DE19531104C2 - Drehmaschinen-Spannfutter mit verstellbarer Exzentrizität - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter für eine Drehmaschine mit einem Spannkopf für ein zu bearbeitendes Werkstück, der auf einer im Spannfutterkörper geführten Verstelleinrichtung angeordnet und durch diese exzentrisch zur Drehachse verstellbar ist. Ein derartiges Spannfutter ist aus der DE 36 31 599 A1 bekannt.

Da eine Bearbeitung von Werkstücken mittels einer Drehmaschine nur auf zur Maschinendrehachse konzentrischen/koaxialen Umkreisen möglich ist, verwendet man beispielsweise zur Bearbeitung der zueinander exzentrisch liegenden Lager- und Kurbelzapfen von Kurbelwellen besondere Spann­ futter, in denen das jeweilige Werkstück mit einstellbarer Exzentrizität zur Drehachse gespannt wird.

Es sind Spannfutter bekannt, bei denen zur Justierung der Exzentrizität des mit Spannbacken versehenen Spannkopfes bezüglich des Futterkörpers eine radial zur Maschinendrehachse verstellbare Schlittenführung vorgese­ hen ist.

Die bei derartigen Spannfuttern auftretenden Unwuchten müssen abhängig vom Maß der Exzentrizität durch geeignete, zuweilen große Gegengewichte bzw. durch Ändern deren Abstandes von der Drehachse ausgeglichen wer­ den. Diese Gegengewichte und ihre Verstellbarkeit erfordern eine aufwendi­ ge Befestigung, um aufgrund rotierender Massen entstehende Sicherheitsri­ siken auszuschalten.

Um den Wartungsaufwand möglichst gering zu halten und um Stillstandszei­ ten für in Serienproduktion eingesetzte Maschinen zu reduzieren, ist es üb­ lich, derartige Maschinen mit einer zum Spannfutter geführten automati­ schen Schmiermittelversorgung auszustatten, so daß das Schmiermittel unter Druck an die entsprechenden Stellen gelangt. Bei Spannfuttern der vorbe­ schriebenen Art entstehen dabei Probleme hinsichtlich der geschmierten Schlittenführung, die sich gegen Schmiermittelaustritt nicht abdichten läßt.

Die ölhaltigen Schmierstoffe werden dort während der Drehbearbeitung des Werkstückes aufgrund der auftretenden Zentrifugalkräfte radial nach außen verdrängt, wo sie sich vom Spannfutter ablösen und die Maschine und deren Umgebung verschmutzen. Beim Einsatz von Kühlflüssigkeiten gelangen die­ se Schmierstoffe in den Kühlmittelkreislauf, aus dem sie zur Aufbereitung des Kühlmittels wieder ausgeschieden werden müssen. Auch tritt der Fall ein, daß die abgehenden Schmierstoffpartikel die anfallenden heißen Dreh­ spänen miteinander verkleben und verklumpen, so daß feste Ablagerungen an den Maschinen und deren Umgebung anbacken, die nur schwer und auf wendig entfernbar sind. Darüber hinaus wird durch die versprühten Schmierstoffe die Atmosphäre/Atemluft in der Maschinenumgebung beein­ trächtigt, so daß auch aus diesem Grund Bedarf an einem "öldichten" Spannfutter besteht, das einen sauberen Arbeitsplatz gewährleistet und so den Forderungen des Umweltschutzes genügt.

Es sind bereits Spannfutter bekannt, bei denen der Spannkopf zur Verstel­ lung seiner Exzentrizität bezüglich des Futterkörpers nicht auf einem geführ­ ten Schlitten, sondern in oder an einem im Futterkörper exzentrisch gelager­ ten Verstellkörper angeordnet ist, so daß durch Verdrehen des Verstellkör­ pers die Exzentrizität des Spannkopfes verändert werden kann. Nach Ein­ stellen des erwünschten Exzentrizitätsmaßes wird der zu diesem Zweck drehbare Verstellkörper einschließlich des Spannkopfes mit dem Futterkör­ per verspannt. Da bei dieser Bauweise die Gesamtmasse des Spannfutters bezüglich ihrer Verteilung zur Drehachse nahezu unverändert bleibt, entste­ hen nur vernachlässigbare Unwuchten. Auch lassen sich die ineinander drehgelagerten Bauteile mit üblichen Maßnahmen (O-Ringe und derglei­ chen) gegen den Austritt oder Verlust von Schmiermitteln abdichten.

Da die zur Verstellung der Exzentrizität von bekannten Spannfuttern not­ wendigen Handhabungen selbst dann relativ umständlich und zeitraubend sind, wenn dabei nicht jedesmal ein neuer Gewichtsausgleich erforderlich wird, ist es zur Vermeidung längerer Maschinenstillstandszeiten bei der Se­ rienfertigung von Kurbelwellen und ähnlichen Werkstücken üblich, auf einer Maschine einen ersten Werkstücktyp über einen längeren Zeitraum, d. h. auf Lager zu fertigen, um dann nach Verstellung der Exzentrizität für einen zweiten Werkstücktyp die Fertigung in gleicher Art fortzusetzen. Diese Ar­ beitsweise verursacht erhöhte Kosten für die Lagerung der bearbeiteten Werkstücke sowie für deren Transporte in das und aus dem Lager und steht in direktem Gegensatz zu der häufig erwünschten kostensparenden just-in- time-Fertigung. Zur Beseitigung dieser Nachteile besteht folglich Bedarf an einem Spannfutter, das beim Umstellen/Einrichten auf eine andere Exzen­ trizität eine wesentlich verringerte Maschinenstillstandszeit verursacht.

Die Forderung nach einer just-in-time-Fertigung resultiert beispielsweise aus der inzwischen üblich gewordenen Art der Motorenkonstruktion, bei der man Motoren mit gleicher Zylinderzahl und weitgehend übereinstimmendem Gesamtaufbau hinsichtlich ihrer Leistung dadurch variiert, daß einfach ihr Hubvolumen geändert wird, um z. B. den gleichen Fahrzeugtyp mit verschie­ denen Motorenleistungen anbieten zu können. Zu diesem Zweck werden die Kurbelzapfen von im wesentlichen unteinander gleichen Kurbelwellen- Rohlingen, die sich durch den Abstand zwischen Kurbelzapfen und Lager­ zapfen (Hub) voneinander unterscheiden, mit einer auf dem Spannfutter ent­ sprechend eingestellten größeren oder kleineren Exzentrizität bearbeitet, so daß sich der Zylinderhub dieser Motoren z. B. um 10 bis 20 mm erhöht oder verringert.

Bei dem vorbeschriebenen bekannten Spannfutter, dessen Spannkopf zur Exzentrizitätsverstellung auf einem im Futterkörper exzentrisch gelagerten Verstellkörper angeordnet ist, sind die Maschinenstillstandzeiten jedoch weniger vom Umstellen/Einrichten auf eine andere Exzentrizität, sondern in erhöhtem Umfang von der Tatsache abhängig, daß Kurbelwellen oder ähnli­ che Werkstücke radial zwischen den Spannbacken senkrecht von oben gela­ den und zum Spannen auf die Drehachse (Spindelmitte) ausgerichtet werden müssen. Wird das Spannfutter mit einer eingestellten ersten Exzentrizität in Lade- oder Entladestellung angehalten, so befindet sich die Spannmittelach­ se des Spannkopfes senkrecht oberhalb der Spindelachse. Wenn durch Ver­ drehen des exzentrisch gelagerten Verstellkörpers eine zweite Exzentrizität eingestellt wird, gelangt die Spannmittelachse des Spannkopfes stets in Po­ sitionen, in denen sie nach Zurückdrehen des Spannfutters bis zum senkrech­ ten Verlauf der Laderichtung von der Spindelachse seitlich versetzt ist bzw. dann das zu bearbeitende Lager der Kurbelwelle sich folglich nicht mehr im Drehzentrum befindet.

Eine Beseitigung dieser Außermittigkeit wäre denkbar, wenn der über den Verstellkörper exzentrisch verstellte Spannkopf im Verstellkörper drehbar gelagert und solange gedreht würde, bis die durch die Spannmittelachse verlaufende theoretische Laderichtung die Spindelachse trifft. In einem zu­ sätzlichen Schritt müßte bei dieser Einstellung anschließend der Futterkörper soweit gedreht werden, bis die Backen des Spannkopfes genau die Drehstel­ lung erreichen, in der das Laden der Kurbelwelle senkrecht von oben mög­ lich ist. Die vorbeschriebenen zahlreichen Handhabungen sind jedoch um­ ständlich und zeitaufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Spannfutter der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiterzubilden und zu verbessern, daß seine der Exzentrizitäts­ verstellung dienenden Bauteile oder -gruppen einfach herstellbar und leicht bedienbar sind und die insgesamt zur Exzentrizitätsverstellung und zum sachgerechten Beladen des Spannfutters mit einem Werkstück notwendigen Handhabungen vereinfacht bzw. verkürzt werden.

Dazu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Verstelleinrichtung aus einer im Futterkörper exzentrisch gelagerten Verstellbüchse besteht, in welcher der Spannkopf exzentrisch gelagert ist, und daß Spannkopf und Futterkörper über eine Koppeleinrichtung miteinan­ der in Verbindung stehen, die während der Exzentrizitätsverstellung eine vorbestimmte Drehwinkelstellung des Spannkopfes bezüglich der Drehachse des Futterkörpers (Spindelachse) aufrechterhält.

Mit der vorgeschlagenen Bauform des Spannfutters nach der Erfindung wird die vorgenannte Aufgabe vollständig und vorteilhaft gelöst, da nunmehr ein durch Drehbearbeitung preisgünstig und einfach herstellbarer sowie kom­ pakter Gesamtaufbau entsteht und der Vorgang der Exzentrizitätsverstellung vor allem dadurch beschleunigt ist, daß mit dem Einstellen des Spannkopfes auf ein neues Exzentrizitätsmaß das Spannzentrum der Spannbacken sowie die zur Spannbackenanordnung symmetrische Laderichtung automatisch auf die Spindelachse ausgerichtet sind und nach Einstellen der neuen Exzentrizi­ tät lediglich noch das Spannfutter soweit zurückgedreht zu werden braucht, bis eine vertikal von oben kommende Laderichtung erreicht ist. Der insge­ samt erheblich abgekürzte Verstellvorgang eröffnet nunmehr z. B. bei der vorbeschriebenen Kurbelwellenfertigung die Möglichkeit, im Zuge einer programmierten Fertigung von Motoren mit unterschiedlichem Hubvolumen in beliebig vorbestimmbarer Reihenfolge die jeweils dazu passenden Kur­ belwellen mit unterschiedlichem Hub nacheinander auf einer Drehmaschine zu bearbeiten. Die in Form einer Kulissenführung vorgesehene Koppelein­ richtung zwischen Spannkopf und Futterkörper sorgt automatisch dafür, daß beim Verstellen der Exzentrizität keine Abweichung bzw. kein Versatz zwi­ schen Laderichtung und Spindelachse einsteht.

Obwohl die Koppeleinrichtung in jeder geeigneten Bauweise ausgeführt sein kann, umfaßt sie vorzugsweise ein konzentrisch zur Spindelachse im Futter­ körper gelagertes erstes Bauteil sowie ein mit dem Spannkopf fest verbun­ denes zweites Bauteil, wobei eines der Bauteile eine Linearführung und das andere Bauteil einen darin parallel verschieblichen Gleitstein enthält, dessen Verschieberichtung das Spannzentrum des Spannkopfes und die Spindelach­ se schneidet.

Wenn die Koppeleinrichtung in dem der Spannseite abgewandten Bereich des Spannfutters angeordnet ist, können von der Maschinenspindel her be­ aufschlagte, durch die Koppeleinrichtung bis zu den Lagerflächen zwischen Futterkörper, Verstellbüchse und Spannkopf geführte Öffnungen, Durchgän­ ge und Ölkanäle vorgesehen sein, die eine intensive Schmiermittelversor­ gung sämtlicher Gleitflächen des Spannfutters gewährleisten.

Zum Zweck des Verspannens/Arretierens der bezüglich des Futterkörpers und zueinander drehbar gelagerten Verstellbüchse und des Spannkopfes sind diese zueinander jeweils mit geringem axialen Spiel festgelegt und über hy­ draulisch betätigte, axial in einer Richtung wirkende Andrückmittel direkt oder indirekt gegen am Futterkörper vorgesehene Reibkontaktflächen ver­ spannbar, während zur Beseitigung des Verspannungszustandes bzw. zur Entlastung des Reibschlusses axial entgegengesetzt wirkende Druckmittel, vorzugsweise Federmittel dienen, so daß nach dieser Entlastung die relativen Verstellbewegungen leicht durchführbar sind.

Zu einer gedrängten platzsparenden Bauweise trägt außerdem bei, wenn die Andrückmittel aus einem im Futterkörper axial geführten Ringkolben beste­ hen, der an einer Seite einer Radialscheibe anliegt, die das eine Bauteil der Koppeleinrichtung bildet und mit einer inneren Verlängerung des Spannkop­ fes fest verbunden ist. Die entgegengesetzte Seite der Radialscheibe, auf welche die im Futterkörper abgestützten entlastenden Federmittel wirken, kann mit einer Planfläche an Radialflächen des Spannkopfes und der Ver­ stellbüchse anliegen.

Aufgrund des an der Verstellbüchse befestigten Gegengewichtes ist ein Um­ bau oder eine Verstellung des Gegengewichtes nach einer Exzentrizitäts­ verstellung nicht erforderlich. Zur zusätzlichen Sicherung der über die Ver­ stellbüchse eingestellten Exzentrizität kann ein parallel zur Spindelachse verschiebbarer Riegelbolzen vorgesehen sein, der von der Verstellbüchse aus in Richtung des Futterkörpers in eine, vorzugsweise von mehreren dort vorgesehene Öffnung einfahrbar ist. Diese Öffnungen können als Ausricht­ hilfe in einer am Futterkörper auswechselbar befestigten Schablonenplatte enthalten sein und vorbestimmten, häufig vorkommenden Exzentritätsstel­ lungen entsprechen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spannfutters kann am Maschinengestell ein gegenüber dem Umfang des Spannfutters bzw. des Gegengewichtes der Verstellbüchse mit Abstand an­ geordneter Haltebolzen vorgesehen sein, der bis in eine im Gegengewicht enthaltene Aufnahmeöffnung vorschiebbar ist, so daß dann die Verstellbüch­ se festgelegt ist und zum Einstellen einer neuen Exzentrizität die Spindel mit dem Futterkörper um einen entsprechenden Winkelbetrag verdreht wird.

Einzelheiten und weitere Merkmale des Spannfutters gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1a-1e schematische Darstellungen eines theoretischen, aber noch un­ fertigen Lösungsansatzes für ein Spannfutter zum besseren Ver­ ständnis der erfindungsgemäßen Problemlösung,

Fig. 2a-2c schematische Darstellungen des Ablaufes einer Exzentritätsver­ stellung bei einem Spannfutter gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel ei­ nes Spannfutters nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Frontansicht des Spannfutters nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine Schnittansicht entsprechend den Schnittlinien A-A in Fig. 3.

Entsprechend Fig. 1a hat die Spannachse 32 eines in einer Verstellbüchse 20 exzentrisch gelagerten Spannkopfes 42 zur Spindelachse = Drehachse X des Futterkörpers 16 die Exzentrizität E₁. Im Spannkopf 42 wird ein Werk­ stückdurchmesser W mittels durch Pfeile a, b, c symbolisierte Spannbacken gespannt. Die Laderichtung R, in der das Spannfutter mit einem Werkstück beladen wird, verläuft vertikal durch die Achsen 32 und X.

Im Zustand der Fig. 1b ist die im Futterkörper 16 exzentrisch gelagerte Ver­ stellbüchse 20 um ihre Mittelachse Y verschwenkt worden, so daß eine neue Exzentrizität E₂ entstanden ist. Indem bei dieser Verstellbewegung der Spannkopf 42 seine Lage zur Verstellbüchse 20 beibehält, hat sich aber die Winkelstellung der Spannbacken bezüglich der Spindelachse X so verändert, daß die Laderichtung R nicht mehr vertikal und auch nicht mehr durch die Spindelachse X verläuft.

Entsprechend Fig. 1c ist der Futterkörper 16 um die Spindelachse X zurück­ gedreht worden, um die Laderichtung R wieder senkrecht einzustellen. Deutlich erkennbar ist die dabei entstandene Abweichung ΔE zwischen der Laderichtung R von der Spindelachse X, bezüglich der das Werkstück bear­ beitet wird.

Um diese Abweichung oder diesen Seitenversatz ΔE zu beseitigen, muß ge­ mäß Fig. 1d der Spannkopf 42 um seine Spannachse 32 soweit gedreht wer­ den, bis die Laderichtung R sowohl durch die Spannachse 32 als auch durch die Spindelachse X verläuft. Erst durch nochmaliges Drehen des Futterkör­ pers 16 kann die Laderichtung R gemäß Fig. 1e wieder auf den geforderten senkrechten Verlauf eingestellt werden, wodurch die auch in Fig. 1a gezeig­ te ursprüngliche Winkelanordnung der Spannbacken bzw. die Drehwinkel­ stellung des Spannkopfes 42 mit Bezug auf die Spindelachse erreicht wird.

Die vorstehend beschriebene Übersicht macht deutlich, daß die Exzentrizi­ tätsverstellung bei einem solchen Spannfutter bis zu seiner Beladebereit­ schaft äußerst umständlich und zeitaufwendig ist.

Anhand der Fig. 2a bis 2c ist der demgegenüber vereinfachte und beschleu­ nigte Ablauf einer Exzentrizitätsverstellung bei einem erfindungsgemäßen Spannfutter veranschaulicht, bei dem der in der Verstellbüchse exzentrisch gelagerte Spannkopf und der Futterkörper mittels einer Koppeleinrichtung so miteinander in Verbindung stehen, daß der Spannkopf seine Drehwinkelstel­ lung bezüglich der Spindelachse bzw. Drehachse des Futterkörpers nicht ändert.

Entsprechend Fig. 2a befindet sich das Spannfutter in seiner Ausgangsstel­ lung mit der Exzentrizität E₁ zwischen der Spannachse 32 und der Spindel­ achse X. Eine den Spannkopf 42 und den Futterkörper 16 drehfest miteinan­ der verbindende Koppeleinrichtung K ist als Kulissenführung angedeutet.

Durch Verdrehen der Verstellbüchse 20 um ihre Drehachse Y ist gemäß Fig. 2b der Spannkopf 42 auf seine neue Exzentrizität E₂ verstellt worden. Im Unterschied zum vorbeschriebenen Spannfutter wird der Spannkopf 42 bei dieser Verstellbewegung in der Verstellbüchse 20 gedreht, da er durch die Koppeleinrichtung K so geführt ist, daß die Laderichtung R ständig durch die Spannachse 32 und die Spindelachse X verläuft. - Nach dem ausglei­ chenden Verdrehen des Futterkörpers 16 in eine Position, in der die Lade­ richtung R von oben nach unten senkrecht verläuft, ist das Spannfutter ge­ mäß Fig. 2c mit der eingestellten Exzentrizität E₂ einsatzfähig.

Bei dem in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Spannfut­ ters gemäß der Erfindung bilden ein an der Maschinenspindel 10 integral angeformter Radialflansch 12 sowie ein mit Paßflächen und Axialschrauben am Flansch befestigtes Drehteil 14 einen Futterkörper 16, der eine zur Spin­ delachse X rotationssymmetrische Außenfläche sowie eine dazu exzentri­ sche innere Zylinderfläche 18 aufweist. Innerhalb der Zylinderfläche 18 ist der zylindrische Außenumfang einer Verstellbüchse 20 gelagert, die mittels radial auswärts gerichteten Schultern oder Flanschabschnitten 22, 24 gegen­ über zugeordneten Radialflächen des Futterkörpers 16 mit geringem axialen Spiel festgelegt ist.

Die Verstellbüchse 20 enthält eine bezüglich ihres im Futterkörper 16 gela­ gerten zylindrischen Außendurchmessers exzentrisch versetzte zylindrische Innenfläche 26, in der ein hülsenförmiger Abschnitt 28 eines Spannkopfes 42 drehbar gelagert ist. Der hülsenförmige Abschnitt 28 geht an seinem vor­ deren Ende in einen radial auswärts gerichteten Adapterflansch 30 über, dessen rückwärtiges Ende die Planfläche der Ringschulter 24 der Verstell­ büchse überdeckt und an dessen Vorderseite entsprechend Fig. 4 bezüglich seiner Spannachse 32 (Spannzentrum) eine Auflagebacke 34 und zwei Spannbacken 36 jeweils um 120° zueinander versetzt sowie zwei Auflage­ backen 38 und zwei Justierbacken 40 für das zu spannende Werkzeug ange­ ordnet sind. Der die zuvor genannten Aufnahme- und Spannbacken enthal­ tende mantelförmige Spannkopf(-Körper) 42 ist an dem vorbeschriebenen Adapterflansch 30 mit axial verlaufenden Schrauben 44 befestigt.

Das in Fig. 3 linke bzw. rückwärtige Ende des hülsenförmigen Abschnittes 28 des Spannkopfes 42 ist mit einer Radialscheibe 46 fest verbunden, die mit einer radial verlaufenden Planfläche sowohl an dem Hülsenabschnitt 28 als auch an der Ringschulter 22 der Verstellbüchse 20 anliegt und außerdem mit einem inneren Vorsprung 48 im Hülsenabschnitt 28 zentriert ist.

Auf die Rückseite der Radialscheibe 46 wirkt ein Ringkolben 50 ein, der in einer entsprechenden Ringnut 52 des Spindelflansches 12 und zusätzlich durch Axialzapfen 54 axial geführt ist. Der Ringkolben 50 zusammen mit der Radialscheibe 46 bilden eine Spanneinrichtung, um die während der Ex­ zentrizitätsverstellung drehbare Verstellbüchse 20 im eingestellten Zustand gegenüber dem Futterkörper 16 reibschlüssig festzuhalten bzw. zu verspan­ nen, wozu die Ringnut 52 mit Drucköl beaufschlagt und der Ringkolben 50 nach rechts bewegt wird.

Um den reibschlüssig axial verspannten Zustand zwischen Verstellbüchse 20 und Futterkörper 16 und auch die davon abhängige Verspannung des Spann­ kopfes 42 im Rahmen des verfügbaren geringen Axialspiels bezüglich der Verstellbüchse 20 zwischen der dort anliegenden Radialscheibe 46 und dem Adapterflansch 30 zu lösen, sind im Futterkörper 16 umfangsmäßig verteilt mehrere Rückstellelemente oder Rückstellfedern 56 vorgesehen, die über axial geführte Bolzen 58 sowohl auf die Radialscheibe 46 als auch auf den Ringkolben 50, nach links in Fig. 3 rückstellend wirken. Die über die Bolzen 58 wirkenden Rückstellfedern 46 haben die Aufgabe, den zuvor mit Hilfe des hydraulisch betätigten Ringkolbens 50 erzeugten Reibschluß der Ver­ spannung zu lösen, so daß dann der Spannkopf 42 und die Verstellbüchse 20 unabhängig zueinander bei einer Exzentrizitätseinstellung verdreht werden können.

Obwohl die durch Ringkolben 50 und Radialscheibe 46 erzeugte reib­ schlüssige Verspannung der Verstellbüchse 20 und auch des Spannkopfes 42 die bei der Werkstückbearbeitung auftretenden Drehkräfte sicher in den Futterkörper 16 überträgt, kommt ihr als Hauptaufgabe zu, das Lagerspiel zu beseitigen, um die Lager zu entlasten und jegliche Schwingungen der inein­ ander gelagerten Bauteile zu unterdrücken. Zusätzlich wird die Verstell­ büchse 20 gegenüber dem Futterkörper 16 formschlüssig gesichert. Dazu dient ein in Fig. 3 gezeigter Riegelmechanismus, der in einem an der Ring­ schulter 24 der Verstellbüchse 20 befestigten Gegengewicht 60 unterge­ bracht ist. Ein in einer Führung des Gegengewichtes 60 axial verschiebbarer Riegelbolzen 62 hat an seinem rückwärtigen Ende einen Paßvorsprung 64, der bei Rückwärtsverschiebung des Riegelbolzens 62 in eine der eingestell­ ten Exzentrizität zugeordnete Paßöffnung 65 einer am Futterkörper 16 be­ festigten Halteplatte/Schablonenplatte 66 eingreift.

Für ein vorbestimmtes Fertigungsprogramm, bei dem nacheinander Werk­ stücke mit beispielsweise vier verschiedenen Exzentrizitäten zu bearbeiten sind, enthält die Halteplatte 66 dementsprechend vier Paßöffnungen 65a-d (siehe Fig. 4), die den mit der Verstellbüchse 20 nacheinander anzufahren­ den vier verschiedenen Exzentrizitäten entsprechen. Zum Riegeln/Entriegeln ist ein zweiarmiger Betätigungshebel 68 auf einer zur Verschieberichtung des Riegelbolzens 62 querverlaufenden Achse gelagert, der mit einem mitt­ leren abgerundeten Vorsprung 70 in eine entsprechende seitliche Ausneh­ mung des Riegelbolzens 62 eingreift. Zur Betätigung des Riegelbolzens 62 wird der zweiarmige Hebel 68 durch ein nicht gezeigtes Hydraulikgestänge oder durch die gestrichelt angedeuteten Kolbenstangen 69 zweier nicht ge­ zeigter Hydraulikzylinder nach der einen oder anderen Seite verschwenkt. Außer der formschlüssigen Sicherung der Verstellbüchse 20 vereinfacht der Riegelbolzen 62 das Auffinden und das genaue Einstellen der durch die Öff­ nung 65 in der Schablonenplatte 66 vorgegebenen Exzentrizität.

Eine zusätzliche formschlüssige Sicherung des Spannkopfes 42 gegenüber relativen Drehbewegungen bezüglich der Verstellbüchse 20 ist dadurch ge­ währleistet, daß die mit dem Hülsenabschnitt 28 der Verstellbüchse 20 fest verbundene Radialscheibe 46 auf ihrer Rückseite mit einem prismatischen Vorsprung 72 versehen ist, der in einer entsprechenden, radial zur Spindel­ achse 32 verlaufenden Führungsnut 74 eines zentrisch im Spindelflansch 12 drehbar gelagerten Bauteils 76 verschiebbar eingreift. Das Bauteil 76 kann zur optimalen Lagerabstützung außen zylindrisch sein, wobei sich die radiale Führungsnut 74 von einem bis zum anderen Ende des Durchmessers er­ streckt. Entsprechend Fig. 3 ragt der als Gleitstein wirkende prismatische Vorsprung 72 in die ihn aufnehmende und sich mittig durch die Spindelachse X erstreckende Führungsnut 74, wobei von dem Vorsprung 72 noch eine mittige axiale Verlängerung 78 ausgeht, die mit Spiel in einer mittleren Öff­ nung 80 des zylindrischen Bauteils 76 aufgenommen ist und Durchgangs- bzw. Anschlußkanäle zur Drucköl- und Schmiermittelversorgung des Futters enthält.

Der an der Radialscheibe 46 angeformte oder befestigte prismatische Vor­ sprung 72 und die im Bauteil 76 enthaltene Führungsnut 74 bilden zusam­ men die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung, die primär dafür sorgt, daß eine durch die Spannachse 32 des Spannkopfes 42 senkrecht verlaufende Symmetrieebene, die bei einer bevorzugten Ausführung der Laderichtung R (Fig. 4) für ein zu spannenden Werkstück-Durchmesser entspricht, bei mit Hilfe der Verstellbüchse 20 durchgeführten Exzentrizitätsverstellungen stets auch durch die Spindelachse X verläuft bzw. diese schneidet. Aufgrund der vorbeschriebenen Kulissenführung (Gleitstein 72 in Führungsnut 74) ist der Spannkopf 42 mit dem Spindelflansch 12 des Spannfutters drehfest verbun­ den.

Um die Exzentrizitätsverstellung einfach und genau ausführen zu können, ist im Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4 am Maschinenbett ein Haltebol­ zen 82 vorgesehen, mit dem die Verstellbüchse 20 festgehalten werden kann. Der Haltebolzen 82 wird dazu radial in eine entsprechende Aufnah­ meöffnung 84 im Gegengewicht 60 eingeführt. Dadurch werden das Gegen­ gewicht 60 und die damit fest verbundene Verstellbüchse 20 gegenüber dem Maschinenbett fixiert. Durch eine nachfolgende CNC-gesteuerte Verdrehung der Maschinenspindel 10 kann ein neues Exzentrizitätsmaß genau eingestellt werden.

Durch die Drehung der Maschinenspindel 10 erfolgt zwangsläufig auch eine geringfügige Verschwenkung der Verstellbüchse 20. Hierbei muß der Halte­ bolzen 82 sowohl am Maschinenbett als auch in der Aufnahmeöffnung 84 schwenkbar gelagert sein. Damit die hohe Genauigkeit der CNC-Steuerung auch für die Exzentrizitätsverstellung verwendet werden kann, muß die Be­ weglichkeit des Haltebolzens 82 durch wenigstens einen Anschlag begrenzt sein. Die dadurch definierte Ausgangs-Winkelstellung wird von der CNC- Steuerung als Referenzmaß für eine genaue Exzentrizitätsverstellung ver­ wendet.

Zur Exzentrizitätsverstellung bei einem erfindungsgemäßen Spannfutter ent­ sprechend dem Ausführungsbeispiel sind nachfolgende Schritte durchzufüh­ ren:

• - Die CNC-gesteuerte Spindel wird zunächst in die Position gedreht, in der der Haltebolzen 82 der zugehörigen Aufnahmeöffnung 84 im Gegengewicht 60 gegenüberliegt. Entspricht die Ausgangsposition der Exzentrizitätsverstel­ lung beispielsweise der in Fig. 4 gezeigten Stellung, befinden sich Haltebol­ zen 82 und Aufnahmeöffnung 84 bereits während der Beladeposition des Spannkopfes 42 in der richtigen Stellung zueinander, so daß diese anfängli­ che Ausrichtung entfällt.
• - Einfahren des Haltebolzens 82 in die Aufnahmeöffnung 84, wofür der Auf­ nahmeöffnung 84 und dem Haltebolzen 82 Zentrier- und Einführhilfen zuge­ ordnet sein können. Das Gegengewicht 60 ist zusammen mit der Verstell­ hülse 20 jetzt bezüglich des Maschinenbettes festgelegt.
• - Betätigen des Hebels 68 mit einer vom Maschinenbett ausfahrenden, ge­ strichelt angedeuteten Kolbenstange 69, wodurch der Riegelbolzen 62 aus der der anfangs eingestellten Exzentrizität zugeordneten Paßöffnung 65 her­ ausbewegt wird.
• - Entlasten des Ringkolbens 50, so daß die federgetriebenen Rückstellbolzen 58 die reibschlüssige Verspannung zwischen Futterkörper 16, Verstellbüch­ se 20 und Spannkopf 42 lösen.
• - Drehen des Futterkörpers 16 bis der Riegelbolzen 62 einer anderen, der gewünschten neuen Exzentrizität zugeordneten Paßöffnung 65 gegenüber­ liegt. Dabei wird die erforderliche Verstellbewegung von der CNC- gesteuerten Spindel 10 schnell und genau ausgeführt.
• - Betätigen des Hebels 68 mit einer zweiten ausfahrenden Kolbenstange 69, um den Riegelbolzen 62 in die neue Paßöffnung 65 einzufahren.
• - Beaufschlagen des Ringkolbens 50 mit Hydraulikdruck, um die reib­ schlüssige Verspannung zwischen den ineinander gelagerten Bauteilen auf zubauen.
• - Ausfahren des Haltebolzens 82 aus der zugehörigen Aufnahmeöffnung 84, wodurch die Verstellbüchse 20 wieder freigegeben ist.
• - Gegebenenfalls Verdrehen der Spindel 10 bis die Beladerichtung wieder vertikal verläuft.

Die für die vorbeschriebene Exzentrizitätsverstellung notwendigen Elemente wie der Haltebolzen 82 und die Hydraulikzylinder zur Betätigung des He­ bels 68 können als gemeinsame Baugruppe am Maschinengehäuse angeord­ net werden, wodurch die Nachrüstung mit dem erfindungsgemäßen Spann­ futter ohne großen Aufwand möglich ist.

Unter Ausnutzung der CNC-Steuerung heute üblicher Drehmaschinen ist die Exzentrizitätsverstellung erfindungsgemäß schnell und sehr genau durch­ führbar.

In Fig. 5 ist in einer Draufsicht der in der Führungsnut 74 des konzentrisch zur Spindelachse X gelagerten Bauteils 76 verstellbare prismatische Vor­ sprung 72 der Radialscheibe 46 zu sehen. Die Verstellrichtung des Vor­ sprungs 72 in der Führungsnut 74 steht dabei senkrecht auf der Spindelachse X und auf der Spannachse 32, wodurch die Ausrichtung der Drehwinkelstel­ lung des Spannkopfes 42 bezüglich der Spindelachse X gewährleistet ist. Dabei muß die Führungsnut nicht zwangsläufig mittig zur Spindelachse an­ geordnet sein, sie kann auch dazu parallel versetzt sein, solange nur der Richtungsvektor der Verstellrichtung des Gleitsteins in der Führungsnut er­ halten bleibt. Auch können zwei oder mehrere Paare von Gleitsteinen und Führungsnuten parallel zueinander angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Spannfutter läßt sich mit einfachen Maßnahmen, wie O-Ringen und dergleichen, gegen Schmiermittelaustritt abdichten, wodurch auch den immer wichtiger werdenden Aspekten des Umweltschutzes Rech­ nung getragen wird.

Claims (12)

1. Spannfutter für eine Drehmaschine mit einem Spannkopf für ein ex­ zentrisch zu bearbeitendes Werkstück, der auf einer im Spannfutter ge­ führten Verstelleinrichtung angeordnet und durch diese exzentrisch zur Spindelachse verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung aus einer im Futterkörper (16) exzentrisch ge­ lagerten Verstellbüchse (20) besteht, in welcher der Spannkopf (42) ex­ zentrisch gelagert ist, und daß Spannkopf und Futterkörper über eine Koppeleinrichtung (72, 74) miteinander in Verbindung stehen, die eine vorbestimmte Drehwinkel­ stellung des Spannkopfes (42) bezüglich der Drehachse (X) des Futterkör­ pers (Spindelachse) während der Exzentrizitätsverstellung aufrechterhält.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung ein konzentrisch zur Spindelachse im Futterkörper (16) gelagertes erstes Bauteil (76) und ein mit dem Spannkopf (42) fest verbun­ denes zweites Bauteil (46) aufweist, wobei das erste der beiden Bauteile eine Linearführung (74) und das zweite Bauteil einen in der Linearführung (74) parallel verschieblichen Gleitstein (72) enthält, dessen Verschieberichtung die Spann-Mittelachse (32) des Spannkopfes (42) und die Spindelachse (X) schneidet.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (72, 74) im Bereich des der Spannseite abgewand­ ten Spannfutterendes angeordnet ist, bis zu dem sich der Spannkopf (42) in Axialrichtung mit einer hülsenförmigen Verlängerung (28) innerhalb der Verstellbüchse (20) erstreckt.

4. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Maschinenspindel aus durch die Bauteile (46, 76) der Koppeleinrichtung bis zu den Lagerflächen zwischen Futterkörper (16), Verstellbüchse (20) und Spannkopf (42) geführte Öffnungen, Durch­ gänge und Ölkanäle vorgesehen sind.

5. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbüchse (20) bezüglich des Futterkörpers (16) und der Spannkopf (42) bezüglich der Verstellbüchse jeweils mit ge­ ringem axialen Spiel festgelegt und mit Hilfe hydraulisch betätigter, axial in eine Richtung wirkender Andrückmittel direkt oder mittelbar gegen am Futterkörper (16) vorgesehene Reibkontaktflächen verspannbar sind, und daß zur Aufhebung der Verspannung axial entgegengesetzt wirkende Fe­ dermittel (56) der Verstellbüchse und dem Spannkopf zugeordnet sind.

6. Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hy­ draulisch betätigbaren Andrückmittel und die axial in entgegengesetzte Richtung wirkenden Federmittel (56) an axial gegenüberliegenden Seiten einer Radialscheibe (46) anliegen, die mit der hülsenförmigen Verlänge­ rung (28) des Spannkopfes (42) fest verbunden ist und das erste Bauteil der Koppeleinrichtung bildet.

7. Spannfutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betätigten Andrückmittel aus einem im Futterkörper (16) axial geführten Ringkolben (50) bestehen, der an einer Seite der Radial­ scheibe (46) anliegt, wobei einer auf der gegenüberliegenden Seite ange­ ordneten Planfläche Radialflächen der Verlängerung (28) des Spannkopfes und der Verstellbüchse zugeordnet sind.

8. Spannfutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit dem Spannkopf (42) fest verbundene Radialscheibe (46) auf ihrer entgegengesetzten Seite mit einem den Gleitstein bildenden prismatischen Vorsprung (72) versehen ist, der in eine entsprechende radi­ al zur Spindelachse (72) verlaufende Führungsnut des zentrisch im Futter­ körper drehbar gelagerten zweiten Bauteils (76) der Koppeleinrichtung verschiebbar eingreift.

9. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Verstellbüchse (20) befestigtes Gegenge­ wichtsteil (60) einen parallel zur Spindelachse (X) geführten Riegelbolzen (62) enthält, der mit einem Paßvorsprung (64) mittels einer Betätigungs­ einrichtung in eine von mehreren am Futterkörper (16) vorgesehene Auf­ nahmeöffnungen verschiebbar ist, die vorbestimmten Exzentrizitätsstel­ lungen des Spannkopfes (42) zugeordnet sind.

10. Spannfutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rie­ gelbolzen (62) eine seitliche Ausnehmung enthält, in die ein mittlerer Vor­ sprung (70) eines um eine zur Verschieberichtung des Riegelbolzens senk­ recht verlaufende Achse schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebels (68) eingreift, auf dessen Enden abwechselnd ein Riegel- und ein Entriegelzy­ linder oder ein hydraulisch angetriebenes Gestänge einwirken.

11. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Maschinenrahmen außerhalb des Spannfutterum­ kreises mindestens ein im allgemeinen radial zur Spindelachse (X) ausgerich­ teter Haltebolzen (82) angeordnet ist, der in eine am Gegengewicht (60) der Ver­ stellbüchse angeordnete Aufnahmeöffnung (84) ausfahrbar oder vorschiebbar ist, so daß bei dadurch arrietierter Verstellbüchse (20) die Maschinenspindel mit dem Futterkörper zur Einstellung einer veränderten Exzentrizität des Spannkopfes gedreht wird.

12. Spannfutter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Haltebolzen (82) am Maschinengestell um eine parallel zur Maschi­ nenspindel verlaufende Achse begrenzt schwenkbar gehalten ist, und daß die Aufnahmeöffnung (84) im Gegengewicht (60) der Verstellbüchse (20) in einem Drehlager mit parallel zur Spindel verlaufender Drehachse angeordnet ist.