DE2557470C2 - Verfahren zum unterschiedlichen hydraulischen Spannen von Werkstücken in kraftbetätigten Spannzeugen sowie Vorrichtung hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterschiedlichen hydraulischen Spannen von Werkstücken in kraftbetätigten Spannzeugen, insbesondere von Drehmaschinen, in denen das Werkstück in einer Einspännung einer Schruppbearbeitung bei maximaler Spannkraft und einer Schlichtbearbeitung bei verminderter Spannkraft unterworfen wird, wobei die Spannkraft durch einen druckmittelbetätigten Zylinder erzeugt, über Keilflächen auf die Spannelemente übertragen und zwischen Schrupp- und Schlichtbearbeitung ohne Ausspannen des Werkstückes allein durch Spanndruckverminderung im Druekmittelzylinder herabgesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Werkstükken auf Drehmaschinen müssen die Werkstücke so fest eingespannt werden, daß die auftretenden Zerspannungskräfte abgestützt bzw. das Drehmoment der Maschine auf die Schneidwerkzeuge mit Sicherheit übertragen werden. Dies ist bei formstabilen Werkstükken ohne weiteres möglich. Bei dünnwandigen oder anderen nicht formstabilen Werkstücken ist die aufzubringende Spannkraft begrenzt, da beim Aufbringen einer zu hohen Spannkraft unzulässig geometrische Formfehler an den bearbeiteten Rächen der Werkstükke auftreten wurden. Es ist deshalb notwendig, die Spannkraft zu begrenzen und gerade so hoch zu wählen, daß die zulässige geometrische Formabweichrng nicht überschritten wird. Üblicherweise wird dieser Tatsache

m dadurch Rechnung getragen, daß nicht formstabile Werkstücke nach der mit höherer Spannkraft durchgeführten Schruppbearbeitung ausgespannt, gegebenenfalls zwischengelagert und zur Durchführung der Schlichtbearbeitung mit niedrigerer Spannkraft erneut eingespannt werden.

Da es mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen möglich ist. Werkstücke in einer Einspannung weitgehend fertig zu bearbeiten, besteht seit längerer Zeit der Wunsch, ohne Ausspannen des Werkstückes nach der Schruppbearbeitung sofort die Schlichtbearbeitung mit verminderter Spannkraft durchzuführen. Zu diesem Zweck wurden bisher sogenannte Hebelfutter mit geringer Übersetzung verwendet, bei denen die Übertragung der von einem druckmittelbetätigten Zylinder erzeugten Spannkraft auf die Spannelemente des Spannzeuges dyrch Hebel erfolg*. Bei derartigen Spannzeugen kann die Spannkraft durch Absenkung des Druckes im Zylinder vermindert werden, da die Spannkraft ausreichend genau durch eine Druckabsenkung im Zylinder vermindert wird. Da es sich jedoch bei diesem mit Übertragungshebeln versehenen Spannzeugen um Sonderanfertigungen handelt und derartige Spannzeuge technische Nachteile gegenüber den Spannzeugen mit Keilflächen zur Übertragung der Spannkraft auf die Spannelemente aufweisen, wird seit langem nach einer Zweidruck-Einspannung für normale Keilkolben-Spannzeuge gesucht.

Bei derartigen Spannzeugen, bei denen die durch einen druckmittelbetätigten Zylindei erzeugte Spannkraft über Keilflächen auf die Spannelemenie übertragen wird, tritt durch unvermeidbares Verklemmen der Übertragungsglieder infolge von Verformungen der bewegten Teile zusätzlich zum Reibungsanteil eine Art Selbsthemmung ein, obwohl bei den in der Praxis verwendeten Spannzeugen mit Keilantrieb der Keilwinkel 15 bis 20° beträgt und daher größer als der bei etwa 6° liegende Reibungswinkel ist Bei einer Druckabsenkung von einem höheren Druck zum Zwecke der Durchführung der Schruppbearbeitung auf einen

so niedrigeren Druck zum Zwecke der Schlichtbearbeitung bleibt deshalb bei den bekannten Spannfuttern mit (seilantrieb trotz der Druckabsenkung die dem hohen Druck entsprechende Spannkraft auf das Werkstück wirksam.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits bekannt, nach der Durchführung des Schruppvorganges durch vollständiges Öffnen des Spannzeuges die Spannkraft abzubauen, indem die Spannelemente eine durch den endlichen Hub des Betätigungsmechanismus begrenzte radiale Bewegung ausführen. Hierbei ist es jedoch erforderlich, das Werkstück durch federbelastete Halteglieder in der Spannposition zu halten. Diese vorzugsweise als spitze Stifte ausgebildeten Halteglieder dringen in die Oberfläche des eingespannten Werkstückes sin und halten dieses unter Federkraft fest, bevor das Werkstück erneut mit einer geringeren Spannkraft gespannt wird. Mit diesen bekannten Spannzeugen ist jedoch weder die notwendige Betriebs-

sicherheit gewährleistet, noch ist sichergestellt, daß sich das einmal eingespannte Werkstück beim Spannkraftwechsel nicht in seiner Lage versetzt

Aus der DE-PS 11 40 044 und der DE-PS 12 48 431 ist darüber hinaus ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei welchem zur Erzielung der Spanndruckverminderung zwischen Schrupp- und Schlichtbearbeifung eine zwangsweise Rückstellung der Spannelemente während der Druckminderung im Druckmittelzylinder erfolgt Diese zwangsweise Rückstellung wird durch Beaufschlagen der Löseseite des Spannzylinders während oder nach der Druckabsenkung erzielt, wozu es erforderlich ist, ein gewisses Druckmittelvolumen auf der Spannseite des Spannzylinders abzuführen. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht somit nicht nur in der Notwendigkeit die 'Löseseite des Druckzylinders mit Druckmittel zu beaufschlagen, sondern insbesondere in der großen Unsicherheit ob diese Druckbeaufschlagung der Löseseite, die zwangsläufig einen Weg der Spannelemente zur Folge hat zu einer Lockerung und Verlagerung des Werkstückes führt Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die von der Spannseite abfließende Druckmittelmenge nicht nur vom Drosselquerschnitt und von der Zeit der Druckmittelabfuhr abhängig ist sondern auch von der von der Betriebstemperatur des Druckmittels abhängigen Viskosität Es können sich somit in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur unterschiedliche Öffnungswege des Druckmittelzylinders und damit der Spannelemente ergeben, die zu einem Lockern und gegebenenfalls Herausfallen des Werkstückes aus dem Spannzeug führen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen bei Spannzeugen mit Keilflächen-Kraftübertragung das Werkstück in einer Einspannung ohne die Verwendung von zusätzlichen federbelasteten Haltegiiedern und ohne die Notwendigkeit einer Druckbeaufschlagung d"T Löseseite mit zwei unterschiedlichen Spannkräften zum Schruppen bzw. Schlichten zuverlässig gespannt und die Gefahr unzulässiger Verformungen des zu schlichtenden Werkstücks oder des Lockerns oder Lösens des Werkstücks beim Spannkraftwechsel ausgeschaltet wird.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Schruppbearbeitung der Spanndruck im Zylinder kontrolliert unter den die Selbsthemmung der beweglichen Spannzeugelemente aufrechterhaltenden Wert abgesenkt, die Druckverminderung jedoch oberhalb des für die Haltekraft erforderlichen Wertes beendet wird und daß anschließend der für die Schlichtbearbeitung gewählte Spanndruck aufgebaut wild.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck kontrolliert nicht nur unter das Niveau des für die Fertigbearbeitung notwendigen Schlichtdruckes, sondern auch unter die Verformungsschwelle abgesenkt wird, werden die Verformungen der Getriebeseile beseitigt, so daß durch den Keilwinkel nach Beseitigung der Verformungen keine Selbsthemmung mehr vorliegt. Es erfolgt somit eine Reduzierung der Spannkraft einerseits ohne völligen Spannkraftabbau und andererseits ohne das Aufbringen eines Gegendrucks auf der Löseseite des Spannzylinders. Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit nich*. von wegabhängigen Größen aus, sondern von der Kraft, die sowohl für die zulässige Verformung beim Bearbeiten als auch für das sichere Festhalten des Werkstücks bei der Druckabsenkung maßgebend ist

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit erreicht, daß bei kraftbetätigten Spannzeugen, deren Spannkraft durch einen druckmittelbetätigten Zylinder erzeugt und über eine Keilfläche auf die Spannelemente übertragen wird, trotz der infolge Verformungen auftretenden Selbsthemmung das Werkstück in einer Einspannung sowohl einer Schruppbearbeitung bei

ι» maximaler Spannkraft als auch einer Schlichtbearbeitung bei verminderter Spannkraft unterworfen werden kann, ohne daß die Gefahr eines Herausfallens oder eines Lageversatzes des Werkstückes bei der Spannkraftreduzierung besteht und ohne daß zusätzliche

η Halteglieder verwendet oder eine Kraft auf der Löseseite des Zylinders aufgebracht v.erden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt darüber hinaus den großen Vorteil, daß es für vorhandene Spannzeuge mit Übertragung der Sp-^o~nkraft von einem druckmittelbetätigten Zylinder auf d?e Spannelemente durch Keilflächen, insbesondere für Kehfcolben-Spannfutter, verwendbar ist, ohne daß Veränderungen an den vorhandenen Spannzeugen vorgenommen worden müssen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ein durch einen Druckmittelzylinder betätigtes Spannzeug und eine über ein Wegeventil an den Druckmittelzylinder angeschlossene Druckmittelquelle umfaßt ist gemäß der Erfindung

3D dadurch gekennzeichnet daß in der mit einem Druckminderventil und einer Druckweiche versehenen Druckleitung ein Dreiwegeventil angeordnet ist, durch dessen dritten Anschluß die Druckleitung über eine einstellbare Drossel bis zum Ansprechen eines Druck-

Ji schalters mit der Ablaufleitung verbindbar ist Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann durch den Druckschalter gleichzeitig mit dem Dreiwegeventil die Druckweiche umgeschaltet werden. Weiterhin ist es möglich, anstelle des Druckschalters einen Schalter

■f" anzuordnen, der aufgrund eines der Spannkraft zumindest annähernd proportionalen Signals schaltet

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit geschaffen, auch vorhandene Spannzeuge mit Keilflächen zur Spannkraftübertragjing nach dem

■»3 erfindungsgemäßen Verfahren zu benutzen, d. h. Werkstücke in einer Einspannung einer Schruppbearbeitung bei maximaler Spannkraft und einer Sclhlichtbearbeitung bei verminderter Spannkraft zu unterwerfen, ohne daß zu geringe Haltekräfte zu befürchten sind, die ein

">" Herausfliegen oder einen Lageversatz des Werkstücks zur Folge haben könnten. Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Bauteile sind preiswert und außernalb des eigentlichen Spannzeuges einsetzbar, so daß auch vorhandene Werkzeugmaschinen ohne

ν· Schwierigkeiten und mit geringem Kostenaufwand umgebaut werden können.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßer Vorrichtung dargestellt, anhand der das Verfahren der Erfindung erläutert werden soll. Es

Wi zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Spannelement mit Betätigungszylinder sowie die zugehörige Vorrichtung zur Erzeugung des Spanndrukkes, die in einer Sttüung z'jr Erzeugung eines hohen

^ Druckes für eine Schruppbearbeitung dargestellt ist,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Erzeugung des Spanndruckes in einer Stellung, in welcher der Druck abgesenkt wird, und

Fig. 3 die Vorrichtung zur Druckerzeugung in einer Stellung, in der ein niedriger Druck zur Durchführung der Schlichtbearbeitung erzeugt wird.

Das in F i g. 1 im Längsschnitt gezeichnete Spannelement ist an einer Spindel I einer im übrigen nicht dargestellten Werkzeugmaschine befestigt und als Mehrbackenfutter mit einem Futterkörper 2 und Spannbacken 3 dargestellt. Die Spannbacken 3 werden durch einen mit Keilflächen in Form von Keilhaken versehenen Futterkolben 4 betätigt, der über eine Zugstange 5 vom Kolben 6 eines Druckmittelzylinders 7 verstellt wird. Der Druckmittelzylinder 7 ist am anderen Ende der Spindel t befestigt. Er erhält das zur Verstellung seines Kolbens 6 diendende Druckmittel durch ein feststehendes Druckmittelüberleitungsgehäuse 8.

Dieses Druckmittelüberleitungsgehäuse 8 ist durch DiuckiViiüellcüungCn 3

Vierwegeschieber 11 verbunden. Während die Druckmittelleitung 9 zum kolbenstangenseitigen Druckraum des Druckmittelzylinders 7 führt, ist die Druckmittelleitung 10 mit dem deckelseitigen Druckraum des Druckmittelzylinders 7 verbunden. Der Vierwegeschieber 11 steht über eine Druckleitung 12 mit einer Druckmittelquelle in Verbindung, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als von einem Motor 13 angetriebene Pumpe 14 gezeichnet ist. Die Pumpe 14 saugt da^ Druckmittel aus einem Druckmittelvorratsbehäher 15 an. in den das aus dem Druckmittelzylinder 7 austretende Druckmittel durch eine Ablaufleitung 16 zurückgeführt wird.

]e nach Stellung des Vierwegeschiebers Ii ist entweder die Druckmittelleitung 9 oder die Druckmittelleitung 10 mit der Pumpe 14 bzw. mit der Ablaufleitung 16 verbunden. In den F i g. 1 bis 3 steht der Vierwegeschieber 11 stets in den linken Endstellung, in der er den anstehenden Druck weitergibt. Ein Umsteuern des Vierwegeschiebers 11 erfolgt nur zum Zwecke des Öffnens des Spannelements.

In der Druckleitung 12 ist eine Druckweiche 17 angeordnet, die mit einem Druckminderventil 18 zusammenwirkt, welches in einer Parallelleitung 19 zur Druckleitung 12 angeordnet ist. Je nach Stellung der Druckweiche 17 wird der Vierwegeschieber !1 entweder unmittelbar mit der Pumpe 14 verbunden, wodurch der am Ausgang der Pumpe 14 herrschende Maximaldruck im Vierwegeschieber 11 wirksam wird, oder unter Zwischenschaltung des in der Parallelleitung 19 angeordneten Druckminderventils 18, welches den am Vierwegeschieber 11 anstehenden Druck auf einen einstellbaren Wert herabsetzt. Der Maximaldruck in der Druckleitung 12 wird durch ein Druckmeßgerät 20 angezeigt. Zur Anzeige des verminderten Druckes ist ein weiteres Dnickmeßgerät 2t vorgesehen.

Hinter dem Vierwegeschieber 11 ist ein Dreiwegeventil 22 angeordnet Der neben den beiden, einen Durchgang der Druckleitung 12 darstellenden Anschlüssen vorhandene dritte Anschluß dieses Dreiwegeventils 22 ist über eine mit einer Drossel 23 versehene Nebenleitung 24 mit der Ablaufleitung 16 verbunden. In die Druckmittelleitung 9 ist schließlich ein Druckschalter 25 eingebaut

Bei der in Fig. 1 gezeichneten Stellung der Vorrichtung zur Erzeugung des Spanndruckes wird der Kolben 6 des Druckmittelzylinders 7 mit maximaler Spannkraft in Richtung auf das Druckmittelüberleitungsgehäuse 8 gezogen, wodurch das in Fig. 1 eingezeichnete Werkstück 26 radial von außen durch

die Spannbacken 3 festgehalten wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Lage der Einzelteile steht der von der Pumpe 14 erzeugte Druck in der gesamten Druckleitung 12 an. Die eingezeichnete Stellung des Vierwegeschiebers 11 läßt erkennen, daß dieser Druck über die Druckmittelleitung 9 in die kolbenstangenseitige Druckkammer des Druckmittelzylinders 7 geleitet wird, wodurch die Zugstange 5 eine Zugkraft auf den Futterkolben 4 ausübt In dieser in F i g. 1 gezeichneten Stellung wird somit das Werkstück 26 mit maximaler ^;>annkraft gehalten, so daß die mit hohen Zerspannungskräften arbeitende Schruppbearbeimng durchgeführt werden kann.

In F i g. 2 ist nunmehr eine Situation dargestellt, in welcher der maximale Spanndnick abgesenkt wird. Zu diesem Zweck sind die Druckweiche 17 und das Dreiwegeventil 22 umgesteuert worden, so daß die

ge Druckraum des Druckmittel/ylinders 7 mittels der Nebenlcitung 24 über die Drossel 23 mit der Ablaufleitung 16 verbunden ist. Hierdurch erfolgt einr kontrollierte Absenkung des Spanndruckes unter den die Selbsthemmung der beweglichen Elemente im Spannzeug aufrechterhaltenden Wert, wodurch sich gleichzeitig eine Verminderung der Spannkraft ergibt.

Dieser in F i g. 2 dargestellte Zwischenzmtand wird durch A ,-prechen des Druckschalter 25 beendet, so daß sich die in F i g. 3 dargestellte Situation ergibt. Der Druckschalter 25 hat das Dreiwegeventil 22 umgesteuert, so daß an der Druckmirdleitung 9 jetzt der durch das Druckminderventil t8 reduzierte Druck ansteht. Der Druckschalter 25 verhindert hierdurch ein unerwünschtes Lockern oder gar Lösen des Werkstükkes 26 zwischen den Spannbacken 3 bei Erreichen eines einstellbaren Druckes in der Druckmittelleitung 9.

Sobald das Werkstück 26 durch Schlichtbearbeitung in der Stellung nach F i g. 3 fertiggestellt worden ist. wird in üblicher Weise der Vierwegeschieber 11 betätigt, um durch Entlasten des kolbenstangenseitigen Druckraumes und Belasten des deckelseitigen Druckraumes ein Öffnen des Spannzeuges zu bewirken. Vor der Einspannung eines neuen Werkstückes zum Zwecke der Schruppbearbeitung muß sichergestellt werden, daß die Druckweiche 17 umgestellt wird, damit die Einspannung des Werkstückes zur Schruppbearbeitung mit der maximalen Spannkraft erfolgt.

Der die jeweils herrschende Spannkraft verursachende Druck in der Druckleitung 12 kann an den Druckmeßgeräten 20 bzw. 21 abgelesen werden. Selbstverständlich ist es möglich, nicht nur den Ansprechdruck des Druckschalters 25 einzustellen, sondern auch den maximal von der Pumpe 14 erzeugten Druck sowie den durch Einschaltung des Druckminderventils 18 abgesenkten Druck.

Anstelle des Druckschalters 25 kann auch ein Schalter verwendet werden, der aufgrund eines der Spannkraft zumindest annähernd proportionalen Signales schaltet In F i g. 1 ist dieser Schalter als mit einer Schaltstange 27 zusammenwirkender Wegschalter ausgebildet, der durch zwei Endschaltkontakte 28 und 29 gebildet wird, die den Weg 30 abgreifen.

Bei dem voranstehend geschilderten Verfahren wird sichergestellt daß bei der nach Beendigung der Schruppbearbeitung erfolgenden kontrollierten Druckabsenkung ein Druckwert erreicht wird, bei welchem einerseits die Selbsthemmung der beweglichen Elemente der Spannzeuges aufgehoben ist, der jedoch andererseits eine ausreichende Spannkraft zur Folge

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hat, um Versetzungen oder gar ein Herausfallen des Wegschalters unter den Wert zu legen, der für die

Werkstückes aus den Spannbacken zu verhindern. Da Spannkraft zur Schlichtbearbeitung erforderlich ist. Es

die Aufhebung der Selbsthemmung im Spannzeug in der muß lediglich in jedem Fall sichergestellt werden, daß

Art einer Hysteresis-Kurve verläuft, kann es erforder- beim Ansprechdruck der Schalter eine ausreichende

lieh sein, den Schaltdruck des Druckschalters 25 oder i Haltekraft im Spannzeug erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum unterschiedlichen hydraulischen Spannen von Werkstücken in krsftbetätigten Spannzeugen, insbesondere von Drehmaschinen, in denen das Werkstück in einer Einspannung einer Schruppbearbeitung bei maximaler Spannkraft und einer Schlichtbearbeitung bei verminderter Spannkraft unterworfen wird, wobei die Spannkraft durch einen druckmittelbetätigten Zylinder erzeugt, über Keilflächen auf die Spannelemente übertragen und zwischen Schrupp- und Schlichtbearbeitung ohne Ausspannen des Werkstückes allein durch Spanndruckverminderung im Druckmittelzylinder herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Schruppbearbeitung der Spanndruck im Zylinder kontrolliert unter den die Selbsthemmung der beweglichen Spannzeugelemente aufrechterhaltenden Wert abgesenkt, die Druckverminderung jedoch oberhalb des für die Haltekraft erforderlichen Wertes beendet wird und daß anschließend der für die Schlichtbearbeitung gewählte Spanndruck aufgebaut wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem durch einen Druckmittelzylinder betätigten Spannzeug und einer über ein Wegeventil an den Druckmittelzylinder angeschlossenen Druckmittelquelle, dadurch gekennzeichnet daß in der mit einem Druckminderventil (18) und einer Druckweiche (17) versehenen Druckleitung (12) ein Dreiwegeventil (22) angeordnet ist durch dessen dritten Anschluß die Druckleitung (12) über eine einstellbare Drossel (23) bis zum Ansprechen eines Druckschalters (25) mit d~r Ablaufleitung (16) verbindbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß durch den Druckschalter (25) gleichzeitig mit der Druckweiche (17) das Dreiwegeventil (22) umschaltbar ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß anstelle des Druckschalters (25) ein Schalter (28,29) angeordnet ist, dtr aufgrund eines der Spannkraft.zumindest annähernd proportionalen Signals schaltet.