DE3212761C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine umlaufende Spannvorrichtung mit mehreren das jeweilige Werkstück erfassenden Spannelementen, die zur Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der Werkstücke auswechselbar und von einer Kraftbetätigungseinrichtung über ein Umlenkgetriebe betätigbar sind und von denen mindestens ein Spannelement mit einem Spannkraftaufnehmer in Wirkverbindung steht.

Aus der DE-OS 28 46 337 ist eine umlaufende Spannvorrichtung der voranstehend beschriebenen Art bekannt. Bei dieser Spannvorrichtung ist in jedem Spannelement in der Nähe der Einspannfläche für das Werkstück ein Spannkraftaufnehmer angeordnet. Mittels dieses Kraftaufnehmers wird die zwischen der Spannvorrichtung und dem Werkstück auftretende Kraft ermittelt. Diese Kraft wird nicht nur angezeigt, sondern bei Bedarf auch für Regelzwecke verwendet, insbesondere um die jeweils erforderliche Spannkraft den im Einzelfall vorliegenden Forderungen anzupassen. Diese bekannte Konstruktion hat den Nachteil, daß es in der Praxis, d. h. nicht nur unter Versuchsbedingungen, äußerst schwierig ist, die relativ kleinen Meßwerte aus den Spannelementen der umlaufenden Spannvorrichtung nach außen an ein stillstehendes Auswertegerät abzuführen. Dabei ist zu beachten, daß in der Praxis die Aufsatzbacken der zweiteiligen Spannelemente gegenüber den Grundbacken zwecks Anpassung an unterschiedliche Werkstücksdurchmesser in radialer Richtung versetzbar und zwecks Anpassung an verschiedene Werkstücke auswechselbar ausgeführt sind. Bei einem derartigen Versatz oder Wechsel besteht die Gefahr, daß die elektrischen Verbindungen beeinträchtigt werden, die erforderlich sind, um die Meßwerte von den Spannkraftaufnehmern durch den Futterkörper hindurch in ein feststehendes Meßgerät weiterzuleiten.

Eine weitere Ausführung einer umlaufenden Spannvorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch eine Tischvorlage bekanntgeworden, die anläßlich einer VDW/VDI-Sitzung am 24. Oktober 1975 vom Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der Technischen Universität Berlin den Teilnehmern des Drehfutter- Ausschusses übergeben wurde. Diese Spannvorrichtung mit aus Grund- und Aufsatzbacken bestehenden Spannelementen weist als Dehnschrauben ausgebildete Befestigungsschrauben zwischen Grund- und Aufsetzbacken auf, welche durch die Anbringung von Dehnmeßstreifen zu Kraftaufnehmern ausgebildet sind. Auch bei dieser bekannten Ausführung ergibt sich der Nachteil, daß es in der Praxis schwierig, wenn nicht gar unmöglich ist, die relativ kleinen Meßwerte aus den Spannelementen der umlaufenden Spannvorrichtung nach außen an ein stillstehendes Gerät abzuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine praxisgerechte und auch für den rauhen Alltagsbetrieb geeignete Anordnung der Spannkraftaufnehmer in der umlaufenden Spannvorrichtung zu schaffen, die Schwierigkeiten bei der Ermittlung und bei der Übertragung der gemessenen Werte vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkraftaufnehmer in bzw. an einem Bauteil angeordnet ist, das in Richtung der von der Kraftbetätigungseinrichtung eingeleiteten Kraft hinter dem Umlenkgetriebe und vor der Trennstelle zwischen dem unmittelbar am Werkstück angreifenden Spannelement und dem beim Wechsel des Spannelements in der Spannvorrichtung verbleibenden Antriebs- und Tragteil für das Spannelement liegt.

Mit diesem erfindungsgemäßen Vorschlag wird der Vorteil erzielt, daß die zu dem Spannkraftaufnehmer führenden Meßleitungen bei einem Wechsel oder einem Versatz der Aufsatzbacken gegenüber den Grundbacken nicht berührt werden und daß die Kraftmessung an einer Stelle der umlaufenden Spannvorrichtung vorgenommen wird, welche geschützt im Inneren der Spannvorrichtung angeordnet ist. Es entfallen somit die Trennstelle zwischen den auswechselbaren Backen und den restlichen Teilen des Spannfutters übergreifende, aufwendige elektrische Verbindungen, die insbesondere bei einem Versatz oder einem Wechsel der Aufsatzbacken Anlaß für Funktionsstörungen bei der Spannkraftmessung sind. Der erfindungsgemäße Spannkraftaufnehmer ist geschützt in denjenigen Teilen der Spannvorrichtung angeordnet, die ausreichend Platz für eine Anbringung haben, wobei sich für die unterschiedlichen Arten der Spannvorrichtungen unterschiedliche Anbringungsorte anbieten.

In der älteren europäischen Patentanmeldung EP 00 79 131 A1 ist eine umlaufende Spannvorrichtung beschrieben, bei der ebenso wie bei den voranstehend genannten Veröffentlichungen davon ausgegangen wird, daß die zu messende Kraft von der Aufsatzbacke, d. h. von der Einspannkraft für das Werkstück kommt. Es sollen demgemäß Kräfte gemessen werden, die in der Trennfuge zwischen Aufsatz- und Grundbacke vom Werkstück kommend auftreten. Hierbei handelt es sich um Reaktionskräfte aus der Anlagekraft der Aufsatzbacken am Werkstück. Hierzu wird eine undefinierte Kraft in der Befestigungsebene zwischen Aufsatzbacke und Grundbacke gemessen. Insbesondere wird mit einem Sensor eine Kraft ermittelt, die um die Reibung in der Trennfuge zwischen Aufsatzbacke und Grundbacke vermindert ist, weil die Kraft am Werkstück in einer anderen, im Abstand liegenden Parallelebene auftritt. Dadurch ist es notwendig, die aus dem Kippmoment entstehende Kraft durch nicht dargestellte, axial verlaufende Schrauben zwischen Aufsatz- und Grundbacke aufzunehmen. Die hierbei notwendige Vorspannkraft erzeugt in der Trennfuge eine undefinierbare Reibkraft, die das Meßgerät am Sensor beeinflußt und damit verfälscht. Nachteilig bei der aus der EP 00 79 131 A1 bekannten Spannvorrichtung ist, daß bei rotierendem Spannzeug nur die Fliehkraft der Aufsatzbacke berücksichtigt wird, nicht aber die Fliehkraft der Grundbacke. Für die auf das Werkstück ausgeübte Einspannkraft bei rotierendem Werkzeug ist jedoch die Fliehkraft der Aufsatzbacke ebenso wie jene der Grundbacke entscheidend, da die Grundbacke die Aufsatzbacke trägt.

Der genannte Nachteil der beschriebenen Konstruktion wird mit dem Vorschlag der Erfindung dadurch vermieden, daß die vom Spannkrafterzeuger ausgehende Kraft in einem Bereich des Spannfutters ermittelt wird, der in Richtung der Krafterzeugung hinter dem Umlenkgetriebe, aber vor der Trennstelle zwischen Aufsatzbacke und Grundbacke liegt. Damit ist die exakte Ermittlung der insgesamt auf das aus Grundbacke und Aufsatzbacke bestehende Backenpaket wirkenden Kräfte an einer hierfür geeigneten Stelle ohne Verfälschung möglich, und zwar ausgehend von der vom Spannkrafterzeuger aufgebrachten Kraft, und zwar sowohl im Stillstand als auch bei rotierendem Spannfutter.

Der Spannkraftaufnehmer und die zur Ableitung der gemessenen Werte verlegten Leitungen können geschützt verlegt werden und erleiden bei einem Backenversatz oder Backenwechsel keine Beeinträchtigungen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Beseitigung von Unsicherheiten des Kraftverlustes im Getriebe, da die vom jeweiligen Schmier- und Verschleißzustand abhängige Reibung im Umlenkgetriebe bei der Messung automatisch berücksichtigt wird.

Bei einer Spannvorrichtung mit einem Keilhakengetriebe als Kraftumlenkung zwischen einem Futterkolben und aus Grundbacke und Aufsatzbacke bestehenden Spannelementen wird mit der Erfindung vorgeschlagen, den Keilhaken mindestens einer Grundbacke am Grundbackenkörper über ein Dehnelement zu befestigen, welches mit Dehnmeßstreifen zur Ermittlung der Spannkraft versehen ist. Als Dehnelement findet vorzugsweise eine Dehnschraube Verwendung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer mit einem Hebelumlenkgetriebe als Kraftumlenkung zwischen einem Futterkolben und aus Grundbacke und Aufsatzbacke bestehenden Spannelementen mindestens zwischen einem Hebel des Hebelumlenkgetriebes und der zugehörigen Grundbacke ein Kraftmeßglied angeordnet sein. Dieses Kraftmeßglied ist vorzugsweise als vom Hebel druckbelasteter Bolzen mit Dehnmeßstreifen ausgebildet, der in einer Bohrung der Grundbacke angeordnet ist.

Anstelle eines druckbelasteten und mit Dehnmeßstreifen versehenen Bolzens kann die Grundbacke erfindungsgemäß im Angriffsbereich des Hebels mit einem definierten Dehnquerschnitt ausgebildet sein, an dem Dehnmeßstreifen angeordnet sind. Eine Bestimmung des Dehnquerschnittes erfolgt vorzugsweise durch mindestens eine Aussparung in der Grundbacke.

Mit dem Vorschlag der Erfindung wird eine umlaufende Spannvorrichtung geschaffen, bei welcher der Spannkraftaufnehmer nicht an Teilen angeordnet ist, die bei einem Versatz oder Wechsel der Aufsatzbacken ausgewechselt oder versetzt werden müssen, sondern bei welcher der Spannkraftaufnehmer derart in der Spannvorrichtung liegt, daß er ständig betriebsbereit und unbeeinflußt von einem Backenversatz oder Backenwechsel ist. Hierdurch ergibt sich eine dauernde Meßbereitschaft des Spannkraftaufnehmers sowohl beim Stillstand als auch beim Umlauf der Spannvorrichtung, so daß der Spannkraftaufnehmer in jedem Betriebszustand bei eingespanntem Werkstück einwandfreie Meßwerte liefert, die als Steuer- oder Regelgröße für die Spannkraft der Spannvorrichtung verwendbar sind.

Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten Spannvorrichtung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform, ebenfalls im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist das vordere Ende einer Spindel 1 einer Werkzeugmaschine dargestellt, die in einem Spindelkasten 2 gelagert und mit einem Spindelflansch 1 a für die Befestigung einer Spannvorrichtung mittels Schrauben 17 versehen ist.

Die als Dreibackenfutter dargestellte Spannvorrichtung umfaßt einen Futterkörper 3, in welchem in radialen Führungen drei Grundbacken 4 radial verstellbar geführt sind. An der vorn aus dem Futterkörper 3 herausragenden Stirnfläche der Grundbacken 4 sind Aufsatzbacken 5 befestigt, die zur Einspannung eines Werkstückes W dienen. Die Aufsatzbacken 5 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Grundbacken 4 über eine Spitzverzahnung verbunden und können demzufolge gegenüber den Grundbacken 4 versetzt oder gegen andere Aufsatzbacken 5 ausgetauscht werden. Die Trennstelle T zwischen Aufsatzbacken 5 und Grundbacken 4 ist mit strichpunktierter Linie eingezeichnet.

Die Radialverstellung der Grundbacken 4 erfolgt durch einen in einer zentralen Bohrung des Futterkörpers 3 axial verschiebbaren Futterkolben 6. Dieser ist über eine Zugschraube 7 mit einer Zugstange 8 verbunden, welche von einem am anderen Ende der Spindel 1 angeordneten Druckmittelzylinder betätigt wird.

Um die axiale Verstellbewegung des Futterkolbens 6 in eine radiale Verstellbewegung der aus Aufsatzbacken 5 und Grundbacken 4 bestehenden Spannelemente umzuwandeln, dient beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Keilhakengetriebe. Dieses besteht aus einem Keilhaken 9, der in eine entsprechende Aussparung des Futterkolbens 6 eingreift und an der zugehörigen Grundbacke 4 befestigt ist. Diese Befestigung erfolgt über einen am Keilhaken 9 ausgebildeten Dehnschaft 10, der am oberen Ende mit einem Gewinde versehen ist. Über dieses Gewinde wird der Dehnschaft 10 und damit der Keilhaken 9 durch eine Mutter 11 an der Oberseite der Grundbacke 4 festgelegt.

Auf dem Dehnschaft 10 sind Dehnmeßstreifen 12 angeordnet, welche beim Aufbringen einer Spannkraft und beim Entstehen einer Fliehkraft die Dehnung des Dehnschaftes 10 messen. Die Meßwerte werden über eine Leitung 13 aus dem Futterkörper 3 über die Spindel 1 einer ortsfesten, auf der Zeichnung nicht dargestellten Meß- und Anzeigevorrichtung zugeführt.

Beim Aufbringen von Spannkraft für die in Fig. 1 dargestellte Außenspannung wird der Dehnschaft 10 mit Zugkräften belastet. Diese werden von den Dehnmeßstreifen 12 erfaßt und über die Leitung 13 aus dem Futterkörper 3 abgeführt. Den erfaßten Spannkräften werden Kräfte überlagert, welche sich bei einem Umlauf der Spannvorrichtung ergeben. Durch eine geeignete Ausbildung der Anzeige- und Meßvorrichtung kann erreicht werden, daß nicht nur die Größe der jeweiligen Spannkraft ermittelt wird, sondern daß die Spannkraft durch Nachregeln der Zugkraft in der Zugstange 8 trotz der drehzahlabhängigen Fliehkräfte konstant gehalten wird.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in einem Längsschnitt der Teil einer Spannvorrichtung dargestellt, bei welcher ein Hebelumlenkgetriebe als Kraftumlenkung zwischen Futterkolben 6 und Spannelementen dient, die wiederum jeweils durch eine Grundbacke 4 und eine Aufsatzbacke 5 gebildet sind. Der für diese Kraftumlenkung verwendete zweiarmige Winkelhebel 14 ist auf einem Bolzen 15 im Futterkörper 3 gelagert. Er greift mit einem Arm in eine Nut des Futterkolbens 6 und mit dem anderen Arm in eine Aussparung der zugehörigen Grundbacke 4 ein, wobei in beiden Fällen die Berührungsflächen ballig ausgeführt sind.

Um die aufgrund von Spannkräften und Fliehkräften auftretenden Kräfte messen zu können, ist zwischen mindestens einem Winkelhebel 14 des Hebelumlenkgetriebes und der zugehörigen Grundbacke 4 ein Kraftmeßglied angeordnet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung besteht dieses Kraftmeßglied aus einem druckbelasteten Bolzen 16, über welchen die Kraft des Winkelhebels 14 in die Grundbacke 4 eingeleitet wird. Dieser Druckbolzen 16 ist wiederum mit Dehnmeßstreifen 12 versehen, welche die der auftretenden Kraft entsprechenden Werte über eine Leitung 13 aus dem Futterkörper 3 einer nicht dargestellten Anzeige- und Meßvorrichtung zuführen.

Das dritte Ausführungsbeispiel in Fig. 3 stimmt im wesentlichen Aufbau mit der zweiten Ausführungsform überein. Die Zeichnung zeigt einen Futterkörper 3, der mittels Futterbefestigungsschrauben 17 an nicht dargestellten Flansch einer Spindel an einer Werkzeugmaschine befestigt wird. In einer zentralen Bohrung des Futterkörpers 3 ist ein Futterkolben 6 axial beweglich geführt, der einen Anschluß für eine nicht dargestellte Zugstange besitzt. In eine Nut dieses Futterkolbens 6 greifen Winkelhebel 14 ein, die auf Lagerbolzen 15 im Futterkörper 3 verschwenkbar gelagert sind. Die Winkelhebel 14 dienen der Radialverstellung von Spannelementen, die jeweils aus einer Grundbacke 4 und einer Aufsatzbacke 5 bestehen. Das vordere Ende der zentralen Bohrung des Futterkörpers 3 ist durch einen Deckel 18 a verschlossen.

Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 2 geschieht die Übertragung der Spannkraft bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vom Winkelhebel 14 unmittelbar auf die Grundbacke 4. Diese Grundbacke 4 ist jedoch im Angriffsbereich des Winkelhebels 14 mit einem definierten Dehnquerschnitt ausgebildet, und zwar durch Anbringen einer Aussparung 18. An dem hierdurch gebildeten definierten Dehnquerschnitt sind Dehnmeßstreifen 12 angebracht, welche die Dehnung der Grundbacke 4 im Bereich des Dehnquerschnittes ermitteln. Die ermittelten Werte werden wiederum über eine Leitung 13 aus dem Futterkörper 3 abgeführt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform entfällt somit ein separates Bauteil, welches mit Druck- oder Zugkräften belastet und mit den den Kraftaufnehmer bildenden Dehnmeßstreifen versehen ist.

Claims (6)

1. Umlaufende Spannvorrichtung mit mehreren das jeweilige Werkstück erfassenden Spannelementen, die zur Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der Werkstücke auswechselbar und von einer Kraftbetätigungseinrichtung über ein Umlenkgetriebe betätigbar sind und von denen mindestens ein Spannelement mit einem Spannkraftaufnehmer in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkraftaufnehmer (12) in bzw. an einem Bauteil (10; 16) angeordnet ist, das in Richtung der von der Kraftbetätigungseinrichtung eingeleiteten Kraft hinter dem Umlenkgetriebe und vor der Trennstelle (T) zwischen dem unmittelbar am Werkstück (W) angreifenden Spannelement (5) und dem bei einem Wechsel des Spannelements (5) in der Spannvorrichtung verbleibenden Antriebs- und Tragteil (4) für das Spannelement (5) liegt.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Keilhakengetriebe als Kraftumlenkung zwischen einem Futterkolben und aus Grundbacke und Aufsatzbacke bestehenden Spannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilhaken (9) mindestens einer Grundbacke (4) am Grundbackenkörper über ein Dehnelement (10) befestigt ist, welches mit Dehnmeßstreifen (12) zur Ermittlung der Spannkraft versehen ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Hebelumlenkgetriebe als Kraftumlenkung zwischen einem Futterkolben und aus Grundbacke und Aufsatzbacke bestehenden Spannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen einem Hebel (14) des Hebelumlenkgetriebes und der zugehörigen Grundbacke (4) ein Kraftmeßglied (16) angeordnet ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftmeßglied als vom Hebel (14) druckbelasteter Bolzen (16) mit Dehnmeßstreifen (12) ausgebildet ist, der in einer Bohrung der Grundbacke (4) angeordnet ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundbacke (4) im Angriffsbereich des Hebels (14) mit einem definierten Dehnquerschnitt ausgebildet ist, an dem Dehnmeßstreifen (12) angeordnet sind.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Dehnquerschnitt durch mindestens eine Aussparung (18) in der Grundbacke (4) bestimmt ist.