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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen von flächigen Werkstücken für die Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Allgemein ist es bekannt, daß für derartige Spannaufgaben herkömmliche Maschinenschraubstöcke zur Anwendung kommen.
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Von Nachteil ist es hierbei jedoch, daß ein genaues Maß für die aufzubringende Spannkraft gefunden werden muß, denn beim Anwenden einer zu hohen Spannkraft können ungewollte Verformungen in das Werkstück eingebracht werden.
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Bekannt ist weiterhin eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Ausführung derartiger Spannvorgänge für die Bearbeitung.
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Aus der
DE 10 2005 013 112 A1 ist eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkzeugen, Werkstücken (W) oder Vorrichtungen mit einem Spannmittel, welches eine Spannbewegung und eine Niederzugbewegung ausführt.
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Um einerseits die Niederzugkraft und andererseits die Spannkraft unabhängig von einander einstellen zu können, ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung durch gesonderte Betätigungsorgane für die Spannbewegung und die Niederzugbewegung gekennzeichnet.
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Diese Spannvorrichtung weist Nachteile der Gestalt auf, daß die Bohrung in das Werkstück W eine sehr große Bohrtiefe aufweisen muß um die Spannhülse 27 mit dem Kegelstumpf 35 aufnehmen zu können. Daher muß das Werkstück W mit einem der Bohrungstiefe entsprechendem Aufmaß versehen werden, welches zum einen höhere Materialkosten und zum anderen Kosten für das spätere Entfernen dieses Aufmaßes verursacht.
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Über das Spannmittel 27 wird die benötigte Spannkraft waagerecht bzw. radial in das Werkstück W eingeleitet und kann somit entsprechend dessen Geometrie und Materialbeschaffenheit in Abhängigkeit von der aufzubringenden Spannkraft deformiert werden. Vor allem bei schwerer Zerspanung und/oder bei auftretenden Schwingungen bei der Bearbeitung sowie seitlicher oder nach oben gerichteter Krafteinwirkung auf das Werkstück W muß die Spannkraft des Spannmittels mit den Spannpratzen unverhältnismäßig hoch sein, um eine ausreichende Befestigungskraft des Werkstückes W auf der Planscheibe zu erreichen, da die Spannpratzen vor allem kraftschlüssig spannen. Diese bewirken dann aber entsprechende Verformungen am Werkstück. Das Erreichen einer hohen Befestigungskraft am Werkstück W auf der Planscheibe ist somit nicht möglich.
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Des Weiteren ist das Spannen des Werkstückes W, wenn dieses aus harten oder sehr festen Materialien besteht, zum Beispiel aus gehärtetem oder vergütetem Stahl, nicht bzw. nur ungenügend möglich, da sich dann die Spannpratzen 29 nicht oder nur ungenügend in die Bohrungswand des Werkstückes W eindrücken können und das Werkstück dem zu Folge nur mit einer mäßigen Befestigungskraft auf die Planscheibe niedergezogen werden kann.
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Ferner ist die Größe der Spannkraft des Spannmittels und damit die mögliche Befestigungskraft des Werkstückes W auf der Planscheibe abhängig von dem Reibwiderstand, der bei der Bewegung des Kegelstumpfes im Spannmittel auftritt.
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Dieser Reibwiderstand kann jedoch durch eingedrungenes Öl oder Kühlmittel oder Schmutz und Späne stark variieren, wodurch die Wiederholungs-Genauigkeit der erzielten Spannkraft leidet. Außerdem legt sich der Kegelstumpf nur in einer Stellung flächig an die konische Innenfläche des Spannmittels 27 an. Bei einer axialen Verschiebung des Kegelstumpfes im Spannmittel ergibt sich eine linienförmige Berührung der Flächen, wobei vor allem bei hohen Spannkräften ein erheblicher Verschleiß eintritt.
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Die hier angegebene Spannvorrichtung dient dem lösbaren Verbinden zweier Maschinenteile, insbesondere zum Spannen eines Bearbeitungsmodules an einen Teil einer Bearbeitungsmaschine, wobei dieses Maschinenteil z. B. ein Arbeitstisch, ein separates Gehäuse oder ein anderes Maschinenteil sein kann. Das zweite Maschinenteil kann ein Bearbeitungsmodul, ein Aufspanntisch oder ein anderes zu spannendes Maschinenteil sein.
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Der Vorteil dieser Spanvorrichtung wird darin gesehen, daß eine nachträgliche Ausrichtung oder Justierung des gespannten Maschinenteils ermöglicht wird wobei eine Scheibe 60 mit dem Außenring 49 und dem Innenring 51 über die Durchgangsbohrungen 65 und 66 durch Halteschrauben mit dem zweiten Maschinenteil 4 verschraubt wird.
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Allerdings ist diese Spannvorrichtung nicht zum direkten Spannen von Werkstücken geeignet, denn die Werkstücke müssten dafür mit einem Aufmaß in Höhe der Scheibe 60 versehen werden, in welches dann die Innenkontur mit der konischen Hinterschneidung (Gegenfläche 20) eingearbeitet werden muß. Diese bauartbedingte Höhe der Innenkontur mit Gegenfläche würde einen entsprechend höheren Materialeinsatz erfordern und das Einbringen der tiefen Innenkontur mit der konischen Gegenfläche 20 sowie das nachfolgende Abarbeiten des hohen Aufmaßes ergeben weitere Kosten.
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Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, daß wenn Werkstücke direkt mit dieser Spannvorrichtung gespannt werden sollen, ist die konstruktiv bedingte schräge Krafteinleitung beim Spannen an der konischen Gegenfläche 20. Diese kann entsprechend ihrer Größe sowie dem Material und der Geometrie des Werkstückes das Werkstück radial aufweiten und dadurch deformieren. Dies wäre vor allem beim Fräsen dünnwandiger, gehäuseähnlicher Teile aus dem „”Vollen” der Fall.
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In der
DE 10 2004 006 213 B3 wird eine weitere Niederzug-Schnellspannvorrichtung zum Spannen von zu bearbeitenden Werkstücken beschrieben, bei denen eine Spannhülse in eine Bohrung des Werkstückes eingreift, wobei die Spannhülse geneigte Innenflächen aufweist und die Spannhülse durch eine Zugstange aufweitbar ist, wobei die Spannhülse als schmaler geschlitzter Spannring ausgebildet ist und dieser über ein hülsenförmiges Kegelelement mit der Zugstange aufweitbar ist und die Zugstange an ihrem oberen Ende hutförmig ausgebildet ist.
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Mit der
DE 40 20 981 A1 wird eine Spannvorrichtung zum Spannen von zu bearbeitenden Werkstücken wiedergegeben, bei der eine Spannhülse mit Spannsegmenten mit geneigten Innenflächen in eine Bohrung des Werkstücks eingreift und zum Festspannen durch einen konischen Spannkopf einer kraftbetriebenen Zugstange gespreizt wird.
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Hier ist von Nachteil, daß diese anfällig gegenüber Verschmutzungen sind, denn in die Schlitze der Spannhülsen bzw. der vier getrennten Spannsegmente können Späne und andere Schmutzteilchen von der Bearbeitung eindringen und sich dort festsetzen, so daß eine einwandfreie Funktion, bis zum Totalausfall, nicht mehr gegeben ist.
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Bekannt ist weiterhin aus der
DE 10 2004 004 218 A1 eine Zangenspannvorrichtung zum Festhalten eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer bezüglich des Bearbeitungswerkzeugs festgelegten Position, umfassen einen Korpus mit einem Zughaken zum Heranziehen des Werkstücks durch Aufsetzen auf einer Anschlagsfläche einer Ausbuchtung des Werkzeugs, der eine Kraft ausübt, die auf den Anschlag hin drückt, der auf den Korpus beweglich angebracht ist, um eine Gegenanschlagskraft zu bewirken auf eine Gegenanschlagsfläche der Ausbuchtung, die ungefähr gegenüber der Anschlagsfläche ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 202 06 717 U1 Spanneinheit bekannt, bei der in einer Aufnahme der Aufspannplatte ein aus dieser hervorstehender Spannzylinder eingesetzt ist, in dem ein Spannkolben axial verstellbar gelagert ist zwischen einer Spannstellung, in der der Spannkolben in der Wandung des freien Endes des Spannzylinders angeordnete Spannglieder nach außen aus der Wandung hervordrückt, und einer Lösestellung, in der die Spannglieder innerhalb einer Wandung aufgenommen sind, daß innerhalb des Spannzylinders eine Zylinderkammer ausgebildet und mit der Druckmittelleitung verbunden ist zur Verstellung des Spannkolbens, und daß ein Rückstellelement für den Spannkolben bei druckloser Zylinderkammer vorgesehen ist.
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Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß das zu spannende Werkstück oder Werkzeug mit einer Vertiefung versehen werden muß, in die ein ringförmiges Teil mit einer Spannschräge eingesetzt und durch Schrauben gesichert werden muß. Eine hinterschnittene Nut im Werkstück oder Werkzeug ist nicht vorgesehen. Das Spannen von extrem flachen Werkstücken oder Werkzeugen ist hier nicht möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine verbesserte Vorrichtung zum Spannen von flächigen Werkstücken für die Fünf-Achs-Bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine zu schaffen, wobei auf das Werkstück keine radialen Kräfte wirken und die Werkstücke axial formschlüssig mit einer relativ großen Spannkraft auf eine Aufspannplatte gespannt werden sollen und gleichzeitig eine mehrseitige Bearbeitungs-Zugänglichkeit ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Auf der Rückseite des zu spannende Werkstückes ist mindestens eine Vertiefung eingebracht, die eine hinterschnittene Nut aufweist, in welche die überstehenden Enden der Abkröpfungen von mindestens zwei Spannzangen eingreifen, wobei der untere Bereich der Abkröpfung der Spannzange als eine Schräge ausgebildet ist, welche in entgegengesetzter Richtung zu dem, in die nutartigen Hinterschneidungen eingreifenden Ende der Spannzange abgewinkelt ist und unterhalb der Abkröpfung bis zum Beginn der Abwinkelung ein gerundeter Vorsprung vorgesehen ist, welcher über die Seite der Spannzange, an der das in die nutartigen Hinterschneidungen eingreifende Ende angeordnet ist, hinausragt.
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Für die Fixierung des so gehaltenen Werkstücks auf der Spannplatte stehen mindestens ein Auflageelement im Eingriff mit Anschrägung im oberen Bereich der Spannzangen.
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Die nutartigen Hinterschneidungen können zum Werkstückinneren aber auch zum Werkstückäußeren weisend eingebracht sein, wobei die überstehenden Enden der Abkröpfung der Spannzangen jeweils in diese hinein greifen.
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Der untere Bereich der Abkröpfung der Spannzangen ist als eine Schräge ausgebildet, wobei diese Schräge in entgegengesetzter Richtung zu dem in die die nutartigen Hinterschneidungen eingreifenden Enden der Spannzange, abgewinkelt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es weiterhin möglich, die zu bearbeitenden Werkstücke deformationsfrei zu spannen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend an Hand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich.
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Es zeigen
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1: einen Querschnitt der Spannvorrichtung in einer kombinierten „gespannt” und „geöffnet” Darstellung;
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2: eine Ansicht des Werkstückes von unten mit einer Schnittdarstellung der Seitenansicht;
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3: eine Variante der Ausführung der Spannzange im Querschnitt der Spannvorrichtung in einer kombinierten „gespannt” und „geöffnet” Darstellung;
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4: eine Ansicht des Werkstückes von unten mit einer Schnittdarstellung der Seitenansicht für eine Variante des Eingriffs der Spannzangen;
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5: eine weitere Variante der Ausführung der Spannzangen im Querschnitt der Spannvorrichtung in einer kombinierten „gespannt” und „geöffnet” Darstellung;
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In 1 wird die Spannvorrichtung in einer Querschnitt-Darstellung gezeigt, wobei die Zustände „gespannt” und „geöffnet” kombiniert nebeneinander abgebildet sind.
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In das zu bearbeitende Werkstück 1 ist eine Vertiefung 4, in diesem Fall eine Bohrung, eingearbeitet, in welche zusätzlich eine nutförmige Hinterschneidung 5 eingebracht ist. In diese Vertiefung 4 mit der Hinterschneidung 5 greift nun die Spannzange 2, die in ihrem oberen Bereich eine Abkröpfung 7 aufweist, wobei diese Abkröpfung 7 zum Inneren des Werkstückes 1 hin ausgeführt ist. Das Ende 6 diese Abkröpfung 7 ist so ausgeführt, daß es über eine nach oben hin gedachte Verlängerung des Schaftes der Spannzange 2 hinausragt und so in die nutförmige Hinterschneidung 5 eingreift.
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Im unteren Bereich der Abkröpfung 7 ist eine Schräge 9 vorgesehen, auf die die Schräge eines Auflageelementes 3 aufläuft.
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Unterhalb der Abkröpfung 7, bis zum Beginn der Abwinkelung ist ein gerundeter Vorsprung 10 vorgesehen, welcher über die Seite der Spannzange 2, an der das in die nutartigen Hinterschneidungen 5 eingreifende Ende 6 angeordnet ist, hinausragt.
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Für das Spannen wird dieses Auflageelement 3 nach unten in die Spannplatte 8 gezogen und es wird so eine kraftschlüssige Gesamtverbindung von dem zu bearbeitenden Werkstück 1 mit den hinterschnittenen Nuten 5, den in diese eingreifenden Spannzangen 2, dem eingezogenen Auflageelement 3 und der Spannplatte 8 dahin gehend geschaffen, daß das Werkstück 1 ausreichend fest und gesichert auf der Spannplatte 8 aufliegt.
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Für das Öffnen der gespannten Verbindung wird der Zug auf das Auflageelement 3 aufgehoben bzw. das Auflageelement 3 nach oben geschoben, so dass der gerundeter Vorsprung 10 bzw. die Schräge 9 der Abkröpfung 7 der Spannzangen 2 entlang der Schräge des Auflageelements 3 ebenfalls nach oben bewegt werden, so dass die Enden 6 der Spannzangen aus den nutförmigen Hinterschneidungen 5 heraus können und so das Werkstück 1 freigeben.
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Auf Grund dessen, daß das Werkstück 1 ohne seitlich ansetzenden Spannelemente sicher und fest auf der Spannplatte 8 für den Bearbeitungsvorgang gehalten wird, ist es möglich alle Seiten des Werkstückes 1 ohne einen weiteren Umspann-Arbeitsgang entsprechend den vorgegebenen Programm-Parametern zu bearbeiten.
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Die 2 zeigt eine Ansicht des Werkstückes 1 von unten eine dazu gehörende Schnittdarstellung der Seitenansicht.
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Hier sind die in das Werkstück 1 eingearbeiteten Vertiefungen 4 mit den nutförmigen Hinterschneidungen 5 dargestellt.
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Des Weiteren sind in die auf der Spannplatte 8 aufliegende Seite jeweils links bzw. rechts eine Aufnahmebohrung 15 eingearbeitet, in die jeweils ein in der Spannplatte 8 vorgesehener Arretierstift eingreift um zusätzlich ein eventuelles seitliches Verschieben zu verhindern, so daß, wenn das Werkstück auf mehreren Maschinen bearbeitet werden soll, das gespannte Werkstück 1 zu den vorgesehenen Maschinen umgesetzt werden kann, ohne neu aufspannen oder ausrichten zu müssen.
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Mit 3 soll eine Variante der Ausführung der Spannvorrichtung mit den Spannzangen 2 im Querschnitt der in einer kombinierten „gespannt” und „geöffnet” Darstellung gezeigt werden.
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In das Werkstück 1 sind hier ebenfalls Vertiefungen 4 mit nutförmigen Hinterschneidungen 5 eingearbeitet. Die Hinterschneidungen 5 sind hier zum Werkstückinneren weisend eingebracht. Die über die gedachte Verlängerung des Schaftes der Spannzange 2 hinausragenden Enden 6 der Abkröpfung greifen in diese nutförmigen Hinterschneidungen 5 ein. Beim Spannen des Werkstückes 1 wird nun die Spannzange 2 nach unten gezogen und gleitet auf der Schräge des oberen Bereiches des Auflageelementes 3 ab, wobei das Ende 6 der Abkröpfung in die Hinterschneidung 5 im Werkstück 1 greift und dieses in Richtung Spannplatte 8 mitnimmt und dort nach dem Aufliegen festhält.
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Auch hier ist unterhalb des Endes der Abkröpfung ein annähernd kalottenartig ausgebildeter Vorsprung 10 vorgesehen, welcher beim Spannvorgang unter eine vorgesehene Aussparung in der Spannplatte 8 gleitet.
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Das Auflageelement 3 ist in dieser Variante feststehend mit der Spannplatte 8 verbunden und der obere Bereich, über den beim Spannvorgang die rückwärtige Seite der Abkröpfung der Spannzange 2 gleitet, ist annähernd kegelstumpfförmig ausgebildet.
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Beim Entspannen des Werkstückes 1 werden die eingesetzten Spannzangen 2 nach oben gedrückt. Dabei gleitet die rückseitige Schräge der Abkröpfung auf der kegelstumpfförmigen Fläche des Auflageelementes 3 nach oben ab und hebt dabei das Werkstück 1 an. Mit dem Aufgleiten des Vorsprunges 10 der Spannzange 2 auf die Schräge des oberen Bereiches der Spannplatte 8 wird gleichzeitig das Ende 6 der Spannzange 2 mindesten ein kleines Stück aus den nutförmigen Hinterschneidungen 5 gedrückt, so daß das Werkstück 1 vollkommen entspannt ist.
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In 4 wird für die Variante des Eingriffs der Spannzangen gemäß der 3 die Ansicht des Werkstückes 1 von unten gezeigt, um in Verbindung mit der rechtsseitigen Schnittdarstellung der Seitenansicht die eingearbeiteten Vertiefungen 4 mit den nutförmigen Hinterschneidungen 5 zu verdeutlichen. Auch hier sind, wie in 2, Aufnahmebohrungen 15 eingearbeitet, in die jeweils ein in der Spannplatte 8 vorgesehener Arretierstift eingreift, um zusätzlich ein eventuelles seitliches Verschieben zu verhindern.
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Die 5 zeigt eine weitere Variante der Ausführung der Spannzangen 2a im Querschnitt der Spannvorrichtung in einer kombinierten „gespannt” und „geöffnet” Darstellung.
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In das Werkstück 1 sind hier ebenfalls Vertiefungen 4 mit nutförmigen Hinterschneidungen 5 eingearbeitet in die die über die gedachte Verlängerung des Schaftes der Spannzange 2 hinausragenden Enden 6 eingreifen.
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Die Spannzangen 2a weisen annähernd im mittigen Bereich eine kalottenartige Aussparung auf.
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In der Spannplatte 8 ist eine Hülse 11 angeordnet, die zum Werkstück 1 hin verschiebbar und dabei von jeweils einer Kugel 12 geführt ist. Diese Hülse 11 ist als ein nach unten gedrehtes „F” ausgebildet und steht mit einem verschiebbaren Expansionsstift 14 in Verbindung.
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Beim Spannen des Werkstückes 1 wird nun die Hülse 11 nach unten gezogen, dabei wird das mittlere Querteil auf das untere abgewinkelte Ende der Spannzange 2a. gedrückt.
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Gleichzeitig gleitet die obere Schräge 9 der Spannzange 2a über die obere Schräge des Expansionsstiftes 14, so daß die Enden 6 der Spannzangen 2a in die nutförmigen Hinterschneidungen 5 gedrückt werden und so das Werkstück 1 fest mit Spannplatte 8 zusammenpreßt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Spannzange
- 2a
- Variante der Spannzange
- 3
- Auflageelement
- 4
- Vertiefung
- 5
- Nut
- 6
- überstehendes Ende
- 7
- Abkröpfung
- 8
- Spannplatte
- 9
- Schräge
- 10
- Vorsprung
- 11
- Hülse
- 12
- Kugel
- 13
- Expansionsstift (fest)
- 14
- Expansionsstift (verschiebbar)
- 15
- Aufnahmebohrung
