DE3708363A1 - Spannfutter fuer werkzeugmaschinen - Google Patents
Spannfutter fuer werkzeugmaschinenInfo
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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.
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JPS62282807A (ja) | 1987-12-08 |
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