HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückspannfutter
fur eine Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 (s. JP-A-58 160 005).
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Der Gebrauch von Luftdruck-Werkstückspannfuttern bei
Werkzeugmaschinen ist hinreichend bekannt. Derartige
Einrichtungen verwenden rotierende Luftleitungen, um eine konstante
Betriebsluft-Quelle an kolbenbewegte Spannbackenbetätiger zu
legen. Diese rotierenden Luftleitungen sind schwer
auszuwuchten und übertragen als Folge davon Schwingungen auf die
arbeitende Werkzeugmaschine. Zusätzlich unterliegen diese
rotierenden Luft leitungen der Reibung, wodurch sie während des
Betriebs ausfallen.
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Ein kolbenbewegter Spannbackenbetätiger ist im Document JP-A-
58 160 005 offenbart. Die Backen sind an einem Diaphragma
angeordnet, und ein luftdruckbetätigter Kolben wirkt auf
Stangen ein, die gegen das Diaphragma drücken und es krümmen,
wodurch die Backen bewegt werden.
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Auch auswechselbare Oberspannbacken sind bei
Werkzeugmaschinenspannfuttern zur Anpassung an vielfältige Werkstücke
üblicherweise im Gebrauch. Da diese auswechselbaren Spannbacken
einzeln angeordnet werden, sind besondere
Bedienungsfähikeiten erforderlich, um eine korrekte Montage und Auswuchtung
sicherzustellen.
ZIELE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Folglich ist es ein Ziel der Erfindung, ein
luftdruck-Spannfutter zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik
überwindet.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erindung, ein
Luftdruck-Spannfutter zu schaffen, das eine verbesserte Zuverlässigkeit und
prazisionsbetrieb aufweist und das mit einem Minimum an
speziellen Fähigkeiten bedient werden kann.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein
Luftdruck-Spannfutter zu schaffen, welches eine bezogen auf das Spannfutter
nicht-rotierende Luftleitung aufweist.
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Es ist darüber hinaus noch ein weiteres Ziel der Erfindung,
ein Luftdruck-Spannfutter zu schaffen, das Mittel zum
Aufrechterhalten eines Innenluftdruckes für eine
Spannfutterbetätigungseinrichtung aufweist, ohne eine kontinuierliche
Luftdruckversorgung zu erfordern.
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Diese Ziele werden mittels eines Spannfutters gemäß Anspruch
1 erreicht.
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Die abhangigen Ansprüche bestimmen weitere Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
hervor, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile
bezeichnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Spannfutters,
teilweise im Schnitt, gemäß dem Stand der Technik.
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Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Standes der Technik,
mit einem Teilschnitt, der die Beziehungen der Einzelteile
zeigt.
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Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine
Werkstück-Greif-/Haltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 4 ist eine Vorderansicht eines Spannfutterkörpers
nach der Erfindung, der eine austauschbare installierte
Hakenbaueinheit zeigt, die im Schnitt rechts den
Futterkörpers wiedergibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In Fig. 1 und 2 wird ein luftdruckbetriebenes Spannfutter 4
nach dem Stand der Technik gezeigt. Das Spannfutter 4, das in
einem Adapter 8 installiert ist, weist einen Futterkörper 1
auf, an dem radial angeordnete Hauptbacken 2 verschiebbar so
montiert sind, daß sie zu der axialen Mitte hin und her
verschoben werden können. An jeder Hauptbacke 2 ist austauschbar
eine Oberbacke 3 angebracht. Die auswechselbare Montage der
Oberbacken 3 ermöglicht, wenn erforderlich, diese
auszutauschen, um das Spannfutter 4 einer Vielzahl von Werkstücken
anzupassen.
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Eine Luftleitung 5 ist zwischen einem Drehlagerzapfen 6 und
dem Spannfutter 4 angeordnet, um einen herkömmlichen Kolben
(nicht gezeigt) zu betreiben. Der Kolben drückt gegen ein
Stellglied 7, das an den Hauptbacken 2 durch Rillen 2a
angreift. Eine Luftleitung 9 ist am Lufteinlaß des
Drehlagerzapfens 6 angeschlossen, um den hohen Luftdruck zu schaffen,
der das Spannfutter 4 betreibt.
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Wenn hoher Luftdruck durch die Luftleitung 9 angelegt wird,
wird die Luft durch den Lagerzapfen 6 zur Luftleitung 5
geleitet. Der Luftdruck in der Luftleitung 5 bewegt den Kolben
vorwärts, was das Stellglied 7 veranlaßt, die Hauptbacken 2
zur Achse des Spannfutterkörpers 1 hin zusammen mit ihren
befestigten Oberbacken 3 zu verschieben, um das Werkstück,
das einer spanenden Verarbeitung zugeführt werden soll, zu
greifen bzw. halten.
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Bei dieser Ausführungsform des Standes der Technik
ermöglichen die austauschbaren Oberbacken 3 dem Spannfutter 4, sich
einer Vielzahl von Größen und Formen der Werkstücke
anzupassen, während sie einzeln an jeder Hauptbacke 2 befestigt
sind. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, da der Austausch
der Oberbacken 3 beträchtliche Bedienungsfähigkeiten
erfordert, um ein Werkstück für Prazisionsherstellung korrekt
auszuwuchten und zu zentrieren.
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Ein zweiter wesentlicher Nachteil des Standes der Technik,
wobei eine rotierende Luftleitung 5 verwendet wird, liegt
darin, daß diese allein schon schwierig auszuwuchten ist und
bewirken kann, daß das Spannfutter 4 im Adapter 8 vibriert,
was zu einer weiteren Verschlechterung des Betriebs der
Werkzeugmaschine führt. Eine rotierende Luftleitung 5 ist auch
Reibungswärme unterworfen, wodurch ohne ständige Schmierung
die Luftleitung 5 im Lagerzapfen 6 einbrennt oder diesen
verschleißt.
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In Fig. 3 wird nunmehr, allgemein mit 10, ein
erfindungsgemäßes Spannfutter gezeigt. Ein Spannfutterkörper 11 ist ein
flacher Zylinder mit einem engen zylindrischen Vorsprung 11b,
der einen "T"-förmigen Querschnitt aufweist. Eine dünne
Membran 11a bedeckt eine Ausnehmung 11d im Zentrum des
Futterkörpers 11 gegenüber dem Vorsprung 11b. Eine Vielzahl
Greifelemente 12 sind in radialer Richtung auf der dünnen Membran
11a befestigt.
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In Fig. 4 ist eine Hakenbefestigung 13 eine entfernbare
Scheibe, die eine kreisförmige Öffnung 13a in ihrem Zentrum
und einen Ring 13b an ihrem äußeren Umkreis besitzt. Der
Körper der Backenbefestigung 13 ist in eine Vielzahl radial
orientierter Backen 13c aufgeteilt, die den Greifelementen 12
in Anzahl und Orientierung entsprechen. Die nach innen
zeigenden Ecken der Backen 13 sind vertikal gebogen, um
Anlageflächen zum Halten eines Werkstücks 27 zu bilden. Die
Backenbefestigung 13 ist bei jeder Backe 13c an einem Greifelement
12 durch einen Gewindestift 29 entfernbar befestigt. Die
Backenbefestigung 13 kann für eine Vielfalt an Formen und
Größen des Werkstücks 27 ausgebildet sein und wird
ausgetauscht, um an das zu bearbeitende Werkstück 27 angepaßt zu
werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 tritt ein Luftweg 11c in
den Futterkörper 11 an seiner Endoberfläche ein, während eine
Luftöffnung 11g eine Kolbenbohrung 11e und eine
Ventilfederbohrung 11f des Vorsprungs 11b verbindet. Eine Feder 14 und
ein Kolben 15 zur Druckaufrechterhaltung sind in die
Kolbenbohrung 11e eingesetzt. Ein Deckel 16 hält den Kolben 15
innerhalb der Kolbenbohrung 11e gegen die Feder 14. Eine
Luftöffnung 16a im Deckel 16 setzt überschüssigen Luftdruck
frei. Feder 14 und Kolben 15 stellen sicher, daß ein
Minimaldruck, der während des Betriebs erforderlich ist,
aufrechterhalten
wird. Der Minimaldruck ist nahezu gleich der Kraft der
Feder 14 auf den Kolben 15.
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Der Vorsprung 11b des Futterkörpers 11 ist in ein erstes Ende
einer rohrförmigen Hauptwelle 18 austauschbar eingesetzt, die
drehbar an einer Werkzeugmaschine 17 angebracht ist. Ein
Riemen 28 der Werkzeugmaschine 17 befindet sich in einer
kreisformigen Rille, die ein Riemenscheibenende der Hauptwelle 18
umgibt, um die Hauptwelle 18 während des Betriebs
drehzutreiben. Ein Zylinder 19, der in kurzem Abstand zu und axial
ausgerichtet mit einem Riemenscheibenende 18a auf der
Werkzeugmaschine 17 montiert ist, weist eine enge Bohrung 19a auf,
die sich auf etwa 2/3 seiner Länge erstreckt, wobei sie an
dem Ende beginnt, das sich nahe des Riemenscheibenendes 18a
befindet. Beginnend am gegenüberliegenden Ende des Zylinders
19 erstreckt sich eine weite Bohrung 19b, um auf die enge
Bohrung 19a zu treffen. Ein freier Kolben 20 ist verschiebbar
in den Zylinder 19 eingesetzt, der durch eine Endplatte 19c
verschlossen ist. Ein Lufteinlaß P1 tritt in die weite
Bohrung 19b an einem Ende ein, das an die enge Bohrung 19a
angrenzt, während ein Lufteinlaß P2 durch die Endplatte 19c
in die weite Zylinderbohrung 19b mündet.
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Eine Feder 14a ist in die Ventilfederbohrung 11f des
Vorsprunges 11b eingesetzt und übt Druck gegen ein
Rückflußventil 23 aus, um das Rückflußventil 23 gegen ein erstes Ende
einer Luftleitung 22 zu halten, die in die Ventilfederbohrung
11f durch ein axiales Loch 21a im scheibenförmigen
Führungsglied 21 mündet. Das Führungsglied 21 bildet eine
verschiebbare und drehbare luftdichte Abdichtung um die Luftleitung
22. Die Luftleitung 22 erstreckt sich rückwärts vom
Rückflußventil 23 durch die Hauptwelle 18 und einen
Positionierstopfen 26 in die enge Bohrung 19a des Zylinders 19. Eine
ringförmige Ausnehmung 21b in dem Führungsglied 21 ermöglicht es,
daß Luft um das Rückflußventil 23 herumfließen kann, wenn die
Luftleitung 22 in eine Vorwärtsposition bewegt wird. Der
Gewindestift 29 hält den Haltestopfen 26 an einem Ende der
engen Bohrung 19a in Position. Die Tiefe, mit der der
Haltestopfen 26 in den Zylinder 19 eindringt, ist justierbar, um
den Hub eines Kolbens 24 in der engen Bohrung 19a zu steuern.
Ein zweites Ende der Luftleitung 22 ist starr in die enge
Bohrung 19a eingesetzt. Schneid- bzw. Halteschrauben 30
halten den Kolben 24 an der Luftleitung 22.
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Eine Luftöffnung 25 an einem Abschlußende des Kolbens 24
ermöglicht einen Luftfluß zwischen der weiten Bohrung 19b und
der Luftleitung 22. Eine Feder 14b ist zwischen Haltestopfen
26 und Kolben 24 positioniert, um einen Gegendruck auf den
Kolben 24 auszuüben.
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Während des Betriebes kann ein hohles Werkstück 27 von dem
Spannfutter 10 von der Innenseite gehalten werden, während
ein massives Werkstück 27 von dem Spannfutter 10 an seiner
Außenseite gehalten werden kann.
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Soll das Werkstück 27 von der Innenseite her gehalten werden,
so wird es über den Backen 13c positioniert. Luft mit hohem
Druck wird durch Luftzuleitung P1 angelegt. Die Hochdruckluft
drückt den freien Kolben 20 zur Endplatte 19c zurück und
fließt durch den Kolben 24 und die Luftleitung 22 und
bewirkt, daß das Rückflußventil 23 sich öffnet. Die Feder 14b
hindert den Kolben 24 daran, sich vorwärts zu bewegen,
während Luft um das Rückflußventil 23 durch die Ausnehmung 21b
im Führungsglied 21 und durch den Luftweg 11c fließt, wobei
Druck auf die dünne Membran 11a ausgeübt wird. Die dünne
Membran 11a wölbt sich unter dem Luftdruck nach außen, wobei
sie die Backenbefestigung 13 spreizt. Dies bewirkt, daß die
Backenbefestigungen 13c das Werkstück 27 greifen.
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Wenn das Werkstück 27 ergriffen ist, wird die Luftversorgung
abgeschaltet. Die Feder 14a schließt das Rückflußventil 23.
Der Kolben 15 zur Druckaufrechterhaltung, der ein
Sicherheitsventil für überschüssigen Luftdruck ist, wird durch die
Feder 14 fest gegen den Deckel 16 gehalten, wodurch der
Luftdruck gegen die dünne Membran 11a bestehen bleibt, während
das Werkstück 27 bearbeitet wird, wobei nur eine geringe
Druckleckage möglich ist.
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Da der Ring 13b sicherstellt, daß alle Backen 13c die gleiche
Entfernung zurücklegen, wenn sie das Werkstück 27 greifen,
ist ein richtiges Zentrieren des Werkstücks 27
sichergestellt. Weiterhin werden alle Backen 13c durch den Ring 13b
miteinander verbunden und bilden so eine einzige
austauschbare Backenbefestigung 13, wodurch ein Ersetzen und
dynamisches Auswuchten der Backen 13c vereinfacht wird.
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Da die Luftleitung 22 durch das Führungsglied 21 drehbar
gehalten wird und sich nicht mit dem Futterkörper 11 dreht, ist
ein Auswuchten der Luftleitung 22 nicht notwendig, und das
Problem des Erzeugens von Schwingungen und Unwucht durch eine
rotierende Luftleitung ist somit beseitigt.
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Um ein Werkstück 27 vom Spannfutter 10 zu lösen, wird Luft
unter hohem Druck durch den Lufteinlaß P2 eingeleitet, wobei
der freie Kolben 20 gegen den Kolben 24 gedrückt wird. Da der
freie Kolben 20 sich gegen den Kolben 24 stützt, veranlaßt
der Kolben 24 die Luftleitung 22, das Rückflußventil 23 zu
öffnen, um den Luftdruck, der gegen die dünne Membran 11a
drückt, durch den Luftweg 11c und die Ausnehmung 21b
entweichen zu lassen. Mit der Reduzierung des Luftdrucks kehrt
die dünne Membran 11a zu ihrer flachen Ausgangsform zurück,
wobei sie die Backen 13c zusammenzieht und das Werkstück 27
freigibt.
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Falls ein Werkstück 27 mit der Außeneite gehalten werden
soll, wird zu Beginn Luft unter hohem Druck durch den
Lufteinlaß P1 geleitet, und die Backen 13c werden gespreizt, als
ware ein Werkstück 27 von der Innenseite zu halten. Das
Werkstück 27 wird dann zwischen die gespreizten Backen 13c
eingesetzt. Wenn das Werkstück 27 zwischen den Backen 13c
positioniert ist, wird der Luftdruck durch den Lufteinlaß P2
geleitet. Die durch den Lufteinlaß P2 geleitete Luft drückt gegen
den freien Kolben 20, der seinerseits den Kolben 24 mit der
Luftleitung 22 gegen das Rückflußventil 23 drückt und so
dieses öffnet. Wenn der Luftdruck durch den Weg, der zuvor
zum Freigeben eines von der Innenseite gehaltenen Werkstücks
beschrieben wurde, abgebaut wird, schließen sich die Backen
13c um das Werkstück 27, indem sie es von außen fassen.
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Um das an seiner Außenseite gehaltene Werkstück 27
freizugeben, wird, wie oben beschrieben, Luft unter hohem Druck
durch den Lufteinlaß P1 geleitet, und die Backen 13c werden
gespreizt.
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Nachdem die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in bezug
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist
verständlich, daß sich die Erfindung nicht nur auf diese genau
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.