DE102020121187A1

DE102020121187A1 - Führungsbuchse zum Führen einer Werkstoffstange

Info

Publication number: DE102020121187A1
Application number: DE102020121187.2A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: JBS System GmbH
Current assignee: JBS System GmbH
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Führungsbuchse (10) zum Führen einer Werkstoffstange, mit einer Spannzangenaufnahme (20) und einer in der Spannzangenaufnahme (20) axial verschieblich gelagerten Spannzange (30), wobei die Spannzange (30) einen konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) und die Spannzangenaufnahme (20) eine zum Zusammenwirken mit dem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) eingerichtete Anlagefläche (25) aufweist, gekennzeichnet durch eine im oder am konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) der Spannzange (30) angeordnete Markierung (40) und einen in der Spannzangenaufnahme angeordneten, die Markierung (40) wenigstens bei Einnahme einer vorbestimmten Position der Spannzange (30) relativ zur Spannzangenaufnahme (20) erfassenden Sensor (50).

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsbuchse zum Führen einer Werkstoffstange, mit einer Spannzangenaufnahme und einer in der Spannzangenaufnahme axial verschieblich gelagerten Spannzange, wobei die Spannzange einen konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt und die Spannzangenaufnahme eine zum Zusammenwirken mit dem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt eingerichtete Anlagefläche aufweist.
Derartige Führungsbuchsen bzw. deren Spannzangen sind beispielsweise aus der DE 10 2017 105 872 A1 , der DE 10 2014 018 695 B4 und der DE 10 2017 123 811 B3 bekannt.
Führungsbuchsen und Spannzangen dienen dazu, bei Langdreh-Maschinen, die zu bearbeitende Materialstange während des Bearbeitungsvorgangs zu halten, zu führen und gegen Bearbeitungskräfte abzustützen. Auf diese Weise können sehr lange und schlanke Werkstücke mit geringen Bearbeitungstoleranzen hergestellt werden. Schwankungen des Durchmessers der Materialstange können mit derartigen Führungsbuchsen ausgeglichen und Stangen mit verschiedenen Durchmessern mit derselben Führungsbuchse bearbeitet werden.
Bei Langdrehmaschinen erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks insbesondere dadurch, dass die Materialstange mit einer Vorschubbewegung des Spindelstocks in Z-Richtung durch die Führungsbuchse geschoben wird und die Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeugs in der Grundfunktion ausschließlich in X-Richtung erfolgt.
Die Spannzange kann pneumatisch geöffnet oder geschlossen werden. Öffnen, Schließen und Vorschub sind in der Regel im Teilefertigungsprogramm der Maschine hinterlegt. Während der Materialbearbeitung ist die Spannzange geschlossen und übt insbesondere während der Vorschubbewegung eine für den jeweiligen Bearbeitungsschritt erforderliche spezifische Spannkraft auf die Materialstange aus.
Die Vorschubbewegung der Materialstange im geschlossenen Zustand der Spannzange erzeugt eine Reibungskraft an den inneren Führungsflächen der Spannzange, die einerseits Folge der erforderliche Spannkraft zum Führen und Halten der Materialstange während der Bearbeitung ist, andererseits durch den Schneiddruck der Bearbeitungswerkzeuge nochmals erhöht wird. Diese Reibungskraft führt zu einem Reibverschleiß der inneren Führungsflächen und damit zu einer nachlassenden Präzision des Haltens und Führens, die zu Qualitätsverlusten der Bearbeitungspräzision führt.
Dieser Vorgang ist schleichend, eine Abnahme der Maßhaltigkeit der Werkstücke bis hin zur Überschreitung der Toleranz ist die Folge. In der Regel wird dieser Missstand durch stichprobenartige Kontrollen während der Fertigung aufgedeckt und die Spannzange daraufhin ausgewechselt. Dieses Verfahren birgt jedoch den Nachteil, dass Qualitätsverluste zu spät erkannt werden, Werkstücke nahe der Toleranzgrenze gefertigt werden oder gar Ausschuss produziert wird. Ungeplante Stillstandzeiten sind die Folge.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Lösung für ein rechtzeitiges Erkennen von Verschleiß der Spannzange im laufenden Betrieb zu finden.
Diese Aufgabe wird durch die Führungsbuchse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass die ständige axiale Verschiebung der Materialstange in der Führungsbuchse unter Last (Spannkraft und Schneiddruck) zum Verschleiß der Spannzange, insbesondere des inneren Durchmessers, führt und die Spannzange tiefer in den Konus bzw. an die Anlagefläche der Spannzangenaufnahme gezogen oder gedrückt werden muss, um die gleiche Spannkraft im Vergleich zum Anfangszustand zu erreichen. Die Veränderung der relativen Position der Spannzange zur Spannzangenaufnahme ist damit ein Maß für den Verschleiß.
Die Messung der Position der Spannzange in der Aufnahme direkt am konischen Teil kann beispielsweise mit einem optischen Verfahren direkt am konischen Teil der Spannzange erfolgen. Hierzu wird insbesondere eine umlaufende Kante in der Oberfläche des konischen Teils angebracht. Die Kante steht bevorzugt senkrecht zur Achse der Spannzange, wobei sich in der Spannzangenaufnahme ein Sensor befindet, der speziell parallel zur Achse der Spannzange ausgerichtet ist und den Abstand zur Kante misst. Auf diese Weise wird der Weg, den die Spannzange im Konus zurücklegt, in eine Abstandsinformation überführt, die wesentlich leichter zu messen ist.
Die Messung kann auch derart erfolgen, dass die Erfassungsrichtung des Sensors senkrecht zur Längsachse der Spannzange ausgerichtet ist und die Markierung nur dann vom Sensor erfasst werden kann, wenn die Abnutzung derart groß ist, dass die Spannzange tief in die Spannzangenaufnahme gleitet. Bei der gemessenen Information handelt es sich somit nicht um eine qualitative Abstandsinformation, sondern lediglich um das Erfassen der Markierung als solcher.
Der abstandmessende Sensor kann beispielsweise nach dem Verfahren der optischen Triangulation aufgebaut sein und besteht in diesem Fall aus einer Lichtquelle und einem CCD Bildsensor. Alternativ kann die Messung der Position der Spannzange direkt am konischen Teil oder am Schaft auch mit einem anderen Verfahren erfolgen. Als Wirkprinzipien stehen kapazitive, induktive, magnetische, optische, akustische Verfahren zur Verfügung.
Besonders bevorzugt erfolgt die Messung der Position der Spannzange berührungslos mit Hilfe des AMR Effekts. Hierzu ist ein magnetischer Maßstab auf dem konischen Teil angebracht und der AMR Sensor befindet sich in der Wandung der Spannzangenaufnahme. Die Spannzange ist insbesondere von der Spannzangenaufnahme verdrehsicher aufgenommen.
Ebenso lässt sich die Position der Spannzange mit einem Hall-Sensor messen. Hierfür wird ein Dipolmagnet in der Wandung der Spannzange untergebracht und gegenüberliegend der Hallsensor. Die Spannzange ist auch in diesem Fall insbesondere verdrehsicher in der Spannzangenaufnahme angeordnet.
Die Übertragung der Positionsinformation der Spannzange in der Spannzangenaufnahme an eine auf die Führungsbuchse wirkende Steuerung erfolgt insbesondere drahtlos, da die Spannzangenaufnahme rotierend ausgebildet ist. Die Position der Spannzange kann also direkt angezeigt werden oder bei Erreichen einer vorbestimmten Position der Spannzange relativ zur Spannzangenaufnahme bzw. bei Über- bzw. Unterschreiten eines vorbestimmten Werts wird ein entsprechender Alarm ausgegeben und die verschlissene Spannzange ausgetauscht.
Erfindungsgemäß wird also eine Führungsbuchse zum Führen einer Werkstoffstange vorgeschlagen, wobei die Führungsbuchse eine Spannzangenaufnahme und eine in der Spannzangenaufnahme axial verschieblich gelagerte Spannzange aufweist und die Spannzange mit einem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt und die Spannzangenaufnahme mit einer zum Zusammenwirken mit dem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt eingerichteten Anlagefläche versehen ist, wobei zusätzlich eine im oder am konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt der Spannzange angeordnete Markierung und ein in der Spannzangenaufnahme angeordneter, die Markierung wenigstens bei Einnahme einer vorbestimmten Position der Spannzange relativ zur Spannzangenaufnahme erfassender Sensor vorgesehen sind.
Insbesondere ist der Sensor als ein den Abstand zwischen dem Sensor und der Markierung erfassender Abstandssensor ausgebildet.
Die Markierung ist bevorzugt als eine im konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt eingerichtete Hinterschneidung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Hinterschneidung mit einer senkrecht zur Längsachse der Spannzange angeordneten ersten Wandung und einer sich senkrecht zu dieser von der ersten Wandung in Richtung der Anlagefläche der Spannzangenaufnahme erstreckenden zweiten Wandung ausgebildet.
Die Markierung ist gemäß einer besonders einfach ausgestalteten Ausführungsform eine im konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt angeordnete Nut. Diese kann in Richtung der Längsachse oder quer, insbesondere senkrecht zu dieser verlaufen. Besonders bevorzugt ist die Markierung den konischen Abschnitt der Spannzange um deren Längsachse umlaufend, speziell als Ringnut ausgebildet angeordnet. Hierzu ist die Markierung grundsätzlich in jeder Backe der Spannzange anzubringen.
Die Anlagefläche der Spannzangenaufnahme ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung komplementär zum Spannzangenabschnitt ausgebildet. Insbesondere ist die Spannzange, speziell dann, wenn die Markierung nur an oder in einer Backe der Spannzange vorgesehen ist, in der Spannzangenaufnahme verdrehsicher angeordnet, sodass die Spannzange in der Spannzangenaufnahme stets so ausgerichtet ist, dass der Sensor die Markierung grundsätzlich, jedenfalls in einer vorbestimmten relativen Position von Spannzange zu Spannzangenaufnahme zueinander erfassen kann.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sensor mit einem Sender zur drahtlosen Übertragung der vom Sensor aufgenommenen Daten an eine auf die Führungsbuchse wirkende Steuerung verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die problemlose Einbindung der erfindungsgemäß ausgestalteten Führungsbuchse in die Industrie 4.0 Umgebung, die im modernen Produktionsprozess für viele Maschinen und Maschinenkomponenten Anwendung findet. Dadurch können Qualitätseinbußen, Ausschuss oder Maschinenstillstand verringert bzw. ausgeschlossen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der einzigen 1 dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Führungsbuchse nach der Erfindung. Die Führungsbuchse 10 zum Führen einer Werkstoffstange ist - wie bekannt - mit einer Spannzangenaufnahme 20 und einer in der Spannzangenaufnahme 20 axial verschieblich gelagerten Spannzange 30 ausgebildet. Die Spannzange 30 weist einen konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt 35 und die Spannzangenaufnahme 20 eine zum Zusammenwirken mit dem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt 35 eingerichtete Anlagefläche 25 auf. Die Anlagefläche 25 der Spannzangenaufnahme 20 ist im Wesentlichen komplementär zum Spannzangenabschnitt 35 ausgebildet.
Im konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt 35 der besonders bevorzugt ausgestalteten Spannzange 30 ist eine Markierung 40 in Form einer Hinterschneidung vorgesehen, die von einem in der Spannzangenaufnahme angeordneten Sensor 50 erfasst wird. Die Hinterschneidung weist eine senkrecht zur Längsachse der Spannzange 30 verlaufende erste Wandung und eine sich senkrecht zu dieser von der ersten Wandung in Richtung der Anlagefläche 25 der Spannzangenaufnahme 20 erstreckende zweite Wandung auf.
Die Hinterschneidung ist lediglich in einer der Spannzangenbacken vorgesehen, sodass die Spannzange 30 in der Spannzangenaufnahme 20 verdrehsicher angeordnet ist.
Schließlich ist zu erkennen, dass der Sensor 50 mit einem in der Spannzangenaufnahme angeordneten Sender 60 zur drahtlosen Übertragung der vom Sensor 50 aufgenommenen Daten an eine auf die Führungsbuchse 10 wirkende Steuerung (nicht dargestellt) verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017105872 A1 [0002]
DE 102014018695 B4 [0002]
DE 102017123811 B3 [0002]

Claims

Führungsbuchse (10) zum Führen einer Werkstoffstange, mit einer Spannzangenaufnahme (20) und einer in der Spannzangenaufnahme (20) axial verschieblich gelagerten Spannzange (30), wobei die Spannzange (30) einen konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) und die Spannzangenaufnahme (20) eine zum Zusammenwirken mit dem konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) eingerichtete Anlagefläche (25) aufweist, gekennzeichnet durch eine im oder am konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) der Spannzange (30) angeordnete Markierung (40) und einen in der Spannzangenaufnahme angeordneten, die Markierung (40) wenigstens bei Einnahme einer vorbestimmten Position der Spannzange (30) relativ zur Spannzangenaufnahme (20) erfassenden Sensor (50).
Führungsbuchse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (50) ein den Abstand zwischen dem Sensor (50) und der Markierung (40) erfassender Abstandssensor ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (40) eine Hinterschneidung ist.
Führungsbuchse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung mit einer senkrecht zur Längsachse der Spannzange (30) angeordneten ersten Wandung und einer sich senkrecht zu dieser von der ersten Wandung in Richtung der Anlagefläche (25) der Spannzangenaufnahme (20) erstreckenden zweiten Wandung ausgebildet ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (40) eine im konisch verlaufenden Spannzangenabschnitt (35) angeordnete Nut ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (40) den konischen Abschnitt der Spannzange (30) um deren Längsachse umlaufend angeordnet ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (25) der Spannzangenaufnahme (20) komplementär zum Spannzangenabschnitt (35) ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (30) in der Spannzangenaufnahme (20) verdrehsicher angeordnet ist.
Führungsbuchse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Sensor (50) verbundenen Sender (60) zur drahtlosen Übertragung der vom Sensor (50) aufgenommenen Daten an eine auf die Führungsbuchse (10) wirkende Steuerung.