DE3436652A1

DE3436652A1 - CLAMPING DEVICE

Info

Publication number: DE3436652A1
Application number: DE19843436652
Authority: DE
Inventors: D. C. Leusden Bolderman
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10
Also published as: EP0177037A3; EP0177037A2

Description

APPLIED POWER IMC. Milwaukee, Wisconsin 53201 (T.St.A.)APPLIED POWER IMC. Milwaukee, Wisconsin 53201 (T.St.A.)

SpannvorrichtungJig

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Festklemmen eines Werkzeugs an einer Bearbeitungsmaschine mit einem an einem Tragelement an der Bearbeitungsmaschine festlegbaren, einseitig offenen Spannzylinder, in dem ein mit Druckmittel beaufschlagbarer Spannkolben axial verschiebbar geführt ist, der an seinem aus dem Spannzylinder ausfahrbaren Ende eine abgeschrägte Kolbennase aufweist, die unter Anlage an einem festzuspannenden Werkzeug dieses auf einer unterlage an der Bearbeitungsmaschine festklemmen kann.The invention relates to a clamping device for clamping a tool on a machine tool with one on one Support element which can be fixed on the processing machine, is open on one side and has a clamping cylinder in which a pressure medium can be applied The clamping piston is guided axially displaceably, which has a beveled piston nose at its end that can be extended from the clamping cylinder, which, while resting on a tool to be clamped, can clamp this on a base on the processing machine.

Bei den bekannten Spannvorrichtungen dieser Art ist der Spannzylinder auf der gleichen ebenen Unterlage befestigt, die auch das festzuspannende Werkzeug trägt, und die abgeschrägte Kolbennase fährt bei Beaufschlagung des Spannkolbens mit Druckmittel in eine ihr gegenübergestellte und einen schrägen Spannrand aufweisende Ausnehmung des Werkzeugs ein und drückt dieses auf der gemeinsamen Unterlage fest, solange die Beaufschlagung des Spannkolbens mit Druckmittel andauert. Wird diese Druckmittelbeaufschlagung jedoch beispielsweise durch einen Ausfall in der entsprechenden Hydraulik ungewollt unterbrochen, so ist auch die Festlegung des Werkzeugs nicht mehr gewährleistet, und der Betrieb der Bearbeitungsmaschine muß dann sofort unterbrochen werden, um Bearbeitungsfehler zu vermeiden, die sich durch ein Verrutschen des Werkzeugs auf seiner Unterlage ergeben könnten.In the known clamping devices of this type, the clamping cylinder is attached to the same flat surface that also carries the tool to be clamped, and the beveled piston nose moves when pressure medium is applied to the tensioning piston in a tensioning edge opposite it and having an inclined tensioning edge Recess of the tool and presses it firmly on the common base as long as the clamping piston is acted upon Pressure medium persists. However, if this pressurization occurs, for example, due to a failure in the corresponding hydraulic system Unintentionally interrupted, the fixation of the tool is no longer guaranteed, and the operation of the processing machine must then be interrupted immediately to avoid machining errors caused by the tool slipping on his Document could result.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß ein zuverlässiges Festhalten des Werkzeugs an der Bearbeitungsmaschine unter allen Umständen und insbesondere auch bei einem Ausfall des Hydraulikdrucks sichergestellt ist.The invention is therefore based on the object of a clamping device of the type mentioned in such a way that reliable retention of the tool on the machine tool is possible is ensured under all circumstances and in particular also in the event of a failure of the hydraulic pressure.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbennase eine Keilfläche aufweist, die so in Entsprechung zu einem korrespondierenden Oberflächenabschnitt des festzuspannenden Werkzeugs geformt ist, daß sie durch Keilselbsthemmung mit diesem eine gegenseitige Verriegelung rein mechanischer Art zwischen Spannvorrichtung und Werkzeug bewirkt.The object set is achieved according to the invention in that the piston nose has a wedge surface which corresponds to that is formed into a corresponding surface section of the tool to be clamped that it is self-locking with the wedge this causes a mutual locking of a purely mechanical type between clamping device and tool.

Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kolbennase in Entsprechung zu dem damit beim Spannvorgang zusammenwirkenden Oberflächenabschnitt des festzuspannenden Werkzeugs ergibt sich eine mechanische Verbindung, die auch unabhängig von einem weiteren Einwirken des Hydraulikdruckes auf den Spannkolben in der Spannrichtung so lange aufrechterhalten bleibt, bis sie durch einen in der entgegengesetzten Richtung auf den Spannkolben ausgeübten Hydraulikdruck aufgehoben wird. Auch bei einem Ausfall des einmal ausgeübten hydraulischen Spanndrucks beispielsweise durch einen Fehler in der Hydraulik wird so das Werkzeug durch die Keilselbsthemmung an der Kolbennase sicher in seiner Arbeitslage festgehalten.Thanks to the inventive design of the piston nose in correspondence for the surface section of the tool to be clamped that interacts therewith during the clamping process, there is a mechanical one Connection that is independent of any further action of the hydraulic pressure on the tensioning piston in the tensioning direction is maintained until it is released by a hydraulic pressure exerted on the tensioning piston in the opposite direction will. Even if the hydraulic clamping pressure once exerted fails, for example due to a fault in the hydraulic system so the tool is held securely in its working position by the wedge self-locking on the piston nose.

Dabei besteht durch eine Weiterbildung der Erfindung mit auswechselbarer Gestaltung der Kolbennase die Möglichkeit einer leichten und einfachen Anpassung an unterschiedliche Werkzeuge, indem Kolbennasen mit entsprechend unterschiedlichen Keilflächen eingesetzt werden. Weiter kann in Ausgestaltung der Erfindung der Spannzylinder so geformt sein, daß er sich insgesamt in einen im Anschluß an die das festzuspannende Werkzeug tragende Unterlage an der Bearbeitungsmaschine vorgesehenen Hohlraum wie eine entsprechend geformte Ausnehmung einführen und darin festlegen läßt. Auf diese Weise erhält man ohne nennenswerte Beanspruchung der Befestigungsmittel eine völlig unverrückbare Halterung des Spannzylinders und damit auch der Kolbennase am freien Ende des Spannkolbens, wodurch die Keilselbsthemmung noch weiter gesichert wird. Schließlich ist es von Vorteil, durch längs des Weges des Spannkolbens im Spannzylinder angeordnete Näherungsschalter eine elektrische Überwachung des Spannvorganges und insbesondere der Einhaltung der Spannposition zu ermöglichen.There is a further development of the invention with replaceable Design of the piston nose the possibility of an easy and simple adaptation to different tools, by piston nose can be used with correspondingly different wedge surfaces. Furthermore, in an embodiment of the invention, the clamping cylinder be shaped so that it is a total of a subsequent to the tool to be clamped supporting base on the machine tool Insert provided cavity as a correspondingly shaped recess and can be set therein. That way it gets without any significant stress on the fastening means, a completely immovable mounting of the clamping cylinder and thus also the piston nose at the free end of the tensioning piston, whereby the wedge self-locking is secured even further. After all, it's from The advantage of having a proximity switch arranged in the clamping cylinder along the path of the clamping piston provides electrical monitoring of the To enable the clamping process and, in particular, compliance with the clamping position.

Im Ergebnis führt die Erfindung zu einer Spannvorrichtung, die eine positive Festlegung eines Objekts wie eines Werkzeugs auf einer Unterlage mittels zeitlich begrenzter Ausübung hydraulischer Spannkräfte und nach deren Aufhören durch anschließendes Veiterwirken rein mechanischer Selbsthemmung ermöglicht. Man erhält dabei insbesondere eine einfach aufgebaute, robuste und unbedingt zuverlässig arbeitende Schnellspannvorrichtung für Bearbeitungsmaschinen aller Art.As a result, the invention leads to a clamping device that positively fixes an object such as a tool on a Support by means of the temporary application of hydraulic clamping forces and, after their cessation, by subsequent work allows purely mechanical self-locking. In particular, a simply structured, robust and absolutely reliable one is obtained working quick release device for machine tools of all Art.

Pur die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur einen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.Pur the further explanation of the invention is now to the Reference is made to the drawing, the single figure of which is a partial section through an exemplary embodiment of a clamping device according to FIG Invention shows.

Die in der Zeichnung dargestellte Spannvorrichtung dient zum Festhalten eines Werkzeugs 6 an einer Bearbeitungsmaschine, von der in der Zeichnung nur eine Eonsole 8 gezeigt ist. Diese Zonsole 8 bildet zum einen die tragende Unterlage für das festzuspannende Werkzeug 6, und zum anderen enthält sie eine parallel zu dieser Unterlage verlaufende Ausnehmung 16, die als Aufnahme für die Spannvorrichtung dient, die insgesamt als eine Art Einsteckpatrone ausgebildet ist.The clamping device shown in the drawing is used to hold on of a tool 6 on a processing machine, of which only one Eonsole 8 is shown in the drawing. This zone 8 forms on the one hand the supporting base for the tool 6 to be clamped, and on the other hand it contains a base running parallel to this base Recess 16, which serves as a receptacle for the clamping device, which is designed as a kind of plug-in cartridge as a whole.

Den Hauptbestandteil der Spannvorrichtung selbst bildet ein Spannzylinder 2, der axial in die Ausnehmung 16 eingeführt ist und darin mittels in der Zeichnung schematisch angedeutetet Befestigungsbolzen 9 festgehalten wird. In dem Spannzylinder 2 ist ein Spannkolben 1 axial verschiebbar geführt, der an seinem inneren Ende von einem Gleitlager 3 gehalten wird, an das ein Stoßring 4 als innerer Anschlagpuffer anschließt.The main component of the clamping device itself is a clamping cylinder 2, which is axially inserted into the recess 16 and therein is held by means of fastening bolts 9 indicated schematically in the drawing. In the clamping cylinder 2 is a clamping piston 1 guided axially displaceably, which is held at its inner end by a plain bearing 3, to which a thrust ring 4 as an inner Stop buffer connects.

In seinem mittleren Bereich weist der Spannkolben.1 einen Ringflansch 15 von größeren Durchmesserabmessungen auf, beidseits von den je ein Kanal 12 in das Innere des Spannzylinders 2 mündet. Über diese Kanäle 12 kann von einer in der Zeichnung selbst nicht gezeigten Quelle Hydraulikfluid unter Druck zur Einwirkung auf den Spannkolben 1 gebracht werden, so daß dieser in die in der ZeichnungThe clamping piston.1 has an annular flange in its central area 15 of larger diameter dimensions on both sides of each one channel 12 opens into the interior of the clamping cylinder 2. Above these channels 12 can from a source not shown in the drawing itself hydraulic fluid under pressure to act on the clamping piston 1 are brought so that this is in the drawing

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dargestellte Spannposition nach links aus dem Spannzylinder 2 ausgefahren bzw. wieder in den Spannzylinder 2 eingefahren v/erden kann, bis sein inneres Ende an dem Stoßring 4 zur Anlage kommt. Dichtungen wie die eigens bezeichneten Dichtungsringe 11 und 15 am Außenumfang des Spannzylinders 2 bzw. zwischen der Innenseite des Spannzylinders 2 und dem Spannkolben 1 sorgen für eine Abdichtung der verschiedenen Fugen zwischen den einzelnen Bauteilen der Spannvorrichtung gegen einen ungewollten Austritt von Hydraulikfluid.The clamping position shown is extended to the left out of the clamping cylinder 2 or can be retracted into the clamping cylinder 2 again until its inner end comes to rest on the thrust ring 4. Seals like the specially designated sealing rings 11 and 15 on the outer circumference of the clamping cylinder 2 or between the inside of the clamping cylinder 2 and the clamping piston 1 ensure that the various Joints between the individual components of the clamping device to prevent unintentional leakage of hydraulic fluid.

An seinem in der Zeichnung nach links aus dem Spannzylinder 2 ausfahrbaren freien Ende weist der Spannkolben 1 eine Kolbennase 10 auf. Diese Kolbennase 10, die gegebenenfalls austauschbar mit dem Hauptteil des Spannkolbens 1 verbunden sein, weist an ihrem Umfang eine Keilfläche 7 auf, die so geformt ist, daß sie eine Entsprechung in einem Oberflächenabschnitt 14 des festzuspannenden Werkzeugs 6 hat. In der in der Zeichnung dargestellten Spannposition kommen die Keilfläche 7 und der Oberflächenabschnitt I4 zur Anlage aneinander, wobei zwischen ihnen Keilselbsthemmung auftritt. Die entsprechende Klemmkraft ist in der Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet.At its extendable to the left of the clamping cylinder 2 in the drawing At its free end, the tensioning piston 1 has a piston nose 10. This piston nose 10, which may be interchangeable with the main part of the tensioning piston 1, has on its circumference a wedge surface 7 which is shaped so that it has a counterpart in a surface portion 14 of the tool 6 to be clamped. The wedge surfaces come in the clamping position shown in the drawing 7 and the surface section I4 for abutment with one another, wherein wedge self-locking occurs between them. The corresponding clamping force is indicated in the drawing by an arrow.

Die Stellung des Spannkolbens 1 im Spannzylinder 2 und insbesondere die Spannposition wird auf elektrischem Wege mit Hilfe eines Häherungsschalters 5 überwacht, der über ein in der Zeichnung nur angedeutetes Kabel mit entsprechenden Anzeigeeinrichtungen verbunden ist.The position of the clamping piston 1 in the clamping cylinder 2 and in particular the clamping position is controlled electrically with the help of a proximity switch 5 monitored, which is connected to appropriate display devices via a cable only indicated in the drawing.

Beim praktischen Arbeiten mit der dargestellten Spannvorrichtung wird diese mit in den Spannzylinder 2 eingefahrenem Spannkolben 1 in der Art einer Einsteckpatrone in die Ausnehmung 16 ind der Konsole eingesetzt und dort mittels der stirnseitig angreifenden Befestigungsbolzen 9 festgelegt, wobei die Keilfläche 7 an der Kolbennase 10 in Richtung auf die das festzuspannende Werkzeug 6 tragende Unterlage weist. Anschließend wird unter Einspeisung von Hydraulikfluid über den in der Zeichnung rechten Kanal 12 der Ringflansch 13 des Spannkolbens 1 von rechts her mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Dadurch fährt der Spannkolben 1 nach links aus dem Spannzylinder 2 aus, undWhen working in practice with the clamping device shown, it is shown with the clamping piston 1 retracted into the clamping cylinder 2 of the type of a plug-in cartridge inserted into the recess 16 ind of the console and fixed there by means of the fastening bolts 9 acting on the end face, the wedge surface 7 on the piston nose 10 in Direction of the support to be clamped tool 6 facing. Subsequently, hydraulic fluid is fed over the channel 12 on the right in the drawing of the annular flange 13 of the tensioning piston 1 pressurized with hydraulic pressure from the right. As a result, the clamping piston 1 moves out of the clamping cylinder 2 to the left, and

die Keilfläche 7 an der Korbennase 10 läuft auf den schräg nach links und oben verlaufenden Oberflächenabschnitt 14 des Werkzeugs 6 auf. Auf diese Weise wird dieses nach unten auf seine Unterlage gepreßt und festgeklemmt, wobei die Aufnahme des Spannzylinders 2 in der Ausnehmung 16 der Konsole 8 den Gegendruck nach aufwärts sicher auffängt, ohne daß die Befestigungsbolzen 9 überbeansprucht werden.the wedge surface 7 on the basket nose 10 runs obliquely to the left and the top surface portion 14 of the tool 6. In this way, this is pressed down on its base and clamped, the recording of the clamping cylinder 2 in the Recess 16 of the console 8 safely absorbs the counter pressure upwards, without the fastening bolts 9 being overstressed.

Zwischen der Keilfläche 7 und dem Oberflächenabschnitt 14 kommt es wegen ihrer einander entsprechenden Formgebung zu Keilselbsthemmung und damit zu einer Verriegelung zwischen Spannkolben 1 und Werkzeug 6. Diese auf rein mechanischer Basis beruhende Verriegelung bleibt auch nach einem Abfall des Hydraulikdrucks auf der in der Zeichnung rechten Seite des Eingflansches 13 des Spannkolbens 1 voll wirksam, so daß das Werkzeug 6 auch ohne einen solchen Hydraulikdruck sicher auf der Konsole 8 festgehalten wird. Eine Aufhebung dieser Verriegelung erfolgt erst unter der Einwirkung eines hinreichend großen Hydraulikdrucks auf die linke Seite des Ringflansches 13 durch Zuführung von Hydraulikfluid über den in der Zeichnung linken Kanal 12 im Spannzylinder 2. Für eine Freigabe des Werkzeugs 6 nach dessen Festklemmen auf der Konsole 8 bedarf es also einer gezielten Zuführung von Hydraulikfluid zu der Spannvorrichtung; ein ungewolltes Loslösen des einmal festgeklemmten Werkzeugs 6 ist auch bei einem Ausfall in der Hydraulik ausgeschlossen.Between the wedge surface 7 and the surface section 14 comes it because of their corresponding shape to wedge self-locking and thus to a locking between the clamping piston 1 and Tool 6. This locking, which is based on a purely mechanical basis, remains on the in the even after a drop in hydraulic pressure Drawing on the right side of the flange 13 of the clamping piston 1 full effective, so that the tool 6 is securely held on the console 8 even without such hydraulic pressure. A repeal of this Locking only takes place under the action of a sufficiently high hydraulic pressure on the left side of the annular flange 13 Supply of hydraulic fluid via the channel on the left in the drawing 12 in the clamping cylinder 2. For a release of the tool 6 after it has been clamped onto the bracket 8, a specific feed is therefore required from hydraulic fluid to the tensioner; an unwanted detachment the tool 6 once clamped is excluded even in the event of a failure in the hydraulic system.

Die Austauschbarkeit der Kolbennase 10 ermöglicht eine Anpassung an Werkzeuge 6 verschiedener Gestalt, und über den Häherungsschalter 5 läßt sich die jeweilige Stellung des Spannkolbens 1 im Spannzylinder 1 verfolgen und insbesondere das Erreichen der Spannposition überwachen.The interchangeability of the piston nose 10 enables it to be adapted to tools 6 of different shapes and via the proximity switch 5 the respective position of the tensioning piston 1 in the tensioning cylinder 1 can be tracked and, in particular, the reaching of the tensioning position monitor.

In ihrem Gesamtaufbau erweist sich die dargestellte Spannvorrichtung als einfach und robust; in ihrer Betriebsweise ist sie zuverlässig und vielseitig.The clamping device shown proves itself in its overall structure as simple and robust; it is reliable and versatile in its mode of operation.

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Zusammenfassend läßt sich das Ergebnis der Erfindung in deren bevorzugter Ausführungsform beschreiben als eine Spannvorrichtung mit einem unter Hydraulikdruck aus einem Spannzylinder ausfahrbaren Spannkolben, der an seinen freien äußeren Ende eine Keilfläche aufweist, die in ihrer Form derart an einen mit ihr zusammenwirkenden Oberflächenabschnitt eines festzuspannenden Werkzeugs angepaßt ist, daß zwischen der Keilfläche und diesem Oberflächenabschnitt Keilselbsthemmung auftritt. Auf diese Weise ergibt sich eine rein mechanische Verriegelung zwischen der Spannvorrichtung und dem Werkzeug, die auch ohne hydraulischen Spanndruck wirksam bleibt und das Werkstück sicher auf seiner Unterlage an einer Bearbeitungsmaschine festhält. Die Kolbennase des Spannkolbens ist bevorzugt zur Anpassung an unterschiedliche Werkzeugformen austauschbar. Die gesamte Spannvorrichtung ist zweckmäßig als in eine entsprechende Ausnehmung oder einen sonstigen Hohlraum an der Bearbeitungsmaschine einführbare Einsteckpatrone ausgebildet. Der Weg des Spannkolbens im Spannzylinder läßt sich mit Hilfe von Näherungsschaltern verfolgen, die insbesondere eine Überwachung der Spannposition gestatten.In summary, the result of the invention in their Describe a preferred embodiment as a clamping device with a retractable under hydraulic pressure from a clamping cylinder Tensioning piston, which has a wedge surface at its free outer end, the shape of which interacts with it Surface section of a tool to be clamped is adapted that wedge self-locking between the wedge surface and this surface section occurs. This results in a purely mechanical interlock between the clamping device and the tool, which remains effective even without hydraulic clamping pressure and the workpiece securely on its base on a processing machine holds on. The piston nose of the clamping piston is preferably exchangeable for adaptation to different tool shapes. The entire jig is expedient than insertable into a corresponding recess or some other cavity on the processing machine Plug-in cartridge formed. The path of the clamping piston in the clamping cylinder can be followed with the help of proximity switches that in particular allow monitoring of the clamping position.

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Claims

1. Clamping device for clamping a tool on a processing machine with a clamping cylinder that can be fixed to a support element on the processing machine and is open on one side, in which a clamping piston that can be acted upon by pressure medium is guided axially displaceably and that has a beveled piston nose at its end that can be extended from the clamping cylinder while resting on a tool to be clamped, it can clamp it on a base on the processing machine, characterized in that the piston nose (10) has a wedge surface (7) which is shaped to correspond to a corresponding surface section (14) of the tool (6) to be clamped is that it causes a purely mechanical type of mutual locking between the clamping device and the tool through wedge self-locking.

2. Clamping device according to claim 1, characterized in that the piston nose (1O) is interchangeably connected to the clamping piston (1) is.

3. Clamping device according to claim 1 or 2, characterized in that that the clamping cylinder (2) on its outer circumference to an introduction into a recess that essentially fully accommodates it (16) in a console (8) of the processing machine which also forms the base for the tool (6) to be clamped is set up.

4. Clamping device according to one of claims 1 to 3 »characterized in that that along the path of the clamping piston (1) in the clamping cylinder (2) proximity switch (5) for an electrical Monitoring in particular the clamping position are arranged.