann, ohne dabei den Werkstückanschlag 2 zu beeinflussen. Durch Ausübung einer Zugkraft auf den Kupplungsring 33 wird der Spannkopf 1 in axialer Richtung in die konusförmige Aufnahmeöffnung 27 des Grundkörpers hineingezogen und erfährt durch die dabei auftretende Keilwirkung eine im Wesentlichen gleichförmige Deformation der nicht dargestellten elastischen Verbindungselemente, die zu einer radialen Annäherung der Spannbacken 5 führt. Dadurch reduziert sich ein Durchmesser einer von den Spannbacken 5 begrenzten Bohrung, so dass ein Werkstück gespannt werden kann, das vorzugsweise stirnseitig an dem Werkstückanschlag 2 anliegt und auch durch die axiale Verschiebung des Spannkopfs 1 nicht in seiner axialen Lage verändert wird.
