WO2020143873A1 - Spannbackenanordnung sowie spannfutter - Google Patents

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Martin Stangl
Andreas Dolpp
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Röhm Gmbh
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/12—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
    • B23B31/16—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable moving radially
    • B23B31/1627—Details of the jaws
    • B23B31/16275—Form of the jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/102—Jaws, accessories or adjustment means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/16—Damping of vibrations

Definitions

  • the invention relates to a clamping jaw arrangement with a base jaw, on which at least one structure for fastening a clamping insert is formed, and with a clamping surface that is fastened to the structure
  • the invention further relates to a chuck.
  • a clamping jaw arrangement of the type mentioned at the outset is known from DE 20 2013 104 141 U1, in which an extension protrudes upward from a carrier jaw on its upper side, which has inclined grooves on its side surfaces into which an essentially U-shaped clamping insert is provided
  • a screw receptacle is formed in the extension, into which a locking screw can be screwed, which secures the clamping insert in its position plugged onto the extension. It is also disclosed that in the extension outside the
  • Power transmission chain for transmitting the clamping force compression spring elements are provided, which exert a compressive force on the clamping insert, through which the contact surfaces of the clamping insert are pressed in the direction of the contact surface of the extension of the base jaw when the clamping insert is on the
  • Carrier jaw is inserted.
  • Clamping jaw arrangements of this type are used in clamping devices, in particular on chucks, including power-operated chucks, in which a plurality of clamping jaw arrangements arranged uniformly distributed over the circumference serve for gripping and / or clamping tools or workpieces.
  • chucks including power-operated chucks, in which a plurality of clamping jaw arrangements arranged uniformly distributed over the circumference serve for gripping and / or clamping tools or workpieces.
  • Such chucks are particularly common
  • Three-jaw chucks are formed, in which the clamping jaw arrangement is arranged at a mutual angular distance of 120 ° in radial guide receptacles of the chuck body from the chuck.
  • Machine tool must be subjected to impermissibly high frequencies.
  • the invention is therefore based on the object of improving a clamping jaw arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that the problem of chattering is alleviated or even eliminated.
  • the task is still an improved one
  • the object of the invention relating to the clamping jaw arrangement is achieved in a clamping jaw arrangement of the type mentioned at the outset in that a chamber is arranged between the clamping surface of the clamping insert and the base jaw in the force transmission chain serving to transmit a clamping force, and in that a damping element is accommodated in the chamber.
  • clamping insert provides the properties required for precise and secure clamping in the area of contact between the clamping surface and the workpiece or tool, a high-strength material with a high degree of rigidity and little flexibility, as in known in the art, can be used, but the placement of a by providing the chamber at a precisely defined position in the power transmission chain
  • Damping element is possible that prevents the occurrence of the chatter vibration or dampens its amplitudes, so that the chatter marks the
  • the structure is provided multiple times, with clamping surfaces of the clamping inserts inserted into the respective structure pointing in opposite directions, so that the clamping jaw arrangement can be used both for internal clamping and for external clamping.
  • a projection is formed on the base jaw, which has at least two structures offset in height.
  • the chamber is arranged between the legs of the U and a damping effect on the segment of the clamping insert carrying the clamping surface and / or on the legs is made possible.
  • the chamber is formed.
  • the chamber is provided several times, with lamellar partition walls separating the individual chambers, and that a damping element is accommodated in each of the chambers.
  • this creates the possibility of positioning damping elements made of different materials and / or damping properties in the individual chambers, so that the damping property can be varied in a simple manner. Since the damping element accommodated in the chamber serves to dampen and / or eliminate the chatter vibrations, the clamping insert can be optimized with regard to its purpose and can be formed from a hard, wear-resistant material.
  • the damping element consists of a material that is selected from a group consisting of metal foams
  • damping element it is not absolutely necessary for the damping element to be present as a separate component which is to be assembled separately, but there is also
  • the part of the task relating to the chuck is achieved by a chuck with at least one of the clamping jaw arrangements defined above, since an influence, in particular damping, of the chatter vibrations is already achieved when one of the required clamping requirements is provided with a damping element accommodated in the chamber.
  • damping the degree of the chatter vibrations
  • Clamping jaw arrangements have the design according to the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a clamping jaw arrangement with a plurality of clamping inserts used on respective structures
  • Fig. 2 is an enlarged view of the detail II of Figure 1 for a first
  • FIG. 3 is a representation corresponding to Figure 2 another
  • FIG. 4 shows a representation corresponding to FIG. 2 of another
  • Fig. 5 is a perspective view of a chuck in the
  • Embodiment as a three-jaw chuck, with a through
  • Clamping jaw arrangement 1 which has a base jaw 2 on which at least one, in the exemplary embodiment shown, three structures 3 are formed for fastening a clamping insert 4, a clamping insert 4 being inserted in each structure 3 in the exemplary embodiment shown.
  • the respective structure 3 is formed by two grooves 5 formed on the base jaw 2, which are arranged on two opposite sides, the exemplary embodiment according to FIG. 1 also showing that for realizing the
  • FIG. 1 shows detail II from FIG. 1, with an embodiment in which a chamber 9 between the surface of the base jaw 2, in the exemplary embodiment shown between the surface of the projection 7 and the
  • Legs 8 of the U-shaped clamping insert 4 is arranged, specifically delimited by the surface of the segment 10 carrying the clamping surface 6.
  • a damping element 11 is accommodated in this chamber 9, which is thus positioned in the force transmission chain serving to transmit a clamping force and is directly damping acts on the clamping insert 4 resting on the workpiece.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the chamber 9 is formed within the segment 10 of the clamping insert 4 carrying the clamping surface 6, in order to show the possibility that the damping element 11 is not in a chamber 9 delimited by the surface of the components involved
  • the chamber 9 is provided several times with lamella-like intermediate walls 12 separating the individual chambers, a damping element 11 being accommodated in each of the chambers 9.
  • FIG. 4 shows the possibility based on an exemplary embodiment in which the damping element 11 is requested on the clamping insert 4, it also being possible to form the damping element 11 on the base jaw 2.
  • damping element 11 or the damping elements 11 themselves can be formed from metal foam or from an elastomer in order to achieve the desired one
  • FIG. 5 shows an application example with three clamping jaw arrangements 1 used in radial guide receptacles in a three-jaw chuck 13, which clamp a workpiece 14 in an external clamping, it being immediately apparent that the damping element 11 of each jaw arrangement 1 is directly integrated in the force transmission chain in the vectorial direction of force.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannbackenanordnung mit einer Grundbacke (2), an der mindestens eine Struktur (3) zur Befestigung eines Spanneinsatzes (4) ausgebildet ist, und mit einem an der Struktur (3) befestigten, eine Spannfläche (6) aufweisenden Spanneinsatz (4). Zwischen der Spannfläche (6) des Spanneinsatzes (4) und der Grundbacke (2) ist in der der Übertragung einer Spannkraft dienenden Kraftübertragungskette eine Kammer (9) angeordnet wobei in der Kammer (9) ein Dämpfungselement (11) aufgenommen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spannfutter.

Description

Spannbackenanordnung sowie Spannfutter
Die Erfindung betrifft eine Spannbackenanordnung mit einer Grundbacke, an der mindestens eine Struktur zur Befestigung eines Spanneinsatzes ausgebildet ist, und mit einem an der Struktur befestigten, eine Spannfläche aufweisenden
Spanneinsatz. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spannfutter.
Eine Spannbackenanordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE 20 2013 104 141 U1 bekannt, bei der von einer Trägerbacke an ihrer Oberseite nach oben ein Fortsatz vorsteht, der an seinen Seitenflächen geneigt verlaufende Nuten aufweist, in die ein wesentlichen U-förmig gestalteter Spanneinsatz mit
korrespondierenden Stegen von oben einsetzbar ist. In dem Fortsatz ist eine Schraubenaufnahme ausgebildet ist, in die eine Sicherungsschraube eingeschraubt werden kann, die den Spanneinsatz in seiner auf den Fortsatz aufgesteckten Lage sichert. Offenbart ist weiterhin, dass in dem Fortsatz außerhalb der
Kraftübertragungskette zur Übertragung der Spannkraft Druckfederelemente vorgesehen sind, welche auf den Spanneinsatz eine Druckkraft ausüben, durch welche die Anlageflächen des Spanneinsatzes in Richtung der Anlagefläche des Fortsatzes der Grundbacke gedrückt wird, wenn der Spanneinsatz auf die
T rägerbacke gesteckt ist.
Derartige Spannbackenanordnungen werden in Einspanneinrichtungen, insbesondere an Spannfuttern, einschließlich kraftbetätigter Spannfutter eingesetzt, bei denen eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneter Spannbackenanordnungen zum Greifen und/oder Spannen von Werkzeugen oder Werkstücken dienen. Besonders häufig sind derartige Spannfutter als
Dreibackenfutter ausgebildet, bei denen die Spannbackenanordnung mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 120° in radialen Führungsaufnahmen des Futterkörpers vom Spannfutter angeordnet sind.
Um sehr präzise Bearbeitungsergebnisse zu erzielen, wird eine hohe Steifigkeit im Spannverbund angestrebt, für die die Verwendung hochfester Materialien mit hohen Steifigkeiten und wenig Nachgiebigkeit angestrebt wird, was auch aus dem Grund einer verbesserten Verschleißfestigkeit wünschenswert ist. Problematisch dabei ist aber, dass bei den beim modernen Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren vorliegenden hohen Schnitt-, und Vorschubgeschwindigkeitschwingungen beim Spannabtrag auftreten, die auf die gesamte Werkzeugmaschine übertragen werden. Dies kann dazu führen, dass auch Eigenfrequenzen angeregt werden, die zum sogenannten Rattern des Werkstücks führen und die Oberflächengüte negativ durch Rattermarken beeinflussen. Negativ ist auch, dass alle Lagerstellen der
Werkzeugmaschine unzulässig hochfrequent belastet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannbackenanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass das Problem des Ratterns gemildert oder sogar beseitigt wird. Aufgabe ist weiterhin, ein verbessertes
Spannfutter zur Verfügung zu stellen.
Der die Spannbackenanordnung betreffende Aufgabe der Erfindung wird bei einer Spannbackenanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen der Spannfläche des Spanneinsatzes und der Grundbacke in der der Übertragung einer Spannkraft dienenden Kraftübertragungskette eine Kammer angeordnet ist, und dass in der Kammer ein Dämpfungselement aufgenommen ist.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass durch die Verwendung des Spanneinsatzes die für eine präzise und sichere Spannung erforderlichen Eigenschaften im Bereich des Kontaktes zwischen der Spannfläche und dem Werkstück oder Werkzeug bereitgestellt sind, unverändert ein hochfestes Material mit einer hohen Steifigkeit und wenig Nachgiebigkeit, wie aus dem Stand der Technik bekannt, verwendet werden kann, dass aber durch die Bereitstellung der Kammer an einer genau definierten Position in der Kraftübertragungskette die Platzierung eines
Dämpfungselementes möglich ist, dass das Auftreten der Ratterschwingung verhindert oder deren Amplituden dämpft, sodass die Rattermarken die
Oberflächengüte nicht mehr oder nur noch eingeschränkt negativ beeinflussen. Für eine variable Verwendung der verbesserten Spannbackenanordnung ist es bevorzugt, wenn die Struktur mehrfach vorgesehen ist, mit in entgegengesetzten Richtung weisenden Spannflächen der in die jeweiligen Struktur eingesetzten Spanneinsätze, so dass die Spannbackenanordnung sowohl zur Innenspannung als auch zur Außenspannung verwendet werden kann.
Vorteilhaft bei der Verwendung der Spannbackenanordnung bei Werkstücken mit deutlich unterschiedlichen Spanndurchmessern ist es weiterhin, wenn an der Grundbacke ein Vorsprung ausgebildet ist, der mindestens zwei höhenversetzt angeordnete Strukturen trägt.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, dass seitlich an der Grundbacke auf zwei gegenüberliegenden Seiten Nuten für die Aufnahme von zwei an dem U-förmigen Spanneinsatz ausgebildeten Stegen ausgebildet sind, da dies eine genaue
Positionierung der Spanneinsätze an der Grundbacke ermöglicht.
Dann ist es zweckmäßig, wenn die Kammer zwischen den Schenkeln des U angeordnet ist und eine dämpfende Wirkung auf das die Spannfläche tragende Segment des Spanneinsatzes und/oder auch auf die Schenkel ermöglicht ist.
Ergänzend oder auch alternativ besteht die Möglichkeit, dass in dem die
Spannfläche tragenden Segment des Spanneinsatzes die Kammer ausgebildet ist. Es besteht also nicht die Notwendigkeit, dass die Kammer unmittelbar durch die Oberflächen der Grundbacke und des Spanneinsatzes begrenzt ist, solange das Erfordernis gewahrt bleibt, dass die Kammer zwischen der Spannfläche des Spanneinsatzes und der Grundbacke positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich auch die Möglichkeit, dass die Kammer mehrfach vorgesehen ist, mit lamellenartigen, die einzelnen Kammern trennenden Zwischenwänden, und dass in jeder der Kammer ein Dämpfungselement aufgenommen ist. Damit ist insbesondere die Möglichkeit geschaffen, Dämpfungselemente aus unterschiedlichen Materialien und/oder Dämpfungseigenschaften in die einzelnen Kammern zu positionieren, sodass in einfacher Weise eine Variation der Dämpfungseigenschaft ermöglicht ist. Da das in die Kammer aufgenommene Dämpfungselement der Dämpfung und/oder Beseitigung der Ratterschwingungen dient, kann der Spanneinsatz hinsichtlich seines Zweckes optimiert sein und aus einem harten, verschleißfesten Material gebildet sein.
Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, wenn das Dämpfungselement aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Metallschäume,
Elastomere umfasst.
Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Dämpfungselement als separates und separat zu montierendes Bauteil vorliegt, sondern es besteht auch die
Möglichkeit, dass das Dämpfungselement an der Grundbacke und/ oder dem Spanneinsatz angefordert ist.
Der das Spannfutter betreffende Teil der Aufgabe wird durch ein Spannfutter mit mindestens einer der vorstehend definierten Spannbackenanordnungen gelöst, da eine Beeinflussung, insbesondere Dämpfung der Ratterschwingungen bereits erzielt wird, wenn eine der erforderlichen Spannanforderungen mit einem in der Kammer aufgenommenen Dämpfungselement versehen ist. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass sämtliche der Mehrzahl in dem Spannfutter verwendeten
Spannbackenanordnungen die erfindungsgemäße Ausführung aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung die in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Spannbackenanordnung mit einer Mehrzahl an jeweiligen Strukturen eingesetzten Spanneinsätzen,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details II aus Figur 1 zu einer ersten
Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der Kammer, Fig. 3 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer weiteren
Ausführungsform mit einer Mehrzahl in dem die Spannfläche tragende Segment des Spanneinsatzes ausgebildeten Kammern, die durch lamellenartige Zwischenwände getrennt sind,
Fig. 4. eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer weiteren
Ausführungsform mit einem an die Grundbacke angeformten Spanneinsatz, und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Spannfutters in der
Ausführungsform als Dreibackenfutter, mit einem durch
erfindungsgemäßen Spannbackenanordnungen in Außenspannung gespannten Werkstück.
In der Figur 1 ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Spannbackenanordnung 1 gezeigt, die eine Grundbacke 2 aufweist, an der mindestens eine, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei Strukturen 3 zur Befestigung eines Spanneinsatzes 4 ausgebildet ist, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in jeder Struktur 3 ein Spanneinsatz 4 eingesetzt ist. Die jeweilige Struktur 3 ist durch zwei an der Grundbacke 2 ausgebildete Nuten 5 geformt, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, wobei das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 auch zeigt, dass zur Realisierung der
Möglichkeit sowohl einer Innenspannung als auch eine Außenspannung mindestens eine Struktur 3 zur Aufnahme eines Spanneinsatzes 4 angeordnet ist, dessen
Spannfläche 6 gegenüber den anderen Spanneinsätzen 6 in die entgegengesetzte Richtung weist.
Erkennbar in Figur 1 ist weiterhin, dass an der Grundbacke 2 ein Vorsprung 7 ausgebildet ist, der mindestens zwei höhenversetzt angeordnete Strukturen 3 trägt, deren zugeordnete Spanneinsätze 6 eine einfache Einspannung von Werkstücken mit deutlich unterschiedlichen Durchmessern ermöglichen. In der Figur 2 ist das Detail II aus Figur 1 gezeigt, mit einer Ausführungsform, bei dem eine Kammer 9 zwischen der Oberfläche der Grundbacke 2, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der Oberfläche des Vorsprunges 7 und den
Schenkeln 8 des U-förmigen Spanneinsatzes 4 angeordnet ist, und zwar begrenzt durch die Oberfläche des die Spannfläche 6 tragenden Segments 10. In diese Kammer 9 ist ein Dämpfungselement 11 aufgenommen, dass damit in der der Übertragung einer Spannkraft dienenden Kraftübertragungskette positioniert ist und unmittelbar dämpfend auf den dem Werkstück anliegenden Spanneinsatz 4 einwirkt.
In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei der die Kammer 9 innerhalb des die Spannfläche 6 tragenden Segment 10 des Spanneinsatzes 4 ausgebildet ist, umso die Möglichkeit aufzuzeigen, dass das Dämpfungselement 11 nicht in einer durch die Oberfläche der beteiligten Bauteile begrenzten Kammer 9
positioniert sein muss. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kammer 9 mehrfach vorgesehen mit lamellenartigen, die einzelnen Kammern trennenden Zwischenwänden 12, wobei in jeder der Kammern 9 ein Dämpfungselement 11 aufgenommen ist.
Figur 4 zeigt die Möglichkeit anhand eines Ausführungsbeispieles, bei dem das Dämpfungselement 11 an dem Spanneinsatz 4 angefordert ist, wobei auch die Möglichkeit besteht, das Dämpfungselement 11 an der Grundbacke 2 anzuformen.
Das Dämpfungselement 11 oder die Dämpfungselemente 11 selber können aus Metallschaum oder aus einem Elastomer gebildet, um so die gewünschte
dämpfende Wirkung auf den aus einem harten, verschleißfesten Material gebildeten Spanneinsatz 4 auszuüben.
Die Figur 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel mit drei in radialen Führungsaufnahmen bei einem Dreibackenfutter 13 eingesetzten Spannbackenanordnungen 1 , die ein Werkstück 14 in einer Außenspannung einspannen, wobei unmittelbar ersichtlich ist, dass das Dämpfungselement 11 jeder Spannbackenanordnung 1 in vektorieller Kraftrichtung unmittelbar in die Kraftübertragungskette eingebunden ist.
Bezugszeichenliste
1 Spannbackenanordnung
2 Grundbacke
3 Struktur
4 Spanneinsatz
5 Nut
6 Spannfläche
7 Vorsprung
8 Schenkeln
9 Kammer
10 Segment
11 Dämpfungselement
12 Zwischenwand
13 Dreibackenfutter 14 Werkstück
15 Steg

Claims

Patentansprüche:
1. Spannbackenanordnung mit einer Grundbacke 2, an der mindestens eine Struktur 3 zur Befestigung eines Spanneinsatzes 4 ausgebildet ist, und mit einem an der Struktur 3 befestigten, eine Spannfläche 6 aufweisenden
Spanneinsatz 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spannfläche 6 des Spanneinsatzes 4 und der Grundbacke 2 ist in der der Übertragung einer Spannkraft dienenden Kraftübertragungskette eine Kammer 9 angeordnet wobei in der Kammer 9 ein Dämpfungselement 11 aufgenommen ist.
2. Spannbackenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Struktur 3 mehrfach vorgesehen ist mit in entgegen gesetzten Richtungen weisenden Spannflächen 6 der in die jeweiligen Struktur 3 eingesetzten Spanneinsätze 4.
3. Spannbackenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grundbacke 2 ein Vorsprung 7 ausgebildet ist, der mindestens zwei höhenversetzt angeordnete Strukturen 3 trägt.
4. Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass seitlich an der Grundbacke 2 auf zwei
gegenüberliegenden Seiten Nuten 5 für die Aufnahme von zwei an dem U- förmigen Spanneinsatz 4 ausgebildeten Stegen 15 ausgebildet sind.
5. Spannbackenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer 9 zwischen den Schenkeln 8 des U angeordnet ist.
6. Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Spannfläche 6 tragenden Segment 10 des Spanneinsatzes 4 die Kammer 9 ausgebildet ist.
7. Spannbackenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer 9 mehrfach vorgesehen ist mit lamellenartigen, die einzelnen
Kammern 9 trennenden Zwischenwänden 12, und dass in jeder der Kammern 9 ein Dämpfungselement 11 aufgenommen ist.
8. Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Spanneinsatz 4 aus einem harten, verschleißfesten Material gebildet ist.
9. Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement 11 aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Metallschäume, Elastomere umfasst.
10. Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement 11 an der Grundbacke 2 oder dem Spanneinsatz 4 angeformt ist.
11. Spannfutter mit mindestens einer Spannbackenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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