DE10339913B4

DE10339913B4 - Spannfutterkopf und Mittenantriebsmaschine mit einem solchen Spannfutterkopf

Info

Publication number: DE10339913B4
Application number: DE10339913.5A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schuster
Original assignee: SCHUSTER MASCHB GmbH; Schuster Maschinenbau GmbH
Current assignee: Schuster Maschinenbau De GmbH
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: DE202004005569U1; DE10339913A1; ATE535333T1

Abstract

Spannfutterkopf zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei der Spannfutterkopf (30) ein drehbar gelagertes Spannfutter mit einem ersten Satz (51) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem ersten Umfangsbereich (I) aufweist; wobei das Spannfutter einen zweiten Satz (52) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem zweiten Umfangsbereich (II), der in axiale Richtung zum ersten Umfangsbereich (I) beabstandet ist, aufweist; wobei beide Spannelementsätze (51, 52) mittels einer Betätigungseinrichtung (57–62) betätigbar sind; wobei die Betätigungseinrichtung (57–62) ein Federelement (57) aufweist, das aufgrund seiner Vorspannung die Spannelemente (51, 52) zum Klemmen eines Werkstücks (7) schließt; dadurch gekennzeichnet, dass beide Spannelementsätze (51, 52) in einer Haupthülse (50) angeordnet sind und die Haupthülse als Spindelwelle drehbar an einem Spannfuttergehäuse (37) gelagert ist; und das Federelement (57) außerhalb der Haupthülse (50) angeordnet ist und über zumindest ein Mitnehmerelement (56) auf die Spannelemente (51, 52) wirkt, wobei das zumindest eine Mitnehmerelement (56) durch die Haupthülse greift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannfutterkopf und eine Mittenantriebsmaschine mit einem solchen Spannfutterkopf.
Die DE 36 20 231 C1 und DE 38 26 985 C1 beschreiben eine Mittenantriebsmaschine, auch Endenbearbeitungsmaschine genannt, bei denen auf einem gemeinsamen Maschinenbett spiegelsymmetrisch zwei Endenbearbeitungsmaschinen jeweils zur Bearbeitung eines Endes eines langen Werkstücks, beispielsweise einer langen Fahrzeugwelle, angeordnet sind. Das lange Werkstück wird im mittleren Bereich durch zwei unabhängig voneinander wirkende Spannfutter, die jeweils einer der Bearbeitungsseiten zugeordnet sind, eingespannt. Die Spannfutter sind verschiebbar zueinander gelagert, so dass sie an eine Länge des Werkstücks anpassbar sind. Zumindest eines der drehbar gelagerten Spannfutter ist zum Drehen des Werkstücks antreibbar. Zum Einspannen bzw. Entnehmen des Werkstücks sind die Endenbearbeitungswerkzeuge und die Spannfutter entgegengesetzt zum jeweiligen Ende verfahrbar, so dass das Werkstück mittig zum Maschinenbett entnehmbar oder einsetzbar ist. Die verfahrbare Lagerung beider Spannfutter ist sehr aufwendig und die zusammengesetzte Ausdehnung beider Spannfutter in Rotationsrichtung (Symmetrieachse der Bearbeitung) beschränkt die minimale Länge eines Werkstücks, das an beiden Enden bearbeitbar ist.
Die DE 41 05 688 C2 schlägt eine Spannvorrichtung für einen langen Werkstückrohling mit zwei Spannbackensätzen vor. Beide Spannbackensätze werden gemeinsam mittels einer Betätigungseinrichtung betätigt, deren Schließbetätigung durch Federelemente bewirkt wird. Die Spannfuttersätze sind in einem Grundkörper des Spannfutterkopfes gelagert, der als Ganzes in einer Spindel verschraubt wird. Die Elemente zur Betätigung der Spannbacken liegen innerhalb des hülsenförmigen Grundkörpers.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kompakt bauenden Spannfutterkopf vorzusehen, der sich zur Bearbeitung von Werkstücken mit geringem Durchmesser eignet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Mittenantriebsmaschine zur beidseitigen Endenbearbeitung eines Werkstücks mit einem solchen Spannfutterkopf vorzusehen
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. 5 gelöst.
Gemäß der Erfindung umfasst der Spannfutterkopf zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks zwei getrennte Sätze von Spannelementen, die jeweils den Umfang des Werkstücks an voneinander beabstandeten Umfangsbereichen klemmen. Durch das Einspannen in zwei axial voneinander beabstandeten Umfangsbereichen setzt das Spannfutter während der Bearbeitung des Werkstücks einer radialen Auslenkung ein hohes Hebelmoment entgegen, so dass eine besonders präzise Bearbeitung unter hohen radialen Kräften auf das Werkstück ermöglicht wird. Ist vorzugsweise der Spannfutterkopf durchgängig und beidseitig offen, so kann das gefasste Werkstück beidseitig an beiden Enden bearbeitet werden, ohne dass ein Umspannen erforderlich ist. Bei dem beidseitig offenen Spannfutter kann das Werkstück aus einer Richtung in das Spannfutter eingeführt und in Richtung des anderen Endes entnommen werden. Das Spannfutter mit den Doppelsatzspannelementen ist drehbar gelagert und kann frei drehbar oder mittels eines Antriebs angetrieben sein. Bei Einsatz in der im Folgenden beschriebenen Mittenantriebsmaschine ist der Spannfutterkopf mittels eines Antriebsaggregats angetrieben.
Beide Spannelementsätze werden mittels einer Betätigungseinrichtung gemeinsam geöffnet oder zum Spannen des Werkstücks geschlossen. Die Betätigungsrichtung weist ein Federelement auf, das aufgrund der Vorspannung die Spannelemente entweder schließt oder öffnet. Dabei vereinfacht sich der Aufbau der Betätigungseinrichtung. Durch Einsatz des Federelements ist zum Schließen und Geschlossenhalten der Spannelemente kein Hydrauliköl erforderlich, dessen Druck während der Drehung der Einspanneinrichtung unter Einsatz von Drehdichtungen oder Spaltdichtungen aufrechterhalten werden muss. Vorzugsweise bewirkt die Vorspannung des Federelements ein Schließen der Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks, so dass eine eventuelle Fehlausrichtung des Werkstücks beim ursprünglichen Klemmen durch Nachfahren der Spannelemente ausgeglichen wird.
Beide Spannelementsätze sind in einer Haupthülse angeordnet, wobei die Haupthülse drehbar am Spannkopf gelagert ist und so die Spannelemente mechanisch stabil ausrichtet. Das Federelement ist außerhalb der Haupthülse angeordnet, so dass der Hülsendurchmesser gering gehalten werden kann, was insgesamt einen kompakt gebauten Spannfutterkopf ermöglicht, der vorzugsweise zur Bearbeitung von Werkstücken mit geringem Durchmesser eingesetzt wird.
Vorteilhaft wirkt das Federelement zwischen oder im Wesentlichen zwischen den beiden Spannelementsätzen, d. h. die Federkraft in die eine Richtung wirkt nahezu vollständig auf den ersten Spannelementsatz und die Federkraft in die andere Richtung (Gegenkraft) wirkt nahezu vollständig auf den zweiten Satz Spannelemente. Dies ermöglicht ein asynchrones Schließen und Öffnen der Spannelemente, so dass das Werkstück am ersten Umfangsbereich einen anderen Durchmesser aufweisen kann als im zweiten Umfangsbereich (beispielsweise konisches Werkstück).
Bei Einsatz einer Tellerfeder als Federelement werden sehr hohe Federkräfte bei vergleichsweise geringer, axialer Baulänge des Federelements bereitgestellt. Weiterhin erlaubt die Tellerfeder eine in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Federkraft, die auf alle Spannelemente eines Satzes wirkt, so dass ein einseitiges Wirken der Federkraft und damit ein Verkanten beim Schließen oder Öffnen der Spannelemente vermieden wird.
Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung einen Aktuator auf, der zum Lösen der Spannelemente auf das Federelement wirkt und das Federelement entgegen der Vorspannbewegung zum Klemmen der Spannelemente bewegt. Vorteilhaft ist der Aktuator mit einem Gehäuse des Spannfutterkopfs bzw. einem Befestigungspunkt des Spannfutterkopfs verbunden, so dass der Aktuator selbst keine Drehbewegung ausführt und die Kraft zum Spannen oder Dehnen der Feder nicht über eine Drehverbindung übertragen werden muss. Der auf das Federelement wirkende und ortsfeste Aktuator kann vorteilhaft Bremselemente aufweisen, die auf das Federelement oder ein Verbindungselement zwischen Aktuator und Federelement wirken, so dass nach Abschaltung des Antriebs die Drehung der Haupthülse mit dem Werkstück durch Betätigung des Aktuators abgebremst wird und die Werkstückentnahme schneller erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich zum Bremsen mittels des Aktuators kann auch eine Arretierung der Hülse in einer vorgegebenen Position erfolgen, so dass ein vorgegebener Drehlagebezug zwischen zu bearbeitendem Werkstück und Spannfutter hergestellt werden kann.
Wird an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seiten des Spannfutters, ein austauschbarer Spannelementsatz vorgesehen, so können die verschiedenen Spannelementsätze in Abhängigkeit des Durchmessers des Werkstücks mit verschiedenen Spanndurchmesserbereichen versehen sein. Damit lässt sich ein Spannfutterkopf kostengünstig an verschiedene Durchmesserbereiche der zu bearbeitenden Werkstücke anpassen.
Die oben beschriebenen Ausführungen des Spannfutterkopfes ermöglichen eine in axiale Richtung sehr kurze Bauweise des Spannfutters, so dass entweder kurze Werkstücke an beiden Endbereichen bearbeitbar sind oder längere Werkstücke über einen größeren axialen Außenbereich bearbeitbar sind.
Besonders vorteilhaft ist zumindest eine Seite der Haupthülse mittels eines axialen Aufsatzes verlängerbar und in diesem Aufsatz ein neuer oder der zuvor entnommene Spannelementsatz einsetzbar, so dass auch längere Werkstücke bei Vorsehen eines größeren axialen Hebels durch das Einspannen an beiden Umfangsflächen präzise bearbeitbar sind. Durch Austausch weniger Elemente ist der Spannfutterkopf flexibel in Abhängigkeit der Abmessung des Werkstücks und des Bearbeitungsbedarfs kostengünstig umzurüsten.
Das oben beschriebene Spannfutter kann auch unter Weglassung eines Spannfuttersatzes, d. h. bei Klemmung des Werkstücks lediglich in einem Umfangsbereich als weitere Abwandlung ausgebildet sein, wobei dann das Federelement mit seinem freien Ende, das nicht auf einen zweiten Spannelementsatz wirkt, an der Haupthülse festgelegt bzw. angeschlagen ist. Hierbei wird ein automatisierbares Klemmen durch die Vorspannung des Federelements erreicht, während bei der Rotation des Spannfutters die Klemmkraft durch das Federelement aufrechterhalten wird. Auch hier ist keine Hydraulikflüssigkeit, die unter Druck über eine Drehdurchführung anliegt, erforderlich.
Die Mittenantriebsmaschine weist ein Maschinengestell und einen daran gelagerten Mittenantrieb auf. Der Mittenantrieb umfasst einen Spannfutterkopf wie zuvor beschrieben, zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks. Der Mittenantrieb ist als Einzelkopf ausgebildet, mit dem das zu bearbeitende Werkstück frei spannbar und antreibbar ist. Es ist keine weitere, separate Einspanneinrichtung erforderlich, um das Werkstück zu lagern und der Antrieb des Werkstücks kann ausschließlich durch den Einzelkopf erfolgen. Mit dem Einzelkopf ist es insbesondere bei kurzen Werkstücklängen nicht erforderlich, eine weitere Lagerung bzw. Einspannung für das Werkstück vorzusehen. Durch eine Betätigungseinrichtung des Mittenantriebs werden die Werkstücke automatisch eingespannt bzw. gelöst, so dass die Mittenantriebsmaschine in einem automatisierten Prozess einsetzbar ist. Es ist somit kein manuelles Lösen bzw. Klemmen des Werkstücks notwendig. Es können auch sehr kurze Werkstücke eingespannt und beidseitig drehend bearbeitet werden, da die axiale Ausdehnung des Einzelkopfes gering und kein weiterer Stütz- bzw. Antriebspunkt für das Werkstück erforderlich ist.
Bei einer starren Lagerung des Mittenantriebs am Maschinengestell entfallen bewegliche Lagerung bzw. Führung, so dass aufgrund der schwingungshemmenden Verbindung eine besonders präzise Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht ist. Ist dagegen der Mittenantrieb in Richtung der Rotations- bzw. Bearbeitungsachse des Werkstücks verfahrbar, so kann zum Beispiel der Mittenantrieb über ein der Rotationsachse zugestelltes und an einem Ende gefasstes Werkstück verfahren werden, um dieses vorzugsweise mittig einzuspannen. Umgekehrt kann der Mittenantrieb nach dem Lösen von dem Werkstück weggefahren werden. Dabei ist es nicht notwendig, dass bei einer automatischen Zuführung das Werkstück in Achsrichtung dem Mittenantrieb zugeführt oder aus diesem entnommen wird, so dass sich beispielsweise eine axiale Verschiebeeinheit für eine Handhabungseinrichtung (s. u.) einsparen lässt. Oder bei besonders langen Werkstücken wird der Zuführ- bzw. der Entnahmeweg des Werkstücks vom bzw. zum Mittenantrieb zwischen einer axial verfahrbaren Handhabungseinrichtung und dem Verfahrweg des Mittenantriebs aufgeteilt, so dass jeweils die Verschiebewege beider Einrichtungen kurz gehalten werden können. Entsprechendes trifft für Bearbeitungswerkzeuge oder Stützwerkzeuge zu, die durch die Verfahrbarkeit des Mittenantriebs gar nicht oder nur beschränkt verfahren werden müssen.
Besonders vorteilhaft ist die Rotationsachse des Mittenantriebs vertikal ausgerichtet, so dass sich die größte Abmessung der Mittenantriebsmaschine in die Höhe erstreckt und so in einer Werkhalle nur eine reduzierte Grundfläche erforderlich ist. Auch kann beispielsweise die axiale Entnahme des Werkstücks durch Lösen und schwerkraftbedingtes Fallen erfolgen, wobei dann das Auffangen und der Abtransport des Werkstücks von einer einfach ausgestalteten Handhabungseinrichtung ausgeführt wird. Weiterhin ist bei der vertikalen Ausrichtung die Span- und Kühlmittelbeseitigung vereinfacht.
Zur Stabilisierung der Enden eines langen Werkstücks gegen Unwucht sind zumindest einem der Enden eine Pinole oder ein Dorn zustellbar bzw. bei verfahrbarem Mittenantrieb ist das Ende des Werkstücks zur Finale oder dem Dorn hin verfahrbar. Vorteilhaft ist zumindest eine Pinole oder ein Dorn senkrecht oder schräg zur Rotationsachse von der Rotationsachse herausfahrbar und/oder herausschwenkbar, so dass insbesondere zur Entnahme eines langen Werkstücks der Weg der Entnahme bzw. der Zufuhrweg für das Werkstück zum Mittenantrieb frei ist.
Umfasst die Mittenantriebsmaschine zwei Pinolen, zwei Dorne oder einen Dorn und eine Pinole, so kann das Werkstück endseitig geklemmt und gehalten werden, während die Mittenantriebseinrichtung das Werkstück freigibt. Durch Verfahren des verfahrbaren Mittenantriebs oder der beiden Enden-Halteeinrichtungen kann der Mittenantrieb eine Umgreifaktion am Werkstück durchführen, so dass dieses an einem versetzten Umfangsbereich gespannt wird und beispielsweise im zuvor eingespannten Bereich an der Umfangsfläche weiter bearbeitet wird. Im Prinzip ist somit mit lediglich einer Mittenantriebsmaschine eine umfassende Oberflächen- bzw. Innenflächenbearbeitung am Werkstück möglich. Anstelle der Enden-Halteeinrichtung ist auch eine Handhabungseinrichtung zum temporären Halten des Werkstücks während des Umgreifens einsetzbar.
Ganz besonders vorteilhaft weist die Mittenantriebsmaschine zumindest eine Werkzeugeinheit auf, die sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ende des eingespannten Werkstücks zustellbar ist. Durch den Einsatz des Einzelkopfes ist der zum Umfahren des Einzelkopfes notwendige Verfahrweg für die Werkzeugeinheit gering, so dass kostengünstig lediglich eine Werkzeugeinheit oder eine Spezialwerkzeugeinheit vorgesehen werden kann. Unabhängig von der beide Enden bearbeitenden Werkzeugeinheit können weitere Werkzeugeinheiten vorgesehen sein, die jeweils das obere oder das untere Ende des Werkstücks arbeitsteilig bearbeiten.
In Verbindung mit der verfahrbaren Mitteneinheit wird es ermöglicht, dass zumindest eine Werkzeugeinheit in Rotationsachsenrichtung lagenfest sein kann und beispielsweise lediglich eine Bewegung senkrecht zur Rotationsachse ausführt, während der Vorschub in Rotationsachsenrichtung durch Verfahren des Mittenantriebs erfolgt. So kann an einem Ende ein Linearantrieb für die Werkzeugeinheit in Achsrichtung eingespart werden. Während des Bearbeitens des einen Endes mit der axial festgelegten Werkzeugeinheit kann eine die Bewegung des Mittenantriebs kompensierende, axial verfahrbare Werkzeugeinheit das andere Ende des Werkstücks bearbeiten.
Vorteilhaft erfolgt das Zuführen bzw. Entnehmen des Werkstücks vom Mittenantrieb mittels einer Handhabungseinrichtung, die einen Greifer aufweist. Wie oben erwähnt, kann die Handhabungseinrichtung in Rotationsachsenrichtung verfahrbar sein, um das Werkstück beispielsweise bei dem starr mit dem Maschinenrahmen verbundenen Mittenantrieb zu entnehmen. Oder die Handhabungseinrichtung kann aus Kostengründen in axialer Richtung festgelegt sein, so dass der verfahrbare Mittenantrieb nach Greifen des Werkstücks durch die Handhabungseinrichtung über das Werkstück weggefahren wird, bis dieses für die Handhabungseinrichtung freigegeben ist. Die Handhabungseinrichtung braucht in diesem Fall beispielsweise lediglich eine Schwenk- oder Drehbewegung zur Zuführung bzw. Entnahme des Werkstücks von bzw. zu der Rotationsachse ausführen. Vorteilhaft kann die Handhabungseinrichtung in eine der Werkzeugeinheiten, beispielsweise einen drehbar gelagerten Werkzeugrevolver, integriert sein, so dass ein gemeinsamer Linearantrieb in Rotationsachsenrichtung und/oder ein gemeinsamer Antrieb mit einer senkrechten Komponente zur Rotationsachse für beide ausreicht.
Vorteilhaft wird das bearbeitete Werkstück mittels einer Handhabungseinrichtung zu einer weiteren Bearbeitungsmaschine überführt. Die Handhabungseinrichtung kann das bearbeitete Werkstück dort in einen Werkstückhalter zur Bearbeitung überführen oder an eine weitere Handhabungseinrichtung der weiteren Bearbeitungsmaschine übergeben. Vorteilhaft sind der Mittenantriebsmaschine zwei Handhabungseinrichtungen zugeordnet, wobei eine erste das unbearbeitete Werkstück zuführt und eine zweite das bearbeitete Werkstück abführt.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1A-1D Seitenansichten einer Mittenantriebsmaschine in schematisch dargestellten verschiedenen Abschnitten eines Arbeitszyklus,
2 eine Querschnittsansicht eines Spannkopfes mit Doppelfutter,
3A–3C verschiedene Ansichten einer Druckhülse des Spannkopfes von 2,
4 eine Spindelwelle des Spannkopfes von 2,
5 ein Schiebesegment des Spannkopfes von 2, und
6 der Spannkopf von 2 mit einem axialen Verlängerungsanbau.
Die 1A–1D zeigen Seitenansichten einer Vertikal-Mittenantriebsmaschine 1. Das im Folgenden beschriebene Konzept der Mittenantriebsmaschine ist ohne weiteres auch für eine Horizontal-Mittenantriebsmaschine mit horizontal verlaufender Rotationsachse des Werkstücks 7 anwendbar, wobei jedoch der Grundflächenbedarf der Maschine erhöht ist. Das Maschinenbett des Maschinengrundkörpers 2 der Mittenantriebsmaschine 1 baut vertikal in die Höhe, so dass eine Werkzeugwartung von vorne (von rechts wie in 1 dargestellt) möglich ist, auch wenn mehrere Bearbeitungsmaschinen seitlich aneinandergereiht sind. Der Maschinengrundkörper 2 umfasst vorzugsweise einen Mineralgusskern, der Schwingungen von der Werkhalle zum Bearbeitungsbereich und umgekehrt optimal dämpft. Ein Mittelaggregat 3 zum beidseitig offenen Einspannen eines Werkstücks 7 ist an einer Konsole 4 gelagert. Die Konsole 4 wiederum lagert linear verfahrbar auf einer Linearführung 5. Mittels eines Antriebs 6 wird die Konsole 4 entlang der Linearführung 5 vertikal verfahren, so dass die vertikale Position des Mittelaggregats 3 veränderbar ist. In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführung ist das Mittelaggregat 3 starr an den Maschinengrundkörper angekoppelt, so dass Schwingungen während einer hochpräzisen Bearbeitung noch weiter verringert sind.
Das Mittelaggregat 3 umfasst einen Spannkopf 30 zum Einspannen des Werkstücks 7, einen Antrieb 31 zum Antreiben des Werkstücks 7 und einen Winkelflansch 32, der den Antrieb 31 mit dem Spannkopf 30 verbindet. In weiterer, hier nicht dargestellter Ausführung kann der Antrieb für den Spannkopf auch am Maschinengrundkörper 2 gelagert sein und über ein Getriebe (mit beispielsweise einer Spindel) mit dem Spannkopf 30 verbunden sein.
In 1B sind schematisch eine erste Werkzeugeinheit 8 mit einem Werkzeugrevolver 9 und eine zweite Werkzeugeinheit 10 mit einem Werkzeugrevolver 11 dargestellt. Das Richtungs-Dreibein in 1B deutet die Richtungen an, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. Dabei ist die Z-Richtung die Vertikalachse, die X-Richtung verläuft horizontal frontal zur Mittenantriebsmaschine 1 (horizontal und in der Zeichenebene) und die Y-Richtung verläuft horizontal und in Seitenrichtung zur Mittenantriebsmaschine 1 (horizontal und senkrecht zur Zeichenebene). Die erste Werkzeugeinheit 8 ist in Y-Richtung seitlich hinter die Mittelebene des Mittelaggregats 3 versetzt und führt mittels einer Verschiebeeinheit eine Y- und Z-Bewegung aus. Die zweite Werkzeugeinheit 10 ist in Y-Richtung zur Zeichenebene (Mittelebene des Mittelaggregats) nach vorne versetzt und führt ebenfalls eine Y-, Z-Bewegung mittels einer Verschiebeeinheit aus. In alternativer Ausführung können die erste und/oder zweite Werkzeugeinheit 8, 10 in Z-Richtung unbeweglich festgelegt sein, wobei dann durch Z-Verschiebung des Mittelaggregats 3 relativ zur ersten und/oder zweiten Werkzeugeinheit 8, 10 die Bewegung zur axialen Bearbeitung des Werkstücks 7 ausgeführt wird.
In weiterer, hier nicht dargestellter Ausführung ist eine Werkzeugeinheit zur Beidenden-Bearbeitung vorgesehen. Dieses Einzelaggregat kann ebenfalls einen Werkzeugrevolver umfassen und in Z-Richtung starr am Maschinengrundkörper 2 festgelegt oder vorzugsweise verfahrbar sein. Die Z-Bewegung wird dann entweder durch Verfahren des verfahrbaren Mittelaggregats 3 oder des Einzelaggregats ausgeführt. Die relative Verfahrstrecke ist dabei so bemessen, dass mit dem Einzelaggregat sowohl das obere als auch das untere Ende des Werkstücks 7 bearbeitbar sind. Da insbesondere in Y-Richtung die Abmessung des Mittelaggregats 3 sehr gering ist, kann das Einzelaggregat durch geringes Zurückfahren in Y-Richtung dem Mittelaggregat 3 ausweichen, so dass entweder das Mittelaggregat 3 am Einzelaggregat vorbeifährt oder das Einzelaggregat am Mittelaggregat vorbeifährt. Ein Werkzeugrevolver des Einzelaggregats umfasst dabei vorzugsweise Überkopf-Werkzeuge, die ein Bearbeiten von unten nach oben ermöglichen, während die anderen Werkzeuge der Bearbeitung von oben nach unten dienen.
Die erste und zweite Werkzeugeinheit 10, 11 sowie das Einzelaggregat, soweit in Z-Richtung verfahrbar, lagern auf einem Schlitten, der auf einer nicht dargestellten Führung parallel zur Führung 5 verfahrbar ist. Dabei können die Werkzeugeinheiten und/oder das Einzelaggregat auf einer links oder rechts zur Führung 5 angeordneten, gemeinsamen Führung oder auf zwei links und rechts der Führung 5 liegenden Führungen lagern.
1C stellt eine erste und zweite Pinole 12, 13 dar, die auf der Achse des Werkstücks 7 liegen und vorzugsweise in Z-Richtung verfahrbar sind. Vorteilhaft sind dabei die Pinolen 12, 13 auf der Linearführung 5 des Mittelaggregats 3 gelagert. In weiterer, nicht dargestellter Ausführung kann anstelle einer oder beider Pinolen ein Dorn zum Halten des Endes des Werkstücks 7 vorgesehen sein. Besonders bei der Umfangsbearbeitung langer Werkstücke werden die freien Enden des Werkstücks einseitig oder beidseitig durch die Pinolen 12, 13 abgestützt, so dass Unwuchten bei der Bearbeitung vermieden werden. Auch hier können in Ausgestaltung das Mittelaggregat 3 in Z-Richtung festgelegt sein, wobei dann beide Pinolen 12, 13 in Z-Richtung zustellbar sind. Oder eine Pinole 12 oder 13 ist in Z-Richtung festgelegt und das Mittelaggregat 3 mit dem Werkstück 7 werden der festgelegten Pinole zugestellt und die gegenüberliegende verfahrbare Pinole wird dem anderen Ende des Werkstücks zugestellt.
1D zeigt die Maschine 1 in einer Stellung, bei der besonders lange Werkstücke 7 durch Absenken des Mittelaggregats 3 aus diesem herausgeführt werden. Durch eine nicht dargestellte Handhabungseinrichtung wird in diesem Fall das Werkstück 7 mittels eines Greifers gefasst, so dass nach Lösen des Spannkopfes 30 und Absenken des Mittenaggregats das Werkstück 7 frei ist und lediglich von der Handhabungseinrichtung gehalten wird. In der in 1C dargestellten Position kann die Handhabungseinrichtung das Werkstück 7 durch Schwenken oder Zurückfahren aus dem Bearbeitungsbereich herausnehmen oder zum Beladen das Werkstück 7 in die Bearbeitungsachse fahren. Die Handhabungseinrichtung ist in Z-Richtung festgelegt oder kann durch einen Linearantrieb entlang einer der Parallel-Führungen neben der Führung 5 verfahrbar sein.
Alternativ kann eine oder je Seite eine Handhabungseinrichtung auf der Werkzeugeinheit 8 und/oder 10 gelagert sein. In weiterer Ausgestaltung kann die Schwenkbewegung der Handhabungseinrichtung über den Werkzeugrevolver 9 und/oder 11 erfolgen, beispielsweise wenn am Werkzeugrevolver eine Greifvorrichtung vorgesehen ist.
2 zeigt in Querschnittsansicht den Spannkopf 30. Im Winkelflansch 32 ist ein Zahnrad 34 drehbar gelagert, das durch ein Motorritzel 33 des Antriebs 31 angetrieben wird. Das Zahnrad 34 greift in einen Außenzahnkranz 35, der an einer drehbar gelagerten Spindelwelle 50 angeordnet ist. Die Spindelwelle 50 lagert über zwei Kugellager 36 am Spannfuttergehäuse 37. Innerhalb der Spindelwelle 50 sind ein erstes und zweites Spannfutter 51, 52 angeordnet, die axial beabstandet das Werkstück 7 an zwei Umfangsbereichen I, II klemmen. Die Spannfutter 51, 52 sind hülsenartig als Spannfutterhülse 53 ausgebildet, wobei der untere Teil (bezogen auf das Spannfutter 51) umlaufend ausgebildet ist, während die Klemmsegmente im oberen Bereich der Hülse 53 geschlitzt sind. Durch die geschlitzte Hülse ergibt sich durch den zungenartigen Mittenbereich der Spannfutterhülse eine Federwirkung, die beim Rückziehen der die Klemmsegmente betätigenden Druckhülsen 54, 55 die Öffnung zwischen den Klemmsegmenten weitet.
Die außenseitige Rampe jedes Spannfuttersegments 51, 52 wirkt mit der innen liegenden Rampe der ersten bzw. zweiten Druckhülse 54, 55 zusammen, wobei zum Öffnen und Schließen der Segmente die Druckhülsen 54, 55 axial verschoben werden. Die Druckhülsen 54, 55 sind gleitend an der Innenseite der Spindelwelle 50 bzw. Haupthülse gelagert. Die Verschiebung der ersten und zweiten Druckhülse 54 und 55 erfolgt durch Segmente 56, die durch axiale Schlitze 40 in der Spindelwelle 50 hindurchgreifen (siehe 4). Ein oberer Satz Segmente 56 ist der ersten Druckhülse 54 zugeordnet und ein unterer Satz Segmente 56 ist der zweiten Druckhülse 55 zugeordnet.
An der Außenseite der Spindelwelle 50 lagert eine Tellerfeder 57, die zwischen dem oberen und dem unteren Satz Segmente 56 eingespannt ist und unter Vorspannung den oberen Satz Segmente 56 und unteren Satz Segmente 56 auseinander schiebt. Auf den oberen Satz von Segmenten 56 wirkt ein erstes Hubelement 58 und ein zweites Hubelement 59 wirkt auf den unteren Satz von Segmenten. Die Hubelemente 58, 59 sind hier topfförmig ausgebildet, wobei deren Außenränder übereinander verschiebbar sind. Die Hubelemente 58, 59 sind axial verschiebbar am Spannfuttergehäuse 37 gelagert und durch Zusammenfahren der Hubelemente 58, 59 gegeneinander kommt eine Anlagefläche 63 am inneren Bereich der Hubelemente 58, 59 auf den Segmenten 56 zu liegen, so dass bei weiterem Zusammenfahren der Hubelemente 58, 59 gegeneinander der obere Satz von Segmenten 56 gegenüber dem unteren Satz von Segmenten gegen die Federwirkung zusammengeschoben wird.
Zum Betätigen der Hubelemente 58, 59 wird durch einen ersten Fluideinlass 60 und einen zweiten Fluideinlass 61 Hydrauliköl in einen Hohlraum zwischen den Hubelementen 58, 59 und dem Spannfuttergehäuse 37 eingeleitet, so dass das erste Hubelement 58 nach unten und das zweite Hubelement 59 nach oben verschoben wird. Beim Zusammenfahren wird durch einen dritten Fluideinlass 62 Hydrauliköl ausgelassen. Zum Auseinanderfahren der Hubelemente 58, 59 werden der erste und zweite Fluideinlass 60, 61 druckfrei geschaltet und durch den dritten Fluideinlass 62 Hydrauliköl unter Druck eingepresst, so dass die beiden Hubelemente 58, 59 aufgrund des Drucks im Hohlraum zwischen den beiden Hubelementen 58, 59 und dem Spannfuttergehäuse 37 auseinander gefahren werden. Bei einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführung kann der dritte Fluideinlass 62 entfallen und zum Auseinanderfahren der Hubelemente 58, 59 wird ebenfalls die Vorspannkraft der Tellerfeder 57 genutzt, wobei jedoch kein vollständiges Lösen zwischen den Segmenten 56 und der Anlagefläche 63 der Hubelemente 58, 59 erfolgt. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass lediglich durch den ersten oder zweiten Fluideinlass 60, 61 Hydraulik eingeleitet und so entweder das erste oder das zweite Hubelement betätigt wird, so dass sich lediglich das erste oder zweite Spannfutter 51, 52 öffnet. Beispielsweise, wenn nur ein sehr kurzes Werkstück 7 durch nur einen Spannbackensatz 51, 52 einzuspannen ist. Ebenfalls kann bei einseitiger Festlegung der Tellerfeder 57 an der Spindelwelle 50 die Betätigung lediglich eines einzigen Spannfutters 51 durch nur ein Hubelement 58 oder 59 vorgesehen sein, wobei auch in diesem Fall eine Entkopplung der Führung des Hydrauliköls von den gedrehten Teilen erfolgt. Die in 2 dargestellte Anordnung ermöglicht es auch, ein Werkstück 7 mit unterschiedlichen Durchmessern im Bereich des ersten und des zweiten Spannfutters 51, 52 (Umfangsbereich I und II) zu fassen, da die Verschiebung des oberen Segmentsatzes und des unteren Segmentsatzes 56 eine Relativbewegung zueinander zulässt, d. h. eine bzgl. der Spindelwelle 50 asymmetrische Verschiebebewegung.
Die 3A–3C zeigen eine Seitenansicht, eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht (bzgl. der Darstellung in 3A) der Druckhülsen 54, 55. Im oberen Bereich der Druckhülse ist eine umlaufende Nut 76 ausgebildet. An der unteren Innenseite ist eine Rampe bzw. Keilfläche 77 angeordnet, die wie oben beschrieben mit der rampenförmigen Rückseite der Spannfutter-Klemmsegmente 51, 52 zusammenwirkt. Der obere Kranz der Druckhülse 54, 55 ist als bajonettförmige Verriegelung 78 mit Aussparungen 79 ausgebildet.
4 zeigt eine Seitenansicht der Spindelwelle 50, an deren innerem Umfangsbereich zwei Kränze mit Längsschlitzen 40 ausgebildet sind. Am Umfang sind hier im oberen und unteren Mittenbereich jeweils sechs Segmentschlitze 40 für den oberen Satz von sechs Segmenten 56 und den unteren Satz von Segmenten ausgebildet. Die Segmente 56 sind innerhalb der Schlitze 40 axial verschiebbar. Am unteren Ende der Spindelwelle 50 ist ein Flansch 41 vorgesehen, an dem der Außenzahnkranz 35 angeflanscht wird.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines der zwölf verwendeten Segmente, das wie durch den Pfeil angedeutet in einen Segmentschlitz 40 der 4 eingesetzt wird. Nach dem Einsetzen liegt der Grundkörper 73 innerhalb eines Segmentschlitzes 40 und über die Außenfläche der Spindelwelle 50 ragt eine Außennase 70 hervor, während an der Innenseite der Spindelwelle die Innenführung 74 und ein Vorsprung 75 hervorstehen. Der Vorsprung 75 greift nach dem Einsetzen der Druckhülse 54, 55 in deren Nut 76 ein. Zum Einsetzen der Druckhülsen nach Montage der Segmente 56 wird beim axialen Einlassen der Druckhülsen 54, 55 der Kranz der Verriegelung 78 an den Aussparungen 79 über die Vorsprünge 75 geführt. Durch Verdrehen der Druckhülsen 54, 55 greift dann der Vorsprung 75 in die Nut 76 ein, so dass eine Kopplung zwischen Segment und Druckhülse bei axialer Verschiebung gewährleistet ist. Bei der vom Außendurchmesser der Spindelwelle 50 hervorspringenden Außennase 70 wirkt auf eine dritte Auflagefläche 71 die erste Anlagefläche 63 des ersten bzw. zweiten Hubelements 58, 59, wobei die Segmente des oberen Segmentsatzes durch das erste Hubelement 58 nach unten verschoben werden, während die Segmente 56 des unteren Segmentsatzes durch das zweite Hubelement 59 nach oben verschoben werden. An der zweiten Anlagefläche 72 der Außennase 70 liegt die Tellerfeder an, die die Segmente 56 des oberen Satzes nach oben und die Segmente des unteren Satzes nach unten verschiebt.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Spannkopfes 30 von 2 mit einer an der Unterseite angebauten Verlängerung. Gegenüber der 2 ist der untere Deckel 67 vom Flansch 41 der Spindelwelle 50 abgeschraubt und anstelle des unteren Deckels 67 ist eine Verlängerungshülse 65 auf den Flansch 41 aufgesetzt. Anstelle der kurzen, zweiten Druckhülse 55 ist ein lange Druckhülse 55a eingesetzt, die sich bis zum Endbereich der Verlängerungshülse 65 erstreckt. Das untere zweite Spannfutter 52 ist aus der Spindelwelle 50 entnommen und in die Verlängerungshülse 65 eingesetzt. Die axiale Position des zweiten Spannfutters 52 wird durch einen mit der Spindelwelle 50 verbundenen Stützschaft 66 und durch Aufschrauben des unteren Deckels 67 auf die Unterseite der Verlängerungshülse 65 festgelegt. Die lange Druckhülse 55a greift ebenfalls mit einer bajonettartigen Verriegelung 78a (entsprechend der 78 von 3A) in den unteren Segmentsatz 56 ein. Durch eine entsprechende Verlängerungshülse und eine verlängerte Druckhülse lässt sich der Spannkopf 30 auch an der Oberseite durch Nach-oben-Verlagerung des Spannfutters 51 verlängern.

Claims

Spannfutterkopf zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei der Spannfutterkopf (30) ein drehbar gelagertes Spannfutter mit einem ersten Satz (51) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem ersten Umfangsbereich (I) aufweist; wobei das Spannfutter einen zweiten Satz (52) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem zweiten Umfangsbereich (II), der in axiale Richtung zum ersten Umfangsbereich (I) beabstandet ist, aufweist; wobei beide Spannelementsätze (51, 52) mittels einer Betätigungseinrichtung (57–62) betätigbar sind; wobei die Betätigungseinrichtung (57–62) ein Federelement (57) aufweist, das aufgrund seiner Vorspannung die Spannelemente (51, 52) zum Klemmen eines Werkstücks (7) schließt; dadurch gekennzeichnet, dass beide Spannelementsätze (51, 52) in einer Haupthülse (50) angeordnet sind und die Haupthülse als Spindelwelle drehbar an einem Spannfuttergehäuse (37) gelagert ist; und das Federelement (57) außerhalb der Haupthülse (50) angeordnet ist und über zumindest ein Mitnehmerelement (56) auf die Spannelemente (51, 52) wirkt, wobei das zumindest eine Mitnehmerelement (56) durch die Haupthülse greift.
Spannfutterkopf nach Anspruch 1, wobei die Betätigungseinrichtung (57–62) einen Aktuator (58, 59) aufweist, der zum Lösen der Spannelemente (51, 52) auf das Federelement (57) wirkt.
Spannfutterkopf nach Anspruch 2, wobei der Aktuator zumindest ein am Spannfuttergehäuse (37) gelagertes, topfförmiges Element (58, 59) aufweist.
Spannfutterkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Aktuator (58, 59) direkt auf das Federelement (57) wirkt.
Spannfutterkopf zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei der Spannfutterkopf (30) ein drehbar gelagertes Spannfutter mit einem ersten Satz (51) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem ersten Umfangsbereich (I) aufweist; wobei das Spannfutter einen zweiten Satz (52) Spannelemente zum Klemmen des Werkstücks (7) an einem zweiten Umfangsbereich (II), der in axiale Richtung zum ersten Umfangsbereich (I) beabstandet ist, aufweist; wobei beide Spannelementsätze (51, 52) mittels einer Betätigungseinrichtung (57–62) betätigbar sind; wobei die Betätigungseinrichtung (57–62) ein Federelement (57) aufweist, das aufgrund seiner Vorspannung die Spannelemente (51, 52) zum Klemmen eines Werkstücks (7) schließt; wobei das Federelement (57) inerhalb einer Haupthülse (50) angeordnet ist und auf die Spannelemente (51, 52) wirkt; und wobei die Betätigungseinrichtung (57–62) einen Aktuator (58, 59) aufweist, der zum Lösen der Spannelemente (51, 52) auf das Federelement (57) wirkt; dadurch gekennzeichnet, dass beide Spannelementsätze (51, 52) in der Haupthülse (50) angeordnet sind und die Haupthülse drehbar am Spannfuttergehäuse (37) gelagert ist; die Haupthülse (50) eine motorisch antreibbare Spindelwelle ist; der Aktuator (58, 59) über zumindest ein die Haupthülse (50) durchgreifendes Mitnehmerelement (56) auf das Federelement (57) wirkt; und der Aktuator zumindest ein topfförmiges Element (58, 59) aufweist, wobei das zumindest eine topfförmige Element axial verschiebbar am Spannfuttergehäuse (37) gelagert ist.
Spannfutterkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (57) zumindest eine Tellerfeder ist.
Spannfutterkopf nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das zumindest eine topfförmige Element (58, 59) hydraulisch betätigbar ist.
Spannfutterkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein axial verschiebbares Keilelement (54, 55) auf die Spannelemente (51, 52) wirkt.
Spannfutterkopf nach Anspruch 8, wobei das Keilelement (54, 55) hülsenförmig mit einseitig keilförmiger Wandung ist und auf jeden Satz der Spannelemente (51, 52) ein Keilelement wirkt.
Spannfutterkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest an einer Seite des Spannfutters der Spannelementesatz (51, 52) austauschbar und/oder entnehmbar montiert ist.
Spannfutterkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haupthülse (50) mittels eines Aufsatzes (65) verlängerbar ist, wobei insbesondere der austauschbare und/oder entnehmbare Spannelementesatz (51, 52) im Aufsatz montierbar ist.
Spannfutterkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Spindelwelle (50) ein Zahnradkranz (35) angeordnet ist, der mit einem Antriebsrad (34) oder Antriebsriemen in Zahneingriff steht.
Mittenantriebsmaschine zur beidseitigen Endenbearbeitung eines Werkstücks, mit einem Maschinengestell (2), und einem am Maschinengestell (2) gelagerten Mittenantrieb (3), wobei der Mittenantrieb einen angetriebenen Spannfutterkopf (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einspannen und Antreiben eines zu bearbeitenden Werkstücks (7) aufweist, wobei der Mittenantrieb (3) als Einzelkopf (37) ausgebildet ist, mit dem das zu bearbeitende Werkstück (7) frei spannbar und antreibbar ist, und wobei der Mittenantrieb eine Betätigungseinrichtung (57–62) zum automatischen Einspannen und Lösen des Werkstücks aufweist.
Mittenantriebsmaschine nach Anspruch 13, wobei die Rotationsachse vertikal ausgerichtet ist.