DE10207144A1

DE10207144A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken für die Bearbeitung

Info

Publication number: DE10207144A1
Application number: DE2002107144
Authority: DE
Inventors: Richard Sedlak
Original assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Damit dünnwandige ringförmige oder zylindrische Werkstücke mit einem, von dem geschlossenen Umfang abweichenden Querschnitt in einem Spannfutter nicht verformt werden, sind einerseits mindestens drei in radialer Richtung wirkende Spannelemente (3) vorgesehen, deren Spannkraft unter der Verformungsgrenze des Werkstückes liegt. Weiterhin sind mindestens zwei tangentiale Spannelemente (9) vorgesehen, die über Formschluss entsprechende Spannkräfte in tangentialer Richtung in das Werkstück (8) einleiten, um die aus der Bearbeitung herrührenden Kräfte aufnehmen zu können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufnehmen von Werkstücken für die Bearbeitung wobei die Werkstücke eine zylindrische oder ringförmige Form mit einem, von einer geschlossenen Kreisform abweichenden, Querschnitt aufweisen, insbesondere Zahnräder. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus DE 198 30 691 A1 ist ein Präzisionsspannfutter bekannt, das mindestens sechs in radialer Richtung bewegliche Spannbacken aufweist, mit denen ein Werkstück zentriert und gleichzeitig gespannt wird. Obwohl dieses Spannfutter sehr aufwendig konstruiert ist, wird das Werkstück durch die radialen Spannkräfte verformt, so dass insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken nach der Bearbeitung und dem Ausspannen eine unerwünschte Unrundheit feststellbar ist, die auf die Verformung während des Spannvorganges zurückgeht.

Weiterhin ist es bekannt, bei dünnwandigen Zahnrädern diese durch eine tangentiale Spannkrafteinleitung aufzunehmen und dadurch eine Verformung der Bohrung zu vermeiden. Eine solche in tangentialer Richtung spannende Vorrichtung ist aus EMO-Sonderdruck, Ausgabe 1/2001, bekannt. Derartige Zahnflankenklemmeinrichtungen verursachen keinerlei Verformung in radialer Richtung. Es können jedoch Probleme beim Zentrieren des Werkstückes auftreten und zu unzulässigen Rundlaufabweichungen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe auch dünnwandige Werkstücke mit einem von einer geschlossenen Kreisform abweichenden Querschnitt, insbesondere Zahnräder, so für die Bearbeitung aufgenommen werden können, dass diese Werkstücke einwandfrei zentriert sind und wo obendrein auch noch die aus der Bearbeitung stammenden Kräfte aufgenommen werden können.

Diese Aufgabe kann ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß auf zwei Lösungsvarianten beruhend gelöst werden.

Eine erste Variante besteht darin, daß das Werkstück für das Zentrieren in radialer Richtung mit an mindestens drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Stellen mit weitgehend gleichmäßig ausgebildeten und unter der Verformungsgrenze des Werkstückes bleibenden Kräften erfaßt wird und daß zur Aufnahme der in Umfangsrichtung einwirkenden Bearbeitungskraft das Werkstück durch eine in tangentialer Richtung der Bearbeitungskraft entgegenwirkende Reaktionskraft beaufschlagt wird.

Die zweite Variante besteht darin, daß das Werkstück für das Zentrieren in radialer Richtung mit an mindestens drei gleichmäßigen in Umfangsrichtung verteilten Stellen mit weitgehend gleichmäßig ausgebildeten und unter der Verformungsgrenze des Werkstückes bleibenden Kräften erfaßt und für das Spannen zur Aufnahme der in Umfangsrichtung einwirkenden Bearbeitungskräfte in tangentialer Richtung durch mindestens zwei in entgegengesetzter Richtung wirkende Kräfte beaufschlagt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also für beide Lösungsvarianten vor, daß das Werkstück zunächst durch radial wirkende Kräfte zentriert wird, wobei diese Kräfte so gering gehalten werden, daß eine Verformung nicht stattfindet. Bei der ersten Lösungsvariante wird dann zur Aufnahme der in tangentialer Richtung wirkenden Bearbeitungskraft eine in tangentialer Richtung der Bearbeitungskraft entgegenwirkende Reaktionskraft aufgebracht, d. h. es wird der Bearbeitungskraft eine in tangentialer Richtung wirkende gleichwertige Reaktionskraft entgegengesetzt, so daß das Werkstück in den zur Zentrierung aufgenommenen Spannelementen nicht verdreht wird. Im Extremfall ist also diese Reaktionskraft durch einen Anschlag aufgebracht, der als Widerlager dient, an dem sich Bearbeitungskräfte abstützen können. Es ist aber auch möglich, beispielsweise durch Sensoren, eine Reaktionskraft zu ermitteln, die sich aus der Messung der einsetzenden Bearbeitungskraft ergibt. Diese so ermittelte Reaktionskraft wird dann gezielt auf das Werkzeug eingeleitet.

Bei der zweiten Lösungsvariante werden mindestens zwei einander entgegengesetzt gerichtete tangentiale Spannkräfte auf das Werkstück eingeleitet, so daß das Werkstück in Umfangsrichtung so stark gehalten ist, daß die Bearbeitungskräfte dieses Werkstück nicht aus der zentrierten Lage bewegen können. In tangentialer Richtung wirkende Kräfte sind auch bei dünnwandigen Werkstücken nicht in der Lage dieses zu verformen, so daß das präzise gespannte Werkstück ohne Abweichungen hinsichtlich des Rundlaufes bearbeitet werden kann. Diese genaue Bearbeitung ist durch beide Lösungsvarianten sichergestellt, da in beiden Fällen keine Verformung auf das Werkstück einwirkt, weil auch die Reaktionskraft in tangentialer Richtung wirkt und somit nicht zu einer Verformung des Werkstückes führt.

Vorzugsweise erfolgt die tangentiale Reaktionskrafteinleitung bzw. Spannkrafteinleitung in das Werkstück unter Formschluß.

Wie bereits beim Verfahren so gibt es auch bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zwei verschiedene Varianten, die auf dem gleichen grundlegenden Gedanken beruhen, nämlich die Kraft in tangentialer Richtung in das Werkstück einzuleiten, um die Bearbeitungskräfte aufzunehmen, so daß aus diesen Haltekräften keine Verformungen des Werkstückes entstehen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der ersten Lösungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß für das Zentrieren in radialer Richtung verschiebbare Spannelemente und für das Aufbringen der tangentialen Reaktionskraft mindestens ein in eine Oberflächenausnehmung des Werkstückes eingreifendes Reaktionselement vorgesehen ist.

Für die Durchführung des Verfahrens nach der zweiten Variante ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß für das Zentrieren in radialer Richtung verschiebbare Spannelemente und für das tangentiale Spannen in Oberflächenausnehmungen des Werkstückes eingreifende Spannelemente vorgesehen sind. Je nach den vorliegenden Gegebenheiten bei der Ausbildung des Werkstückes kann es vorteilhaft sein, daß die Spannelemente bzw. das Reaktionselement in tangentialer Richtung bewegbar sind bzw. ist. Es kann sich aber auch ergeben, daß die Spannelemente bzw. das Reaktionselement schwenkbar gelagert sind bzw. ist, wodurch sich unter Umständen eine einfachere konstruktive Lösung ergibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Stirnende eines jeden Spannelementes bzw. Reaktionselementes der Werkstückkontur angepaßt. Dies ist insbesondere für die Spannelemente sinnvoll, die in tangentialer Richtung spannen.

Jedes Spannelement bzw. Reaktionselement kann entweder in tangentialer Richtung bewegbar sein, wobei es vorzugsweise auf einer festgelegten Bahn führbar ist, oder jedes Spannelement bzw. Reaktionselement kann schwenkbar gelagert sein, was konstruktiv einfacher zu bewerkstelligen ist.

Wenn die Oberflächenausnehmungen in Umfangsrichtung des Werkstückes geringfügige Ausdehnungen aufweisen, ist es zweckmäßig, wenn die in Umfangsrichtung bewegbaren bzw. schwenkbaren Spannelemente bzw. das Reaktionselement zusätzlich in radialer Richtung verschiebbar sind bzw. ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsariante eines Spannfutters und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht entsprechend Fig. 1 einer abgeänderten Ausührungsform.
Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Spannvorrichtung umfasst einen ringförmigen Grundkörper 2, an dessen Stirnseite im dargestellten Ausführungsbeispiel drei in radialer Richtung wirkende Spannelemente 3 vorgesehen sind, die in Führungen 4 in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Diese Spannelemente weisen an ihren Stirnseiten Spannfinger 5 auf, die ein kugeliges Ende 6 tragen. Mit diesem kugeligen Ende greifen die Spannfinger zwischen Zähne 7 eines Werkstückes 8, das als Zahnrad dargestellt ist. Dieses Zahnrad ist ein ringförmiges Werkstück, weist aber aufgrund der Ausbildung der Zähne einen Außenumfang auf, der von einer geschlossenen Kreisform abweicht. Diese drei Spannelemente 3 haben die Aufgabe das Werkstück zu zentrieren, wobei die Krafteinwirkung so gewählt ist, dass das verhältnismäßig dünnwandige Werkstück keiner Verformung bei diesem Zentriervorgang unterliegt.
Zur Aufnahme der aus der Bearbeitung herrührenden Kräfte sind in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Spannelemente 9 vorgesehen, die um eine Achse 10 drehbar gelagert und auf Führungen 11 zusätzlich radial verschiebbar sind. Die Spannelemente 9 tragen Spannfinger 12, die in jeweils eine Zahnlücke eingreifen und für den Spannvorgang um die Achse 10 geschwenkt werden. Dabei sind die einzelnen Spannelemente so angetrieben, dass sie einander entgegengesetzt gerichtete Kräfte auf das Werkstück 8 ausüben. Somit sind völlig symmetrische Verhältnisse hinsichtlich der Krafteinwirkung geschaffen, so dass bei dieser tangentialen Spannkrafteinleitung keine Verformungen des Werkstückes 8 eintreten können. Die radiale Verschiebbarkeit ist vorgesehen, um bei engen Zahnlücken ein Eingreifen der Spannfinger 11 zwischen die Zähne zu ermöglichen. Die Spannfinger 12 der tangentialen Spannelemente 9 weisen ebenfalls wie die Spannfinger 5 kugelförmige Enden 13 auf.
Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 sind bei identischen Teilen die gleichen Bezugszahlen verwendet. Die Abänderung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht darin, daß die für das tangentiale Spannen vorgesehenen Spannelemente 9.1 nicht um einen Achse schwenkbar, sondern auf einem Kreuzschlitten 14 montiert sind, der auf einer Kreisbahn 15 in tangentialer Richtung verfahrbar ist, so daß die Spannelemente 9.1 nicht nur entsprechend dem Pfeil 16 in radialer Richtung, sondern auch entsprechend dem Pfeil 17 in tangentialer Richtung bewegbar sind. Damit können die zwei Spannelemente gegeneinander bewegt werden, wenn sie zwischen Zahnlücken eingreifen, so daß sie ein entgegengesetztes Kräftepaar in tangentialer Richtung erzeugen, was zu einem Spannen in tangentialer Richtung des Werkstückes führt.
Für die Durchführung der ersten Verfahrensvariante genügt ein einziges Spannelement 9.1, welches mit seinem Spannfinger 12.1 und dem kugeligen Ende 13.1 in eine Zahnlücke eingreift und aufgrund dieses Formschlusses und der tangentialen Beweglichkeit eine Art Wiederlager zur Aufnahme der bei der Bearbeitung entstehenden Reaktionskraft bildet. Die tangentiale Beweglichkeit dient zum Ausgleich des Spieles zwischen dem kugeligen Ende 13.1 und der Zahnflanke, an der sich dieses Reaktionselement bei der Bearbeitung anlegt.

Claims

1. Verfahren zum Aufnehmen von Werkstücken für die Bearbeitung wobei die Werkstücke eine zylindrische oder ringförmige Form, mit einem von einer geschlossenen Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen, insbesondere Zahnräder, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück für das Zentrieren in radialer Richtung mit an mindestens drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Stellen mit weitgehend gleichmäßig ausgebildeten und unter der Verformungsgrenze des Werkstückes bleibenden Kräften erfasst wird und daß zur Aufnahme der in Umfangsrichtung wirkenden Bearbeitungskraft das Werkstück durch eine in tangentialer Richtung der Bearbeitungskraft entgegenwirkende Reaktionskraft beaufschlagt wird.

2. Verfahren zum Aufnehmen von Werkstücken für die Bearbeitung wobei die Werkstücke eine zylindrische oder ringförmige Form, mit einem von einer geschlossenen Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen, insbesondere Zahnräder, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück für das Zentrieren in radialer Richtung mit an mindestens drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Stellen mit weitgehend gleichmäßig ausgebildeten und unter der Verformungsgrenze des Werkstückes bleibenden Kräften erfasst und für das Spannen zur Aufnahme der in Umfangsrichtung einwirkenden Bearbeitungskräfte in tangentialer Richtung durch mindestens zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkende Kräfte beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentiale Krafteinleitung in das Werkstück unter Formschluss erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Zentrieren in radialer Richtung verschiebbare Spannelemente (3) und für das Aufbringen der tangentialen Reaktionskraft mindestens ein in eine Oberflächenausnehmung des Werkstückes (8) eingreifendes Reaktionselement (9.1) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Zentrieren in radialer Richtung verschiebbare Spannelemente (3) und für das tangentiale Spannen in Oberflächenausnehmungen des Werkstückes (8) schwenkbare Spannelemente (9) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spannelement (9) bzw. Reaktionselement (9.1) in tangentialer Richtung (15) bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spannelement (9) bzw. Reaktionselement (9.1) schwenkbar (10) gelagert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnende (6, 13) eines jeden Spannelementes (3, 9) bzw. Reaktionselementes (9.1) der Werkstückkontur angepaßt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (9) bzw. das Reaktionselement (9.1) zusätzlich in radialer Richtung (11, 14) verschiebbar sind bzw. ist.