DE3708363A1 - Spannfutter fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zur Halterung eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Maßnahmen und Vorkehrungen zum Einspannen eines Werk­ stückes, zum Positionieren und Halten des Werkstückes während der spanabhebenden Bearbeitung und zum er­ neuten Ausspannen des Werkstückes nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges sind ein wesentliches Problem bei den meisten, immer wiederkehrenden Bearbeitungs­ vorgängen. Erst wenn ein Werkstück richtig positioniert und eingespannt ist, kann es präzise bearbeitet werden. Jedoch kostet es Zeit, ein Teil in die Werkzeugmaschine einzusetzen, es auszurichten, zu spannen oder sonstwie zu orientieren und anschließend wieder auszuspannen. Diese Zeit steht für den eigentlichen Bearbeitungsvor­ gang nicht zur Verfügung.

Eine der gebräuchlichsten Lösungen dieses Problems besteht darin, kostspielige Spezialvorrichtungen oder Befestigungen zur einmaligen Anwendung zu verwenden. Diese erweisen sich jedoch nur dann als wirtschaftlich, wenn eine grosse Serie mit extrem langer Produktionsdauer in Betracht kommt, sind jedoch unwirtschaftlich, wenn eine teure numerisch ge­ steuerte Werkzeugmaschine zur Erzeugung zahlreicher verschiedenartiger Teile relativ kurzer Serien ein­ gesetzt wird, da hierbei die Investitionskosten und die eigentlichen Bearbeitungskosten außerordentlich hoch sind.

Für bestimmte Arten der spanabhebenden Bearbeitung erweisen sich CNC-Drehmaschinen bezüglich der zu entfernenden Metall­ menge bei der spanabhebenden Bearbeitung als sehr wirt­ schaftlich. So zeigt sich beispielsweise, daß die Bearbeitung von unregelmässigen Teilen, die Bohrvorrichtungen und dgl. benötigen, sobald die Bearbeitung, wie dies üblicherweise der Fall ist, an Fräsmaschinen ausgeführt wird, zehnmal länger dauert als auf einer Drehmaschine, da diese zu den Maschinen gehören, mittels denen spanabhebende Bearbeitungen am raschesten ausgeführt werden können. Nachteilig ist jedoch, daß unregelmässige Werkstücke und Teile in einer normalen Drehmaschine schwer einzuspannen sind, so daß im eigentlichen Bearbeitungsvorgang eingesparte Bearbeitungs­ zeit auf der anderen Seite wieder durch übermässig lange Rüstzeiten verloren wird oder die für die Herstellung der Spannvorrichtung erforderlichen Kosten die bei der eigent­ lichen Bearbeitung eingesparten Kosten mehr als aufheben.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es erwünscht, daß eine Bedienungsperson für eine Werkzeugmaschine während der ganzen Zeit tätig ist. Wenn es daher gelingt, die span­ abhebende Bearbeitung in derjenigen Zeit auszuführen, die die Bedienungsperson benötigt, um ein Fertigteil zu stapeln und das nächste Rohteil für den Bearbeitungs­ vorgang fertig zu machen, dann arbeiten Werkzeugmaschine und Bedienungsperson als ein Team unter den wirtschaftlichsten Herstellungsbedingungen. In der Vergangenheit bestand der einzige Weg zu einem derartigen Leistungsgrad an einem Mann- Werkzeugmaschine-Team bei langsamen Bearbeitungsvorgängen wie dem Bohren mittels Vorrichtungen darin, die Werkzeug­ maschinen mehrfach vorzusehen, so daß die Bedienungsperson während der eigentlichen Bearbeitungszeit an einer Maschine sich jeweils mit dem Rüsten der anderen Maschine beschäftigen konnte anstelle zu warten. Das Erfordernis für die Bedienungs­ person, sich hierbei von Werkzeugmaschine zu Werkzeug­ maschine zu begeben, vergeudet jedoch wiederum Arbeits­ zeit der Bedienungsperson und ist vom Sicherheitsstand­ punkt bedenklich. In manchen Fällen ist es auch unerwünscht, wenn sich die Bedienungsperson von einer im Bearbeitungs­ vorgang befindlichen Werkzeugmaschine zum Zweck des Rüstens einer anderen Werkzeugmaschine entfernt, weil es denkbar ist, daß eine Fehlfunktion auf diese Weise nicht recht­ zeitig entdeckt wird, bevor an dem Werkstück oder an der Maschine ernsthafter Schaden eingetreten ist. Es besteht folglich ein Bedarf an Werkstück-Halteeinrichtungen, die an Drehmaschinen oder sonstigen metallbearbeitenden Werk­ zeugmaschinen installiert werden können und zum Zweck eines schnellen spanabhebenden Bearbeitungsvorganges ein rasches und genaues Spannen erlauben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter oder eine Spannvorrichtung für unregelmässige Werkstücke an einer Drehmaschine, ins­ besondere einer CNC-Drehmaschine, zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist und eine exakte Aufnahme ermöglicht. Dabei soll dieses Spannfutter bzw. die Spannvorrichtung an viele unterschiedliche spanabhebende Werkzeugmaschinen anpassbar, relativ wirtschaftlich in der Herstellung und auf unterschiedliche Bedingungen einstellbar sein. Schließlich soll das Spannfutter oder die Spannvor­ richtung den rauhen Bearbeitungsbedingungen bei hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit standhalten und eine schnelle, genaue und wirtschaftliche spanabhebende Bearbeitung ermöglichen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch eine Ausgestaltung des Spannfutters gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemässe Spannfutter hält die Werkstücke zwischen einer feststehenden Bearbeitungs- oder Maschinen­ platte und einer beweglichen Spannplatte. Die Spannplatte wird an die Bearbeitungsplatte mittels eines Paares von Zugstangen herangezogen, die wiederum mit einer hydraulisch betätigten Zugstange einer CNC-Drehmaschine oder mit ähnlichen Zugstäben in Werkzeugmaschinen für eine andere Umformung oder andere Werkstoffe verbunden sind. Sie können auch mit einem hydraulischen oder pneumatischen Hilfs­ zylinder verbunden sein. Die Zugstange ist vorteilhafter­ weise mit den Spannstangen über eine taumelnde Hebelplatte einstellbar verbunden, die ihrerseits an dem Zugrohr mittels eines Gelenklagers und einer längenverstellbaren Schraubverbindung befestigt ist. Die Zugstangen erstrecken sich durch die Bearbeitungs- oder Werkzeugplatte hindurch und sind lösbar mit der Spannplatte über Kugelgelenke verbunden. Diese Kugelgelenke erlauben eine Veränderung der Neigung der Spannplatte gegenüber der Werkzeugplatte aufgrund einer Bewegung, die die Spannplatte gegenüber den Spannstangen ausführt. Für den weiteren notwendigen Freiheitsgrad bei der Einspannung eines unregelmässig gestalteten Werkstückes sorgt die unterschiedliche Bewegung der Spannstangen aufgrund einer Kippbewegung der Hebelplatte, sobald die Spannplatte angezogen wird.

Bei der Anwendung des erfindungsgemässen Spannfutters wird ein zu bearbeitendes Werkstück auf Ausrichtstiften, die von der Werkzeugplatte abstehen, aufgelagert. Daraufhin wird die Spannplatte davor oder darüber gesetzt und mittels einer Art Bajonettverschluß an den kugelförmigen Enden der Spannstangen verriegelt. Anschließend wird die Zug­ stange der Drehmaschine betätigt, so daß die Spannplatte an das Werkstück herangezogen wird und dieses gegen die Werkzeugplatte verspannt und positiv zum Zweck der Be­ arbeitung fixiert. Da normalerweise die Spannplatte nur im Bereich zweier kleiner Flächen gehalten ist, kann sie mannigfaltige Grössen und Konfigurationen haben, um den Zugang des Schneidwerkzeuges zu dem zu bearbeitenden Teil des Werkstückes zu ermöglichen. Normalerweise erfolgt der Zugang durch ein Loch in der Mitte der Spannplatte.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht einer CNC-Dreh­ maschine mit darin eingebautem Spannfutter nach der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Drehmaschine und des Spannfutters nach Fig. 1, das ein zu bearbeitendes Werkstück hält;

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht des erfindungs­ gemässen Spannfutters im Einstellzustand;

Fig. 4 einen Teilschnitt des Spannfutters gemäß Fig. 3 mit einem zu bearbeitenden, darin angeordneten Werkstück;

Fig. 5 eine Ansicht, teilweise geschnitten, einer Hebel­ platte nach der Erfindung;

Fig. 6 in vergrössertem Maßstab eine Einzelheit eines Hebelplatten-Zugstab-Zwischenstücks im Schnitt;

Fig. 7 eine Vorderansicht einer Werkzeugplatte nach der Erfindung mit darauf positioniertem Werkstück, wobei die Spannplatte weggelassen ist;

Fig. 8 eine Vorderansicht der Spannplatte nach Fig. 4, und

Fig. 9 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, des Spannfutters nach Fig. 3 im geschlossenen Zustand, bei dem das Werkstück fixiert ist.

In Fig. 1 ist im Ganzen mit 10 ein Klemm-Spannfutter nach der Erfindung bezeichnet, das in eine Drehmaschine 12 eingebaut ist. Die Drehmaschine 12 weist ein Zugrohr 14 auf, das mittels eines hydraulischen Zylinders 18, der damit verbunden ist, in Richtung der Pfeile 16 mit einer Zugkraft beaufschlagbar und betätigbar ist. Der hydraulische Zylinder 18 ist durch Hydraulikleitungen 20 versorgt und wird durch einen Pedalschalter 22 über eine elektrische Steuereinheit 24 betätigt. Der Pedalschalter 22 steht unter einer Federbelastung, so daß er, wenn der Pedalhebel 26 nicht nach unten gedrückt ist, dafür sorgt, daß das Zug­ rohr 14 - in Fig. 1 - nach links kraftbeaufschlagt ist. Hierdurch wird durch das Spannfutter 10 eine Zug-Spann­ kraft auf ein Werkstück 28 ausgeübt, indem eine Spann­ platte 30 in Richtung auf eine feststehende Fläche 32 einer Werkzeugplatte 34 bewegt wird. Wie aus Fig. 2 hervor­ geht, ist die Spannplatte 30 ringförmig. Sie kann jedoch jede geeignete Gestalt haben, sofern diese nur den Zugang des spanenden Werkzeuges zum Zweck der Bearbeitung zum Werkstück 28 erlaubt.

In Fig. 3 ist das Spannfutter 10 in seinen Einzelheiten dargestellt. Das Zugrohr 14 ist mit dem Spannfutter 10 über eine Sonderschraube 38 und einen Adapter 39 verbunden, wobei die Sonderschraube 38 in eine Gewindebohrung 40 des Zugrohres 14 eingeschraubt ist. Die Sonderschraube 38 kann gegenüber dem Zugrohr 14 zum Zweck der Verstellung des Verbindungsabstandes verdreht werden. Dies erfolgt mittels eines Imbusschlüssels 42 durch die Spannplatte 30, die Werkzeugplatte 34, eine zentrale Öffnung 44 des Spann­ futterkörpers 46 und einen Lagerschild 48 hindurch, wobei der Imbusschlüssel 42 in eine Imbusöffnung 50 im Kopf 52 der Sonderschraube 38 eingesteckt wird. Der Spannfutter­ körper 46 ist so ausgebildet, daß er auf die Drehmaschine 12 oder eine sonstige Werkzeugmaschine passt und durch geeignete Haltemittel 53 gehalten werden kann.

Die Sonderschraube 38 weist eine Anschlagfläche 54 unter ihrem Kopf 52 auf, die mit der Seitenfläche 56 eines Kugelelements 58 eines Kugelgelenklagers 60 in Eingriff steht. Außerdem besitzt die Schraube 38 einen vergrösserten Schaftabschnitt 62, der in eine Innenbohrung 64 des Kugelelements 58 eingepasst ist, so daß der Schaft­ teil 62 damit sich verdrehen kann, sobald Einstellungen an der Schraube 38 mittels des Imbusschlüssels 42 vorge­ nommen werden. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Lager­ schild 48 selbst mittels mehrerer Schrauben 68 an einer Hebelplatte 66 gehalten. Die Hebelplatte 66 und der damit verbundene Lagerschild 48 umschließen eine gemein­ same Innenbohrung 70, die auf die zylindrische Außenfläche 72 der äußeren Gelenkschale 74 des Kugelgelenklagers 60 abgestimmt ist. Diese hält die Hebelplatte 66 zentriert auf dem Kugelgelenklager 60. Der Lagerschild 48 und die Hebelplatte 66 weisen jeweils ringförmige Anschlagflächen 76 und 78 auf, die an den Seiten 80 bzw. 82 der äußeren Gelenkschale 74 anliegen und diese zwischen sich halten. Folglich bewegt sich die Hebelplatte 66 in horizontaler Richtung mit dem Zugrohr 14, kann jedoch um kleine Winkel gegenüber dieser verschwenken.

Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, sind mit der Hebel­ platte 66 zwei Zugstangen 84, 86 über Stiftschrauben 88, 90 verbunden, die kreuzweise Öffnungen 92, 94 in der Hebel­ platte 66 durchsetzen. Die Zugstangen 84, 86 verlaufen in Achsrichtung durch die Öffnungen 92, 94, während die Stiftschrauben 88, 90 sich durch dazu kreuzweise verlaufende Schlitze 96, 98 in den Zugstangen 84, 86 erstrecken. Die Öffnungen 92, 94 sind geringfügig grösser als der Außen­ durchmesser der Zugstangen 84, 86; die Schlitze 96, 98 sind quer zu den Zugstangen 84, 86 und im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Hebelplatte 66 gering­ fügig grösser als die Schäfte 100, 102 der Stiftschrauben 88, 90, so daß zwischen der Hebelplatte 66 und den Zug­ stäben 84, 86 eine Winkelbewegung kleinen Ausmaßes zugelassen ist.

Wenn das Spannfutter 10 geladen werden soll, kann die Spann­ platte 30 entfernt werden oder nicht, und das Werkstück 28 wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist, auf Ausrichtstiften 104, 106, die in einem geeigneten Abstand angeordnet sind, sowie auf einem Ausrichthebel 108 aufgelagert. Die Ausrichtstifte 104, 106 und der Ausrichthebel 108 sind lediglich zum Zweck der Darstellung gezeigt; abweichend davon kann jegliche Positionier­ einrichtung, die das Werkstück formschlüssig hält, in Ver­ bindung mit der Werkzeugplatte 34 eingesetzt werden. Da die Werkzeugplatte 34 an dem Spannfutterkörper 46 mittels lös­ barer Kopfschrauben 110 befestigt ist, ist es relativ ein­ fach, für jedes Werkstück 28, das in dem Spannfutter 10 zu bearbeiten ist, eine unterschiedliche Werkzeugplatte ein­ zusetzen. Die Werkzeugplatten 34 können zu niedrigen Kosten hergestellt werden, da sie lediglich gedrehte Platten mit einigen wenigen Ausrichtstiften darauf darstellen. Ist einmal das Werkstück 28 auf den Ausrichtstiften 104, 106 und auf dem Ausrichthebel 108 aufgelagert, dann wird die Spannplatte 30 auf die Zugstäbe 84, 86 aufgesetzt.

Die Zugstäbe 84, 86 haben jeweils einen halbkugeligen Kopf 112, 114 an ihrem freien Ende. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, weist die Spannplatte ein Paar von Schlitzen 116, 118 auf, die jeweils mit einer Deckplatte 119 und einem zylindrischen Loch 120 oder 122 an einem Ende 124 bzw. 126 ausgestattet sind. Die zylindrischen Löcher 120, 122 ermöglichen die Einführung der Kugelköpfe 112, 114 in die Spannplatte 30 bis zu ihrem Anschlag an den Deckplatten 119. Diese sind durch Befestigungsmittel 127 gehalten. Jeweils an den anderen Enden 132 bzw. 134 der Schlitze 116, 118 sind Schlitzrampen 128, 130 vorgesehen, so daß bei einer Drehung der Spannplatte 30 im Uhrzeigersinn - in Fig. 8 - die Zug­ stangen 84, 86 in der Spannplatte 30 verriegelt sind, wobei jedoch die Kugelköpfe 112, 114 und die an ihnen anliegenden Schlitzrampen 128, 130 geringfügige Winkelbewegungen gegenüber der Spannplatte 30 zulassen. Wenn daher das Spannfutter 10 durch das Zugrohr 14 beaufschlagt wird, dann bewegt sich die Spannplatte 30 und spannt das Werk­ stück 28 zwischen ihrer Innenseite 136 und der Außenseite 32 der Werkzeugplatte 34 ein. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, erlauben dabei die Kugelköpfe 112, 114 Winkelbewegungen in allen Richtungen zwischen der Spannplatte 30 und den Zugstangen 84, 86, während die Hebelplatte 66 und das Kugelgelenklager 60 eine Schwenkbewegung der Spannplatte 30 gegenüber dem Zugrohr 14 gestatten. Daraufhin kann das Werkstück 28, das im Spannfutter somit festgehalten ist, bearbeitet werden. Nach der Beendigung des Arbeits­ vorganges wird das Pedal 26 des Pedalschalters 22 ge­ drückt, wobei das Zugrohr 14 sich nach rechts bewegt. Hierdurch wird die Spannkraft zwischen der Spannplatte 30 und der Werkzeugplatte 34 aufgehoben, so daß die Spannplatte 30 im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden kann, um sie von den Zugstangen 84, 86 abnehmen zu können. Anschließend wird das Werkstück 28 entnommen und das Spannfutter 10 mit einem neuen Werkstück 28 geladen.

Claims (13)

1. Spannfutter zur Halterung eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine während eines Bearbeitungsvorganges an dem Werkstück, gekennzeichnet durch eine Maschinen­ fläche (32) und eine dieser gegenüberliegende Spann­ fläche (136), die zur Halterung eines dazwischen­ liegenden Werkstückes (28) ausgebildet sind, und durch eine Vorrichtung zur Bewegung der Spannfläche (136) relativ zu der Maschinenfläche (32), die ein Verbindungselement (14) zwischen einem Antrieb mit geradliniger Bewegung und dem Mittelteil eines Hebelelements (66) sowie mindestens zwei Spannelemente (84, 86) aufweist, wobei die beiden Spannelemente (84, 86) jeweils mit ihren beiden Enden gelenkig an den Enden des Hebelelements (66) und an der Spann­ fläche (136) befestigt sind.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfläche (136) an einem Spannelement (30) und die Maschinenfläche (32) an einem Werkzeugelement (34) ausgebildet sind und daß das Werkzeugelement (34) lösbar mit dem Futterkörper (46) verbunden ist.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannelemente (84, 86) sich durch das Werkzeugelement (34) hindurcherstrecken.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Befestigung der Spannelemente (84, 86) an dem Spannelement (30) Bajonettverschluß-Schlitze (116, 118) an dem Spannelement (30) vorgesehen sind, in welche halbkugelige Köpfe (112, 114) an den Enden der Spannelemente (84, 86) einfügbar sind.

5. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bajonettverschluß-Schlitze (116, 118) je eine zylindrische Einsetzbohrung (120, 122) für die halb­ kugeligen Köpfe (112, 114) aufweisen, die sich von der Spannfläche (136) ausgehend in das Spannelement (30) hinein erstreckt, und daß von der zylindrischen Einsetzbohrung (120, 122) ausgehend und unter einem etwa rechten Winkel dazu in den Schlitzen eine huf­ eisenförmige Rampe (128, 130) mit einer zur Abstützung des zugehörigen halbkugelförmigen Kopfes (112, 114) gekrümmten Oberfläche vorgesehen ist.

6. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Hebelelements (66) ein Kugelgelenklager (60) aufnimmt, dessen äußere Lagerschale mit dem Mittelbereich des Hebel­ elements (66) und dessen innere Lagerschale mit dem Verbindungselement (14) in Eingriff steht.

7. Spannfutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der inneren Lagerschale (56) des Kugelgelenklagers (60) ein einstellbares Befestigungs­ element (38) vorgesehen ist, das über ein Gewinde­ ende einstellbar mit dem Verbindungselement (14) und über ein Schaftteil (62) mit anschließendem Kopf mit der inneren Lagerschale verbunden ist.

8. Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Befestigungselement (38) Mittel (50) zur Übertragung eines Drehmoments darauf auf­ weist, und daß die Werkzeugplatte (34) und der Spann­ futterkörper (46) Durchgangsöffnungen zur Einführung eines ein Drehmoment übertragenden Werkzeuges (42) aufweisen.

9. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an jeweils einem Ende der Spannelemente (84, 86) eine Queröffnung (92, 94) vor­ gesehen ist, daß die Spannelemente (84, 86) mit diesem Ende in je eine Öffnung (92, 94) an den Enden des Hebelelements (66) eingreifen, und daß die Quer­ öffnungen (92, 94) an diesen Enden von Stiften (100, 102), die an dem Hebelelement (66) befestigt sind, durchsetzt sind.

10. Spannfutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (84, 86) Spannstäbe sind, deren Durchmesser im Bereich der Öffnungen (92, 94) an dem Hebelelement (66) kleiner als der Durch­ messer der Öffnungen (92, 94) ist.

11. Spannfutter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bajonettverschluß- Schlitze (116, 118) im Bereich der zylindrischen Einführbohrung (120, 122) durch je eine Deckplatte (119) abgedeckt sind, um die Einführstrecke der halbkugelförmigen Köpfe (112, 114) zu begrenzen.

12. Spannfutter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Be­ festigungselement (38) eine Ausnehmung (50) zur Übertragung eines Drehmoments aufweist.

13. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (84, 86) sich durch das die Maschinenfläche (32) aufweisende Element hindurch erstrecken und relativ dazu beweglich sind.