DE10322857B4 - Spannvorrichtung zum Spannen eines abgesetzten Werkstücks in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine - Google Patents

Spannvorrichtung zum Spannen eines abgesetzten Werkstücks in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine Download PDF

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Abstract

Spannvorrichtung zum Spannen eines abgesetzten Werkstücks in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine, mit Spannelementen, deren Spannfläche am Umfang des Werkstücks haltend anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (16.1) jeweils einstückig ausgebildet sind und zwei dem abgesetzten Werkstück (7) angepasste Spannflächen (21, 22) aufweisen, wobei eine der Spannflächen (21) derart ausgeführt ist, dass sie nach dem Aufbringen einer ausreichenden Spannkraft auf den ihr zugeordneten Durchmesserbereich (a) des Werkstücks (7) zum Toleranzausgleich zwischen den beiden Durchmesserbereichen (a, b) radial einfederbar ist, so dass auch die andere Spannfläche (22) eine ausreichende Spannkraft auf den ihr zugeordneten Durchmesserbereich (b) des Werkstücks (7) überträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines abgesetzten Werkstücks in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Unter einem abgesetzten Werkstück ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Werkstück zu verstehen, welches einen Absatz und damit zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche aufweist. Das Spannen derartiger Werkstücke ist insofern problematisch, als diese mit bekannten Spannvorrichtungen, wie sie z. B. aus DE 32 47 586 C2 , DE 38 29 886 A1 und DE 199 12 869 A1 hervorgehen, nur auf einem der beiden Durchmesserbereiche gespannt werden können. Das hat den Nachteil, dass die pro Flächeneinheit des Werkstücks auftretenden Spannkräfte recht groß sind, was zu unerwünschten Spannmarken auf der Werkstückoberfläche führen kann. Eine naheliegende Möglichkeit, diesen Mangel zu beseitigen, könnte darin bestehen, zwei getrennte Spannvorrichtungen einzusetzen, wobei jede Spannvorrichtung einen der Durchmesser des Werkstücks spannt. Nachteilig an dieser Lösung wären die durch die zweite Spannvorrichtung erforderlichen zusätzlichen Kosten sowie der zusätzliche Raum- und Technikbedarf.
  • Eine weitere, naheliegende Maßnahme könnte darin bestehen, die Spannelemente der Spannvorrichtung entsprechend dem Werkstück abzusetzen, wobei dann jeweils eine Spannfläche der Spannelemente einem Durchmesserbereich des Werkstücks zugeordnet ist. Eine derartige Lösung kann aber nicht zu befriedigenden Einspannergebnissen führen, da die beiden Durchmesserbereiche des Werkstücks immer unterschiedliche Fertigungstoleranzen aufweisen. Es würde daher in der Praxis bei einer derartigen Lösung so sein, dass eine der Spannflächen der Spannelemente schon spannt, während die andere Spannfläche noch nicht bzw. noch nicht befriedigend spannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist, und dennoch ein sicheres Spannen beider Durchmesserbereiche eines abgesetzten Werkstücks bei geringster Spannlänge gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Dadurch, dass eine der beiden Spannflächen jedes der Spannelemente erfindungsgemäß radial einfederbar ausgeführt ist, kann der Toleranzunterschied zwischen den beiden Durchmesserbereichen des abgesetzten Werkstücks beim Spannen sozusagen „herausgedrückt" werden. Im Ergebnis liegen beide Spannflächen mit einer ausreichenden Spannkraft am Werkstück an. Es ist dabei nur eine Spannvorrichtung erforderlich und die Spannelemente sind jeweils einstückig, d.h. einfach ausgeführt. Dieser einfache Aufbau reduziert die Herstellungskosten für die Spannvorrichtung und erhöht die Zuverlässigkeit.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die einfederbare Spannfläche der Spannelemente auf einer durch einen Hinterschnitt in Form einer axialen Nut gebildeten Zunge ausgebildet. Durch die Tiefe der Nut und die Stärke der Zunge lässt sich die Einfederungscharakteristik der Spannfläche konstruktiv einstellen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, eine Übergangssteg zwischen der Zunge und dem Grundkörper des Spannelementes vorzusehen, wobei dann die Einfederungscharakteristik der Spannfläche durch die Länge und Stärke dieses Übergangssteges festlegbar ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zur Verstärkung der Spannkraft der federnden Zungen die Freiräume, insbesondere die axialen Nuten, mit elastischem Kunststoff ausgegossen. Diese Möglichkeit gewährleistet gleichzeitig einen Schutz gegen eindringende Späne. Alternativ oder auch zusätzlich können in die axialen Nuten Federelemente, wie z.B. O-Ringe oder Plattfederelemente eingesetzt sein.
  • Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Spannzange eines Mittenantriebs-Spannkopfes einer Mittenantriebs-Drehmaschine näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf eine Mittenantriebs-Drehmaschine,
  • 2 einen Blick in Richtung des Pfeils A im vergrößerten Maßstab auf die zu einem Spannring einer Spannzange des Mittenantriebs-Spannkopfes zusammengesetzten Spannelemente, wobei die übrigen Bauteile der Spannzange und des Mittenantriebs-Spannkopfes weggelassen worden sind, und
  • 3 einen Schnitt III-III gemäß 2, wobei in diesem Schnitt ein in die Spannzange eingeführtes Werkstück und weitere Bauteile der Spannzange sowie des Mittenantriebs-Spannkopfes dargestellt sind.
  • Die in 1 dargestellte Mittenantriebs-Drehmaschine besitzt ein Maschinengehäuse 1, in dem ein Bett 2 mit zwei Führungsbahnen 3 und 3.1 angeordnet ist. Auf der Führungsbahn 3 sind zwei Kreuzschlitten 4 und 5 in Maschinenlängsrichtung verfahrbar. Zwischen den Kreuzschlitten 4 und 5 ist ein Mittenantriebs-Spannkopf 6 angeordnet. Dieser dient dem Einspannen und dem Drehantrieb eines kurzen Werkstücks 7, welches mit seinen beiden Enden aus dem Mittenantriebs-Spannkopf 6 hinausragt und mit den Werkzeugen 8 der Kreuzschlitten 4 und 5 gleichzeitig in beiden Enden bearbeitet werden kann. Der Mittenantriebs-Spannkopf 6 kann stationär angeordnet, aber auch in Maschinenlängsrichtung verfahrbar sein. Im letzteren Fall ist eine weitere Führungsbahn 9 vorgesehen, so dass insgesamt ein Sechs-Bahnen-Bett 2 vorliegt.
  • Das Maschinengehäuse 1 ist mit Türen 10 ausgestattet, die einen Zugang zur eigentlichen Bearbeitungseinheit gestatten. Die Türen 10 dienen dem Spritzschutz gegen Kühl- und Schmierflüssigkeit sowie gegen Späne und sollen eine Berührung des Bedieners mit bewegten Teilen der Maschine verhindern. An einer der Stirnseiten des Maschinengehäuses 1 ragt ein Tragarm 11 vom Maschinengehäuse 1 ab, der ein Bedienpult 12 trägt. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist die Mittenantriebs-Drehmaschine mit einem Schaltschrank 13 mit drei Klapptüren 14 ausgestattet. An dieser Stirnseite erfolgt auch eine Abfuhr der bei der Bearbeitung von Werkstücken 7 erzeugten Späne. Dazu ist ein Späneförderer 15 vorgesehen.
  • Aus 3 geht hervor, dass es sich bei dem Werkstück 7 um ein kurzes, abgesetztes Wellenstück handelt, d.h. das Werkstück 7 besitzt zwei Bereiche a und b, die unterschiedliche Durchmesser und Toleranzfelder aufweisen und durch einen Absatz 7.1 voneinander getrennt sind. 3 zeigt das Werkstück 7 bereits in eine Spannzange 16 eingesetzt.
  • Wie aus 3 in Verbindung mit 2 hervorgeht, ist die Spannzange 16 aus kreissektor-abschnittförmigen Spannelementen 16.1 zusammengesetzt. Diese Spannelemente 16 liegen an ihren radialen Seitenflächen aneinander, wobei in diesem Ausführungsbeispiel nach jeweils drei Spannelementen 16 eine Gummifeder 17 zwischengefügt ist. Die Spannelemente 16.1 sind auf ihrer Außenseite von einer Konusbuchse 18 umfasst (3). Diese Konusbuchse 18 besitzt eine Innenkonusfläche, die auf einer ansprechenden Außenkonusfläche der Spannelemente 16.1 aufliegt. Die Gummifedern 17 spannen die Spannelemente gegen die Konusbuchse 18 vor, so dass die Spannelemente 16.1 einen stabilen Spannring der Spannzange 16 bilden. Die Konusbuchse 18 ist z. B. durch einen hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Antrieb in Richtung des Doppelpfeils 19 verschiebbar. Bei Verschiebung der Konusbuchse 18 in Richtung 19.2 wird Druck auf die Spannelemente 16.1 ausgeübt, so dass sich diese in Richtung des Pfeils 20 radial einwärts verschieben; d.h., der durch die Spannelemente 16.1 gebildete Spannring verengt sich unter Zusammendrücken der zwischengefügten Gummifedern 17. Bei Verschiebung der Konusbuchse 18 in Richtung 19.1 wird der radiale Druck auf die Spannelemente 16.1 aufgehoben, so dass diese durch die sich entspannenden Gummifedern 17 radial nach außen gedrückt werden; d.h., der durch die Spannelemente 16.1 gebildete Spannring weitet sich.
  • Während die radiale Kammerung der Spannelemente 16.1, wie oben beschrieben, durch die Konusbuchse 18 erfolgt, wird die axiale Kammerung der Spannelemente 16.1 durch die Wände 6.1 des Gehäuses des Mittenantriebs-Spannkopfes 6 übernommen.
  • Jedes Spannelement 16.1 ist mit zwei Spannflächen 21 und 22 ausgestattet, die parallel zur Oberfläche des zu spannenden Werkstücks 7 ausgerichtet sind. Sie liegen, den Durchmesserbereichen a und b des Werkstücks 7 angepasst, auf unterschiedlichen Innendurchmessern und sind über eine konusförmige Übergangsfläche 23 miteinander verbunden.
  • Die Spannflächen 21 liegen jeweils auf einer einstückig mit dem Grundkörper der Spannelemente 16.1 verbundenen Zunge 24. Diese Zungen 24 sind durch radial von der Stirnseite der Spannelemente 16.1 eingestochene Nuten 25 gebildet, die – wie aus 2 hervorgeht – auf einem Kreisabschnitt liegen. Wenn die Spannelemente 16.1 zu einem Spannring zusammengesetzt sind (2), bilden diese Nuten 25 eine Kreisnut. Die Nuten 25 gestatten ein radiales Einfedern der Zungen 24, dessen Sinn und Zweck später noch erläutert wird. Die Einfederungscharakteristik der Zungen 24 kann dabei insbesondere durch die Stärke und Länge eines Übergangssteges 26 eingestellt werden, der die Zungen 24 mit dem Grundkörper der Spannelemente 16.1 einstückig verbindet. Um die radiale Einfederung der Zungen 24 nicht zu behindern, sind in ihren Seitenbereichen Radialnuten 27 vorgesehen, die sich bis in die Nuten 25 hinein erstrecken.
  • Nachstehend wird das Spannen eines abgesetzten Werkstückes 7 mit der beschriebenen Spannzange 16 beschrieben.
  • Zum Beladen des Mittenantriebs-Spannkopfes 6 mit einem Werkstück 7 wird dieses über ein Beladesystem, z. B. einen integrierten Ladegreifer oder Roboter in die Spannzange 16 des Mittenantriebs-Spannkopfes 6 eingeführt. Zu diesem Zweck ist die Spannzange 16 durch Verschieben der Konusbuchse 18 in Richtung 19.1 in ihre geöffnete Stellung gefahren, in der sie das Werkstück 7 ohne radiale Zwängungen aufnehmen kann. Das Werkstück 7 wird dabei so eingesetzt, dass sein Durchmesserbereich a der Spannfläche 21 und sein Durchmesserbereich b der Spannfläche 22 der Spannelemente 16.1 zugeordnet ist. Die Spannzange 16 wird nun durch Verschieben der Konusbuchse 18 in Richtung 19.2 zugefahren, d.h., die Spannelemente 16.1 werden radial einwärts verschoben. Dabei kommen zunächst die Spannflächen 21 der Zungen 24 in Anlage an die Oberfläche des Werkstücks 7, wie das in 3 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegen die Spannflächen 22 noch nicht auf der Werkstückoberfläche auf, wie das auch aus
  • 3 hervorgeht. Beim weiteren Zufahren der Spannzange 16 federn die Zungen 24 radial so weit ein, bis auch die Spannflächen 22 spannend auf der Oberfläche des Werkstücks 7 aufliegen. Das Werkstück 7 ist somit über die Spannflächen 21 und 22 sicher im Mittenantriebs-Spannkopf 6 gespannt. Bei abgesetzten Werkstücken 7 immer vorhandene Fertigungstoleranzen zwischen den Durchmesserbereichen a und b spielen dabei keine Rolle, da das vorhandene „Spiel" aufgrund der radialen Nachgiebigkeit der Spannflächen 21 beim Spannen des Werkstücks 7 immer herausgedrückt wird.

Claims (4)

  1. Spannvorrichtung zum Spannen eines abgesetzten Werkstücks in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine, mit Spannelementen, deren Spannfläche am Umfang des Werkstücks haltend anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (16.1) jeweils einstückig ausgebildet sind und zwei dem abgesetzten Werkstück (7) angepasste Spannflächen (21, 22) aufweisen, wobei eine der Spannflächen (21) derart ausgeführt ist, dass sie nach dem Aufbringen einer ausreichenden Spannkraft auf den ihr zugeordneten Durchmesserbereich (a) des Werkstücks (7) zum Toleranzausgleich zwischen den beiden Durchmesserbereichen (a, b) radial einfederbar ist, so dass auch die andere Spannfläche (22) eine ausreichende Spannkraft auf den ihr zugeordneten Durchmesserbereich (b) des Werkstücks (7) überträgt.
  2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial einfederbare Spannfläche (21) an einer durch einen Hinterschnitt in Form einer axialen Nut (25) gebildeten Zunge (24) ausgebildet ist.
  3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfederungscharakteristik der Spannfläche (21) durch die Stärke und Länge eines Übergangssteges (26) zwischen der Zunge (24) und dem Grundkörper der Spannelemente (16.1) eingestellt ist.
  4. Spannvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der Spannkraft der federnden Zungen (24) die Freiräume (25, 27), insbesondere die axialen Nuten (25), mit elastischem Kunststoff ausgegossen oder in die axialen Nuten (25) elastische Elemente eingelegt sind.
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