DE19901372A1 - Spannkopf, insbesondere zur Werkzeughalterung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Spannkopf, insbesondere zur Werkzeughalterung mit wenigstens einer Anschlagfläche zur definierten Positionierung eines zu positionierenden Gegenstandes, beispielsweise eines Werkzeugschaftes, vorgeschlagen, wobei im Spannkopf wenigstens eine, in der Anschlagfläche ausmündende, durch den positionierten Gegenstand verschlossene Leitung für ein Säuberungsmedium wie Pressluft und ein Sensor zur Messung der Dichtigkeit des Leitungsverschlusses vorgesehen sind. Die Erfindung soll eine schnelle Antwort der Sensoreinheit auf einen präzisen Sitz des zu positionierenden Gegenstandes ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Sensoreinheit (1) einen in der Medienleitung (4) beweglichen Körper (8) umfaßt, dessen Position den Leitungsquerschnitt beeinflußt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannkopf, insbesondere zur Werkzeughalterung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Werkzeughalterung bei Metallbearbeitungsmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel wird das Werkzeug bei handelsüblichen Spannköpfen mittels einer Spannzange ergriffen und mit Hilfe von Federkraft an wenigstens eine Anschlagfläche gepreßt, durch die eine definierte Werkzeugposition vorgegeben wird. Eine definierte Werkzeugposition ist zur präzisen Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks erforderlich.

Zur Zentrierung werden hierbei schräge, insbesondere kegelförmige Anschlagflächen verwendet, die für eine genaue achsenparallele Ausrichtung des Werkzeugs mit planparallelen, rechtwinklig zur Achse stehenden Anschlagflächen kombiniert werden.

Bei der Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise in spanabhebenden Arbeitsverfahren besteht die Gefahr, daß Fremdkörper wie Späne oder dergleichen zwischen das Werkzeug und die Anschlagfläche des Spannkopfs gelangen können. Insbesondere zwischen den quer zur Achse liegenden Planflächen können derartige Fremdkörper Abweichungen von der gewünschten achsenparallelen Anordnung des Werkzeugs beim Werkzeugwechsel verursachen.

Hierzu sind bereits bei handelsüblichen Spannköpfen gemäß dem Stand der Technik Ausblasvorrichtungen zum Freiblasen des zwischen dem Werkzeug und der Anschlagfläche des Spannkopfs beim Anziehen des Werkzeugs vorliegenden Spaltes vorgesehen. Diese Ausblasvorrichtung umfaßt in der Regel mehrere Pressluftkanäle, die in der genannten Anschlagfläche ausmünden. Während des Anzugs des Werkzeugs wird dieser Kanal mit Pressluft beaufschlagt, um Fremdkörper zwischen Werkzeug und Spannkopf während der Positionierung des Werkzeugs zu entfernen.

Insbesondere bei metallbearbeitenden Maschinen, bei denen in der Regel Zusatzstoffe wie Kühlschmiermittel oder dergleichen eingesetzt werden, können derartige Fremdkörper so stark haften, daß manchmal der übliche Freiblasvorgang für eine Entfernung nicht genügt und eine Wiederholung oder Verstärkung dieses Vorgangs erforderlich wird.

Bei Präzisionsmaschinen können schon kleinste Fremdkörper für eine ungenaue Positionierung des Werkzeugs führen, wodurch das entsprechende Werkstück nicht mehr maßgenau gefertigt wird.

Die Werkzeugpositionierung ist über eine Kontrolle des Luftspalts zwischen dem Werkzeug und dem Spannkopf an der Spindel der Werkzeugmaschine zu überwachen. Hierzu werden bei bekannten Spannköpfen bereits Volumenstrommessungen mit Hilfe von Flügelradzählern in der Leitung der Ausblasluft vorgesehen. Diese Messungen sind vergleichsweise träge, insbesondere die genannten Flügelradzähler benötigen nach dem Verschließen des Ausblaskanals eine gewisse Auslaufzeit im Bereich von einigen Sekunden, bis anhand dieser Signale eine signifikante Aussage über den Verschluß des Ausblaskanals und somit über die Präzision der Positionierung des Werkzeugs getroffen werden kann. Bei modernen Werkzeugmaschinen sind jedoch durchaus Bearbeitungsschritte vorgesehen, bei denen die gesamte Bearbeitung einschließlich dem Werkzeugwechsel zeitlich in dieser Größenordnung durchgeführt werden, so daß durch diese Art der Überwachung eine erhebliche Zeitverzögerung bei der Fertigung verursacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Spannkopf vorzuschlagen, bei dem eine schnellere Überwachung der Werkzeugpositionierung möglich ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Spannkopf der einleitend beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Spannkopf dadurch aus, daß die Sensoreinheit zur Messung der Dichtigkeit des Leitungsverschlusses einen in der Medienleitung beweglichen Körper umfaßt, der den Leitungsquerschnitt beeinflußt.

Mit Hilfe dieses Körpers sind schnellere Aussagen über den Zustand des Leitungsverschlusses möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Position dieses beweglichen Körpers als Indikator für den Zustand des Leitungsverschlusses verwendet werden. Hierzu ist in diesem Fall ein geeigneter Sensor zur Positionserfassung in der Leitung vorgesehen.

Andererseits können auch Drucksensoren oder dergleichen verwendet werden. Einerseits wird die Lage des Körpers durch die Druckverhältnisse in der Leitung, insbesondere auch durch den Zustand des Leitungsverschlusses auf der Werkzeugseite bestimmt, zum anderen werden jedoch auch die Druckverhältnisse im Innern der Leitung durch die Lage des Körpers beeinflußt, so daß ein signifikanter kurzzeitiger Druckverlauf zu erzeugen ist, der eine schnelle Detektion eines ausreichenden oder nicht ausreichenden Leitungsverschlusses und somit einer guten oder schlechten Positionierung des zu positionierenden Gegenstandes, z. B. eines Werkzeugs, erlaubt.

In einer besonderen Ausführungsform werden Rückstellmittel für den beweglichen Körper in eine Ausgangsstellung bei positioniertem Gegenstand, d. h. bei verschlossener Leitung, vorgesehen.

Diese Rückstellmittel, die beispielsweise in einer besonders einfachen Ausführungsform durch die Gravitation des beweglichen Körpers oder aber auch durch Federkräfte oder dergleichen bewerkstelligt werden können, unterstützen die Lageänderung des beweglichen Körpers in der Leitung bei entsprechender Druckänderung bzw. Strömungsveränderung, so daß wiederum eine schnellere Detektion der Qualität des Leitungsverschlusses ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der bewegliche Körper sowie der Leitungsabschnitt, innerhalb dem der Körper beweglich ist, so ausgebildet, daß der Körper den Leitungsquerschnitt in wenigstens einer Stellung, beispielsweise der Ausgangsstellung bei positioniertem Gegenstand, verschließt. Bei Druckbeaufschlagung mit offener Leitung im Mündungsbereich wird die Lage des beweglichen Körpers dergestalt verändert, daß eine Strömung zum Leitungsausgang ermöglicht wird. Aufgrund der dichtenden Eigenschaft des beweglichen Körpers wird diese Bewegung schlagartig bei Druckbeaufschlagung erzeugt.

Sobald der zu positionierende Gegenstand, beispielsweise ein Werkzeug, den Leitungsausgang wieder verschließt, ergibt sich ein Strömungsstillstand innerhalb der Leitung und somit ein konstanter Druck über die gesamte Leitungslänge, was den Körper wiederum impulsartig in seine Ausgangsstellung zurück bringt. Diese Rückstellung ergibt sich entweder durch ein Rückstellelement, beispielsweise in Form einer Feder, durch Gravitation oder dergleichen. Sie kann beispielsweise auch dadurch verursacht werden, daß ein kompressibles, unter Druck stehendes Medium wie Pressluft entspannt wird, so daß sich eine Strömungsrichtung in entgegengesetzter Richtung ergibt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als beweglicher Körper eine Kugel vorgesehen. Neben einer geringen Reibung an einer zylindrischen Leitungswand ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß Kugeln mit hoher Präzision und unterschiedlichsten Materialien zu den verschiedensten Zwecken im Werkzeugbau handelsüblich und somit kostengünstig in großer Stückzahl erhältlich sind, ohne daß eine eigene Fertigung erforderlich ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird zur Positionsermittlung des beweglichen Körpers ein Näherungsschalter verwendet. Dieser Näherungsschalter kann innerhalb oder außerhalb des Leitungsabschnitts angebracht werden, in dem der Körper beweglich ist. Es kann beispielsweise ein induktiver Näherungsschalter verwendet werden. Andere Arten der Positionsermittlung sind jedoch ebenfalls möglich, so kann beispielsweise ein Endschalter vorgesehen werden oder der Körper selbst leitend ausgebildet werden, so daß er in wenigstens einer Stellung einen Stromkreis schaltet. Eine andere Möglichkeit, die Position des beweglichen Körpers zu erfassen, besteht in der Verwendung einer Lichtschranke oder ähnlichen Sensoren.

Bei einem Schließkörper, der in Ausgangsstellung die Leitung des Mediums verschließt, kann zusätzlich eine Drucküberwachung auf der zum zu positionierenden Gegenstand hinweisenden Seite der Leitung stattfinden. So kann durch eine permanente Drucküberwachung auch nach positioniertem Gegenstand, beispielsweise während der Bearbeitung eines Werkstücks, mit Hilfe eines so positionierten Werkzeugs ein dauerhafter korrekter Sitz des Werkzeugs kontrolliert werden. Bei einer Lageänderung während der Bearbeitung, beispielsweise durch Überbeanspruchung, ergibt sich sofort ein Öffnen des Spaltes zwischen dem zu positionierendem Gegenstand und der Anschlagfläche, so daß ein verstärkter Druckabfall in diesem Bereich der Leitung erfolgen wird, was als Indiz für eine unvorhergesehene und unerwünschte Fehlfunktion zu verwenden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Leitungsabschnitt mit einem beweglichen Körper.

Der Sensorblock 1 ist in das Leitungssystem eines Spannkopfs mit Ausblasvorrichtung mit Hilfe von Druckluft zu integrieren. Hierbei wird eine Pressluftzufuhr mit dem Zufuhrkanal 2 und die an der genannten Anschlagfläche ausmündende Leitung mit dem Ausfuhrkanal 3 dicht verbunden, beispielsweise verschraubt oder verlötet. Der Zufuhrkanal 2 und der Ausfuhrkanal 3 sind durch eine Verbindungskammer 4 mit einem zylinderförmigen Abschnitt 5 verbunden. Auf der Oberseite des zylinderförmigen Abschnitts ist die Verbindungskammer 4 mit einer Querschnittserweiterung 6 versehen, oberhalb der ein Anschlag 7 angeordnet ist. Eine Kugel 8 ruht in einem Kegelsitz 9 am unteren Ende des zylinderförmigen Abschnitts 5.

Von unten ist ein induktiver Näherungsschalter 10 durch eine Bohrung 11 in die Verbindungskammer 4 eingeführt und mit Hilfe eines Dichtrings 12 abgedichtet. Der Näherungsschalter 10 erfaßt die Position der Kugel 8 im unteren Bereich des zylinderförmigen Abschnitts 5.

Bei Druckbeaufschlagung des Zufuhrkanals 2 und nicht verschlossenem Ausfuhrkanal 3 wird die Kugel 8 nach oben in Richtung des Pfeils S gestoßen und gibt den Strömungskanal durch die Verbindungskammer 4 frei. Dieser Zustand bleibt erhalten, solange eine relevante Druckdifferenz zwischen dem Zufuhrkanal 2 und dem Ausfuhrkanal 3 und somit eine entsprechende Luftströmung vorliegt.

Nach dem Verschließen des Ausfuhrkanals 3, beispielsweise durch das Aufsetzen des Werkzeugschaftes auf die Anschlagfläche (nicht näher dargestellt), in die die entsprechende, ebenfalls nicht näher dargestellte Ausblasleitung mündet, stellt sich ein Druckausgleich zwischen dem Zufuhrkanal 2 und dem Ausfuhrkanal 3 dergestalt ein, daß die Kugel 8 aufgrund ihres Gewichts in der Lage ist, die Verbindungskammer 4 zu verschließen.

Dieser Augenblick wird vom Näherungsschalter 10 erfaßt. Dessen Signal ist als Indikator für ein korrektes Ausblasen und einen dichten und somit axial präzise ausgerichteten Werkzeugsitz verwertbar. Wird dieses Signal nicht innerhalb der gewohnten, kurzen Zeit erreicht, so ist ein erneutes oder mehrmaliges Ausblasen erforderlich und über die entsprechende Steuerung zu veranlassen. Durch die Verwendung der Kugel 8 ergibt sich eine sehr kurze Antwortzeit des Sensorsystems im Sensorblock 1 auf das Anziehen des Werkzeugs an die Anschlagfläche.

Die beschriebene Funktion der Kugel 8 ist grundsätzlich auch dann möglich, wenn die als beweglicher Körper vorgesehene Kugel 8 die Verbindungskammer 4 nicht abschließt. Wesentlich ist, daß der Leitungsquerschnitt durch die Bewegung des Körpers 8 beeinflußt wird. Je nach Anwendungsfall kann es sogar vorteilhaft sein, die Verbindungskammer 4 nicht vollständig zu schließen, um das System in seiner Reaktion etwas zu dämpfen. Bei schlagartiger Druckbeaufschlagung, die die Kugel 8 nach oben schleudert, kann es zu einem Rückprall und somit zu einem Schwingen des Systems kommen, so daß insgesamt die Reaktionszeit bis zum Ausklang dieses Schwingungsverhaltens länger ist, als ein langsameres Anheben des Körpers 8. Hierfür könnten beispielsweise Rippen im zylinderförmigen Abschnitt 5 vorgesehen werden.

Um das Einstellverhalten des Sensorblocks 1 zu beeinflussen, können auch weitere Schritte zur Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall vorgenommen werden. So kann z. B. der Hub der Kugel 8, die Form des beweglichen Körpers abweichend von der Kugelform, der Durchmesser bzw. grundsätzlich die Form des Abschnitts 5 bzw. der gesamten Verbindungskammer 4 variiert werden, um das optimale Antwortverhalten zu erzielen.

Bezugszeichenliste

1

Sensorblock

2

Zufuhrkanal

3

Ausfuhrkanal

4

Verbindungskammer

5

zylinderförmiger Abschnitt

6

Querschnittserweiterung

7

Anschlag

8

Kugel

9

Kegelsitz

10

Näherungsschalter

11

Bohrung

12

Dichtring

Claims (12)

1. Spannkopf, insbesondere zur Werkzeughalterung mit wenigstens einer Anschlagfläche zur definierten Positionierung eines zu positionierenden Gegenstandes, beispielsweise eines Werkzeugschaftes, wobei im Spannkopf wenigstens eine, in der Anschlagfläche ausmündende Leitung für ein Säuberungsmedium vorgesehen ist, die durch den positionierten Gegenstand verschlossen wird, und eine Sensoreinheit zur Messung der Dichtigkeit des Leitungsverschlusses vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (1) einen in der Medienleitung (4) beweglichen Körper (8) umfaßt, dessen Position den Leitungsquerschnitt beeinflußt.

2. Spannkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (10) zur Positionserfassung des beweglichen Körpers (8) vorhanden ist.

3. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellmittel für den beweglichen Körper (8) in eine Ausgangsstellung vorgesehen sind.

4. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellmittel die Gravitation und/oder eine Feder vorgesehen sind.

5. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (8) den Leitungsquerschnitt in wenigstens einer Position verschließt.

6. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper eine Kugel (8) ist.

7. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionserfassung des Körpers (8) ein Näherungsschalter (10) vorgesehen ist.

8. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein induktiver Näherungsschalter vorgesehen ist.

9. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Schalter vorgesehen ist.

10. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper (8) unmittelbar ein Schaltelement zwischen zwei Kontakten bildet.

11. Spannkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtschranke vorgesehen ist.

12. Sensoreinheit zur Überwachung einer mediendurchströmten Leitung, insbesondere für ein Säuberungsmedium für einen Spannkopf, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.