DE4124228C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstückhalter für Werkzeugmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für die spanende Bearbeitung von Werkstücken, beispielsweise bei Fräs- und/oder Bohrarbeiten auf NC-gesteuerten Bearbeitungsmaschinen sind Werkstückhalter bekannt (CH-PS 6 33 986), die im wesentlichen aus einem auf dem Werkstücktisch zu befestigenden Grundteil und einem die eigentliche Werkstückspannfläche aufweisenden Spannteil bestehen, das durch eine Antriebsvorrichtung um eine im Grundteil im Winkel von 45° zur Spannfläche angeordnete Achse um jeweils 180° schwenkbar und in der jeweiligen Spannlage arretierbar ist. Die Antriebsvorrichtung weist hierzu einen im Innern des Grundteils angeordneten ersten Hydraulikzylinder auf, der zur Erzielung der jeweiligen Schwenkbewegung über eine Zahnstange und ein Ritzel auf eine mit dem Spannteil verbundene Welle wirkt. Zur Freigabe der jeweiligen Spannlage des Spannteils dient ein weiterer eine Druckkammer beaufschlagender Axialzylinder, der das Spannteil vor Durchführung seiner jeweiligen Schwenkbewegung aus einer seine Lage sichernden Verzahnung aushebt und es nach durchgeführter Schwenkbewegung wieder in diese zurückkehren läßt.

Da bei Einrichtungen dieser Art die Hydraulikflüssigkeit dem Werkstückhalter von einer stationär angeordneten Quelle zugeführt wird, muß entweder die diese Quelle mit dem Werkstückhalter verbindende Druckleitung entsprechend dem Verfahrweg des Werkstückhalters stets sowohl in dessen X- als auch Y-Richtung mitbewegt werden, oder es muß die Druckleitung jeweils vor einem Schwenkvorgang an den Werkstückhalter angeschlossen und nach dem Schwenkvorgang wieder von diesem gelöst werden. Beide Ausführungsformen sind insofern nachteilig, als bei der ersten Ausführungsform die Druckleitung durch ihre ständigen Bewegungen mechanischen Beschädigungen ausgesetzt ist und die zweite Ausführungsform selbst bei Verwendung von sog. Schnellkupplungen insoweit bedienerunfreundlich ist, als auch bei Schnellkupplungen die Gefahr des Austrittes von Lecköl besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Werkstückhalter zu schaffen, der ohne besondere Fachkenntnis zu erfordern, mit nur geringem Aufwand an jeder für einen Werkstückhalter geeigneten Stelle des Werkstücktisches einer Werkzeugmaschine nachrüstbar ist und dessen Antriebsbewegung für die Durchführung der Schwenkbewegung des Spannteils an jeder beliebigen Stelle des Werkzeugtisches ohne zusätzliche externe Antriebe oder Verbindungsleitungen hierfür zu erfordern, einleitbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Werkstückhalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, anstelle eines Werkzeuges ein Kupplungsstück in die Werkzeugspindel einzusetzen und somit die Werkzeugspindel als Antriebsmittel für die im Innern des Grundteils angeordnete Pumpe des hydraulischen Getriebes zu nutzen. Da die Werkzeugspindel einer NC-gesteuerten Werkzeugmaschine im Grunde an jede beliebige Stelle des Werkstücktisches bewegbar ist, kann der Werkstückhalter an jeder beliebigen Stelle des Werkstücktisches an diesen angeordnet und befestigt werden.

Bei Werkzeugmaschinen mit Spindelorientierung, d. h. bei Werkzeugmaschinen mit in vorbestimmbarer Lage stillsetzbaren und/oder auch nur eine Teilumdrehung ausführenden Spindeln, läßt sich die erfindungsgemäße Lehre auch zum Antrieb des Getriebeeinganges eines Manipulators, beispielsweise zum Öffnen und Schließen der Greifhand, oder zum Verändern der Lage derselben verwenden.

Im Zusammenhang mit Schnellspannvorrichtungen für das Drehfutter von Drehmaschinen ist es bekannt (DE-GM 78 02 448), das Öffnen und Schließen des Drehfutters durch eine entsprechende Hilfsvorrichtung zu bewerkstelligen. Hierzu wird ein Motor verwendet, auf dessen Abtriebswelle eine sog. Stecknuß aufgeschoben ist, mit deren Hilfe das Drehfutter geöffnet oder geschlossen werden kann. Als Motor kann hierfür - wie im DE-GM 78 02 448 gezeigt -, eine in einem schwenkbaren Halter aufgenommene Handbohrmaschine dienen. Mit der Verwendung einer zusätzlichen Antriebsvorrichtung für das Öffnen und Schließen des Drehfutters wird ein zur Lehre des Gegenstandes des Patentes unterschiedlicher Weg beschritten.

Zwar ist es aus DE 32 20 026 C2 bekannt, eine Teileinrichtung auf einer NC-gesteuerten Fräsmaschine mit einem in die Werkzeugaufnahme der Arbeitsspindel eingespannten Dorn in eine Teilstellung zu bewegen, jedoch wird dort im Gegensatz zur Erfindung die NC-gesteuerte Linearbewegung zwischen Werkstücktisch und Spindelschlitten als Antrieb genutzt.

Um sicherzustellen, daß die Arbeitsbewegung der Werkzeugspindel nur bei richtiger Relativlage von Grund- und Spannteil einzusetzen vermag, ist die Erfindung entsprechend den Unteransprüchen 2 und 3 weitergebildet.

Eine für Werkzeugmaschinen mit von der Werkzeugspindel aufzunehmenden Trägern für voneinander unterschiedliche Werkzeuge vorteilhafte Lösung, die ein schnelles Wechseln der Spannlage des Spannteiles ermöglicht, ergibt sich dadurch, daß das von der Werkzeugspindel aufzunehmende Kupplungsstück als Adapter für den eigentlichen Werkzeugträger ausgebildet und mit diesem lösbar verbindbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, Werkzeugträgern, deren Werkzeuge einen Wechsel der Spannlage des Werkstückes erfordern, einen solchen Adapter zuzuordnen und dadurch Bewegungen der Werkzeugspindel zum Zwecke des Wechsels von Werkzeug und Adapter bzw. von Adapter und Werkzeug zu vermeiden.

Die Erfindung ist anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Werkstückhalters mit horizontal angeordneter Aufspannfläche,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Werkstückhalters mit vertikal angeordneter Aufspannfläche,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Werkstückhalters,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Fig. 3,

Fig. 5 eine Einzelheit der Werkzeugspindel,

Fig. 6 einen Schaltplan für den hydraulischen Antrieb des Wandlers.

In Fig. 1 ist ein Werkstücktisch 1 einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine gezeigt, die eine oder mehrere Werkzeugspindeln 2 mit je einem Werkzeugträger 3 und einem darin aufgenommenen Werkzeug 4 aufweist.

Auf dem Werkstücktisch ist ein Werkstückhalter 5 angeordnet, der im wesentlichen von einem auf dem Werkstücktisch 1 befestigten Grundteil 6 sowie einem Spannteil 7 gebildet ist. Das Spannteil 7 ist um eine im Grundteil 6 gelagerte und im Winkel von vorzugsweise 45° zur Horizontalen geneigte Achse 8 schwenkbar, so daß die Spannfläche 9 in der einen Endstellung eine horizontale Lage (Fig. 1) und in der anderen Endstellung (Fig. 2) eine vertikale Lage einnimmt.

Zum Verbringen des Spannteiles mit in horizontaler Ausgangslage befindlicher Spannfläche 9 in die andere Endlage mit in vertikaler Lage befindlicher Spannfläche führt das Spannteil 7 eine Drehbewegung von jeweils 180° um die Achse 8 aus.

Zur Erzielung dieser Drehbewegung des Spannteiles 7 ist dieses mit der Achse 8 fest verbunden; der Achse 8 ist eine Antriebsvorrichtung zugeordnet, die im Innern des Grundteiles 6 angeordnet und von einem kinetischen Wandler 10 gebildet ist.

Der kinetische Wandler 10 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als hydraulisches Getriebe ausgebildet, dessen Pumpe 11 eine Antriebswelle 12 aufweist, die aus dem Grundteil herausragt und an ihrem freien Ende ein Kupplungsstück 13 trägt, das über ein Gegenkupplungsstück 14 mit der Werkzeugspindel 2 in Antriebsverbindung bringbar ist. Die Kupplungsstücke 13, 14 können dabei in form- oder form- und kraftschlüssige Verbindung gebracht werden.

Im Grundteil 6 ist koaxial zur Achse 8 der erste Zahnring 15 einer Hirthverzahnung befestigt, der mit einem am Spannteil 7 befestigten zweiten Zahnring 16 der Hirthverzahnung zusammenwirkt. Das Spannteil 7 wird hierdurch in den beiden Endstellungen der Spannfläche 9 fixiert. Zur Freigabe des Spannteiles 7 für seine Drehbewegung ist die Achse 8 im Grundteil 6 längsverschiebbar angeordnet und wird durch ein sie umgebendes Federpaket 17, das sich einerends am Grundteil 6 und anderenends an einem Ansatz 18 der Achse 8 abstützt, in seiner jeweiligen Lage gehalten.

Die Pumpe 11 wird über die Werkzeugspindel 2 wahlweise in der einen oder in der anderen Drehrichtung angetrieben und weist zwei Druckleitungen 19, 20 auf, die zu einem Zylinder 21 führen, dessen Kolbenstange als Zahnstange 22 ausgebildet ist. Außerhalb des gezahnten Bereiches der Kolbenstange weist diese zur sicheren Abdichtung einen zylinderförmigen Querschnitt auf. Die somit längsverschiebbare Zahnstange 22 wirkt mit einem mit der Achse 8 fest verbundenen Ritzel 23 zum Antrieb des Spannteiles 7 zusammen.

Zur Erzielung der Axialbewegung der Achse 8 und somit des Spannteiles 7 sind die beiden Druckleitungen 19, 20 in noch später zu beschreibender Weise mit einer Druckleitung 24 verbunden, die einerends in eine Druckkammer 25 mündet. Die Druckkammer 25 wird einerends durch eine im Grundteil 6 konzentrisch zur Achse 8 angeordnete und als Gleitführung dienende Buchse 26 und andererends durch einen in die Buchse 26 ragenden Ansatz 27 des Spannteiles 7 begrenzt. Die Länge des Ansatzes 27 ist dabei so bemessen, daß er selbst bei entriegelter Hirthverzahnung 15, 16 noch in der Buchse 26 geführt ist.

Das von der Werkzeugspindel 2 aufzunehmende Kupplungsstück 14 kann in einer besonders einfach gestalteten Ausführung direkt auf einem üblichen Werkzeugträger befestigt sein, der - entsprechend der Auswechslung von Werkzeugträgern für unterschiedliche Werkzeuge - in bekannter Weise gewechselt werden kann.

Bei der Ausgestaltung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 5 ist das Kupplungsstück 14 als Adapter ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, diesen Adapter auf demjenigen Werkzeug 4 oder demjenigen Werkzeugträger 3 anzuordnen, das/der nach erfolgtem Wechsel der Spannlage des Spannteiles 7 zum Einsatz kommen soll. Hierdurch wird ein an sich notwendiger Wechsel des Werkzeugträgers vermieden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, führt die das Spannteil 7 tragende Achse 8 zum Wechsel der Spannlage 9 derselben zunächst eine Schiebebewegung, sodann eine dem eigentlichen Wechsel der Spannlage 9 dienende Drehbewegung und anschließend eine zur ersten Schiebebewegung entgegengesetzt gerichtete zweite Schiebebewegung aus. Dabei werden sämtliche Bewegungen von der Drehbewegung der Werkzeugspindel 2 abgeleitet, was in einzelnen durch entsprechende Programmierung der Werkzeugmaschine geschieht. Diese Programmierung braucht lediglich die Position des Spindelträgers und die Drehrichtung der Werkzeugspindel 2 zu enthalten.

Für die Erläuterung der Funktionsweise wird davon ausgegangen, daß das Spannteil 7 beispielsweise von einer horizontalen Ausgangslage der Spannfläche 9 in eine vertikale Lage derselben überführt werden soll. Hierzu wird zunächst die Werkzeugspindel 2 in Flucht mit dem Kupplungsstück 13 gebracht, was durch entsprechende Programmierung der Bewegung des Spindelträgers erfolgen kann. Die Werkzeugspindel 2 führt sodann eine Axialbewegung aus, so daß das Kupplungsstück 14 in form- oder form- und kraftschlüssigen Eingriff mit dem Kupplungsstück 13 kommt. Die in vorprogrammierbarer Richtung erfolgende Drehbewegung der Werkzeugspindel 2 wird hierdurch auf die Antriebswelle 12 der Pumpe 11 übertragen, die beispielsweise in einer mit der Druckleitung 20 verbundenen Druckleitung 28 Druck erzeugt. Dieser Druck wird über eine Verzweigungsstelle 29 einerseits zu einem ODER-Glied 30 und andererseits zu einem Zuschaltventil 31 geführt, dessen Abgang mit dem Zylinder 21 verbunden ist. Gleichzeitig wird der Druck vom ODER-Glied 30 zur Druckleitung 24 übertragen. Dadurch strömt Hydraulikflüssigkeit - beispielsweise Öl - in die Druckkammer 25, so daß die Achse 8 entgegen der Kraft des vorgespannten Federpaketes 17 eine Axialbewegung ausführt, wodurch die Zahnringe 15, 16 außer Eingriff kommen.

Über eine in der Druckleitung 24 vorgesehene Drossel 32 deren Wirkdruck einstellbar ist, wird das nach Erreichen der oberen Endlage der Achse 8 zuviel geförderte Öl in einen Tank 33 zurückgeführt. Nach Erreichen der oberen Endlage der Achse 8 wird der Druck in der Leitung 20 weiter aufgebaut. Das Zuschaltventil 31 öffnet bei einem gegenüber dem Aushebedruck des Spannteiles höheren Druck, so daß der Zylinder 21 beaufschlagt wird und die Zahnstange 22 eine Axialbewegung ausführt. Hierdurch wird das Ritzel 23 angetrieben, so daß die sich in ihrer oberen Endlage befindliche Achse 8 eine das Spannteil 7 in die andere Spannlage überführende Drehbewegung ausführt. Die Größe dieser Drehbewegung, die 180° umfaßt, wird dadurch begrenzt, daß die Zahnstange 22 gegen einen - nicht dargestellten - Anschlag fährt.

Nachdem über die programmierbare Verweilzeit erfolgenden Stillstand der Werkzeugspindel 2 wird die Pumpe 12 stillgesetzt. Der im System vorhandene Druck fällt über die Drossel 32 ab. Das sich hierdurch wieder teilweise entspannende Federpakekt 17 zieht den Zahnring 16 in den Zahnring 15 zurück, wodurch das Spannteil in der erreichten Endlage fixiert ist.

Sofern das Spannteil 7 von einer vertikalen Ausgangslage wieder in die horizontale Lage der Spannfläche 9 überführt werden soll, wird bei umgekehrter Drehrichtung der Pumpe 11 in einer Druckleitung 34 Druck erzeugt, der über eine Verzweigung 35 einerseits dem ODER-Glied 30 und andererseits der Druckleitung 19 zugeführt wird. Über ein in dieser angeordnetes zweites Zuschaltventil 36 wird der Druck dem anderen Eingang des doppelseitig wirkenden Zylinders 21 zugeführt. Die Zahnstange 22 bewegt sich daher entgegen ihrer ersten Bewegungsrichtung gegen einen - ebenfalls nicht näher dargestellten - zweiten Anschlag, so daß die Achse 8 nach Beendigung ihrer Translationsbewegung sich in zu ihrer ersten Drehrichtung entgegengesetzter Drehrichtung dreht.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist zwischen dem ODER-Glied 30 und der Druckleitung 24 ein Überdruckventil 37 angeordnet, über das während der Drehbewegung der Achse 8 zuviel gefördertes Öl in den Tank 33 zurückzufließen vermag.

Um sicherzustellen, daß die Werkzeugspindel 2 jeweils erst nach Erreichen der jeweiligen Endlage des Spannteiles ihre jeweilige eigentliche Arbeitsbewegung (Dreh- und Vorschubbewegung) beginnt, sind in ihrem Antriebsstromkreis Schalter vorgesehen, die von dem Spannteil nur in seiner jeweiligen Endstellung im Sinne eines Schaltvorganges beeinflußt werden können.

Claims (4)

1. Werkstückhalter für mindestens eine Werkzeugspindel und einen Werkstücktisch umfassende Werkzeugmaschinen mit einem auf dem Werkstücktisch festspannbaren Grundteil und einem eine Spannfläche aufweisenden Spannteil, das zum Wechsel seiner Spannlage um eine im Grundteil im Winkel von 45° zur Werkstückauflagefläche angeordnete Achse um jeweils 180° schwenkbar und zur Freigabe bzw. Fixierung der jeweiligen Spannlage parallel zur Achse bewegbar ist, wobei beide Bewegungen von einem im Innern des Grundteils angeordneten hydraulischen Getriebe abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Getriebe eine im Inneren des Grundteils (6) angeordnete Pumpe (11) umfaßt, deren Antriebswelle (12) ein erstes Kupplungsteil (13) aufweist, das mit einem von der Werkzeugspindel getragenen zweiten Kupplungsteil (14) in kraft- und/oder formschlüssigen Eingriff bringbar ist.

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundteil und das Spannteil einander paarweise zugeordnete Kontaktpaare aufweisen, die bei sich außerhalb der Spannlagen befindlichem Spannteil einen Anlauf der Werkzeugspindel und/oder deren Vorschubbewegung verhindern.

3. Werkstückhalter nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsteile einen Schalter aufweisen, der bei sich in ihrer Kupplungsstellung befindlichen Kupplungsteilen die Wirkung der Kontaktpaare schaltungsmäßig überbrückt.

4. Werkstückhalter nach Anspruch 1, für Werkzeugmaschinen mit von den Werkzeugspindeln aufzunehmenden Werkzeugträgern für voneinander unterschiedliche Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (14) als Adapter ausgebildet und mit dem Werkzeugträger (3) lösbar verbindbar ist.