DE3204987C2 - Spannvorrichtung für durchmesserkleine scheibenförmige Werkstücke - Google Patents

Abstract

Es ist eine Spannvorrichtung (11) für scheibenförmige Werkstücke (16) beschrieben, die einen mit einer Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine (14) koppelbaren Grundkörper (12) aufweist, an dem das Werkstück (16) axial gehalten ist. Damit relativ durchmesserkleine und flache Werkstücke in genau reproduzierbarer Weise eingespannt, während der Bearbeitung festgehalten und unter hoher Genauigkeit plan und planparallel bearbeitet werden können, ist der Grundkörper (12) mit einer Spannfläche (26) versehen, die Durchgangsbohrungen (28) besitzt und an der das Werkstück (16) mittels Unterdruck axial anliegend festgehalten ist. Die Spannfläche (26) ist von drei Formstücken (32) zur Vorzentrierung der Werkstücke (16) und von drei Fliehkraftelementen (37) umgeben, die bei der Rotationsbewegung des Grundkörpers (12) eine das Werkstück (16) drehfest an der Spannfläche (26) haltende radiale Mitnahmekraft auf das Werkstück (16) ausüben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für durchmesserkleine scheibenförmige Werkstücke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Planseiten bzw. Stirnflächen derartiger scheibenförmiger Werkstücke dienen bspw. als Dichtflächen bei Einspritzpumpen und müssen daher mit extrem hoher Genauigkeit in bezug auf die Planheit und die Parallelität sowie mit sehr hoher Oberflächengüte bearbeitet werden, damit sie gegen die sehr hohen Drücke des geförderten Mediums sicher abdichten können. Beispielsweise werden an derartige scheibenförmige Werkstücke, die bspw. einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Dicke von etwa 3 mm besitzen, für die Planheit und die Parallelität zwischen den beiden Stirnflächen (Ober- und Unterseite) Werte von weniger als 2 μ bei einer Rauhtiefe von unter 0.15 μ gefordert. Derartige Werte könnten zwar mit dem bekannten Kreuzschliffverfahren erreicht werden, jedoch sind die herkömmlichen Spannvorrichtungen, wie Backen- oder Membranfutter oder Spannzangen ungeeignet, da nicht sichergestellt werden kann, daß die dem Bearbeitungswerkzeug abgewandte Stirnfläche des zu bearbeitenden Werkstückes sicher gegen einen genau senkrecht zur Antriebsspindel des Werkzeuges liegenden Anschlag zur Anlage kommt Hinzu kommt bei solchen durchmesserkleinen scheibenförmigen Werkstücken noch, daß häufig ihr AuSendurchmesser große Toleranzen aufweist und aus Kostengründen nur grob vorbearbeitu ist, so daß auch von daher gesehen, eine jeweils genaue und reproduzierbare Einspannung mit den bekannten Spannvorrichtungen nicht möglich ist

Aus der US-PS 27 30 370 (Fig. 5 und 6) ist eine Spannvorrichtung für scheibenförmige Werkstücke der eingangs genannten Art bekannt, mit der diese Forderungen nicht erfüllt werden können, denn die dort gezeigten Mitnehmerelemente bzw. Klemmbacken sind für ein drehfestes Halten unter hohem Bearbeitungsdruck sicherlich nicht geeignet, da sie allenfalls eine begrenzte Kraft auf den Außenumfang des Werkstücks ausüben können, und dies auch nur dann, wenn die jeweiligen Werkstücke jeweils sehr genaue Außendurchmesser ohne wesentliche Toleranzen aufweisen. Außerdem müssen bei dieser bekannten Spannvorrichtung die mit genauem Außendurchmesser versehenen Werkstücke ohne Vorzentrierung irgendwie von Hand zwischen die Klemmbacken gebracht werden, so daß diese Spannvorrichtung für eine automatische maschinelle Zuführung von Werkstücken ungeeignet ist

Aus der US-PS 39 75 029 ist ferner eine Spannvorrichtung bekanntgeworden, die jedoch nicht für Werkstücke, sondern für Werkzeuge, nämlich für Bohrer geeignet ist und bei der Fliehgewichtswinkel vorgesehen sind, deren Mitnahmearme mit jeweils ihrer Innenfläche am Außenumfang des zu haltenden Werkzeugs anliegen. Es sind hierbei zwei Fliehgewichtswinkel vorgesehen, deren Mitnahmearme einander diametral gegenüberliegend am Umfang des Bohrerschafts anliegen. Diese Fliehkraftanordnung mag zi=>ar zum drehfesten Halten des Werkzeugs geeignet sein, sie ist jedoch ungeeignet dann, wenn auch eine radiale Verschiebung des gehaltenen Gegenstandes verhindert werden soll. Dies ist dort nicht erforderlich, da ja der Bohrerschacht in einer Bohrung des Grundkörpers angeordnet ist und sich daher radial nicht bewegen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Spannvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit der durchmesserkleine scheibenförmige Werkstücke in genau reproduzierbarer Weise vorzentriert eingespannt und während der Bearbeitung derart festgehalten werden können, daß sie unter hoher Genauigkeit plan und planparallel zu bearbeiten sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Spannvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Vorzentrierer ermöglichen ein automatisches Zuführen der Werkstücke zur Spannvorrichtung und sind gleichzeitig dazu geneigt, Werkstücke mit relativ großen Durchmessertoleranzen aufzunehmen. Dazu sind auch die Mitnehmerelemente in Form der an sich bekannten Fliehgewichtswinkel in der Lage. Die spezielle Anordnung von drei Fiiehgc.vichtswinkeln über den Umfang des Werkstücks gleichmäßig verteilt angeordnet gewährleistet darüber hianus, daß sich die Werk-

bi stücke auch unter hohem Bearbeitungsdruck weder in radialer noch in Umfangsrichtung relativ zum Grundkörper der Spannvorrichtung bewegen können. Das Einspannen der Werkstücke zwischen die Fliehge-

wichtswinkel im Bereich der freien Stirnenden der Mitnahmearme ermöglicht, obwohl die zu spannenden scheibenförmigen Werkstücke durchmesserklein sind, daß die Vorzentrier-Formstücke jeweils zwischen zwei benachbarten Mitnahmearinen angeordnet werden können.

Die Fliehgewichtsarme sind zweckmäßigerweise durch Federn derart vorgespannt, daß sie am Ende der Rotationsbewegung, also bei Stillstand der Spannvorrichtung ihre Ausgangslage wieder einnehmen können und dadurch das zumindest teilweise bearbeitete Werkstück radial wieder frei geben.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt in perspektivischer Darstellung eine Spannvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung 11 besitzt einen ein- oder mehrteiligen rotationssyn.tiietrischen Grundkörper 12, der vor der Stirnseite 13 eicer Werkzeugmaschine 14 an einer nicht dargestellten Antriebsspindel dieser Werkzeugmaschine drehbar gelagert befestigtbar ist. Diese Spannvorrichtung 11 dient zum Aufnehmen und Halten von gestrichelt dargestellten scheibenförmigen Werkstücken 16, die relativ durchmesserklein und flach ausgebildet sind. Diese Werkstücke 16 sollen ein- oder beidseitig an ihren Stirnflächen 17 derart fein bearbeitet werden, daß sie eine vollkommene Planheit bei einer geringen Rauhtiefe von bspw. unter 0,15 μ und eine Parallelität zwischen den beiden Stirnflächen 17 von bspw. weniger als 2 μ bei Werkstückabmessungen von bspw. 20 mm im Durchmesser und 3 mm in der Dicke aufweisen.

Das Oberteil 21 des Grundkörpers 12, der beim Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 22 an einem Unterteil 23 befestigt ist, besitzt eine koaxiale kreisrunde Spannfläche 26, die an einem axialen Vorsprung 27 vorgesehen ist, der entweder auf der Oberfläche 24 des Oberteils 21 festgeschraubt oder dadurch hergestellt ist, daß das Oberteil 21 entsprechend abgedreht worden ist. In die Spannfläche 26, die hinsichtlich Planheit und senkrechter Anordnung zur Rotationsachse sehr genau bearbeitet ist, münden mehrere Durchgangsbohrungen 28, die mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden sind. Diese Durchgangsbohrungen liegen bspw. auf einem bestimmten, die Längsachse umgebenden Kreis gleichmäßig verteilt.

Auf der Oberfläche 24 des Oberteils 21 des Grundkörpers 12 ist ein Vorzentrierer in Form von drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Formstücken 32 vorgesehen, die die Spannfläche 26 umgeben und mit dem Oberteil 21 fest verbunden sind. Die Formstücke beisitzen radiale Innenflächen 33, deren Form der Außenkontur der zu bearbeitenden Werkstücke 16 etwa entspricht und deren Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der zu bearbeitenden Werkstücke 16 unter Berücksichtigung von deren Durchmesser- und Umfangsformtoleranzen. Die Formstücke 32 ragen über die Oberfläche 24 des Oberteils 21 weiter vor als die Spannfläche 26 am Vorsprung 27. Beim Ausführungsbeispiel sind die einander zugewandten Innenseiten äe^r Formstücke 32 stufig ausgebildet, und zwar derart, daß die bezüglich ihrer Dicke oben- bzw. außenliegenden innenflächen 33 in radialer Richtung die Spannfläche 26 etwas überragen.

ist der Durchmesser der Süannfläche 26 kleiner als der Durchmesser der Werkstücke, ist eine stufenförmige Ausbildung der Innenfläche der Formstücke 32 nicht erforderlich.

Die in dieser Weise ausgebildeten Formstücke 32 sind so für eine bestimmte Art von scheibenförmigen Werkstücken unter Berücksichtigung üblicher Toleranzen hinsichtlich Durchmesser und Außenumfangsform geeignet.
Für entsprechende scheibenförmige Werkstücke anderer Durchmesser kann es in nicht dargestellter Weise zweckmäßig sein, die Formstücke 32 auswechselbar am Grundkörper 12 vorzusehen, so daß sie gegen Formstücke mit durchmessergrößerer oder -kleinerer Innenfläche 33 auswechselbar sind. Gegebenenfalls ist eine Anpassung auch durch eine mögliche radiale Ein- bzw. Verstellung des Befestigungspunktes für die Formstükke 32 möglich.

Auf der Oberfläche 24 des Oberteils 21 des Grundkörpers 12 ist ferner ein Fliehkn: '-»-Mitnehmer 36 in Form von beim Ausführungsbeispiti drei gleichmäßig über den Umfang vorgesehenen Fliehgewichtswinkeln 37 befestigt. Jeder der unter sich gleich ausgebildeten Fliehgewichtswinkel 37 besitzt einen als Fliehgewicht ausgebildeten Arm 38, der zur Längsachse der Spannvorrichtung 11 etwa kreisbogenförmig verläuft und ausgebildet ist. Am einen inneren Ende ist der Arm 38 an einem axial verlaufenden Zapfen 39 schwenkbar gelagert, während er an seinem anderen freien Ende mit einer Draht- oder Blattfeder 41 verbunden ist, die in eine Bohrung 40 des Armes 38 eintaucht und die andemends am Oberteil 21 des Grundkörpers 12 mittels einer Schraube 42 fest eingespannt ist. Der Fliehgewichtswinkel 37 besitzt ferner einen Mitnahmearm 43, der an seinem inneren Ende mit dem Fliehgewichtsarm 38 vorzugsweise einstückig verbunden ist und mit seinem freien Ende zur Spannfläche 26 hin gerichtet ist, vorzugsweise in zum Außenumfang des Spannflächenvorsprungs 27 tangentialer Richtung. Das freie Ende des Mitnahmearmes 43 liegt zwischen zwei benachbarten Fcrmstücken 32 und mit einer Andrückkante 44 dem Außenumfang der Spannfläche 26 bzw. dem eingespannten Werkstück 16 gegenüber. Der Fliehkraftwinkel 37 ist dabei derart ausgebildet, daß der Fliehgewichtsarm 38 längs der Oberfläche 24 des Oberteils 21 gleitend beweglich ist, während zumindest der freie Endbereich des Mitnahmearmes 43 in einem der Dicke des Spannflächenvorsprungs 27 entsprechenden Abstandes mit einer Unterseite oberhalb der Oberfläche 24 des Oberteils 21 verläuft, wenn der Durchmesser der Spannfläche 26 größer als der Durchmesser der Werkstücke sein sollte.

D'2 Wirkungsweise der Spannvorrichtung i 1 ist folgende: Die im allgemeinen automatisch zugeführten scheibenförmigen Werkstücke 16 werden zunächst auf die Spannfläche 26 gelegt, wo sie in axialer Richtung durch die Wirkung des Unterdrucks der Vakuumpumpe gehalten und mittels der Formstücke 32 grob zentriert werden. Im Stillstand der Spannvorrichtung 11 sind also die Werkstücke 16 nur durch diese axiale Saugkraft an der Spannvorrichtung 11 gehalten, wobei die zu bearbeitende Stirnfläche 17 die Außenfläche von Vorzentrierer 31 und Fliehkraft-Mitnehmer 36 überragt. Mit der Rotationsbewegung der Spannvorrichtung 11 in der mittels des Pfeiles A angegebenen Richtung werden die Fliehgewichtsarme 38 des Fliehkraftwinkels 37 in Richtung der Pfeile B, also gegen den Uhrzeigersinn, nach außen bewegt, so daß die Mitnahmearme 43 sich nach innen auf den Außenumfane des axial gehaltenen Werk-

Stückes 16 zubewegen und dieses von drei Seiten radial festhalten, indem die Andrückkanten 44 gegen den Außenumfang des Werkstückes 16 drücken. Die vom Fliehkraft-Mitnehmer 36 ausgeübte Mitnahmekraft in radialer Richtung ist so groß, daß das Werkstück 16 auch dann drehfest an der Spannvorrichtung 11 gehalten wird, wenn das Bearbeitungswerkzeug, bspw. eine Schleifscheibe, an die zu bearbeitende Stirnfläche 17 des Werkzeuges 16 ansetzt. Am Ende des Bearbeitungsvorganges wird das Werkzeug abgesetzt und der Antrieb der Spannvorrichtung 11 stillgesetzt. Da nunmehr keine Fliehkräfte mehr auf den Fliehkraft-Mitnehmer 36 wirken, können die Fliehkraftwinkel 37 unter dem Einfluß der gegengerichteten Federn 4t in ihre in F i g. 1 dargestellte Ausgangslage wieder zurückkehren. Sobald die radiale Mitnahmeumklammerung des Werkstückes 16 freigegeben ist, kann das Werkstück 16 durch Nachlassen der axialer, Einjpannkrafi, d. h. durch Abschalten der Vakuumpumpe, aus der Spannvorrichtung 11 wieder entnommen werden, aber auch durch Umschalten der mit den Bohrungen 28 verbundenen Leitung von der Saugpumpe auf eine Überdruckquelle von der Aufspannfläche abgehoben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Spannvorrichtung (11) für durchmesserkleine scheibenförmige Werkstücke (16) mit einem mit einer Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine koppelbaren Grundkörper (12), der mit einer Spannfläche (26) versehen ist, in die Bohrungen (28) münden, die mit einer Vakuumpumpe verbindbar sind, wodurch das Werkstück (16) an der Spannfläche (26) axial anliegend festgehalten ist, und mit über den Umfang der Spannfläche (26) gleichmäßig verteilt angeordneten Mitnehmerelementen (37), dadurch gekennzeichnet, daß drei durch an sich bekannte Fliehgewichtswinkel (36) gebildete Mitnehmerelemente (36) vorgesehen sind, die längs des Umfanges des Grundkörpers (12) angeordnete Fliehgewichtsarme (38) aufweisen, die schwenkbar gelagert sia4 und je einen winklig abstehenden und radial zur Spannfläche (26) gerichteten Mitnahmearm (43) besitzen, dessen freies Stirnende mit einer Andrückkante (44) versehen ist, und daß die Spanfläche (26) des Grundkörpers (12) von einem Vorzentrierer (31) für das Werkstück (16) umgeben ist, der durch drei über den Umfang angeordnete Formstükke (32) gebildet ist, die jeweifs zwischen zwei benachbarten Mitnahmearmen (43) der Fliehgewichtswinkel (36) angeordnet sind.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehgewichtsarm (38) mit einer Rückstellfeder (41) verbunden ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Formstücks (32) einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des zu bearbeitenden Werkstückes (16).

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (32) am Grundkörper (12) auswechselbar gehalten ist.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (32) in radialer Richtung einstellbar am Grundkörper (12) gehalten ist.