DE69705597T2

DE69705597T2 - Auswechselbaren Spannfutter-System

Info

Publication number: DE69705597T2
Application number: DE69705597T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Morisaki
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2017-09-12
Also published as: KR19980024630A; CN1178733A; DE69705597D1; EP0846524A2; TW345513B; EP0846524B1; KR100248281B1; CN1077479C; EP0846524A3; US5901967A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein auswechselbares Spannfuttersystem, welches auswechselbar auf einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine angebracht ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein auswechselbares Spannfuttersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das ein Spannfutter umfaßt, welches ein Werkstück selbst greifen und freigeben kann und welches von einem Spannfuttermontageabschnitt abgenommen werden kann, zum Beispiel der Spitze einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine oder einer Handhabungsposition eines festgelegten Werkstückes neben der Hauptspindel, so daß es zu einem anderen Spannfuttermontageabschnitt übergeben werden kann, während das Werkstück gegriffen wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Spannfuttersystem dieser Art ist in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-253713 (nächster Stand der Technik), die am 5. Oktober 1993 veröffentlicht worden ist, offenbart. Bei diesem System ist ein Spannfutter auf einer Spannfuttervorrichtung befestigt, die an einem anderen Ort als an der Spitze der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Wenn eine Fluidverbindung zwischen einem Fluidverbindungsanschluß auf der einen Seite der Spannfuttervorrichtung und einem Fluidzuführ-/abführ- Anschluß auf der anderen Seite des Spannfutters hergestellt ist, wird ein unter Druck stehendes Fluid von der Seite der Spannfuttervorrichtung zu einer Zylinderkammer eines Spannbakkenbetätigungszylinders in der Spannbacke über ein Rückschlagventil zugeführt, so daß der Zylinder aktiviert wird, um die Spannbacken zu öffnen und zu schließen. Das Rückschlagventil verhindert, daß das Fluid, das der Zylinderkammer zugeführt wird, abgeführt bzw. ausgestoßen wird, so daß der Druck des zugeführten Fluids beibehalten wird, um das Werkstück in einem Greifzustand zu halten, indem das Werkstück von den Spannbacken gegriffen bzw. gehalten wird. Während der Werkstückgreifzustand beibehalten wird, wird das Spannfutter von der Spannfuttervorrichtung abgenommen, und dann wird das Spannfutter an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angebracht. Dann wird eine Zugstange (pull rod), welche axial durch die Hauptspindel verläuft und die mit einem rotierendem Zylinder verbunden ist, der wiederum mit dem hinteren Ende der Hauptspindel verbunden ist, an der Spitze der Hauptspindel, die als Spannfuttermontageabschnitt dient, mit einer Kolbenstange in Eingriff gebracht, die von einem Kolben eines Spannbackenbetätigungszylinders, der in dem Spannfutter vorgesehen ist, nach hinten hervorsteht. Falls die Haltekraft für das Werkstück bei auf der Hauptspindel montiertem Werkzeug nicht ausreichend ist, wenn lediglich der Fluiddruck anliegt, der von dem Rückschlagventil aufrechterhalten wird, zwingt der Rotationszylinder die Zugstange, den Kolben des Spannbackenbetätigungszylinders herauszuziehen, um die Halte- bzw. Greifkraft zur Sicherheit zu erhöhen.
Ein weiteres Spannfuttersystem ist in dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 62-28324 vom 21. Juli 1987 offenbart. Bei diesem System wird ein unter Druck stehendes Fluid einem Innenraum eines Spannfutters von einem Zuführanschluß zugeführt, der in dem äußeren Bereich des Spannfutters vorgesehen ist. Durch ein Rückschlagventil, das in dem Spannfutter vorgesehen ist, und eine Luftkammer (Speicherkammer) wird das unter Druck stehende Fluid in einer Zylinderkammer eingeschlossen, die in dem Spannfutter vorgesehen ist. In diesem Zustand wird das Spannfutter auf einem anderen Einrichtungsabschnitt für die Werkstückbefestigung als der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine vorbereitet, und eine Öffnungsstange, die auf dem Einrichtungsabschnitt zur Werkstückbefestigung vorgesehen ist, drückt einen Auslöseschaft, der von der hinteren Seite eines Kolbens eines Zylinders in dem Spannfutter vorsteht, um den Kolben zu bewegen, so daß die Spannbacken geöffnet werden. Nachdem das Werkstück zwischen den Spannbacken eingeführt ist, wird die Öffnungsstange nach hinten bewegt, und das Werkstück wird von den Spannbacken gegriffen, welche durch die Kraft einer Feder zum Vorspannen des Kolbens in einer Greifrichtung und durch das mit einem hohen Druck eingeschlossene Fluid geschlossen werden. Das Spannfutter, das dadurch das Werkstück greift, ist lösbar an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine mittels einer Zugstange befestigt, die an der Hauptspindel vorgesehen ist. Nachdem das Bearbeiten mittels der Werkzeugmaschine abgeschlossen ist, drückt die Zugstange auf die Auslösewelle und das Werkstück wird von der Hauptspindel entfernt. Danach wird die Zugstange gelöst und das Spannfutter wird von der Spindel abgenommen.
Ein anderes Spannfuttersystem ist auch in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 59-5210 vom 13. Januar 1984 offenbart. Bei diesem System sind zwei Arme an einem Drehgelenk vorgesehen, welches drehbar und vorwärts und rückwärts in axialer Richtung beweglich ist. Ein Spannfuttergreifmechanismus ist an jedem Ende der Arme vorgesehen. Ein Spannfutter der selbsthaltenden Art, wie zum Beispiel ein Front-Spannfutter, wird durch den Spannfuttergreifmechanismus gegriffen, so daß er zu einer Befestigungsposition einer Hauptspindel bewegt werden kann, und dann wird das Spannfutter mittels eines Verbindungsmechanismus an der Hauptspindel angebracht. In diesem Befestigungszustand wird die Bearbeitung durchgeführt.
Ein weiteres Spannfuttersystem ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62- 193710 vom 25. August 1987 offenbart. Bei diesem System sind Spannfutterbefestigungsvorrichtungen an einem vorderen Bereich einer Hauptspindel vorgesehen. Ein Spannfutter wird mittels eines Spannfutterbefestigungsmittels auf der Hauptspindel befestigt. In diesem Befestigungszustand wird eine Spannbackenbetätigungswelle mittels einer Schubstange bewegt, um die Spannbacken zu öffnen und zu schließen.
Im Fall des zuvor genannten Spannfuttersystems nach der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-253713 wird der Spannbackenbetätigungszylinder in dem Spannfutter durch das Fluid betrieben, um die Spannbacken zu öffnen und zu schließen, und zwar unabhängig von dem Fluid, das dem Spannbackenbetätigungszylinder zugeführt wird, wenn das Spannfutter an einem nicht der Hauptspindel entsprechenden Spannfuttermontageabschnitt befestigt ist. Auf der anderen Seite wird, wenn das Spannfutter an der Hauptspindel angebracht ist, dem Spannbackenbetätigungszylinder in dem Spannfutter kein unter Druck stehendes Fluid zugeführt und die Greifkraft der Spannbacken wird erhöht (die Spannbacken werden weiter in Greifrichtung bewegt), wobei die Antriebskraft eines separaten rotierendem Zylinders genutzt wird. Deshalb müssen Zylinder von zwei Systemen verwendet werden, um die Spannbacken in die Greifrichtung zu bewegen, wenn das Spannfutter an der Hauptspindel angebracht ist, so daß Zylinder vorhanden sind, die nicht vollständig genutzt werden. Wenn das unter Druck stehende Fluid, das den Spannbackenbetätigungszylinder in dem Spannfuttersystem betreibt, ein Hydrauliköl (Drucköl) ist und falls die Zugstange die Kolbenstange des Spannbackenbetätigungszylinders auf der Hauptspindel betätigt, um die Greifkraft zu erhöhen, entsteht darüber hinaus in dem Hydrauliköl (Drucköl), das in der Zylinderkammer des Spannbackenbetätigungszylinders eingeschlossen ist, ein Unterdruck, so daß das Rückschlagventil, daß einen Rückfluß des Hydrauliköls verhindert, geöffnet wird, so daß es dem Fluid ermöglicht wird, auszulaufen. Wenn daher der Anzug der Zugstange gelöst wird, nachdem die Bearbeitung auf der Hauptspindelbefestigung auf dem Spannfutter abgeschlossen ist, nimmt der vorher erzielte Druck in dem Spannbackenbetätigungszylinder ab und nimmt einen Wert an, der geringer als der Wert zuvor ist, bevor die Kolbenstange von der Zugstange betätigt worden ist, so daß ein Problem im Hinblick darauf entsteht, daß die Greifkraft für das Werkstück nicht gleichmäßig beibehalten werden kann. Darüber hinaus kann sich der Kolben in diesem System nicht bewegen, wenn das Hydrauliköl zugeführt wird, während das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert ist, selbst wenn versucht wird, den Kolben in Richtung zum Lösen der Spannbacken zu bewegen, weil das Hydrauliköl inkompressibel ist. Deshalb besteht ein Nachteil darin, daß das Werkstück im wesentlichen nicht gelöst werden kann, wenn das Spannfutter auf der Hauptspindel angebracht ist.
Im Fall des zuvor genannten Spannfuttersystems nach dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 62-28324 ist eine Luftkammer im Falle eines pneumatischen Systems oder einer Speicherkammer im Falle eines hydraulischen Systems in dem Spannfuttersystem installiert. Deshalb kann das Fluid auch dann in die Luft- oder Speicherkammer fließen, indem die Auslösewelle betätigt wird, so daß das Werkstück entfernt werden kann, wenn das Spannfutter auf der Hauptspindel angebracht ist. Wenn jedoch beabsichtigt ist, die Haltekraft zu erhöhen, während das Spannfutter auf der Hauptspindel befestigt ist, oder wenn beabsichtigt ist, das Fluid während der Rotation der Hauptspindel dem Inneren des Spannfutters zuzuführen, muß erneut von dem Zuführanschluß ein unter hohem Druck stehendes Fluid zugeführt werden, so daß eine zusätzliche Fluidleitung mit dem Zuführanschluß verbunden werden muß, während das Spannfutter auf der Hauptspindel angebracht ist.
Im Fall des zuvor genannten Spannfuttersystems nach dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 59-5210 ist das selbsthaltende Spannfutter auf der Hauptspindel befestigt, und die Spannbacken können nicht geöffnet und geschlossen werden, während das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert ist. Es bestehen daher darin Probleme, daß das Werkstück nicht entfernt werden kann und die Greifkraft an der Position der Hauptspindel nicht erhöht werden kann. Im Falle des zuvor genannten Spannfuttersystems nach der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-193710 besteht ein Problem darin, daß, wenn das Spannfutter von der Hauptspindel abgenommen wird, die Spannbacken geöffnet werden, so daß das Werkstück nicht gegriffen werden kann, obwohl die Backen geöffnet und geschlossen werden können, während das Spannfutter auf der Hauptspindel angebracht ist.

ABRISS DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme auszuräumen und ein auswechselbares Spannfuttersystem zur Verfügung zu stellen, welches einem Spannbackenbetätigungszylinder in einem Spannfutter ein Fluid zuführen kann und welches die Spannbacken mittels des Spannbackenbetätigungszylinders in dem Spannfutter öffnen und schließen kann, während das Spannfutter auf einer Hauptspindel montiert ist, die als Spannfuttermontageabschnitt dient, auf dem das Spannfutter montiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auswechselbares Spannfuttersystem zur Verfügung zu stellen, welches die Länge eines Speichers (Akkumulators) reduzieren kann, der in einem Spannfutter zur Aufrechterhaltung des Drucks eines eingeschlossenen Fluids vorgesehen ist, während eine Zunahme der Dicke des Spannfutters selbst dann verhindert wird, wenn der Speicher (Akkumulator) so angeordnet ist, daß er sich in der axialen Richtung des Spannfutters erstreckt.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein auswechselbares Spannfuttersystem zur Verfügung zu stellen, welches Spannbacken mittels eines Spannbackenbetätigungszylinders, der von einem unter Druck stehenden Fluid betrieben wird, in einer Werkstückgreifposition zu halten, wenn ein Spannfutter von einer Hauptspindel abgenommen wird, und welches die Spannbacken mittels der Betätigung des Spannbackenbetätigungszylinders öffnen kann, während das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert ist.
Um die zuvor genannten und auch weitere Ziele gemäß der Erfindung zu verwirklichen, wird ein auswechselbares Spannfuttersystem gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Zusätzlich kann ein auswechselbares Spannfuttersystem mit einem Speicher (Akkumulator), der eine mehrstufige Kolbenstruktur zum Aufrechterhalten des Drucks in dem Spannfutter aufweist, bereitgestellt werden. Das auswechselbare Spannfuttersystem kann ferner mit Federn zum Vorspannen einer Vielzahl von Kolben in einer Kompressionsrichtung versehen sein. Die Federn können so angeordnet sein, daß ihre Positionen in der axialen Richtung überlappen.
Darüber hinaus ist das auswechselbare Spannfuttersystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtungen zum Betätigen der Spannbacken in einer Hauptspindel versehen, so daß die Zuführ-/Abführ-Verbindungsvorrichtungen der Hauptspindel der Zuführ-/Abführ-Verbindungsvorrichtung des Spannfutters gegenüberliegt, die mit dieser zu verbinden ist, wenn das Spannfutter an dem Spannfuttermontageabschnitt einschließlich der Hauptspindel montiert ist, wodurch dem Spannbackenbetätigungszylinder der Betrieb ermöglicht wird, wenn das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert ist.
Das Spannfutter kann mit einem Speicher versehen sein, der mit einer Zylinderkammer des Spannbackenbetätigungszylinders in kommunizierender Verbindung steht, in der der Druck des Fluids mittels dem Rückschlagventil aufrechterhalten wird. Der Speicher kann eine mehrstufige Kolbenstruktur aufweisen, wobei eine Vielzahl von Kolben zur Aufrechterhaltung des Drucks (Druckhaltekolben) so vorgesehen sind, daß sie in axialen Richtungen beweglich sind. Die entsprechenden Kolben können mittels Federn unterschiedlicher Steifigkeit zum Aufrechterhalten des Drucks in Kompressionsrichtungen vorgespannt sein. Die Federn zum Aufrechterhalten des Drucks können so angeordnet sein, daß die axialen Positionen von äußeren und inneren Federn überlappen. Wenn die Federn in der axialen Richtung überlappen, kann daher die Länge des Speichers in der Richtung der Kolbenbewegung bzw. des Kolbenhubs kürzer ausgelegt werden als die Länge konventioneller Speicher, wobei eine einzelne Feder in Reihe zu einem einzelnen Kolben angeordnet ist, so daß es möglich ist, zu verhindern, daß die Dicke des Spannfutters zunimmt, auch dann, wenn der Speicher so angeordnet ist, daß er sich in der axialen Richtung des Spannfutters erstreckt.
Das Spannfutter kann in den axialen Richtungen auf dem Spannfuttermontageabschnitt montiert werden und von diesem abgenommen werden. Die Fluidzuführ-/Abführ-Vorrichtung des Spannfuttermontageabschnitts kann mit einem Fluidanlaßventil bzw. Fluidverschlußventil versehen sein, so daß es dem Spannfutter gegenüberliegt.
Das Fluidverschlußventil kann mit einem Ventilelement versehen sein. Das Ventilelement ist von einem festen, zylindrischen Einsatzteil so aufgenommen, daß es in axialen Richtungen gleitend verschiebbar ist. Die Spitze des zylindrischen Einsatzteils kann von der Basis des Spannfuttermontageabschnittes hervorstehen, und die Spitze des Ventilelements kann von einem Zuführanschluß hervorstehen. Eine Schubstange bzw. -welle, die fest mit dem Spannfutter verbunden ist, kann durch den Mittelbereich des Saugkolbens der Fluidsaugeinheit so ragen, daß sie koaxial mit der Spitze des Ventilelements ausgerichtet ist, wenn das Spannfutter an dem Spannfuttermontageabschnitt befestigt ist oder von diesem abgenommen ist. Wenn das Spannfutter an dem Spannfuttermontageabschnitt befestigt ist, kann das zylindrische Einsatzteil den Saugkolben um eine vorbestimmte Hubstrecke schieben, und die Schubwelle kann das Ventilelement anschieben. Wenn das Spannfutter von dem Spannfuttermontageabschnitt abgenommen ist, ist das Ventilelement in einer Zwischenposition des Freisetzens bzw. Lösens geschlossen, während der Saughub des Saugkolbens noch verbleibt. Deshalb wird das Fluidverschlußventil des Spannfuttermontageabschnittes durch die relative Bewegung des Fluidverschlußventils zu dem Spannfutter geöffnet, wenn das Spannfutter an dem Spannfuttermontageabschnitt montiert ist, und geschlossen, wenn das Spannfutter von dem Spannfuttermontageabschnitt abgenommen ist. Es ist deshalb nicht erforderlich, zusätzliche Antriebsquellen zum Öffnen und Schließen des Verschlußventils des Spannfuttermontageabschnitts vorzusehen.
Die Spannfutterbewegungsvorrichtung ist bevorzugt eine Vorrichtung, die Wechselarme aufweist, die an dem Rahmen einer Werkzeugmaschine gelenkig angeordnet sind, aber es kann sich auch um eine Vorrichtung handeln, die einen Roboter verwendet, der getrennt von der Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Zusätzlich kann die Spannfuttermontagevorrichtung eine Vorrichtung zum lösbaren Befestigen eines Spannfutters an der Hauptspindel sein, so daß sie nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt werden darf.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird anhand der detaillierten nachfolgenden Beschreibung und anhand der anhängenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vollständiger verstanden werden. Die Zeichnungen sollen jedoch keine Einschränkung der Erfindung auf eine bestimmte Ausführungsform beinhalten, sondern dienen lediglich der Erläuterung und dem Verständnis.
Die folgenden Abbildungen sind beigefügt:
Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht einer Spitze einer Hauptspindel und eines Spannfutters;
Fig. 1B ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils aus Fig. 1A;
Fig. 2 ist eine Vordersicht auf einen abnehmbaren Adapter auf der Spitze einer Hauptspindel in einem nicht greifenden Zustand des Spannfutters;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines rotierenden Spannzylinders in einem Einspannzustand des Spannfutters;
Fig. 4A ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen einem Eingriffsbereich einer Kolbenstange und rückziehbaren Klemmen in einem Einspannzustand des Spannfutters zeigt;
Fig. 4B ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen einem Eingriffsbereich einer Kolbenstange und rückziehbare Klemmen in einem Lösezustand des Spannfutters zeigt;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Spannzylinders einer Werkstückmontagestation in einem Einspannzustand des Spannfutters;
Fig. 6 ist eine Rückansicht eines Spannfutters;
Fig. 7A und 7B sind Querschnittsansichten eines Speichers in unterschiedlichen Zuständen;
Fig. 8A und AB sind Darstellungen, die die Verbindungszustände eines Fluidverschlußventils mit einem Fluidkoppler in unterschiedlichen Zuständen erläutern;
Fig. 9 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen rückziehbaren Klemmen und Eingriffsklemmen in einem Lösezustand des Spannfutters zeigt;
Fig. 10 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen rückziehbaren Klemmen und Eingriffsklemmen in einem Einspannzustand des Spannfutters zeigt;
Fig. 11 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Spannfuttersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine Vorderansicht des Spannfuttersystems aus Fig. 1 l; und
Fig. 13 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Spannfuttersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezugnehmend nun auf die anhängenden Abbildungen werden nachfolgend Ausführungsformen eines auswechselbaren Spannfuttersystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 11 zeigt ein auswechselbares Spannfuttersystem der Art, die einen Schwenkarm aufweisen, wobei zwei Spannfutter C auswechselbar an einer Kolbenhauptspindel 2 und einer Werkstückmontagestation 85 befestigt werden können, so daß jedes der Spannfutter C automatisch auf der Hauptspindel 2 befestigt werden kann. In Fig. 11 ist gezeigt, wie die hohle Hauptwelle 2 drehbar auf einem Hauptspindelkopf 1 gehalten ist. Die Hauptspindel 2 wird mittels eines Motors in Drehung versetzt, der in dem Hauptspindelkopf 1 eingebaut ist. Auf der oberen Oberfläche des Hauptspindelkopfs 1 ist eine Spannbackenbewegungsvorrichtung 3 zur Verfügung gestellt. Die Spannbackenbewegungsvorrichtung 3 umfaßt ein Gehäuse 4 und eine Armwelle 5, die schwenkbar an dem Gehäuse 4 gehalten ist. Ein Wechselarm 4 ist an der Spitze der Armwelle 5 an seinem Mittelbereich befestigt. Ein Paar Öffnungs-/Schließ-Arme 8, die mittels eines Öffnungs-/Schließ-Zylinders 7 geöffnet und geschlossen werden, sind an beiden entsprechenden Enden des Wechselarmes vorgesehen. Die Öffnungs-/Schließ-Arme 8 sind so konstruiert, daß sie Greifnuten 97, die in den äußeren Bereichen der Spannfutter C entsprechend ausgebildet sind, greifen. Das Gehäuse 4 wird mittels einer Führungsleiste 9 in axialer Richtung der Armwelle 5 geführt, so daß es mittels eines Zylinders 10 um einen vorbestimmten Abstand in axialer Richtung vorwärts und rückwärts bewegt wird. Die Armwelle 5 wird über einen Getriebezug bzw. eine mehrfache Radpaarung 11 in dem Gehäuse 4 mittels eines Rotationsmotors 12 um 180 Grad gedreht, so daß die Position der Öffnungs-/Schließ- Arme 8, d. h. die Positionen der zwei Spannfutter C, die von den Öffnungs-/Schließ-Armen 8 gehalten werden, zwischen einer Position, bei der das Spannfutter C koaxial mit der Hauptspindel 2 verläuft, und einer Position, bei der das Spannfutter koaxial mit einer Kolbenstange 50 (Fig. 5) eines Klemmzylinders 43A der Werkstückmontagestation 85, die oberhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist, um 180 Grad geändert wird, was nachfolgend beschrieben werden wird.
Die Spitze der Hauptspindel 2 dient als Spannfuttermontageabschnitt, an dem das Spannfutter 10 abnehmbar montiert ist. Wie in Fig. 1A gezeigt ist, ist ein Montageadapter (Basis) 15 an der Spitze der Hauptspindel 2 montiert. Der Montageadapter 15 ist über eine Montageplatte 16 mit der Hauptspindel 2 verbunden. Eine Verbindung 17, die eine Vielzahl von ineinander eingreifenden Zähnen 17a aufweist, die in einer ringförmigen Kombination angeordnet sind, ist fest mit dem Montageadapter 15 verbunden, so daß sie nach vorne weist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Montageadapter 15 mit einem Paar Fluidzuführbereichen 18a und 18b versehen, die symmetrisch angeordnet sind, so daß sie sich in um 45ºC geneigte Richtungen erstrecken, wenn die Hauptspindel 2 angehalten wird. Die Fluidzuführbereiche 18a und 18b sind mit Fluidabsperrventilen 20a und 20b jeweils entsprechend versehen. Wie nachfolgend beschrieben werden wird, ist das obere linke Absperrventil 20a, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so ausgelegt, daß es mit einer vorderen Zylinderkammer 95a (Fig. 1A) eines Spannbackenbetätigungszylinders 90 in kommunizierende Verbindung gebracht wird, der in dem Spannfutter C angeordnet ist, und das untere rechte Absperrventil 20b ist so ausgelegt, daß es mit einer hinteren Zylinderkammer 59b des Spannbackenbetätigungszylinders 90 in kommunizierende Verbindung gebracht wird. Da die entsprechenden Fluidabsperrventile 20a und 20b den gleichen strukturellen Aufbau haben, wird nur eines der Fluidabsperrventile nämlich 20b, beschrieben werden.
Wie in den Fig. 1A und 1B, welches eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Fig. 1A zeigt, dargestellt ist, ist ein hohles, zylindrisches Einsatzteil 22, das eine Zuführöffnung 21 in seiner vorderen Wand aufweist, fluiddicht an dem Montageadapter 15 befestigt, so daß die Spitze des zylindrischen Einsatzteiles 22 über die vordere Fläche des Montageadapters 15 hervorsteht. Das zylindrische Einsatzteil 22 definiert darin eine Bohrung 23. Die Bohrung 23 hat einen Bereich 24 mit einem großen Durchmesser an der Seite der vorderen Wand. Das hintere Ende der Bohrung 23 ist durch ein Federrückhalteteil 25 abgeschlossen, welches in das hintere Ende der Bohrung 23 eingreift. Ein Ventilelement 26 ist in die Bohrung 23 eingesetzt, so daß es in axialen Richtungen zwischen dem Federrückhalteteil 25 und der vorderen Wand des zylindrischen Einsatzteils 22 bewegbar ist. Das Ventilelement 26 hat einen Ventilkopf 27, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der mit einem großen Durchmesser versehene Bereich 24. Der Ventilkopf 27 ist mit einem ringförmigen Dichtelement 28 zum Abdichten einer Lücke zwischen dem Ventilkopf 27 und dem Eckbereich (der inneren Oberfläche der vorderen Wand) der Zuführöffnung bzw. des Zuführanschlusses 21 versehen. Eine vorspringende Welle 29, die einen noch kleineren Durchmesser aufweist, erstreckt sich von dem Ventilkopf 27, so daß die Spitze des vorspringenden Zapfens 29 von dem Zuführanschluß 21, der in der vorderen Wand des zylindrischen Einsatzteils 22 ausgebildet ist, nach vorne hervorsteht. Das Ventilelement 26 hat eine Fluidpassage 30 in ihrem Zentralbereich. Die Fluidpassage 30 verläuft unmittelbar hinter dem Ventilkopf 27 in eine radiale Richtung, so daß sie mit dem mit einem großen Durchmesser versehenen Bereich 24 in Verbindung steht. Eine Feder 31 ist zwischen dem Ventilelement 26 und dem Federrückhalteteil 25 so vorgesehen, daß sie das Ventilelement 26 in Richtung auf die vordere Wand des zylindrischen Einsatzteils 22 vorspannt. Dadurch wird das Dichtelement 28 des Ventilelements 26 in festen Kontakt mit der inneren Oberfläche der vorderen Wand des zylindrischen Einsatzteils 22 gebracht, so daß der Zuführanschluß 21 geschlossen wird, wenn das Ventilelement 26 nicht axial nach hinten gedrückt wird. Die zylindrische Wand des zylindrischen Einsatzteils 22 hat ein Verbindungs- bzw. Kommunikationsloch 32, welches mit der Bohrung 23 zwischen dem Ventilelement 26 und der Federkontaktoberfläche des Federrückhalteteils 25 in kommunizierender Verbindung steht. Das Kommunikationsloch 32 steht ebenso mit einer Zuführ/Abführ-Leitung 83 (welche nachfolgend beschrieben wird) über eine ringförmige Fluidpassage 33 in Verbindung, die zwischen dem äußeren Umfang des zylindrischen Einsatzteils 22 und dem Montageadapter 15, einer Fluidpassage 34 in dem Montageadapter 15 und einer Fluidpassage 36 eines Hilfsadapters 35 in Verbindung, der zwischen der Hauptspindel 2 und dem Montageadapter 15 vorgesehen ist.
Die Hauptspindel 2 hat eine Bohrung 37 zur Aufnahme einer Zugstange 38, die in axialen Richtungen bewegbar ist. Die Spitze der Zugstange 38 ist mit einem zurückziehbaren Block 39 integral ausgebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der zurückziehbare Block 39 vier zurückziehbare Klauen 40, die in Umfangsrichtung in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind. Darüber hinaus wird die Hauptspindel 2, wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist, so gesteuert, daß sie immer in einer Winkelposition, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, anhält, d. h. in einer Winkelposition, bei der das Absperrventil 20a in einer oberen linken Position und das Absperrventil 20b in einer unteren rechten Position positioniert ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist das hintere Ende der Hauptspindel 2 mit einer rotierenden Klemmzylindervorrichtung 41 versehen. Fig. 3 zeigt einen Zustand, bei dem das Spannfutter gehalten bzw. geklemmt ist. In der rotierenden Klemmzylindervorrichtung 41 ist ein Klemmzylinder 43 auf Lagern 69 innerhalb eines Verteilungsgehäuses 42 drehbar gehalten. Der Klemmzylinder 43 ist ein sogenannter beschränkt schwenkender (limited-pivoting) Klemmzylinder. In dem Klemmzylinder 43 sind das vordere und das hintere Ende eines Zylindergehäuses 44 von einer stangenseitigen Abschlußkappe 45 und einer kopfseitigen Abschlußkappe 46 abgeschlossen, um darin eine Zylinderkammer zu definieren. Diese Zylinderkammer ist mittels eines Kolbens 49 in eine vordere und eine hintere Zylinderkammer 47 und 48 geteilt. Eine Kolbenstange 50 ist in dem Kolben 49 drehbar eingepaßt. Die Kolbenstange 50 hat einen mit einem großen Durchmesser versehenen Bereich 51 an der Seite ihres Kopfes.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat der mit einem großen Durchmesser versehene Bereich 51 zwei flachseitige Bereiche, die als Eingriffsbereiche 52 dienen. Die kopfseitige Abschlußkappe 46 ist mit einem Eingriffsloch 54 ausgebildet, das zwei flachseitige Bereiche 53 aufweist, die in die Eingriffsbereiche 52 eingreifen. Wenn die Kolbenstange 50 in einer vorderen Endstellung positioniert ist, sind die Eingriffsbereiche 52 von dem Eingriffsloch 54 gelöst, und eine hintere Fläche 51a des mit einem großen Durchmesser versehenen Bereichs 51 ist leicht vor einer vorderen Fläche 54a des Eingriffslochs 54 positioniert, so daß die Kolbenstange 50 drehbar ist.
Der Zylinderkörper 44 hat eine Führungsnut 56, die parallel zu seiner Achse verläuft. Die Führungsnut 56 ist so ausgebildet, daß sie einen Stift 57 führt, der integral mit dem Kolben 49 ausgebildet ist und radial nach außen hervorsteht, um eine Drehbewegung des Kolbens 49 zu verhindern. Der äußere Umfang der Kolbenstange 50 weist eine Führungsnut 58 auf, die im Hinblick auf die Achse der Kolbenstange 50 geneigt ist. Die Führungsnut 58 ist so ausgebildet, daß sie einen Stift 59 führt, der integral mit dem Kolben 49 ausgebildet ist und der radial nach innen hervorsteht. Das rückseitige Ende der Kolbenstange 50 ragt durch die kopfseitige Abschlußkappe 46 hindurch. Mit dem rückwärtigen Ende der Kolbenstange 50 ist ein Vorspannring 60 über ein Drucklager 60a, einen Dichtungsring 60b und einen Bolzen 60c drehbar verbunden. Der Vorspannring 60 ist in einem Bewegungsraum 65 angeordnet, der durch die kopfseitige Abschlußkappe 46 und einen hinteren Deckel 61, der an der kopfseitigen Abschlußkappe 46 befestigt ist, definiert, so daß er in axialen Richtungen bewegbar ist.
Der Eingriff eines Zapfens 62 in eine Führungsnut 63 verhindert eine Schwenkbewegung des Vorspannrings 60 in Bezug auf den Zylinderkörper 44. Zwischen dem Vorspannring 60 und der kopfseitigen Abschlußkappe 46 ist eine Kompressionsfeder 64 vorgesehen. Diese Kompressionsfeder 64 bildet einen Klemmhaltemechanismus, so daß die Kolbenstange 50 immer nach hinten gezogen wird (d. h. in eine Klemmrichtung). Die kopfseitige Abschlußkappe 46 hat eine längliche Nut 66, die mit dem Bewegungsraum 65 in Verbindung steht und die sich in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung erstreckt. Ein Axialpositionserfassungsring 67 der Kolbenstange 50 greift in den äußeren Umfang der kopfseitigen Abschlußkappe 46 ein, so daß er in axialen Richtungen bewegbar ist. Ein länglicher Bolzen 68, der mit dem Axialpositionserfassungsring 67 in Eingriff steht, verläuft durch die längliche Nut 66, so daß er mit der äußeren Umfangswand des Vorspannrings 60 verbunden wird.
Die entsprechenden Elemente, wie zum Beispiel der Montageadapter 15, die Zugstange 38, die zurückziehbare Klaue 40, der Klemmzylinder 42, der Vorspannring 60 und die Kompressionsfeder 64 bilden eine Spannfuttermontagevorrichtung zum lösbaren Montieren der Spannfutter C auf der Hauptspindel 2.
In den inneren Oberflächen des Verteilungsgehäuses 42, das den Zylinderkörper 44 aufnimmt, sind sechs ringförmige Nuten 70a, 70b, 71a, 71b, 72a und 72b zwischen den Lagern 69 ausgebildet. Zwei Nuten an beiden Enden sind Ablaufrückgewinnungsnuten 70a und 70b. Von den verbleibenden vier Nuten sind zwei Nuten an der rückwärtigen Seite die Nuten 71a und 71b zum Zuführen eines Fluides zu der vorderen und der hinteren Zylinderkammer 47 und 48 des Klemmzylinders 43 und zum Abführen von diesen, und zwei Nuten an der vorderen Seite sind die Nuten 72a und 72b zur Zuführung eines Fluids zu den zwei Fluidabsperrventilen 20a und 20b des Montageadapters 15. Die Nuten 71a, 71b, 72a und 72b sind entsprechend in kommunizierender Verbindung mit vier Zuführ-/Abführ-Anschlüssen 73a, 73b, 74a und 74b, die in dem äußeren Umfang des Verteilungsgehäuses 42 so angeordnet sind, daß deren Phasen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung unterschiedlich sind, so daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Die Zuführ-/Abführ-Anschlüsse 73a, 73b, 74a und 74b sind über eine Fluidquelle 201 und Richtungssteuerungsventile angeschlossen. Insbesondere ein Richtungssteuerungsventil 200, durch das die zwei lastseitigen Anschlüsse mit einem Fluidvorrat T in Verbindung stehen, ist mit den Zuführ-/Abführ-Anschlüssen 74a und 74b in der gezeigten Neutralposition verbunden.
Von dem Paar ringförmiger Nuten 71a und 71b zum Zuführen einer Flüssigkeit zu dem Klemmzylinder 43 und zum Abführen der Flüssigkeit aus dem Klemmzylinder 43 ist eine ringförmige Nut 71b über einen Zylinderkörper 44, eine Fluidpassage 74, die in der stangenseitigen Abschlußkappe 45 vorgesehen ist, eine Lücke zwischen der Kolbenstange 50 und der stangenseitigen Abschlußkappe 45 und einer ringförmigen Nut 75, die zwischen dem Zylinderkörper 44 und der stangenseitigen Abschlußkappe 45 mit einem Absperrventil bzw. einem Rückschlagventil 76, das in der Kolbenstange 50 vorgesehen ist, in Verbindung, so daß das Fluid über das Rückschlagventil 76 der vorderen Zylinderkammer 47 zugeführt wird. Die andere ringförmige Nut 71a steht in Verbindung mit der hinteren Zylinderkammer 48 hinter dem Eingriffsloch 54, über eine Fluidpassage 77, die in dem Zylinderkörper 44 vorgesehen ist, und die kopfseitige Abschlußkappe 46. An der Spitze der Kolbenstange 50 ist das hintere Ende der Zugstange 38 über ein Verbindungselement 78 verbunden, so daß dessen Drehbewegung verhindert wird. Zusätzlich ist das Paar ringförmiger Nuten 72a und 72b zum Zuführen des Fluids zu den Fluidabsperrventilen 20a und 20b und zum Abführen des Fluids von diesen mit einer Fluidpassage 81 in Verbindung, die in einem Montageadapter 80 auf dem rückseitigen Ende der Hauptspindel 2 vorgesehen ist, und zwar über eine Fluidpassage 79, die getrennt in dem Zylinderkörper 44 vorgesehen ist, und die stangenseitige Abschlußkappe 45. Der Montageadapter 80 hat ein Paar Fluidöffnungen 82, die mit den Zuführ-/Abführ- Leitungen 83 entsprechend in Verbindung stehen. Diese zwei Zuführ-/Abführ-Leitungen 83 sind in einem Raum zwischen der Bohrung 37 der Hauptspindel 2 und der Zugstange 38 angeordnet und mit dem Paar Fluidpassagen 36 des Hilfsadapters 35 an der Spitze der Hauptspindel 2 verbunden.
Die Zugstange 38, d. h. die Kolbenstange 50 und der zurückziehbare Block 39, sind so montiert, daß die zurückziehbaren Klammern bzw. Klauen 40 des zurückziebaren Blocks 39 in Bezug auf den Eingriffsbereich 52 des mit einem großen Durchmesser versehenen Bereichs 51 in den in Fig. 4A gezeigten Positionen positioniert sind. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die zurückziehbaren Klauen 40 in Winkelstellungen positioniert, so daß sie den Eingriffsklauen 104 eines Eingriffbereichs 102 hinter dem Spannfutter C gegenüberstehen (d. h. in einer Einspann-Winkelposition P1), wenn der Eingriffsbereich 52 in das Eingriffsloch 54 eingreift, so daß er in Bezug auf das Eingriffsloch 54 in einer in Fig. 4A gezeigten Stellung positioniert ist.
Dann, wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, das Fluid der hinteren Zylinderkammer 48 zugeführt wird, bewegen sich die Kolbenstange 50 und der Kolben 49 von der Position, an der die Kolbenstange 50 geklemmt ist (in dieser Position sind die Eingriffsklauen 104 des Spannfutters C in eine axiale Richtung gezogen, um das Spannfutter C, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, zu klemmen), nach vorne. Wenn die Kolbenstange 50 sich zu ihren vorderen Abschlußende bewegt, ist der Eingriffsbereich 52 von dem Eingriffsloch 54 gelöst. Danach bewegt sich nur der Kolben 49 bezogen auf die Kolbenstange 50 zu seinem vorderen Abschlußende nach vorne. Dadurch wird die Kolbenstange 50 mittels der schrägen Führungsnut 58 gedreht.
In der vorderen Endposition der Kolbenstange 50 (zu diesem Zeitpunkt befindet sich der zurückziehbare Block 39 in einem nicht geklemmten Zustand, in dem die zurückziehbaren Klauen 40 nicht in die Eingriffsklauen 104 in der axialen Richtung in dem Eingriffsloch 102 des Klemmfutters C eingreifen, was nachfolgend erläutert werden wird), wird die Kolbenstange 50 um 45 Grad gedreht, und die zurückziehbaren Klauen 40 werden in eine Winkelposition gedreht, die in Fig. 4B gezeigt ist (eine nicht geklemmte bzw. Ausspann- Winkelposition P2). Darüber hinaus kann die Kolbenstange 50 sich nicht nach hinten bewegen, wenn das Fluid den vorderen Zylinder 47 in der vorderen Endposition der Kolbenstange 50 zugeführt wird, weil die hintere Fläche 51a des mit einem großen Durchmesser versehenen Bereichs 51 an die vordere Fläche 54a des Eingriffslochs 54 angrenzt. Deshalb wird nur der Kolben 49 im Bezug auf die Kolbenstange 50 nach hinten bewegt, und die Kolbenstange 50 wird mittels der geneigten Führungsnut 58 gedreht, so daß die zurückziehbaren Klauen 40 an ihrem vorderen Ende um 45 Grad von ihrer Ausspann-Winkelposition P2 in die Einspann- Winkelposition P1 gedreht werden. Dann, wenn die zurückziehbaren Klauen 40 die Einspann- Winkelposition P1 erreichen, wird der Eingriffsbereich 52 mit dem Eingriffsloch 54 eingreifbar, so daß der Kolben 49 den mit einem großen Durchmesser versehenen Bereich 51 der Kolbenstange 50 berührt, wobei die Kolbenstange 50 nach hinten bewegt wird, um in den geklemmten Zustand zu gelangen.
Die gleiche Art eines Zylinders mit einer beschränkten Drehbewegung ist auch in der Werkstückmontagestation 85 vorgesehen. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist ein Klemmzylinder 43A an einem Halter (Basis) 86 befestigt, der integral mit dem Hauptspindelkopf 1 ausgebildet ist, so daß er das Gehäuse 4 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 hält. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Zylinderkörper 44, der mit zwei Abschlußkappen 45 und 46 abgeschlossen ist, an dem Klemmzylinder 43A befestigt, so daß dessen Rotation verhindert wird. Die grundlegende Struktur des Zylinders 43 mit einer beschränkten Drehbewegung ist dieselbe, wie die des zuvor genannten Rotationsklemmzylinders, mit der Ausnahme, daß die Führungsnut 56 zum Verhindern der Drehbewegung des Kolbens 49 in dem Kolben 49 ausgebildet ist, kein Absperr- bzw. Rückschlagventil darin vorgesehen ist und Fluidpassagen ausgebildet sind, die sich von denen des zuvor genannten Rotationsklemmzylinders unterscheiden. Deshalb sind die gleichen Bezugszeichen für die entsprechenden Elemente verwendet worden, und es ist auf eine Beschreibung verzichtet worden.
Die Winkelpositionen der zurückziehbaren Klauen 40 des zurückziehbaren Blocks 39, der an der Spitze der Kolbenstange 50 montiert ist, im Bezug auf die zwei flachseitigen Bereiche des Eingriffsbereichs 52 sind dieselben wie die in der zuvor genannten bevorzugten Ausführungsform. Die vordere Fläche des Halters 86 dient als Spannfuttermontagebereich, an den ein Montageadapter 15A befestigt ist. Ähnlich wie bei dem Montageadapter, der an der Spitze der Hauptspindel 2 montiert ist, ist der Montageadapter 15A mit einer ringförmigen Kopplung 17 an seiner vorderen Seite versehen. Zusätzlich sind in einem Positionsverhältnis, das dem des Montageadapters 15 der Hauptspindel 2 entspricht, zwei Fluidzuführ-/abführ-Bereiche 18a und 18b, wie die, die in Fig. 2 dargestellt sind, zur Verfügung gestellt.
Die Fluidzuführ-/abführ-Bereiche 18a und 18b sind mit den gleichen Fluidabsperrventilen 20a und 20b wie auch in der zuvor genannten bevorzugten Ausführungsform versehen. Der Montageadapter 15A ist mit einem Paar Fluidanschlüssen 87a und 87b versehen, die mit ringförmigen Fluidpassagen des Paars Fluidabsperrventile 20a und 20b in Verbindung stehen. Diese Fluidöffnungen 87a und 87b sind über ein mit dem zuvor genannten Richtungssteuerventil 200 (Fig. 3) identischen Richtungssteuerventil (nicht gezeigt) mit einer Fluidquelle verbunden. Weil das Spannfutter C, das an der Hauptspindel 2 montiert ist, durch die Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 um 180 Grad gedreht wird, steht bei diesem Montageadapter 15A der Werkstückmontagestation 85 das obere linke Fluidabsperrventil 20b in Fig. 12 mit der hinteren Zylinderkammer 95b des Spannbackenbetätigungszylinders 90 eines Wechselspannfutters C (Fig. 1) in Verbindung, was nachfolgend beschrieben werden wird, und das untere rechte Fluidabsperrventil 20a in Fig. 12 steht mit dessen vorderer Zylinderkammer 95a in Verbindung.
Das Wechselspannfutter C, welches an der Hauptspindel 2 oder der Werkstoffmontagestation 85 lösbar montiert ist, wird nachfolgend beschrieben werden.
In Fig. 1A sind eine Vielzahl (drei) Hauptspannbacken 92 auf einem Spannfutterkörper 91 geführt, so daß sie in radialen Richtungen bewegbar sind. Jede der Hauptspannbacken 92 ist an Spannbacken 93 befestigt. Der Spannbackenkörper 91 ist mit einem Aufnahmeloch 94 für den Zylinderkörper ausgebildet, wobei das hintere Ende des Lochs offen ist. Das Aufnahmeloch 94 für den Zylinderkörper nimmt einen Zylinderkörper 96 auf, der ein Zylinderloch 95 aufweist, dessen hinteres Ende offen ist. Auf der hinteren Fläche des Spannbackenkörpers 91 ist ein Klemmelement 98, das eine Greifnut 97 aufweist, die von einem Öffnungs-/Schließarm 8 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 gegriffen wird, zusammen mit einem ringförmigen Befestigungselement 99 geklemmt, so daß das hintere Ende des Zylinderlochs 95 geschlossen wird, um eine Zylinderkammer zu definieren. Das Klemmelement 98 hat an seinem hinteren Ende eine mit einem kleinen Durchmesser versehenen Bereich 100. Eine ringförmige Kopplung 101, die eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die in die Kopplung 17 des Montageadapters 15 (15A) eingreifen, ist so befestigt, daß sie den mit einem kleinen Durchmesser versehenen Bereich 100 des Klemmelements 98 umgibt. Im Zentrum des mit einem kleinen Durchmesser versehenen Bereichs 100 (auf der Achse des Spannfutters) ist ein Eingriffsbereich 102 (ein abgestufter Eingriffsbereich) bereit gestellt, der mit den zurückziehbaren Klauen 40 in Eingriff zu bringen ist. Der Eingriffsbereich 102 ist ein abgestuftes Loch, das sich nach innen erstreckt.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein mit einem kleinen Durchmesser versehener Einlaßbereich des Eingriffsbereichs 102 in Umfangsintervallen mit Durchgangsbereichen 103 für zurückziehbare Klauen ausgebildet, um zu ermöglichen, daß die zurückziehbaren Klauen 40 in axialen Richtungen durch diese hindurch ragen. Die Eingriffsklauen 104, die mit den Eingriffsklauen 40 in axialen Richtungen in Eingriff gebracht werden können, sind zwischen angrenzenden Durchgangsbereichen 103 ausgebildet.
Wie Fig. 11 zeigt, ist das Spannfutter C von dem Öffnungs-/Schließarm 8 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 gegriffen, so daß die zurückziehbaren Klauen 40 in der Einspann- Winkelposition P1 den Durchgangsbereichen 103 für die zurückziehbaren Klauen gegenüberstehen, wenn das Spannfutter C koaxial mit der Hauptspindel 2 und der Kolbenstange 50 des Klemmzylinders 43A der Werkstückmontagestation 85 ausgerichtet ist. In diesem Zustand des Spannfutters C, der in Fig. 1A gezeigt ist, ist das Werkstück W nicht von dem Spannfutter C gegriffen. Um das Werkstück zu greifen, bewegt sich der Kolben 105 des Spannbackenbetätigungszylinders 90 von der in Fig. 1A gezeigten Position nach hinten, um die Spannbacken 93 radial nach innen zu bewegen. Der Kolben 105 ist in die Zylinderkammer eingepaßt, so daß er in axialen Richtungen beweglich ist. Eine Kolbenstange 106, die integral mit dem Kolben 105 ausgebildet ist, erstreckt sich von der vorderen Wand des Zylinderkörpers 96 nach vorne, so daß der Spannbackenbetätigungszylinder 90 gebildet wird. Ein Klemmkolben (wedge plunger) 107, der mit der Kolbenstange 106 verbunden ist, greift an einem Klemmbereich 108 der Hauptspannbacke 92 an. An der rückseitigen Oberfläche des Spannfutters C sind Zuführ-/Abführ-Verbindungsbereiche 110a und 110b (Fig. 6) bereitgestellt, so daß sie den Fluidabsperrventilen 20a und 20b des Montageadapters 15 (15A) in axialen Richtungen gegenüberstehen, wenn das Spannfutter C koaxial mit der Hauptspindel 2 und der Kolbenstange 50 des Klemmzylinders 43A der Werkstückmontagestation 85 verläuft. Deshalb sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Zuführ-/Abführ-Verbindungsbereiche 110a und 110b in einer oberen rechten Stellung von 45 Grad und einer unteren linkeren Stellung von 45 Grad entsprechend positioniert, betrachtet von der Rückseite des Spannfutters C. Die Zuführ- /Abführ-Verbindungsbereiche 110a und 110b sind mit den entsprechenden Fluidkopplungen 111a und 111b versehen.
Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, ist in jedem der Fluidkoppler 111a und 111b eine hohle Hülse 113, die ein Aufnahmeloch 112 zur Aufnahme der Spitze des zylindrischen Einsatzteils 22 jedes der Absperrventile 20a und 20b aufweist, zwischen dem ringförmigen Befestigungselement 99 und dem Klemmelement 98 gegriffen bzw. geklemmt. Auf der vorderen Seite jeder der hohlen Hülsen 113 ist eine Saugkammer 114 vorgesehen. Ein Saugkolben 115 ist in der Saugkammer 114 eingepaßt, so daß er um einen vorbestimmten Hub bewegbar ist, und eine Kolbenstange 116, die integral mit dem Saugkolben 115 ausgebildet ist, ist bewegbar in das Aufnahmeloch 112 der hohlen Hülse 113 eingepaßt, so daß sie mittels eines O- Rings liquiddicht abgedichtet ist.
Der Saugkolben 115 ist mittels einer Feder 117 in rückwärtiger Richtung vorgespannt und wird mittels der hohlen Hülse 113 daran gehindert, nach außen zu gleiten. Ein Schubwellenelement 118 ist zwischen dem Spannfutterkörper 91 und dem Klemmelement 98 gegriffen bzw. eingeklemmt. Eine Schubwelle 119, die über die Saugkammer 114 durch den Mittelbereich des Saugkolbens 115 verläuft, ragt integral von dem Schubwellenelement 118 in Richtung auf die hintere Oberfläche hervor. Die Spitze des Saugkolbens 115 dient als Zuführanschluß 120, der dem Zuführanschluß 21 jedes Absperrventils 20a und 20b zugewandt ist. Der Saugkolben 115 ist mit einer mit einem kleinen Durchmesser versehenen Kommunikationspassage 121 zum Erzeugen einer Fluidverbindung zwischen der Saugkammer 114 und dem Zuführanschluß 120 versehen. Das Schubwellenelement 118 ist mit einer Fluidpassage 122 versehen, die mit der Saugkammer 114 in Verbindung steht. Die Fluidpassage 122 steht ebenso mit einer Fluidpassage 123 in Verbindung, die in dem Spannbackenkörper 91 ausgebildet ist. Ein Absperr- bzw. Rückschlagventil 124 ist in der Fluidpassage 123 vorgesehen.
In Fig. 6 ist ersichtlich, daß der obere rechte Zuführ-/Abführ-Verbindungsbereich 110a in Verbindung mit der vorderen Zylinderkammer 95a des Spannbackenbetätigungszylinders 90 in Verbindung steht und der untere linke Zuführ-/Abführ-Verbindungsbereich 110b mit dem hinteren Zylinder 95b in Verbindung steht. Wenn das Spannfutter C vollständig an dem Montageadapter 15 (15A) montiert ist, wird das Ventilelement 26 des Absperrventils 20a (20b) dadurch geöffnet, daß es von der Schubwelle 119 verschoben wird, so daß der Fluidkreislauf auf der Seite des Spannfutters C mit dem Fluidkreislauf auf der Seite des Montageadapters 15 (15A) in Verbindung steht. Auf der anderen Seite verschiebt das zylindrische Einsatzelement 22 des Absperrventils 20a (20b) den Saugkolben 115 um einen vorbestimmten Hub. Wenn das Spannfutter C von dem Montageadapter 15 (15A) gelöst ist, ist das Ventilelement 26 geschlossen, während das zylindrische Einsatzelement 22 von dem Aufnahmeloch 112 abgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird jedoch der Saugkolben 115 von dem zylindrischen Einsatzelement 22 des Absperrventils 20a (20b) verschoben, so daß er einen Hub durchführt, durch den der Saugkolben 115 sich in ventilöffnende/-schließende Richtungen bewegen kann. Wie nachfolgend beschrieben werden wird, ist der Durchmesser der Kommunikations- bzw. Durchgangspassagen 121 so gewählt, daß das Fluid, das von dem Absperr- bzw. Rückschlagventil 24 zu der Durchgangspassage 121 fließt, daran gehindert wird auszutreten, nachdem das Fluid angesaugt wird, im Hinblick auf die Menge und die Viskosität des Fluids, das von dem Absperr- bzw. Rückschlagventil 124 zu der Verbindungspassage 121 fließt.
Ein Speicher 130 ist sowohl mit der vorderen als auch mit der hinteren Zylinderkammer 95a und 95b des Spannbackenbetätigungszylinders 90 verbunden. Wie in Fig. 7A gezeigt ist, weist der Speicher 130 ein Aufnahmeloch 131 auf, das in dem Spannfutterkörper 91 ausgebildet ist, so daß es sich in axialer Richtung erstreckt. Das Aufnahmeloch 131 nimmt liquiddicht ein Rohr 132 auf, dessen hinteres Ende offen ist. Das Rohr 132 steht mit dem Klemm- bzw. Greifelement 98 in Kontakt. Ein abgestuftes, mit einem großen Durchmesser versehenes Loch 133 ist in dem Rohr 132 ausgebildet. Ein mit einem großen Durchmesser versehener erster Druckhaltekolben 134 ist in dem mit einem großen Durchmesser versehenen Loch 133 bewegbar aufgenommen. Der erste Druckhaltekolben 134 ist mittels einer Feder 136, die zwischen einem vorderseitigen Stoppbereich 135 und dem Klemm- bzw. Greifelement 98 vorgesehen ist, in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Bewegung des ersten Druckhaltekolbens 134 ist durch den abgestuften Bereich 137 des abgestuften Lochs eingeschränkt. Ein mit einem kleinen Durchmesser versehener zweiter Druckhaltekolben 139 wird von einem zentralen Loch 138 mit einem Boden des Druckhaltekolbens 134 geführt, so daß er in axialen Richtungen bewegbar ist. Der Druckhaltekolben 139 ist in seinem Längsmittelbereich mit einem Kontaktflansch 140 ausgebildet, der in der Lage ist, den mit einem großen Durchmesser versehenen Druckhaltekolben 134 zu kontaktieren. Die Spitze des Druckhaltekolbens 139 ragt von der Spitze des Rohres 132 zu einer Speicherkammer 141 hervor. Der Druckhaltekolben 139 ist mittels einer Feder 142, die zwischen dem Boden des zentralen Lochs 138 und dem Druckhaltekolben 139 vorgesehen ist, in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die innenseitigen und die außenseitigen Federn 142, 136 sind so angeordnet, daß deren axiale Positionen sich gegenseitig überlappen. Die elastische Kraft der Feder 136 des Druckhaltekolbens 134 ist so eingestellt, daß sie größer ist als die Kraft der Feder 142 des Druckhaltekolbens 139.
Das Fluid, das der vorderen (hinteren) Zylinderkammer 95a (95b) zugeführt wird, fließt über eine Fluidpassage 143, die zwischen dem Rohr 132 und dem Aufnahmeloch 131 ausgebildet ist, in die Speicherkammer 141, so daß der zweite Druckhaltekolben 139 gegen die Vorspannkraft der Feder 142 gedrückt wird. Dann, wenn der Kontaktflansch 140 den Stopp- Bereich 135 berührt, wird der erste Druckhaltekolben 134 gegen die Vorspannkraft der Feder 136 gedrückt, wie es in Fig. 7B gezeigt ist, so daß der Fluiddruck durch die Kräfte der Federn aufrecht erhalten wird. Durch diese Konstruktion werden die Längsabmessungen des Speichers 130 reduziert, weil die axialen Positionen der zwei Federn 136 und 142 miteinander überlappen.
Der Wechselarm 6 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 bewegt sich durch die Betätigung des Zylinder 10 in Vorwärtsrichtung bis zu einer vorderen Ende. In diesem Zustand wird der Wechselarm 6 um 180º durch den Rotationsmotor 12 gedreht, so daß die Positionen des oberen und des unteren Spannfutters ausgetauscht werden. Die zeitliche Abstimmung dieses Vorgangs (Fig. 11) wird beschrieben. Es wird davon ausgegangen, daß der Fluiddruck, der dem Inneren des Spannfutters C mittels des eingebauten Absperr- bzw. Rückschlagventils 124 und dem Speicher 130 zugeführt wird, in dem Spannfutter aufrecht erhalten wird, so daß das Werkstück W von dem Spannbackenbetätigungszylinder 90 gegriffen wird. Der rotierende Klemmzylinder 41, der an dem rückseitigen Ende der Hauptspindel 2 angeordnet ist, und der Klemmzylinder 43A der Werkstückmontagestation 85 sind, zusammen mit dem Kolben 49 und der Kolbenstange 50, an der vorderen Endposition angeordnet, so daß der Eingriffsbereich 52 von dem Eingriffsloch 54 gelöst ist. Die Hauptspindel 2 und die zurückziehbaren Klauen 40 des rückziehbaren Blocks 39 der Werkstückmontagestation 85 sind durch die Wirkung die Führungsnut 58 in der Ausspann-Winkelposition P2 gehalten, die in den Fig. 2 und 4B gezeigt ist. Wenn der Montageadapter 15 so positioniert ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so daß das Absperrventil 20a, das mit der vorderen Zylinderkammer 95a des Spannbackenbetätigungszylinders 90 in Verbindung steht, in einer oberen linken Position positioniert ist, und das Absperrventil 20b, das mit der hinteren Zylinderkammer 95b des Spannbackenbetätigungszylinders 90 in Verbindung steht, in einer unteren rechten Position positioniert ist, die Hauptspindel 2 angehalten wird und die Fluidabsperrventile 20a und 20b geschlossen werden.
Wenn der Zylinder 10 aktiviert wird, um den Wechselarm 6 in der axialen Richtung nach hinten zu bewegen, bewegen sich das untere und obere Spannfutter C in axialer Richtung der Hauptspindel 2 und in axialer Richtung des Klemmzylinders 43A entsprechend in eine rückwärtige Richtung, so daß die entsprechenden Kopplungen 101 hinter dem jeweiligen Spannfutter C die zugehörigen Kopplungen 17 des Montageadapters (15A) belegen bzw. mit diesem in Eingriff stehen. Zu diesem Zeitpunkt, wie in Fig. 9 gezeigt, ragen die zurückziehbaren Klauen 40 des zurückziehbaren Blocks 39, der in der nicht geklemmten bzw. Ausspann- Winkelposition P2 positioniert ist, durch den Durchgangsbereich 103 für die zurückziehbare Klaue, der hinter dem Spannfutter C angeordnet ist, so daß sie in die Innenseite des Eingriffsbereich 102 ragen, sind jedoch von den Eingriffsklauen 104 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung getrennt, so daß sie sich in dem Ausspann-Zustand befinden. Wie in Fig. 8A gezeigt, ist in den Absperrventilen 20a und 20b, bevor die Kopplungen 101 und 17 vollständig in Eingriff stehen, das zylindrische Einsatzteil 22 in das Aufnahmeloch 112 eingepaßt, um dessen Kopf zu ermöglichen, den Saugkolben 115 zu verschieben, und die Schubstange 119 öffnet das Ventilelement 26. Weil dem Spannbackenbetätigungszylinder 90 kein Druckfluid zugeführt wird, hält der Spannbackenbetätigungszylinder 90 das Werkstück W aufgrund der Wirkung des Absperr- bzw. Rückschlagventils 124 zu diesem Zeitpunkt gegriffen.
Dann, wenn das Druckfluid den vorderen Zylinderkammern 47 der Klemmzylinder 43 und 43A zugeführt wird, bewegt sich der Kolben 49 durch einen Eingriff der Führungsnut 56 mit dem Stift 47 von dem vorderen Ende nach hinten. Weil die hintere Endfläche 51a des mit einem großem Durchmesser versehenem Bereich 51 der Kolbenstange 50 die vordere Endfläche 54a des Eingriffsloch 54 berührt, um die Kolbenstange 50 daran zu hindern, sich in der axialen Richtung nach hinten zu bewegen, bewegt sich auf der anderen Seite der Kolben 49 in Bezug auf die Kolbenstange 50 in der axialen Richtung nach hinten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ausspann-Winkelposition P2 in die Einspann-Winkelposition P1 gedreht, ohne die Kolbenstange 50 durch einen Eingriff der Führungsnut 58 mit dem Stift 49 in der axialen Richtung nach hinten zu bewegen.
Durch das Drehen berührt die hintere Endfläche des Kolbens 49 zu dem Zeitpunkt, in dem die zurückziehbaren Klauen 40 die Einspann-Winkelposition P1 erreichen, die vordere Endfläche des mit einem großem Durchmesser versehenem Bereichs 51 der Kolbenstange 50 und die zwei flachseitigen Bereiche des Eingriffbereichs 52 stimmen mit den zwei flachseitigen Bereichen des Eingriffslochs 53 (Fig. 4A) überein. Wenn sich der Kolben 49 in rückwärtiger Richtung bewegt, bewegt sich darüber hinaus die Kolbenstange 50 zusammen mit dem Kolben 49 ohne relativ zueinander zu rotieren, so daß der Eingriffsbereich 52 in das Eingriffsloch 53 eingreift. Deshalb bewegen sich die zurückziehbaren Klauen 40 in axialer Richtung nach hinten, während sie den Eingriffsklauen 104 des Eingriffsbereichs des Spannfutters C gegenüber stehen und ziehen die Eingriffsklauen 104 auf starke Weise, so daß das Spannfutter C auf der Hauptspindel 2 oder dem Montageadapter der Werkstückmontagestation 85 (Fig. 10) montiert ist.
Selbst wenn daher die Zufuhr des Druckfluids außerhalb des Zuführ-/Abführ-Anschlusses 73b in dem Klemmzylinder 43 an dem hinteren Ende der Hauptspindel 2 gehemmt bzw. verhindert wird, wird daraufhin der innere Druck des Druckfluids in dem vorderem Zylinder 47 des Klemmzylinders 43 an dem hinteren Ende der Hauptspindel 2 durch das Absperr- bzw. Rückschlagventil 76 aufrecht erhalten, so daß der Einspannzustand des Spannfutters C, das von der Hauptspindel 2 gegriffen bzw. eingespannt ist, beibehalten wird.
Wenn das Spannfutter C für einen langen Zeitraum an der Hauptspindel 2 oder ähnlichem befestigt bleibt, wie zum Beispiel im Fall einer längeren Urlaubsperiode, kann der Fluiddruck in den Klemmzylindern 43 und 43A reduziert werden. Weil jedoch die Kolbenstange 50 immer von der Feder 46 in Einspannrichtung gezogen wird, wird der Spannfuttereinspannzustand durch die Federkraft beibehalten. Es ist daher möglich zu verhindern, daß das Spannfutter C von dem Montageadapter 15 (15A) gelöst wird oder von diesem abfällt, so daß es möglich ist, die Sicherheit zu gewährleisten.
Wenn das Spannfutter C daher auf der Hauptspindel 2 montiert ist, wird das Druckfluid von dem Zuführ-/Abführ-Anschluß 74a des drehenden Klemmzylinders 41 zugeführt, so daß der Spannbackenbetätigungszylinder 90 des Spannfutters C das Werkstück greift. Dann wird das Fluid von der Zylinderkammer 95a des Spannbackenbetätigungszylinders 90 über die entsprechende Fluidpassage 79, das Zufuhr-/Abführ-Rohr 83, die Fluidpassage 34 des Montageadapters 15, das Absperrventil 20a, die Kommunikationspassage 121, die Saugkammer 114 und das Absperr- bzw. Rückschlagventil 24 des Rotations-Klemmzylinders 41 zugeführt, so daß die Spannbacken 93 des Spannfutters C sich in Greifrichtung (radial nach innen) bewegen, um die Greifkraft zu erhöhen, die auf das Werkstück W ausgeübt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Rückschlagventil 124, das mit der hinteren Zylinderkammer 95b verbunden ist, in die das Fluid zugeführt wird, durch den Steuerdruck des zugeführten Fluids geöffnet. Dann ist der Öffnungs-/Schließ-Arm 8 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 auf der Seite der Hauptspindel 2 geöffnet, und die Hauptspindel 2 wird gedreht, während das Fluid von der Fluidquelle 201 dem Spannfutter C zugeführt wird, so daß das Werkstück bearbeitet wird. Da es daher möglich ist, die Zufuhr des Fluids zum Spannbackenbetätigungszylinder 90 in dem Spannfutter C während der Bearbeitung fortzusetzen, kann die Greifkraft auf das Werkstück zur Sicherheit zuverlässig beibehalten werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem das Bearbeiten nur dadurch durchgeführt wird, daß der Fluiddruck mittels eines inneren Absperr- bzw. Rückschlagventils 124 durchgeführt wird.
Auf der anderen Seite wird dem Spannfutter C, das an der Werkstückmontagestationen 85 befestigt ist, das Druckfluid von dem Zuführ-/Abführ-Anschluß, der mit der hinteren Zylinderkammer 95b des Spannbackenbetätigungszylinders 90 verbunden ist, zugeführt. Deshalb wird das unter Druck stehenden Fluid der hinteren Zylinderkammer 95b des Spannbackenbetätigungszylinder 90 über das Absperrventil 20b, die Kommunikationspassage 121, die Saugkammer 114 und das Absperr- bzw. Rückschlagventil 124 zugeführt, so daß sich der Klemmkolben 107 in Vorwärtsrichtung bewegt, um die Spannbacken 93 zu öffnen, ohne daß das Werkstück W gelöst wird. Danach wird das Werkstück W durch ein neues Werkstück ersetzt, und das unter Druck stehende Fluid wird der vorderen Zylinderkammer 95a des Spannbackenbetätigungszylinders 90 zugeführt, so daß der Kolben 107 in rückwärtige Richtung bewegt wird, so daß das Werkstück W gegriffen wird. Nach dem Greifen bzw. Einspannen wird die Zufuhr des unter Druck stehenden Fluids durch ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) gestoppt, um das Spannfutter C zu lösen, und die Fluidpassage auf der Seite der Fluidquelle von den zwei Absperrventilen 124 in dem Spannfutter C wird mit dem Fluidreservoir bzw. -vorrat verbunden, so daß der innere Druck zurückgenommen wird. Weil jedoch der Zuführdruck in dem Spannfutter C mittels der Absperr- bzw. Rückschlagventile 124, die dafür vorgesehen sind, beibehalten wird, hält das Spannfutter C das Werkstück W weiterhin gegriffen. Selbst falls Fluid leicht aus den Absperr- bzw. Rückschlagventilen 124 austritt, wird unter Druck stehendes Fluid von dem Speicher 130 ergänzend zugeführt, so daß der Druck für einen langen Zeitraum beibehalten wird und die Sicherheit gewährleistet ist.
Deshalb wird, wenn der Austausch des Werkstückes an dem Spannfutter C der Werkstückmontagestation 85 und das Bearbeiten an dem Spannfutter C auf der Seite der Hauptspindel 2 abgeschlossen sind, die Hauptspindel 2C in die Winkelposition, die in Fig. 2 gezeigt ist, gedreht, so daß das Richtungssteuerungsventil 200 in seine zentrale Position geschaltet wird, um die Zufuhr des Fluids in das Spannfutter C zu unterbrechen, und die Fluidpassage von dem Absperrventil 124 zu dem Richtungssteuerungsventil 200 wird mit dem Reservoir T in Verbindung gebracht, so daß der darin aufgebaute innere Druck abgebaut wird. In diesem Zustand greifen die Öffnungs-/Schließ-Arme 8 die Greifnuten 97, und dann bewegen sich der Kolben 49 des oberen und des unteren Klemmzylinders 43 und 43A von der Einspannposition (dem Zustand, der in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist) nach vorne. Wenn sich daher die entsprechenden zurückziehbaren Klauen 40 nach vorne bewegen, während die Einspann- Winkelposition P1 beibehalten wird, so daß der Eingriffsbereich 52 von dem Eingriffsloch 54 gelöst ist, wird die Kolbenstange 50 an dem vorderen Enden positioniert, so daß die zurückziehbaren Klauen 40 von den Eingriffsklauen 104 gelöst werden, so daß das Spannfutter C gelöst wird. Wenn sich der Kolben 49 in Bezug auf die Kolbenstange 50 weiter nach vorne bewegt, wird an dem vorderen Ende der Kolbenstange 50 die Kolbenstange 50 mittels der geneigten Führungsnut 58 gedreht, und die zurückziehbaren Klauen 45 an dessen Spitze werden von der Einspann-Winkelposition P1 in die Ausspann-Winkelposition P2 gedreht.
Dann, wenn sich das Gehäuse bzw. der Körper 4 durch den Betrieb des Zylinders 10 nach vorne bewegt, bewegt sich das Spannfutter C nach vorne, und die zurückziehbaren Klauen 40 ragen durch den Durchgangsbereich 103 für die zurückziehbaren Klauen auf der Seite des Spannfutters C hindurch, so daß sie sich in dem Zustand befinden, der in Fig. 1 gezeigt wird. Wenn daher das Spannfutter C von der Montagestation 15 (15A) gelöst wird, sind die Ventilelemente 26 der Absperrventile 20a und 20b geschlossen, wie es in Fig. 8B gezeigt ist. Der Saugkolben 115 verbleibt jedoch von der Spitze des zylindrischen Einsatzteils 22 gedrückt und weist einen Hub S in der Ventilöffnungs-/schließ-Richtung auf. Wenn die Ventilelemente 26 geschlossen sind, sind die Leitungen, die sich von den Zuführanschlüssen 21 der Absperrventile 20a und 20b zu dem Rückschlagventil 124 über den Zuführanschluß 120 des Saugkolbens 115, das Kommunikations- bzw. Verbindungsloch 121 und die Saugkammer 114 erstrecken, mit einem Fluid gefüllt (selbstverständlich ist die Leitung, die sich von dem Rückschlagventil 124 zu dem Spannbackenbetätigungszylinder 90 erstreckt, mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt).
Wenn das Spannfutter C sich von diesem Zustand nach vorne bewegt, wird der Saugkolben 115 durch Vorspannkraft der Feder 117 um den Hub S. verbleibend in der Öffnungs-/Schließ- Richtung, bewegt, bevor das zylindrische Einsatzteil 22 aus dem Aufnahmeloch 112 gezogen wird, so daß negativer Druck in der Saugraum 114 erzeugt wird. Wenn daraufhin das zylindrische Einsatzelement 22 von dem Abdichtbereich des Aufnahmelochs 112 gelöst wird, so daß das Ausüben eines atmosphärischen Drucks gestartet wird, wird ein Fluid, das in den Zuführanschlüssen 21 und 120 verbleibt, aufgrund des negativen Drucks von dem Kommunikationsloch 121 in Richtung auf das Rückschlagventil 124 gesaugt, und die Abschlußfläche des herausgesaugten Fluids ist ungefähr innerhalb des Kommunikations- bzw. Verbindungsloch 121 positioniert, so daß es durch den atmosphärischen Druck in der Fluidpassage gehalten wird, von der ein Ende durch das Rückschlagventil 124 in dem Spannfutter C geschlossen ist. Deshalb verbleibt selbst dann, wenn das Absperrventil 20b vollständig von der Kopplungsvorrichtung 111b getrennt ist, wenig Fluid in den Zuführanschlüssen 21 und 120, so daß ein Heraussickern bzw. Heraustropfen nicht auftritt. Deshalb ist es selbst dann, wenn der Fluidkreislauf durch ein Befestigen oder Lösen des Spannfutters C angeschlossen oder getrennt wird, möglich, die Fluidmenge, die an den Verbindungsbereich von den Fluidkreislauf zur Außenseite austritt, zu vermindern, so daß es möglich ist, eine Kontamination der Umgebung zu verhindern und das Ausmaß des Verlusts an Arbeitsfluid in dem Fluidkreislauf zu reduzieren. Darüber hinaus kann das Fluid zugeführt werden, wenn das Werkstück gelöst ist, während das Spannfutter C an der Hauptspindel 2 befestigt ist, so daß der Spannbackenbetätigungszylinder 90 im Vergleich zu der zuvor genannten Weise auf entgegengesetzte Weise betätigt werden kann.
Fig. 13 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des auswechselbaren Spannfuttersystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der Mechanismus zum Antreiben des Armschafts bzw. der Armwelle 5 der Spannfutterbewegungsvorrichtung 3 modifiziert. Die Armwelle 5 ist schwenkbar an dem Gehäuse 4, das an dem Hauptspindelkopf 1 befestigt ist, gehalten, so daß es in axialen Richtungen bewegbar ist. Ein Kolben 10e ist schwenkbar in der Armwelle 5 eingepaßt, wodurch eine relative Bewegung des Kolbens 10e in Bezug auf die Armwelle 5 in axialen Richtungen mittels eines Paars Befestigungselemente 5a, die an der Armwelle 5 befestigt sind, verhindert wird. Der Kolben 10e ist in die Kolbenkammer 4e eingepaßt, die in dem Gehäuse 4 vorgesehen ist, so daß er durch ein unter Druck stehendes Fluid (ein Drucköl) um einen vorbestimmten Abstand vorwärts und rückwärts bewegbar ist. Ein Rad 1 1b einer mehrfachen Radpaarung 11 ist auf der Armwelle 5 über eine Gleitfeder (sliding key) 11f so angepasst, daß es drehbar und in axialen Richtungen mit der Armwelle 5 bewegbar ist. Das Zahnrad bzw. Rad 11e wird von dem Gehäuse 4 gehalten, so daß es sich nicht in axialen Richtungen bewegt. Die Armwelle 5 wird alle 180 Grad in entgegengesetzte Richtungen gedreht oder durch eine Drehung des Rades 11e mittels eines Rotationsmotors 12 in eine Richtung gedreht, so daß die zwei Spannfutter C wechselbar an der Hauptspindel 2 oder der Werkstückmontagestation 85 befestigt sind.
Wenn ein Spannfutter, das ein Werkstück selbst greifen kann, auf einer Hauptspindel montiert ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt, ein Fluidzuführ-/abführ- Bereich, der auf der Seite der Hauptspindel vorgesehen ist, automatisch mit einem Zuführ- /Abführverbindungsbereich des Spannfutters verbunden. Deshalb kann ein Fluidkreislauf zwischen dem Spannfutter und der Hauptspindel hergestellt werden, indem nur das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert wird, so daß ein Arbeitsfluid von dem Spannfuttermontagebereich dem Spannfutter zugeführt wird, um den Spannfutterbetätigungszylinder zu betätigen, und die Spannfutterspannbacken können geöffnet und geschlossen werden, während das Spannfutter auf der Hauptspindel montiert ist.
Zusätzlich kann ein Werkstück bearbeitet werden, während ein unter Druck stehendes Fluid dem Spannbackenbetätigungszylinder zugeführt wird, so daß das Werkstück im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Werkstück bearbeitet wird, während es nur durch den von dem Rückschlagventil aufrecht erhaltenen Druck gehalten wird, sicherer bearbeitet werden kann. Da zusätzlich eine Vielzahl von Federn des Speichers so angeordnet ist, daß die axialen Positionen einander entsprechen, ist es möglich, die Längsausdehnung zu reduzieren, und es ist möglich, zu verhindern, daß die Dicke des Spannfutters vergrößert wird, selbst wenn der Speicher so angeordnet ist, daß er sich in axialen Richtungen von dem Spannfutter erstreckt.
Weil darüber hinaus das leicht austretende bzw. heraustropfende flüssige Fluid, das zwischen den Fluidverbindungsanschlüssen des Spannfutters und dem Spannfuttermontagebereich verbleibt, auf die Seite des Spannfutters gesaugt wird, wenn das Spannfutter von dem Spannfuttermontagebereich gelöst wird, ist es möglich, das Ausmaß des flüssigen Fluids zu reduzieren, und es ist möglich, die Menge des Fluids, das aufgrund eines Austretens des Fluids verloren geht und das vom dem Fluidzuführtank ersetzt werden muß, zu reduzieren, so daß eine ökonomische Lösung bereit gestellt wird. Zusätzlich kann das selbsthaltende Spannfutter durch den Spannbackenbetätigungszylinder zwischen der Position der Hauptspindel und einer anderen Position gewechselt werden, und die Spannbacken können an den entsprechenden Positionen durch den Spannbackenbetätigungszylinder geöffnet bzw. geschlossen werden.
Deshalb kann während des Bearbeitens an der Position der Hauptspindel ein Einstellungsvorgang an einer anderen Position ausgeführt werden, so daß der Betrieb auf effektive Weise verbessert werden kann und die Konstruktion des Systems vereinfacht werden kann.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis zu ermöglichen, soll verstanden werden, daß die Erfindung auf unterschiedliche Weisen ausgeführt werden kann, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung soll daher so verstanden werden, daß sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen umfaßt, die realisiert werden können, ohne vom Gegenstand der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben wird, abzuweichen.

Claims

1. Auswechselbares Spannfuttersystem mit einer Hauptspindel (2) einer Werkzeugmaschine und einem auswechselbaren Spannfutter (C), das lösbar an der Hauptspindel angebracht ist, wobei

das auswechselbare Spannfutter (C) umfaßt:

Spannbacken (93) zum Greifen eines Werkstückes;

einen Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90) zum Bewegen der Spannbacken (93) zwischen einer Werkstückgreifposition und einer Werkstücklöseposition;

eine Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) zum Speisen eines unter Druck stehenden Fluids zu dem Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90) und zum Abführen des Fluids von dem Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90);

ein Rückschlagventil (124) zwischen dem Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90) und der Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b);

wobei das Rückschlagventil (124) ein Lecken des unter Druck stehenden, zu dem Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90) gespeisten Fluids aus dem Zylinder (90) verhindern kann, um das Werkstück gegriffen zu halten, so daß das Spannfutter (C) von einem Spannfuttermontageabschnitt entfernt werden kann, um an einem anderen Spannfuttermontageabschnitt angebracht zu werden, während das Spannfutter das Werkstück gegriffen hält; und

wobei die Hauptspindel (2) einen Adapter (15) aufweist, der eine Haltevorrichtung (39, 40) zum lösbaren Halten des Spannfutters (C) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß

das auswechselbare Spannfutter (C) das Werkstück mittels unter Druck stehendem Fluid greifen und freigeben kann, welches von einem Spannfuttermontageabschnitt umfassend die Hauptspindel (2) zu der Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung gespeist wird, wenn das Spannfutter (C) an dem Montageabschnitt einschließlich der Hauptspindel angebracht ist; und

der Adapter (15) Fluidzuführ-/abführmittel (20a, 20b) aufweist, die mit der Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) des Spannfutters (C) in kommunizierende Verbindung gebracht werden können, wenn das Spannfutter (C) am Adapter (15) montiert ist, um dem Spannbackenbetätigungs-Fluidzylinder (90) ein Betätigen der Spannbacken (93) zu ermöglichen, wenn das Spannfutter (C) auf der Hauptspindel (2) angebracht ist.

2. Spannfuttersystem nach Anspruch 1, bei dem der Spannfuttermontageabschnitt gesondert von der Hauptspindel (2) Fluidzuführ-/abführmittel (20a, 20b) aufweist, die in kommunizierende Verbindung mit der Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) des Spannfutters (C) gebracht werden können, wenn das Spannfutter an einem Spannfuttermontageabschnitt angebracht ist.

3. Spannfuttersystem nach Anspruch 1, umfassend:

einen Speicher (130), der mit jeder Zylinderkammer des Spannbackenbetätigungs- Fluidzylinders (90) kommunizieren kann, wobei der Speicher (130) umfaßt:

eine Speicherkammer (141);

ein Rohr (132);

einen ersten Druckhaltekolben (134), der gleitend in das Rohr (132) eingepaßt ist, um längs des Rohrs zu gleiten, und ein zentrales Loch aufweist;

einen zweiten Druckhaltekolben (139), der gleitend in dem zentralen Loch des ersten Druckhaltekolbens (134) eingepaßt ist, wobei der zweite Druckhaltekolben (139) dem in der Speicherkammer (141) gespeicherten Druck ausgesetzt wird;

eine erste Feder (136) zum Drängen des ersten Druckhaltekolbens (134) zu der Speicherkammer (141);

eine zweite Feder (142) zum Drängen des zweiten Druckhaltekolbens (139) zu der Speicherkammer (141), wobei die erste Feder (136) stärker als die zweite Feder (142) ist; und

wobei die ersten und zweiten Federn in axialer Richtung längs des Bodens (132) geschachtelt angeordnet sind.

4. Spannfuttersystem nach Anspruch 3, bei dem der zweite Druckhaltekolben (139) einen Kontaktflansch (140) aufweist, der an dem ersten Druckhaltekolben (134) anlaufen kann, wenn der zweite Druckhaltekolben (139) um eine Distanz in axialer Richtung entgegen der zweiten Feder (142) verlagert wird.

5. Spannfuttersystem nach Anspruch 1, bei dem die Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) Saugmittel (114, 115) zum Saugen von darin verbleibenden Fluid zu dem Rückschlagventil (124) umfaßt, während das Spannfutter (C) von dem Spannfuttermontageabschnitt abgenommen wird.

6. Spannfuttersystem nach Anspruch 5, bei dem der Spannfuttermontageabschnitt auf der Hauptspindel (2) sitzt.

7. Spannfuttersystem nach Anspruch 5, bei dem die Saugmittel umfassen:

einen Saugkolben (115) in der Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) des Spannfutters (C) mit einem Verbindungs-Durchlaß (121), wobei der Saugkolben (115) dahinter eine Saugkammer (114) bildet, die zu dem Rückschlagventil (124) führt;

Federmittel (117), welche den Saugkolben (115) in Richtung zum Ausdehnen der Saugkammer (114) und gegen die Fluidzuführ-/abführmittel (20a, 20b) des Spannfuttermontageabschnittes drängen, an welchem das auswechselbare Spannfutter angebracht ist; und

ein Einsatzteil (22) an den Fluidzuführ-/abführmitteln (20a, 20b) des Spannfuttermontageabschnittes zum Anfahren am und Drücken gegen den Saugkolben (115) gegen die Kraft der Federmittel (117), um die Saugkammer zusammenzuziehen, wenn die Fluidzuführ-/abführmittel (20a, 20b) in Verbindung mit der Fluidzuführ-/abführ- Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) gebracht werden;

wodurch dann, wenn die Fluidzuführ-/abführ-Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) von den Fluidzuführ-/abführmitteln (20a, 20b) abgekoppelt wird, der Saugkolben (115) aus der Anlage mit dem Einsatzteil (22) verlagert und von den Federmitteln (117) in Richtung zum Ausdehnen der Saugkammer (114) bewegt wird, so daß augenblicklich ein Vakuum in der Saugkammer erzeugt wird, um jegliches verbleibendes Fluid zum Rückschlagventil (124) hin über den Verbindungs-Durchlaß (121) zu saugen.

8. Spannfuttersystem nach Anspruch 7, bei dem das Einsatzteil (22) der Fluidzuführ- /abführmittel eine Bohrung (23) und eine Fluidzuführöffnung (21) in seinem Spitzenende aufweist, wobei ein Ventilelement (26) gleitbar in der Bohrung (23) aufgenommen ist und einen vorspringenden Zapfen (29) verringerten Durchmessers aufweist, der durch die Fluidzuführöffnung (21) mit ringförmigem Spiel hindurchragt, und wobei eine Feder (31) vorgesehen ist, um das Ventilelement (26) zu der Fluidzuführöffnung (21) zu drängen, um die Öffnung zu schließen.

9. Spannfuttersystem nach Anspruch 8, bei dem auf dem Ventilelement (26) eine Dichtung (28) zum festen Dichtkontakt mit dem Spitzenende des Einsatzteiles (22) um die Fluidzuführöffnung (21) vorgesehen ist.

10. Spannfuttersystem nach Anspruch 8, bei dem das Ventilelement (26) einen Fluiddurchlaß (30) aufweist.

11. Spannfuttersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fluidzuführ-/abführ- Verbindungsvorrichtung (110a, 110b) des Spannfutters (C) eine Stoßstange (119) zum Beaufschlagen des vorspringenden Zapfens (29) aufweist, der aus dem Einsatzteil (22) herausragt, um das Ventilelement (26) gegen die auf das Ventilelement (26) wirkende Feder (31) zu verschieben und so die Fluidzuführöffnung (21) zu öffnen, wenn das Spannfutter an dem Montageabschnitt montiert wird.

12. Spannfuttersystem nach Anspruch 1, umfassend eine Spannfutterbewegungsvorrichtung (3), die zwischen einem Spannfuttermontageabschnitt (85) und dem Adapter (15) der Hauptspindel (2) vorgesehen ist, um das auswechselbare Spannfutter (C) zwischen dem Spannfuttermontageabschnitt (85) und dem Adapter (15) reziprok zu bewegen.

13. Spannfuttersystem nach Anspruch 12, bei dem die Spannfutter-Bewegungsvorrichtung (3) eine Armwelle (5) aufweist, die parallel zur Hauptspindel zwischen dem Spannfuttermontageabschnitt (85) und der Hauptspindel verläuft, wobei Wechselarme (6) an der Hauptspindel vorgesehen sind, um das auswechselbare Spannfutter (C) zu greifen und freizugeben, sowie Mittel (9, 10) zum Bewegen der Wechselarme (6) in Richtung längs der Hauptspindel.