-
Spannwerkzeug
-
Die Erfindung betrifft ein Spannwerkzeug zum Ubertragen eines Drehmomentes
auf ein zwischen Spitzen gehaltenes Werkstück mit beliebiger, auch unrunder oder
mit zu der Verbindungslinie der Spitzen nicht zentrischer Außenkontur, auf die das
Drehmoment mit radial bewegbarer Spannbacken übertragen wird,
Zu
bearbeitende Werkstücke werden vielfach an zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten
mit einer Zentrierbohrung versehen und mittels dieser Zentrierbohrungen zwischen
Spitzen gelagert, deren Verbindungslinie die Rotationsachse bildet. Dabei ist die
Bearbeitung nicht nur auf zylindrische Körper beschränkt, sondern es können die
Werkstücke auch eine beliebige andere Kontur aufweisen, die in bestimmten Bereichen
zu einer Kreiskontur mit der Drehachse als Mittelpunkt bearbeitet werden soll. Weist
das Werkstück im Spannbereich eine unrunde oder eine zur Rotationsachse exzentrische
Kontur auf, sollte die Spannung des Werkstückes, die die aus der Bearbeitung resultierenden
Drehmomente überträgt, nicht aus konzentrisch bewegbaren Spannbacken bestehen, sondern
es müssen einzeln für sich einstellbare Spannbacken verwendet werden, um damit zu
große Querbelastungen der Zentrierspitzen zu vermeiden. Es sind zu diesem Zweck
Spannwerkzeuge mit unmittelbar hydraulisch bewegten Spannbacken bekannt, die über
die hydraulische Betätigung miteinander verbunden sind, so daß sie eine "schwimmende"
Halterung des Werkstückes bilden. Dies ist insofern nachteilig, als dabei infolge
der Bearbeitungskräfte Querkräfte auf die Spitzen übertragen werden können. Es werden
deshalb diese bekannten Hydraulik-Spannwerkzeuge weniger zum Spannen von zwischen
Spitzen zentrierten Werkstücken eingesetzt.
-
Es ist zwar auch bei derartigen Hydraulik-Spannwerkzeugen bereits
vorgeschlagen worden (P 27 10 360.2) die Hydraulik-Ausgleichsleitung zwischen den
Spannbacken nach dem Sinspannen durch druckabhängig schließende Ventile zu blockieren,
um dadurch die schwimmende Lagerung aufzuheben. Damit ist zwar das Problem der "schwimmenden"
Halterung des
Werkstückes gelöst, doch ist damit noch nicht sichergestellt,
daß nicht während des Einspsnnvorganges Querkräfte auf die das Werkstück zentrierenden
Spitzen ausgeübt würden, wenn dieses Spannwerkzeug zusammen mit Spitzen eingesetzt
wurde, was aus diesem Grund nicht vorgesehen ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spannwerkzeug der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß unabhängig von der Kontur des Werkstückes im
Spannbereich eine Anlage aller Spannbacken am Werkstück und ein ausreichend kräftiges
Einspannen erzielt wird, ohne daß nennenswerte Querkräfte auf die Zentrierspitzen
sowohl während des Einspannvorganges als auch während der Bearbeitung auftreten
können.
-
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Spannwerkzeug der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch, daß Jede Spannbacke durch einen quer zur Spannbackenbewegungsrichtung
bewegbaren Keilschieber verschiebbar ist, daß der von Jedem der Keilschieber zurückgelegte
Weg unabhängig von dem Weg der anderen Keilschieber ist, und daß die Keilschieber
bis zur Anlage an dem Werkstück mit geringer und danach mit größerer Kraft betätigbar
sind.
-
Dadurch, daß Jeder Spannbacken unabhängig von Jeden anderen Spannbacken
verstellbar ist, ist eine einfache Einstellung Jedes Spannbacken8 auf den ihm zugeordneten
Konturenbereich des zu spannenden Werkstückes bzw. dessen Abstand von der Drehachse
möglich. Dabei ist dafür Sorge getragen, daß die Keilschieber bis zur Anlage an
dem Werkstück mit geringer
Kraft betätigbar sind, um zunächst ein
Heranfahren aller Spannbacken an die Werkstückkontur zu erzielen, wobei wegen der
zunächst geringen Kraft bei nacheinander zur Anlage kommenden Spannbacken dennoch
die auf die Zentrierspitzen ausgeübten Querkräfte unschädlich gering sind.
-
Sind dann die Spannbacken sämtlich an der Werkstückoberfläche zur
Anlage gekommen, wird eine größere Kraft auf die Keilschieber und damit die Spannbacken
ausgeübt, durch die eine ausreichende Spannkraft erzeugt wird, die dennoch so gleichmäßig
ist, daß sich keine nennenswerten Rückwirkungen auf die Zentrierspitzen ergeben.
Dabei kann die Betätigung in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise mechanisch,
pneumatisch oder hydraulisch. Beispielsweise kann bei mechanischer Betätigung das
Aufbringen unterschiedlicher Kräfte durch das Einsetzen von progressiven Federn,
Rutschkupplungen und dgl. erfolgen. Bevorzugt erfolgt jedoch, um dem zunehmenden
Bedürfnis nach Automatisierung auch von Spannvorgängen Rechnung zu tragen, die Betätigung
pneumatisch oder, vorzugsweise, hydraulisch, wie nachher noch ausgeführt werden
wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Winkel,
den die wirksame Fläche des Keilschiebers mit der Spannbackenbewegungsrichtung einschließt,
einen nur so viel von 900 abweichenden Wert auf, daß bei einer Kraft übertragung
von den Spannbacken auf den Keilschieber Selbsthemmung auftritt. Diese Ausbildung
hat den Vorteil, daß die Spannung praktisch rückwirkungsfrei ist, also auch dann
keine "schwimmende" Halterung des Werkstückes gegeben ist, wenn die Betätigung der
Keilschieber durch miteinander
verbundene Pneumatik- oder Hydraulikleitungen
erfolgt oder die Keilschieber mechanisch unter Zwischenschaltung von Federn betätigt
sind. Das Vorsehen eines Selbsthemmung bewirkenden Winkels hat ferner noch den Vorteil,
daß unterschiedliche Reibwerte in den einzelnen Spannbackenführungen und zeitliche
Verzögerungen bei der Betätigung des Keilschiebers ohne Einfluß auf ein Verspannen
oder radiales Verschieben des Werkstückes sind. Die einmal erreichte Spannlage des
Werkstückes wird zuverlässig beibehalten.
-
Durch die Bearbeitungskräfte erzeugte Rückwirkungen belasten zwar
die Spannbacken, wirken sich aber darüber hinaus weiter nicht aus. Insbesondere
bleiben Rückwirkungen auf die Zentrierspitzen ausgeschlossen.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Keilschieber
mittels Je eines Hydraulikkolbens bewegbar. Diese Art der Betätigung eignet sich
am besten zu einer halb- oder vollautomatischen Werkstückspannung.
-
Dabei kann, wie bei einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung vorgesehen
ist, der Keilschieber mit dem Hydraulikkolben einstückig sein.
-
Die Anordnung der einzelnen Elemente zueinander kann in gewissen Grenzen
frei gewählt werden. Bei einer Ausführungsform ist der Hydraulikkolben senkrecht
zur Spannbackenbewegungsrichtung verschiebbar Calso axial oder tangential zur Rotationsachae),
und es nimmt die wirksame Fläche des Keilschiebers einen spitzen Winkel zur Hydraulikkolbenlängsachse
ein. Die wirksame Fläche des Keilschiebers ist also schräg mit einer geringen Steigung
zur Hydraulikkolbenlängsachse. Bei einer anderen Ausführungsform sind dagegen die
Hydraulikkolbenlängsachse
und die wirksamen Flächen des Keilschiebers
zueinander etwa parallel und es nimmt die Hydraulikkolbenlängsachae zu der Spannbackenbewegungsrichtung
einen spitzen Winkel ein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein koaxiales
Teil des Hydraulikkolbens unmittelbar den Keilschieber bilden kann.
-
Zum Betätigen des Hydraulikkolbens in den beiden Richtungen können
auf diesen unterschiedliche Drücke ausgeübt werden, weil nämlich die in Spannrichtungen
wirkende Kraft anders bemessen sein kann als die in Entspannrichtung wirkende Kraft.Das
Erzeugen und Zuführen unterschiedliche. Drücke ist jedoch aufwendiger als das Zuführen
eines einzigen Druckes, weshalb bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
der Hydraulikkolben als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen größerer Querschnitt
der Entspannrichtung und dessen kleinerer Querschnitt der Spannrichtung zugeordnet
ist.
-
Das erfindungsgemäße Spannwerkzeug kann unabhängig von an der Maschine
vorgesehenen Zentrierspitzen eingesetzt werden, im allgemeinen ist es jedoch selbst
mit einer Zentrierspitze ausgerüstet, die in den Körper des Spannwerkzeuges eingebaut
ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch nicht nur das Spannwerkzeug,
sondern sie betrifft auch ein Verfahren zum Spannen eines Werkstückes mit einem
solchen Spannwerkzeug, das sich dadurch auszeichnet, daß beide Seiten des Hydraulikkolbens
zum Einleiten der Spannbewegung mit
einem Druck beaufschlagt werden,
daß die Drücke so auf die Kolbenflächen abgestimmt werden, daß sich eine geringe
resultierende Kraft in Spannrichtung ergibt, und daß nach demZuranlagekommen der
Spannbacken am dem Werkstück der der Spannung entgegenwirkende Druck vermindert
wird. Durch das Einsetzen zweier gegeneinander wirkender Drücke, die einen geringen
Kraftunterschied ergeben, wird ein weitgehend druckfreies Spannen erzielt. Dabei
bewirkt die geringe Differenzkraft daß dennoch keine große Querkraft auf die Zentrierspitze
ausgeübt wird, wenn eine der Spannbacken vor den anderen zur Anlage an das Werkstück
kommt. Durch Vermindern oder Abschalten des entgegen der Spannrichtung wirkenden
Druckes wird dann, nachdem alle Spannbacken zur Anlage gekommen sind, die gewünschte
große Spannkraft erzielt, die noch durch die Ubersetzung des Keilschiebers vergrößert
wird.
-
Schließlich betrifft auch die Erfindung auch noch ein Verfahren zum
Entspannen eines mit einem Spannwerkzeug der zuvor beschriebenen Art gespannten
Werkstückes, wobei zum Entspannen der die Spannung aufrechterhaltende Druck vermindert
und der in Entspannungsrichtung wirkende Druck erhöht wird.
-
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles eines Spannwerkzeuges im Zusammenhang mit den Ansprüchen.
-
Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch ein
Spannwerkzeug mit eingespanntem Werkstück, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II
der Fig. 1 und Fig. 3 einen Teil-Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2.
-
An einer Welle 1 einer im übrigen nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine
ist ein Spannwerkzeug, nämlich ein Mitnehmerspannfutter 2 drehfest fixiert. Das
Mitnehmerspann futter 2 umfaßt einen zylindrischen Körper 3, der zur Welle 1 koaxial
angeordnet ist. In die der Welle 1 gegenüberliegende Stirnseite 7 des Körpers 3
ist eine zentrische Bohrung 4 eingearbeitet, an deren Grund eine Mitnehmerspitze
5 mittels Schrauben 6 befestigt ist. Die Mitnehmerspitze 5 ist zur Achse 8 der Welle
1 konzentrisch angeordnet.
-
In geringem Abstand von der Stirnseite 7 sind mindestens zwei, vorzugsweise
jedoch drei zur Achse 8 radial ausgerichtete Bohrungen 9 eingearbeitet, in denen
je ein bolzenförmiger Spannbacken 10 radial zur Achse 8 verschiebbar angeordnet
ist. Zu diesem Zweck greift ein Keilschieber ii, der Teil eines Hydraulikkolbens
12 ist, in eine Quernut 13 ein, die in den die Spannbacke 10 bildenden Bolzen eingearbeitet
ist. Der Hydraulikkolben 12 ist dabei tangential zur Achse 8 angeordnet, wobei seine
Achse 14 in dem dargestellten Beispiel senkrecht zur Längsachse der Bohrung 9 steht.
Der Winkel, den die Flanken der
Quernut 13 sowie die damit zusammenwirkenden
Flächen des Keilschiebers 11 zur Achse 14 einnehmen ist so gewählt, daß zwar durch
Verschieben des Hydraulikkolbens 12 die Spannbacke 10 mit einer Ubersetzung bewegt
wird, daß Jedoch umgekehrt eine von der Spannbacke 10 auf den Keilschieber 11 wirkende
Kraft zur Selbsthemmung führt.
-
Der Hydraulikkolben 12 ist als Stufenkolben ausgebildet und timfaßt
einen kleineren Kolben 15 und einen größeren Kolben 16 die mittels je eines 0-Ringes
17 in der entsprechend bemessenen Bohrung im Körper 3 verschiebbar geführt sind.
Die beiden Kolben 15 und 16 sind an den Stirnseiten eines zylindrischen Zwischenkörpers
18 befestigt, an dessen einer Seite zwei Abfräsungen vorgenommen wurden, wodurch
ein mittlerer Steg, der Keilschieber 11, bestehen blieb, der in die Quernut 13 eingreift.
Eine Stufenbohrung 19 im Körper 3 nimmt den Hydraulikkolben 12 auf und ist an ihren
beiden Enden durch Je einen Abdichtstopfen 25 mit zugehörigem 0-Ring 20 druckdicht
verschlossen. Zwischen den Stopfen 25 und den Kolben 15 und 16 mündet Jeweils eine
Hydraulikbohrung 21, die dicht in die Welle 1 eingeführt ist und durch die Hydraulikflüssigkeit
unter Druck zuführbar ist. Die radial äußeren Mündungen der Bohrungen 9 sind durch
eine Abdeckhülse 22 nach außen verschlossen.
-
Ein Werkstück 23, das an seinen Stirnenden Je eine Zentrierbohrung
24 aufweist, ist mit einer dieser Zentrierbohrungen 24 auf die Mitnehmerspitze 5
gesteckt. Nun wird
durch die beiden Hydraulikbohrungen 21 Hydraulikflüssig
keit zugeführt, wobei die beiden Drücke so gewählt sind, daß die auf den kleinen
Kolben 15 ausgeübte Kraft etwas größer ist als die auf den großen Kolben 16 ausgeübte
Kraft, worauf sich der Hydraulikkolben 12 in Richtung auf den großen Kolben 16 hin
verschiebt, wodurch über den Keilschieber 11 die Spannbacke 10 radial nach innen
bewegt wird, bis sie an der Oberfläche des Werkstückes 23 zur Anlage kommt, Dabei
wirkt auf das Werkstück 23 in radialer Richtung lediglich die kleine Differenzkraft.
-
Sobald alle Spannbacken 10, die sich unabhängig voneinander bewegen,
an der Oberfläche des Werkstückes 23 anliegen, wird diejenige der Iiydraulikbohrungen
21 drucklos gemacht oder es wird der in ihr herrschende Druck vermindert, die zum
Kolben 16 führt. Dadurch wird die auf die Spannbacken 10 wirkende Kraft vergrößert,
was jedoch, da sich alle Spannbacken in Anlage befinden und sich ihre Spannkräfte
nach außen hin gegenseitig neutralisieren, zu keiner radialen Belastung der Mitnehmerspitze
5 führt.
-
Damit ist der Spannvorgang abgeschlossen und es kann das Werkstück
23 bearbeitet werden. Dabei können sich die vom Werkstück 23 auf die Spannbacken
10 ausgeübten Kräfte nicht im Sinne einer Verschiebung der Spannbacken 10 auswirken,
weil Selbsthemmung zwischen den Spannbacken 10 und den Keilschiebern 11 auftritt.
-
Zum Entspannen des Werkstückes wird der auf den kleinen Kolben 15
wirkende Druck vermindert oder abgeschaltet und es wird durch die andere Hydraulikbohrung
21 der große Kolben 16 mit Druck beaufschlagt, der daraufhin die
Spannbacken
10 radial nach außen bewegt, wodurch das Werkstück 23 freigegeben wird.
-
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere können einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder
zu mehreren kombiniert Anwendung finden. Beispielsweise kann an Stelle von hydraulischem
Druck auch pneumatischer Druck zur Erzeugung der Spann- und Entspannbewegungen verwendet
sein. Auch kann der Winkel zwischen Keilschieber 11 bzw. Quernut 13 und der Achse
14 Null sein, wenn die Achse 14 zum Radius auf die Achse 8 nicht senkrecht steht
sondern zu diesem den gewünschten Keilwinkel einnimmt. (In der Darstellung gemäß
Fig. 2 würde dann die Achse 14 der Bohrung 19 in Richtung der Quernut 13 bzw. des
Keilschiebers 11 verlaufen.)