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Spindelstock mit Spannvorrichtung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelstock mit einem Gehäuse, mit einer
in dem Gehäuse drehbar gelagerten, eine durchgehende Längsbohrung aufweisenden Spindel,
mit einer Spannvorrichtung angrenzend an das eine Spindelende und mit Betätigungseinrichtungen
für die Spannvorrichtung.
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Bei Spindelstöcken dieser Art werden die Spannvorrichtungen, welche
beispielsweise zum Einspannen der Werkstücke beim Innen- oder Außenschleifen dienen,
häufig durch Federwirkung in der Schließstellung gehalten und durch mechanische
Kräfte geöffnet, welche häufig mittels Druckluft erzeugt werden, die auf einen Kolben
einwirkt. Eine sogenannte Membran-Spannvorrichtung ist typisch für Spannvorrichtungen
dieser Art und wird bei Schleifmaschinen häufig verwendet. Pneumatisch betätigte
Spannvorrichtungen haben eine relativ niedrige Ansprechgeschwindigkeit, da im allgemeinen
zunächst ein Magnetventil betätigt werden muß, welches bereits selbst verzögert
anspricht, und da anschließend noch eine gewisse Zeit verstreicht, um den auf den
Kolben wirkenden Druck auf- oder abzubauen. Dasselbe gilt auch für hydraulisch betätigte
Spannvorrichtungen. Bei schnellen, automatischen
Schleifmaschinen können die Ansprech- bzw. Schaltzeiten der Spannvorrichtungen
bis zu einem Viertel der gesamten Zykluszeit für jedes Werkstück ausmachen.
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Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spindelkopf anzugeben, dessen Spannvorrichtung
schneller geöffnet und geschlossen werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Spindelstock der eingangs angegebenen
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Betätigungseinrichtungen eine Elektromagnetanordnung,
die im Bereich des anderen Spindelendes an dem Gehäuse angeordnet ist, und eine
Betätigungsanordnung umfassen, welche in die Längsbohrung der Spindel hineinragt
und drehfest, aber in axialer Richtung gleitverschieblich mit dieser verbunden ist,
um die Spannvorrichtung bei Erregung der Elektromagnetanordnung elektromagnetisch
zu betätigen.
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Es ist ein besonderer Vorteil des Spindelstockes bzw.
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der Betätigungsvorrichtung für die Spannvorrichtung gemäß der Erfindung,
daß die Spannvorrichtung schnell und zuverlässig geöffnet und geschlossen werden
kann und daß gegebenenfalls auch mit einer verringerten Einspannkraft der Spannvorrichtung
gearbeitet werden kann, um die Belastung empfindlicher Werkstücke möglichst gering
zu halten.
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Bei einem typischen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist eine Spannstange vorgesehen, die in einer hohlen Spindel angeordnet und drehfest,
aber in axialer Richtung gleitverschieblich mit dieser verbunden ist, wobei ein
Ende der Spannstange durch eine Magnetspule hindurchgreift und angrenzend an dieselbe
einen ringförmigen Kragen bzw. Flansch aufweist, der aus magnetisch permeablem Material
besteht und an der Spannstange befestigt-ist. Wenn bei einem derartigen Spindelstock
die Magnetspule erregt wird, dann wird der Flansch mit der daran befestigten Spannstange
in Richtung auf die Spule gezogen, wobei die Spannstange eine Werkstück-Spannvorrichtung,
insbesondere eine Membran-Spannvorrichtung aufspreizt, so daß ein zuvor eingespanntes
Werkstück entnommen werden kann, wobei der Flansch, die Spannstange und die Spule
Betätigungseinrichtungen für die Spannvorrichtung bilden. In vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist zwischen einer Schulter an der Spannstange und einer dieser Schulter
gegenüberliegenden Schulter an der Spindel eine Rückholfeder angeordnet, welche
die Spannstange in ihre Ausgangsposition zurückbewegt, wenn der Erregerstrom durch
die Spule unterbrochen wird, so daß die Spannvorrichtung ein neues, in sie eingelegtes
Werkstück festspannt, welches nunmehr maschinell bearbeitet werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert
und/oder sind Gegenstand
von Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine bevorzugte
Ausführungsform eines Spindelstockes gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Stirnansicht
des Spindelstockes gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in
Fig. 2; Fig. 4 Teil-Längsschnitte mit einer typischen und Membran-Spannvorrichtung
im geschlosse-Fig. 5 nen Zustand (Fig. 4) bzw. im geöffneten Zustand (Fig. 5); Fig.
6 einen Teil-Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Spindelstockes
gemäß der Erfindung und Fig. 7 einen Teil-Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte
Ausführungsform eines Spindelstockes gemäß der Erfindung.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Aufspannspindelstockgehäuse2 in dem
eine Werkstückspindel 4 und eine Spannvorrichtung montiert sind. Typischerweise
ist das Gehäuse 2 fest an einem beweglichen Querschlitten 6 einer Schleifmaschine
montiert, wie dies wohl bekannt ist.
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Die Spindel 4 ist hohl und in dem Gehäuse 2 mittels zweier Paare von
Kugellagern 8 gelagert, die durch Distanzhülsen 10 im Abstand voneinander gehalten
werden. Die Paare von Kugellagern 8 werden durch einen vorderen und einen hinteren
Kragen 12 bzw. 14 in ihrer Lage gehalten, wobei der vordere Kragen 12 an dem Gehäuse
2 mittels mehrerer, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneter Maschinenschrauben15
befestigt ist, während der hintere Kragen 14 ein Außengewinde aufweist und in ein
ringförmiges Element 13 eingeschraubt ist, welches durch Schraubbolzen bzw.
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Maschinenschrauben 15 an dem Gehäuse 2 befestigt ist.
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Die Spindel 4 ist mittels eines Zahnrads 16 zu einer Drehbewegung
antreibbar, welches mittels eines Keils 20 mit einem mittleren Teil der Spindel
4 verkeilt ist. Das Zahnrad 16 wird seinerseits mittels eines Zahnriemens und eines
Elektromotors (nicht gezeigt) üblicher Bauart angetrieben.
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Die Spindel 4 ist hohl und besitzt eine durchgehende Längsbohrung
21 mit einem Teilstück 22 großen Durchmessers und einem Teilstück 24 kleineren Durchmessers
und mit einer Schulter 26 zwischen den Teilstücken.
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In der Längsbohrung 21 ist eine hohle Spannstange 30 angeordnet, welche
ein Teilstück 32 mit großem Außendurchmesser aufweist, der von dem Teilstück großen
Durchmessers der Längsbohrung 21 aufgenommen wird, sowie ein Teilstück 34 mit einem
kleineren Außendurchmesser, welcher vom Teilstück 24 der Längsbohrung 21 aufgenommen
wird.
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Ein hohles Werkstück-Führungsrohr 36 ist mittels einer vorderen und
einer hinteren ringförmigen Buchse 37 in der Längsbohrung 30a der Spannstange 30
geführt und besitzt seinerseits eine Längsbohrung 36a, durch die die Werkstücke,
welche mit ihren Enden aneinanderstoßen, einer vorderen Membranspannvorrichtung
52 zugeführt werden. Die Spannstange dreht sich, wobei die Spindel mit ihr verkeilt
ist, wie dies weiter unten noch erläutert wird. Das Führungsrohr 36 dreht sich ebenfalls
mit der Spindel 4, und zwar wegen der Buchsen 37, die das Führungsrohr 36 mit der
Spannstange 30 verbinden.
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Wie Fig. 1 zeigt, treffen sich die Teilstücke 32 und 34 größeren bzw.
kleineren Durchmessers der Spannstange 30 an einer umlaufenden Schulter 40, welche
der umlaufenden Schulter 26 der Spindel gegenüberliegt.
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Zwischen den Schultern 26 und 40 ist in einer ringförmigen Kammer
44 zwischen der Spannstange 30 und der Spindel 4 eine Rückholfeder 42 in Form einer
Schraubenfeder angeordnet, welche dazu dient, die Spannstange 30
nach
hinten - in Fig. 1 nach links - vorzuspannen.
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Der Zweck dieser Maßnahme wird weiter unten noch erläutert.
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Die Spannstange 30 besitzt ein vorderes Ende 50, welches in Eingriff
mit einer konventionellen Membran-Spannvorrichtung 52 steht, die an der Stirnfläche
der Spindel 2 angeschraubt oder in anderer Weise befestigt ist, wie dies am besten
aus Fig. 4 und 5 deutlich wird.
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Eine Bewegung der Spannstange 30 nach rechts - in Fig. 5 bewirkt,
daß die Membran -Spannbacken 53 von dem Werkstück W weggebogen werden, um dieses
freizugeben. Die Bewegung der Spannstange 30 nach links unter der Wirkung der Rückholfeder
42 bewirkt, daß die Spannbacken 53 die in Fig. 4 gezeigte Position annehmen, um
das Werkstück W festzuklemmen. Gewöhnlich sind drei oder sechs im Abstand voneinander
angeordnete Spannbacken 53 der Spannvorrichtung 52 vorgesehen. Typischerweise ist
das vordere Ende 50 der Spannstange mit einer umlaufenden äußeren Nut 54 versehen,
welche einen ringförmigen Rand 56 der flexiblen Membran der Spannvorrichtung 52
aufnimmt, um auf diese einzuwirken. Aufbau und Arbeitsweise einer Membran-Spannvorrichtung
der betrachteten Art sind wohl bekannt. Es versteht sich, daß auch andere Spannvorrichtungen,
die durch die Spannstange betätigt werden könnten, eingesetzt werden können.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 5 besitzt
die Spannstange 30 eine Längsbohrung 60 zur Aufnahme des Führungsrohres 36, durch
welches die
Werkstücke W, die mittels eines Schleifwerkzeugs G
innen geschliffen werden sollen, nacheinander zugeführt werden. Für den Vorschub
der Werkstücke W durch die Bohrung 36a des Führungsrohres 36 können dabei die dem
Fachmann bekannten Vorschubeinrichtungen verwendet werden.
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Am hinteren Ende 62 der Spannstange 30 ist ein ringförmiger Kragen
bzw. ein Flansch 66 drehfest angebracht, der sich gemeinsam mit der Spannstange
30 und der Spindel 4 drehen kann. Der Flansch 66 besteht aus magnetisch permeablem
Material, wie z.B. Stahl. Axial angrenzend an den Flansch 66 ist rings um die Spannstange
30 eine Ringspule 70 angeordnet, welche, wenn sie von einem Strom durchflossen wird,
einen Elektromagneten bildet.
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Die Ringspule 70 ist stationär angeordnet und in einem magnetisch
permeablen Spulengehäuse 72 gehaltert, welches durch axial bzw. in Längsrichtung
verlaufende Maschinenschrauben an dem Gehäuse 2 befestigt ist.
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Wenn die Ringspule 70 erregt wird, dann springt der dabei erzeugte
magnetische Fluß über einen Luftspalt 90 zwischen Spule 70 und Flansch 66, und es
ergibt sich eine magnetische Kraft, welche die Tendenz hat, den Flansch 66 in Fig.
1 nach rechts zu ziehen, so daß die Spannstange 30 entgegen der Vorspannung der
Rückholfeder 42 nach rechts gleitet und dabei die Spannbacken 53 der Spannvorrichtung
52 elastisch nach vorn bzw. nach rechts auslenkt, um das Werkstück W freizugeben.
Wenn die Erregung der Ringspule 70 dann
endet, drückt die Rückholfeder
42 die Spannstange 30 wieder nach links zurück, so daß die Spannbacken 53 das Werkstück
W festklemmen. Typischerweise wird das Werkstück W durch ein oder mehrere Stützelemente
(nicht gezeigt) abgestützt bzw. gehaltert, die vor der Spannvorrichtung 52 angeordnet
sind und in Kontakt mit der Mantelfläche des Werkstücks W stehen.
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Der Hub der Spannstange 30 und ihres Flansches 66 wird durch zwei
Paare von Einstellschrauben 74,76 vorgegeben.
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Beim Ausführungsbeispiel besitzen die Einstellschrauben 74 innere
Enden 74a, welche in Gewindebohrungen 78 an der rückwärtigen Stirnfläche der Spindel
4 eingeschraubt und dort festgelegt sind Die äußeren Enden 74b der Stellschrauben
74 durchgreifen Öffnungen 80 des Flansches 66, ohne diesen zu berühren, und bilden
Keile, welche dafür sorgen, daß die Spannstange 30 sich gemeinsam mit der Spindel
4 dreht, aber dennoch in der Längsbohrung 21 derselben axial frei verschieblich
ist.
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Auf das äußere Ende 74b jeder Stellschraube 74 ist angrenzend an eine
Unterlagscheibe eine Mutter sowie eine Kontermutter 82 aufgeschraubt. Wenn der Flansch
66 seine äußerste linke Lage einnimmt, liegt die Unterlagscheibe 84 dabei in einer
flachen, kreisrunden Senkbohrung 86 des Flansches 66.
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Die Einstellschrauben 74 und die Muttern 82 sowie die Unterlagscheibe
84 dienen dazu, die Bewegung des Flansches 66 und damit die Bewegung der Spannstange
30 nach links zu begrenzen und einen Luftspalt 90 vorgegebener
Breite
zwischen der inneren Stirnfläche des Flansches 66, welcher sich beim Schleifen eines
Werkstücks W dreht, und der äußeren Stirnfläche der stationären Spule 70 einzustellen,
und zwar für den Fall, daß die Spannstange 30 durch die Rückholfeder 42 in ihrer
äußersten linken Position gehalten wird und daß die Ringspule 70 entregt ist. Typischerweise
werden die Muttern 82 in der geeigneten Richtung gedreht, um den Luftspalt 90 auf
die gewünschte Breite einzustellen.
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Die Stellschrauben 76 haben innere Enden 76a, welche sich an der hinteren
Stirnfläche der Spindel 4 abstützen können, um bei der Freigabe eines Werkstücks
W die Bewegung der Spannstange 30 und des Flansches 66 nach rechts zu begrenzen.
Die äußeren Enden 76b der Schrauben 76 durchgreifen Gewindebohrungen 94 des Flansches
66 und sind in diese eingeschraubt, wie dies besonders aus Fig. 3 deutlich wird.
Auf jedes der Schraubenenden 76b sind zwei Sicherungsmuttern 96 aufgeschraubt, die
die Schrauben 76 in der eingestellten Lage sichern, wobei die innere Mutter 96 von
einer flachen Senkbohrung 98 in der äußeren Stirnfläche des Flansches 66 aufgenommen
wird. Die Stellschrauben 76 werden durch Verdrehen derart eingestellt, daß die Bewegung
der Spannstange 30 nach rechts auf einen solchen Wert begrenzt wird, daß in der
Endstellung eine Mindestbreite des Luftspalts 90 zwischen dem Flansch 66 und der
Ringspule 70 aufrechterhalten wird, damit der Flansch 66 nicht aufgrund von Remanenzerscheinungen
an
der Ringspule 70 haften kann und bei Unterbrechung des Erregerstroms von der Rückholfeder
42 sicher in seine linke Endstellung zurückgeführt wird.
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Bügel 102 sind mit ihrem einen Ende mittels Maschinenschrauben 104
an der äußeren Stirnfläche des Flansches 66 befestigt und besitzen an ihrem anderen
Ende 106 einen Schlitz, der die äußeren Enden 76b der Schrauben 76 aufnimmt. Die
Bügel 102 dienen als Bezugsanschlag für die Muttern 96, um beim#normalen Betrieb
die richtige Position der Stellschrauben 76 anzuzeigen. Wenn die Spannbacken 53
der Spannvorrichtung 52 geschliffen oder nachgeschliffen werden müssen, um die Rundheit
und Konzentrizität des Werkstücks zu optimieren, dreht die Bedienungsperson einfach
die Einstellschrauben 76, bis die Muttern 96 an der Senkbohrung 98 des Flansches
66 anliegen, so daß eine Erregung der Ringspule 70 nur zu einer sehr begrenzten
Bewegung der Spannstange 30 nach rechts führt und damit nur zu einem sehr begrenzten
Öffnen der Spannvorrichtung 52, wie dies für ein sauberes Schleifen der Spannbacken
erforderlich ist.
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Wie bei einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigung ermöglicht
auch die elektro-magnetische Betätigung das Arbeiten mit verringerten Spannkräften,
um eine Verformung schwacher Werkstücke speziell beim abschliessenden Schleifen
auf ein Minimum zu reduzieren. In diesem Fall wird der Erregerstrom für die Ringspule
70 so eingestellt, daß einerseits die Klemmkraft am Werkstück
verringert
wird, während der Erregerstrom andererseits nicht ausreicht, um die Spannvorrichtung
zu öffnen. Beim Schleifen eines Werkstücks, bei dem eine Verformung kein Problem
darstellt, wird die Ringspule 70 beim abschließenden Schleifen vollständig abgeschaltet,
so daß die Spannvorrichtung 52 ihre volle Spannkraft auf das Werkstück W ausüben
kann.
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Bei der vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung wird die Ansprechgeschwindigkeit
beim Einspannen und beim Lösen eines Werkstücks im Vergleich zu pneumatischen oder
hydraulischen Spannvorrichtungen deutlich erhöht und kann nach Wunsch durch Anlegen
eines hohen Erregerstroms und durch Verwendung eines geeigneten Serienwiderstandes
zur Spulenstrombegrenzung variiert werden.
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Fig. 6 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie beim ersten
Ausführungsbeispiel und wobei ein ringförmiges magnetisches Polstück 150' mit im
wesentlichen L-förmigen Querschnitt an der drehbaren Spindel 4 mittels eines ringförmigen
Ansatzes 152' befestigt ist, der ein Innengewinde 154' aufweist, welches auf ein
Außengewinde 156' des hinteren Spindelendes aufgeschraubt ist.
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Kleine Luftspalte 160' und 162' sind zwischen dem Polstück 150' einerseits
und dem drehbaren Flansch 66' bzw. dem stationären Spulengehäuse 72' angeordnet.
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In dem stationären Spulengehäuse 72 ist die Ringspule 70 fest angeordnet,
wobei das Gehäuse 72 eine axiale Verlängerung 72a besitzt, welche vom äußeren Umfang
des Flansches 66 durch einen kleinen Luftspalt 164' getrennt ist.
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Fig. 7 zeigt ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem
die Ringspule 70 in einem ringförmigen magnetisierbaren Gehäuse 180" angeordnet
ist, welches eine buchsenförmige axiale Verlängerung 182" mit einem Innengewinde
184" aufweist, welches auf ein Außengewinde 186" des hinteren Spindelendes aufgeschraubt
ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Spule 70 drehfest mit der Spindel 7 verbunden.
Die Zuführung des Erregerstroms erfolgt über einen Schleifring 190" auf der äußeren
Mantelfläche des Gehäuses 180", wobei der Schleifring 190" in Kontakt mit Bürsten
192" steht, die mittels Bürstenhaltern 194" an einem stationären Gehäuseelement
72" befestigt sind.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 6 und 7 sind vorteilhaft für die
Unterdrückung von Reaktionskräften beim Öffnen der Spannvorrichtung auf die Spindellager
8, d.h. es wird verhindert, daß derartige Reaktionskräfte auf die Kugellager 8 übertragen
werden, in denen die Spindel 4 gelagert ist.
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Während vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert
wurden, versteht es sich, daß
dem Fachmann, ausgehend von diesen
Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen
zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.
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