DE102007012874B4

DE102007012874B4 - Spannfutter für eine Werkzeugmaschine sowie eine ein Spannfutter aufweisende Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102007012874B4
Application number: DE102007012874.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Strauch
Original assignee: Profilator GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2007-03-17
Filing date: 2007-03-17
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2027-03-18
Also published as: DE102007012874A1

Abstract

Spannfutter mit einem sich längs einer die Drehachse des Spannfutters bildenden Längsachse (1) erstreckendem Futterkörper (2), der im Bereich seiner quer zur Längsachse (1) sich erstreckenden Stirnseite (3) eine zur Stirnseite (3) hin offene Höhlung (4) und vor der Höhlung (4) angeordnete, im Wesentlichen radial zur Längsachse (1) verstellbare Spannbacken (5) aufweist, mit einem oder mehreren rückwärtig der Spannbacken (5) angeordneten, im Wesentlichen in Radialrichtung sich erstreckenden, von der Bodenfläche (8) der Höhlung (4) ausgehenden Spanabfuhrkanälen (6) zum Abtransport von Spänen,, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (8) als Mantelfläche einer Glocke oder eines Kegels ein Luftstromumleitungsprofil ausbildet, wobei die Spitze der Glocke oder des Kegels in der Längsachse (1) und zur Stirnseite (3) am nächsten liegt, der Rand (10) der Glocke oder des Kegels zur Stirnseite (3) am entferntesten liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1. Ein gattungsgemäßes Spannfutter ist aus der DE 4411 524 A1 bekannt. Die darin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschreiben ein Spannfutter, bei dem von der Bodenfläche einer Höhlung Spanabfuhrkanäle zum Abtransport von Spänen ausgehen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine mit einem derartigen Spannfutter ausgestattete Werkzeugmaschine, bei der das Spannfutter auf einer Werkstückspindel sitzt, die drehangetrieben wird.
Werkzeugmaschinen der gattungsgemäßen Art sind in Form von Drehmaschinen oder Fräsmaschinen bekannt. Wenn eine derartige Werkzeugmaschine ein auf einer sich um eine Achse drehenden Werkstückspindel sitzendes Spannfutter besitzt, geraten bei einer Innenbearbeitung eines ringförmigen Werkstücks, insbesondere beim Einfräsen einer Innenverzahnung in einen ringförmigen Rohling, die Späne in die Höhlung. Bei einer Nassbearbeitung können die Späne durch die Flüssigkeit abtransportiert werden. Bei einer Trockenbearbeitung steht zum Spanabtransport im Wesentlichen nur ein Luftstrom zur Verfügung, dessen Wirkung unzureichend ist. Eine Vielzahl der Späne sammeln sich in der rückwärtig der Spannbacken angeordneten Höhlung des Futterkörpers. Durch Fliehkraft, Luftverwirbelung oder durch den Druckluftstrom werden diese Späne aufgewirbelt. Sie können sich dann auf die zu bearbeitenden Werkstückflächen anlegen. Insbesondere bei einer wälzenden Zahnbearbeitung führt dies zu Fehlern im Werkstück.
Ein Spannfutter wird auch von der DE 102 24 367 A1 beschrieben. Diese Schrift beschreibt ein Spannfutter mit einem Futterkörper. In der Stirnseite des Futterkörpers befindet sich eine Öffnung. Im Bereich dieser Öffnung sitzen in Radialöffnungen drei Spannbacken, die über Zugstangen, die in Führungsöffnungen des Futterkörpers geführt sind, durch Verlagerung eines Futterklobens in Längsrichtung des Futters radial zur Längsachse bewegbar sind. Der Boden des Futters wird von einer Stirnfläche des Futterklobens gebildet.
Während das zuvor beschriebene Futter das Werkstück an seinem Außenumfang spannt, ist ein aus der US 6,170,837 B1 her bekanntes Futter in der Lage, Werkstücke von innen zu spannen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Spannfutter bzw. die mit dem Spannfutter ausgestattete Werkzeugmaschine gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 7 angegebene Erfindung. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben Es sind ein oder mehrere rückwärtig der Stirnseite der Höhlung angeordnete, in Radialrichtung sich erstreckende Spanabfuhrkanäle vorgesehen. Diese dienen zum Abtransport der in die Höhlung getriebenen Späne. Der Abtransport erfolgt bevorzugt mit einem Luftstrom, der von der Stirnseite her in die Öffnung der Höhlung eingebracht wird. Dieser Luftstrom transportiert die Späne vom Boden der Höhlung durch die Spanabfuhrkanäle nach draußen. Bevorzugt wird der Futterkörper von einem Spansammelkanal umgeben. Der Spansammelkanal braucht sich mit dem Futter nicht mitzudrehen. Er kann das Futter im Abstand eines Bewegungsspaltes umgeben. An dem Spansammelkanal kann eine Spanabsaugvorrichtung angeschlossen sein, die die Späne mittels eines Luftstroms aus dem Spansammelkanal absaugt. Der Boden der Höhlung besitzt ein Luftstromumleitungsprofil, welches die Form eines Kegels oder einer Glocke aufweist. Die in die Höhlung eingebrachten Späne stoßen somit gegen eine Schrägfläche, insbesondere gewölbte Schrägfläche, die von der Kegelmantel- bzw. Glockenmantelfläche gebildet ist. Zufolge der Rotation des drehangetriebenen Futters wirkt auf die Späne neben dem Luftstrom auch die Fliehkraft, die die Späne in Richtung auf die Spanabfuhrkanäle beschleunigt. Bei dem Futter handelt es sich bevorzugt um ein Drei- oder Mehrbackenfutter, dessen Backen in gleichmäßiger Umfangsverteilung um die Längsachse angeordnet sind. Die Spanabfuhrkanäle liegen vorzugsweise zwischen den Spannbacken bzw. zwischen den die Spannbacken verstellenden, in Führungskanälen des Futterkörpers geführten Zugstangen, an denen ein unter dem Boden der Höhlung angeordneter Futterkloben angreift. Der Boden der Höhlung kann von einem Einsatzteil gebildet sein, welches das oben erwähnte im Wesentlichen rotationssymmetrische Luftstromumleitungsprofil ausbildet. Die zur Höhlung hin weisende Oberfläche des Bodens geht bündig in die untere Kanalwand über. Die obere Kanalwand kann ebenfalls strömungsgünstig und somit gerundet gestaltet sein. Zufolge der Ausgestaltung des Futters sammeln sich innerhalb der Höhlung keine Späne mehr an, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes aufgewirbelt werden können. Bevorzugt kommt das zuvor beschriebene Futter an einer Werkzeugmaschine zur Anwendung, mit der innenverzahnte Werkstücke bearbeitet werden sollen. Mit dem Futter wird das innen zu bearbeitende Werkstück gehalten. Die Bearbeitung kann dabei von oben erfolgen. Die Werkstückspindel kann in einer Vertikalachse liegen. Im Allgemeinen erfolgt die Bearbeitung aber mit sich in einer Horizontalebene drehenden Werkstückspindel. Während der spanenden Bearbeitung, also beispielsweise während der Verzahnung eines Werkstücks werden die sich bildenden Späne kontinuierlich von einem Luftstrom vom Werkstück in Horizontalrichtung weg in Richtung auf die Höhlung des Futters geblasen. Diese werden dann mit dem Luftstrom durch die Kanäle abtransportiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Spannfutter und
2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1.
Das Futter besitzt einen aus Stahl gefertigten Futterkörper 2, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylinders aufweist. Im Bereich der Stirnseite 3 des Futterkörpers 2 befinden sich in gleichmäßiger Umfangsverteilung drei Radialaussparungen. In diesen Radialaussparungen befinden sich Backenträger 12, die jeweils eine Spannbacke 5 tragen. Die Spannbacken 5 weisen mit ihrer gerundeten Spannfläche auf die Längsachse 1, die durch das Zentrum des Futterkörpers 2 hindurch geht. In der Wandung des Futterkörpers 2 erstrecken sich insgesamt drei schräg zur Achse 1 verlaufende Führungskanäle 14, in welchen Zugstangen 13 einliegen. Diese Zugstangen 13 greifen an den Backenträgern 12 an.
Rückwärtig der Stirnseite 3 besitzt der Futterkörper 2 eine Höhlung 4. Die Enden der Zugstange 13 treten in diese Höhlung hinein. Die Enden der Zugstange 13 bilden Angriffsprofile 15 aus, die im Wesentlichen ein Stufenprofil ausbilden. An diesem Stufenprofil greift ein Gegenprofil, beispielsweise in Form einer Schlitzöffnung 16 eines Futterklobens 17 an. Der Futterkloben 17 ist in der Höhlung 4 entlang der Längsachse 1 verschieblich angeordnet. Eine Längsverschiebung des Futterklobens in Längsachsenrichtung hat eine Radialverlagerung der Spannbacken 5 zur Folge.
Innerhalb der Höhlung 4 befindet sich ein Bodenkörper 11, der von einem Einsatzstück gebildet werden kann. Dieser Bodenkörper 11 bildet den Boden 8 der zur Stirnseite 3 hin offenen Höhlung 4. Der Bodenkörper 11 ist ein Rotationskörper. Die Bodenfläche 8 kann die Mantelfläche einer Glocke oder eines Kegels sein. Die Bodenfläche bildet somit ein Luftstromumleitungsprofil für den in der 2 mit Pfeilen dargestellten Luftstrom, welcher von außerhalb des Futters angeordneten Druckluftdüsen 21 erzeugt wird. Die im Zentrum im Bereich der Längsachse 1 angeordnete Kegelspitze 9 liegt im Höhlungsrand, also der Stirnseite 3 am nächsten. Der Kegelrand 10 liegt der Stirnseite 3 am entferntesten. Im Bereich des Kegelrandes 10 geht der Höhlungsboden 8 bündig in eine untere Wandung 20 eines Spanabfuhrkanales 6 über.
Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Spanabfuhrkanäle 6 vorgesehen, die jeweils Durchbrechungen der Wandung des Futterkörpers 2 sind. Die Spanabfuhrkanäle 6 sind in Radialrichtung zur Längsachse 1 angeordnet, entspringen der Höhlung 4 und münden in einen Spansammelkanal 7, der um den Futterkörper 2 angeordnet ist. Die obere Wandung 19 des Spansammelkanales 6 besitzt einen gerundeten Übergang zur Wandung 18 der Höhlung 4. Im Ausführungsbeispiel verkleinert sich der Querschnitt des Spanabfuhrkanales 6 in Richtung der mit Pfeilen angedeuteten Luftströmung.
Das Futter wird von einer nicht dargestellten, um eine drehbare Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine drehangetrieben. Der Spansammelkanal 7 kann fest mit dem Maschinenbett verbunden sein. Hierzu ist er von der Außenwandung des Futterkörpers 2 geringfügig um einen Bewegungsspalt 23 beabstandet.
Um einen sicheren Spanabtransport zu gewährleisten, ist an einem Absaugstutzen 22 des Spansammelkanales 7 eine Saugvorrichtung angeordnet, die den Luftstrom und die vom Luftstrom aufgewirbelten Späne aus der Höhlung 4 absaugt, die nach oben offen ist.
Wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, sind die insgesamt drei Spanabfuhrkanäle 6 zwischen den einzelnen Spannbacken 5 bzw. zwischen den Führungskanälen 14 in gleichmäßiger Umfangsverteilung um die Längsachse 1 angeordnet.
Das Futter wird bevorzugt an einer Werkzeugmaschine verwendet, mit der Innenverzahnungen insbesondere im Stoßverfahren, im Schlagmesserverfahren, oder im Wälzschälverfahren hergestellt werden. Die bei der zerspanenden Fertigung anfallenden Späne werden mit ein oder mehreren mit der Bezugsziffer 21 angedeuteten Druckluftdüsen in die Höhlung 4 hineingeblasen. Der Luftstrom strömt entlang der in 2 dargestellten Pfeile in die Höhlung 4 und wird am Luftstromumleitungsprofil des Bodens 8 von einer Längsstromrichtung in eine Querstromrichtung umgeleitet. Mit Unterstützung der Fliehkraft werden dadurch die Späne durch die Spanabfuhrkanäle 6 in Radialrichtung nach außen abtransportiert in den Spansammelkanal 7. Von dort werden sie mit Unterstützung der oben erwähnten Saugvorrichtung abtransportiert. Der Spansammelkanal 7 ist fest mit dem Maschinenbett verbunden. Er besitzt deshalb einen Abstandsspaltraum 23 zur Außenwandung des drehangetriebenen Futters 2.
Die Werkstückspindel kann dabei in der Horizontalrichtung liegen. Sie kann aber auch in der Vertikalrichtung angeordnet sein. Bei einer Bearbeitung von oben fallen die Späne schwerkraftunterstützt in die Höhlung des Futters.

Claims

Spannfutter mit einem sich längs einer die Drehachse des Spannfutters bildenden Längsachse (1) erstreckendem Futterkörper (2), der im Bereich seiner quer zur Längsachse (1) sich erstreckenden Stirnseite (3) eine zur Stirnseite (3) hin offene Höhlung (4) und vor der Höhlung (4) angeordnete, im Wesentlichen radial zur Längsachse (1) verstellbare Spannbacken (5) aufweist, mit einem oder mehreren rückwärtig der Spannbacken (5) angeordneten, im Wesentlichen in Radialrichtung sich erstreckenden, von der Bodenfläche (8) der Höhlung (4) ausgehenden Spanabfuhrkanälen (6) zum Abtransport von Spänen,, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (8) als Mantelfläche einer Glocke oder eines Kegels ein Luftstromumleitungsprofil ausbildet, wobei die Spitze der Glocke oder des Kegels in der Längsachse (1) und zur Stirnseite (3) am nächsten liegt, der Rand (10) der Glocke oder des Kegels zur Stirnseite (3) am entferntesten liegt.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Höhlung (4) entspringenden, die vom Futterkörper (2) gebildete Wandung (18) der Höhlung (4) durchdringenden Spanabfuhrkanäle (6) in einen den Futterkörper (2) umgebenden Spansammelkanal (7) münden, der insbesondere fest mit dem Maschinenbett verbunden ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch drei in gleichmäßiger Umfangsverteilung um die Längsachse (1) angeordnete Spannbacken (5) und in Umfangsrichtung zwischen den Spannbacken (5) angeordnete Spanabfuhrkanäle (6).
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (5) von Spannbackenträgern (12) gehalten sind, die durch in Achsrichtung (1) wirkende Zugstangen (13) verstellbar sind.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Boden (8) gebildete Stromumleitungsprofil bündig in die Bodenwand (20) der Spanabfuhrkanäle (6) übergeht.
Spannfutter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen unterhalb eines Bodenkörpers (11) angeordneten, an den Zugstangen (13) angreifenden Futterkloben (17).
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (8) von einem Bodenkörper (11) gebildet ist, der ein Einsatzstück ist.
Werkzeugmaschine zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Dreh- oder Fräsmaschine mit einer von einem Antriebsmotor um eine Achse (1) drehantreibbaren Werkstückspindel, die ein Spannfutter trägt, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung des Spannfutters gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch oberhalb des Futters angeordnete Druckluftdüsen (21).
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine an einem Absaugstutzen (22) eines die Wandung des Futterkörpers (2) umgebenden Spansammelkanals (7) angeschlossene Saugvorrichtung zum Absaugen der Späne durch die der Höhlung (4) entspringenden, die Wand des Futterkörpers (2) durchdringenden Spanabfuhrkanäle (6).