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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluiddruckspannfutter
mit zwei Antrieben, wobei zwei Gruppen von Klauenelementen durch
zwei Gruppen von Zylindervorrichtungen individuell geöffnet und
geschlossen werden und wobei diese Klauenelemente dazu verwendet
werden, ein Werkstück in
zwei orthogonalen Richtungen festzuklemmen.
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Wenn
ein Werkstück
durch ein Fluiddruckspannfutter mit zwei Gruppen schließbarer Klauenelemente
von zwei orthogonalen Richtungen X und Y festgeklemmt wird und wenn
die Länge
des Werkstücks
in Richtung X die gleiche ist wie in Richtung Y, wie es bei einem
Kreis oder einem Quadrat der Fall ist, dann kann das Werkstück einfach
festgeklemmt werden, auch wenn ein einziges Antriebssystem zum Öffnen und
Schließen
der beiden Gruppen von Klauen verwendet wird.
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Weicht
allerdings die Länge
des Werkstücks in
Richtung X von der in Richtung Y ab, wie es bei einer Ellipse oder
einem Rechteck der Fall ist, kann das Werkstück nicht unter Verwendung eines
Spannfutters festgeklemmt werden, das zwei Gruppen von Klauenelementen
mit Hilfe eines einzigen Antriebssystems antreibt.
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Somit
erfordert ein derartiges elliptisches oder rechteckiges Werkstück ein Spannfutter
mit zwei Antrieben, die die beiden Gruppen von Klauenelementen mit
zwei Antriebsmechanismen individuell antreiben.
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Die 4 und 5 zeigen ein herkömmliches Fluiddruckspannfutter
mit zwei Antrieben. Das Fluiddruckspannfutter 1 weist ein
erstes Grundkörperelement 2,
ein zweites Grundkörperelement 3,
ein drittes Grundkörperelement 4 und
eine Klauenführung 5 auf,
die jeweils eine zylindrische Öffnung
aufweisen. Diese Elemente werden mit Hilfe von Verbindungsbolzen
einstückig
miteinander verbunden.
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Eine
erste Zylindervorrichtung 7, die an dem ersten Grundkörperelement 2 ausgebildet
ist, weist einen ersten Kolben 7a auf, und ein zweiter
Fluiddruckzylinder 8, der in dem zweiten Grundkörperelement 3 ausgebildet
ist, weist einen zweiten Kolben 8a auf. Eine erste Kolbenstange 9,
die mit dem ersten Kolben 7a verbunden ist, durchtritt
in luftdichter Weise die Mitte des zweiten Kolbens 8a und
einer Kolbenstange 10, die konzentrisch mit der ersten
Kolbenstange 9 ist, und steht in die Klauenführung vor. Die
zweite Stange 10, die hohl und zylindrisch ist, durchtritt
eine zentrale Öffnung
in dem dritten Grundkörperelement 4 ebenfalls
in luftdichter Weise.
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Zusätzlich weist
das erste Grundkörperelement 2 Öffnungen 11a und 11b für die Zufuhr
und den Ausstoß von
unter Druck stehender Luft zu bzw. von einem Paar von Druckkammern
auf, die durch den ersten Kolben 7a unterteilt werden,
während
das zweite Grundkörperelement 3 Öffnungen 12a und 12b für die Zufuhr
und den Ausstoß von
unter Druck stehender Luft zu bzw. von einem Paar von Druckkammern
aufweist, die durch den zweiten Kolben 8a aufgeteilt werden.
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Erste
Verriegelungsnuten 9a und 9b sind in der äußeren Umfangsfläche der
ersten Stange 9 in dem Teil vorgesehen, der von der zweiten
Stange 10 vorsteht, während
zweite Verriege lungsnuten 10a und 10b in der äußeren Umfangsfläche der
zweiten Stange 10 in der Nähe ihrer Spitze vorgesehen
sind.
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Zusätzlich weist
das dritte Grundkörperelement 4 an
seiner der ersten Verriegelungsnut 9a gegenüberliegenden
Fläche
Kerbnuten 14 und an seiner der zweiten Verriegelungsnut 10a gegenüberliegenden
Fläche
Schlitze 15 auf. Erste Stifte 14a sind in den
Kerbnuten 14 vorgesehen, während zweite Stifte 15a in
den Schlitzen 15 vorgesehen sind.
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Erste
Klauenelemente 16 und zweite Klauenelemente 17 sind
in zwei Gruppen von Nuten 5a und 5b, die in der
Klauenführung 5 in
Radialrichtung ausgebildet sind, derart vorgesehen, daß jedes
der Elemente 16, 17 bewegt werden kann. Ein erster ausgesparter
Verriegelungsabschnitt 16a und ein zweiter ausgesparter
Verriegelungsabschnitt 17a sind in der oberen Fläche jedes
Klauenelementes 16 oder 17 ausgebildet.
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Um
die Bewegung der ersten und zweiten Stange 9 und 10 in
die Öffnungs-
und Schließbewegung
der ersten und zweiten Klauenelemente 16, 17 umzusetzen,
sind ein erster Hebel 18 und ein zweiter Hebel 19 vorgesehen.
Der erste Hebel 18 wird schwenkbar durch den Stift 14a gehalten,
wobei seine Enden in die Verriegelungsnut 9a und den ausgesparten
Verriegelungsabschnitt 16a eingreifen und dort derart verriegelt
sind, daß sie
oszillatorisch bewegbar sind. Zusätzlich wird der zweite Hebel 19 schwenkbar
durch den Stift 15a gehalten, wobei seine Enden in die
Verriegelungsnut 10a bzw. den ausgesparten Verriegelungsabschnitt 17a eingreifen
und dort derart verriegelt sind, daß sie oszillatorisch bewegbar
sind.
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4 zeigt einen Zustand, in
dem unter Druck stehende Luft durch die Öffnungen 11b und 12b zugeführt wurde.
Die Kolben 7a und 8a wurden jeweils nach unten
bewegt, und die Hebel 18 und 19 wurden jeweils
rotierend nach unten bewegt, so daß die ersten Klauenelemente 16 und
die zweiten Klauenelemente 17 geöffnet sind.
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In
diesem Zustand bewegt sich, wenn unter Druck stehende Luft durch
die Öffnung 11a zugeführt und
durch die Öffnung 11b abgeführt wird,
der erste Kolben 7a aufwärts, um die Spitzen der ersten
Hebel 18 nach innen zu verschieben, so daß sich der
Abstand zwischen den ersten Klauenelementen 16 verringert,
um ihnen das Festklemmen eines Werkstückes in Richtung x zu ermöglichen.
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Dann
bewegt sich, wenn unter Druck stehende Luft durch die Öffnung 12a zugeführt und
durch die Öffnung 12b ausgestoßen wird,
der zweite Kolben 8a nach oben, um die Spitzen der zweiten
Hebel 19 nach innen zu verschieben, so daß sich der
Abstand zwischen den zweiten Klauenelementen 17 verringert,
um ihnen das Festklemmen des Werkstückes in Richtung Y zu erlauben,
die zu der Richtung der ersten Klauenelemente 16 um 90° versetzt
ist.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
auch ein Festklemmen eines elliptischen oder eines rechteckigen
Werkstücks.
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Zur
Vermeidung einer Überschneidung
zwischen dem ersten Hebel 18 und der zweiten Stange 10 sieht
jedoch das bekannte Fluiddruckspannfutter vor, die Spitze der ersten
Stange 9 deutlich von der zweiten Stange 10 vorstehen
zu lassen, wobei der erste Hebel 18 an diesem vorstehenden
Abschnitt vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung vergrößert die axiale
Länge des
Fluiddruckspannfutters 1 und verhindert eine Miniaturisierung
des Spannfutters. Außerdem
wird aufgrund der Form- und Größenunterschiede
zwischen dem ersten Hebel 18 und dem zweiten Hebel 19 der
Aufbau des Spannfutters kompliziert und die Verarbeitung und Zusammensetzung der
Einzelteile mühsam.
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Aus
der
GB 2 283 189 A ist
ein Fluiddruckspannfutter mit drei Fingern bekannt, die durch eine gemeinsame
Zylindervorrichtung betätigt
werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fluiddruckspannfutter
mit zwei Antriebssystemen vorzusehen mit zwei Gruppen von Klauenelementen,
die durch zwei Gruppen von Zylindervorrichtungen individuell geöffnet und
geschlossen werden, wobei diese Klauenelemente ein Werkstück in zwei
orthogonalen Richtungen festklemmen, wobei eine Umsetzeinrichtung
zum Umsetzen der Bewegung von Stangen den Zylindervorrichtungen
in Öffnungs-
und Schließbewegungen
der Klauenelemente vereinfacht wird, um den Aufbau des Spannfutters zu
vereinfachen und seine Größe zu verringern.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Spannfutter vorgeschlagen, das die Merkmale
des Anspruchs 1 aufweist. Das Spannfutter weist zwei Gruppen von
schließbaren
Klauenelementen, zwei den beiden Gruppen von Klauenelementen entsprechende
Zylindervorrichtungen und eine Nockeneinrichtung auf, um die hin-
und hergehende Bewegung eines Kolbens und einer Stange in jeder
Zylindervorrichtung in Öffnungs-
und Schließbewegungen
der Klauenelemente umzusetzen.
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Die
beiden Zylindervorrichtungen sind koaxial angeordnet, wobei eine
erste Stange in der ersten Zylindervorrichtung gleitend das Innere
einer zweiten Stange in der zweiten Zylindervorrichtung durchtritt und
wobei die Spitzen der Stangen zueinander ausgerichtet sind. Die
Nockeneinrichtung besteht aus einer schräg stehende Nocken aufnehmenden
Nut, die in jedem der Klauenelemente ausgebildet ist, und je einem
Nockenelement, das an der Spitze jeder der Stangen ausgebildet ist
und eine schräg
stehende Nocke aufweist, die in die Nocken aufnehmende Nut eingesetzt
ist. Eine Kerbe ist der Seite der zweiten Stange ausgebildet, wobei
das Nockenelement der ersten Stange beweglich in die Kerbe eingesetzt
ist.
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Erfindungsgemäß werden
die Spitzen der beiden Stangen in den beiden Zylindervorrichtungen ausgerichtet
und die Nockenelemente sind an derselben Position ausgebildet wie
die Spitzen der Stangen. Dies reduziert die axiale Länge des
Spannfutters und damit seine Größe, wobei
Nockeneinrichtungen mit gleichem Aufbau verwendet werden können, um
die Strukturen des Spannfutters und seiner Einzelelemente zu vereinfachen
und den Zusammenbau zu erleichtern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung unterscheiden sich die Druck
aufnehmenden Flächen
der Kolben der beiden Zylindervorrichtungen, was zu einer unterschiedlichen
Klemmkraft der beiden Gruppen von Klauenelementen führt.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles
und der Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 einen
Schnitt entlang der Linie I-0-I in 2 durch
eine Ausführungsform
eines Fluiddruckspannfutter gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
Ansicht von unten des Spannfutters gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines wesentlichen Elements
des Spannfutters gemäß 1,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie IV-0-IV in 5 durch
ein herkömmliches
Fluiddruckspannfutter und
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5 eine
Ansicht von unten des Spannfutters gemäß 4.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine Ausführungsform
eines Fluiddruckspannfutters mit zwei Antriebssystemen gemäß der vorliegenden
Erfindung. Dieses Spannfutter weist einen Körper 20 auf, in dem zwei
Spannmechanismen, d.h. ein erster Spannmechanismus 21 und
ein zweiter Spannmechanismus 22, die individuell durch
Fluiddruck betätigt
werden, ein Werkstück
von zwei Richtungen x und Y festklemmen können. Die spezifische Ausgestaltung
des Spannfutters wird nachfolgend beschrieben.
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Der
Grundkörper 20 weist
ein erstes Grundkörperelement 23 in
Form eines umgekehrten Bechers, in dessen Innerem eine Zylinderöffnung mit
einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist, und ein zweites zylindrisches
Grundkörperelement 24 auf,
in dessen Innerem eine zylindrische Öffnung mit einem größeren Durchmesser
ausgebildet ist. Die Grundkörperelemente 23 und 24 sind
unter Verwendung eines Bolzens 25 über eine Trenplatte 26,
die die Zylinderbohrungen in luftdichter Weise trennt, koaxial verbunden.
Ein ringförmiger
Klauenhalter 27, der auch als Endplatte dient, ist an dem
Ende des zweiten Grundkörperelementes 24 in
luftdichter weise angebracht.
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Zwei
Gruppen von (vier) Führungsnuten 29 und 30,
die jeweils einen etwa T-förmigen
Querschnitt aufweisen, sind radial in der Oberfläche der Spitze des Klauenhalters 27 in
einem Winkelabstand von 90° um
die Mitte 0 des Spannfutters ausgebildet. Zwei Gruppen von (vier)
Klauenelementen 31 und 32 zum Festspannen eines
Werkstücks,
die jeweils einen T-förmigen Querschnitt
aufweisen, sind derart vorgesehen, daß sie entlang der Führungsnuten 29 und 30 in
Radialrichtung geöffnet
und geschlossen werden können.
Die beiden Gruppen von Klauenelementen 31 und 32,
bei denen die beiden gegenüberliegenden
Klauenelemente eine Gruppe bilden, können ein Werkstück von zwei
Richtungen X und Y festklemmen. In der Zeichnung bezeichnet das
Bezugszeichen 33 eine Abdeckung, die einen abgesenkten Abschnitt
in der Spitze des Klauenhalters 27 verschließt.
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Eine
Nocken aufnehmende Nut 35, die sich nach unten erstreckt
(auf der Seite der axialen Spitze des Spannfutters), wobei sie sich
allmählich
zu der Mitte des Spannfutters neigt, ist an dem proximalen Ende
jedes der Klauenelemente 31 und 32 ausgebildet.
Zusätzlich
ist eine Einschrauböffnung 36,
in welcher eine Befestigung zum Festklemmen eines Werkstücks angebracht
ist, in jedem der Klauenelemente 31 und 32 in
einem Abschnitt näher
zu seiner Spitze vorgesehen.
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Ein
erster Kolben 41 mit kleinerem Durchmesser ist gleitend
in luftdichter Weise in das erste Grundkörperelement 23 eingesetzt,
während
ein zweiter Kolben 42 mit größerem Durchmesser gleitend
in luftdichter Weise in das zweite Grundkörperelement 24 eingesetzt
ist. Stangen 43 und 44 sind mit den Kolben 41 bzw. 42 verbunden.
Das erste Grundkörperelement 23,
der erste Kolben 41 und die erste Stange 43 bilden
eine erste Zylindervorrichtung 38, während das zweite Grundkörperelement 24,
der zweite Kolben 42 und die zweite Stange 44 eine zweite
Zylindervorrichtung 39 bilden.
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Die
Druck aufnehmenden Flächen
der Kolben 41 und 42 der beiden Zylindervorrichtungen 38 und 39 können gleich
oder unterschiedlich sein. Gemäß der dargestellten
Ausführungsform
ist die Druck aufnehmende Fläche
des ersten Kolbens 41 etwas größer als die des zweiten Kolbens 42,
um die Antriebskraft der zweiten Zylindervorrichtung 39 größer zu machen
als die der ersten Zylindervorrichtung 38, wodurch die
Klemmkraft der zweiten Klauenelemente 32 etwas größer eingestellt
wird als die der ersten Klauenelemente 31.
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Die
erste Stange 43 mit kleinerem Durchmesser, die mit dem
ersten Kolben 41 mit kleinerem Durchmesser verbunden ist,
durchtritt das Innere der zweiten Stange 44 mit größerem Durchmesser,
die mit dem zweiten Kolben 42 mit größerem Durchmesser verbunden
ist, koaxial und gleitend. Die Spitzen der Stangen 43 und 44 durchtreten
die zentrale Öffnung
des Klauenhalters 27, um in den abgesenkten Abschnitt in
der Oberfläche
der Spitze des Klauenhalters 27 vorzustehen, der durch
die Abdeckung 33 abgedeckt wird, und sind beinahe ausgerichtet.
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Ein
Paar von Nockenelementen 46 oder 47 ist an der
Spitze der beiden Stangen 43 und 44 ausgebildet,
um sich von der Seite jeder Stange in zueinander um 180° versetzten
Richtungen zu erstrecken. Die Nockenelemente setzen die hin- und
hergehende Bewegung der Kolben 41 und 42 in die Öffnungs-
und Schließbewegung
der Klauenelemente 31 und 32 um. Die beiden ersten
Nockenelemente 46, die an der Spitze der ersten Stange 43 vorgesehen
sind, sind den ersten Klauenelementen 31 zugeordnet, während die
zweiten Nockenelemente 47, die an der Spitze der zweiten
Stange 44 vorgesehen und zu den ersten Nockenelementen 46 um
90° versetzt
sind, den zweiten Klauenelementen zugeordnet sind. Schräg stehende
Nocken 48, die sich (auf der Seite der axialen Spitze der
Stange) nach unten erstrecken, wobei sie sich allmählich zu
der Mitte der Stange neigen, sind an der Spitze jedes der Nockenelemente 46 und 47 ausgebildet.
Die schräg
stehenden Nocken 48 sind gleitend in die Nocken aufnehmenden
Nuten 35 in jedem der Klauenelemente 31 und 32 eingesetzt.
Wenn die Stangen 43 und 44 ausgestreckt werden,
drücken
die schräg
stehenden Nocken 48 der Nockenelemente 46 und 47 die
Klauenelemente 31 und 32 nach außen, um
den Abstand zwischen den beiden Klauenelementen 31 und 32 zu vergrößern.
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Wenn
die Stangen 43 und 44 zusammengezogen werden,
ziehen die schräg
stehenden Nocken 48 die Klauenelemente 31 und 32 nach
innen, um den Abstand zwischen ihnen zu verringern.
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Die
beiden Gruppen von Klauenelementen 31 und 32 haben
im wesentlichen die gleiche Gestalt und Größe und sind an dem Klauenhalter 27 derart befestigt,
daß sie
in der derselben Ebene angeordnet sind. Die beiden Gruppen von Nockenelementen 46 und 47 haben
im wesentlichen die gleiche Form und Größe und sind an der Spitze der
beiden Stangen 43 bzw. 44 derart ausgebildet,
daß sie
in derselben Ebene angeordnet sind. Um zu verhindern, daß die zweite
Stange 44, die einen größeren Durchmesser
aufweist,' die Anordnung
und Bewegung der Nockenelemente 46, die an der ersten Stange 43,
die einen kleineren Durchmesser aufweist und das Innere der zweiten
Stange 44 durchtritt, vorgesehen sind, behindert, sind
zwei Kerben 49 an der Seite der zweiten Stange 44 ausgebildet,
die zu den Nockenelementen um 180° versetzt
ist und sich von der Spitze der zweiten Stange 44 in Axialrichtung
erstreckt. Die beiden Nockenelemente 46 der ersten Stange 43 sind
beweglich in die Kerben 49 eingesetzt.
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Öffnungen 52a und 52b sind
in dem ersten Grundkörperelement 23 vorgesehen,
um unter Druck stehende Luft zu bzw. von einem Paar von Druckkammern 51a und 51b,
die an den entsprechenden Seiten des ersten Kolbens 41 ausgebildet
sind, zuzuführen
bzw. abzuführen. Öffnungen 54a und 54b sind in
dem zweiten Grundkörperelement 24 ausgebildet, um
unter Druck stehende Luft zu bzw. von einem Paar von Druckkammern 53a und 53b,
die an den entsprechenden Seiten des zweiten Kolbens 42 ausgebildet
sind, zuzuführen
und abzuführen.
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1 zeigt,
daß unter
Druck stehende Luft durch die Öffnungen 52b und 53b den
beiden Zylindervorrichtungen 38 und 39 zugeführt wird.
Dann werden die ersten und zweiten Klauenelemente 31 und 32 jeweils
durch die Nockenelemente 46 und 47 gedrückt und
nach außen
bewegt, um das Werkstück freizugeben,
weil die Kolben 41 und 42 und die Stangen 43 und 44 in
einer nach unten bewegten Position angeordnet sind, wie es in der
Zeichnung dargestellt ist.
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Zum
Festklemmen des Werkstücks
werden die beiden Spannelemente 21 und 22 gleichzeitig oder
mit kleinem Zeitunterschied angetrieben. Beispielsweise wird unter
Druck stehende Luft durch die Öffnung 52a zu
der Druckkammer 51a der ersten Zylindervorrichtung 38 mit
kleinerer Druck aufnehmenden Fläche
zugeführt,
und die unter Druck stehende Luft in der Druckkammer 51b wird
dann durch die Öffnung 52b ausgestoßen, um
den ersten Kolben 41 und die erste Stange 43 in 1 nach
oben zu bewegen, so daß das
Nockenelement 46 die ersten Klauenelemente 41 nach
innen ziehen kann, wodurch durch die Klauenelemente ein Festspannen
des Werkstücks
aus Richtung Y bewirkt wird.
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Dann
wird unter Druck stehende Luft durch die Öffnung 52a zu der
Druckkammer 53a der zweiten Zylindervorrichtung 39 mit
größerer Druck
aufnehmender Fläche
zugeführt,
und die unter Druck stehende Luft in der Druckkammer 53b wird
dann durch die Öffnung 54b ausgestoßen, um
den zweiten Kolben 42 und die zweite Stange 44 nach
oben zu bewegen, so daß das
Nockenelement 47 die zweiten Klauenelemente 32 nach
innen ziehen kann, wodurch die Klauenelemente ein Festspannen des Werkstücks aus
Richtung X bewirken. Falls das durch die ersten Klauenelemente 31 festgeklemmte Werkstück in Richtung
x versetzt ist, spannen an diesem Punkt die beiden Klauenelemente 32 mit
größerer Klemmkraft
das Werkstück
fest, wobei sie den Versatz korrigieren. Somit wird das Werkstück festgespannt,
wobei es in beiden Richtungen X und Y exakt positioniert ist.
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Somit
können
nicht nur kreisförmige
oder quadratische Werkstücke
mit gleicher Länge
in X- und Y-Richtung, sondern auch elliptische oder rechteckige
Werkstücke
oder andere Werkstücke
mit nicht festgelegter Form mit unterschiedlichen Längen in
x- und Y-Richtung festgeklemmt werden, wobei sie von zwei orthogonalen
Richtungen exakt positioniert werden.
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Selbst
wenn die Antriebskräfte
der beiden Zylindervorrichtungen 38 und 39 gleich
sind, kann das Werkstück
selbstverständlich
von zwei orthogonalen Richtungen festgespannt werden, während sein
Versatz korrigiert wird.
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Zusätzlich können die
Nockenelemente 46 und 47 der beiden Stangen 34 und 44 so
angeordnet werden, daß sie
die gleiche Höhe
und den gleichen Bewegungsbereich aufweisen, da die Kerbe 49 in
der zweiten Stange 44 mit größerem Durchmesser ausgebildet
ist und da das Nockenelement 46 der ersten Stange 43 mit
kleinerem Durchmesser beweglich in die Kerbe 49 eingesetzt
ist. Dadurch kann die axiale Länge
des Spannfutters und damit seine Größe im Vergleich mit herkömmlichen
Spannfuttern, die Klauenelemente durch oszillierende Hebel öffnen und schließen, reduziert
werden. Außerdem
behindert die zweite Stange 44 die Bewegung des Nockenelements 46 der
ersten Stange 43 nicht, selbst wenn die beiden Zylindervorrichtungen 38 und 39 individuell angetrieben
werden.