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Aus der DE-PS 32 04 529 ist eine weitere Konstruktion eines mit zwei
unabhängig voneinander betätigbaren Spannbackensätzen versehenen Spannfutters der
eingangs beschriebenen Art bekannt. Bei dieser Konstruktion sind die Zentrierspannbacken
des Zentrierspannbackensatzes rechtwinklig zur Längsachse des Spannfutters verstellbar
in einem Spannkopf geführt,
der seinerseits im Futterkörper axial
begrenzt verschiebbar ist. Dieses bekannte Spannfutter vermeidet zwar eine axiale
Bewegungskomponente beim zentrierenden Einspannen des Werkstückes, besitzt jedoch
Führungen und Anschläge für die Zentrierspannbacken, die im Bearbeitungsraum der
Werkzeugmaschine liegen, so daß sie verschmutzen oder durch Späne beschädigt werden
können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, dessen Zentrierspannbackensatz unter Vermeidung der
Nachteile der bekannten Konstruktionen trotz eines geringen Raumbedarfes einen großen
Spannbereich besitzt und durch Verwendung großflächiger sowie geschützt im Futterinneren
untergebrachter Lager- und Führungsflächen eine hohe Funktionssicherheit und Zentriergenauigkeit
erzielt.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Zentrierspannbacken jeweils am vorderen Ende einer axial
verschiebbar und radial begrenzt verschwenkbar im Futterkörper gelagerten Tragstange
angeordnet sind, die an ihrem hinteren Ende über einen Hebelmechanismus mit jeweils
einem axial verschiebbar im Futterkörper geführten, druckmittelbetätigten Kolben
verbunden ist, der mit den Kolben der anderen Zentrierspannbacken durch ein gemeinsames
Kupplungsglied formschlüssig gekuppelt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung entfallen einerseits aufwendige
Schrägführungen für die Relativbewegung der Zentrierspannbacken gegenüber dem Futterkörper
und andererseits axial ausfahrbare Spannköpfe, welche die radial verstellbaren Zentrierspannbacken
tragen. Außerdem befinden sich alle bewegten Teile des Zentriermechanismus geschützt
im Inneren des Futterkörpers. Als Lager für die axial verschiebbar und radial begrenzt
verschwenkbar im Futterkörper gelagerten Tragstangen können einfache und preiswerte
Gelenklager verwendet werden, die großdimensionierte Führungsflächen aufweisen,
um bei geringem Verschleiß eine hohe Funktionssicherheit und Wiederholgenauigkeit
zu gewährleisten.
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Gemäß einem weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung ist jede Tragstange
mittels eines zylindrischen Stangenabschnitts in der Bohrung eines Lagerringes verschiebbar
geführt, der mittels einer kugelringförmigen Lagerfläche in der Frontseite des Futterkörpers
begrenzt verschwenkbar gelagert ist. Diese Ausbildung ermöglicht die Verwendung
von als Normteile erhältlichen Lagern.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, die
axiale Ausschiebebewegung jeder Tragstange durch Anlage eines am innenliegenden
Ende des zylindrischen Stangenabschnitts ausgebildeten Absatzes am Lagerring formschlüssig
zu begrenzen. Hierdurch liegen auch die Längsanschläge für die Tragstangen im Inneren
des Futterkörpers, so daß Funktionsstörungen und Verschmutzungen verhindert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannfutters
ist die vordere Stirnfläche jeder Tragstange mit einer Stirnverzahnung zur auswechselbaren
Befestigung von Spannbacken bzw. von mit radial verstellbaren Spannbackenaufsätzen
versehenen Grundbacken versehen. Hierdurch ergibt sich in an sich bekannter Weise
eine radiale Verstellmöglichkeit der Zentrierspannbacken zwecks Anpassen an unterschiedliche
Werkstückdurchmesser.
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In erfindungsgemäßer weiterer Ausgestaltung sind
die einzelnen Kolben
zum Antrieb der Zentrierspannbacken jeweils mit einer den Hebelmechanismus umgebenden
Buchse verbunden, wobei die Buchsen in zylindrischen Bohrungen des Futterkörpers
axial verschiebbar geführt und miteinander durch das Kupplungsglied gekuppelt sind.
Mit dieser Ausgestaltung wird eine geschützte Unterbringung des Hebelmechanismus
zum Verschwenken der Zentrierspannbacken erreicht.
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Gleichzeitig wird eine Voraussetzung für eine besonders günstige Ausbildung
des Kupplungsgliedes geschaffen. Diese Ausbildung besteht erfindungsgemäß darin,
daß die Kolben über die Buchsen mit radial nach außen abstehenden Flanschen einer
zentralen Kupplungsbuchse verbunden sind, die axial verschiebbar im Futterkörper
geführt ist. Diese eine synchrone Bewegung der Kolben bewirkende Kupplungsbuchse
könnte auch als Ringkolben ausgebildet sein, welcher die einzelnen Kolben ersetzt
und beispielsweise bei Spannfuttern mit einer Mittelbohrung den gemeinsamen Antrieb
für sämtliche Zentrierspannbacken darstellt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hebelmechanismus
durch eine Kniehebellasche gebildet, die jeweils mittels eines Bolzens mit einem
Lagerstück am hinteren Ende der Tragstange bzw. mit einem Lageransatz am Kolben
verbunden ist, wobei das Lagerstück und der Lageransatz mit während der axialen
Ausschiebebewegung der Tragstange aneinanderliegenden Anschlagflächen versehen sind,
die erst bei einer Anlage des Absatzes der Tragstange am Lagerring durch eine weitere
Bewegung des Kolbens mittels der Kniehebellasche infolge einer Verschwenkung der
Tragstange entgegen der Kraft einer Rückstellfeder voneinander trennbar sind. Während
der Ausschiebebewegung der Tragstangen erfolgt somit keine Verschwenkung derselben
und damit auch keine Radialbewegung der Zentrierspannbacken. Erst wenn am Ende der
rein axialen Ausschiebebewegung durch den Kolben diese Axialbewegung infolge des
Anlegens des Absatzes am Lagerring beendet ist, wird der hintere Teil der Tragstange
infolge der Hebelwirkung der Kniehebellasche radial nach außen gedrückt, so daß
die am vorderen Ende der Tragstangen befestigten Zentrierspannbacken eine radiale,
synchrone Bewegung zur Mitte hin ausführen, wobei die Kraft dieser Zentrierbewegung
dem Druck des Druckmediums und dem Kolbendurchmesser entspricht. Auch bei der Rückzugbewegung
der Tragstangen sorgt die Rückstellfeder dafür, daß die Anschlagflächen an Lageransatz
und Lagerstück aneinanderliegen, so daß die Tragstangen mit axialer Ausrichtung
zurückgezogen werden.
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Um eine besonders einfache Ausgestaltung und Unterbringung der Rückstellfeder
zu erzielen, wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, die Rückstellfeder
im Lagerstück der Tragstange anzuordnen und mit einem Ende über ein Gleitstück an
der Buchse abzustützen, welche den Hebelmechanismus umgibt.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Kniehebelsystems wird
ein relativ großer Zentrierhub der Zentrierspannbacken erreicht, der wegen der spielfreien
Arbeitsweise unter Last nicht nur eine gute Zentriergenauigkeit, sondern auch eine
günstige Kraftumsetzung in der Spannstellung der Zentrierspannbacken zur Folge hat.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Spannfutters dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch das im Ladezustand
befindliche Spannfutter, F i g. 2 eine Ansicht des Spannfutters gemäß F i g. 1
von
vorn, F i g. 3 einen der F i g. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das Spannfutter,
nachdem die Zentrierspannbakken in die Zentrierebene ausgefahren worden sind, F
i g. 4 einen der F i g. 3 entsprechenden Längsschnitt mit in der Zentrierstellung
befindlichen Zentrierspannbacken und in der Spannstellung befindlichen Ausgleichspannbacken,
F i g. 5 einen weiteren Längsschnitt durch das Spannfutter, das sich in der Arbeitsstellung
befindet, in der das Werkstück durch die Ausgleichspannbacken gehalten wird und
die Zentrierspannbacken in die Ruhelage zurückgezogen worden sind.
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Das in der Zeichnung dargestellte Spannfutter besitzt einen zweiteiligen
Futterkörper 1 mit einer zentralen Durchgangsöffnung für die Zufuhr vorzugsweise
stangenförmiger Werkstücke. Diese Durchgangsöffnung wird beim Ausführungsbeispiel
durch ein Schutzrohr 2 gebildet, das mittels Schrauben 2a mit beiden Teilen des
Futterkörpers 1 verbunden ist. Die Befestigung des Futterkörpers 1 am Flansch einer
nicht dargestellten Spindel einer Werkzeugmaschine erfolgt mit Hilfe von Futterbefestigungsschrauben
3, von denen jeweils eine in den Längsschnitten der Zeichnung zu erkennen ist.
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Die Zufuhr des Druckmittels zum umlaufenden Futterkörper 1 erfolgt
durch einen Druckmittelüberleitungsring bzw. -zuführring 4, der im hinteren Teil
des Futterkörpers 1 angeordnet ist, im Gegensatz zum Futterkörper 1 nichtrotierend
gehalten ist und außer mit Nuten und Bohrungen im Futterkörper 1 mit Nuten und Bohrungen
in einem Zusatzring 5 zusammenwirkt, der am hinteren Ende des Futterkörpers 1 angeordnet
ist.
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Da es sich bei diesem Druckmittelüberleitungsring 4 um ein z. B. aus
der DE-PS 21 51 938 bekanntes Bauteil handelt, kann auf eine detaillierte Beschreibung
verzichtet werden.
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Im Futterkörper 1 sind zwei unabhängig voneinander durch das Druckmittel
betätigbare Spannbackensätze angeordnet Der erste Spannbackensatz umfaßt beim Ausführungsbeispiel
drei Ausgleichspannbacken 6, die jeweils von einem Doppelkolben 7 derart betätigbar
sind, daß mit ihnen eine ausgleichende Einspannung eines Werkstückes möglich ist.
Beim Ausführungsbeispiel treibt jeder Doppelkolben 7 eine mit Keilschrägen 8a versehene
Keilstange 8 an, die in entsprechende Ausnehmungen der aus einer Grundbacke 6a und
einer Aufsatzbacke 6b bestehenden Ausgleichspannbacke 6 eingreift. Die Aufsatzbacke
6b ist in bekannter Weise über Verzahnungen in radialer Richtung auf der Grundbacke
6a verstellbar. Zur Festlegung dienen in bekannter Weise Backenschrauben 6c, die
jeweils in einen Nutenstein 6dder Grundbacke 6a eingreifen.
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Der zweite Spannbackensatz, dessen Spannbacken unabhängig von den
Ausgleichspannbacken 6 betätigbar sind, umfaßt beim Ausführungsbeispiel drei Zentrierspannbacken
9, die - wie aus F i g. 2 hervorgeht~ zwischen den Ausgleichspannbacken 6 angeordnet
sind.
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Auch jede Zentrierspannbacke 9 besteht aus einer Grundbacke 9a und
einer auf dieser in radialer Richtung verstellbar angeordneten Aufsatzbacke 9b,
wobei die Befestigung der Aufsatzbacke 9b an der Grundbacke 9a wiederum mittels
Verzahnungen und mit Hilfe von Bakkenschrauben 9c erfolgt.
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Jede Zentrierspannbacke 9 ist am vorderen Ende einer Tragstange 10
angeordnet, die mittels eines zylindrischen Stangenabschnitts 10a in der Bohrung
eines Lagerringes 11 in axialer Richtung verschiebbar am Futterkörper 1 gelagert
ist Der Lagerring 11 ist auf seinem Außenumfang mit einer kugelringförmigen Lagerfläche
lla ausgebildet und in einem entsprechenden Tragring 12 gehalten, der seinerseits
in einem Deckel 13 angeordnet ist, der mittels Deckelschrauben 13a in der Frontseite
des Futterkörpers 1 befestigt ist. Auf diese Weise kann die Tragstange 10 nicht
nur in axialer Richtung gegenüber dem Futterkörper 1 verschoben, sondern auch mit
Hilfe des Lagerringes 11 begrenzt verschwenkt werden, so daß die am vorderen Ende
der Tragstange 10 befestigte Zentrierspannbacke 9 eine radiale Zustellbewegung ausführen
kann.
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Die axiale Ausschiebebewegung jeder Tragstange 10 ist durch Anlage
eines am innenliegenden Ende des zylindrischen Stangenabschnitts 10a ausgebildeten
Absatzes 10b am Lagerring 12 formschlüssig begrenzt. Beim Ausführungsbeispiel wird
dieser Absatz lOb durch einen im Durchmesser vergrößerten Abschnitt der Tragstange
10 gebildet. Am hinteren Ende der Tragstange 10 ist ein Lagerstück 10c ausgebildet,
an dem mittels eines Bolzens 14 ein Ende einer Kniehebellasche 15 angelenkt ist,
deren anderes Ende über einen weiteren Bolzen 14 mit einem Lageransatz 16a eines
axial verschiebbar im Futterkörper 1 geführten Kolbens 16 gelenkig verbunden ist.
Auch dieser Kolben 16 wird über den Druckmittelüberleitungsring 4 mit Druckmittel
versorgt, um sowohl die axiale Bewegung als auch die begrenzte Schwenkbewegung der
Tragstange 10 zu bewirken. Der Futterkörper 1 ist mit entsprechenden zylindrischen
Bohrungen zur Aufnahme der Kolben 16 versehen.
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Sowohl der Lageransatz 16a des Kolbens 16 als auch das Lagerstück
lOc der Tragstange 10 ist mit einer Anschlagfläche 16b bzw. einer Anschlagfläche
10d versehen. Diese Anschlagflächen lOdund 16b liegen während der rein axialen Ausschiebebewegung
der Tragstange 10 aneinander, so daß während dieser Ausschiebebewegung keine Schwenkbewegung
erfolgt. Zu diesem Zweck ist im Lagerstück lOc jeder Tragstange 10 eine Rückstellfeer
17 angeordnet, die sich mit einem Ende im Lagerstück lOc und mit dem anderen Ende
über ein Gleitstück 17a an einer Buchse 18 abstützt, die den Hebelmechanismus 14,
15 umgebend an der Vorderseite des Kolbens 16 befestigt ist.
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Um eine zentrische Spannbewegung der Zentrierspannbacken 9 zu erzielen,
sind die Kolben 16 zum Antrieb der Tragstangen 10 durch ein gemeinsames Kupplungsglied
formschlüssig miteinander gekuppelt. Beim Ausführungsbeispiel wird dieses Kupplungsglied
durch eine Kupplungsbuchse 19 gebildet, die mittels radial nach außen abstehender
Flansche 19a mit den Buchsen 18 der einzelnen Kolben 16 verbunden sind, so daß stets
eine synchrone Bewegung sämtlicher Kolben 16 und damit sämtlicher Tragstangen 10
und Zentrierspannbakken 9 erfolgt.
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Anhand der Zeichnung wird nunmehr die Wirkungsweise des voranstehend
in seinem Aufbau erläuterten Spannfutters beschrieben.
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In den F i g. 1 und 2 ist das Spannfutter in seiner geöffneten Ausgangsstellung
dargestellt In dieser Stellung wird nunmehr vorzugsweise durch die hohle Spindel
der Werkzeugmaschine ein stangenförmiges Werkstück W eingeführt, dessen Spannzentrum
zum Bearbeitungszentrum in radialer Richtung abweicht, wie aus der strichpunktiert
angedeuteten Form des Werkstückes W in F i 3 hervorgeht. Um trotz der abweichenden
Mittelpunkte zwischen Spannebene und Bearbeitungsebene eine zentrische Bearbeitung
des Werkstückes Wzu gewährleisten, wird dieses vor seiner eigentlichen Einspannung
durch die Ausgleichspannbacken 6 an der
späteren Bearbeitungsstelle
durch die Zentrierspannbacken 9 zentriert.
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Zu diesem Zweck werden gemäß F i g. 3 die Tragstangen 10 mit den
Zentrierspannbacken 9 durch die über die Kupplungsbuchse 19 miteinander verbundenen
Kolben 16 in axialer Richtung aus dem Futterkörper 1 herausgeschoben, bis die Aufsatzbacken
9b der Zentrierspannbacke 9 die Spannebene erreicht haben. Während dieser axialen
Ausschiebebewegung führen die Tragstangen 10 keine Schwenkbewegung durch, weil die
Anschlagfläche lOd am Lagerstück lOc der Tragstange 10 an der Anschlagfläche 16b
am Kolben 16 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 17 anliegt.
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Erst wenn gemäß F i g. 4 der Absatz lOb der Tragstange 10 am Lagerring
11 zur Anlage kommt, bewirkt eine weitere Bewegung des Kolbens 16 eine Verschwenkbewegung
der Tragstange 10, so daß die Zentrierspannbacken 9 in radialer Richtung bewegt
werden und das Werkstück Wan der späteren Bearbeitungsstelle zentrierend einspannen.
Die Schwenkbewegung jeder Tragstange 10 wird durch die Kniehebellasche 15 bewirkt,
die die am Lagerring 11 anliegende Tragstange 10 am hinteren Ende radial nach außen
drückt, wenn der Kolben 16 weiter nach vorn bewegt wird. Bei dieser Verschwenkung
des Lagerstückes 10c wird die Rückstellfeder 17 zusammengedrückt.
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Sobald das Werkstück W an der späteren Bearbeitungsstelle durch die
Zentrierspannbacken 9 zentrierend eingespannt worden ist, werden die Ausgleichspannbacken
6 mit Hilfe der Doppelkolben 7 in radialer Richtung an das Werkstück W herangeführt.
Da die Doppelkolben 7 unabhängig voneinander verschiebbar sind, bewirken sie eine
ausgleichende Einspannung des Werkstückes W unter Aufrechterhaltung von dessen Zentrierung
an der späteren Bearbeitungsstelle.
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Sobald das Werkstück W durch die Ausgleichspannbacken 6 sicher eingespannt
worden ist, werden die die Zentrierspannbacken 9 tragenden Tragstangen 10 durch
die Kolben 16 zurückgezogen, so daß die in F i g. 5 dargestellte Stellung der beiden
unabhängig voneinander betätigbaren Spannbackensätze erreicht wird.
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Zu Beginn dieser Rückzugbewegung bewirkt die Rückstellfeder 17, daß
die beiden Anschlagflächen 10d und 16b wieder zur Anlage kommen, so daß die Tragstangen
10 gleich zu Beginn der Rückzugbewegung in eine axial ausgerichtete Lage verschwenkt
werden, bevor die rein axiale Rückzugbewegung der Tragstangen 10 stattfindet. Sobald
die Zentrierspannbacken 9 die in Fig. 5 dargestellte Lage erreicht haben, kann der
Bearbeitungsvorgang beginnen, der an derjenigen Oberfläche des Werkstückes W erfolgt,
an der dieses zuvor von den Zentrierspannbacken 9 zentriert worden ist.
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