DE2829152A1

DE2829152A1 - Verfahren zum einspannen von werkstuecken an kegelfoermigen flaechen mittels kraftspannfutter und kraftspannfutter hierzu

Info

Publication number: DE2829152A1
Application number: DE19782829152
Authority: DE
Inventors: Heinz Vom Ing Grad Dorp; Lothar Dipl Ing Heymanns
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2829152C2; US4318293A

Description

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Verfahren zum Einspannen von Werkstücken an kegelförmigen Flächen mittels Kraftspannfutter und Kraftspannfutter hierzu

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum radialen Einspannen eines Werkstückes an kegelförmigen Flächen, insbesondere der Einspannung von Eisenbahnrädern an der kegelförmigen Innenseite der Radreifen mittels Kraftspannfutter sowie ein Kraft-

D spannfutter zur Durchführung dieses Verfahrens.

Kraftspannfutter zur Durchführung verschiedener Einspannverfahren sind in vielfältigen Ausführungsformen im Stand der Technik bekannt. Insbesondere bei Senkrechtdrehmaschinen ist sehr häufig das Kraftspannfutter schon in.Form der Planscheibe ausgebildet. Diese Ausbildung ist insbesondere bei solchen Senkrechtdrehmaschinen vorzufinden, welche vorzugsweise für die Bearbeitung von Eisenbahnrädern gedacht sind. Auch bei solchen Kraftspannfuttern sind vielerlei Ausführungsformen >0 bekannt. Eine gute Obersicht über den diesbezüglichen Stand der Technik bei Kraftspannfuttern für Senkrechtdrehmaschinen, insbesondere für die Bearbeitung von Eisenbahnrädern, gibt der Aufsatz "Kraftbetätigte Spanneinrichtungen für Eisenbahnräder und Radreifen" aus TZ für praktische Metalles bearbeitung 1974, Heft 9, ab Seite 315.

Insbesondere dann, wenn ein Eisenbahnrad an der Radreifeninnenseite für eine Bearbeitungsoperation eingespannt werden muß und diese Radreifeninnenseite - wie dies sehr häufig

.iO der Fall ist - kegelig ausgebildet ist, bereitet das Einspannen auf dieser kegeligen Fläche Schwierigkeiten. Das Eisenbahnrad neigt dazu, an allen oder an einzelnen Spann-' backen während des Spannvorganges auf der kegeligen Innenfläche an den Spannzähnen abzurutschen und nach oben aufzugleiten bevor die Spannzähne soweit in den Werkstoff eingedrungen sind, daß ein weiteres Aufgleiten nicht mehr möglich ist. Hierdurch liegt das Werkstück nicht mehr plan auf und hat außerdem eine unbekannte Lage hinsichtlich der

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Bezugspunkte für die automatische Steuerung der Bearbeitungswerkzeuge für die nachfolgende Bearbeitung. Dieses Problem hat man zu lösen versucht mit einem Spannfutter der in Bild 10 des genannten Aufsatzes dargestellten und im dazugehörigen Text beschriebenen Bauart. Die Spannbacken mit ihren starr angeordneten Zähnen werden auf radial angeordneten und nach unten geneigten Führungsbahnen bewegt. Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, daß die Spannzähne bei ihrem Eindringen in den Werkstoff das Werkstück gleichzeitig nach unten gegen die Planscheibe - das Kraftspannfutter - ziehen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß der erhoffte Erfolg nicht erreicht wurde. Dies liegt daran, daß der Betrag des Aufgleitens des Werkstückes und der Betrag der Abwärtsbewegung der von den Spannbacken getragenen Spannzähne, der von der Neigung der Führungsfläche abhängig ist, nicht aufeinander abgestimmt werden können. Während alle Spannzähne um den gleichen Betrag abwärts bewegt werden, wobei dieser Betrag in seiner Größe von der Eindringtiefe in das Werkstück abhängig ist, gleitet das Werkstück an jedem Spannzahn um einen anderen Betrag auf, wobei erschwerend hinzu kommt, daß keiner der einzelnen Aufgleitbeträge in seiner Größenordnung mit dem Betrag der Abwärtsbewegung eines Spannzahnes bzw. der Spannzähne übereinstimmen muß. Es kann daher mit den beschriebenen Kraftspannfuttern das dargelegte Problem nicht gelöst werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches es ermöglicht, Eisenbahnräder an den kegelig verlaufenden Radreifeninnenseiten in korrekter Lage sicher einzuspannen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Kraftspannfutter geeigneter Ausbildung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens vorzuschlagen. 35

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem ersten Spannvorgang Spannflächen von für eine Einspannung geeigneter Neigung und

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Form eingeprägt werden und in einem nachfolgenden Spannvorgang die Einspannung an diesen Spannflächen erfolgt.

In einer Ausgestaltung dieses Verfahrens wird nach der ■) Erfindung vorgeschlagen, daß die Einprägung der Spannflächen mittels der für den nachfolgenden Spannvorgang verwendeten Spannzähne vorgenommen wird.

Nach der Erfindung wird zur Durchführung des Verfahrens ■10 vorgeschlagen, daß bei einem Kraftspannfutter mit mehreren radial beweglichen Spannbacken, welche mindestens je einen Spannzahn für eine Einspannung und Mitnahme des Werkstückes tragen, jeder dieser Spannzähne auf dem ihn tragenden radial beweglichen Spannbacken mindestens axial lageveräni> derlich angeordnet ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jeder Spannzahn auf einem jeweils an den radial beweglichen Spannbacken angeordneten Kipphebel angeordnet ist, wobei die eine Seite des Kipphebels mit einem als Kolbenstange ausgebildeten strömungsmittelbetätigten Stößel und die andere Seite des Kipphebels mit einem federbelasteten Bolzen in Wirkverbindung steht.

2"j Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jeder Spannzahn direkt auf der als Spannzahnträger ausgebildeten Kolbenstange eines mit axialer Verschieberichtung in oder an den radial beweglichen Spannbacken angeordneten Strömungsmittelzylinders angeordnet

SO ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Kraftspannfutter soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

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Es zeigen

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch die Hauptspindel einer Senkrechtdrehmaschine mit Kraftspannfutter und aufgelegtem, aber nicht eingespanntem Werkstück.

Fig. 2-5 Ausschnittvergrößerung einer Variante einer Spannbacke im Schnitt in den verschiedenen Positionen des Spannablaufs.

Fig. 6 Kraftspannfutter nach Fig. 1 - 5 in Draufsieht.

Fig. 7-10 Ausschnittvergrößerung einer anderen Variante einer Spannbacke im Schnitt in den verschiedenen Spannablaufpositionen.

Fig. 11 Gesamtansicht einer Senkrechtdrehmaschine mit Hauptspindellagerung und Kraftspann

futter im Schnitt

Ein Eisenbahnrad 1 liegt auf Auflagebolzen 2 auf, welche zwischen den Spannbacken 4 eines Kraftspannfutters 3 angeordnet sind, wobei das Kraftspannfutter 3 auf der Planscheibe 5 einer Senkrechtdrehmaschine angeordnet ist. In einer konzentrischen Bohrung 6 des Kraftspannfutters 3 ist ein Verschiebeteil 7 axial verschiebbar gelagert, welches in bekannter und üblicher Weise über Schrägführungen mit je Spannbacke einem Stößel 8 für die Umsetzung der Axialbewegung des Verschiebeteils 7 in eine Radialbewegung der Stößel 8 in Wirkverbindung steht. Jeder Stößel 8 ist über eine Justierspindel 9 mit einer Spannbacke 4 verbunden. Die Justierspindel 9 ermöglicht die Grundeinstellung der jeweiligen Spannbacke 4 auf die gewünschte Durchmesserlage des Spannbereichs. Das Verschiebeteil 7 ist über eine Schraube 10 mit einer Zugstange 11 verbunden, welche koaxial zur Hauptspindel 14 angeordnet und über den Spannzylinder 13, betätigt vom Kolben 12, axial verschoben werden kann und dabei das Verschiebeteil 7 ebenfalls verschiebt. Der Spannzylinder 13 ist ein Druckmittelzylinder, der im vorliegenden Beispiel mit Hydrau-

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s liköl als Druckmittel betrieben wird. Um die Spannbacken radial auswärts und damit in Spannstellung zu bewegen, muß sich das Verschiebeteil 7 in der Bohrung 6, betätigt von der Zugstange 11, in der Darstellung nach Fig. 1 abwärts ο bewegen. Da die Zugstange 11 mit dem Kolben 12 des Spannzylinders 13 verbunden ist, muß sich der Kolben 12 im Spannzylinder 13 ebenfalls abwärts bewegen. Dies wird erreicht, in dem die Pumpe 20 Druckmittel über die Leitung 21 durch das Druckregelventil 19 und die Leitung 22 dem Wegeventil

to 18 zuführt. Das Wegeventil 18 ist im Ausführungsbeispiel ein impulsbetätigtes Wegeventil, welches seine jeweilige Schaltstellung auch im stromlosen Zustand beibehält. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung wird durch das Wegeventil 18 Drucköl weiter in die Leitung 16 über den

S5 Drehverteiler 15 in den Zylinder des Spannzylinders 13 eingeleitet. Die Drucköleinleitung in den Spannzylinder über die Leitung 16 bewirkt jedoch eine Anhebung des Kolbens 12, wodurch die Spannbacken 4 radial einwärts gefahren werden. Um eine Radial-Auswärtsbewegung zu erreichen muß

o.:i also das Wegeventil 18 in die zweite Schaltstellung gefahren werden. In dieser zweiten Schaltstellung wird Drucköl in die Leitung 17 eingeleitet, wodurch ein Abwärtsfahren des Kolbens 12 und damit eine Radial-Auswärtsbewegung der Spannbacken 4 bewirkt wird. In diesem Fall wird das Druckmittel auf der anderen Seite des Kolbens 12 über die Leitung 16 und das Wegeventil 18 und weiter über die Leitung 23 in den Tank 24 geleitet.

Auf jeder Spannbacke 4 ist ein scheibenförmiger Kipphebel 3D 25 angeordnet, der auf einem Lagerbolzen 26 schwenkbar gelagert ist. Der Kipphebel 25 trägt einen Spannzahn 27, mit welchem die Einspannung des Werkstückes vorgenommen wird. Jede Spannbacke 4 weist weiterhin einen Zylinder 30 auf, in welcher ein Kolben 29 verschiebbar angeordnet ist, der über die beiden Kolbenstangen 28 und 31 geführt wird, wobei die Kolbenstange 28 jeweils in Wirkverbindung mit dem Kipphebel 25 solcher Art steht, daß hierdurch eine Schwenk-

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bewegung des Kipphebels 25 um den Lagerbolzen 26 bewirkt werden kann. Eine solche Schwenkbewegung wird bewirkt durch Aufwärtsbewegen des Kolbens 2 9 und damit der Kolbenstange 28. Hierzu ist erforderlich, daß Drucköl über die Leitung 33 und 33a dem Zylinder 30 zugeführt wird. Dieses Drucköl wird von der Pumpe 20 über die Leitung und über das Druckregelventil 36 durch die Leitung 37 dem Wegeventil 35 zugeführt, welches in der in der Zeichnung nach Fig. 1 dargestellten Schaltstellung das Drucköl weiter in die Leitung 33 führt. Auch bei dem Wegeventil 35 handelt es sich vorzugsweise um ein impulsbetätigtes Ventil, welches seine jeweilige Schaltstellung auch im stromlosen Zustand beibehält. Das dem Zylinder über die Leitung 33 zugeführte Drucköl durchströmt das entsperrbare Rückschlagventil 32, welches vorzugsweise in der Ausnehmung 41 einer jeden Spannbacke 4 angeordnet ist. Dieses entsperrbare Rückschlagventil 32 soll verhindern, daß sich bei Auftreten großer äußerer Kräfte am Werkstück oder bei Ausfall des Hydraulikdruckes die Werkstückspannung lösen kann.

Um die vorgenommene Schwenkbewegung wieder rückgängig zu machen, ist es erforderlich, daß das Wegeventil 35 in die zweite Schaltstellung gebracht wird, so daß nunmehr Drucköl in die Leitung 34 einfließt, wodurch das entsperrbare Rückschlagventil 32 entsperrt wird und damit den Druckölrückfluß über die Leitung 33a und 33 durch das Wegeventil 35 und die Leitung 38 in den Tank freigibt. Hierdurch kann der von der Feder 40 vorbelastete Bolzen 39 den Kipphebel 25 in die andere Richtung schwenken, wodurch über die Kolbenstange 28 der Kolben 29 abwärts bewegt wird.

Die Fig. 2-5 zeigen nun in fortschreitender Reihenfolge die Verfahrensweise nach der Erfindung beim Einspannen eines Eisenbahnrades an der inneren, stark geneigten Fläche des Radkranzes. Zunächst wird ein Eisenbahnrad

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! auf die Auflagebolzen 2, in der Art wie in Fig. 1 dargestellt, aufgelegt. Sodann werden die Spannbacken 4 radial auswärts gefahren, wobei die Kipphebel 25 eine Stellung wie in Fig. 2 dargestellt einnehmen. Hierbei kommen die ti Spannzähne 2 7 in Spannkontakt mit der stark geneigten Radkranzinnenseite 43. Dadurch graben sich die Spannzähne 27 einerseits in den Werkstoff des Radkranzes ein und verursachen andererseits gleichzeitig ein Aufgleiten des gesamten Rades 1, so daß zwischen Auflagebolzen 2 und Rad 1 ein Spalt 42 entsteht. Dieses Aufgleiten des Eisenbahnrades 1 bei der Einspannung muß unbedingt vermieden werden, weil hierdurch das Eisenbahnrad 1 einerseits in der Maschine nicht mehr sicher gespannt ist und andererseits keine definierte Lage mehr in der Maschine einnimmt, so daß es für numerische Steuerungen nicht mehr bearbeitbar ist. Um diese Nachteile zu beheben wird nun, wie in Fig. 3 dargestellt, die erste Spannung nach Fig. 2 gelöst und die Spannbacken 4 wieder radial einwärts gefahren. Hierdurch legt sich das Eisenbahnrad 1 wieder auf die Auflagebolzen 2 auf und nimmt in axialer Richtung die gewünschte definierte Lage wieder ein. Von der vorherigen Spannung bleiben an der Radkranzinnenseite von der Form der Spannzähne 27 abhängige Spannkerben 44 zurück. Der untere Teil dieser Spannkerben 44 weist eine Neigung auf, die für eine Einspannung geeignet ist und ein Aufgleiten des Eisenbahnrades 1 bei einer Einspannung auf dieser Fläche unmöglich machen. Um diesen Vorteil ausnutzen zu können, wird nun, wie in Fig. 4 dargestellt, der Kipphebel 25 und damit der jeweilige Spannzahn 27 in die in Fig. 4 dargestellte Lage

SD geschwenkt, so daß der Spannzahn 27 gegenüber seiner vorherigen Lage eine etwas tiefere Lage einnimmt um einen Betrag, der geringfügig größer als der Betrag des Spaltes 42 ist. In dieser Lage nun werden, wie in Fig. 5 dargestellt, alle Spannbacken 4 radial auswärts gefahren und

3ö in Spannkontakt mit dem Werkstück gebracht. Die Spannzähne 27 liegen nunmehr nur am unteren Teil der mit der ersten Spannung erzeugten Spannkerbe an, so daß ein Aufgleiten des Rades unmöglich ist. Es wird somit eine sichere Einspannung und eine definierte Lage des Eisen-

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bahnrades 1 erreicht.

Die Fig. 7-10 zeigen den gleichen Arbeitsablauf wie Fig. 2-5, jedoch verwirklicht mit einer konstruktiven Variante. In den Fig. 7-10 wird der jeweilige Spannzahn 27 unter Vermeidung des jeweiligen Kipphebels direkt von der entsprechend ausgebildeten Kolbenstange getragen.

Auch bei einer Ausführungsform nach den Fig. 7-10 wird zunächst ein Eisenbahnrad 1 auf die Auflagebolzen 2 in der Art wie in Fig. 1 dargestellt, aufgelegt. Sodann werden die Spannbacken 45 radial auswärts gefahren, wobei die Spannzahnträger 53 eine Stellung wie in Fig. 7 dargestellt, einnehmen. Hierbei kommen die Spannzähne 54 in Spannkontakt mit der stark geneigten Radkranz Innenseite 43. Auch hier graben sich nunmehr die Spannzähne 54 einerseits in den Werkstoff des Radkranzes ein und verursachen andererseits gleichzeitig, wie schon bekannt, ein Aufgleiten des gesamten Rades 1, so daß auch hier zwischen Auflagebolzen 2 und Rad 1 der Spalt 42 entsteht. Aus den bereits bekannten Gründen muß natürlich auch hier dieses Aufgleiten unbedingt vermieden werden. Hierzu wird nun wie in Fig. dargestellt, die erste Spannung nach Fig. 7 gelöst und die Spannbacken 45 wieder radial einwärts gefahren. Dadurch legt sich das Eisenbahnrad 1 wieder auf die Auflagebolzen 2 auf und nimmt in axialer Richtung, wie bekannt, die gewünschte definierte Lage ein. Auch hier bleiben von der vorherigen Spannung an der Radkranz Innenseite von der Form der Spannzähne 54 abhängige Spannkerben 55

3G zurück. Der untere Teil dieser Spannkerben 55 weist ebenfalls eine Neigung auf, die für eine Einspannung geeignet ist und ein Aufgleiten des Eisenbahnrades 1 bei einer Einspannung auf dieser Fläche unmöglich macht. Um nun tatsächlich auf dieser Fläche einspannen zu können,

3c wird wie in Fig. 9 dargestellt, der Spannzahnträger 53 und damit der jeweilige Spannzahn 54 in die in Fig. 9 dargestellte Lage abwärts verfahren, so daß der Spann-

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ι zahn 54 gegenüber seiner vorherigen Lage eine etwas tiefere Lage einnimmt um einen Betrag, der auch hier geringfügig größer als der Betrag des Spaltes 42 ist. In dieser Lage nun werden, wie in Fig. 10 dargestellt, alle Spannbacken 4 radial auswärts gefahren und in Spannkontakt mit dem Werkstück gebracht. Die Spannzähne 54 liegen nunmehr nur am unteren Teil der mit der ersten Spannung erzeugten Spannkerbe an, so daß auch hier wiederum ein Aufgleiten des Rades unmöglich ist. Es wird daher auch mit dieser ίο konstruktiven Variante eine sichere Einspannung und eine definierte Lage des Eisenbahnrades 1 erreicht.

Die Verschiebebewegung des Spannzahnes 54 kann mit den gleichen Steuereinheiten bewirkt werden, mit der auch die in Kippbewegung des Kipphebels erreicht wurde. Es weist hierzu jede Spannbacke 45 einen Zylinder 50 auf, in welchem ein Kolben 51 verschiebbar angeordnet ist, der einerseits über den Führungsbolzen 49 und andererseits über die Kolbenstange 52 geführt wird, wobei die Kolbenstange 52 in ihrer Fortsetzung als Spannzahnträger 53 ausgebildet ist. Um den Spannzahnträger 53 und damit den Spannzahn abwärts zu bewegen ist erforderlich, daß Drucköl über die Leitung 33 und 33b dem Zylinder 50 zugeführt wird. Dieses Drucköl wird, wie bekannt, von der Pumpe 2 0 über die Leitung 21 und über das Druckregelventil 36 durch die Leitung 37 dem Wegeventil 35 zugeführt, welches in der in der Zeichnung nach Fig. 1 dargestellten Schaltstellung das Drucköl weiter in die Leitung 33 führt. Das dem Zylinder 50 über die Leitung 33 zugeführte Drucköl durchströmt das

3v· entsperrbare Rückschlagventil 47, welches vorzugsweise in der Ausnehmung 46 einer jeden Spannbacke 45 angeordnet ist. Dieses entsperrbare Rückschlagventil hat auch hier die Funktion, eine unbeabsichtigte Lockerung der Spannung, z. B. bei Hydraulikdruckausfall, zu verhin-

3ö dem.

Um die Abwärtsbewegung jeden Spannzahnes 54 für eine neuerliche Ersteinspannung wieder rückgängig zu machen,

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ist es erforderlich, daß das Wegeventil 35 in die zweite Schaltstellung gebracht wird, so daß nunmehr Drucköl in die Leitung 34 einfließt, wodurch das entsperrbare Rückschlagventil 47 entsperrt wird und damit den Rückölrückfluß über die Leitung 33 und 33b durch das Wegeventil 35 und die Leitung 38 in den Tank 24 freigibt. Hierdurch kann der von der Feder 48 über den Führungsbolzen 49 federvorbelastete Kolben 51 von der Feder betätigt, aufwärts fahren und das hierdurch verdrängte öl in der bereits geschilderten Weise abfließen.

Beide konstruktiven Varianten können ohne Änderung der Steuerung durch einfachen Austausch der Spannbacken wahlweise angewendet werden. Ebenso ist natürlich auch die Gemischtanwendung möglich.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur radialen Einspannung eines Werkstückes an kegelförmigen Flächen, insbesondere der Einspannung von Eisenbahnrädern an der kegelförmigen Innenseite der Radseiten mittels Kraftspannfutter, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Spannvorgang Spannflächen von für eine Einspannung geeigneter Neigung und Form eingeprägt werden und in einem nachfolgenden Spannvorgang die Einspannung an diesen Spannflächen erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägung der Spannflächen mittels der für den nachfolgenden Spannvorgang verwendeten Spannzähne (2 7, 54D vorgenommen wird.
3. Kraftspannfutter zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und 2, mit mehreren radial beweglichen Spannbacken, welche mindestens je einen Spannzahn für

■'° eine Einspannung und Mitnahme des Werkstückes tragen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannzahn C2 7, 54) auf dem ihn tragenden radial beweglichen Spannbacken (4, 45) mindestens axial lageveränderlich angeordnet ist.
4. Kraftspannfutter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannzahn (27) auf einem jeweils an den radial beweglichen Spannbacken (4) angeordneten Kipphebel (25) angeordnet ist, wobei die eine Seite des Kipphebels (25) mit einem als Kolbenstange (2 8) ausgebildeten strömungsmittelbetätigten Stößel und die andere Seite des Kipphebels mit einem federbelasteten Bolzen (39) in Wirkverbindung steht.
5. Kraftspannfutter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannzahn (54) direkt auf der als Spannzahnträger (53) ausgebildeten Kolbenstange (52) eines mit axialer Verschieberichtung in oder an den radial

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1 beweglichen Spannbacken (45) angeordneten Strömungsmittelzylinders (50) angeordnet ist.

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