-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter für eine Koordinatenmessmaschine und eine Koordinatenmessmaschine mit einem solchen Spannfutter.
-
Koordinatenmessmaschinen werden in der industriellen Fertigung dazu eingesetzt, die Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen durch eine Messung der Ist-Geometrie der gefertigten Werkstücke zu überprüfen und durch einen Abgleich mit der Soll-Geometrie Korrekturwerte zur Anpassung von Fertigungsparametern der Bearbeitungsmaschinen zu bestimmen, um die geforderte Bearbeitungsqualität zu erreichen.
-
So werden z.B. die Geometrie von Zahnrädern, wie Stirnrädern, Kegelrädern oder dergleichen, Plankupplungen, Zahnwellen und ähnlichen Bauteilen, die hochgenau zu fertigen sind, auf derartigen Koordinatenmessmaschinen im Mikrometerbereich gemessen, um die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit im Rahmen der vorgegebenen Toleranzbereiche sicherzustellen.
-
Bauteile, die zyklisch symmetrische oder rotationssymmetrische Geometrien aufweisen, wie z.B. Verzahnungen oder Wellenabsätze, können zur Aufnahme auf einer Koordinatenmessmaschine in einem Spannfutter der Koordinatenmessmaschine eingespannt werden. Dabei soll das Spannfutter eine zuverlässige Zentrierung und Einspannung des Werkstücks bezogen auf eine Werkstückdrehachse der Koordinatenmessmaschine ermöglichen. Zudem soll über das Spannfutter eine zuverlässige Verbindung des Werkstücks zu einem Drehantrieb der Werkstückdrehachse gewährleistet sein, um die Drehbewegung eines Drehantriebs ohne Schlupf oder Spiel möglichst exakt auf das Werkstück zu übertragen. So können aus der Werkstückrotation resultierende Messungenauigkeiten vermieden werden, insbesondere für den Fall, in dem die Winkelposition der Werkstücks aus der Erfassung der Winkelposition des Drehantriebs abgeleitet wird.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Spannfutter und eine Koordinatenmessmaschine anzugeben, welche in zuverlässiger Weise eine Einspannung und Zentrierung eines Werkstücks und eine insbesondere schlupf- und spielfreie Kopplung mit einem Drehantrieb ermöglichen.
-
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Spannfutter nach Anspruch 1 und eine Koordinatenmessmaschine nach Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Spannfutter, mit einem Grundkörper, mit einem Futterkörper, mit einem Rotor und mit einer Kupplung, wobei an dem Futterkörper verschiebbar gehaltene Spannbacken zum Einspannen eines Werkstücks angeordnet sind, wobei der Rotor an dem Grundkörper gehalten und drehbar gelagert ist, wobei der Futterkörper an dem Rotor gehalten und drehbar gelagert ist, wobei der Rotor und der Futterkörper in einer ersten Position der Kupplung miteinander gekoppelt und relativ zum Grundkörper drehbar sind, wobei der Futterkörper und der Grundkörper in einer zweiten Position der Kupplung miteinander gekoppelt sind, der Rotor relativ zu dem mit dem Grundkörper gekoppelten Futterkörper drehbar ist und der Rotor zum Verschieben der Spannbacken durch eine Rotation relativ zum Futterkörper eingerichtet ist.
-
Die Kupplung stellt daher in der ersten Position der Kupplung einen ersten definierten Zustand des Spannfutters bereit, für den der Futterkörper und der Rotor eine gemeinsam drehbare Einheit bilden, die relativ zu dem Grundkörper drehbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die erste Position der Kupplung eine Rotation des Rotors schlupffrei auf den Futterkörper übertragen wird.
-
Weiter stellt die Kupplung in der zweiten Position der Kupplung einen zweiten definierten Zustand bereit, für den der Futterkörper und der Grundkörper eine feststehende Einheit bilden, wobei der Rotor gegenüber dieser feststehenden Einheit aus Futterkörper und Grundköper drehbar bzw. rotierbar ist, um die Spannbacken zu verschieben. Dementgegen verharren die Spannbacken in ihrer eingestellten Position, soweit die Kupplung in der ersten Position ist, da für die erste Position der Kupplung keine rotatorische Relativbewegung des Rotors gegenüber dem Futterkörper erfolgt.
-
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht daher einerseits ein definiertes Schließen und Öffnen der Spannbacken und zudem eine definierte Rotation des Werkstücks, wobei eine schlupffreie Kopplung zwischen dem Rotor und dem Futterkörper bzw. einem in dem Futterkörper eingespannten Werkstück ermöglicht wird.
-
Insbesondere können zwei oder mehr Spannbacken vorgesehen sein, die entlang einer Führung bezogen auf eine Drehachse in radialer Richtung verschiebbar sind. Es können insbesondere genau drei Spannbacken vorgesehen sein, die z.B. um 120° versetzt um die Drehachse verteilt angeordnet sind.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die jeweils einer Spannbacke zugeordnete Führung eine Linearführung ist, die insbesondere senkrecht zur Drehachse orientiert ist.
-
Die Spannbacken können zum Einspannen und Zentrieren eines Werkstücks eingerichtet sein, wobei ein Zentrieren insbesondere derart erfolgt, dass eine Längsachse eines wellenförmigen, zyklisch-symmetrischen oder rotationssymmetrischen Bauteils kollinear zu einer Drehachse des Rotors und des Futterkörpers orientiert ist.
-
Die Begriffe „Klemmbacken“ und „Spannbacken“ werden vorliegend synonym verwendet.
-
Insbesondere sind die Spannbacken mechanisch gekoppelt und führen eine insbesondere synchrone Schließ- und Öffnungsbewegung aus. So können die Spannbacken derart mechanisch gekoppelt sein, dass alle Spannbacken für jede Drehwinkelstellung des Rotors einen identischen Abstand zur Drehachse aufweisen.
-
Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor eine Planspirale aufweist, in deren Spiralgängen die Klemmbacken mit Führungselementen, wie z.B. einer Verzahnung oder dergleichen, geführt sind, um eine Rotation des Rotors in eine Verschiebung der Klemmbacken umzusetzen.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Kupplung federnd elastisch vorgespannt in der ersten Position oder der zweiten Position gehalten ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kupplung zum Erzeugen der federnd elastischen Vorspannung eine oder mehrere Blattfedern, Schraubenfedern oder dergleichen aufweist.
-
Das Spannfutter kann einen Aktuator aufweisen, der zum Überführen der Kupplung aus der ersten Position in die zweite Position, oder umgekehrt, eingerichtet ist. Der Aktuator kann ein Hubzylinder mit einem Hubkolben sein, der pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch verschiebbar ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Aktuatoren vorgesehen sind, die um die Drehachse verteilt angeordnet sind. Beispielsweise können vier um 90° um die Drehachse zueinander versetzt angeordnete Aktuatoren vorgesehen sein.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des Spannfutters ist vorgesehen, dass die Kupplung federnd elastisch vorgespannt in der ersten Position gehalten ist und mit dem Aktuator oder den Aktuatoren aus der ersten Position in die zweite Position bewegbar ist.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Spannfutters kann vorgesehen sein, dass die Kupplung ein bewegliches Kupplungselement hat, das in der ersten Position an einem Anschlag des Rotors anliegt und das in der zweiten Position an einem Anschlag des Grundkörpers anliegt.
-
Das Kupplungselement kann ein Ring sein, wobei der Ring in der ersten Position mit einer ersten Ringfläche an einem Steg des Rotors anliegt und wobei der Ring in der zweiten Position mit einer der ersten Ringfläche abgewandten zweiten Ringfläche an einem Steg des Grundkörpers anliegt.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Spannvorrichtung ist vorgesehen, dass das bewegliche Kupplungselement an dem Futterkörper befestigt ist, insbesondere mit einer Blattfeder oder mit mehreren Blattfedern.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Kupplung in der ersten Position eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und dem Futterkörper ausbildet.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Kupplung in der zweiten Position eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem Futterkörper und dem Grundkörper ausbildet.
-
Es kann vorgesehen sein, dass in der ersten Position durch die Kupplung eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und dem Futterkörper gebildet ist, wobei insbesondere ein Reibbelag vorgesehen ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Position durch die Kupplung eine reibschlüssige Verbindung zwischen Futterkörper und dem Grundkörper gebildet ist, wobei insbesondere ein Reibbelag vorgesehen ist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kupplung in der ersten Position ausschließlich eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und dem Futterkörper ausbildet. Es kann vorgesehen sein, dass die reibschlüssige Verbindung ein übertragbares Drehmoment von 0,1 Nm oder mehr aufweist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kupplung in der zweiten Position ausschließlich eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Futterkörper und dem Grundkörper ausbildet. Es kann vorgesehen sein, dass die reibschlüssige Verbindung ein übertragbares Drehmoment von 0,1 Nm oder mehr aufweist.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Koordinatenmessmaschine, mit einer taktilen und/oder optischen Messeinrichtung zur Messung einer Bauteilgeometrie eines Bauteils, wie einer Verzahnung, einer Welle oder dergleichen, mit einer Drehachse, wobei die Drehachse ein erfindungsgemäßes Spannfutter aufweist und wobei der Rotor des Spannfutters mit einem Drehantrieb der Drehachse gekoppelt ist.
-
Der Grundkörper der Spannvorrichtung kann integraler Bestandteil eines Maschinenbetts oder des Rahmens der Koordinatenmessmaschine sein oder mit einem Maschinenbett oder Rahmen der Koordinatenmessmaschine verbunden sein, insbesondere lösbar verbunden sein.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1A ein erfindungsgemäßes Spannfutter in einer perspektivischen Ansicht von oben;
- 1B das Spannfutter aus 1A in einer Seitenansicht;
- 1C das Spannfutter aus 1A in einer Draufsicht;
- 2 das Spannfutter aus 1A in einem Querschnitt, mit der Kupplung in der ersten Position;
- 3 das Spannfutter aus 1A in einem Querschnitt, mit der Kupplung in der zweiten Position;
- 4 eine erfindungsgemäße Koordinatenmessmaschine mit einem erfindungsgemäßen Spannfutter.
-
1 zeigt ein Spannfutter 2 für eine Koordinatenmessmaschine. Das Spannfutter 2 hat einen Grundkörper 4, einen Futterkörper 6, einen Rotor 8 und eine Kupplung 10. An dem Futterkörper 6 sind verschiebbar gehaltene Spannbacken 12 zum Einspannen eines Werkstücks angeordnet.
-
Der Rotor 8 ist an dem Grundkörper 4 gehalten und drehbar gelagert. Der Futterkörper 6 ist an dem Rotor 8 gehalten und drehbar gelagert.
-
Der Rotor 8 und der Futterkörper 6 sind in einer ersten Position der Kupplung 10 miteinander gekoppelt und relativ zum Grundkörper 4 drehbar. Der Futterkörper 6 und der Grundkörper 4 sind in einer zweiten Position der Kupplung 10 miteinander gekoppelt, wobei der Rotor 8 relativ zu dem mit dem Grundkörper 4 gekoppelten Futterkörper 6 drehbar ist und der Rotor 8 zum Verschieben der Spannbacken 12 durch eine Rotation relativ zum Futterkörper 6 eingerichtet ist.
-
Die Kupplung 10 ist vorliegend federnd elastisch vorgespannt in der ersten Position gehalten. Die federnd elastische Vorspannung der Kupplung 10 in der ersten Position erfolgt mithilfe von Vorspannfedern 16, die als Schraubenfedern 16 ausgeführt und um eine Drehachse C verteilt angeordnet sind.
-
Das Spannfutter 2 weist vier um die Drehachse C verteilt angeordnete Aktuatoren 14 auf, die zum Überführen der Kupplung 10 aus der ersten Position in die zweite Position eingerichtet sind. Die Akuatoren 14 sind an dem Grundkörper 4 befestigt.
-
Die Kupplung 10 hat ein bewegliches Kupplungselement 18 in Form eines Rings 18. Der Ring 18 liegt in der ersten Position an einem Anschlag 20 des Rotors 8 an. Der Anschlag 20 des Rotors 8 ist vorliegend als kreisrund umlaufender Steg gebildet (2). Der Ring 18 liegt in der zweiten Position an vier um die Drehachse C verteilt angeordneten Anschlägen 22 des Grundkörpers 4 an. Die Anschläge 22 sind als den Ring 18 umgreifende Stege 22 gebildet.
-
Der Ring 18 liegt der ersten Position der Kupplung 10 mit einer ersten Ringfläche 24 an dem Anschlag 20 bzw. Steg 20 des Rotors 8 an (2).
-
Der Ring 18 liegt in der zweiten Position der Kupplung 10 mit einer der ersten Ringfläche 24 abgewandten zweiten Ringfläche 26 an den Stegen 22 bzw. Anschlägen 22 des Grundkörpers 4 an (3). Die Stege 22 sind vorliegend lösbar an dem Grundkörper 4 befestigt.
-
Das ringförmige, bewegliche Kupplungselement 18 ist mithilfe von Blattfedern 28 an dem Futterkörper 6 befestigt.
-
In der ersten Position ist durch die Kupplung 10 eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor 8 und dem Futterkörper 6 gebildet. Hierzu ist ein Reibbelag an der ersten Ringfläche 24 vorgesehen.
-
Gleichermaßen ist in der zweiten Position durch die Kupplung 10 eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Futterkörper 6 und dem Grundkörper 4 gebildet, wobei an der zweiten Ringfläche 26 ein Reibbelag vorgesehen ist. Es versteht sich, dass alternativ oder ergänzend Reibbeläge an den Anschlägen 22 oder dem Anschlag 20 vorgesehen sein können. Die Kupplung 10 ist vorliegend daher eine Reibkupplung 10.
-
Jeder Spannbacke 12 ist eine Linearführung 30 zugeordnet, um die Spannbacken 12 radial gegenüber der Drehachse C zu verschieben. Der Rotor 8 weist eine Planspirale 32 auf, in der die Spannbacken 12 jeweils mit einer Verzahnung 34 geführt sind, um eine Rotation des Rotors 8 um die Drehachse C in eine lineare Schließ- oder Öffnungsbewegung umzusetzen - sofern die Kupplung 10 in der zweiten Position ist.
-
2 zeigt das erfindungsgemäße Spannfutter 2 mit der Kupplung 10 in der ersten Position. In der in 2 dargestellten, ersten Position der Kupplung 10 ist das ringförmige, bewegliche Kupplungselement 18 federnd elastisch mithilfe der Vorspannfedern 16 vorgespannt in der ersten Position gehalten. Demnach drücken die um die Drehachse C verteilt angeordneten Vorspannfedern 16 den Ring 18 mit seiner ersten Ringfläche 24 gegen den Anschlag 20 des Rotors 8. In diesem Zustand ist die der ersten Ringfläche 24 abgewandte zweite Ringfläche 26 des Rings 18 zu den Anschlägen 22 beabstandet angeordnet. Demnach ist die miteinander gekoppelte Einheit aus Futterkörper 6 und Rotor 8 relativ zu dem Grundkörper 4 frei drehbar. Die jeweilige Lagerung zwischen den drehbaren Komponenten ist durch die gekreuzten Rechtecke angedeutet.
-
Das bewegliche Kupplungselement 18 ist mithilfe der Aktuatoren 14 aus der ersten Position in die zweite Position bewegbar. Die Aktuatoren 14 sind vorliegend als Hubzylinder 14 gebildet und drücken in der in 3 dargestellten, ausgerückten Position mit ihren Hubkolben 36 das bewegliche Kupplungselement 18 entgegen der Spannkraft der Vorspannfedern 16 gegen die Anschläge 22 und heben damit die erste Ringfläche 24 von dem Anschlag 20 des Rotors 8 ab. Demnach ist der Rotor 8 nunmehr relativ zum Futterkörper 8 drehbar.
-
Durch das Anpressen der zweiten Ringfläche 26 gegen die Anschläge 22 wird der Futterkörper 6 mit dem Grundkörper 4 gekoppelt, sodass der Grundkörper 4 und der Futterkörper 6 eine feststehende, unbewegliche Einheit bilden. Der Rotor 8 ist in der gemäß 3 dargestellten, zweiten Position der Kupplung 10 damit relativ zu der aus dem Futterkörper 6 und dem Grundkörper 4 gebildeten Einheit drehbar. Durch eine Rotation des Rotors 8 um die Drehachse C können die Spannbacken 12 entlang ihrer jeweiligen Linearführung 30 bewegt werden, um ein Öffnen und Schließen der Spannbacken 12 zu erreichen und ein Werkstück einzuspannen oder freizugeben.
-
4 zeigt eine erfindungsgemäße Koordinatenmessmaschine 38, mit einer taktilen Messeinrichtung 40 zur Messung einer Bauteilgeometrie eines Bauteils 42, vorliegend einer Verzahnung 42, mit einer Drehachse 46, wobei die Drehachse 46 ein Spannfutter 2 aufweist und wobei der Rotor 8 des Spannfutters 2 mit einem Drehantrieb 48 der Drehachse 46 gekoppelt ist.
-
Während der Messung kann ein Abtasten durch überlagerte Linearbewegungen in x-, y-, z-Richtung und eine Drehbewegung um die Achse C erfolgen, wobei eine Steuerung 44 zum Einfädeln des Messtasters und zum Start der Messung vorgesehen ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Spannfutter
- 4
- Grundkörper
- 6
- Futterkörper
- 8
- Rotor
- 10
- Kupplung
- 12
- Spannbacke
- 14
- Aktuator / Hubzylinder
- 16
- Vorspannfeder
- 18
- bewegliches Kupplungselement / Ring
- 20
- Anschlag / Steg
- 22
- Anschlag / Steg
- 24
- erste Ringfläche
- 26
- zweite Ringfläche
- 28
- Blattfeder
- 30
- Linearführung
- 32
- Planspirale
- 34
- Verzahnung
- 36
- Hubkolben
- 38
- Koordinatenmessmaschine
- 40
- Messeinrichtung
- 42
- Bauteil / Verzahnung
- 44
- Steuerung
- 46
- Drehachse
- 48
- Drehantrieb
