DE3146719A1 - Fluidbetaetigbares hohles spannfutter - Google Patents

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres Γ Office Europeen des Brevets

- 3 Fluidbetätigbares' hohles Spannfutter

Die Erfindung betrifft allgemein Werkzeugmaschinen mit hohlen Spindeln und darauf angeordneten hohlen Spannfuttern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein fluidbetätigbares hohles Spannfutter, in welchem ein fluidbetätigbarer Zylinder zum Antrieb der Spannbacken des Spannfutters einteilig mit dem Spannfutter ist, um die Durchgangsbohrung der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine mit höchster Wirkung ausnützen zu können. Spannfutter dieser Art werden im allgemeinen "Front-Spannfutter" genannt und oft zum Bearbeiten von Rohren für öl bohrgerät und .Elektrodenstangen von Elektroöfen eingesetzt. Diese Spannfutter sind zum Bearbeiten von Stangen- und Rohrmaterial mit verhältnismäßig großen Durchmessern geeignet.

In jüngerer Zeit werden weithin numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen eingesetzt. In vielen Fällen werden dabei zur Erhöhung der Verläßlichkeit bei solchen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen die Kiemmund Lösezustände der Werkstücke durch elektrische Aufnehmer für die Verlagerung der Klemmbacken des Spannfutters überwacht.

Für diesen Zweck ragt bei einem üblichen fluidbetätigbaren Spannfutter, bei welchem das Spannfutter und ein Fluidzylinder zur Betätigung der Klemmbacken getrennt sind, die Kolbenstange des Betätigungskolbens von dessen Rückseite her in den Zylinder ein, der am rückwärtigen Ende der Maschinenspindel angeordnet ist, und die Stellung des Endes der KoIbenstange wird an einem Punkt rückwärts vom Zylinder mittels Grenzschaltern oder Annäherungsschaltern erfaßt, um so die Verlagerungen der Klemmbacken /u messen.

Im Gegensatz dazu ist bei einem fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter, bei welchem das Spannfutter und der die Klemmbacken betätigende Zylinder eine einheitliche Konstruktion bilden, im Hinblick auf die grundsätzliche Funktion des Spannfutters die Anordnung eines Rohres oder einer Stange zum übertragen der Verlagerungen des hohlen Kolbens zu einer Stelle rückwärts von der Maschinenspindel in der Durchgangsbohrung der Spindel nicht zulässig. Aus diesem Grunde ist ein Erfassen der Verlagerungen der Klemmbacken an einem Punkt rückwärts von der Spindel wie bei dem beschriebenen Spannfutter üblicher Bauart nicht möglich, so daß es zwingend erforderlich schien» diese Messung an einem Punkt vorne an der Spindel vorzunehmen.

Bei einem bekannten fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter dieser Bauart (US-PS 3,918,352,Fig. 5) ist ein rückwärtiger Deckel auf der Rückseite des Spannkörpers vorgesehen, auf dessen Innenseite eine Zylinderkammer auf der Maschinenspindel vorgesehen ist, wobei eine Führungshülse im Spannkörper und in einem zentralen Loch des rückwärtigen Deckels montiert und mit dem Spannkörper verbunden ist und wobei ein hohler Kolben auf dem äußeren Umfang dieser Führungshülse gleitend angeordnet ist.

Bei diesem Spannfutter mag es zwar möglich sein, auf der Rückseite des hohlen Kolbens eine von dem rückwärtigen Deckel nach hinten ragende Kolbenhülse anzuordnen und die Stellung dieser KoIbenhülse mittels Schaltern zu erfassen. Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion muß jedoch die Kolbenhülse auf der Innenseite der Anbringung des rückwärtigen Deckels und der Spindel angeordnet sein, wodurch es praktisch unmöglich ist, Bewegungen der Kolbenhülse zu erfassen. Eine andere Meßmethode, welche ausführbar erscheinen könnte, könnte darin gesehen werden, mehrere Stifte in dem hohlen Kolben einzubetten und die Verlagerungen dieser Stifte nach außen aus dem Spannfutterkörper zu führen und diese Verlagerungen zu messen. Ein Meßsystem zum Anwenden dieser Methode wäre jedoch

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kompliziert und schwierig in die Praxis umzusetzen. Somit steht gemäß dem Stand der Technik ein praktisches Meßsystem, mit dem elektrisch die Verlagerungen der Klemmbacken erfaßt werden können, nicht zur Verfügung.
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Ferner ist bei einem bekannten fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter der beschriebenen Bauart der Spannkörper mit der Maschinenspindel mittels eines rückwärtigen Deckels verhältnismäßig geringer Stärke gekuppelt, so daß die Steifigkeit des Spannfutters trotz des Zuwachses an Gesamtgewicht des Spannfutters nicht erhöht werden kann, und es wurde deshalb oft als schwierig angesehen, Spannfutter dieser Bauart beim Bearbeiten mit großen Beanspruchungen einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei fluidbetätigbaren hohlen Spannfuttern zu überwinden und ein fluidbetätigbares Spannfutter praktischer Bauart zu schaffen, bei welchem die Verlagerungen der Klemmbacken elektrisch positiv an einer Stelle vor der Maschinenspindel erfaßt werden können, wobei die Steifigkeit des Spannkörpers erhöht wird. Zur Lösung dieser Merkmale dienen die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei einem Spannfutter nach der Erfindung wird durch Anbringen eines Zylinderkörpers am Spannkörper eine zylindrische Ringkammer auf der Außenseite des Montageabschnittes des Spannkörpers geschaffen, wobei ein Ringkolben gleitend in der Zylinderkammer untergebracht ist und an seiner Rückseite eine Kolbenhülse hat, die gleitend in einen Zwischenraum zwischen dem Spannkörper und dem Zylinderkörper paßt und aus dem Zylinderkörper nach hinten herausragt, so daß Annäherungsschalter zum Erfassen der Stellungen der Kolbenhülse an einer Stelle hinter dem Zylinderkörper angeordnet werden können.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen anhand von vorteilhaften Ausführungen mit Weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführung eines fluidbetä'tigbaren hohlen Spannfutters gemäß der Erfindung, wobei gewisse Teile weggelassen sind;

5" Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1 gesehen

in Pfeil richtung;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt längs der durch die Linie III-III in Fig. 2 angedeuteten Ebene in Richtung der Pfeile;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1 in Pfeilrichtung;

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche einen

Zugbalken und einen Keil block darstellt;

Fig. 6 einen Teil schnitt, welcher die Anordnung eines Hilfs-

backens an einem Hauptbacken darstellt; 20

Fig. 7 eine Teilansicht der Anordnung nach Fig. 6 von rechts und

Fig. 8 in einem Längsschnitt eine Hälfte einer anderen Ausführung eines Spannfutters gemäß der Erfindung. 25

Ein erstes Beispiel eines fluidbetätigbaren, hohlen Spannfutters, das eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, sei nun anhand der Fig. 1 bis 7 beschrieben.

Dieses fluidbetätigbare hohle Spannfutter 1 hat einen hohlen Spannkörper 2 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 3 und an seinem Außenabschnitt einen Vorderteil 2a mit großem Durchmesser (rechter Teil in Fig. 2) und einen Hinterteil 2b mit kleinerem Durchmesser (linker Teil

in Fig. 2).

Wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist, ist der Spannkörper an seiner Frontseite mit drei Klemmbacken-Montageschlitzen 4 versehen, die T-Querschnitt haben und durch Bearbeiten in die Frontseite des Spannkörpers in gleichen Winkelabständen mit radialer Ausrichtung eingebracht sind. Auf einer Seite jedes Klemmbacken-Montageschlitzes 4 (auf der i.m Uhrzeigersinn liegenden Seite gemäß Fig. 1) ist ein Einsatzloch 5 als Durchgangsloch durch den Vorderteil 2a des Spannkörpers 2 parallel zur Spannfutterachse eingearbeitet. Jeder Klemmbacken-Montagfischlitz 4 ist mit dem zugehörigen Einsatzloch 5 über eine Gleitnut 6 verbunden, die parallel zur Spannfutterachse verläuft und parallele,gegenüberliegende Gleitflächen 6a, 6a aufweist, die senkrecht zu den Seitenflächen des Montageschlitzes 4 stehen.

Die Frontseite des Spannkörpers 2 ist ferner mit einer flachen Aussparung 7 zur Aufnahme einer Abdeckplatte für jedes Einsatzloch 5 und die zugehörige Gleitnut 6 versehen. Ferner sind mehrere (beim gezeigten Beispiel 9) Bolzenlöcher 8 im Spannkörper 2 für Spannfutter-MontcHjebolzen im Sparmkörper ? parallel /u seiner Λ< h',e al'. Durchgangslöcher ausgebildet, die von der Frontseite zur Rückseite des Spannkörpers führen und auf einem gemeinsamen Mittenkreis 9 im Abstand von den Klemmbacken-Montageschlitzen 4 und nahe der zentralen Durchgangsbohrung 3 liegen. Der Durchmesser des Mittenkreises 9 ist gleich demjenigen eines Mittenkreises von Bolzenlöchern 11 in der Hauptspindel der Werkzeugmaschine gewählt, an welcher das Spannfutter 1 montiert ist. Die Bolzenlöcher 8 sind ferner koaxial mit den entsprechenden Bolzenlöchern 11 angeordnet. Die Rückseite des Vorderteils 2a des Spannkörpers 2 ist um seinen äußeren Umfang mit einer abgesetzten Schulter 12 zum Ansetzen des Frontendes eines ringförmigen Zylinderkörpers 28 versehen, der im folgenden beschrieben wird.

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Je ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichneter Klemmbacken ist in je einer der drei Klemmbacken-Montageschlitze 4 des Spannkörpers 2 montiert und wie folgt aufgebaut. Ein Hauptbacken 15 ist gleitend in jedem Klemmbacken-Montageschlitz 4 geführt. Im Front-Mittelteil jedes Hauptbackens 15 ist eine Mutternut 16 von T-Querschnitt durch Bearbeiten geformt. Auf der Frontseite jedes Hauptbackens 15 sind auf beiden Seiten der Mutternut 16 Zähne 15a eines Stimzahn-Abschnittes ausgebildet. Ferner ist eine Keilverzahnung 15b, deren Zähne relativ zur Gleitrichtung des Hauptbackens 15 mit einer Neigung nach hinten und gegen den äußeren Umfang des Spannkörpers 2 versehen sind, auf einer Seitenfläche jedes Hauptbackens 15 zunächst dan Einsatzloch 5 ausgebildet.

In der Mutternut 16 jedes Hauptbackens 15 ist eine Klemmbacken-Mutter beweglich aufgenommen. Zähne 18a eines Kopfbackens 18 kämmen mit den erwähnten Zähnen 15a jedes Hauptbackens 15, und der Kopfbacken 18 ist mit dem Hauptbacken 15 durch zwei Befestigungsbolzen -19 verbunden, die in die Klemmbacken-Mutter 17 eingeschraubt sind.

Der beschriebene Hauptbacken 15 hat innere Endflächen .15c, die dem Inneren der Durchgangsbohrung 3 des Spannkörpers 2 zugewandt sind, und in denen Gewindelöcher 20 für Montagezwecke vorgesehen sind. Nach Wunsch kann ein Hilfsbacken 22 an der inneren Endfläche 15c gemäß den Fig. 6 und 7 durch Einschrauben von Bolzen 22 in die Gewindelöcher 20 angebracht werden.

Je ein Keilblock 23 gemäß Fig. 5 ist in jeder Gleitnut 6 des Spannkörpers 2 so angeordnet, daß er parallel zur Achsrichtung des Spannfutters darin gleitverschieblich ist. Jeder Keil block 23 hat eine Kei!verzahnung 23a auf der dem zugehörigen Klemmbacken 14 zugewandten Seite. Diese Kei!verzahnung 23a kämmt mit der Keil verzahnung 15b jedes Hauptbackens 15. Der Kei!block 23 hat ferner einen Vorsprung 23b, an der dem Klemmbacken 14 abgewandten Seite. In jedem Einsatzloch 5 des Spannkörpers 2 ist ein Zugbalken 24 gleitend und gas-

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dicht eingepaßt. Das rückwärtige Ende des Zugbalkens ist mit einem im folgenden noch beschriebenen Hohlkolben gekuppelt. An seinem Frontabschnitt hat der Zugbalken 24 an einer Seitenfläche eine Aussparung 24 zum Zusammenwirken mit dem Vorsprung 23b des Keilblocks 23.

In jeder flachen Aussparung 7 ist eine Abdeckplatte 25 eingesetzt und mittels Schrauben 26 befestigt. Die Abdeckplatte soll das Eindringen von Spänen,Verschnitt und Schneidöl in die Gleitnut 6 verhindern.

Der Spannkörper 2 kann direkt mit der Frontseite der Spindel 10 der Werkzeugmaschine dadurch verbunden werden, daß Befestigungsbolzen 27 durch die Bolzenlöcher 8 des Spannkörpers 2 gesteckt und die Bolzenenden in die Bolzenlöcher 11 der Spindel 10 eingeschraubt werden.

Der schonerwähnte ringförmige Zylinderkörper 28 ist gasdicht mittels einer großen Anzahl von Schrauben 29A auf der Schulter 12 des Spannkörpers 2 befestigt und umgibt somit den Hinterteil 2b des Spannkörpers diesen umschließend. Als vorderen Abschnitt hat der Zylinderkörper eine Zylinderbohrung 28a relativ großen Innendurchmessers und als rückwärtigen Abschnitt eine Hülsen-Gleitbohrung 28b verhältnismäßig geringen Innendurchmessers, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Hinterteils 2b des Spannkörpers ist. Eine ringförmige Zylinderkammer 29 ist somit zwischen der Innenfläche der Zylinderbohrung 28a und der Außenfläche des Hinterteils 2b gebildet, wobei ein ringförmiges Aufnahmespiel 30 zwischen der Innenfläche der Bohrung 28b und der Außenfläche des Hinterteils 2b des Spannfutters gebildet ist.

Am rückwärtigen Ende des Zylinderkörpers 28 ist eine Aussparung 31 zur Aufnahme eines Fluid-Zuführringes 37 vorgesehen, der im folgenden beschrieben ist. Auf der Rückseite des Zylinderkörpers 28 sind in

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dieser Aussparung 31 zwei Ringnuten 32 und 33 für die Zufuhr eines Betätigungsfelds konzentrisch um die Spannfutterachse herum zwischen und durch Ringrippen 32a und 32b sowie Ringrippeh 33a und 33b gemäß Fig. 4 gebildet.
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Da der Zylinderkörper 28 an der Außenseite des Spannkörpers 2 befestigt ist, der direkt auf der Maschinenspindel 10 montiert sein kann, und der Zylinderkörper funktionell von dem Spannkörper 2 getrennt ist, kann das Gewicht des Zylinderkörpers 28 durch Fertigen aus einer Leichtmetallegierung ohne Verringerung der Steifigkeit des Spannkörpers 2 verringert werden. Durch Anwenden einer solchen Leichtbauweise kann das Trägheitsmoment der Spannfutteranordnung wesentlich reduziert werden.

Ein ringförmiger oder hohler Kolben 34 ist gleitend in der Zylinderkammer 29 aufgenommen und auf seiner Frontseite mit den rückwärtigen Enden der Zugbalken 24 durch Befestigungsbolzen 34a gekuppelt. Da dieser Kolben 34 ein doppelt wirkender Kolben ist, weist die Zylinderkammer 29 einen rückseitigen Zylinderkammerteil 29ä und einen frontseitigen Zylinderkammerteil 29b auf der Front- und Rückseite des Kolbens 34 auf. Am rückwärtigen Ende hat der Kolben 34 einstückig und koaxial mit ihm eine Kolbenhülse 35. Diese Kolbenhülse 35 i.st gasdicht und gleitend in dem oben erwähnten Aufnahmespiel 30 aufgenommen, und ihr rückwärtiges äußerstes Ende ragt nach hinten über die Rückseite des Zylinderkörpers 28 ah seinem radial innersten Teil hinaus. Eine flache Ringhöhlung 34b, die einem Kanal für ein Betätigungsfluid bildet, ist um den Mittelteil der Innenwandfläche des hohlen Kolbens 34 geformt. Diese Ringhöhlung 34b kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammerteil 29a über mehrere Verbindungslöcher 36 in der Kolbenhülse 35 gemäß Fig. 2.

Der Fluid-Zuführring 37 für Betätigungsfluid (im folgenden Zuführring genannt) ist auf der Rückseite von und koaxial mit dem Zylinderkörper

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angeordnet, wobei sein rückwärtiger äußerer Umfang auf einem Montagering 37a aufsitzt. Der Zuflihrring 37 ist in einem Zustand, in welchem sein Frontabschnitt in der erwähnten Aussparung 31 im rückwärtigen Ende des Zylinderkörpers 28 aufgenommen ist, mittels des Montageringes 37a am Maschinenstock 38 befestigt. Zwischen der Innenwandflache des Zuführringes 37 und dem äußeren Umfang des Hinterteils 2b des Spannkörpers 2 ist ein Meßspalt 37b einer solchen Größe vorgesehen, daß die Kolbenhülse 35 in diesen Meßspalt hinein gleiten kann.

Der Zuführring 37 kann an einer Verlagerung durch einen Lagerstützzylinder gehindert werden, der einstückig mit dem inneren "Felgenteil" des Zylinderkörpers 28 auf seiner Rückseite sein und den Zuführring 37 mittels eines Lagers abstützen kann,das auf der äußeren Umfangsfläche dieses Lagerstützzylinders sitzt.

Auf der Frontseite des Zuführringes 37 sind an einem den Ringrippen 32a, 32b und 33a und 33b des Zylinderkörpers 28 gegenüberliegenden Abschnitt ringförmige Dichtungsaufnahmenuten 39 und 40 von T-Querschnitt gemäß Fig. 4 vorgesehen. Ferner sind an den Gründen dieser ringförmigen Dichtungsnuten 39 und 40 Ringnuten 41 und 42 an Stellen gegenüber den Ringnuten 32 und 33 angeordnet. Ringdichtungen 43 und mit verschiedenen Durchgangslöchern 43a und 44a an Stellen gegenüber den Ringnuten 41 und 42 sind in diesen Dichtungsnuten 39 und 40 aufgenommen .

Wenn ein Betiitigungsfluid wie Luft in die Ringnuten 41 und 42 eingebracht wird, werden die Ringdichtungen 43 und 44 gegen die Ringrippen 32a und 32b und die Ringrippen 33a und 33b gepreßt, so daß das Betätigungsfluid ohne Lecken über die Durchgangslöcher 43a und 44a zu den Ringnuten 32 und 33 gelangen kann.

Der oben beschriebene Zuführring 37 ist an seinem äußeren Umfang mit Speiseeinlässen- 45a und 45b für das Betätigungsfluid versehen. Ein Spei seein-laß, 45a kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammer-

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teil 29a über einen Kanal 46 im Zuführring 37, die Ringnuten. 41 und 32, einen Kanal 47 im Zylinderkörper 28 und im Spannkörper 2, ein Servo-Rückschlagventil 48a, einen Kanal 49 im Zylinderkörper 2, die Ringhöhlung 34b und die Verbindungslöcher 36. Der andere Zuführeinlaß 45b kommuniziert mit dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b über einen Kanal 50 im Zuführring 37, die Ringnuten und 33, einen Kanal 50 im Zylinderkörper 28 und im Spannkörper 2, ein Servo-Rückschlagventil 48b und einen Kanal 52 im Spannkörper

Die oben beschriebenen Servo-Rückschlagventile 48a und 48b sind so konstruiert, daß sie eisen Rückstrom des Betätigungsfelds, welches in die rückseitigen und frontseitigen Zylinderkammerteile 29a und 29b eingespeist sind, verhindern und gleichzeitig das Betätigungsfluid zu einem dieser Zylinderkammerteile 29a und 29b speisen, und das Betätigungsfluid aus dem jeweils anderen Zylinderkammerteil abführen. Der Betrieb der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b in Verbindung mit der Wirkung des Kolbens 34 und mit dem Betrieb eines Meßsystems zum Erfassen der Kolbenstellung sind im folgenden beschrieben. Dabei wird jedoch von einer detaillierten Beschreibung der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b abgesehen, weil diese in der japanischen Patentanmeldung 35564/1980 beschrieben sind.

Die Stellung des rückwärtigen Endes der Kolbenhülse 35 wird durch Annäherungsschalter 53 und 54 erfaßt. Diese Annäherungsschalter und 54 sind in entsprechende Aufnahmebohrungen 55 und 56 eingesetzt und dort gehalten, die in einem Abschnitt des Zuführringes 37 in radialer Richtung verlaufen, so daß die Meßköpfe 53a und 54a der Annäherungsschalter in den Meßspalt 37b hineinragen. Jeder Annäherungsschalter 53 und 54 ist an Ort und Stelle von einer Klemmschraube 57 und einem Schutzglied 58 gehalten. Die Annäherungsschalter 53 und 54 sind durch Leitungsdrähte 59 und 60 mit einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine verbunden.

Ein Annäherungsschalter 53 ist ein wenig nach hinten-versetzt-an. der Rückseite der Kolbenhülse 34 in ihrer vorderen Grenz-

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stellung Versetzt angeordnet. Wenn der hohle Kolben 34 zur vorderen jGrenzsteilung seines Vorschubhubes zu gleiten veranlaßt wird, verläßt das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 die Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a'des Annäherungsschalters 54, welcher daraufhin von seiner "Aus"-Stellung in seine "Ein"-Stellung gelangt. Als Folge davon wird die vordere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, d. h. diejenige Stellung, bei welcher die Klemmbacken 14 in ihrer geöffneten, nicht greifenden Lösestellung sich befinden.

Der andere Annäherungsschalter 54 ist ein wenig vor dem rückwärtigen Ende der Kolbenhülse 35 in deren hinterer Grenzstellung angeordnet. Wenn der Kolben 34 dazu veranlaßt wird, in seine hintere Endstellung am Ende seines Rückzughubes zu gleiten, überfährt das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 eine mit dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 fluchtende Stellung, worauf dieser aus seinem "Aus"-Zustand in seinen "Ein"-Zustand gelangt. Als Folge davon wird die hintere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, in welcher die Klemmbacken 14 am Ende ihrer Einwärtsbewegung zur Mitte hin angelangt sind und nicht ein Werkstück greifen.

Dementsprechend kam durch Feststellen, ob die Annäherungsschalter und 54 beide eingeschaltet oder beide ausgeschaltet sind , elektrisch erfaßt werden, daß die Klemmbacken 14 nicht ein Werkstück greifen. Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in eine Ruhestellung versetzt werden. Ferner kann durch Feststellen, ob die Annäherungsschalter 53 und 54 ein- b-z<w. ausgeschaltet sind, elektrisch erfaßt werden, ob die Klemmbacken 14 ein Werkstück greifen. Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in Betrieb gesetzt werden.

Wenn das oben beschriebene, mechanisch betätigbare hohle Spannfutter in einer Werkzeugmaschine angewendet werden soll, wird zuerst der Zuführring 37 auf dem Maschinenstock 38 montiert und danach die Rück-

seite des Spannkörpers 2 in Kontakt mit der Frontseite der Spindel gebracht. Der Spannkörper 2 wird dann mittels der Bolzen 27 mit der Spindel 10 verbunden. Anschließend wird das zu bearbeitende Werkstück in die zentrale öffnung zwischen den drei Kopfbacken 18, die in geöffneter-Stellung sind, eingeführt.

In diesem Fall sind das Spannfutter 2 und die Spindel. 10 mit zentralen Durchgangsöffnungen 3 und 10a durch ihre Mitten versehen. Dabei sind keinerlei Bauteile, wie zur Betätigung der Klemmbacken 14 oder zürn Erfassen der Bewegungen der Klemmbacken 14 in diesen Durchgangsbohrungen 3 und 10a angeordnet. Dementsprechend können die Innenräume dieser Durchgangsbohrungen 3 und 10a vollständig für die Aufnahme des Werkstückes verwendet werden. Deshalb können Werkstücke verhältnismäßig großer Durchmesser durch die Innenräume der Durchgangsbohrungen 3 und 10a hindurch^geführt werden.

Im Betrieb wird zunächst Betätigungsfluid über den Speiseeinlaß 45b des Zuführrings 37 zugeführt. Dieses Betätigungsfluid strömt durch den Kanal 50, tritt in die Ringnut 42 ein und drückt die Ringdichtung 44 gegen die Ringrippen 33a und 33b, wodurch einem Lecken des Betätigungsfelds vorgebeugt wird. Das Fluid strömt dann über das Durchgangsloch 44a und den Kanal 51 zum Betätigen des Servo-Rückschlagventils 48b und über den Kanal 52 in den frontseitigen Zylinderkammerteil 29b, wodurch es den Kolben 34 rückwärts schiebt und dadurch das Betätigungsfluid aus dem rückseitigen Zylinderkammerteil 29a austreibt.

Dieser Rückhub des Kolbens 34 veranlaßt die drei Zugbalken 24 und damit auch die Keil blöcke 23 zu einem Rückwärtsgleiten. Als Folge davon werden die Hauptbacken 15 dazu veranlaßt, längs der Klemmbacken-Montageschlitze 4 nach einwärts gegen die Spannfutter-Mittelachse zu wandern, wodurch die Hauptbacken 18 in Kontakt mit dem äußeren Umfang des Werkstückes kommen und dieses greifen. Hierbei werden die Keilblöcke 23 veranlaßt,ohne Spiel längs der Gleit-

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flächen 6a auf der Außenseite in radialer Richtung der Gleitnuten zu gleiten. Deshalb können die Klemmbacken 14 genau und definiert in äquidistanten Abständen von der Spannfutter-Mittelachse gehalten werden, was ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit beizubehalten ermöglicht.

Eine andere Folge der Bewegung der Hauptbacken 15 in die entsprechenden Stellungen, in denen die Kopfbacken 18 das Werkstück wie oben beschrieben positionieren, besteht darin, daß die Kolbenhülse 35 des Kolbens 34 in einer Zwischenposition angehalten wird, die kurz vor der hinteren Grenzstellung ihres Hubes liegt, nachdem ihr hinteres Ende eine Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die Annäherungsschalter 53 bzw,54 ihre "Ein-" bzw. "Aus-" Zustände ein, d. h. erfassen, daß die Klemmbacken das Werkstück gegriffen haben, und veranlassen die Werkzeugmaschine, den Betrieb aufzunehmen.

Im Falle, daß die Hauptbacken 18 das Werkstück aus irgendwelchen Gründen noch nicht gegriffen haben, z. B. wegen eines Versagens einer automatischen Vorrichtung zum Zuführen und Wechseln von Werkstücken, wird die Kolbenhülse 35 des Kolbens 34 dazu veranlaßt, rückwärts in ihre hintere Grenzstellung zu gleiten, wie strichpunktiert in Fig. 4 angedeutet ist, wo das hintere Ende eine Stellung gegenüber dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 einnimmt. Die Annäherungsschalter kommen daraufhin in "Ein"-Zustand, so daß sie die Tatsache erfassen, daß die Klemmbacken 14 kein Werkstück greifen und entsprechend die Werkzeugmaschine dazu veranlassen, ihren Ruhezustand einzunehmen. Demgemäß ist es möglich, überflüssigen Betrieb, wie das Ausführen nachfolgender Maschinenarbeit mit den Klemmbacken 14 in einem Zustand, in der sie ein Werkstück nicht greifen, zu vermeiden und dadurch die Verlässlichkeit des Betriebes zu erhöhen, was insbesondere im Falle automatisierten Betriebes ohne ständige Aufsicht von Bedienungspersonal wichtig ist.

Wenn im Normal betrieb nach Abgabe von Signalen durch die Annäherungsschalter 53 und 54 sichergestellt ist, daß ein Werkstück durch die Klemmbacken gegriffen ist, wird die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß 54b gestoppt, wobei ein Abfluß von Betätigungsfluid aus dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b mittels des Servo-Rückschlagventils 48b vermieden ist, so daß der Greifzustand des Werkstückes durch die Klemmbacken selbst nach Stoppen der Zufuhr von Betätigungsfluid ständig aufrechterhalten wird. Ferner nimmt nach dem Stoppen der Zufuhr von Betätigungsfluid die Ringdichtung 44 aufgrund ihrer Elastizität ihre ursprüngliche Lage wieder ein, wobei sie in eine von den Ringrippen 33a und 33b entfernten Stellung g/elangt.

Darauf wird die Spindel 10 der Werkzeugmaschine gedreht, um das fluidbetätigte Spannfutter 1 mit dem Werkstück zu drehen, wobei der Bearbeitungsvorgang am Werkstück ausgeführt wird. In diesem Fall ist der Spannkörper 2 des Spannfutters 1 direkt mit der Spindel durch die Bolzen 27 verbunden. Aus diesem Grund kann das gesamte Spannfutter 1 mit großer Steifigkeit trotz des Vorsehens eines Zylinders am Spannkörper 2 ausgeführt werden, wodurch die Spannfutterwirkung des Greifens des Werkstückes stabil und das Spannfutter 1 widerstandsfähig gegen Bearbeiten unter schwerer Last gehalten werden kann.

Nach Vollenden der Bearbeitung des Werkstückes wird die Drehung der Spindel gestoppt, worauf Betätigungsfluid zum anderen Speiseeinlaß 45a gespeist wird. Dieses Fluid passiert über den Kanal 46 zur Ringnut 41 und presst die Ringdichtung 43 gegen die Ringrippen 43a und 32b, strömt dann über das Durchgangsloch 43a und den Kanal 47 zur Betätigung des Servo-Rückschlagventiles 48a, worauf das Fluid über den Kanal 49, die Ringhöhlung 34b und die Verbindungslöcher 36 zum rückseitigen Zylinderkammerteil 29a gelangt, so daß es den Kolben 34 vorschiebt und dadurch das Be-

tätigungsfluid aus dem frontseitigen 7ylindc>rkamnierteil 29baustreibt.

Diese Vorwärtsbewegung des Kolbens 34 wird mittels der Zugbalken 24 und der Keilblöcke 23 in eine Bewegung der Klemmbacken 14 radial nach außen umgesetzt, um das Werkstück freizugeben und die ursprüngliche Offenstellung wieder einzunehmen. Wenn die Klemmbacken 14 in ihre Ausgangsstellungen zurückgekehrt sind, wird gleichzeitig die Kolbenhülse 35 in ihre vorderer Grenzstellung geführt, wobei ihr hinteres Ende aus der Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53 herausfährt. Folglich nehmen die Annäherungsschalter 53 und 54 beide ihre "Aus"-Stellungen ein, wodurch der Zustand erfaßt wird, daß die Klemmbacken 14 das Werkstück freigegeben haben, und ein Greif-Lösesignal zur erwähnten Steuervorrichtung abgegeben wird.

Im Falle, daß die Klemmbacken 14 aus irgendeinem Grund, wie Versagen des Mechanismus zum Zuführen des Betätigungsfluids nicht in ihre Ausgangspositionen zurückkehren, wird das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 nicht in eine Stellung vor dem Annäherungsschalter bewegt, so daß die Annäherungsschalter 53 bzw. 54 in ihren vorherigen Zuständen, nämlich dem "Ein-" bzw. "Aus-" Zustand verbleiben und ein Freigabe des Werkstückes anzeigendes Signal nicht erzeugt wird. Somit kann entsprechend den Signalzuständen der Annäherungsschalter 53 und 54 die Freigabe des Werkstückes aus dem Greifzustand der Klemmbacken 14 elektrisch erfaßt und überprüft werden. Auf der Basis dieser überprüfung kann Brechen oder Beschädigung von Maschinenteilen aufgrund von Interferenz bzw. Kollision zwischen Werkstück oder Klemmbacken 14 und einer automatischen Wechselvorrichtung, z. B. alsFolge eines automatischen Werkstückaustausches für einen nachfolgenden Bearbeitungszyklus, verhindert werden.

Im Normal betrieb wird nach Verifikation des üffnungszustandes der Klemmbacken 14 die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß 45a gestoppt, wobei das Servo-Rückschlagventil 48a jedoch noch weiter wirkt, um die Klemmbacken 14 im öffnungs- bzw. Lösezustand zu halten. Ferner trennt sich die Ringdichtung 43 von den Ringrippen 32a und 32b und nimmt ihre davon entfernte Lage ein. Somit ist ein Betriebszyklus vollendet.

Bei dem oben beschriebenen fluidbetätigbaren hohlen"Spannfutter 1 können die Hilfsbacken 22 an den inneren Endflächen der Hauptbacken 15 mittels der Montagebolzen 21 gemäß den Fig. 6 und 7 je nach Notwendigkeit befestigt werden. Durch Verwenden dieser Hilfsbacken 22 kann das Werkstück an einer Stelle näher der Endfläche der Spindel 10 gegriffen werden, wodurch die Greifwirkung noch stabiler und mit größerer Greifkraft gemacht werden kann, ohne daß ein ^1!Schwimmen" der Klemmbacken auftritt.

Bei einer anderen Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 8 ist der Fluid-Zuführring 37e um den äußeren Umfangsteil des Vorderteils 2a e des Spannkörpers 2e herum angeordnet. Annäherungsschalter 53e und 54e sind in einem Raum nahe der Rückseite des Zylinderkörpers 28e mittels eines Halters 61 gehalten, der mit dem Maschinenstock 38e fest verbunden ist. Diese Bauteile sind bei dem in Fig. 8 dargestellten Spannfutter gleich oder ähnlich wie entsprechende Teile bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 ausgebildet und mit gleichen Bezugszeichen mit dem Anhang e bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung dieser Bauteile erübrigt sich deshalb.

Es ist zu bemerken, daß verschiedene Abänderungen bei dem oben beschriebenen hohlen Spannfutter nach der Erfindung vorgesehen werden können. Zum Beispiel können die beispielhaft beschriebenen Annäherungsschalter, welche die vorderen und hinteren Grenzstellungen der Kolbenhülse erfassen, so angeordnet sein, daß einer dieser Annäherungsschalter in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung einstellbar

ist, um die Position der Kolbenhülse und die vordere Grenzstellung ihres Hubes zu erfassen und eine korrekte und definierte überwachung des Greif- und Lösezustandes des Werkstückes sicherzustellen. Ferner kann der Spannkorper an der Spindel mittels eines Keil-Verriegelungszapfens am Montageteil des Spannkörpers befestigt sein. Eine andere Abwandlung besteht in der Verwendung nur eines oder dreiefoder mehr Annäherungsschalter.

Durch Vorsehen von zwei Spannfuttern am Frontende und am Rückende der Maschinenspindel zum Greifen eines Werkstückes an zwei im Abstand befindlichen Stellen können ein stabiles Greifen, hohe Bearbeitungsgenauigkeit und ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt werden.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist eine Zylinderkammer, die in" einem Zylinderkörper außerhalb des Mittenkreises von Spannfuttermontagelöchern und darum herum ausgebildet ist,zur Aufnahme eines hohlen oder ringförmigen Kolbens mit einer Kolbenhülse bestimmt, welche vom Zylinderkörper nach hinten ragt, und mindestens ein Annäherungsschalter ist vorgesehen, um die Stellung dieser Kolbenhülse zu erfassen. Wenn demgemäß die Spanntut.U'r-Klemmbacken zum Greifen und Lösen des Werkstückes betätigt werden,wird die Verlagerung dieser Klemmbacken elektrisch genau und definiert an einer Stelle entfernt und getrennt vom Bearbeitungsort, wo SchneidfVüssigkeit verspritzt wird, erfaßt, wodurch das Greifen und Lösen des Werkstückes durch die Klemmbacken genau und definiert überwacht werden kann. Dadurch kann insbesondere bei Anwendung des Spannfutters nach der Erfindung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine die Bearbeitungsgüte und-verlasslichkeit erheblich verbessert werden.

Ferner ist der Zylinderkörper auf dem Spannkorper angeordnet und die Zylinderkammer ist auf der Außenseite des Spannfuttermontageteils des Spannkörpers vorgesehen. Aufgrund dieser Konstruktion

können im Falle, daß das Spannfutter auf der Spindel der Werkzeugmaschine zu befestigen ist, der Spannkörper direkt sicher an der Spindel befestigt werden, wodurch die Steifigkeit des Spannfutters erhöht und das Spannfutter für schwere Bearbeitungen mit hoher Belastung eingesetzt werden kann. Gleichzeitig kann die Greifwirkung der Spannbacken auf das Werkstück stabilisiert werden, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit wirksam verbessert wird. Weil ferner die Kolbenhülse des hohlen Kolbens hinten durch einen Spalt zwischen dem Spannkörper und dem Zylinderkörper herausragt, kann die Spannfutterkonstruktion sehr einfach und billig gehalten werden.

Im Gegensatz zu dem bekannten Spannfutter der "zweistückigen" Bauart mit einem hinteren Deckel ist das Spannfutter nach der Erfindung mit einem "einstückigen" Spannkörper bzw. in einstückiger Konstruktion ausgeführt, was hohe Steifigkeit und damit die Eignung für schwere Bearbeitung unter hoher Last gewährleistet.

Aufgrund der Tatsache, daß der Innenraum der zentralen Durchgangsbohrung des Spannfutters nach'der Erfindung frei ist und im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Maschinenspindel hat, kann das Spannfutter zum Greifen von Werkstücken großer Durchmesser benutzt werden, welche an denjenigen der zentralen Durchgangsbohrung heranreichen. Im Gegensatz dazu ist es bei einem üblichen Spannfutter der Keil bauart oder der gekröpften Bauart schwierig, Bewegungen in axialer Richtung der Kolbenstange in radiale Bewegungen zur Betätigung der Klemmbacken umzusetzen.

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Claims (5)

1. « <D-89£>0 München'80 Sckellslrasse 1

   Telefon (089)4462496

   Telex 5215935

   Telegramme patemus muncäieri

   Postscheck München 394 1B-80:

   Reuschelbank München 26030Ü7

   Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

   zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres I" Office European des Brevets

   HOWA KOGYO KABUSHIKl KAISHA
   Aichi-Ken, Japan
   P 127.02

   Patentansprüche

   f iJFluidbetätigbares, hohles Spannfutter mit einem Spannkörper (2), der mit seinem Montageabschnitt auf einer hohlen Spindel (10) einer Werkzeugmaschine (38) montierbar ist, Klemmbacken (14) am Spannkörper (2), einer Zylinderkammer (29) und einem gleitend darin verschieblichen Kolben (34), der in der Zylinderkammer mittels eines Fluids verschiebbar ist, um die Klemmbacken zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (29) eine Ringkammer ist, die auf der radial äußeren Seite des Montageabschnitts (8,27) von einem um den Spannkörper (2) herum angeordneten Zylinderkörper (28) gebildet ist, und daß der Kolben (34) ein Ringkolben mit einer davon nach hinten ragenden Kolbenhülse (35) ist, die gleitend zwischen den Spannkörper (2) und den Zylinderkörper (28) paßt und rückwärts aus dem Zylinderkörper (28) herausragt, so daß Verlagerungen der KoTbenhülse (35) an einer Stelle hinter dem Zylinderkörper (28) mittels Aufnehmern (53,54) erfaßt werden kann, welche indirekt Verlagerungen der Spannbacken (14) anzeigen.
2. 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmer Annäherungsschalter (53,54) aufweisen, welche in einem Fluid-Zuführring (37) benachbart der Rückseite des Zylinderkörpers (28) angeordnet sind.

   31 AGV I 3
3. 3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei c h n e t, daß der Ringkolben (34) betriebsmäßig mit jedem Klemmbacken (14) durch Kraftübertragungsmittel verbunden ist, welche einen gleitend im Spannfutter (2) geführten und mit seinem rückwärtigen Ende am Kolben (34) angebrachten Zugbalken (24), einen mit dem Zugbalken gekuppelten Keilblock (23) mit einer ersten Keilverzahnung (23a) und eine zweite am Klemmbacken (15b) ausgebildete und mit der ersten Keil verzahnung zusammenwirkende Keil verzahnung (15b) aufweist, wobei die genannten Keil verzahnungen Bewegungen des Zugbalkens und des Kolbens im wesentlichen parallel zur Spannfutterachse in. entsprechende radialeVer-1 agerungen jedes Klemmbackens umwandeln.
4. 4. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Spannkörper (2) ein Vorderteil (2a) größeren Außendurchmessers und ein Hinterteil (2b) kleineren Außendurchmessers umfaßt, daß der Zylinderkörper (28) im wesentlichen hohl zylindrisch mit einem vorderen Abschnitt (28a) großen Inndurchmessers, der mit seinem vorderen fluiddichten Ende mit der Rückseite des Vorderteiles (2a) des Spannkörpers verbunden ist, und mit einem rückwärtigem Abschnitt (28b) kleineren Innendurchmessers versehen ist, und daß die Kolbenhülse (35) gleitend und fluiddicht zwischen der Innenfläche des rückwärtigen Abschnittes (28a) des Zylinderkörpers (28) und der Außenfläche des Hinterteils (2b) des Spannfutters (2) aufgenommen ist, wobei die Zylinderkammer (29) zwischen der Rückseite des Vorderteils (2a) des Spannfutters, der Außenfläche des Hinterteils (2b) des Spannfutters, der Frontseite des hinteren Abschnittes (28b) des Zylinderkörpers und der Innenseite des vorderen Abschnittes (28a) des Zylinderkörpers ausgebildet ist.
5. 5. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η zei chnet, daß· das .Fluid-Versorgungssystem eine Druckmittelquelle und Servo-Rückschlagventile (48a,48b) aufweist, wobei das Versorgungssystem das Betätigungsfluid auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens in die Zylinderkammer einspeist und davon abführt.