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Die Erfindung betrifft ein Backenfutter.
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Backenfutter der in Rede stehenden Art bilden allgemein Spannvorrichtungen, mittels derer Werkstücke gespannt werden, um an diesen danach vorgegebene Bearbeitungsvorgänge durchführen zu können. Bei den zu spannenden Werkstücken kann es sich um Stahlteile, Blechteile und dergleichen handeln.
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Generell weist ein derartiges Backenfutter eine vorgegebene Anzahl von Spannbacken auf, die in Führungen in einem stationär gelagerten Grundkörper verschiebbar gelagert sind. Über geeignete Stellsysteme können die Spannbacken zum Spannen eines Werkstücks auf dieses zugefahren werden, bis mit den Spannbacken das Werkstück fest eingeklemmt ist und somit in einer festen Sollposition gehalten ist, damit dann das Werkstück bearbeitet werden kann. Ist dieser Bearbeitungsvorgang abgeschlossen, so werden mit dem Stellsystem die Spannbacken vom Werkstück zurück gefahren, so dass das Werkstück freigegeben ist und aus dem Backenfutter entnommen werden kann.
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Die
DE 36 42 309 A1 betrifft eine Einrichtung zur Betätigung der Spannbacken eines Kraftspannfutters. Bei dieser Einrichtung ist ein Stellantrieb durch einen zweiteiligen Rotationsmotor gebildet, der extern zu einer Hauptspindel achsparallel zu dieser angeordnet und als in sich geschlossene Baueinheit verdrehbar gelagert ist. Ein Funktionsglied des Rotationsmotors ist in Abhängigkeit von der Hauptspindel unmittelbar durch diese antreibbar und an dieser trieblich abgestützt. Ein anderes Funktionsglied ist mit dem Verstellglied, trieblich verbunden Ferner sind die beiden Funktionsglieder zur Aufrechterhaltung der Spannkraft zwangläufig miteinander verspannbar und zur Vornahme einer Stelldrehbewegung stufenlos gegeneinander verstellbar.
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Die
DE 10 2007 032 416 A1 betrifft ein Verfahren, welches zur Betätigung einer Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkzeugs dient. Die Spannvorrichtung umfasst einen elektrischen Antrieb, in welchem Einrichtungen zur Messung von Motorströmen und Motorpositionen zur Kontrolle von mit der Spannvorrichtung durchgeführten Spannvorgängen integriert sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Backenfutter der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bei geringem Kostenaufwand eine erweiterte Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Backenfutter umfasst einen Backenfuttergrundkörper, der mittels eines ersten elektrischen Antriebs um eine Drehachse drehbar ist und welcher in einer Ebene senkrecht zur Drehachse angeordnete Aufnahmen für Spannbacken aufweist. Die Aufnahmen bilden Linearführungen, in welchen die Spannbacken in radialer Richtung verschiebbar gelagert sind. Ein koaxial zum Backenfuttergrundkörper angeordneter Plangewindekörper ist mittels eines zweiten elektrischen Antriebs um eine Drehachse drehbar, welche mit der Drehachse des Backenfuttergrundkörpers zusammenfallt. Die Spannbacken weisen Plangewindeverzahnungen auf, die in einem in einer senkrecht zur Drehachse orientierten Ebene angeordneten Plangewinde geführt sind, so dass bei einer rotativen Relativbewegung zwischen Backenfuttergrundkörper und Plangewindekörper das Backenfutter durch Verschieben der Spannbacken in den Aufnahmen des Backenfuttergrundkörpers geöffnet oder geschlossen wird. Bei einer synchronen Drehbewegung des Backenfuttergrundkörpers und Plangewindes führen die Spannbacken eine Drehbewegung um die Drehachse aus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Backenfutter sind somit zwei gegeneinander drehbare Module zur Führung der Spannbacken vorgesehen, nämlich der Backenfuttergrundkörper sowie der Plangewindekörper, wobei beide Module separat mit einem elektrischen Antrieb angetrieben sind. Die elektrischen Antriebe sind dabei derart ausgebildet, dass diese exakt synchronisiert werden können. Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass die elektrischen Antriebe als Servomotoren ausgebildet sind.
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Mit den elektrisch angetriebenen Modulen wird eine wesentlich erweiterte Funktionalität des erfindungsgemäßen Backenfutters erhalten, da nicht nur ein Spannen von Werkstücken mit den Spannbacken ermöglicht wird, sondern zusätzlich ein Drehen des Werkstücks, wodurch das erfindungsgemäße Backenfutter auch als Teilapparat einsetzbar ist beziehungsweise für Rotationsbearbeitungen verwendbar ist. Das erfindungsgemäße Backenfutter kann dabei besonders vorteilhaft im Stanzbereich eingesetzt werden, da mit diesem in schnellen Folgen Spannvorgänge von Werkstücken und deren Positionierungen in verschiedenen Drehpositionen realisiert werden können.
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Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Backenfutters beruht dabei darauf, dass sowohl der Backenfuttergrundkörper als auch der Plangewindekörper jeweils in Eingriff mit den Spannbacken sind und damit durch den Antrieb mit dem jeweiligen elektrischen Antrieb Spannvorgänge durchführen, wenn sich der Backenfuttergrundkörper und der Plangewindekörper mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Bei einer Relativbewegung von Backenfuttergrundkörper und Plangewindekörper werden die Spannbacken mit ihren Plangewindeverzahnungen in dem Plangewinde des Plangewindekörpers bewegt. Durch diese Bewegung wiederum werden die Spannbacken in den als Linearführungen ausgebildeten Aufnahmen des Backenfuttergrundkörpers in radialer Richtung bewegt, das heißt die Spannbacken bewegen sich auf die Drehachse zu oder von dieser weg, so dass mit den Spannbacken ein Schließ- oder Öffnungsvorgang durchgeführt wird, durch welchen ein Werkstück gespannt oder freigegeben wird.
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Stehen dagegen der Backenfuttergrundkörper und der Plangewindekörper fest oder bewegen sich exakt synchron mit derselben Geschwindigkeit, so bleiben die Spannbacken in ihren Positionen, so dass bei synchronem Drehen des Backenfuttergrundkörpers und des Plangewindekörpers insbesondere ein mit den Spannbacken gespanntes Werkstück gespannt bleibt.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Backenfutters besteht darin, dass die Spannvorgänge mit den Spannbacken auf rein elektronischem Weg mittels der elektrischen Antriebe durchgeführt werden können. Damit können Spannvorgänge nicht nur äußerst schnell, sondern auch sehr präzise durchgeführt werden.
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Gemäß einer ersten Variante wird mit den beiden elektrischen Antrieben, insbesondere Servomotoren, ein kraftabhängiges Spannen der Spannbacken durchgeführt, wobei hierzu die Motorströme als exaktes Maß für die Spannkräfte ausgewertet werden.
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Gemäß einer zweiten Variante wird mit den beiden elektrischen Antrieben, insbesondere Servomotoren, ein wegabhängiges Spannen der Spannbacken durchgeführt, in dem das Spannen in Abhängigkeit der Drehpositionen der elektrischen Antriebe erfolgt. Die Drehpositionen können mit Encodern und dergleichen hochgenau bestimmt werden.
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Mit beiden Varianten können Werkstücke mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit gespannt werden. Weiterhin ist mit dem erfindungsgemäßen Backenfutter auch ein sehr feinfühliges, materialschonendes Spannen von Werkstücken möglich. Durch Vorgabe geeigneter Geschwindigkeitsprofile der beiden elektrischen Antriebe kann beispielsweise in einer ersten Phase ein schnelles Anfahren der Spannbacken an das zu spannende Werkstück erfolgen, um dann in einer zweiten Phase, wenn die Spannbacken dicht vor dem Werkstück positioniert sind, in einem langsamen Endvorgang des Spannvorgangs das Werkstück mit der gewünschten Spannkraft zu spannen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Backenfutters besteht darin, dass ein mit den Spannbacken gespanntes Werkstück durch synchrone Drehbewegungen des Backenfuttergrundkörpers und des Plangewindekörpers um beliebige Winkel gedreht werden kann. So können bei einer Verwendung des Backenfutters als Teilapparat unterschiedliche und variabel vorgebbare Teilungen realisiert werden.
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Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die Vorgabe der Teilungen stufenlos und zeitabhängig erfolgen kann.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Backenfutters besteht darin, dass Spannvorgänge und Drehbewegungen des Werkstücks auch so kombiniert werden können, dass während einer Drehbewegung des Werkstücks Spannvorgänge durchgeführt werden. Dies ermöglicht hoch dynamische Bearbeitungsprozesse von Werkstücken, die besonders vorteilhaft beim Einsatz des Backenfutters beim Stanzen von Werkstücken angewendet werden können.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Backenfutters.
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2: Längsschnitt durch das Backenfutter gemäß 1.
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3: Einzeldarstellung des Backenfuttergrundkörpers und des Plangewindekörpers für das Backenfutter gemäß den 1 und 2.
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4: Vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von 2.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Backenfutters 1. Die mechanischen Komponenten des Backenfutters 1 sind in einem stationär angeordneten Gehäuse 2 integriert, dessen offene Frontseite mit einer Abdeckplatte 3 verschlossen ist. Als wesentliche Module zum Spannen eines nicht dargestellten Werkstücks weist das Backenfutter 1 einen Backenfuttergrundkörper 4 und einen Plangewindekörper 5 auf, die in 3 in einer Einzeldarstellung dargestellt sind.
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Wie aus 3 ersichtlich, sitzt der Backenfuttergrundkörper 4 auf dem Plangewindekörper 5 auf. Beide Module sind dabei koaxial und drehsymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Drehachse D angeordnet (2). Wie aus 3 weiter ersichtlich, weist der Backenfuttergrundkörper 4 eine im Wesentlichen kreisscheibenförmige Kontur auf, wobei an der Oberseite vier identisch aufgebaute Segmente 4a vorgesehen sind, die jeweils vom 90° zueinander versetzt sind. Sowohl der Backenfuttergrundkörper 4 als auch der Plangewinde-Plangewindekörper 5 weisen einen zentralen Hohlraum auf, in welchen das zu spannende Werkstück einführbar ist.
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Die Zwischenräume zwischen den Segmenten 4a bilden Aufnahmen 6 in Form von Linearführungen für Spannbacken 7, die zum Spannen eines Werkstücks dienen. Die Aufnahmen 6 weisen an ihren Oberseiten Absätze 6a auf, die ein Herauslösen der Spannbacken 7 aus den Aufnahmen 6 verhindern. Die in 2 dargestellten Spannbacken 7 sind in den Aufnahmen 6 in radialer Richtung verschiebbar gelagert.
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4 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt von 2. Wie aus 4 und auch aus 3 ersichtlich, ist an der oberen, der Abdeckplatte 3 zugewandten Stirnseite des Plangewindekörpers 5 ein Plangewinde 8 vorgesehen. Entsprechend sind an den Unterseiten der Spannbacken 7, von welchen in 4 nur die Unterseite dargestellt sind, Plangewindeverzahnungen 7a vorgesehen, die in das Plangewinde 8 des Plangewindekörpers 5 eingreifen. Damit die Plangewindeverzahnungen 7a der Spannbacken 7 in das Plangewinde 8 des Plangewindekörpers 5 eingreifen können, liegt dieses Plangewinde 8 im Bereich der Aufnahmen 6 des Backenfuttergrundkörpers 4, wie aus 3 ersichtlich, frei.
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Der Backenfuttergrundkörper 4 und der Plangewindekörper 5 sind im Gehäuse 2 um die Drehachse D drehbar gelagert, wobei der Backenfuttergrundkörper 4 und der Plangewindekörper 5 auch relativ zueinander drehbar sind. Zur Drehlagerung des Backenfuttergrundkörpers 4 beziehungsweise des Plangewindekörpers 5 im Gehäuse 2 sind Lager 9, 10, insbesondere Kugellager, vorgesehen. Um eine Relativdrehung zwischen Backenfuttergrundkörper 4 und Plangewindekörper 5 zu ermöglichen, sind weiterhin axiale Rollenlager 11 beziehungsweise Radialrollenlager 12 vorgesehen (2 und 4).
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Der Backenfuttergrundkörper 4 und der Plangewindekörper 5 können einzeln jeweils über einen elektrischen Antrieb in eine Drehbewegung versetzt werden.
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Zur Ankopplung an das Antriebssystem weisen sowohl der Backenfuttergrundkörper 4 als auch der Plangewindekörper 5 an der äußeren Mantelfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Verzahnung 4b, 5a auf. Die Außendurchmesser des Backenfuttergrundkörpers 4 und des Plangewindekörpers 5 sind identisch. Ebenso sind die Verzahnungen 4b, 5a des Backenfuttergrundkörpers 4 und des Plangewindekörpers 5 identisch ausgebildet.
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Der Backenfuttergrundkörper 4 wird über einen ersten elektrischen Antrieb in Form eines Servomotors 13 in Drehbewegungen um die Drehachse D versetzt. Dem Servomotor 13 sind ein Getriebe 14 und ein Ritzel 15 nachgeordnet, die koaxial auf der Motordrehachse des Servomotors 13 angeordnet sind. Das Ritzel 15 ist in Eingriff mit der Verzahnung 4b des Backenfuttergrundkörpers 4. Durch den Servomotor 13 wird das Ritzel 15 um die Motordrehachse in Drehungen versetzt, wodurch der Backenfuttergrundkörper 4 in eine Drehbewegung um die Drehachse D versetzt wird.
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Der Plangewindekörper 5 wird über einen zweiten elektrischen Antrieb in Form eines Servomotors 16 in Drehbewegungen um die Drehachse D versetzt. Dem Servomotor 13 sind ein Getriebe 17 und ein Ritzel 18 nachgeordnet, die koaxial auf der Motordrehachse des Servomotors 16 angeordnet sind. Das Ritzel 18 ist ein Eingriff mit der Verzahnung 5a des Plangewindekörpers 5. Durch den Servomotor 16 wird das Ritzel 16 um die Motordrehachse in Drehungen versetzt, wodurch der Plangewindekörper 5 in eine Drehbewegung um die Drehachse D versetzt wird.
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Die Servomotoren 13, 16 sind identisch ausgebildet und können, beispielsweise durch eine zentrale Steuereinheit, gesteuert werden.
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Zur Durchführung von Spannvorgängen eines Werkstücks, das heißt zum Heranführen der Spannbacken 7 an ein zu spannendes Werkstück, oder zum Lösen eines Werkstücks, das heißt zum Entfernen der Spannbacken 7 vom Werkstück, werden die Servomotoren 13, 16 so angesteuert, dass sich der Backenfuttergrundkörper 4 und der Plangewindekörper 5 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Damit wird eine Relativbewegung des Plangewindes 8 des Plangewindekörpers 5 zum Backenfuttergrundkörper 4 erhalten. Da die Spannbacken 7 in den Aufnahmen 6 des Backenfuttergrundkörpers 4 zwangsgeführt sind, wird durch die Bewegung des Plangewindekörpers 5 relativ zum Backenfuttergrundkörper 4 eine Relativbewegung der Plangewindeverzahnung 7a der Spannbacken 7 relativ zum Plangewinde 8 erhalten, die durch die Zwangsführung der Spannbacken 7 in den Aufnahmen 6 in eine Radialbewegung der Spannbacken 7 in den Linearführungen bildenden Aufnahmen 6 umgesetzt wird. Durch diese Radialbewegungen der Spannbacken 7 werden, je nach Richtung der Relativbewegung, zwischen Backenfuttergrundkörper 4 und Plangewindekörper 5 die Spannbacken 7 auf das Werkstück zugefahren oder von diesem entfernt.
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Die Spannvorgänge können kraftgesteuert oder weggesteuert erfolgen. Im ersten Fall werden als Maß für die Spannkräfte die Motorströme der Servomotoren 13, 16 erfasst und ausgewertet. Im zweiten Fall werden mittels Encodern oder allgemein Winkelgebern die aktuellen Motorpositionen erfasst, die bei bekannten Geometrien der nachgeordneten Bauteile die aktuellen Drehpositionen des Backenfuttergrundkörpers 4 und des Plangewindekörper 5 und damit der Spannbacken 7 liefern.
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Die Servomotoren 13, 16 können insbesondere auch derart angesteuert werden, dass diese völlig synchron laufen, so dass sich der Backenfuttergrundkörper 4 und der Plangewindekörper 5 völlig synchron drehen. Wurde zuvor ein Werkstück mit den Spannbacken 7 eingepasst, so bleibt das Werkstück dann mit konstanten, gleichbleibenden Spannkräften eingespannt, da nun keine Relativbewegung zwischen Backenfuttergrundkörper 4 und Plangewindekörper 5, die zu einer Bewegung der Spannbacken 7 führen würde, mehr zutrifft.
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Anstelle dessen wird durch die synchrone Drehbewegung von Backenfuttergrundkörper 4 und Plangewindekörper 5 das Werkstück entsprechend der Drehzahl des Backenfuttergrundkörpers 4 und Plangewindekörpers 5 gedreht. In der Steuereinheit kann dabei durch die Ansteuerung der Servomotoren 13, 16 der Drehwinkel, um welchen das Werkstück gedreht wird, flexibel vergeben werden. Dasselbe gilt auch für die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks.
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Damit kann das Backenfutter 1 für Rotationsbearbeitungen von Werkstücken und insbesondere als Teilapparat verwendet werden. Bei der Verwendung als Teilapparat können Teilungen zeitabhängig vorgegeben werden.
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Generell können bei dem Backenfutter 1 auch Spannvorgänge während einer Drehbewegung eines Werkstücks durchgeführt werden. So kann beispielsweise durch eine synchrone Ansteuerung der Servomotoren 13, 16 zunächst eine reine Drehbewegung eines in den Spannbacken 7 eingespannten Werkstücks erfolgen. Während der Drehung kann dann eine kleine Drehzahldifferenz für die Servomotoren 13, 16 vorgegeben werden, so dass der gemeinsamen Drehbewegung des Backenfuttergrundkörpers 4 und Plangewindekörpers 5 eine Relativbewegung von Backenfuttergrundkörpern 4 und Plangewindekörpern 5 überlagert wird, wodurch die Spannbacken 7 auseinander gefahren werden und so das Werkstück während der Drehbewegung entnommen werden kann. Entsprechendes gilt auch für das Spannen eines Werkstücks während einer Drehbewegung.
