DE19527507C1 - Werkstückspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine für die Mehrseitenbearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückspannvorrichtung zum Ausrichten und Spannen von Werkstücken zu deren Mehrsei­ tenbearbeitung auf einer Werkzeugmaschine, mit einem Grundträger mit einer Längsachse, um die der Grundträger winkeleinstellbar sein kann, und längs der im Grundträger mehrere, je um eine die Längsachse rechtwinklig schnei­ dende Drehachse winkeleinstellbare und mittels einer Zen­ trier- und Klemmeinrichtung axial, radial und bezüglich der Drehwinkellage festlegbare Werkstückhaltevorrichtun­ gen aufgenommen sind.

Es sind Werkstückspannvorrichtungen für Werkzeugmaschinen der gattungsgemäßen Art bekannt, welche eine oder mehrere Werkstückhaltevorrichtungen aufweisen, welche in einem Grundträger drehbar gelagert sind (DE 43 15 839 A1). Die Werkstückhaltevorrichtungen sind dabei in einem Grundträ­ ger der Werkstückspannvorrichtung in unterschiedlichen Winkelpositionen feststellbar. Die Werkstückhaltevorrich­ tung dient zum "Aufspannen" von zu bearbeitenden Werk­ stücken, welche durch eine entsprechend bewegbare, mit einem Bearbeitungswerkzeug versehene Werkzeugspindel von drei Seiten her bearbeitbar sind. Nach Beendigung dieser drei Seitenbearbeitung muß zur weiteren Bearbeitung des Werkstückes dieses um die Drehachse der Werkstückhalte­ vorrichtung gedreht werden, um weitere Arbeitsschritte durchführen zu können. Bei der bekannten Werkstückspann­ vorrichtung können die Werkstückhaltevorrichtungen ein­ zeln mit Hilfe eines in die Maschinenspindel der Werk­ zeugmaschine eingespannten Verdrehwerkzeuges in eine ent­ sprechende Position gedreht werden, nachdem eine hydrau­ lische Spannvorrichtung zur Fixierung der Winkellage der Werkstückhaltevorrichtung gelöst wurde, gedreht werden. Das Verdrehwerkzeug ist an einem entsprechenden Stell­ stift der einzelnen Werkstückhaltevorrichtungen ansetz­ bar, so daß die einzelnen Werkstückhaltevorrichtungen nacheinander um ihre jeweilige Drehachse auf einen ande­ ren Bearbeitungswinkel einstellbar sind. Bei der bekann­ ten Werkstückspannvorrichtung werden die im Grundträger angeordneten Werkstückhaltevorrichtungen mittels einer entsprechenden hydraulischen Zentrier- und Spanneinrich­ tung gleichzeitig in ihrer entsprechenden Drehwinkellage fixiert.

Dies bedeutet aber zugleich, daß beim Drehen nur einer Werkstückhaltevorrichtung und dem damit verbundenen Lösen der Spannvorrichtung auch die Spannvorrichtungen der an­ deren, im Grundträger angeordneten Werkstückhaltevorrich­ tungen gelöst sind. Ein Festspannen in der entsprechenden Winkellage sämtlicher im Grundträger angeordneten Werk­ stückhaltevorrichtungen ist somit erst dann möglich, wenn die letzte Werkstückhaltevorrichtung in der gewünschten Winkellage entsprechend ausgerichtet ist. Dabei besteht die Gefahr, daß sich die bereits in eine neue Winkellage eingestellten Werkstückhaltevorrichtungen durch Erschüt­ terungen oder sonstige äußeren Einflüsse bis zum ab­ schließenden Festspannen wieder verändern können, so daß eine präzise Werkstückbearbeitung nur schwer möglich ist.

Desweiteren ist es durch die Verwendung der Maschinen­ spindel notwendig, daß das Arbeitswerkzeug, welches nor­ malerweise in der Maschinenspindel aufgenommen ist, zum Verdrehen der Werkstückhaltevorrichtungen durch das ent­ sprechende Verdrehwerkzeug auszutauschen, wodurch ein zu­ sätzlicher Arbeitsgang notwendig ist. Auch ist die Genau­ igkeit der Winkeldrehung der Werkstückhaltevorrichtungen von der Präzision des Maschinenspindelantriebes bzw. ei­ ner entsprechenden elektronischen Winkelmeßeinrichtung abhängig. Dies bedeutet wiederum, daß zum Erreichen einer genauen Drehwinkeleinstellung der Werkstückhaltevorrich­ tungen hohe Anforderungen an den Maschinenspindelantrieb sowie an dessen entsprechende Steuerung und an das not­ wendige Winkelmeßsystem gestellt sind, was zwangsläufig zu hohen Kosten führt. Weiter weisen solche Verstellein­ richtungen hohe Stellzeiten auf, da bei mehreren vorgese­ henen Werkstückhaltevorrichtungen jede Werkstückhaltevor­ richtung durch die Arbeitsspindel gedreht werden muß.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkstückspannvorrichtung der gattungsgemäßen Art so wei­ terzubilden, daß alle im Grundträger längs dessen Längs­ achse angeordneten Werkstückhaltevorrichtungen gleichzei­ tig drehwinkeleinstellbar sind, ohne hierzu die Maschi­ nenspindel oder dgl. der Werkzeugmaschine einsetzen zu müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein mittels eines hydraulischen Antriebes relativ zum Grundträger rechtwinklig zu den Drehachsen der Werkstückhaltevorrich­ tungen hin- und herverschiebbaren Stellglied, das mit den Werkstückhaltevorrichtungen nach Art eines Drehantriebs in Eingriff steht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Vor­ richtung zum Drehen von Werkstückhaltevorrichtungen zur Verfügung gestellt, welche sich durch einen äußerst ko­ stengünstigen und funktionssicheren Aufbau auszeichnet, wie dies insbesondere durch die Weiterbildungen der Er­ findung gemäß der Ansprüche 2 und 3 in einfacher Weise konkretisiert ist.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 wird eine einfa­ che Montage zur Instandhaltung und Wartung der einzelnen Bauteile sichergestellt.

Durch die Ausgestaltungen gemäß der Ansprüche 5 und 6 ist die axiale Verstellung der Stellplatte in einfacher Weise fernsteuerbar durchführbar, wobei zur Bewegungsdämpfung entsprechende Dämpfungselemente vorgesehen sein können. Der Stellweg ist nach Anspruch 8 mittels zweier verstell­ barer Anschläge einstellbar ist, so daß verschiedene Drehwinkeleinstellungen vorwählbar sind. Durch die evtl. vorgesehenen Dämpfungselemente wird dabei ein hartes An­ schlagen der Stellplatte gegen die Anschläge sicher ver­ hindert.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 ist sicherge­ stellt, daß ein z. B. quader- oder würfelförmiges Werk­ stück von zwei Seiten bearbeitbar ist, ohne daß die Ori­ entierung der Werkzeugspindel gegenüber dem Werkstück ge­ ändert werden muß.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden die Erfindung nä­ her erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Werkzeugmaschine mit drei Stück Werkstück­ haltevorrichtungen in Seitenansicht;

Fig. 2 einen Schnitt II-II durch eine Werkstückhalte­ vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt III-III aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Grundvorrichtung einer Werk­ zeugmaschine 1 weist eine Antriebs- und Versorgungsein­ heit 2 auf, welche mit einem Rundtisch 3 versehen ist. Dem Rundtisch 3 im Abstand gegenüberliegend ist ein Ge­ genlager 4 vorgesehen, wobei zwischen dem Rundtisch 3 und dem Gegenlager 4 drei Werkstückhaltevorrichtungen 5 ange­ ordnet sind. Die Werkstückhaltevorrichtungen 5 sind in einem Grundträger 6 um jeweils eine Drehachse 7 drehbar gelagert. Der Grundträger 6 ist unterseitig mit einer Tragplatte 8 verbunden, welche gegenlagerseitig über eine Lagerplatte 9 und rundtischseitig über eine Befestigungs­ platte 10 am Gegenlager 4 bzw. am Rundtisch 3 befestigt ist. Die gesamte Anordnung mit den Werkstückhaltevorrich­ tungen 5 ist um eine horizontale vom Rundtisch 3 und vom Gegenlager 4 definierte Stellachse 11 drehbar gelagert. Die Drehachsen 7 der Werkstückhaltevorrichtungen 5 ver­ laufen dabei rechtwinklig zur Stellachse 11.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in der Tragplatte 8 eine Stellplatte 12 angeordnet, welche in einer Längsnut 13 der Tragplatte 8 in Längsrichtung der Tragplatte 8 verschiebbar aufgenommen ist. Die Stellplatte 12 ist da­ bei in vertikaler Richtung mittels mehrerer Halteschrau­ ben 14 (s. auch Fig. 3) mit geringem Spiel gehalten. Die Halteschrauben 14 weisen dazu einen im Durchmesser ver­ größerten Schraubenkopf 15 auf und sind im Randbereich der Längsnut 13 versenkt in der Tragplatte 8 einge­ schraubt. Mit ihrem jeweiligen Schraubenkopf 15 ragen die Halteschrauben 14 im Bereich der seitlichen Oberkante der Längsnut 13 in die Längsnut 13 hinein. Die Stellplatte 12 weist in ihren längsseitigen Kantenbereichen in ihrer Oberseite Ausfräsungen 16 auf, die jeweils einer Halte­ schraube 14 zugeordnet sind (Fig. 3) . Die Ausfräsungen 16 erstrecken sich dabei in Längsrichtung, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, über eine Länge, welche zumindest dem maximalen Stellweg der verschiebbaren Stellplatte 12 in der Tragplatte 8 entspricht.

Desweiteren weist die Stellplatte 12 drei Langlöcher 17 auf, welche jeweils einer der Werkstückhaltevorrichtungen 5 zugeordnet sind. Die Langlöcher 17 verlaufen mit ihrer jeweiligen Längsmittelachse 18 jeweils rechtwinklig zur Längsmittelachse 19 der Stellplatte 12 und bilden jeweils Stellflächen, in welchen jeweils ein Kupplungszapfen 20 der jeweils zugeordneten Werkstückhaltevorrichtung 5 über eine Buchse 48 oder auch einen Kulissenstein geführt ist.

Die in Fig. 1 dargestellten Werkstückhaltevorrichtungen 5 sind jeweils identisch ausgebildet, wobei deren detail­ lierter Aufbau aus der Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist.

Wie schon aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Grundträger 6 quaderförmig ausgebildet und dient zur Aufnahme der Werkstückhaltevorrichtungen 5. Jede Werkstückhaltevor­ richtung 5 ist mit einem Zentrierschaft 21 in einer Zen­ trierbohrung 22 im Grundträger 6 drehbar gelagert und mittels jeweils eines Sicherungsringes 23 in der Zen­ trierbohrung 22 axial gesichert. Die Zentrierbohrung 22 weist einen abgesetzten radial erweiterten oberen Boh­ rungsabschnitt 24 auf, welcher sich in etwa über 2/3 der Höhe des Grundträgers 6 von oben nach unten erstreckt. Im Bohrungsabschnitt 24 ist eine Zentrier- und Klemmeinrich­ tung 25 vorgesehen.

Die Zentrier- und Klemmeinrichtung 25 dient zur klemmen­ den Fixierung des Zentrierschaftes und damit der Werk­ stückhaltevorrichtung 5, wobei bei aktivierter Zentrier- und Klemmeinrichtung 25 der Zentrierschaft 21 durch die Zentrier- und Klemmeinrichtung 25 im Grundträger 6 in der gerade eingestellten Winkellage festsitzend gehalten und zentriert wird. Durch diese erfindungsgemäße Kombination der Drehvorrichtung mit der Zentrier- und Klemmeinrich­ tung 25 wird die Drehvorrichtung nach der Einstellung ei­ ner bestimmten Winkellage während der Bearbeitung eines Werkstückes entlastet und die Werkstückhaltevorrichtung 5 in einer präzise definierten Lage feststehend gehalten, so daß eine präzise Werkstückbearbeitung sichergestellt ist. Bei deaktivierter Zentrier- und Klemmeinrichtung 25 ist die Werkzeughaltevorrichtung 5 über ihren Kupplungs­ zapfen 20 im Grundträger 6 durch das Langloch 17 der Stellplatte 12 frei drehbar.

Oberseitig ist der Zentrierschaft 21 der Werkstückhalte­ vorrichtung 5 mit einem radial erweiterten Aufnah­ meflansch 39 versehen, welcher einen Werkstückhalter 40 aufnimmt, der mit hydraulisch betätigbaren Spannbacken 41 versehen ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind in der Tragplatte 8 in entsprechenden Zylinderbohrungen 42, 43 hydraulisch betätigbare Stellkolben 44 bzw. 45 angeordnet, welche zum Verschieben der Stellplatte 12 wechselweise mit Druck be­ aufschlagbar sind. Die Stellkolben 44, 45 drücken dabei gegen die jeweilige Stirnseite 46 bzw. 47 der Stellplatte 12. Die Kupplungszapfen 20, welche, wie aus Fig. 2 er­ sichtlich ist, exzentrisch zur Drehachse 7 des jeweiligen Zylinderschaftes 21 angeordnet sind und diesen jeweils unten überragen, sind im jeweiligen Langloch 17 mit­ tels einer mit geringem Spiel aufgesetzten Paßbuchse 48 auch mittels eines aufgesetzten Kulissensteins (in der Zeichnung nicht dargestellt) geführt.

Wird nun der Stellkolben 45 mit Druck beaufschlagt, so bewegt sich die Stellplatte 12 in ihrer Längsrichtung in die gestrichelt dargestellte Position 49, wobei die Kupp­ lungszapfen 20 durch die Langlöcher 17 über die Buchsen 48 bzw. entsprechende Kulissensteine mitgenommen werden, so daß sich der jeweilige Zentrierschaft 21 (gestrichelt dargestellt) entsprechend der translatorischen Bewegung der Stellplatte 12 um einen bestimmten Stellwinkel α dreht. In Fig. 3 ist diese Drehung bzw. der Stellwinkel α für den mittleren Zentrierschaft 21 beispielhaft darge­ stellt. Mit dem Zentrierschaft 21 dreht sich aber auch die komplette Werkstückhaltevorrichtung 5, so daß ein in den Spannbacken 41 eingespanntes Werkstück in entspre­ chenden Winkelstellungen positionierbar ist. Im vorgese­ henen Ausführungsbeispiel beträgt der maximale Stellwin­ kel α etwa 90°. Dieser Stellwinkel α kann aber auch grö­ ßer oder kleiner gewählt werden, wofür entsprechende Stellvorrichtungen 50 bzw. 51 in Form von beispielsweise parallel zu den Stellkolben 44 bzw. 45 verlaufenden Stellschrauben 52 bzw. 53 vorgesehen sind. Durch Ein­ schrauben der Stellschraube 52 bzw. 53 oder durch Heraus­ drehen der Stellschrauben 52 bzw. 53 in Längsrichtung ist somit die Ausgangslage der Stellplatte 12 sowie deren Endlage einstellbar, wodurch unterschiedliche Winkel­ stellbereiche der Werkstückhaltevorrichtungen 5 erreich­ bar sind.

Anstatt der Stellplatte 12 mit Langlöchern 17 kann auch eine Stellplatte vorgesehen sein, welche nach Art einer Zahnstange ausgebildet ist (in der Zeichnung nicht darge­ stellt) . Bei dieser Ausführungsform der Stellplatte ist als Mitnehmer der Werkstückhaltevorrichtung 5 anstatt der Kupplungszapfen 20 unterhalb des Sicherungsringes 23 je­ weils am jeweiligen Zentrierschaft 21 ein Stellritzel vorzusehen, welche in entsprechender Weise mit der Ver­ zahnung der zahnstangenartigen Stellplatte in annähernd spielfreiem Eingriff steht. Beim axialen Verschieben der Stellplatte werden somit die Werkstückhaltevorrichtungen 5 entsprechend gedreht.

Anstatt zweier Stellkolben kann auch lediglich ein Stell­ kolben vorgesehen sein. In diesem Fall ist der zweite Stellkolben durch eine Rückstellfeder, z. B. eine Schrau­ bendruckfeder (in der Zeichnung nicht dargestellt) er­ setzt, gegen deren Federkraft der verbleibende Stellkol­ ben bei Druckbeaufschlagung die Stellplatte 12 in ihre entsprechende Endlage verschiebt. Die Rückstellung der Stellplatte 12 erfolgt dementsprechend bei Druckentla­ stung des Stellkolbens durch die Rückstellfeder. Diese Ausgestaltung der Erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dre­ hen einer Werkstückhaltevorrichtung 5 ist kostengünstig, da nur ein hydraulischer Stellkolben 44 oder 45 Verwen­ dung findet.

In Zusammenwirken mit der Zentrier- und Klemmeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Werkstückhaltevorrichtungen 5 sind somit die Werkstück­ haltevorrichtungen 5 gleichzeitig annähernd in beliebige Winkelpositionen bringbar und in diesen Positionen zur Bearbeitung der entsprechend in die Spannbacken 41 einge­ spannten Werkstücke zentriert und festsitzend positio­ nierbar, so daß eine präzise Bearbeitung der Werkstücke Sichergestellt ist.

Claims (8)

1. Werkstückspannvorrichtung zum Ausrichten und Spannen von Werkstücken zu deren Mehrseitenbearbeitung auf einer Werkzeugmaschine (1), mit einem Grundträger (6) mit einer Längsachse (11), um die der Grundträger (6) winkeleinstellbar sein kann, und längs der im Grundträger (6) mehrere, je um eine die Längsachse (11) rechtwinklig schneidende Drehachse (7) win­ keleinstellbare und mittels einer Zentrier- und Klemmeinrichtung (25) axial, radial und bezüglich der Drehwinkellage festlegbare Werkstückhaltevorrichtun­ gen (5) aufgenommen sind, gekennzeichnet durch ein mittels eines hydraulischen Antriebes (44, 45) relativ zum Grundträger (6) rechtwinklig zu den Dreh­ achsen (7) der Werkstückhaltevorrichtungen (5) hin- und herverschiebbaren Stellglied, das mit den Werkstückhaltevorrichtungen (5) nach Art eines Drehantriebs in Eingriff steht.

2. Werkstückspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einer Stell­ platte (12) besteht, in der jeweils ein achsparallel und exzentrisch zu der Drehachse (7) der Werkstück­ haltevorrichtung (5) verlaufend angeordneter Kupp­ lungszapfen (20) der Werkstückhaltevorrichtung (5) zwischen je zwei quer zur Stellrichtung verlaufenden Stellflächen der Stellplatte (12) geführt ist, so daß durch Verschieben der Stellplatte (12) über die Kupp­ lungszapfen (20) eine Drehung der Werkstückhaltevor­ richtungen (5) erfolgt.

3. Werkstückspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einer nach Art einer Zahnstange ausgebildeten Stellplatte besteht, welche mit am unteren Ende der Werkstückhal­ tevorrichtungen (5) angeordneten Außenverzahnungen im Eingriff steht, so daß durch Verschieben der zahn­ stangenartigen Stellplatte eine Drehung der Werk­ stückhaltevorrichtungen (5) erfolgt.

4. Werkstückspannvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellplatte (12) in ei­ ner Tragplatte (8) verschiebbar gelagert ist, auf welcher der Grundträger (6) befestigt ist.

5. Werkstückspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tragplatte (8) wenigstens ein hydraulisch betätigbarer Stellkolben (44 oder 45) vorgesehen ist, durch welchen die Stellplatte (12) gegen die Federkraft einer Rückstellfeder aus einer Ausgangslage in eine Endlage verschiebbar ist.

6. Werkstückspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in entgegengesetzter Stell­ richtung beaufschlagbare Stellkolben (44, 45) vorge­ sehen sind, mittels welcher die Stellplatte (12) zwi­ schen ihren beiden Endlagen verstellbar ist.

7. Werkstückspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verschieben des Stellgliedes (12) (Stellplatte) eine Drehung der Werkstückhaltevorrichtungen (5) um einen Stellwinkel (α) von wenigstens 90° erreichbar ist.

8. Werkstückspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden End­ stellungen der Stellplatte (12) mittels zweier ein­ einstellbarer Anschläge (52, 53) einstellbar sind.