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Kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen Die Erfindung betrifft
ein kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen mit arehzahlabhangiger Veränderung
der .pannlçrazlt,die durch einen mit dem Spannfutter umlaufenden Axialkrafterzeuger
erzeugt urd über eine Zugeinrichtung auf den zentralen Spannantrieb des Spannfutters
übertragen wird.
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Auf die Spannelemente, beispielsweise die Spannbacken umlaufender
Spannfutter wirken mit steigender Drehzahl ansteigende Fliehkräfte ein,die sich
bei einer Einspannung des #..terkstückes von außen vermindernd auf die Spannkraft
auswirken. Um auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Spannkraft sicherzustellen,wird
deshalb bereits während des Stillstandes des Spannfutters eine so hohe Spannkraft
erzeugt, daß trotz der Herabsetzung der Spannkraft durch die Fliehkräfte bei hohen
Betriebszahlen ein ausreichender Rest an Spannkraft übrig bleibt. Eine derartige
Überhöhung der Spannkraft beim Stillstand des Spannfutters birgt jedoch die Gefahr
unerwünschter Verformungen oder Beschädigungen des eingespannten Werkstückes in
sich.
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Um diese Nachteile der bekannten Spannfutter zu vermeiden, ist es
bekannt, Backenfutter mit Ausgleichgewichten zu versehen, die über ein Hebelsystem
jeder Spannbacke zugeordnet sind und welche die Fliehkraft kompensieren. Spannfutter
dieser Art sind jedoch wegen der zusätzlichen Ausgleichgewichte nicht nur kompliziert
im Aufbau und teuer in der Fertigung,sondern beanspruchen auch einen
verhältnismäßig
großen Raum innerhalb des Spannfutters. Wegen der hieraus resultierenden großen
axialen Baulänge sind derartige Spannfutter mit Ausgleichgewichten nicht für jede
Drehmaschine verwendbar. Darüber hinaus ergibt die Vergrößerung der axialen Baulänge
des Spannfutters eine Zunahme der Lagerbelastung der Spindellagerung.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, bei einem kraftbetätigten
Spannfutter für Drehmaschinen mit einem zur Erzeugung der Spannkraft mit dem Spannfutter
umlaufenden Druckmittelzylinder, dem das Druckmittel unter regelbarem Druck über
ein Druckmittelüberleitungsgehäuse zuführbar ist, die Spannkraft in Abhängigkeit
von der auf die Spannelemente des Spannfutters einwirkenden Fliehkraft und Zerspanungskraft
zu regeln. Hierzu wird ein proportional zur Drehzahl des Spannfutters umlaufender
Drehzahlgeber verwendet, der über eine elektronische Steuereinheit eine Druckregelung
bewirkt. Obwohl sich diese drehzahlabhängige Veränderung der Spannkraft bei einem
kraftbetätigten Spannfutter für Drehmaschinen in der Praxis ausgezeichnet bewährt
hat,wird in vielen Fällen eine mechanische Fliehkraftkompensation verlangt, um die
Anschaffung einer hydraulischen und elektrischen Steuerung zu vermeiden.
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Um ein kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen mit drehzahlabhängiger
Veränderung der Spannkraft zu schaffen>welches ohne die Nachteile der bekannten
Ausführung eine mechanische Kompensation der Fliehkraft besitzt, wird mit dem Hauptpatent
vorgeschlagen, mindestens ein Ausgleichgewicht anzuordnen, das außerhalb des eigentlichen
Spannfutters angeordnet ist und auf den zentralen Spannantrieb einwirkt. Mit diesem
Vorschlag des Hauptpatentes wird in Abhängigkeit von der Drehzahl die axiale Zugkraft
des Axialkrafterzeugers und damit die Spannkraft des Spannfutters verändert, ohne
daß das Spannfutter selbst in seiner Konstruktion geändert werden muß. Aus diesem
Grund läßt sich die Spannkraft beliebiger kraftbetätigter Spannfutter in Abhängigkeit
von der Drehzahl und damit von der auf die Spannelemente einwirkenden Fliehkraft
ändern,
und zwar ohne jegliche Veränderungen an der Futterkonstruktion.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,diesen Grundgedanken des
Hauptpatentes dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei einer Verringerung des konstruktiven
Aufwandes ein größeres Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der auf die Ausgleichgewichte
ausgeübten Fliehkraft zum Zwecke der Spannkrafterhaltung erzielt werden kann, so
daß insbesondere kleinere Ausgleichgewichte verwendet werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist gekennzeichnet
durch mindestens einen vom Ausgleichgewicht betätigbaren Kolben, der auf das den
Axialkrafterzeuger betätigende Druckmittel einwirkt.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag besitzt gegenüber dem bekannten Stand
der Technik den Vorteil, daß weder die Futterkonstruktion nachteilig beeinflussende,
jeder Spannbacke zugeordnete Ausgleichgewichte vorhanden sein müssen, noch eine
hydraulische und elektrische Steuerung zur drehzahlabhängigen Veränderung der Spannkraft,
in Abhängigkeit von der auf die Spannelemente des Spannfutters einwirkenden Fliehkraft.
Gegenüber dem Vorschlag des Hauptpatentes unterscheidet sich die Erfindung in vorteilhafter
Weise dadurch, daß die Möglichkeit besteht, ein höheres Übersetzungsverhältnis zwischen
Ausgleichgewicht und auf das Druckmittel einwirkendem Kolben zu wählen. Die Ausgleichgewichte
können deshalb erheblich kleinere Abmessungen aufweisen,wodurch der Raumbedarf entscheidend
verringert wird. Die Verwendung von Kolben als Übertragungsmittel der Ausgleichskräfte
auf den Axialkrafterzeuger stellt ebenfalls eine erhebliche Konstruktionsvereinfachung
dar, die wiederum gleichzeitig mit einem geringeren Raumbedarf verbunden ist. Insgesamt
ergibt sich somit durch das erfindungsgemäße Einwirken von mechanischen Ausgleichgewichten
über Kolben auf das den Axialkrafterzeuger betätigende Druckmittel eine besonders
einfache Konstruktion für den Fliehkraftausgleich zwecks Spannkrafterhaltung
bei
kraftbetätigten Spannfuttern.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können mehrere Ausgleichgewichte
aleichmtissig über den Umfang verteilt angeordnet aLn,wobei die Bewegungen der Ausgleichgewichte
synchronisiert werden können. Zu diesem Zweck sind bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die r,usgleichgewichte in radialer Richtung beweglich geführt und
wirken mittelbar oder unmittelbar auf jeweils einen Kolben ein. Insgesamt wird hierdurch
das Entstehen von Unwuchten verhindert und eine zentrische Bewegung der Ausgleichgewichte
erzielt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Ausgleichgewicht mit einer Schrägfläche versehen ist,die mit einer entsprechenden
Schrägfläche eines in axialer Richtung geführten Kolbens zusammenwirkt. Bei dieser
Ausführungsform entfallen jegliche mit Reibung behafteten Zwischenglieder.
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Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen,die Ausgleichgewichte
durch einen drehbar gelagerten Ring miteinander zu kuppeln, wobei bei einer bevorzugten
Ausführungsform jedes Ausgleichgewicht mit einem Gleitbolzen versehen ist,der in
eine Schrägnut des Ringes eingreift. Die Ausgleichgewichte mit dem Ring und die
Kolben können in einem Zusatzgehäuse gelagert werden, das unmittelbar neben dem
Axialkrafterzeuger angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der Axialkrafterzeuger als mit einer Druokflüssigkeit
betriebener Druckmittelzylinder ausgebildet,dessen Zylinderräume wahlweise durch
mindestens ein Rückschlagventil abschließbar sind. In diesem Fall können die Kolben
unmittelbar auf die in dem stangenseitigen Zylinderraum eingeschlossene Druckflüssigkeit
wirken.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Spannfutters dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen längsschnitt
durch ein Spannfutter mit #xialkrafterzeuger und Fliehkraftausgleich und Fig. 2
einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in Fig.1.
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Das auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein auf
einer Spindel 1 einer im übrigen nicht dargestellten Werkzeugmaschine befestigtes
Spannfutter 2,welches als Mehrbackenfutter ausgebildet ist. In einem Futterkörper
3 sind mehrere Grundbacken 4 in radialer Richtung verschiebbar gelagert. An jeder
Grundbacke 4 ist eine Aufsatzbacke 5 befestigt. Mit den Aufsatzbacken 5 wird ein
eJerkstück 6 von außen gespannt. Die radiale Bewegung der Grundbacken 4 geschieht
jeweils mittels eines auf einem Bolzen 7a verschwenkbar im Futterkörper 3 gelagerten
Hebels 7.Alle Hebel 7 werden gemeinsam von einem zentralen Spannantrieb betätigt,
der beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Futterkolben 8 besteht>mit
dem die innenliegenden Hebelarme der Hebel 7 zusammern#irken,wogegen die anderen
Hebelarme jeweils in eine rückwärtige Nut der zugehörigen Grundbacke 4 eingreifen.
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Die axiale Bewegung des Futterkolbens 8 erfolgt mittels einer in der
Spindel 1 verlaufenden Zugstange 9 durch einen Axialkrafterzeuger,der derbeim dargestellten
Ausführungsbeispiel als mit einer Druckflüssigkeit betriebener Druckmittelzylinder
lo ausgeführt ist.
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Dieser Druckmittelzylinder lo ist am hinteren Ende der Spindel 1 angeordnet
und läuft mit dieser um. Er besitzt ein Zylindergehäuse 11, in welchem ein Kolben
12 verschiebbar gelagert ist. Dieser Kolben 12 ist über eine Kolbenstange 1 mit
der Zugstange 9 verbunden. Am hinteren Ende des Zylindergehäuses 11 ist ein Druckmittelüberleitungsgehäuse
14 angeordnet. Dieses mit zwei Druckmittelanschlüssen 15 versehene Druckmittelüberleitungsgehäuse
14 ist auf einem am Zylindergehäuse 11 befestigten Lagerzapfen 16 gelagert. Während
der Lagerzapfen 16 zusammen mit dem Zylindergehäuse 11 und der Spindel 1 umläuSt,wird
das Druckmittelüberleitungsgehäuse 14 festgehalten.
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Die zur Betätigung des Druckmittelzylinders 12 und damit des Spannfutters
2 dienende Druckflüssigkeit wird über einen der beiden Druckmittelanschlüsse
15
dem Druckmittelüberleitungsgehäuse 14 zugeführt.
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Von diesem gelangt sie über eine Ringnut 16a im Lagerzapfen 16 in
eine von zwei Bohrungen 16b. Eine dieser Bohrungen 16b mündet unter Zwischenschaltung
eines Rückschlagventiles 25 im deckelseitigen Zylinderraum loa des Druckmittelzylinders
lo,wogegen die andere Bohrung 16b wiederum über ein Rückschlagventil 25 durch das
Zylindergehäuse 11 zum stangenseitigen Zylinderraum lob geführt ist.
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Um das in Fig.1 strichpunktiert eingezeichnete Werkstück 6 von außen
mittels der Aufsatzbacken 5 einzuspannen,wird der stangenseitige Zylinderraum lob
mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Hierdurch bewegt sich der Kolben 12 in Fig.1
nach links,wodurch über die Kolbenstange 13 und die Zugstange 9 auch der Futterkolben
8 in Fig.1 nach links gezogen wird. Die Hebel 7 erteilen den aus Grundbacken 4 und
Aufsatzbacken 5 bestehenden Spannbacken hierdurch eine radial nach innen gerichtete
Bewegung,die zur Einspannung des Werkstückes 6 führt.
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Wenn die Spindel 1 zwecks Bearbeitung des Werkstückes 6 mit hoher
Drehzahl umläuSt,werden die Grund- und Aufsatzbacken 4 und 5 durch Fliehkräfte)xach
außen gezogen. Diese Fliehkräfte verringern deshalb die voml Druckmittelzylinder
lo auf das Werkstück 6 ausgeübte Spannkraft. Um diesen #pannkraftverlust auszugleichen,wird
automatisch der im stangenseitigen Zylinderraum lob herrschende Druck erhöht.
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Zu diesem Zweck ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf
dem hinteren Ende der Spindel 1 ein Flansch 24 angeordnet,an dem mittels Schrauben
26 ein Gehäusedeckel 25 eines Zusatzgehäuses 28 befestigt ist; diese Befestigung
geschieht mittels Schrauben 27, von denen eine im unteren Teil der Fig.1 zu erkennen
ist. In diesem Zusatzgehäuse 28 sind drei Ausgleichgewichte 29 in radialer und axialer
Richtung geführt,wie dies insbesondere in Fig.2 zu erkennen ist. Im Bereich dieser
Ausgleichgewichte 29 ist das Zusatzgehäuse 28 durch einen Gehäusering 28a verschlossen.
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Jedes Ausgleichgewicht 29 ist mit einer Schrägfläche 29a versehen,
die mit einer entsprechenden Schrägfläche 32a eines Kolbens 32 zusammenwirkt. Dieser
Kolben ist in einer axialen Bohrung des Zusatzgehäuses 28 angeordnet und wirkt unmittelbar
auf die im stangenseitigen Zylinderraum lob befindliche Druckflüssigkeit ein.
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Eine Bewegung der Kolben 52 in Richtung auf den Zylinderraum lob bewirkt
somit einen Druckanstieg,da dader Zylinderraum lob durch das zugehörige Rückschlagventil
23 immer dann abgeschlossen ist,wenn die Spannbacken 4,5 des Spannfutters 2 zum
Zwecke einer Außenspannung eines Werkstückes 6 betätigt werden. Die Größe des Kolbens
32 und das Übersetzungsverhältnis der Bewegungen zwischen Ausgleichgewicht 29 und
Kolben 52 wird unter Berücksichtigung der Gewichte der Grundbacken 4 und Aufsatzbacken
5 sowie unter Berücksichtigung der Lage und der Größe der Ausgleichgewichte 29 bestimmt.
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Die Ausgleichgewichte 29 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt,
um das Entstehen von Unwuchten zu verhindern. Damit die Bewegungen der Ausgleichgewichte
29 zwangsweise synchronisiert sind,ist im Zusatzgehäuse 28 ein Ring 31 drehbar gelagert.
Dieser Ring 31 ist mit drei Schrägnuten 31a versehen, in die jeweils ein Gleitbolzen
50 eingreift, der am zugehörigen Ausgleichgewicht 29 angeordnet ist.
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Diese formschlüssige Kupplung der Ausgleichgewichte 29 untereinander
mittels des Ringes 31 sorgt dafür, daß selbst bei ungleichen Reibungsverhältnissen
eine gleichzeitige zentrische Bewegung der Ausgleichgewichte 29 erzielt wird.
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Selbstverständlich stellt das in der Zeichnung dargestellte und voranstehend
beschriebene Ausführungsbeispiel nur eine Möglichkeit für die konstruktive Ausbildung
dar. Insbesondere ist die Ausführung des Spannfutters 2 nur beispielhaft und ohne
Einfluß auf den Aufbau und die Wirkung des Axialkrafterzeugers und der zugehörigen
Vorrichtung zum Zwecke der Spannkrafterhaltung durch Fliehkraftausgleich.