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Werkstück-Spannvorrichtung für Werkzeugmaschinen
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Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Spannvorrichtung der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 genannten Art.
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Bei den bekannten Vorrichtungen zum zusätzlichen stirnseitigen Spannen
von zum Beispiel in einem Spannfutter eingespannten sich drehenden Werkstücken ist
die Zentrierspitze in einem Träger angeordnet, der auf am Maschinengestell der Drehmaschine
angeordneten Führungsbahnen verstellbar und in der Regel festklemmbar ist. Diese
Spannvorrichtungen bei Werkzeugmaschinen anzuwenden, die für die Bearbeitung von
kurzen Werkstücken entwickelt worden sind, also bei sogenannten Kurzdrehmaschinen,
beispielsweise in der Art gemäß DE-OS 23 53 845, oder auch bei sogenannten Frontdrehmaschinen,
die im Einzelfall auch für die Bearbeitung relativ langer Werkstücke ausrüstbar
sein sollen, ist insofern nachteilig, weil sowohl durch die genannten Führungsbahnen
als auch durch den großvolumigen Träger der Zentrierspitzen der Zugang zum Arbeitsraum
der Drehmaschine ganz erheblich beeinträchtigt wird.
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Bei dieser Art von Drehmaschinen werden daher andere Lösungen bevorzugt.
So ist es zum Beispiel bekannt, den Träger der Zentrierspitze unverstellbar mit
dem Maschinengestell einer Drehmaschine zu verschrauben. Dies vermeidet zwar eine
Bettführung, bedeutet aber andererseits,
daß die Zentrierspitze
in einer axial verschieblichen Pinole im Träger gelagert sein muß, die dann bei
relativ kurzen Werkstücken weit aus dem Träger herausragt, wodurch die Genauigkeit
leidet Bekannt ist auch, die Zentrierspitze mit oder ohne Pinole an einem Werkzeugrevolver
anzuordnen Diese Lösung erfordert aber weitere Werkzeugträgerschlitten an der Drehmaschine,
welche die Bearbeitungswerkzeuge tragen. Darüber hinaus ist es bei allen Ausführungen,
die an automatisch arbeitenden Drehmaschinen eingesetzt werden, notwendig, die Bewegungen
der Zentrierspitze durch sogenannte Kraftantriebe zu steuern Diese Antriebe sind
in nächster Nähe der bewegten Teile angeordnet, um eine gute, möglichst verlustlose
Kraftübertragung zu gewährleisten Es ist daher erforderlich, flexible Energie führungsleitungen
und Steuerleitungen im Arbeitsraum so zu verlegen, daß sie dem bewegten Maschinenteil
folgen können Diese Leitungen sind im Arbeitsraum der Drehmaschine hinderlich, da
sie den Spänefall beeinträchtigen und durch die heißen Späne andererseits selbst
beschädigt werden können, so daß die Betriebssicherheit der Drehmaschine auf lange
Sicht in Frage gestellt ist Ferner sind zur Überwachung der Bewegungen der Zentrierspitze
elektrische Schaltelemente erforderlich, die Teile der notwendigen Steuereinrichtung
sind und die ebenfalls im Arbeitsraum der Drehmaschine angeordnet werden müssenp
vgl US-PS 3.731#564 Trotz üblicher Maßnahmen zur Abdeckung sind diese Schaltelemente
durch Kühlmittel und Späne ebenso gefährdet wie die Leitungen selbst, bei denen
sogar die als Schutz gegen mechanische Beschädigungen vorgesehenen Metallumhüllungen
erfahrungsgemäß nach längerer Betriebszeit zerstört werden können Ausgehend von
dem Stande der Technik gemäß der genannten DE-OS 23 53 845 und US-PS 3073So564 liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer mit einer Zentrierspitze ausgerüsteten
Werkstück#Spannvorrichtung für eine Drehmaschine wesentlich zu vereinfachen und
so auszubilden,' daß eine gegen Späne und Kühlmittel geschützt Anordnung der Energieführungsleitungen
möglich wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Trägers auf der parallel
zur Drehachse der Drehspindel sich erstreckenden, unverdrehbaren aber axial verstellbaren
Führungsstange, die im Maschinengestell verdrehsteif geführt ist, wird erreicht,
daß auf breit ausladende Führungen am Maschinengestell verzichtet werden kann und
auch der Träger für die Zentrierspitze entsprechend schmaler und einfacher im Aufbau
ausgebildet werden kann. Anstelle der teuren Bettführungen sind einfach herzustellende,
zum Beispiel kreisrunde Lagerstellen im Maschinengestell vorgesehen, die bei Drehmaschinen
ohne Anordnung einer die Zentrierspitze aufweisenden Spannvorrichtung in einfacher
Weise, zum Beispiel durch Deckel, verschlossen werden können, oder aber erst dann
hergestellt werden, wenn die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dort angebaut werden
soll. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Spannvorrichtung ermöglicht daher deren
nachträglichen Einbau in bereits bei Kunden befindlichen Drehmaschinen, wenn die
genannten Lagerstellen im Maschinengestell bei allen Drehmaschinen ohne Unterschied
fertigbearbeitet und bei Nichtverwendung lediglich abgedeckt werden.
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Dadurch, daß der Träger der Zentrierspitze auf der Führungsstange
festzuklemmen ist und die Spannbewegungen der Zentrierspitze somit in gleicher Weise
von der Führungsstange ausgeführt werden, ergibt sich der weitere Vorteil, daß sowohl
der Antrieb, also der Spannmotor, als auch die wegüberwachenden Schaltelemente der
Steuereinrichtung und letztlich auch die Energieführungsleitungen sowie die Steuerleitungen
in einem Bereich des Maschinengehäuses angeordnet werden können, der vom Arbeitsraum
der Drehmaschine getrennt ist.
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Daraus ergibt sich eine höhere Betriebssicherheit und zum anderen
auch ein Preisvorteil, da nicht nur auf metallummantelte Leitungen verzichtet werden
kann, sondern deren Verlegung auch einfacher ausführbar ist und weil darüber hinaus
auch kürzere Leitungen Verwendung
finden können Spannantrieb und
Wegüberwachung können nämlich in unmittelbarer Nähe des Hauptmotors für den Drehantrieb
des Werkstückes angebracht werden Die Antriebs und Steuermittel müssen nun nicht
mehr verstreut angeordnet werden, sondern es kann ein Antriebszentrum gebildet werden,
und zwar in unmittelbarer Nähe des Steuerschrankes, der die für die in der Regel
elektronische Steuerung der Drehmaschine notwendigen Schaltungsanordnungen aufweist
Die verdrehsteife Lagerung der Führungsstange kann auf verschiedene Weise erreicht
werden Gemäß der Erfindung ist vorgeschlagen, ein Führungslineal parallel zur Werkstückachse
vorzusehen, gegen das ein an der Führungsstange in Umfangsrichtung einstellbarer
angeordneter Anschlag mittels eines weiteren Kraftantriebes andrückbar ist.
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Auf diese Weise ist einerseits die Position der Zentrierspitze in
der Horizontalen einstellbar und andererseits wird durch das kraftbetätigte Andrücken
des Anschlages gegen das Führungslineal ständig die spielfreie Lage der Zentrierspitze
sichergestellt.
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Wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Führungsstange
axial verschieblich und drehbar im Maschinengestell gelagert, so ergibt sich als
weiterer VorteilS daß dann, wenn der zweite Kraftantrieb, der den Anschlag gegen
das Führungslineal drückt, in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt wird, die
Führungsstange verdreht wird, so daß die Zentrierspitze aus ihrer Spannposition
in eine seitliche Ruheposition verschwenkbar ist Dies bringt besonders dann Einsparungen
an Maschinen-Nebenzeiten, wenn sehr lange Werkstücke relativ tieZ in die Werkstückspindel
eingeführt und wieder herausgezogen werden müssen. Ein kurzes seitliches Wegschwenken
der Zentrierspitze erfordert nämlich weit weniger Maschinen Mebenzeit als ein axiales
Wegbewegen der Zentrierspitze, das der in die Werkstückspindel eingeführten Werkstücklänge
angepaßt sein muß.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin 9 daß die Zentrierspitze immer
gleich weit aus dem Träger herausragt, wodurch im Vergleich zu einer Ausführung
mit längsverschieblichem Träger eine immer gleichbleibende
Steifigkeit
gewährleistet ist. Unter diesem Gesichtspunkt ist es möglich, alle Teile der Drehmaschine
und der Spannvorrichtung konstruktiv und steuerungstechnisch optimal auszulegen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht
einer Werkzeugmaschine mit einer Werkstück-Spannvorrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Werkzeugmaschine gemäß
Figur 1 mit Blickrichtung auf die Zentrierspitze der Werkstück-Spannvorrichtung,
Figur 3 eine Ansicht entsprechend Figur 2 einer Weiterbildung der Erfindung, und
Figur 4 einen Teilschnitt gemäß 1-1 in Figur 3.
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Auf einem Maschinengestell 1 einer Werkzeugmaschine ist ein Spindelkasten
2 angeordnet, in dem eine nicht dargestellte Werkstückspindel gelagert ist, die
am Spindelkopf einen Befestigungsflansch 3 für ein Spannmittel 4 trägt. Das Spannmittel
4 kann, wie in Figur 1 dargestellt, ein Spannfutter sein oder eine Zentrierspitze,
der dann zur Übertragung des Drehmoments auf das Werkstück 5 ein nicht dargestellter
Drehmitnehmer beigeordnet sein muß. Das Werkstück 5 wird am anderen Ende durch eine
Zentrierspitze 6 abgestützt, die mittels einer exzentrischen Büchse 7 in einem Träger
8 gelagert ist. Durch Drehen der Büchse 7 ist die Zentrierspitze 6 in der Vertikalen
in bezug auf die Werkstückspindel einstellbar. Der Träger 8ist von einer Führungsstange
9 durchdrungen, auf der er mittels Schrauben 10, von denen lediglich eine angedeutet
ist, in beliebiger axialer Position festklemmbar ist. Bei gelösten Sehrauben 10
kann der Träger 8
auf der Führungsstange 9 in eine andere axiale
Position, der jeweiligen Werkstücklänge entsprechend, verschoben werden. Die relative
Lage von Träger 8 und der Führungsstange 9 in Umfangsrichtung der Führungsstange
ist gesichert; hierzu können verschiedene Mittel dienen.
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In Figur 1 ist zu diesem Zweck an der Führungsstange 9 eine in geeigneter
Weise befestigte Führungsleiste 11 gezeigt, die an sich bekannte Vorteile hat Aber
auch jede andere, die Zuordnung von Träger und Führungsleiste sichernde Querschnittgestaltung
der Führungsstange 9 in diesem Bereich ist denkbar.
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Die Führungsstange 9 ist bei A und B im Maschinengestell mittels einstellbarer
Führungsbüchsen12 gelagert, wodurch das Lagerspiel sehr klein gehalten werden kann
Die beiden Lagerstellen A und B können auch so angeordnet sein, daß die Führungsstange
9 fliegend gelagert ist, wobei die Führungsstange 9 an dem den Träger 8 aufnehmenden
Ende nicht im Maschinengestell 1 abgestützt ist. Das mit dem Maschinengestell 1
verschraubte Tragteil 1a für die Lagerstelle B kann dann entfallen. Diese Lagerung
bringt eine weitere Verbesserung der Zugänglichkeit des Arbeitsraumes Auch müssen
die Lagerstellen A und B nicht unterhalb des Werkstückes 5 liegen. Je weiter die
Lagerstellen A und B nach oben und seitwärts von der Drehmitte des Werkstückes 5
angeordnet werden, umso besser wird der für den Spänefall erforderliche Freiraum
im Arbeitsraum.
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An dem dem Spindelkasten 2 zugewandten Ende ist die Führungsstange
9 abgesetzt und bildet eine Kolbenstange 13 mit einem darauf unverschieblich angeordneten
Kolben 14, der in einem mit dem Maschinengestell 1 verschraubten Hydraulikzylinder
15 verschieblich ist.
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Zwei Hydraulikleitungen 16 und 17 führen Drucköl oder ein anderes
Hydraulikmedium zum Zydraulikzylinder 15. Die Kolbenstange 13 durchdringt den Hydraulikzylinder
15 beidseitig und trägt an ihrem freien Ende axial verstellbare Nocken 182 19, die
zugeordnete Endschalter 20, 21 betätigen, welche auf einer mit dem Maschinengestell
1 verschraubten
Konsole 22 angeordnet sind. Diese Endschalter
dienen der Hubkontrolle des Kolbens 14 und damit zum Überwachen der axialen Position
der Zentrierspitze 6. Die Anzahl, Ausbildung und Anordnung der Nocken 18, 19 und
Endschalter 20, 21 kann in freier Wahl getroffen werden.
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Auf der Kolbenstange 13 oder auf der Führungsstange 9 ist ein Hebel
23 unverdrehbar angeordnet, der einen in bezug auf die Umfangrichtung der Führungsstange
9 einstellbaren Anschlag 24 aufweist, der durch einen zweiten, am Hebel 23 angreifenden
Hydraulikzylinder 25 ständig gegen ein parallel zur Drehspindelachse gerichtetes,
am Maschinengestell 1 angeordnetes Führungslineal 26 gedrückt wird. Damit wird ein
Spiel in Umfangsrichtung vermieden und somit eine sehr genaue Abstützung des Werkstückes
5 erreicht.
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Die beschriebene Vorrichtung ist im Bereich der Lagerstellen A und
B drehbeweglich ausgebildet, so daß durch Beaufschlagen des zweiten Hydraulikzylinders
25 in entgegengesetzter Richtung auf sehr einfache Weise seitliches Wegschwenken
der Zentrierspitze 6 erreicht werden kann. Hierdurch wird ein relativ tiefes Einführen
des Werkstückes 5 in das Spannmittel 4 und bis tief in die Werkstückspindeln hinein
leicht durchführbar, ohne den Hub des Kolbens 14 entsprechend groß gestalten zu
müssen. Dieses seitliche Wegschwenken spart, wie bekannt, erheblich an Maschinen-Nebenzeit.
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Diese entsprechende Ausgestaltung erfordert dann, wie in Figur 2 dargestellt,
zwei weitere Endschalter 27a und 27b zur Kontrolle der Schwenkstellungen. Da bei
einer solchen Ausbildung der zweite Hydraulikzylinder 25 und auch seine Kolbenstange
dann sowohl der Axialbewegung als auch der Drehbewegung der Führungsstange 9 folgen
müssen, sind an den entsprechenden Anlenkpunkten 28 und 29 am Maschinengestell 1
und am Hebel 23 Kreuzgelenke vorzusehen.
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In Figur 3 und Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Für bereits beschriebene Einzelheiten sind dort die gleichen Bezugsziffern
verwendet.
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Der Hebel 23 weist bei dieser Ausbildung auf der dem Führungslineal
26 entgegengesetzten Seite eine schräge Fläche 30 aufs gegen die eine korrespondierende
schräge Fläche 31 der Kolbenstange 33 eines Kolbens 32 anliegt 9 sobald der in einem
Zylinder geführte Kolben 32 auf der Unterseite mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt
wird.
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Hierdurch wird eine formschlüssige Verriegelung des Hebels 23 und
damit des Trägers 8 erreicht Der Hydraulikzylinder 25 kann dann erheblich kleiner
ausgebildet werden weil er nur noch die Aufgabe des seitlichen Wegschwenkens der
Zentrierspitze 6 zu erfüllen hat. Wird diese Schwenkfunktion nicht gewünscht 9 kann
der Schwenkzylinder 25 entfallen Bei der Lösung gemäß Figur 3 und 4 kann auch auf
Kreuzgelenke in den Anlenkpunkten 28 und 29 verzichtet werden Hierzu ist der Hebel
23, wie in Figur 4 dargestellt, U-förmig ausgebildet und die Gelenke 28, 29 werden
durch Bolzen 34, 35 gebildet, die parallel zur Führungsstange 9 gerichtet sind Beim
Spannvorgang, d.h. bei der Axialbewegung der Führungsstange 9, gleitet der Gelenkkopf
der Kolbenstange des Hydraulikzylinders 25 auf dem Bolzen 35 im Hebel 23.
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Selbstverständlich können als Antriebe für die beschriebene Anordnung
alle bekannten Arten von Antrieben Verwendung finden. So könnte man beispielsweise
durch Anwendung eines Drehfeldmotors mit Zahnradtrieb den Hydraulikzylinder 25 und
die Kreuzgelenke ersetzen, weil die Antriebsbewegung eines Zahnrades der Schwenkbewegung
der Führungsstange 9 entspricht und andererseits auch eine axiale Verschiebung im
Zahneinogriff zulässig ist Infolge hoher Spannkräfte und/oder Zerspanungskräfte
kann die Biegebeanspruchung sowie die Torsionsbeanspruchung der Führungsstange 9
unter Umständen so groß werden, daß eine ergänzende Absicherung der Führungsstange
erforderlich wird Hierzu wird vorgeschlagen, auch bei der Lagerstelle B eine Einrichtung,
wie sie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt und vorstehend beschrieben worden ist,
vorzusehen.
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Es kann aber alternativ hierzu bei B eine Klemmeinrichtung angeordnet
werden, beispielsweise in Form einer hydraulisch beaufschlagten Spannbuchse oder
eine ähnliche Einrichtung. Auch der Spannantrieb könnte vielfach anders gelöst werden.
Jedoch wurde im Ausführungsbeispiel die hydraulische Lösung deshalb gewählt, weil
damit eine sehr einfache werkstückabhängige Anpassung der Spannkraft möglich ist.
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