DE3320068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Spannvorrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einem zur Längsmittelachse der Spann­ vorrichtung konzentrischen Spannring, welcher in einem in Richtung auf das Werkstück offenen Ringraum eines Führungs­ körpers angeordnet und als elastisch durchmesserveränderlicher Kunststoff-Ringkolben ausgebildet ist, wobei der Führungs­ körper einen Druckmittelkanal aufweist, der auf der vom Werkstück abgewandten Seite des zwischen den in axialer Richtung starren Ringraum-Seitenwänden in radialer Richtung verschiebbar geführten Spannrings in den Ringraum mündet.

Bei einer bekannten Werkstück-Spannvorrichtung dieser Art (DE-OS 28 45 056) greift der als Ringkolben ausgebildete Spannring unmittelbar an dem von der Spannvorrichtung ge­ haltenen Werkstück an. Da er aber in einer den Ringraum bildenden Ringnut des Führungskörpers schwimmend angeordnet ist, vermag er das Werkstück nicht zu zentrieren, weshalb sich die bekannte Spannvorrichtung weniger für das Halten eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine zum Zwecke des Bearbeitens eignet, sondern die bekannte Spannvorrichtung stellt mehr eine Greifvorrichtung für Handhabungszwecke dar, denn bei den Greifern von Handhabungsgeräten werden keine hohen Anforderungen an die Zentrierung des Werkstücks gestellt, während eine Werkstück-Spannvorrichtung für eine Bearbeitungs­ welle einer Werkzeugmaschine eine hohe Rundlaufgenauigkeit des Werkstücks garantieren muß. Demnach strebt diese bekannte Spannvorrichtung auch geradezu das Gegenteil einer Selbst­ zentrierung des das Werkstück haltenden Spannelements an, denn nach der Lehre dieses Standes der Technik soll der un­ mittelbar am Werkstück angreifende Spannring sich an Unregel­ mäßigkeiten der Werkstückoberfläche anpassen können (Seite 5, letzte 4 Zeilen der DE-OS 28 45 056).

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkstück- Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich auch zum Halten von während der Bearbeitung rotierenden Werkstücken in einer Werkzeugmaschine eignet.

Was sich erfindungsgemäß dadurch erreichen läßt, daß der Spannring mit seiner vom Ringraum abgewandten Seite gegen eine Spannhülse an­ liegt, die mindestens über einen Teil ihrer Länge durch Längs­ schlitze in Hülsensegmente unterteilt ist, welche über blatt­ federähnliche Stege an einem Träger angeordnet sind. Dadurch, daß sich die blattfederähnlichen Stege ohne weiteres rotations­ symmetrisch zur Längsmittelachse der Spannvorrichtung an dem Träger anordnen lassen und ähnlich einem flachen "S" verformt werden können, zentrieren die Hülsensegmente sich selbst, und zwar auch dann, wenn sie durch den mit Druckmittel beauf­ schlagten Spannring in radialer Richtung zusammengepreßt oder aufgeweitet werden. Obwohl bei der erfindungsgemäßen Spannvor­ richtung die das Werkstück haltende Spannhülse nicht direkt, sondern über den Spannring betätigt wird, tritt kein Verschleiß an den zusammenwirkenden Teilen Spannhülse und Spannring auf, da diese beiden Teile in axialer Richtung nicht gegeneinander verschoben und verspannt werden müssen; außerdem ist es nicht erforderlich, axiale Betätigungskräfte in radiale Spannkräfte umzusetzen, da der Spannring bereits mit radial wirkenden Kräften beaufschlagt wird; im gespannten Zustand bilden der Führungskörper, der Spannring und die Spannhülse eine steife Einheit ohne jegliches Spiel zwischen den verschiedenen Bau­ teilen; auch öffnet sich die erfindungsgemäße Spannvorrichtung bei Druckabfall im Druckmittelkanal aufgrund der Elastizität und entsprechenden Dimensionierung von Spannhülse und Spann­ ring von selbst, weshalb ein Festsitzen, wie es bei konven­ tionellen Spannzangen vorkommt, bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung nicht eintreten kann.

Bei Werkstück-Spannvorrichtungen für Werkzeugmaschinen ist es an sich bekannt, einen elastisch verformbaren, im Querschnitt U-förmigen Kunststoffring auf ringförmig angeordnete Spann­ segmente einwirken zu lassen, mit deren Hilfe ein Werkstück zentrisch zur Längsmittelachse der Spannvorrichtung gehalten wird (Fig. 5 der US-PS 25 34 527); bei dieser bekannten Konstruktion bildet der Kunststoffring aber keinen Ringkolben, und die Spannsegmente sind wie bei einem ganz konventionellen Spannfutter als separate Teile ausgebildet und in einem Konusring gehalten. Der Kunststoffring ist schlauchähnlich ausgebildet und soll sich in axialer und keinesfalls in radia­ ler Richtung ausdehnen, wenn er mit Druckmittel beaufschlagt wird; dadurch werden dann die Spannsegmente in axialer Rich­ tung verschoben, was infolge des sie umschließenden Konus zu einer radialen Spannbewegung dieser Spannsegmente führt. Aufgrund dieses Aufbau- und Funktionsprinzips weist diese bekannte Spannvorrichtung eine ganze Reihe von Nachteilen auf:
Der Wirkungsgrad ist viel schlechter als bei der erfindungs­ gemäßen Spannvorrichtung, denn die Spannkräfte werden nicht durch eine relativ große Umfangsfläche des Kunststoffrings erzeugt und direkt ohne Umlenkung zur Wirkung gebracht, son­ dern durch eine verhältnismäßig kleine axiale Stirnfläche des im Querschnitt einem flachen U entsprechenden Kunststoff­ rings, und sie werden durch die konischen Flächen des die Spannsegmente umfangenden Konus um 90° umgelenkt. Das Funktionsprinzip der bekannten Spannvorrichtung bedingt fer­ ner eine Vielzahl von Reibungsstellen, nämlich zwischen den Spannsegmenten und der diese umfangenden Konusfläche, zwischen den sich auch in axialer Richtung bewegenden Spannsegmenten und dem Werkstück, sowie an Stellen, an denen nur axial und sowohl axial als auch radial bewegte Teile aneinander grenzen. Auf das Werkstück werden durch die Spannsegmente in axialer Richtung verlaufende Kräfte ausgeübt, was beim Abarbeiten einer Materialstange zu Schwierigkeiten führen kann, nämlich dann, wenn diese Materialstange bereits durch eine andere Spannvorrichtung festgehalten wird, wie dies der Fall ist, wenn die bekannte Spannvorrichtung in einer Hilfsspindel eines Werkzeugrevolvers eingesetzt wird. Hingegen treten bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung nur radiale Spannbewegungen auf. Während die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dank der Rückfederkraft der blattfederähnlichen Stege problemlos öffnet, behindern schließlich die verschiedenen Reibungsstellen in der bekannten Spannvorrichtung das Öffnen der Spannsegmente, wenn man die Spannvorrichtung drucklos macht.

Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Spannvorrichtung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen 2 bis 5.

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier besonders vor­ teilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkstück- Spannvorrichtung noch im einzelnen erläutert werden; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform mit einer einfachen, spannzangenartigen Spannhülse;

Fig. 2 einen Schnitt dieser Spannvorrichtung, nach der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit aufgesetzten Spannbacken, und

Fig. 4 eine Stirnansicht der zweiten Ausführungsform, gesehen in Richtung des Pfeils A in Fig. 3.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist in einem mit einem Montageschaft 10 versehenen Lagergehäuse 12 eine als Führungskörper für Ringkolben 14 dienende Spindel 16 mit Hilfe von Lagern 18 und 20 drehbar gelagert. Sie trägt ein Ritzel 22, über das sie sich antreiben lässt und weist zwei Ringnuten 24 zum Halten und Führen der Ringkolben 14 auf. Die letzteren bestehen erfindungsgemäss aus einem elastisch nachgiebigen, jedoch nicht zu weichen Kunststoff, und als besonders geeignet hat sich z.B. Polyurethan erwiesen.

Das für die Betätigung der Ringkolben 14 erforderliche Druck­ mittel, insbesondere Hydrauliköl, wird über eine zentrale Bohrung 28 sowie weitere, in der Spindel 16 vorgesehene Bohrungen 30, 32 und 34 am Grund der Ringnuten 24 dem Raum hinter den Ringkolben 14 zugeleitet, und damit die letzteren selbstabdichtend sind, wenn sie mit Druck beauf schlagt werden, weisen sie an der Seite jeweils eine Dicht­ lippe 36 auf, die durch das unter Druck stehende Hydrauliköl gegen die Seitenwände der Ringnuten 24 angepresst werden. Nachzutragen bleibt noch, dass die Bohrungen 28 und 30 durch Verschlußschrauben 38 und 40 verschlossen werden.

Die Spindel 16 nimmt in einer abgestuften Bohrung 42 eine vorzugsweise aus Metall hergestellte Spannhülse 44 auf, die von vorn her über einen Teil ihrer Länge geschlitzt ist - die Schlitze wurden mit 46 bezeichnet. Zwischen diesen Schlitzen liegen Hülsensegmente 48, und zwar ist die Zahl der Schlitze und ihre Anordnung so gewählt, dass sich je­ weils zwei dieser Hülsensegmente diametral gegenüberliegen. Zwar wird der Innendurchmesser der ungespannten Spannhülse 44 etwas grösser als der Durchmesser des zu spannenden Werkstücks gewählt, jedoch definiert die Innen-, d.h. die Spannfläche eines jeden der Hülsensegmente 48 einen Sektor eines Kreis­ zylinders, dessen Durchmesser vorzugsweise etwas kleiner als der Werkstückdurchmesser ist, so dass gewährleistet ist, dass jedes Hülsensegment längs zweier Linien am Werkstück­ umfang anliegt und sich die einander paarweise gegenüberliegenden Hülsensegmente selbsttätig am Werkstück zentrieren, wenn die Ringkolben 14 druckbeaufschlagt werden.

Die Spannhülse 44 weist einen verhältnismässig dickwandigen hinteren Hülsenteil 52 auf, mit dem die Hülsensegmente 48 über dünne, blattfederähnliche Stege 54 verbunden sind, wodurch es ermöglicht wird, mit Hilfe der Ringkolben 14 die Hülsensegmente 48 parallel zu sich selbst in radialer Richtung zu verlagern, so dass ein zylindrisches Werkstück über die ganze Länge der Hülsensegmente eingespannt wird.

Durch eine oder mehrere, radial orientierte Spannschrauben 56 wird die Spannhülse 44 gegen eine Schulter 58 der Bohrung 42 gezogen und dadurch in axialer Richtung gesichert. Zu diesem Zweck besitzt die Spannschraube 56 einen Konus 56 a und das hintere Hülsenteil 52 eine konische Ausnehmung 52 a, die in axialer Richtung so positioniert ist, dass der Konus 56 a lediglich gegen den rechten Bereich der Ausnehmung 52 a anliegt, wie dies die Fig. 1 erkennen lässt. Die die Spann­ schraube 56 aufnehmende Gewindebohrung der Spindel 16 wurde mit 60 bezeichnet, eine Zugangsbohrung im Lagergehäuse 12 mit 62. Die letztere wird durch eine Verschlußschraube 64 verschlossen.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ledig­ lich durch aufgesetzte Spannbacken, weshalb es sich erübrigt, die mit den Teilen der ersten Ausführungsform identischen Bauelemente zu erläutern. Für diese wurden deshalb auch dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 besitzt eine Spannhülse 44′ allerdings nur drei Hülsensegmente 48′, und auf der Spindel 16 sind drei Führungssegmente 100 mit Schrauben 102 befestigt, zwischen denen Grundbacken 104 in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Diese Grund­ backen weisen Ausnehmungen 106 auf, in die jeweils ein an das zugehörige Hülsensegment 48′ angeformter Vorsprung 108 eingreift. Schliesslich sind auf den Grundbacken 104 mittels Schrauben 110 Aufsatzbacken 112 befestigt, zwischen denen sich ein Werkstück 114 einspannen lässt.

Betrachtet man die Fig. 1, so wird ohne weiteres verständlich, dass die Spindel 16 einen dornartigen Ansatz haben könnte, der in die Spannhülse 44 von hinten hineinragt und in Ring­ nuten gegen die Spannhülse von innen anliegende Ringkolben hält. Selbstverständlich würde dann die Spindel 16 die vordere Hälfte der Spannhülse 44 nicht umgeben, so dass die Spannhülse einen in radialer Richtung durch die Ringkolben aufweitbaren Spanndorn bilden kann.

Claims (5)

1. Werkstück-Spannvorrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einem zur Längsmittelachse der Spannvorrichtung konzentrischen Spannring, welcher in einem in Richtung auf das Werkstück offenen Ringraum eines Führungs­ körpers angeordnet und als elastisch durchmesser­ veränderlicher Kunststoff-Ringkolben ausgebildet ist, wobei der Führungskörper einen Druckmittelkanal auf­ weist, der auf der vom Werkstück abgewandten Seite des zwischen den in axialer Richtung starren Ringraum- Seitenwänden in radialer Richtung verschiebbar ge­ führten Spannrings in den Ringraum mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (14) mit seiner vom Ringraum (24) abgewandten Seite gegen eine Spann­ hülse (44) anliegt, die mindestens über einen Teil ihrer Länge durch Längsschlitze (46) in Hülsensegmente (48) unterteilt ist, welche über blattfederähnliche Stege (54) an einem Träger (52) angeordnet sind.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen zwischen dem Spannring (14) und den Hülsensegmenten (48) sämtlich auf einem zur Längsmittelachse konzentrischen Kreiszylinder liegen.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungskörper (16) als die Spannhülse (44) umgebender, topfförmiger Rotationskörper ausgebildet und in einem ebenfalls topfförmigen Gehäuse (12) drehbar gelagert ist.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längs­ schlitze (46) und damit die Hülsensegmente (48) bis zum vorderen Ende der Spannhülse (44) erstrecken.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsensegmente (48′) mit in radialer Richtung geführten Spannbacken (104, 112) verbunden sind.