DE3603618C1

DE3603618C1 - Clamping device for use on machine tools

Info

Publication number: DE3603618C1
Application number: DE19863603618
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Hake
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1987-10-01

Abstract

To clamp workpieces (3) and tools in automatic machine tools, only one drive member (9) in the form of a self-locking screw part is used to actuate the clamping member (12). A stop (18, 19) reaches here into the swivel path of the clamping member (12) so that the clamping member (12) performs first a swivel movement and then an axial movement and vice versa solely under the action of the drive member (9). This results in a considerably smaller space requirement in a cost-effective construction of the clamping device (2), and extremely short clamping times are achieved for both the swivelling and the clamping. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zur Verwendung an Werkzeugmaschinen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a tensioning device for use Machine tools according to the preamble of claim 1.

Eine solche Spannvorrichtung ist aus der GB-PS 6 06 024 bekannt. Bei ihr führt das Antriebsorgan, also das Mutterteil des Schraubentriebs, sowohl während der Schwenkbewegung des Spannorganes als auch während dessen Axialbewegung eine entsprechende Axialbewegung aus. Damit ist eine bestimmte Baulänge der Spannvorrichtung erforderlich, die sich nachteilig auswirken kann, wenn zum Antrieb des Antriebsorgans etwa ein axial kurz bauender Zahntrieb vorgesehen werden soll.Such a clamping device is from GB-PS 6 06 024 known. The drive element, i.e. the mother part, guides her of the screw drive, both during the swiveling movement of the clamping member as well as during its axial movement a corresponding axial movement. So that is a certain length of the clamping device is required, which can have an adverse effect if to drive the Drive element such as an axially short pinion to be provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Spannvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Antriebsorgan keine axiale Bewe gung ausführt.The object of the present invention is therefore to create a tensioning device of the type mentioned at the outset, in which the drive element has no axial movement execution.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the characterizing nenden part of claim 1 specified features.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Schraubentriebs erlaubt eine kurze axiale Bauweise, die sich besonders beim Einsatz der Spannvorrichtung an automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen vorteilhaft bemerkbar macht, weil das Antriebsorgan axial unbeweglich ist.The design of the screw drive according to the invention allows a short axial design that is especially when using the clamping device automatically working machine tools advantageously noticeable, because the drive element is axially immobile.

Sowohl die Schwenkbewegung als auch die anschließende Axial bewegung des Spannorgans wird durch den zwischen Spannorgan und Antriebsorgan angeordneten Schraubentrieb erzeugt. Die Schwenkbewegung erfolgt dabei durch Reibungskräfte zwischen Spannorgan und Antriebsorgan, die durch elastische Druck mittel in Form einer Druckfeder erzeugt werden. Anstelle dieser Reibungskraft können auch elastische anpreßbare Mit nehmerelemente zwischen Spannorgan und Antriebsorgan vor gesehen sein.Both the swivel movement and the subsequent axial movement of the tensioning element is caused by the between the clamping element and drive element arranged screw drive generated. The Swiveling movement takes place between frictional forces Tensioning element and drive element caused by elastic pressure are generated in the form of a compression spring. Instead of this frictional force can also be used with elastic contact slave elements between the tensioning element and the drive element be seen.

Nach Beendigung der Schwenkbewegung trifft das Spannorgan auf einen lageeinstellbaren Anschlag, wobei die Schwenkbe wegung nach Überwinden der Reibungskraft zwischen Spannorgan und Antriebsorgan in eine axiale Spann- oder Lösebewegung umgewandelt wird. After the swiveling movement has ended, the clamping member hits to a position-adjustable stop, the swiveling movement after overcoming the frictional force between the tensioning element and drive member in an axial clamping or releasing movement is converted.

Zum Spannen von Werkzeugen bei Werkzeugmaschinen mit auto matischen Werkzeugwechselvorrichtungen ist es bekannt, das Werkzeug mit tellerfederbetätigten Spannklauen oder Spannzangen festzuhalten. Insbesondere beim Einsatz in Arbeitsspindeln ergibt sich dabei der Nachteil der Kraftbegrenzung durch die durch den Ein bauraum für eine Feder gegebene Spannarbeitsgröße und die geringe Steifigkeit zum Aufrechterhalten der Spannkraft aufgrund der begrenzten Werkzeugeinzugskraft und Feder steife der Verriegelung.For clamping tools on machine tools with auto It is a mechanical tool changing device known, the tool with spring-loaded clamping claws or to hold collets. This results in particular when used in work spindles the disadvantage of the force limitation by the one space for a spring given clamping work size and the low rigidity to maintain the tension due to the limited tool pull-in force and spring stiffness of the lock.

Bei Anwendung eines Gewindes zum Spannen und Halten der Spannkraft ergibt sich der Nachteil langer Spannzeiten für das Eindrehen der erforderlichen Anzahl an Gewindegängen. When using a thread to clamp and hold the Clamping force results in the disadvantage of long clamping times for screwing in the required number of threads.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eignet sich neben dem Spannen von Werkstücken in besonders vorteilhafter Weise auch zum Spannen von Werkzeugen in Werkzeugmaschinen spindeln unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile. Durch den direkt hinter dem Spannbolzen des Werk zeugs angeordneten Schraubentrieb ist nämlich eine hohe Steifigkeit der Spannvorrichtung und damit auch ein sicheres und stabiles Halten des Werkzeugs gewährleistet.The tensioning device according to the invention is also suitable the clamping of workpieces in a particularly advantageous manner Way also for clamping tools in machine tools spindle while avoiding the disadvantages mentioned above. Through the directly behind the tension bolt of the factory screw drive is a high one Rigidity of the clamping device and thus also a safe one and stable holding of the tool is guaranteed.

Bei Verwendung einer Spannzange mit elastischen Spannklauen lassen sich diese durch eine im Gehäuse vorgesehene Steuer nut radial bewegen, wobei sich besonders günstig auswirkt, daß die Spannklauen der Spannzange um den gesamten Umfang des Kopfbolzen angeordnet sind.When using a collet with elastic clamping claws these can be controlled by a tax provided in the housing move groove radially, which has a particularly favorable effect, that the jaws of the collet around the entire circumference of the head bolt are arranged.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the invention under Described in more detail with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 Spannvorrichtung für Werkstücke. Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2, Fig. 1 clamping device for workpieces. Section along line II in Fig. 2,

Fig. 2 Spannvorrichtung nach Fig. 1. Draufsicht, Fig. 2 clamping device according to Fig. 1. top view,

Fig. 3 Spannvorrichtung für Werkzeuge. Längsschnitt, Fig. 3 clamping device for tools. Longitudinal section,

Fig. 4 Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 4 is a section according to line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 Schnitt nach Linie V-V in Fig. 3, Fig. 5 section along line VV in Fig. 3,

Fig. 5a Ausschnitt aus Fig. 3. Vergrößert, Fig. 5a section of FIG. 3. Increases,

Fig. 6 Zweites Ausführungsbeispiel einer Spannvorrichtung für Werkzeuge. Längsschnitt, Fig. 6 Second embodiment of a clamping device for tools. Longitudinal section,

Fig. 7 Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6. Fig. 7 section along line VII-VII in Fig. 6.

Wie Fig. 1 zeigt, ist auf dem Tisch 1 einer Werkzeugmaschine eine Spannvorrichtung 2 befestigt, mit der ein Werkstück 3 festgespannt werden soll. Dazu ist in einem Gehäuse 4 eine Spannpratze 5 schwenkbar und längs verschiebbar gelagert. As shown in FIG. 1, a clamping device 2 is fixed on the table 1 of a machine tool, with which a workpiece 3 is to be clamped. For this purpose, a clamping claw 5 is pivotably and longitudinally displaceably mounted in a housing 4 .

Die Spannpratze 5 ist mit einem Gewindeschaft 6 mit selbsthemmendem Gewinde 7 versehen, das in das Gegenge winde 8 eines Antriebsorgans 9 in Form eines Zahnritzels eingreift. Dieses Antriebsorgan 9 ist mit Wälzlagern 10 reibungsarm im Gehäuse 4 radial und axial gelagert.The clamping claw 5 is provided with a threaded shaft 6 with a self-locking thread 7 which engages in the Gegenge thread 8 of a drive element 9 in the form of a pinion. This drive element 9 is mounted with roller bearings 10 with low friction in the housing 4 radially and axially.

Spannpratze 5 und Gewindeschaft 6 werden zusammen als Spann organ 12 bezeichnet.Clamping claw 5 and threaded shaft 6 are collectively referred to as clamping organ 12 .

Am freien Ende von Gewindeschaft 6 ist eine Stützscheibe 13 befestgt, gegen die sich eine Druckfeder 14 abstützt. Diese Druckfeder 14 drückt mit ihrem anderen Ende gegen eine verschieb bar auf dem Gewindeschaft 6 angeordneten Zwischenscheibe 15, die sich gegen ein zwischen Zwischenscheibe 15 und Antriebs organ 9 angeordnetes Wälzlager 16 abstützt.At the free end of threaded shaft 6 , a support disk 13 is fastened, against which a compression spring 14 is supported. This compression spring 14 presses with its other end against a sliding bar on the threaded shaft 6 arranged intermediate plate 15 , which is supported against a between the intermediate plate 15 and drive element 9 arranged roller bearing 16 .

Zur Betätigung von Antriebsorgan 9 dient ein Zahnritzel 17, das durch einen nicht dargestellten Kraftantrieb, z. B. durch einen Schrauber, antreibbar ist.To actuate the drive member 9 is a pinion 17 , which is driven by a power drive, not shown, for. B. is driven by a screwdriver.

Wie Fig. 2 zeigt, ist für die Spannpratze 5 ein Schwenkweg von 90° vorgesehen. Zur Begrenzung des Schwenkweges sind mit dem Gehäuse 4 verbundene Anschläge 18 und 19 vorgesehen, wobei Anschlag 18 exzentrisch einstellbar oder umsteckbar zum Gehäuse 4 angeordnet sein kann. Damit läßt sich der Schwenk weg von Spannpratze 5 beeinflusen.As shown in FIG. 2, a pivoting path of 90 ° is provided for the clamping claw 5 . To limit the swivel path, stops 18 and 19 connected to the housing 4 are provided, the stop 18 being eccentrically adjustable or relocatable to the housing 4 . So that the pivot away from claw 5 can be influenced.

Zum Spannen von Werkstück 3 wird zunächst Antriebsorgan 9 durch Zahnritzel 17 in Drehung versetzt. Unter Einfluß der durch die Druckfeder 14 erzeugten Reibungskraft im Gewinde 7, 8 wird die Spannpratze 5 aus der in Fig. 2 strichpunktiert gezeichneten Stellung um 90° in die ausgezogen gezeichnete Stellung verschwenkt, bis sie am Anschlag 18 anschlägt. Das sich weiterdrehende Antriebsorgan 9 überwindet jetzt die Reibungskraft im Gewinde 7, 8 und zieht die Spannpratze 5 in Richtung Werkstück 3, wobei dieses sicher gespannt wird. Reibungskräfte zwischen Antriebsorgan 9 und Gehäuse 4 sind durch die Wälzlager 10 auf auf ein Minimum begrenzt. Das Werk stück wird durch das selbsthemmende Gewinde 7, 8 sicher festgehalten, wobei z. B. mit einer Gewindesteigung von ca. 2 bis 4 mm bei einem Durchmesser von 20 mm eine optimale Haltekraft erzielbar ist.To clamp workpiece 3 , drive member 9 is first set in rotation by pinion 17 . Under the influence of the frictional force generated by the compression spring 14 in the thread 7, 8 , the clamping claw 5 is pivoted from the position shown in broken lines in FIG. 2 by 90 ° into the drawn position until it strikes the stop 18 . The further rotating drive element 9 now overcomes the frictional force in the thread 7, 8 and pulls the clamping claw 5 in the direction of the workpiece 3 , whereby this is securely clamped. Frictional forces between the drive member 9 and the housing 4 are limited to a minimum by the roller bearings 10 . The work piece is held securely by the self-locking thread 7, 8 , z. B. with a thread pitch of about 2 to 4 mm with a diameter of 20 mm, an optimal holding force can be achieved.

Zum Lösen des Spannorgans wird das Antriebsorgan 9 in umge kehrter Richtung gedreht, wobei zum Lösen etwa die doppelte Kraft wie zum Spannen aufgewendet werden muß. Die Spann pratze 5 hebt sich vom Werkstück 3 ab und verschwenkt in ihre Ausgangsstellung, wo sie am Anschlag 19 anliegt.To release the tensioning member, the drive member 9 is rotated in the opposite direction, about twice the force must be used to release as for tensioning. The clamping claw 5 stands out from the workpiece 3 and pivots into its starting position, where it abuts the stop 19 .

In den Fig. 3 bis 5 ist eine Spannvorrichtung 20 dargestellt, mit der Bearbeitungswerkzeuge 21 in einer Antriebsspindel 22 einspannbar sind. Die Verbindung zwischen Werkzeug 21 und Antriebsspindel 22 kann dabei z. B. durch einen Steilkegel, einen Kurzkegel oder eine Stirnverzahnung erfolgen. Die Antriebs spindel 22 ist drehbar in einem Maschinengestell 23 gelagert.In FIGS. 3 to 5, a tensioner 20 is shown, can be clamped in a drive spindle 22 to the machining tools 21. The connection between tool 21 and drive spindle 22 can, for. B. by a steep taper, a short taper or a spur gear. The drive spindle 22 is rotatably mounted in a machine frame 23 .

Wie Fig. 3 zeigt, ist das Bearbeitungswerkzeug 21 mit einem Kopfbolzen 24 versehen, der beidseitig abgeflacht ist (siehe auch Fig. 4).As FIG. 3 shows, the processing tool 21 is provided with a head bolt 24 which is flattened on both sides (see also FIG. 4).

Kopfbolzen 24 wird von einer Spannklaue 25 umfaßt, die zwei ebenfalls abgeflachte Zangen 26 besitzt.Head pin 24 is encompassed by a clamping claw 25 , which has two pliers 26 which are also flattened.

Die Spannklaue 25 ist wieder mit einem Gewindeschaft 27 ver bunden, dessen selbsthemmendes Gewinde 28 in ein Gegengewin de 29 eines Antriebsorgans 30 eingreift. Dieses Antriebsor gan 30 ist wieder mit Wälzlagern reibungsarm in der Antriebs spindel 22 gelagert.The clamping claw 25 is again connected to a threaded shaft 27 , the self-locking thread 28 of which engages in a mating thread 29 of a drive element 30 . This Antriebsor gan 30 is again low-friction bearings in the drive spindle 22 with bearings.

In einer Bohrung 31 im Antriebsorgan 30 befindet sich ein Paket von Tellerfedern 32, das sich an einer Seite gegen Stirnfläche 33 von Gewindeschaft 27 und an seiner anderen Seite gegen eine Mitnehmerscheibe 34 abstützt. In a bore 31 in the drive member 30 there is a package of disc springs 32 , which is supported on one side against the end face 33 of the threaded shaft 27 and on the other side against a drive plate 34 .

Die Mitnehmerscheibe 34 ist mit einem vierkantigen Durch bruch 35 versehen (siehe Fig. 5), in der ein vierkantiger Zapfen 36 eingreift, so daß sich sowohl Tellerfedern 32 über Reibung als auch Mitnehmerscheibe 34 über Formschluß zusammen mit dem Gewindeschaft 27 drehen. An seiner den Tellerfedern 32 abgewandten Stirnfläche ist die Mitnehmer scheibe 34 mit Mitnehmerelementen 37 in Form einer Stirnver zahnung mit dachförmigen Zähnen versehen, die in eine Gegen verzahnung 38 des Antriebsorgans 30 eingreifen (Fig. 5a). Die Anpreßkraft zwischen Mitnehmerelemente 37 und Gegenverzahnung 38 läßt sich über Schichtung und Anzahl der Tellerfedern 32 verändern und auf den gewünschten Wert einstellen.The drive plate 34 is provided with a square break through 35 (see Fig. 5), in which a square pin 36 engages, so that both disc springs 32 via friction and drive plate 34 rotate via positive locking together with the threaded shaft 27 . On its end surface facing away from the plate springs 32 , the driver disk 34 is provided with driver elements 37 in the form of a front toothing with roof-shaped teeth which engage in a counter toothing 38 of the drive element 30 ( FIG. 5a). The contact pressure between driver elements 37 and counter-toothing 38 can be changed by layering and the number of disc springs 32 and set to the desired value.

Zur Betätigung des Antriebsorgans 30 dient ein Schaft 41 des Antriebsorgans 30, der mit einem Schrauber 42 kuppelbar ist.A shaft 41 of the drive element 30 , which can be coupled to a screwdriver 42, is used to actuate the drive element 30 .

Im Bereich der Spannklaue 25 ist in der Antriebsspindel 22 ein Radialanschlag 43 befestigt, der den Schwenkweg der Spannklaue 25 begrenzt.In the area of the clamping claw 25 , a radial stop 43 is fixed in the drive spindle 22, which limits the pivoting path of the clamping claw 25 .

Beim Spannvorgang dieses Ausführungsbeispiels erfolgt die Mitnahme des Spannorgans 44, bestehend aus Spannklaue 25 und Gewindeschaft 27, nach dem Drehen von Antriebsorgan 30 über Gegenverzahnung 38 und die elastisch eingreifenden Mitnehmerelemente 37.During the tensioning process of this exemplary embodiment, the tensioning element 44 , consisting of tensioning claw 25 and threaded shaft 27 , is taken along after the drive element 30 has been rotated via counter-toothing 38 and the elastically engaging driver elements 37 .

Dabei verdreht sich die Spannklaue 25 aus der in Fig. 4 strichpunktiert dargestellten Stellung in die ausgezogen dargestellte Stellung zum Anschlag an Radialanschlag 43.The clamping claw 25 rotates from the position shown in broken lines in FIG. 4 to the position shown in solid lines to the stop on the radial stop 43 .

Die Kraft des Pakets von Tellerfedern 32 wird jetzt über wunden, Mitnehmerelemente 37 heben sich aus der Gegenver zahnung 38 und das Spannorgan 44 führt eine Axialbewegung aus, wobei das Werkzeug 21 in der Antriebsspindel 22 fest gespannt wird. The force of the package of disc springs 32 is now over sore, driver elements 37 rise from the toothing 38 Verver and the clamping member 44 performs an axial movement, the tool 21 being clamped firmly in the drive spindle 22 .

Das Entspannen und Verschwenken erfolgt wieder in umgekehr ter Reihenfolge.Relaxing and swiveling takes place in reverse order.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Spannen von Bear beitungswerkzeugen gemäß Fig. 6 und 7 sind an der Spann zange 45 elastisch schwenkbare Spannklauen 46 vorgesehen. Die Spannzange 45 ist wieder mit einem Gewindeschaft 47 verbunden, der in der bereits oben beschriebenen Weise in einem Antriebsorgan 48 schraubbar gelagert ist. An ihrem unteren Ende sind die Spannklauen 46 mit Betätigungsnocken 49 versehen.In a further embodiment for clamping Bear machining tools according to FIGS . 6 and 7 45 elastically pivotable clamping claws 46 are provided on the collet. The collet 45 is again connected to a threaded shaft 47 which is screwably mounted in a drive element 48 in the manner already described above. The clamping claws 46 are provided with actuating cams 49 at their lower end.

Im Bereich dieser Betätigungsnocken ist in der Antriebs spindel 50 eine Steuerhülse 51 befestigt, die eine umlaufen de Steuerkulisse 52 aufweist, in die die Betätigungsnocken 49 der Spannklauen eingreifen (siehe Fig. 7). Die einzelnen Segmente der Steuerkulisse 52 sind schräg zu den Betätigungs nocken 49 angeordnet und weisen jeweils an ihrem Ende eine Anschlagfläche 53 auf.In the area of these actuating cams, a control sleeve 51 is fastened in the drive spindle 50 , which has an encircling control link 52 into which the actuating cams 49 of the clamping claws engage (see FIG. 7). The individual segments of the control link 52 are arranged obliquely to the actuating cam 49 and each have a stop surface 53 at their end.

Bei einer Drehung der Spannzange 45 werden somit die ela stischen Spannklauen 46 nach innen verschoben und die Betä tigungsnocken 49 bewegen sich gegen die Anschlagflächen 53. Sobald sie dort anstoßen beginnt die Axialbewegung der Spann zange 45, wodurch das Bearbeitungswerkzeug in der Antriebs spindel 50 festgespannt wird.When the collet 45 rotates, the elastic clamping claws 46 are shifted inwards and the actuation cams 49 move against the stop surfaces 53 . As soon as they hit there begins the axial movement of the collet 45 , whereby the machining tool in the drive spindle 50 is clamped.

Diese Ausführung bietet den Vorteil eines zylindrischen Kopf bolzens, der über seinen ganzen Umfang von den Spannklauen gehalten wird, wodurch größere Spannkräfte übertragen werden können.This version offers the advantage of a cylindrical head bolt that over its entire circumference from the clamping claws is held, whereby larger clamping forces are transmitted can.

Claims

1. Clamping device for use on machine tools, with a clamping member that is pivotable about an axis between fixed stops and axially displaceable to exert the clamping force in the direction of this axis, for which it is part of a coaxial to said axis, made of screw part and nut part of the existing screw drive is axially immovably connected, of which the nut part is designed as a drive element and a part is axially immovably mounted, and with a rotational driving connection between the clamping element and the drive element with adjustable torque limitation, characterized in that the clamping element ( 5, 25 ) is firmly connected to the screw part ( 6, 27 ) of the screw drive and the drive or nut part ( 9, 30 ) is the axially immovable part of the screw drive.

2. Clamping device according to claim 1, characterized in that with the clamping member ( 44 ) driver elements ( 37 ) are connected, the ten ( 38 ) of the drive member ( 30 ) cooperate with the action of the elastic pressure medium ( 32 ).

3. Clamping device according to claim 1 or 2, characterized in that for clamping Bear machining tools ( 21 ), the clamping member ( 44 ) has a clamping claw ( 25 ) which comprises the head bolt ( 24 ) of the cone shaft and the pivoting path thereof with one the drive spindle ( 22 ) connected stop ( 43 ) is limited.

4. Clamping device according to claim 3, characterized in that the clamping member ( 45, 46 ) has a collet ( 45 ) with elastic clamping claws ( 46 ) whose actuating cams ( 49 ) engage in a control link ( 52 ) of a control sleeve ( 51 ) and that the control link ( 52 ) is provided with stops ( 53 ) for the actuating cams ( 49 ).