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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
selbstzentrierende Einspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen
des Typs, welcher eine Mehrzahl von Einsatzbacken umfaßt, die
radial in einem Körper der Einspannvorrichtung quer über
dessen Stirnfläche bewegbar sind, sowie Mittel zum Verursachen
der gleichzeitigen Radialbewegung der Einsatzbacken, bei
welcher jeder Einsatzbacken eine zugeordnete, kompensierende
Masse aufweist, welche zur radialen Verschiebung in dem Körper
der Einspannvorrichtung angebracht ist, und welche dazu neigt,
die Zentrifugalkraft, welcher der Einsatzbacken während der
Rotation der Einspannvorrichtung ausgesetzt ist, zu
kompensieren, wobei jede kompensierende Masse mit dem
entsprechenden Einsatzbacken mittels eines zweiarmigen Hebels
verbunden ist, welcher um eine zu einem Kreis um die Drehachse
der Einspannvorrichtung tangentiale Achse angelenkt ist
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Eine selbstzentrierende Einspannvorrichtung dieses Typs ist
aus der JP-A-54 159 785 bekannt. Bekannte selbstzentrierende
Einspannvorrichtungen dieses Typs haben Probleme beim Greifen
des Werkstücks mit ausreichender Kraft, um sicherzustellen,
daß es sicher geklammert wird, ohne deformiert zu werden,
insbesondere wenn beabsichtigt ist, daß diese dünne,
ringförmige Stücke greifen.
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Im allgemeinen verringert eine Erhöhung der Anzahl der
Kontaktpunkte, an welchen das Werkstück gegriffen wird, das
Ausmaß, in welchem das Werkstück deformiert wird. Bei einer
selbstzentrierende Einspannvorrichtung ist es jedoch zwecklos,
die Anzahl der Einsatzbacken, auf welchen die Backen, die das
Stück greifen, fixiert sind, zu erhöhen, um die Anzahl der
Kontaktpunkte zu erhöhen, da, aufgrund der Toleranzen in der
Form und Größe des Werkstücks und der Einspannvorrichtung der
Kontakt mit der Oberfläche des Stücks durch nur drei Backen
hergestellt wird, (tatsächlich hat ein Festkörper drei
Freiheitsgrade), während die anderen Backen nur in Kontakt mit
dem Werkstück kommen, nachdem die ersten drei dieses auf ein
vorbestimmtes Maß deformiert haben.
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Eine bekannte Lösung, welche die vorher genannten Probleme
verringern kann, besteht aus der Verwendung einer
selbstzentrierenden Einspannvorrichtung mit drei
Einsatzbacken, wobei auf jeden ein Kipphebel montiert ist, der
um eine Achse parallel zur Rotationsachse der
Einspannvorrichtung angelenkt ist, und welcher an seinen Enden
zwei Backen zum Greifen des Werkstücks trägt. Diese Lösung
ermöglicht es, daß die Anzahl der Kontaktpunkte an der
Oberfläche des Werkstücks erhöht wird, jedoch sind die auf das
Stück durch die Backen ausgeübten Kräfte entlang einer Sehne
gerichtet und nicht radial (was die minimale Deformation des
Stücks zur Folge hätte), und dies führt zu Defekten in der
Form des fertiggestellten Stücks, insbesondere, wie erwähnt,
im Fall von dünnen, ringförmigen Stücken.
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Das U.S.-Patent 2,921,796 zeigt eine Lösung, welche es
ermöglicht die Anzahl der Kontaktpunkte, an welchen das
Werkstück ohne Deformationen des Werkstücks zu verursachen
gegriffen wird, zu erhöhen. Bei dieser Lösung sind die
Einsatzbacken paarweise miteinander mittels zweiarmiger Hebel
verbunden, welche um jeweilige Stifte angelenkt sind, die
durch in dem Körper der Einspannvorrichtung radial bewegbare
Antriebselemente getragen sind. Die Bewegung jedes
Antriebselements verursacht die Bewegung der beiden dem
Antriebselement zugeordneten Einsatzbacken. Da die
Bewegungsrichtung des Antriebselements bezüglich der
Bewegungsrichtung der zugeordneten Einsatzbacken winkelmäßig
versetzt ist, wirkt ein wesentlicher Teil der vom
Antriebselement auf die Einsatzbacken übertragenen Kraft auf
die Führungen der Einsatzbacken und trägt nicht zum Greifen
des Werkstücks bei. Ferner verringert das Antriebselement
nicht die Wirkungen der Zentrifugalkraft, welche auf die
Backen und die Einsatzbacken während des Betriebs wirkt, im
Gegensatz dazu verstärkt das Antriebselement diese Effekte
weiter, da die auf das Antriebselement wirkende
Zentrifugalkraft zusätzlich zu derjenigen auftritt, welche auf
die Backen und die Einsatzbacken wirkt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
selbstzentrierende Einspannvorrichtung des am Beginn der
vorliegenden Beschreibung festgelegten Typs vorzusehen, welche
die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine
selbstzentrierende Einspannvorrichtung des oben beschriebenen
Typs gelöst, bei welcher zweiarmige Hebel in Paaren
nebeneinanderliegender Hebel durch Kipphebel verbunden sind,
welche um zur Rotationsachse der Einspannvorrichtung parallele
Achsen schwenken und die Anlenkstifte der beiden
nebeneinanderliegenden Hebel tragen.
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Wie man aus der mit Bezug auf die Zeichnungen gegebenen
Beschreibung besser verstehen wird, stellt dieses Konzept
sicher, daß alle Backen gleichzeitig mit dem Stück in Eingriff
kommen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der detaillierten, anhand eines nicht
einschränkenden Beispiels gegebenen Beschreibung, welche mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen folgt, klar, in
welchen:
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Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer selbstzentrierenden
Einspannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
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Figur 2 eine Frontansicht entlang eines Pfeils II in Figur 1
ist,
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Figur 3 ein Schnitt entlang einer Linie III-III in Figur 2
ist,
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Figuren 4 und 5 jeweils Schnitte entlang den Linien IV-IV bzw.
V-V in Figur 3 sind,
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Figur 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der
selbstzentrierenden Einspannvorrichtung aus Figur 1 ist,
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Figur 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der
Bewegungsübertragungsvorrichtung der selbstzentrierenden
Einspannvorrichtung aus Figur 6 ist,
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Figur 8 ein Schnitt entsprechend dem in Figur 3 dargestellten
ist, welcher sich auf eine andere Anordnung der Verwendung
einer erfindungsgeinäßen Einspannvorrichtung bezieht, und
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Figur 9 ein Schnitt entlang der Linie IX-IX in Figur 8 ist.
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In den Zeichnungen ist eine selbstzentrierende
Einspannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit 1 bezeichnet
und umfaßt einen ersten hohlen, zylindrischen Körper 2,
welcher an einem zweiten hohlen, zylindrischen Körper 3
mittels axialer Bolzen 4 festgelegt ist. Sechs radiale
Verschiebesitze sind in der Stirnfläche 5 des Körpers 2
gebildet und ein Einsatzbacken 7 ist in herkömmlicher Weise in
jeder radial verschiebbar. Wie man in den Figuren 3 und 8
erkennen kann, ist ein Backen 8 zum Greifen des Werkstücks 9
an jedem Einsatzbacken 7 in bekannter Weise befestigt.
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Sechs radiale Sitze 11 sind in dem zweiten KörPer 3 gebildet,
und eine einem jeweiligen Einsatzbacken 7 zugeordnete
kompensierende Masse 12 ist in jedem verschiebbar angebracht.
Wie man in Figur 7 erkennen kann, ist jede kompensierende
Masse 12 durch einen zylindrischen Körper 14 gebildet, dessen
radial inneres Ende einen T-förmigen Absatz 15 aufweist,
welcher in einen in einer Antriebsbuchse 17 gebildeten Sitz 16
mit entsprechendem Profil eingreift. Die Absätze 15 und ihre
entsprechenden Sitze 16 sind in bekannter Weise auf die
Rotationsachse A der Einspannvorrichtung 1 hin geneigt, so daß
eine Bewegung der Antriebsbuchse 17 entlang der Rotationsachse
A zu einer entsprechenden radialen Verschiebung der
kompensierenden Massen 12 führt. Wie in den Figuren 3 und 8
dargestellt, ist die Antriebsbuchse 17 auf eine Welle 20
geschraubt und ist mit einem Satz Schrauben 19 versehen. Die
Welle 20 weist einen mit Gewinde versehenen Schaft 21 zur
Verbindung mit einer Fluidbetätigungseinrichtung (nicht
dargestellt) auf, welche durch die Werkzeugmaschine getragen
ist. Wie man aus einem Vergleich der Figuren 3 und 8 erkennen
kann, kann die Antriebsbuchse 17 auf der Welle 20 in zwei
verschiedenen Betriebsanordnungen angebracht werden; in der in
Figur 3 gezeigten ersten Anordnung, sind die Sitze 16 in
Richtung auf das hintere Ende der Einspannvorrichtung 1 zu
geneigt, während in der zweiten Arbeitsanordnung die
Antriebsbuchse 17 um ein 180º aus der in Figur 3 dargestellten
Anordnung gedreht ist und die Sitze 16 auf das vordere Ende
der Einspannvorrichtung 1 zu geneigt sind.
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Wie man in Figur 7 sehen kann, ist in jeder kompensierenden
Masse 12 ein zylindrischer Sitz 24 gebildet, und ein
zylindrisches Element 25 ist drehbar darin angebracht, so daß
es frei um eine zur Rotationsachse A der Einspannvorrichtung 1
parallele Achse B frei schwenkbar ist. Wie in den Figuren 3
und 8 mit gebrochenen Linien dargestellt, ist ebenso eine
zweite zylindrische Vertiefung 24a in jeder kompensierenden
Masse 12 symmetrisch bezüglich der Vertiefung 24, welche das
zylindrische Element 25 aufnimmt, gebildet, und ihre Funktion
wird aus der nachfolgenden Beschreibung klar.
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Wie man in den Figuren 3 und 8 erkennen kann, ist ebenso eine
zylindrische Vertiefung 27 in jedem Einsatzbacken 7 gebildet,
und ein zylindrisches Element 28 ist in einer zur oben
beschriebenen Weise gleichen Weise drehbar darin angebracht.
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Die zylindrischen Elemente 25 und 28 weisen jeweilige
Ausnehmungen 29, 30 auf, in welche die Enden der zweiarmigen
Hebel 32, die jeden Einsatzbacken 7 mit der jeweiligen
kompensierenden Masse l2 verbinden, eingreifen. Wie bekannt
ist, kompensiert die oben erwähnte Verbindung zwischen den
Einsatzbacken 7 und den jeweiligen kompensierenden Massen 12
die Effekte der Zentrifugalkraft, welcher die Einsatzbacken 7
während der Rotation der Einspannvorrichtung 1 unterliegen.
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Wie in den Figuren 4, 6, 7 und 9 dargestellt, sind die
zweiarmigen Hebel 32 in Paaren nebeneinanderliegender Hebel
durch Kipphebel 34 miteinander verbunden, welche in in dem
Körper 2 der Einspannvorrichtung 1 gebildeten Vertiefungen 33
frei schwenken können. Jeder Kipphebel 34 umfaßt einen
Winkelkörper 35, dessen Mittelabschnitt einen Stift 36 trägt,
der sich parallel zur Rotationsachse A der Einspannvorrichtung
1 erstreckt. Die Enden der Stifte 36 sind zur Rotation in
jeweiligen Öffnungen 39 getragen, welche jeweils in den ersten
und zweiten Körpern 2, 3 gebildet sind. Der Körper 35 von
jedem Kipphebel 34 weist stiftförmige Enden 40 auf, auf
welchen die zweiarmigen Hebel 32 schwenkbar angebracht sind.
Wie man in den Figuren 6, 7 und 9 sehen kann, stehen die
Schwenkachsen der Hebel 32 tangential zu einem Kreis um die
Rotationsachse A der Einspannvorrichtung.
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Die oben beschriebene selbstzentrierende Einspannvorrichtung
arbeitet wie folgt.
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Wenn die Einspannvorrichtung 1 in der in Figur 3 gezeigten
ersten Betriebsanordnung ist, verursacht eine auf die
Antriebsbuchse 17 durch die Welle 20 in der Richtung des
Pfeils C in Figur 3 angelegte Kraft, daß die kompensierenden
Massen 12 sich radial nach außen verschieben. Die
Einsatzbacken 7 werden dementsprechend durch die
kompensierenden Massen 12 mittels der zweiarmigen Hebel 32
angetrieben, und bewegen sich gleichzeitig nach innen. Als
Ergebnis der Toleranzen in der Form und Größe sowohl des
Werkstücks 9 als auch der Einspannvorrichtung 1 kommen
normalerweise nur drei Backen 8 gleichzeitig in Kontakt mit
der Oberfläche des Stücks 9. Wenn nach diesem ersten Kontakt
weiterhin eine Ziehkraft auf die Welle 20 ausgeübt wird,
werden die verbleibenden drei Backen 8 als Ergebnis des
Schwenkens der Kipphebel 34 um ihre Achsen auch in Kontakt mit
der Oberfläche des Stücks 9 gebracht, jedoch ohne daß die drei
Backen, welche den Anfangskontakt hergestellt haben, das Stück
9 verformen. Wenn in speziellen Fällen das automatische
Ausgleichen der Einsatzbacken 7 eingeschränkt oder verhindert
werden soll, ist es möglich Schrauben 42 zu drehen (siehe
Figur 9), welche in jeweilige Gewindebohrungen in dem Körper 2
eingreifen und mit den Umfangsoberflächen der Kipphebel 34
zusammenwirken, um das Schwenken der letzteren einzuschränken
oder zu verhindern.
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Um mit der selbstzentrierenden Einspannvorrichtung 1 in der in
Figur 3 dargestellten Anordnung ein rohrförmiges Stück von der
Innenseite zu greifen, wäre es nötig eine Kraft in der zu der
durch den Pfeil C in Figur 3 angezeigten Richtung
entgegengesetzten Richtung anzulegen, dies schließt jedoch die
Möglichkeit der Herstellung einer selbstzentrierenden
Einspannvorrichtung, welche ebenso selbstgreifend ist, aus. Um
in der Lage zu sein, das Werkstück gegen Stangen (nicht
dargestellt), welche durch die Werkzeugmaschine getragen sind
und sich axial durch die Einspannvorrichtung 1 erstrecken, zu
klammern, muß die auf die Einspannvorrichtung 1 ausgeübte
Klammerkraft tatsächlich auf die Werkzeuginaschine gerichtet
sein. Um ebenso in der Lage zu sein, das Werkstück zu
klammern, wenn es von Innen gegriffen wird, ist es bei der
Einspannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ausreichend, die Antriebsbuchse 17 und die kompensierenden
Massen 12 aus der in Figur 3 dargestellten Anordnung
umzudrehen. Nachdem sie uingedreht worden ist, befindet sich
die Einspannvorrichtung 1 in der in Figur 8 dargestellten
Anordnung. In dieser zweiten Betriebsanordnung verursacht eine
auf die Antriebsbuchse 17 in Richtung des Pfeils C in Figur 8
ausgeübte Kraft eine Bewegung der kompensierenden Massen 12
nach radial innen und eine dementsprechende Bewegung der
Einsatzbacken 7 nach außen, was es ermöglicht, daß das Stück 9
an seiner inneren Oberfläche gegriffen wird.