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ZusamenfassunS
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Die Erfindung betrifft eine anpassungsfähige Spannbacke, die zum zentrischen
und formschlüssigen Spannen von bearbeiteten und unbearbeiteten rotationssymmetrischen
Werkstücken geeignet ist. Die Spannbacke enthält im wesentlichen ein verschiebbar
angeordnetes Lamellenpaket, das sich der Werkstückgeometrie anpaßt. Durch einen
Verriegelungsmechanismus wird die Spannbackenform gesichert. Wird die Spannbacke
an nicht zentrisch wirkenden Spannmitteln eingesetzt, so kann die Werkstücklage
bezogen auf das Spannmittel über eine Meßeinrichtung ermittelt werden.
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Die anpassungsfähige Spannbacke kann in Verbindung mit umlaufenden
und nicht umlaufenden Spannmitteln verwendet werden.
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Stand der Technik Zum formschlüssigen Spannen von bearbeiteten und
unbearbeiteten Werkstücken mit verschiedenen Abmessungen mittels Greifer einer Handhabungseinrichtung
werden elastische Elemente (Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung 73 (1978)
II. 10, S. 537 bis 539), plastische Elemente (Zeitschrift Fördern und Heben 26 (1976)
13 Fachteil mht, S. 8 bis 11), umformbare Elemente (Zeitschrift Industrial Robot
Vol. 5 (1978) No. 1, S. 24 bis 26 und Zeitschrift Fördern und leben 28 (1978) 1
Fachteil mht S. 40 bis 43), verschiebbare Elemente (Proceedings of the 4th International
Symposium on Industrial Robots, Stuttgart, IPA 1978) und verstellbare Elemente (Proceedings
of the 4th International Symposium on Industrial Robots, Stuttgart, IPA 1978) eingesetzt.
Alle bisher bekannten Lösungsvarianten sind antweder nur für das Greifen und Halten
von Werkstücken mit geringen Massen einsetzbar, oder es wird ein hoher steuerungstechnischer
Aufwand erforderlich z.B. im Zusammenhang mit verstellbaren Elementen.
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Das Anpassen der Spannbacke kann des weiteren dadurch erreicht werden,
indem die Wirkfläche in stabförmige (prismatische oder rotationssymmetrische) Elemente
aufgelöst wird.
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Dieser Lösungsweg ist im DRP 31 59 29 US 26 58 415 sowie in Dt 22
07 778 C3 beschritten worden.
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Bei Abformbacken besteht das Problem, die Position und Orientierung
des Werkstücks nach dem Abformen der Spanngeometrie zu erfassen. Bei den bekannten
Lösungsvarianten wird dßs Ab formen durch die Bedienperson des Handhabungsgerätes
überwacht und die Position und Orientierung des Werkstücks nach dem Abformen bei
der Erstellung des Bewegungsprogrammes für das Han Handhabungsgerät berücksichtigt.
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Diese Lösungsvarianten sind daher nicht automatisierungsge recht.
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Um bearbeitete und unbearbeitete Werkstücke mit verschiedenen Spanndurchmessern
in Kraftspannfuttern formschlüssig zu spannen, besteht die Notwendigkeit, die Spannbacken
zu versetzen, zu wechseln oder auszudrehen. Zur Steigerung der Flexiblität von Spanneinrichtungen
wurden verschiedene Spannbackenwechseleinrichtungen entwickelt (Dt 26 24 775 Al,
Dt 26 i0 389 Al, Dt 26 10 587 Al und 2 104 904), die Spannbacken mit der erforderlichen
Spannbackenform einem Speicher entnehmen und diese in das Spannfutter einsetzen.
Bei diesem Verfahren sind entsprechend der Anzahl von Spanndurchmessern, Spannbacken
zur Verfügung zu stellen. Außerdem verursachen die Wechseleinrichtungen hohe Investitionskosten.
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Um das Wechseln und Ausdrehen von Spannbacken zu vermeiden, besteht
die Möglichkeit, eine formschlüssige Werkstückspannung dadurch zu erreichen, indem
die Spannbackenspannfläche in stabförmige (prismatische oder rotationssymmetrische)
Elemente aufgelöst wird.
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In Ergänzung zu den bereits erwähnten Patentschriften wird ein weiterer
Lösungsweg in DRP 31 59 26 beschrieben.
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Diese Einrichtungen haben jedoch keine zentrierende Wirkung, außerdem
werden die einzelnen Spannelemente ausgenommen in DRP 31 59 26 bei der Einwirkung
von Momenten auf Biegung beansprucht, da eine Klemmung der Spannelemente quer zur
Abformrichtung nicht erfolgt. Außerdem sind diese Spannelemente bisher nicht an
umlaufenden Werkstückträger einsetzbar. Die Abstützung der Spannelemente erfolgt
über Kugeln oder Federkissen, also formschlüssig und nicht kraftschlüssig. In DRP
31 59 26 wird die quer zur Abformrichtung notwendige Spannkraft mittels Schraube
aufgebracht. Die damit erreichbare Klemmkraft ist nicht ausreichend, außerdem verläuft
der Klemmvorgang nicht selbsttätig.
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Aufgabe und Losung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Spannbackenanpassungsvorgang
zu automatisieren, um die Flexibilität von Greifeinrichtungen, die in Verbindung
mit neuzeitlichen liandhabungseinrichtungen eingesetzt werden, voll aus zunutzen.
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Des weiteren besteht zum formschlüssigen Spannen von bearbeiteten
Werkstücken in Kraftspannfuttern die Notwendigkeit, die Spannbacken der Werkstückgeometrie
anzupassen. Die anpassungsfähige Spannbacke muß über einen großen Spannbereich eingesetzt
werden können und muß sich sowohl für das Spannen von unbearbeiteten als auch bearbeiteten
Werkstücken eignen.
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Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl
von Spannbacken zu vermindern und Ausdrehvorgänge an Spannbacken zu vermeiden sowie
die Lagerhaltung von Spannbacken zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch
gelöst, daß in einem Spannbackengrundkörper ein federnd gelagertes Lamellenpaket
eingearbeitet wird, das über einen hydraulisch betätigten Exzentertrieb kraftschlüssig
gespannt werden kann. Zum Erfassen der Lamellenposition sind geeignete Meßeinrichtungen
vorgesehen. In Abhängigkeit der Lamelleneintauchtiefe wird das Signal für den Exzentertrieb
generiert. über die Lamellenpositionen kann die Lage des Werkstücks bezogen auf
den Greiferreferenzpunkt ermittelt werden. Beim Abformen der Spannbacken für Werkstücke
mit verschiedenen Abmessungen entfällt erfindungsgemäß das Uberwachen des Anformvorganges.
Eine Automatisierung des Abformvorganges ist damit sichergestellt.
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In Verbindung mit umlaufenden oder feststehenden Kraftspannfuttern
wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in eine herkömmliche Spannbacke
ein federnd gelagertes Lamellenpaket eingearbeitet wird, daß über Keiltrieb kraftschlüssig
gespannt werden kann. Durch selbsthemmende Auslegung des Keiltriebs bleibt die abgebildete
Form erhalten. Durch die selbsttätige Fixierung der Lamellen lassen sich die Lamellen
entsprechend schmal ausführen, ohne daß sie dadurch der Knickgefahr ausgesetzt sind.
Die kraftschlüssige Fixierung wird durch zwei Keiltricbe erreicht, die durch den
Backengrundkörper und zwei keilförmig ausgebildete Lamellen gebildet werden. Die
zum Spannen des Werkstücks erforderliche Spannkraft wird zum kraftschlüssigen Fixieren
der Spannlamellen ausgenutzt. Durch die federnde Abstützung der Keillamellen wird
durch entsprechende Federabstimmung zentrisches Spannen ermöglicht. Damit die Spannlamellen
wieder in Grundstellung gebracht werden können, ist ein Ausstoß-Keiltrieb vorgesehen.
Der Spannbackengrundkörper muß eine spiralartige oder eine keilartige Verzahnung
aufweisen. Die Plananlage für die zu spannenden Werkstücke wird durch einen Plananschlag
erreicht. Uber eine Positioniereinrichtung, die zentrisch zum Spannfutter angeordnet
ist, kann die Spannbacke bei einem Spannfutter mit keilartiger Verzahnung
auf
die erforderliche Arbeitsposition versetzt werden. Beim formschlüssigen Spannen
von bearbeiteten Werkstücken mit verschiedenen Spanndurchmessern entfällt erfindungsgemüß
das Ausdrehen oder Wechseln der Spannbacken.
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Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Spannbackensätze gemindert
werden. Der Umrüstvorgang für eine neue Spannaufgabe läßt sich mit einfachen Vorrichtungen
automatisieren.
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Beschreibung mehrerer Ausführungsb eispiele Fig. 1 Frontansicht einer
GrefLereinsatzbacke mit Widerst andsplat ine Fig. la Darstellung der federnden Anordnung
der Lamellen in der Greifereinsatzbacke sowie dem Spanntrieb für das Fixieren der
abgebildeten Form Fig. 1b Schnittdarstellung nach Linie BB der Fig. 1.
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Fig. lc Verbindung der Spannhebel, Schnittdarstellung nach Linie CC
der Fig. 1 Fig. 2 Schnittdarstellung der flexiblen Spannbacke für Kraftspannfutter
nach Linie DD der Fig. 2a.
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Fig. 2a Flexible Spannbacke mit federnd gelagerten Lamellen und Keiltrieb
für die Formsicherung.
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Fig. 2c Lamellenrückset zeinrichtung. Schnitt darstellung nach Linie
CC der Fig. 2a.
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Fig. 2d Keiltrieb der Lamellenrücksetzeinrichtung.
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Fig. 3 Spannbackenposit ioniereinrichtung.
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Die in den Figuren 1 bis 10 dargestellte flexible Spannbacke, die
am Finger eines Greifers befestigt wird, besteht aus federnd gelagerten Spannlamellen
(5), zwei Endlamellen (5') die in Verbindung mit einem Exzentertrieb (6') der an
den Spannhebeln (6) angebracht ist, einem Führungssteg (9) sowie einer Führung (2)
am Grundkörper (1) zur Führung der Lamellen (5), zwei hydraulischen Betätigungselementen
(13) für die Spannhebel (6) sowie einer Meßeinrichtung (14, 14a, 14b) zur Erfassung
des Verfahrweges der Spannlamellen (5).
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Die Spannlamellen sind mit einem geschlossenen Längsschlitz (3) ausgerüstet,
in den die querliegende Führungsleiste (9) eingreift sowie einen nach innen geöffneten
Längsschlitz (4) in den der querliegende Vorsprung (2) des Gehäuses (1) eingreift.
Am Boden dieser Längsschlitze befinden sich lialtestifte (10) für die Druckfedern
(11). Die Druckfedern (11) stützen sich in den Bohrungen (2') des querliegenden
Vorsprungs (2) im Grundkörper (1) ab. Zu beiden Seiten des offenen Längsschlitzes
(4) der Lamellen stützen sich Lamellen über je eine Druckfeder (12) am Gehäuse (1)
ab. Durch ein hydraulisch betätigbares TIochdruckelement (13) werden die Lamellen
(5) über die Endlamellen (5') und den lIebeltrieb (6) der mit einem Exzenter (6")
ausgerüstet ist, geklemmt.
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Die Spannhebel (6) sind durch ein Verbindungsstück (7), das in Kraftrichtung
formschlüssig an den Hebeln anliegt, miteinander gekoppelt. Das Hydroelement (13)
wirkt auf das Verbindungsstück (7). Die Klemmung der Lamellen kann auch durch einen
einseitig wirkenden Hebeltrieb ausgelöst werden.
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Parallel zu den Lamellen (5) ist eine Widerstandsplatine (14a) mit
Widerstandsbahnen (14b) entsprechend der Anzahl der Lamellen (5) angeordnet. In
Verbindung mit den Schleifkontakten (14), die auf den Lamellen (5) befestigt sind,
wird eine Meßeinrichtung zum Erfassen des Verfahrweges der Lamellen gebildet. Grundsätzlich
sind auch indulctiv sowie kapazitiv arbeitende Meßverfahren verwendbar.
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Die in den Figuren 2 bis 2d dargestellte flexible Spannbacke, die
in Verbindung mit stehenden sowie umlauf enden Kraftspannfuttern eingesetzt werden
kann, besteht aus einem Grundkörper (1) der durch eine Abdeckplatte (22) geschlossen
wird und in dessen Öffnung sich ein federnd gelagertes Lamellenpaket befindet, das
bis zu einem Plananschlag (23) ausfahren kann. Die an den inneren Ecken abgerundeten
Lamellen (5) sind mit Haltestiften ausgerüstet, die zur Führung der Druckfedern
(24) dienen, die sich an dem Steg (25) abstützen. Der Steg (25) stützt sich mittels
Druckfedern (26) am Gehäuse (1) ab. Zwischen dem Steg (25) und den Druckfedern (26)
greift je ein seitlich des Lamellenpakets liegendes Keilstück (27) an, das in Verbindung
mit dem Gehäuse (1) einen Keiltrieb bildet und bei Verschiebung in Keilrichtung
das Lamellenpaket zusammenspannt. Uber zwei querliegende Druckbolzen (30, 31) die
über je einen Zylinderstift geführt und von der Feder (28) in Grundstellung gehalten
werden, wird über je einen Keiltrieb ein Entriegelstößel (29) betätigt, der so auf
den Steg (25) und Keilstück wirkt, daß diese durch die Federkraft der Druckfedern
(26, 24) gegen die Anschlagplatte (23) verschoben werden.
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Zur Krafteinleitung auf den Spannbackengrundkörper (1) ist dieser
an der Unterseite mit einer spiral- oder keilförmigen Verzahnung ausgerüstet.
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Zum Versetzen der Spannbacke auf eine geeignete POsition im Spannfutter
ist eine Positioniereinrichtung erforderlich, die mindestens über eine numerische
Achse verfügen muß. In Fig. 3 ist beispielhaft eine am Spannfutter angeordnete Einrichtung
dargestellt. Ebenso eignet sich der Werkzeugschlitten einer Maschine.
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Funktionsbeschreibung Vor dem Greifen des Werkstückes einer neuen
Serie von Werkstücken mit gleicher Form und Größe befinden sich die Lamellen der
in Figuren 1 bis lc dargestellten flexiblen Spannbacke in Ausgangsstellung. Das
Abtasten der Greifflächengeometrie erfolgt durch verschiebbare Stahllamellen (5),
die im Grundlcörper (1) federnd gelagert sind und mittels Führungsleiste (9) geführt
werden. Jede Lamelle wird von Federn (11, 12) in Grundstellung gehalten. Die Federkraft
muß größer sein als die Reibkräfte, die zwischen den Lamellen im ungespannten Zustand
auftreten. Auf jeder Spannlamelle (5) ist ein Schleifkontakt (14) befestigt, der
in Verbindung mit einer Widerstandsbahn (14b) einen Schiebewiderstand bildet. Die
Widerstandsbahnen sind auf einer Platine (14a) angeordnet, die über den Spannlamellen
befestigt ist. Uber den Spannungsabfall am Schiebewiderstand kann die Position der
Spannlamelle festgestellt werden. Über einen hydraulisch betätigten Hebeltrieb (6,
7, 13) werden die Spannlamellen (5) über die Endlamellen (5') geklemmt. Die abgebildete
Greiferwirkfläche wird somit kraftschlüssig gesichert. Das Schaltsignal für den
Hebelspanntrieb wird aus der Position der Spannlamellen generiert.
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Der Abformvorgang wird durch die Greiferschließbewegung eingeleitet.
In Verbindung mit einem Zangengreifer kann die Position des Werkstücks, bezogen
auf die Greiferachsen, aus der Stellung der Lamellen abgeleitet werden Bei Werkstücken
mit parallel liegenden Greifflächen kann die Spannbacke auch zur Erkennung der Position
und Orientierung des IIandhabungsobjektes verwendet werden. Aus der Anzahl der gedrückten
Lamellen und aus der Positionsänderung der Lamellen können unter Berücksichtigung
der Spannkraft die zulässigen Beschleunigungskräfte ermittelt werden.
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Der in den Figuren 2 bis 2d dargestellten flexiblen Spannbacke für
Kraftspannfutter liegt folgendes Wirkprinzip zugrunde: Nach der Vorpositionierung
der Spannbacke durch eine Spannbackenpositioniereinrichtung (35) (eigene Vorrichtung
zum Versetzen der Backen oder über den Werkzeugschlitten der Arbeitsmaschine) muß
das zu spannende Werkstück von der Werkstückhandhabungseinrichtung gegen den Anschlag
(23) zur Plananlage gebracht werden. Danach wird die Spannbackenform in den radial
federnd gelagerten Lamellen (5) des Lamellenpaketes abgebildet. Durch weiteres radiales
Verschieben kommen die Keillamellen (27) an der Werkstückoberfläche zur Anlage.
Die zunehmende Federkraft, gegen die der Antrieb der Spannbackenpositioniereinrichtung
(35) arbeitet, wird gemessen. In Abhängigkeit von der Stellung der Spannbacke zur
Keilstange des Spannfutters wird das Verriegelungssignal für das Spannfutter generiert.
Nun erfolgt däs Entkoppeln von Spannbackenpositioniereinrichtung und Spannbacke.
Der Spannfutterantrieb drückt die Spannbacke weiter gegen das Werkstück, bis die
Keillamellen (27) mit Backengrundkörper (1) flächenhaft in Berührung kommen. Dann
wird der eigentliche Spannvorgang eingeleitet. Die Bewegungsenergie wird durch das
Keilgetriebe (27,1) umgesetzt. Die erzeugte Normalkraft wirkt auf die Spannlamellen
(5), die durch die entstehenden Reibkräfte ihre Position beibehalten und dadurch
den Aufbau der Normalkraft für die Spannaufgabe gewährleisten.
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In Verbindung mit einem Planspiralfutter muß der Antrieb der Planspirale
über eine Antriebseinheit erfolgen, um die Spannbacke auf den entsprechenden Spanndurchmesser
zu versetzen und die Spannkraft einzuleiten.