DE112004002051T5

DE112004002051T5 - Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE112004002051T5
Application number: DE112004002051T
Authority: DE
Inventors: Roger R. Smith
Original assignee: Hardinge Inc
Current assignee: Hardinge Inc
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-09-21
Also published as: GB2422337A; GB2422337B; WO2005044490A1; US7137632B2; US20050087046A1; GB0608273D0

Abstract

Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung zur Verwendung beim Halten eines Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung mit einer Spindel und einer Schließeinrichtung, die eine Kraft ausübt, wobei die Werkstück-Haltevorrichtung folgendes aufweist:
einen Werkstückhalter, der verschiebbar an der Spindel montiert ist, wobei der Werkstückhalter eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten aufweist, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen bewegbar sind, um ein Werkstück zu greifen und loszulassen; und
eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur, die eine vorspannende Struktur mit einer Federkraft aufweist, wobei die Kupplungsstruktur wirkmäßig zwischen dem Werkstückhalter und der Schließeinrichtung montiert werden kann, so dass die Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente des Werkstückhalters zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, über die Kupplungsstruktur und deren vorspannende Struktur auf den Werkstückhalter übertragen wird, wodurch eine resultierende Kraft, die von der Schließeinrichtung auf den Werkstückhalter übertragen wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur begrenzt ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Prioritätsrechte der U.S. Patentanmeldung Nr. 10/693,610, eingereicht am 27. Oktober 2003, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Werkstück-Haltevorrichtungen zum Halten eines Werkzeugs oder Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung.
Werkstück-Haltevorrichtungen, wie Spannzangen und Backenfutter, werden verwendet, um Werkstücke oder Werkzeuge in Werkstück-Bearbeitungsanordnungen, wie in Drehmaschinen, einzuspannen oder zu greifen. Die Werkstück-Haltevorrichtungen schließen eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten ein, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen beweglich sind, um ein Werkstück oder ein Werkzeug greifen oder loslassen zu können. Eine Schließeinrichtung ist wirkmäßig mit der Werkstück-Haltevorrichtung verbunden, um eine Kraft zum Bewegen der Segmente der Werkstück-Haltevorrichtung zwischen den Aufweitungs- und Verengungspositionen auszuüben. In der Regel ist eine Zugstange starr zwischen die Werkstück-Haltevorrichtung und die Schließeinrichtung gekuppelt, so dass die Betätigung der Schließeinrichtung über die Zugstange eine Kraft auf die Werkstück-Haltevorrichtung ausübt.
Die Schließvorrichtung liegt häufig in Form einer hydraulischen Schließvoreichtung vor. Hydraulische Schließeinrichtungen sind dahingehend vorteilhaft, dass sie (beispielsweise im Vergleich mit pneumatischen Schließeinrichtungen) große Kräfte ausüben können, wodurch das Werkstück oder das Werkzeug für einen Bearbeitungsgang sehr sicher gegriffen werden kann. Wenn jedoch ein empfindliches Werkstück, beispielsweise ein dünnwandiger Ring, bearbeitet werden soll, können die großen Kräfte, die von der hydraulischen Schließeinrichtung ausgeübt werden, das empfindliche Werkstück leicht verformen. In der Regel kann die Betätigungskraft in hydraulischen Schließeinrichtungen nicht ausreichend gesenkt werden, um eine Verformung des Werkstücks auszuschließen. Darüber hinaus bewirkt eine Senkung der Betätigungskraft auf niedrige Niveaus, dass sich die hydraulische Schließeinrichtung extrem langsam bewegt, wodurch der Takt zum Greifen des Werkstücks dramatisch verlangsamt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Werkstück-Haltevorrichtung bereit, die so aufgebaut ist, dass sie die Kraft, die von einer Schließeinrichtung auf die Werkstück-Haltevorrichtung ausgeübt wird, begrenzen kann, so dass dünnwandige oder empfindliche Werkstücke, die ansonsten einer Verformung unterliegen würden, gegriffen werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie die Kraftmenge, die von einer Schließeinrichtung an die Werkstück-Haltevorrichtung angelegt werden kann, begrenzt. Dieser Aspekt der Erfindung stellt eine kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung zum Halten eines Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung mit einer Spindel und einer Schließeinrichtung, die eine Kraft ausübt, bereit. Die Werkstück-Haltevorrichtung umfasst einen Werkstückhalter, der verschiebbar an der Spindel montiert ist. Der Werkstückhalter schließt eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten ein, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen beweglich sind, um ein Werkstück greifen und loslassen zu können. Eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur schließt eine vorspannende Struktur mit einer Federkraft ein. Die Kupplungsstruktur ist wirkmäßig zwischen dem Werkstückhalter und der Schließeinrichtung montierbar, so dass eine Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente des Werkstückhalters zwischen den Aufweitungs- und Verengungspositionen zu bewegen, über die Kupplungsstruktur und deren vorspannende Struktur auf den Werkstückhalter übertragen wird, wodurch eine resultierende Kraft, die von der Schließeinrichtung auf den Werkstückhalter übertragen wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur begrenzt ist.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn diese zusammen mit der begleitenden Zeichnung betrachtet wird, welche Teil dieser Offenbarung sind und welche anhand von Beispielen die Grundlagen der Erfindung erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die begleitende Zeichnung erleichtert das Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. In der Zeichnung sind:
1 eine Querschnittsdarstellung einer kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
2 eine Teil-Querschnittsdarstellung der in 1 dargestellten Werkstück-Haltevorrichtung, die an eine Werkstück-Bearbeitungsanordnung montiert ist, wobei die Werkstück-Haltevorrichtung die Aufweitungsposition einnimmt;
3 eine Teil-Querschnittsdarstellung der in 1 dargestellten Werkstück-Haltevorrichtung, die an eine Werkstück-Bearbeitungsanordnung montiert ist, wobei die Werkstück-Haltevorrichtung eine Verengungsposition einnimmt; und
4 ist eine Explosionsdarstellung der in 1 dargestellten Werkstück-Haltevorrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1–4 stellen eine kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Werkstück-Haltevorrichtung 10 ist in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung 12 montiert, um ein Werkzeug oder Werkstück in der Werkstück-Bearbeitungsanordnung 12 zu halten. Werkstück-Bearbeitungsanordnung 12 kann auf jede geeignete Weise aufgebaut sein, um einen Bearbeitungsgang an einem Werkzeug oder Werkstück durchzuführen. Beispielsweise kann die Werkstück-Haltevorrichtung 10 für die Verwendung in Werkstück-Bearbeitungsanordnungen 12 wie Drehbänken, Schleifeinrichtungen, Spannvorrichtungen, Fräseinrichtungen und Befestigungseinrichtungen aufgebaut sein.
In der dargestellten Ausführungsform schließt die Werkstück-Haltevorrichtung 10 einen Werkstückhalter 14 zum Greifen eines Werkstücks ein. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Werkstückhalter 14 in Form einer Stufenspannzange mit einer auf Zug wirkenden Konstruktion vor. Die Stufenspannzange 14 ist so aufgebaut, dass sie den Außendurchmesser des Werksstücks greift, indem sie enger wird, um das Werkstück zu greifen, und weiter wird, um das Werkstück loszulassen. Genauer ist die Stufenspannzange 14 so aufgebaut, dass sie von einer Schließeinrichtung 16 in eine konische Kappe 18 gezogen wird, welche die Stufenspannzange 14 in radialer Richtung biegt und es der Stufenspannzange 14 ermöglicht, ein Werkstück zu greifen. Die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 schließt auch eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur 20 ein, die wirkmäßig zwischen der Stufenspannzange 14 und der Schließeinrichtung 16 montiert ist. Die kraftbegrenzende Kupplungsstruktur 20 ist so aufge baut, dass sie die Menge der Kraft, die von der Schließeinrichtung 16 auf die Stufenspannzange 14 ausgeübt werden kann, begrenzt, so dass dünnwandige oder empfindliche Werkstücke, die ansonsten einer Verformung unterliegen könnten, von der Stufenspannbacke gegriffen werden können, wie im folgenden erörtert wird.
Wie in 2 und 3 dargestellt, ist die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 an eine Spindel 22 und eine selektiv axial ausfahrbare Zugstange 24 der Werkstück-Bearbeitungsanordnung 12 montiert. Die Spindel 22 kann jeden geeigneten Aufbau zum Durchführen eines Werkstück-Bearbeitungsgangs aufweisen. Die Spindel 22 schließt eine Spanneinrichtung 26 ein, die ein vorderes Ende mit einer inneren, in axialer Richtung verlaufenden Bohrung 28, die mit einer Achse der Spindel 22 ausgerichtet ist, aufweist. Die Stufenspannzange 14 der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10 ist so innerhalb der Bohrung 28 der Spannvorrichtung 26 angeordnet, dass die Stufenspannzange 14 axial innerhalb der Bohrung 28 entlang der Achse verschiebbar ist. Die Stufenspannzange 14 ist über die Kupplungsstruktur 20 wirkmäßig mit der selektiv axial ausfahrbaren Zugstange 24 verbunden. Die Zugstange 24 bildet einen Teil der Schließeinrichtung 16, wodurch die Betätigung der Schließeinrichtung 16 eine axiale Kraft über die Zugstange 24 und die Kupplungsstruktur 20 auf die Stufenspannzange 14 ausübt.
Genauer schließt die Stufenspannzange 14 der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10 eine Vielzahl von Schlitzen 30 ein, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten bereitstellen, z.B. drei oder vier Greifsegmente. Die Segmente 32 können zwischen einer aufgeweiteten oder offenen Position, um ein Werkstück loszulassen oder aufzunehmen (2), und einer verengten oder geschlossenen Position, um ein Werkstück zu greifen (3), gebogen werden. In der dargestellten Ausführungsform weist die Stufenspannzange 14 Schlitze 30 mit einem Entlastungsloch 34 auf. Das Entlastungsloch 34 fügt weitere Flexibilität hinzu, damit sich die Stufenspannzange noch mehr aufweisen kann. Die Schlitze müssen jedoch kein Entlastungsloch 34 aufweisen. Die Schlitze 30 können auch eine beliebige andere Konstruktion aufweisen.
Jedes der Greifsegmente 32 weist eine nach außen weisende Nockenfläche 36 auf. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Nockenflächen 36 eine Kegelstumpfform mit konstanter Schräge auf. Die Schräge der Nockenflächen 36 verläuft radial nach außen weg vom vorderen Ende der Spindel 22. Die Nockenflächen 36 können jedoch jede andere geeignete Form aufweisen, z.B. eine unregelmäßige Schrägung.
Nach innen gerichtete Flächen 38 der Greifsegmenten 32 wirken zusammen, um eine axial verlaufende Anordnungsöffnung der Stufenspannzange zu definieren. Die Anordnungsöffnung 40 ist mit der Achse der Spindel 22 ausgerichtet und ist dafür ausgelegt, ein Werkstück oder ein Werkzeug aufzunehmen. Die Anordnungsöffnung 40 kann jede geeignete Konstruktion zum Greifen eines Werkstücks aufweisen. Das heißt, die Anordnungsöffnung 40 kann einen Innendurchmesser mit jeder geeigneten Abmessung aufweisen, und ihre Innenfläche kann jede geeignete Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, z.B. glatt, gezahnt usw.
Die Stufenspannzange 14 stellt auch eine innere Anschlagsfläche 42 bereit, an der das Ende des Werkstücks zum Anliegen kommt, um dessen rückseitige Position innerhalb der Anordnungsöffnung 40 zu begrenzen.
Eine konische Kappe 18, d.h. eine Spannzangen-Schließeinrichtung, ist z.B. durch Halterungen starr radial außerhalb der Stufenspannzange 14 an der Spindel 22 montiert. Die konische Kappe 18 weist nach innen gerichtet eine schräge Nockenfläche 44 auf. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Nockenflächen 44 eine Kegelstumpfform mit konstanter Schrägung auf. Die Schräge der Nockenflächen 44 verläuft radial nach außen weg vom vorderen Ende der Spindel 22. Die Nockenflächen 44 können jedoch jede andere geeignete Form aufweisen, z.B. eine ungleichmäßige Schrägung.
Die nach außen zeigenden Nockenflächen 36 der Stufenspannzange 14 liegen durch Verschieben an den nach innen zeigenden Nockenflächen 44 der konischen Kappe 18 an. Die Nockenflächen 36, 44 sind auf geeignete Weise geschrägt, so dass, wenn die Stufenspannzange 14 von der Schließeinrichtung in axialer Richtung nach innen bewegt wird (in 3 nach links), die Nockenflächen 36 der Stufenspannzange 14 mit den entsprechenden Nockenflächen 44 an der konischen Kappe 18 zusammenwirken, was bewirkt, dass die Greifsegmente 32 der Stufenspannzange 14 sich radial nach innen verengen, wodurch bewirkt wird, dass die Stufenspannzange 14 das Werkstück greift. Ebenso wirken die Nockenflächen 36 der Stufenspannzange 14 mit den entsprechenden Nockenflächen 44 der konischen Kappe 18 zusammen, wenn die Stufenspannzange 14 von der Schließeinrichtung 16 axial nach außen (in 2 nach rechts) bewegt wird, wodurch sich die Greifsegmente 32 der Stufenspannzange 14 radial nach außen aufweiten können, wodurch die Stufenspannzange 14 das Werkstück loslassen kann oder ein Werkstück in ihrer Anordnungsöffnung 40 aufnehmen kann.
Die Schließeinrichtung kann jede geeignete Konstruktion aufweisen, um eine axiale Kraft auszuüben, um die Stufenspannzange 14 zu verengen und aufzuweiten. Beispielsweise kann die Schließeinrichtung 16 mechanisch betätigt werden, pneumatisch betätigt werden oder hydraulisch betätigt werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 mit einer hydraulischen Schließvorrichtung zu verwenden. Wie im Abschnitt Hintergrund der Anmeldung erörtert, arbeiten hydraulische Schließeinrichtungen in der Regel bei hohen Drücken, die dünnwandige oder empfindliche Werkstücke leicht verformen können. Die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 ist so aufgebaut, dass die Schließeinrichtung 16 bei den höheren Drücken arbeiten kann, aber die resultierende Kraft, die auf die Stufenspannzange 14 angelegt wird, aufgrund der Kupplungsstruktur 20, die die Stufenspannzange 14 und die Zugspange 24, die mit der Schließvorrichtung 16 verbunden ist, verbindet, auf eine vorgegebene Höhe begrenzt ist.
Das heißt, die Schließeinrichtung 16 kann eine relativ große Kraft, z.B. 20.000 lbs ausüben, aber die resultierende Kraft, die auf die Stufenspannzange 14 übertragen wird, ist aufgrund der Kupplungsstruktur 20 auf eine relativ niedrige Kraft, z.B. 1000 lbs, begrenzt. Dadurch wird es möglich, dass eine Werkstück-Bearbeitungsanordnung, die eine Schließeinrichtung 16 aufweist, die bei hohen Drücken arbeitet, z.B. eine hydraulische Schließeinrichtung, dünnwandige oder empfindliche Werkstücke handhabt, ohne diese zu verformen und ohne Takteinbußen zu bewirken.
Wie in 4 dargestellt, schließt die Kupplungsstruktur 20 einen länglichen Holm 46 ein, der mit einem Ende der Stufenspannzange 14 verbunden ist. Genauer schließt der Holm 46 einen Kopf 48 an einem Ende ein sowie eine Welle 50 mit einem Gewindeabschnitt 52 und einem erhabenen Befestigungsabschnitt 54. Der Kopf 48 weist an seiner nach außen gerichteten Fläche Gewinde 56 auf. Das Ende der Stufenspannzange 14 weist an seiner nach innen gerichteten Fläche Gewinde 58 auf wodurch der Kopf 48 mit dem Ende der Stufenspannzange 14 verschraubt werden kann, wodurch der Holm 46 an der Stufenspannzange 14 befestigt wird. Ein Stift 60 verläuft durch ausgerichtete Öffnungen in der Stufenspannzange 14 und dem Kopf 48, um eine unbeabsichtigte Lösung der Stufenspannzange 14 und des Holms 46 zu vermeiden. Der Kopf 48 des Holms 46 schließt außerdem ein Paar durchgehende Öffnungen 62 ein.
Eine zylindrische Kupplung 64 in Form einer Buchse ist verschiebbar am Befestigungsabschnitt 54 des Holms 46 montiert. Die Kupplung 64 ist außerdem wirkmäßig mit der Zugstange 24, die zur Schließeinrichtung 16 verbunden ist, verbunden, so dass eine axiale Kraft, die durch die Zugstange 24 ausgeübt wird, die Kupplung 64 axial in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 54 des Holms 46 bewegt. In der dargestellten Ausführungsform weist die Kupplung 64 Gewinde 66 an ihrer nach außen gerichteten Oberfläche auf, die mit nach innen gerichteten Gewinden 68, die an der Zugstange 24 bereitgestellt sind, verschraubt werden, so dass die Kupplung 64 mit der Zugstange 24 und der damit verbundenen Schließeinrichtung 16 verbunden wird. Die Kupplung 64 kann jedoch auch auf andere geeignete Weise mit der Zugstange 24 verbunden werden, z.B. durch Schweißen. Darüber hinaus kann die Konstruktion variieren, auch wenn in den 2 und 3 ein mögliches Konstruktionsbeispiel dargestellt ist, und kann in beliebiger Form vorliegen. Generell ist die Kupplung 64 so aufgebaut, dass sie mit einer Zugstange beliebiger Konstruktion verbunden werden kann.
Die Kupplung 64 schließt außerdem ein Paar Stifte 70 ein, z.B. Spannstifte, die starr an ihr befestigt sind. In der dargestellten Ausführungsform schließt die Kupplung ein Paar Öffnungen 72 ein, die so ausgelegt sind, dass sie die Stifte 70 mit Reibsitz darin aufnehmen. Die Stifte 70 können jedoch auf jede andere geeignete Weise mit der Kupplung 64 verbunden werden. Wenn die Kupplung 64 anliegend am Holm 46 verschoben wird, greifen die Stifte 70 auf der Kupplung 64 gleitend in die jeweiligen Öffnungen 62 ein, die im Kopf 48 des Holms 46 bereitgestellt sind. Im Gebrauch gleiten die Stifte 70, wenn die Kupplung 64 axial entlang der Zugstange 24 bewegt wird, relativ zum Kopf 48 des Holms 46. Die Stifte 70 weisen eine geeignete Länge auf, so dass der Bewegungsbereich der Kupplung 64 geringer ist als die Länge der Stifte 70. Dies stellt sicher, dass die Stifte 70 nicht aus den Öffnungen 62 im Kopf 48 des Holms 46 herausgleiten. Die Stifte 70 tragen dazu bei, die Ausrichtung zwischen der Kupplung 64 und der Stufenspannzange 14, die mit dem Holm verbunden ist, aufrechtzuerhalten.
Die Funktion der Stifte 70 der Kupplung 64 kann jedoch durch nach außen verlaufende Vorsprünge jeder geeigneten Form durchgeführt werden, und der Kopf 48 des Holms 46 kann mit Öffnungen geeigneter Größe und Form ausgestattet sein, um diese Vorsprünge aufzunehmen.
Eine Spannvorrichtung 74, z.B. eine Sechskantmutter, wird mit dem Gewindeabschnitt 52 des Holms 46 verschraubt, um einem Abstandhalter 76, z.B. eine Zwischenscheibe, eine Anlagefläche zu bieten. Der Abstandhalter 76 definiert an seiner einen Seite eine erste Federauflagefläche 78. Die Kupplung 64 definiert eine zweite Federauflagefläche 80 an einer ihrer Seiten. Eine vorspannende Struktur 82 ist zwischen dem Abstandhalter 76 und der Kupplung 64 so angeordnet, dass ein Ende der vorspannenden Struktur an der ersten Federauflagefläche 78 aufliegt und das andere Ende der vorspannenden Struktur 82 auf der zweiten Federauflagefläche 80 aufliegt. Infolgedessen wird eine axiale Kraft, die von der Schließeinrichtung 16 ausgeübt wird, um die Greifsegmente 32 der Stufenspannzange 14 zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, von der Zugstange 24, die mit der Schließeinrichtung 16 verbunden ist, auf die starr damit verbundene Kupplung 64 übertragen, von der Kupplung 64 über die vorspannende Struktur 82 und auf den Abstandhalter 76 und vom Abstandhalter 76 auf den Holm 46 und die starr damit verbundene Stufenspannzange 14. Das heißt, wenn die Zugstange 24 zurückgezogen wird (in 3 nach links), wird die angewendete Kraft über die vorspannende Struktur 82 auf die Stufenspannzange übertragen, wodurch die vorspannende Struktur abhängig von der Menge an angelegter Kraft zusammengedrückt wird. Diese Anordnung begrenzt die resultierende axiale Kraft, die auf die von der Schließeinrichtung 16 auf die Stufenspannzange 14 übertragen wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur 82.
In der dargestellten Ausführungsform liegt die vorspannende Struktur 82 in Form einer Kompessionsfeder mit einer Federkraft vor. Die Federkraft ist in der Regel gleich der Kraft, die benötigt wird, um die Feder 82 vollständig zusammenzudrücken. Die Feder 82 kann angepasst werden, um die an die Stufenspannzange angelegte Kraft zu regulieren, wie es die Anwendung verlangt. Wenn das zu bearbeitende Werkstück beispielsweise nicht mehr als 1000 lbs an Kraft aushalten kann, wird beispielsweise eine Feder 82 mit einer Federkraft von nicht mehr als 1000 lbs ausgewählt. Im Gebrauch wird die axiale Kraft, die von der Schließeinrichtung 16 ausgeübt wird, über die Feder 82 auf die Stufenspannzange 14 übertragen, wodurch die an die Stufenspannzange 14 angelegte Kraft auf die Federkraft, z.B. 1000 lbs, begrenzt ist. Somit ist der Anwender nicht auf die anwendbare Kraft der Schließeinrichtung 16, die für dünnwandige oder empfindliche Werkstücke zu hoch sein kann, festgelegt. Darüber hinaus muss der Anwender die Kraft der Schließeinrichtung nicht anpassen und keine Takteinbußen hinnehmen.
Wie oben bemerkt, kann die Feder 82 so angepasst werden, dass sie die an die Stufenspannzange 14 angelegte Kraft reguliert. Beispielsweise können die Eigenschaften der Feder z.B. die Länge der Feder, die Anzahl der Windungen, die Materialien für die Feder, die Querschnittsfläche des Federdrahts usw. so ausgewählt werden, dass sie sich für eine bestimmte Anwendung eignen. Es können auch verschiedene Arten von Federn verwendet werden, z.B. eine Wellscheibe usw. Ferner kann mehr als eine Feder verwendet werden, um die an die Stufenspannzange 14 angelegte Kraft anzupassen. Im Gebrauch kann die Befestigungseinrichtung 74 entlang des Gewindeabschnitts 54 des Holms 46 ausgerichtet werden, um die vorspannende Struktur 82 vorzubelasten.
Die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 ist so aufgebaut, dass die zulässige Hubstrecke der Kupplung 64 in Bezug auf die Stange 46 ausreichend länger ist als die Hubstrecke der Schließeinrichtung 16. Dadurch ist sichergestellt, dass die Kupplung 64 die Feder 82 nicht vollständig zusammenpresst oder am Abstandhalter 76 zum Anliegen kommt, an welchem Punkt die angelegte Kraft der Schließeinrichtung 16 direkt auf die Stufenspannzange 14 übertragen wird. Somit stellt die längere Hubstrecke der Kupplung 64 sicher, dass die von der Schließeinrichtung 16 auf die Stufenspannzange 14 angewandte Kraft auf die Federkraft der Feder 82 beschränkt ist.
Beispielsweise weisen hydraulische Schließeinrichtungen eine Kolben/Zylinder-Anordnung auf, die eine endliche Hubstrecke oder einen endlichen Bewegungsbereich bereitstellt. Solange die Kupplung 64 in Bezug auf die Stange 46 einen Bewegungsbereich aufweist, der ausreichend größer ist als die Hubstrecke der Schließeinrichtung 16, ist die größte Kraft, die auf die Stufenspannzange 14 ausgeübt werden kann, die Federkraft der Feder 82.
Im der dargestellten Ausführungsform sind die Komponenten der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10, mit Ausnahme der vorspannenden Struktur 82, in der Regel aus Kohenstoffstahl mit geeigneten Toleranzen maschinell hergestellt und dann bis zur gewünschten Härte wärmebehandelt. Die Komponenten können beispielsweise aus wärmebehandeltem Kohlenstoffstahl 8620 mit einer Rockwell-Härte von etwa 58–62 hergestellt sein. Es können jedoch alle geeigneten Materialien und Verfahren verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10 zu bilden. Es können auch verschiedene Komponenten in einer Reihe von Größen hergestellt werden, um für unterschiedlich große Werkstück-Haltevorrichtungen 14 zu passen, z.B. für verschieden große Stufenspannzangen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Werkstückhalter 14 der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10 neben der einer Stufenspannzange jede geeignete Konstruktion aufweisen kann. Beispielsweise kann der Werkstückhalter 14 in Form einer beliebigen anderen Spanneinrichtung vorliegen, z.B. als Zangenfutter und als Backenfutter. Außerdem wird, auch wenn der dargestellte Werkstückhalter 14 so konstruiert ist, dass er eine auf Zugwirkung beruhende Schließkonstruktion aufweist, in Betracht gezogen, dass der Werkstückhalter 14 so modifiziert sein kann, dass er eine auf Druckwirkung beruhende Schließeinrichtung einschließt, wobei die vorspannende Struktur 82 der Kupplungsstruktur 20 wirkmäßig zwischen der Zugstange 24 und dem Werkstückhalter 14 angeordnet wäre, so dass die von der Zugstange 24 angelegte Kraft über die vorspannende Struktur 82 übertragen würde. Ferner ist zwar der Werkstückhalter 14 so konstruiert, dass er die nach außen gerichtete Fläche eines Werkstücks greift, aber es wird in Betracht gezogen, dass der Werkstückhalter 14 so modifiziert sein kann, dass er die nach innen gerichtete Fläche eines Werkstücks greifen kann.
Somit können die Grundlagen der kraftbegrenzenden Werkstück-Haltevorrichtung 10 auf jeden geeigneten Werkstückhalter angewendet werden, der eine Schließeinrichtung verwendet, um den Werkstückhalter zum Aufweiten und Verengen von dessen Greifsegmenten zu bewegen.
Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung 10 für jede geeignete Werkstück-Bearbeitungsanordnung nachgerüstet werden kann, um die Kraft, die von einer Schließeinrichtung an den Werkstückhalter angelegt wird, zu begrenzen.
Somit wird klar, dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung vollständig und effektiv erreicht wurden. Die obigen speziellen Ausführungsformen wurden bereitgestellt, um die Konstruktions- und Funktionsprinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern, und sollen keine Beschränkung darstellen. Die vorliegende Erfindung soll vielmehr alle Modifizierungen, Abänderungen und Ersetzungen innerhalb des Gedankens und Bereichs der beigefügten Ansprüche einschließen.
ZUSAMMENFASSUNG
KRAFTBEGRENZENDE WERKSTÜCK-HALTEVORRICHTUNG
Eine kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung (10) zum Halten eines Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung (12) mit einer Spindel (22) und einer Schließeinrichtung (16), die eine Kraft ausübt, weist einen Werkstückhalter (14) auf, der verschiebbar an der Spindel (22) montiert ist. Der Werkstückhalter (14) schließt eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten (32) ein, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen beweglich sind, um ein Werkstück greifen und loslassen zu können. Eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur (20) schließt eine vorspannende Struktur (82) mit einer Federkraft ein. Die Kupplungsstruktur (20) kann wirkmäßig zwischen dem Werkstückhalter (14) und der Schließeinrichtung (16) bewegt werden, so dass eine Kraft, die von der Schließeinrichtung (16) ausgeübt wird, um die Greifsegmente (32) des Werkstückhalters (14) zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, über die Kupplungsstruktur (20) und deren vorspannende Struktur (82) auf den Werkstückhalter übertragen wird, wodurch eine resultierende Kraft, die von der Schließeinrichtung an den Werkstückhalter angelegt wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur beschränkt ist.

Claims

Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung zur Verwendung beim Halten eines Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung mit einer Spindel und einer Schließeinrichtung, die eine Kraft ausübt, wobei die Werkstück-Haltevorrichtung folgendes aufweist: einen Werkstückhalter, der verschiebbar an der Spindel montiert ist, wobei der Werkstückhalter eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten aufweist, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen bewegbar sind, um ein Werkstück zu greifen und loszulassen; und eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur, die eine vorspannende Struktur mit einer Federkraft aufweist, wobei die Kupplungsstruktur wirkmäßig zwischen dem Werkstückhalter und der Schließeinrichtung montiert werden kann, so dass die Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente des Werkstückhalters zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, über die Kupplungsstruktur und deren vorspannende Struktur auf den Werkstückhalter übertragen wird, wodurch eine resultierende Kraft, die von der Schließeinrichtung auf den Werkstückhalter übertragen wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur begrenzt ist.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Werkstückhalter eine Stufenspannzange ist.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Werkstückhalter eine auf Zugwirkung beruhende Schließeinrichtung aufweist.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Werkstückhalter so konstruiert ist, dass er einen Außendurchmesser des Werkstücks greift.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Werkstückhalter nach außen gerichtete Nockenflächen aufweist, die durch Verschieben mit nach innen gerichteten Nockenflächen, die an einer konischen Kappe, die an der Spindel befestigt ist, zum Anliegen kommen, wobei die Nockenflächen geeignet geschrägt sind, so dass, wenn der Werkstückhalter von der Schließeinrichtung anliegend an der konischen Kappe bewegt wird, die Nockenflächen des Werkstückhalters mit den Nockenflächen der konischen Kappe zusammenwirken, was bewirkt, dass die Greifsegmente des Werkstückhalters sich verengen, wodurch der Werkstückhalter das Werkstück greift.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schließeinrichtung eine Zugstange einschließt, die die Schließeinrichtung und die Kupplungsstruktur verbindet, wodurch die Betätigung der Schließeinrichtung eine Kraft über die Zugstange und die Kupplungsstruktur auf den Werkstückhalter überträgt.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Schließeinrichtung um eine hydraulische Schließeinrichtung handelt.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der vorspannenden Struktur um eine Kompressionsfeder handelt.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsstruktur ferner folgendes aufweist: einen länglichen Holm, dessen eines Ende am Werkstückhalter montiert ist und dessen entgegengesetztes Ende mit einem Abstandhalter verkoppelt ist, der eine erste Auflagefläche bereitstellt; und eine Kupplung, die verschiebbar an dem länglichen Holm zwischen dem Abstandhalter und dem Werkstückhalter montiert ist, wobei die Kupplung eine zweite Auflagefläche bereitstellt und wirkmäßig mit der Schließeinrichtung verbunden ist, so dass eine Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, die Kupplung in Bezug auf den Holm bewegt, wobei die vorspannende Struktur so zwischen dem Abstandhalter und der Kupplung angeordnet ist, dass ein Ende der vorspannenden Struktur an der ersten Auflagefläche aufliegt und das entgegengesetzte Ende der vorspannenden Struktur auf der zweiten Auflagefläche aufliegt, wodurch eine Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente der Stufenspannzange zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, von der mit der Schließeinrichtung verbundenen Zugstange auf die wirkmäßig damit verbundene Kupplung, von der Kupplung über die vorspannende Struktur und zum Abstandhalter und vom Abstandhalter zum Holm und zum daran montierten Werkstückhalter übertragen wird.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kupplung eine Hubstrecke in Bezug auf den Holm aufweist, die ausreichend größer ist als die Hubstrecke der Schließeinrichtung.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kupplungsstruktur eine Befestigungseinrichtung aufweist, die mit dem entgegengesetzten Ende des Holms verschraubt wird, um dem Abstandhalter eine Auflagefläche zu bieten, wobei die Befestigungseinrichtung in Bezug auf den Holm angepasst werden kann, um die Position des Abstandhalters anzupassen, wodurch die vorspannende Struktur vorbelastet wird.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kupplung nach außen gerichtete Vorsprünge aufweist, die gleitend in Öffnungen eingreifen, die in dem einem Ende des Holms, das am Werkstückhalter montiert ist, bereitgestellt sind.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die nach außen gerichteten Vorsprünge Stifte sind, die starr mit der Kupplung verbunden sind.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung, welche folgendes aufweist: eine Spindel; eine Schließeinrichtung, die an einem Ende der Spindel montiert ist und so aufgebaut ist, dass sie eine Kraft ausübt; und eine kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung, die am entgegengesetzten Ende der Spindel montiert ist, wobei die kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung folgendes aufweist: einen Werkstückhalter, der verschiebbar an der Spindel montiert ist, wobei der Werkstückhalter eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten aufweist, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen bewegbar sind, um ein Werkstück zu greifen und loszulassen; und eine kraftbegrenzende Kupplungsstruktur, die eine vorspannende Struktur mit einer Federkraft aufweist, wobei die Kupplungsstruktur wirkmäßig zwischen dem Werkstückhalter und der Schließeinrichtung montiert werden kann, so dass die Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente des Werkstückhalters zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, über die Kupplungsstruktur und deren vorspannende Struktur auf den Werkstückhalter übertragen wird, wodurch eine resultierende Kraft, die von der Schließeinrichtung auf den Werkstückhalter übertragen wird, auf die Federkraft der vorspannenden Struktur begrenzt ist.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei der Werkstückhalter eine Stufenspannzange ist.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei der Werkstückhalter eine auf Zugwirkung beruhende Schließkonstruktion aufweist.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei der Werkstückhalter so konstruiert ist, dass er einen Außenumfang des Werkstücks greift.
Kraftbegrenzende Werkstück-Haltevorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Werkstückhalter nach außen gerichtete Nockenflächen aufweist, die gleitend mit nach innen gerichteten Nockenflächen, die an einer konischen Kappe, die an der Spindel befestigt ist, zum Anliegen kommen, wobei die Nockenflächen geeignet geschrägt sind, so dass, wenn der Werkstückhalter von der Schließeinrichtung anliegend an der konischen Kappe bewegt wird, die Nockenflächen des Werkstückhalters mit den Nockenflächen der konischen Kappe zusammenwirken, was bewirkt, dass die Greifsegmente des Werkstückhalters sich verengen, wodurch der Werkstückhalter das Werkstück greift
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei die Schließeinrichtung eine Zugstange einschließt, die die Schließeinrichtung mit der Kupplungsstruktur verbindet, wodurch die Betätigung der Schließeinrichtung eine Kraft über die Zugstange und die Kupplungsstruktur auf den Werkstückhalter ausübt.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei es sich bei der Schließvorrichtung um eine hydraulische Schließvorrichtung handelt.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei es sich bei der vorspannenden Struktur um eine Kompressionsfeder handelt.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 14, wobei die Kupplungsstruktur ferner aufweist: einen länglichen Holm, dessen eines Ende am Werkstückhalter montiert ist und dessen entgegengesetztes Ende mit einem Abstandhalter verkoppelt ist, der eine erste Auflagefläche bereitstellt; und eine Kupplung, die verschiebbar an dem länglichen Holm zwischen dem Abstandhalter und dem Werkstückhalter montiert ist, wobei die Kupplung eine zweite Auflagefläche bereitstellt und wirkmäßig mit der Schließeinrichtung verbunden ist, so dass eine Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, die Kupplung in Bezug auf den Holm bewegt, wobei die vorspannende Struktur zwischen dem Abstandhalter und der Kupplung angeordnet ist, so dass ein Ende der vorspannenden Struktur an der ersten Auflagefläche aufliegt und das entgegengesetzte Ende der vorspannenden Struktur auf der zweiten Auflagefläche aufliegt, wodurch eine Kraft, die von der Schließeinrichtung ausgeübt wird, um die Greifsegmente der Stufenspannzange zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, von der mit der Schließeinrichtung verbundenen Zugstange auf die wirkmäßig damit verbundene Kupplung, von der Kupplung über die vorspannende Struktur und zum Abstandhalter und vom Abstandhalter zum Holm und zum daran montierten Werkstückhalter übertragen wird.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 22, wobei die Kupplung eine Hubstrecke in Bezug auf den Holm aufweist, die ausreichend größer als die Hubstrecke der Schließeinrichtung ist.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 22, wobei die Kupplungsstruktur eine Befestigungseinrichtung einschließt, die mit dem gegenüber liegenden Ende des Holms verschraubt ist, um dem Abstandhalter eine Auflagefläche zu bieten, wobei der Abstandhalter in Bezug auf den Holm ausgerichtet werden kann, um die Position des Abstandhalters anzupassen und dadurch die vorspannende Struktur vorzubelasten.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 22, wobei die Kupplung nach außen gerichtete Vorsprünge aufweist, die verschiebbar in Öffnungen eingreifen, die in dem einem Ende des Holms, das am Werkstückhalter montiert ist, bereitgestellt sind.
Werkstück-Bearbeitungsanordnung nach Anspruch 25, wobei die nach außen gerichteten Vorsprüngen Stifte sind, die starr mit der Kupplung verbunden sind.
Verfahren zum Halten eines Werkstücks in einer Werkstück-Bearbeitungsanordnung mit einer Spindel und einer Schließeinrichtung, die eine Kraft ausübt, wobei das Verfahren folgendes umfasst: verschiebbares Montieren eines Werkstückhalters an der Spindel, wobei der Werkstückhalter eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Greifsegmenten aufweist, die zwischen Aufweitungs- und Verengungspositionen bewegbar sind, um ein Werkstück zu greifen und loszulassen; und Anlegen einer Kraft mittels der Schließeinrichtung über eine vorspannende Struktur an den Werkstückhalter, um die Greifsegmente des Werkstückhalters zwischen der Aufweitungs- und der Verengungsposition zu bewegen, wodurch eine resultierende Kraft, die auf den Werkstückhalter übertragen wird, auf eine Federkraft der vorspannenden Struktur beschränkt ist.