DE4114884A1 - Verfahren zum spannen eines werkstueckes und spannfutter zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen eines Werkstückes auf einem Spannbacken aufweisenden Spannfut­ ter einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, durch axiales Verschieben einer Betätigungsscheibe, wobei die Betätigungsscheibe jeweils gegen einen Spannkörper jedes Spannbackens anliegt. Weiterhin betrifft die Erfin­ dung ein Spannfutter zur Durchführung dieses Verfahrens.

Auf Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, müs­ sen die Werkstücke möglichst genau zentrisch gespannt werden, weil sie sonst über ihre Umfangsfläche ungleich­ mäßig bearbeitet würden. Deshalb sorgt man beim Spannen von Werkstücken dafür, daß bei Verschieben einer Betäti­ gungsscheibe in axiale Richtung die Spannbacken sich gleichmäßig nach außen oder innen bewegen, so daß ein Werkstück genau zentrisch gespannt wird. Dieses Spannver­ fahren kann bei dünnwandigen, labilen Werkstücken zu Schwierigkeiten führen, wenn solche Werkstücke im nicht gespannten Zustand nicht genau rund sind. Ein unrunder Spanndurchmesser wird von einem nicht ausgleichenden Spannfutter rund gespannt, da sich das Werkstück dem Spannfutter anpaßt. Wird das Werkstück bearbeitet, wird es auf einer Drehmaschine im gespannten Zustand rund. Nach dem Entspannen geht das Werkstück in seinen alten Zustand zurück und der bearbeitete Durchmesser wird un­ rund.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum zentrischen, verformungsfreien Spannen von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, zu entwickeln.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Spannkörper mittels jeweils eines Spannkol­ bens gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Betätigungsscheibe gehalten werden und anschließend die Betätigungsscheibe in Spannrichtung gegen einen Ge­ häuseanschlag bewegt wird, wobei die Spannbacken gegen das Werkstück gelangen und danach die Anschlagfläche der Betätigungsscheibe in Spannrichtung Abstand von den Spannkörpern erhält und daß anschließend durch Beauf­ schlagung der Spannkolben mit Spanndruck die Spannkraft erzeugt wird.

Durch diese Verfahrensweise bewegen sich die Spannbacken zunächst gleichförmig in radialer Richtung, so daß das zu spannende Werkstück zentrisch ausgerichtet wird. Da die einzelnen Spannbacken einzeln über die Spannkolben an der Betätigungsscheibe abgestützt sind, können sie sich zunächst ohne große Krafteinwirkung unterschiedlich ver­ schieben, sobald einzelne Spannbacken gegen das Werkstück anliegen. Dadurch lassen sich alle Spannbacken mit gerin­ ger Kraft gegen das Werkstück anlegen, ohne dieses zu verformen, sofern es unrund ist. Erst wenn die Betäti­ gungsscheibe gegen ihren Gehäuseanschlag gefahren ist, erfolgt die Beaufschlagung der Spannkolben mit dem Spann­ druck, so daß dann alle Spannbacken das Werkstück mit gleicher Kraft spannen und es somit zu keiner Verformung des Werkstückes kommt.

Um ein zentrisches Spannen der Werkstücke zu erreichen, ist es erforderlich, daß zu Beginn des Spannvorganges die Spannbacken eine genau zentrische Ausgangsstellung ein­ nehmen. Das könnte man dadurch erreichen, daß die Spann­ kolben durch Druckfedern derart vorgespannt werden, daß sie die Vorsprünge der Spannkörper so lange gegen die An­ schlagfläche der Betätigungsscheibe halten, bis zumindest die ersten Spannbacken Kontakt mit dem Werkstück erhal­ ten. Der konstruktive Aufwand für die Gestaltung des Spannfutters ist besonders gering, wenn zu Beginn des Spannvorganges die Spannkörper durch Druckbeaufschlagung der Spannkolben mit einem geringen Vordruck gegen die An­ schlagfläche der Betätigungsscheibe gehalten werden.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Spannfutters zur Durchführung des vorgenannten Verfah­ rens, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spann­ körper relativ zur Betätigungsscheibe verschieblich gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Be­ tätigungsscheibe angeordnet sind und in der Betätigungs­ scheibe für jeden Spannkörper jeweils ein in einem Druck­ raum verschieblicher Spannkolben angeordnet ist, welcher den jeweiligen Spannkörper in Spannrichtung gegen die An­ schlagfläche der Betätigungsscheibe zu bewegen vermag und daß die Betätigungsscheibe zum Verfahren in Spannrichtung bis gegen einen Gehäuseanschlag bei nicht mit Spanndruck beaufschlagten Spannkolben ausgebildet ist.

Ein solches Spannfutter ermöglicht es, dünnwandige Werk­ stücke auch dann verformungsfrei zu spannen, wenn sie nicht exakt rund sind, weil die Spannbacken nach dem Kon­ takt mit dem Werkstück individuell verschoben werden kön­ nen. Durch das erfindungsgemäße Spannfutter läßt sich verhindern, daß beim Spannen im Werkstück Spannungen ent­ stehen, die nach dem Ausspannen zu einer Verformung des Werkstückes führen.

Das Spannfutter ist besonders einfach gestaltet, wenn ge­ mäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Druckräume aller Spannkolben mit einem gemeinsamen Spann­ druckanschluß Verbindung haben.

Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus des Spannfutters trägt es bei, wenn in der Mantelfläche der Betätigungs­ scheibe eine umlaufende Nut vorgesehen ist, in welche die Spannkörper mit jeweils einem Vorsprung mit axialem Spiel greifen und wenn die Spannkolben axial in diese Nut von der der Spannrichtung abgewandten Seite des Spannfutters her eingreifen und gegen den jeweiligen Vorsprung der Spannkörper anliegen.

Auf ein Aufbringen eines geringen Vordruckes bis zum Ver­ fahren der Betätigungsscheibe bis gegen ihren Gehäusean­ schlag kann man verzichten, wenn die Spannkolben durch jeweils eine Feder gegen den jeweiligen Vorsprung der Spannkörper vorgespannt sind.

Jede Spannbacke kann sich mit insgesamt zwei Anlageflä­ chen gegen das Werkstück abstützen und sich dabei exakt nach dem Werkstück durch Verschwenken um eine Längsachse ausrichten, wenn die Spannkörper jeweils als in einer schräg zur Spannrichtung verlaufenden Bohrung verschieb­ licher und in Axialrichtung begrenzt schwenkbarer Bolzen ausgebildet sind und wenn die Spannbacken in Umfangsrich­ tung gesehen an beiden Außenseiten jeweils eine Spannflä­ che aufweisen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein als Spann­ dorn ausgebildetes Spannfutter nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Spannfutter nach der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zum Außen­ spannen ausgebildetes Spannfutter.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Spannfutter hat in einem Gehäuse 1 auf einem gemeinsamen, in Fig. 2 gezeig­ ten Teilkreis 2 schräg zur Drehachse 3 des Spannfutters verlaufende Bohrungen, beispielsweise die Bohrungen 4, 4a, in welchen jeweils ein als Bolzen ausgebildeter Spannkörper 5, 5a verschieblich angeordnet ist. Auf jedem Spannkörper 5, 5a ist ein Spannbacken 6, 6a vorgesehen, der an seinen in Umfangsrichtung liegenden Seiten jeweils eine in Fig. 2 positionierte Spannfläche 7, 8 aufweist. Die Spannkörper 5 sind in der jeweiligen Bohrung 4 um ihre Längsachse begrenzt schwenkbar angeordnet. Dadurch können sich die Spannbacken 6 nach dem Werkstück ausrich­ ten, so daß sie jeweils mit gleicher Kraft mit beiden Spannflächen 7, 8 gegen eine Innenmantelfläche des Werk­ stückes anliegen.

Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus des Spannfutters wird nunmehr ausschließlich auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt im Inneren des Gehäuses 1 eine axial ver­ schiebliche Betätigungsscheibe 9, welche im linken Bild­ teil in Lösestellung des Spannfutters und im rechten Bildteil in Spannstellung dargestellt ist, in der sie ge­ gen einen in Spannrichtung liegenden Gehäuseanschlag 10 anliegt. Die Verschiebung der Betätigungsscheibe kann auf übliche Weise mittels eines nicht gezeigten Bauteils der Drehmaschine erfolgen.

In der Mantelfläche der Betätigungsscheibe 9 ist eine um­ laufende Nut 11 vorgesehen, in welche jeweils ein Vor­ sprung 12, 12a jedes Spannkörpers 5, 5a ragt. Im linken Bildteil der Fig. 1 liegt dieser Vorsprung 12a gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche 13 an. In der im rechten Bildteil gezeigten Stellung hat der Vor­ sprung 12 Abstand von dieser Anschlagfläche 13.

Zum Verschieben der Vorsprünge 12, 12a in der Nut 11 ist für jeden Spannkörper 5, 5a auf der der Spannrichtung ab­ gewandten Seite der Vorsprünge 12, 12a ein Spannkolben 14, 15 vorgesehen, der jeweils in einem Druckraum 16, 17 verschieblich ist und gegen den zugeordneten Vorsprung 12, 12a anliegt. Alle Druckräume 16, 17 sind von einem gemeinsamen Druckanschluß 18 aus mit Druck zu beaufschla­ gen.

Zum Innenspannen eines Werkstückes beaufschlagt man zunächst alle Druckräume 16, 17 mit einem geringen Druck. Dadurch werden die Vorsprünge 12, 12a gegen die Anschlag­ fläche 13 der Betätigungsscheibe 9 bewegt und zentriert. Anschließend verfährt man die Betätigungsscheibe 9 in Spannrichtung, wobei sich die Spannbacken 6 gleichmäßig nach außen bewegen. Die Verschiebung der Betätigungs­ scheibe 9 wird so lange fortgesetzt, bis diese gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt. Während dieser Bewegung blei­ ben die Spannkörper 5, 5a nach Anlage ihrer jeweiligen Spannbacke 6, 6a am Werkstück stehen, indem sie die Spannkolben 14, 15 tiefer in die Druckräume 16, 17 schie­ ben und indem sich die Anschlagfläche 13 von den Vor­ sprüngen 12, 12a entfernt. Diese Stellung ist im rechten Teil der Fig. 1 gezeigt.

Sobald die Betätigungsscheibe 9 gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt, werden die Druckräume 16, 17 mit Spanndruck beaufschlagt, so daß sich die Spannbacken 6, 6a mit aus­ reichend hoher Kraft gegen das Werkstück abstützen.

Die Fig. 3 verdeutlicht, daß das erfindungsgemäße Prin­ zip auch bei einem Spannfutter zur Außenspannung anwend­ bar ist. Die Bohrungen 4, 4a divergieren bei dieser Aus­ führungsform in der Zeichnung gesehen nach oben hin, also entgegen der Spannrichtung. Dadurch bewegen sich die Spannbacken 6, 6a radial nach innen, wenn sich die Betä­ tigungsscheibe 9 in der Zeichnung gesehen nach unten be­ wegt. Das Grundprinzip der Erfindung ist auch bei dieser Ausführungsform beibehalten. Die Spannkolben 14, 15 hal­ ten die Vorsprünge 12, 12a zunächst gegen die Anschlag­ fläche 13. Erst wenn die Betätigungsscheibe 9 gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt, wird der Spanndruck durch entsprechend hohe Druckbeaufschlagung der Druckräume 16, 17 aufgebracht.

Auflistung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Gehäuse
 2 Teilkreis
 3 Drehachse
 4 Bohrung
 5 Spannkörper
 6 Spannbacken
 7 Spannfläche
 8 Spannfläche
 9 Betätigungsscheibe
10 Gehäuseanschlag
11 Nut
12 Vorsprung
13 Anschlagfläche
14 Spannkolben
15 Spannkolben
16 Druckraum
17 Druckraum
18 Druckanschluß

Claims (7)

1. Verfahren zum Spannen eines Werkstückes auf einem Spannbacken aufweisenden Spannfutter einer Werkzeugma­ schine, insbesondere Drehmaschine, durch axiales Ver­ schieben einer Betätigungsscheibe, wobei die Betätigungs­ scheibe jeweils gegen einen Spannkörper jedes Spannbac­ kens anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Spannkörper mittels jeweils eines Spannkolbens gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Betätigungs­ scheibe gehalten werden und anschließend die Betätigungs­ scheibe in Spannrichtung gegen einen Gehäuseanschlag be­ wegt wird, wobei die Spannbacken gegen das Werkstück ge­ langen und danach die Anschlagfläche der Betätigungs­ scheibe in Spannrichtung Abstand von den Spannkörpern er­ hält und daß anschließend durch Beaufschlagung der Spann­ kolben mit Spanndruck die Spannkraft erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Spannvorganges die Spannkörper durch Druck­ beaufschlagung der Spannkolben mit einem geringen Vor­ druck gegen die Anschlagfläche der Betätigungsscheibe ge­ halten werden.

3. Spannfutter mit Spannbacken für eine Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, welche jeweils auf einem Spannkörper angeordnet sind, der auf einer schiefen Ebene mittels einer Betätigungsscheibe verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkörper (5) re­ lativ zur Betätigungsscheibe (9) verschieblich gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche (13) der Betäti­ gungsscheibe (9) angeordnet sind und in der Betätigungs­ scheibe (9) für jeden Spannkörper (5, 5a) jeweils ein in einem Druckraum (16, 17) verschieblicher Spannkolben (14, 15) angeordnet ist, welcher den jeweiligen Spannkörper (5, 5a) in Spannrichtung gegen die Anschlagfläche (13) der Betätigungsscheibe (9) zu bewegen vermag und daß die Betätigungsscheibe (9) zum Verfahren in Spannrichtung bis gegen einen Gehäuseanschlag (10) bei nicht mit Spanndruck beaufschlagten Spannkolben (14, 15) ausgebildet ist.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (16, 17) aller Spannkolben (14, 15) mit einem gemeinsamen Spanndruckanschluß (18) Verbindung haben.

5. Spannfutter nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Mantelfläche der Betätigungs­ scheibe (9) eine umlaufende Nut (11) vorgesehen ist, in welche die Spannkörper (5, 5a) mit jeweils einem Vor­ sprung (12, 12a) mit axialem Spiel greifen und daß die Spannkolben (14, 15) axial in diese Nut (11) von der der Spannrichtung abgewandten Seite des Spannfutters her ein­ greifen und gegen den jeweiligen Vorsprung (12, 12a) der Spannkörper (5, 5a) anliegen.

6. Spannfutter nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkolben (15) durch jeweils eine Feder gegen den jeweiligen Vorsprung (12, 12a) der Spannkörper (5) vorgespannt sind.

7. Spannfutter nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkörper (5) jeweils als in einer schräg zur Spannrichtung verlaufen­ den Bohrung (4) verschieblicher und in Axialrichtung be­ grenzt schwenkbarer Bolzen ausgebildet sind und daß die Spannbacken (6) in Umfangsrichtung gesehen an beiden Au­ ßenseiten jeweils eine Spannfläche (7, 8) aufweisen.