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Die Erfindung bezieht sich auf eine kraftbetätigte Vorrichtung zum
Spannen von Werkstücken auf Zahnradbearbeitungsmaschinen, bei der das mit einer
zentralen Bohrung versehene Werkstück zwischen einem mit der Werkstückspindel verbundenen
drehantreibbaren Rundtisch od. dgl. und einem auf der anderen Seite des Werkstücks
angeordneten, von einer Reitstockpinole durchdrungenen, zum Tisch hin bewegbaren
Spannteil mittels eines den Tisch und das Werkstück durchdringenden axial antreibbaren
Spannankers od. dgl., der mittels, eines mit Konusflächen versehenen Spannkolbens
über eine spreizbare Hülse mit der Reitstöckpinole verbindbär ist, enspannbär ist.
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Eine Spanneinrichtung, die ein beispielsweise. zylindrisches Werkstück
von den beiden Stirnseitn her: angreift - das bekannteste dieser Art wird beispielsweise
durch das Spannfutter einer Drehbank, dem Maschinenrahmen und dem Reitstock gebildet
-, stellt im allgemeinen einen C-förmigen Körper dar, der sich unter dem Spanndruck,
wenn er von beiden Seiten axial auf das Werkstück wirkt, verformen kann. Bei Drehbänken
tritt diese Erscheinung weniger auf, weil das Drehbankgestell im Verhältnis zu Spindel-
und Reitstock sehr formsteif ist. Bei Senkrechtdrehmaschinen, Fräsmaschinen, insbesondere
bei Zahnradabwälzfräsmaschinen, ist der Maschinenrahmen aber weit schwächer, so
daß hier eine Verformung leichter auftreten kann.
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Zweck der Erfindung ist, das geschilderte Aufbiegen zu vermeiden.
Das geschilderte Aufbiegen wird dann vermieden, wenn das Werkstück von der. Werkstückauflage
her, also vom Tisch oder von der Werkstückspindel her rriit einem das 'Werkstück
zen= trisch durchdringenden Spannanker auf die Werk-Stückauflage gezogen wird. Spanneinrichtungen
mit solchen Spannankern sind bekannt. Diese Spanneinrichtungen sind aber zum selbsttätigen
Laden der Werkzeugmaschinen nicht geeignet, da der Spannanker nur dann spannen kann,
wenn er vor dem Spannen mit einer Vorsteckscheibe versehen wird, die von Hand aufgesteckt
und. beim. Ausspannen ent fernt werden muß.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen der Spanndorn mit
und in einem Reitstock selbsttätig, beispielsweise hydraulisch, verriegelt wird.
Zum Verriegeln sind konushülsenartige Riegel vorgesehen, die mittels eines hydraulischen
Kolbens in eine am oberen Spannankerende befindliche Ringnut gedrückt werden. Über
schräge Flächen an den Riegeln ünd entsprechende Gegenflächen in der Ringnut wird
der Spannanker nach oben und gleichzeitig über die Riegel und über den Gegenhalter
das Werkstück auf die Werkstückunterläge gedrückt. Eine belkännte Vorrichteng dieser
Art benötigt drei hydrauUsche Arttriebe, einen für das Auf- und Abbewegen des Spannankers,
einen für das Auf= und Abbewegeri des Reitstocks und einen zum Verriegeln. Bei dieser
Vorrichtung wird zwar das Werkstück auf die Werkstückunterlage gedrückt, die Werkstückunterlage
aber nicht auf die Werkstückspindel, so daß noch der zusätzliche Nachteil besteht,
daß Werkstück, Werkstückunterlage und Werkstückspindel durch die Spannkraft, die
bei den heute üblichen Zerspanungsleistungen sehr groß ist, nicht zusammengehalten
werden.
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Es ist auch eine Vorrichtung zum selbsttätigen Spannen und Lösen bekannt,
bei der ein im Reitstock gelagerter Spanndorn beim Spannen mit Spannbacken' verklinkt
wird. Die Spannbacken sind stirnseitig auf dem Spannanker gelagert und werden mit
einer Feder im Sinne des Öffnens nach außen gedrückt. In der angehobenen Stellung
des Spannankers werden die Spannbacken im Sinne des Öffnens nach außen gedrückt.
Beim Absenken des Spannankers gleiten die Spannbacken an einem Innenkonus vorbei
und werden dabei um den Kopf des Spanndorns geschlossen. Beim weiteren Absenken
des Spannankers wird der Reitstock über die Spannbacken und den Spanndorn nach unten
gezogen und spannt dabei das Werkstück auf die Unterlage. Bei dieser Vorrichtung
werden zwar Reitstock, Werkstück und Werkstückunterlage auf die Werk Stückspindel
gezogen, die Spannbacken haben aber zum Dorn hin Spiel, so daß keine ganz starre
Verbindung zwischen den Spannelementen erzielt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum selbsttätigen Spannen
geeignete Vorrichtung zu erstellen, die in gespannter Stellung eine starre Verbindung
zwischen Werkstück, Werkstückunterlage, Werkstückspindel; Gegenhalter, 'und Reitstock
gewährleistet.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
die Hülse gegen eine Federkraft spreizbar ist. Durch die_Bäüart nach den'Erfindung
kann der Spannkopf. des Spannankers in die sich federnd aufspreizende Hübe eindringen
und diese beim Anziehen wieder spreizen, wodurch sich beim Spannen der Effekt eines=
Spreizdornes ergibt. Es ist daher ein weiteres. Merkmal. der. Erfindung, daß die
spreizbare Hülse in Spannstellung. der Vorrichtung in die Bohrung des Werk"stücks-eingreift.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch so gestaltet sein, daß
die spreizbare Hülse in Spannstellung der Vorrichtung in :die zentrale Bohrung des
Tisches eingreift. Für diese Ausführungsform ergibt sich eine vorteilhafte- Ausgestaltung
dadurch, daß zur Aufnahme der Hülse in der Tischbohrung eine Führungsbüchse vorgesehen
ist, die mit spielfreien, vorzugsweise mit Übermaß eingelegten Kugeln in der Bohrung
des Tisches geführt ist.
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Die F i g. 1 bis 4 geben Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt
F i@g. 1 die Gesamtansicht einer Abwälzfräsmaschine für Zahnräder, F i g. 2 eine
Vorrichtung nach der Erfindung mit spreizbarem Dorn, F i g. 3 eine Vorrichtung nach
der Erfindung mit einer sich spreizenden und klemmenden Zange, F i g. 4 als Teilansicht
die Zange F i g. 3.
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Auf einem Maschinengestell 10 ist ein Werkzeugschlitten 1t -waagerecht'-
verschiebbar gelagert, auf dem sich ein Gegenhalter 12 befindet. Auf dem Gegenhalter
ist ein Reitstock 13 senkrecht verschiebbar angeordnet. Im Werkzeugschlitten ist
eine Arbeitsspindel in bekannter Weise gelagert, von der die Spindelnase 14 zeichnerisch
dargestellt ist. Die Gruppe Werkstückschlitten, Gegenhalter und Reitstock bilden
gewissermaßen einen C-Rahmen, in den das Werkstück 15 eingespannt wird. Zu diesem
Zweck besitzt der Reitstock eine verdrehbare Pinole 16. Die Arbeitsspindel ist beispielsweise
mit einer hydraulischen Spanneinrichtung versehen. Auf dem Maschinengestell ist
ferner ein Werkzeugschlitten 17 senkrecht verschiebbar gelagert, der mit einem schwenkbaren
Werkzeughalter 18 ein Werkzeug 19,
beispielsweise einen Abwälzfräser,
trägt. Werkstückschlitten und Werkzeugschlitten sowie Werkstück und Werkzeug können
in einer bekannten und daher nicht näher beschriebenen geeigneten Weise angetrieben
werden.
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Auf der Arbeitsspindel 14 ist eine glockenförmige Werkstückauflage
im folgenden als Glocke 20 bezeichnet, befestigt, auf die das Werkstück 15, beispielsweise
ein Zahnrad, zur Bearbeitung gelegt wird. Die Glocke 20 ist mit einer Längsbohrung
versehen, durch die ein Spannanker 21 geführt ist. Der Spannanker kann in Richtung
seiner Längsachse hin- und hergeschoben werden, wozu eine nicht gezeichnete bekannte
Kraftspanneinrichtung oder eine Handbetätigung vorgesehen sein kann. Der Spannanker
läuft in einen Spannkolben 22 aus, der beiderseits mit Konusflächen 23 und 24 versehen
ist. In den Reitstock 13 ist die Pinole 16 so drehbar gelagert, daß sie eine Längskraft
aufzunehmen vermag. Auf der dem Werkstück zugekehrten Seite ist auf der Pinole ein
Spanndorn 25 zentriert und befestigt; der so gestaltet ist, beispielsweise,mit einer
Längsbohrung und mit Längsschlitzen, daß er in radialer Richtung federn und den
Spannkolben 22 in sich. aufnehmen kann. Die Längsbohrung des Spanndorns ist mit
einer Konusfläche versehen, die der dem freien Ende des Spannkolbens abgekehrten
Konusfläche 24 des Spannkolbens entspricht. Die Reitstockpinole 16 ist mit einer
Längsbohrung versehen, in der ein Zentrierrohr 26 längsverschiebbar gelagert ist.
Dieses Zentrierrohr besitzt eine Konusfläche, die der Konusfläche 23 am freien Ende
des Spannkolbens entspricht. Mit -einer Feder 27 oder einer anderen, unter Umständen
auch gesteuerten nachgiebigen Kraft wird das Zentrierrohr im zusammengefügten Zustand
der Spanneinrichtung gegen die Konusfläche 23 des Spannkolbens gedrückt. Zur Hubbegrenzung
des Zentrierrohrs ist eine Schraube 28 vorgesehen. An der der Glocke 20 abgekehrten
Stirnseite des Werkstücks 15 ist ein ringförmiger Abstreifer 28 vorgesehen, dessen
Außendurchmesser klein genug ist, das Werkzeug ungehindert arbeiten zu lassen und
dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Spanndorns ist, so daß
dieser genügend Freiheit hat, sich zum Zentrieren des Werkstücks zu spreizen. Der
Abstreifer ist von einem Ausleger 29 gehalten, der mit Hilfe eines Bolzens 30 und
einer Feder 31 auf einem Bock 32 so gelagert ist, daß sich der Abstreifer einige
Millimeter parallel zur Werkstückachse federnd bewegen kann. Der Bock 32 ist an
Gegenhalter 12 befestigt. Der Abstreifer ist mit einem Stift 33 gegen Verdrehung
gesichert. Um das Einführen des Werkstücks zu erleichtern, kann der Abstreifer auch
schwenkbar gelagert sein, wobei die Schwenkeinrichtung von einer automatischen Ladeeinrichtung
gesteuert werden kann.
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Vor dem Spannen eines Werkstücks ist der Spannanker 21 so weit abgesenkt,
daß sich der Spannkolben 22 innerhalb der Glocke 20 befindet, und der Reitstock
ist so weit angehoben, daß der Spanndorn oberhalb des Abstreifers 28 steht. Der
Abstreifer liegt infolge des Druckes der Feder 31 am Bock 32 an. Nachdem das Werkstück
15 auf die Glocke 20 gelegt ist, fährt der Spannanker 21 - mit Hand oder elektrisch
oder hydraulisch angetrieben - über den Abstreifer hinaus nach oben, dringt dabei
in die Bohrung des sich aufspreizenden Dorns 25 ein, der sich, nachdem sich der
Spannkolben im Teil 34 der Bohrung befindet, klinkend hinter dem- Spannkolben schließt.
Gleichzeitig legt sich die Konusfläche 23
gegen das Zentrierrohr 26, das federnd
zurückweicht. Sodann gehen Reitstock und Spannanker gemeinsam nach unten, zunächst
so weit, bis der Spanndorn beginnt, in. die Bohrung des Werkstücks hineinzufahren.
Noch bevor sich die Stirnfläche 35 des Spanndorns auf den Abstreifer 28 bzw. die
Stirnfläche des Werkstücks setzt; wird der Antrieb für den Reitstock abgeschaltet.
Die Bewegung wird nun lediglich auf Grund des Zugs des Spannankers fortgesetzt.
Diese Zugkraft wird durch die Wirkung der Konusfläche 24 in eine Spreizung des federnden
Dorns übersetzt, wodurch ein Vorzentrieren des Werkstücks stattfindet. Im. Verlauf
der weiteren Bewegung setzt sich. die Stirnfläche 35 des Spanndorns auf den Abstreifer
und drückt diesen gegen den Druck der Feder 31 auf die Stirnfläche des Werkstücks.
Von diesem Augenblick wirkt am Spannanker nicht mehr eine die Reibung der Bewegung
überwindende Kraft, sondern die volle Spannkraft; die an der Konusfläche 24 in eine
volle Spreizkraft übersetzt wird; die jegliches Spiel zwischen Spanndorn und Werkstück
beseitigt und eine starre Verbindung zwischen dem Spanndorn und über, die Glocke
20 mit der Spindelnase herstellt. Das Lösen der Spanneinrichtung erfolgt in. sinngemäßer
Weise.
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F i g. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der
der Spanndorn 40 nicht spreizbar, sondern mit einer Verlängerung 41 versehen ist,
die in einen Spannkolben 42 ausläuft, der mit einer Konusfläche 43 versehen ist.
Auf einen Spannanker 44 ist der Grundkörper 45 einer Spannzange geschraubt, der
am oberen Ende mit vier T-Nuten 46 versehen ist. In diese T-Nuten sind an ihrer
Wurzel entsprechend geformte Backen 47 gehängt und mit einer Ringfeder 48
so gehalten, daß sie sich über den Spannkolben hinweg bewegen und sich klinkend
hinter ihm schließen können. In der Glocke 20' ist eine auf Kugeln
49 gelagerte Führungsbuchse 50 vorgesehen, die mit einer dem Außendurchmesser
der Spannbacken entsprechenden Aufnahmebohrung 51 versehen ist. Die Kugeln sind
in bekannter Weise in einem Käfig gehalten und vorzugsweise mit übermaß zwischen
Glocke 20 und Führungsbuchse 50 eingelegt. Statt einer Wälzlagerung kann auch eine
Gleitlagerung für die Führungsbuchse vorgesehen sein. Mit Federn 52, die sich auf
einem an der Glocke befestigten Stützring 53 abstützen, wird die Führungsbuchse
stets im Sinne der F i g. 3 nach oben gedrückt. Wie bei der vorher beschriebenen
Vorrichtung ist auch bei dieser ein federnder Abstreifer 54 vorgesehen. Als Variante
zum vorher beschriebenen Abstreifer sind bei dieser Ausführungsform Federn 55 im
Abstreifer selbst angeordnet.
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Vor dem Einlegen des Werkstücks 15 ist der Reitstock 13 so weit nach
oben gefahren, daß sich der Spannkolben 42 oberhalb oder innerhalb des Abstreifers
befindet. Der Spannanker 44 mit der Spannzange 45, 47 befindet sich in der mit F
i g. 3 gezeigten Lage. Nachdem das Werkstück auf die Glocke gelegt ist, wird der
Reitstock abgesenkt, so daß der Dorn nacheinander durch den Abstreifer, die Werkstückbohrung
und die Bohrung 55 der Glocke 20' geführt wird. Im Verlauf des weiteren Absenkens
durchdringt der Spannkolben 42 die Backen 47 der Spannzange, die sich öffnet und
sich hinter dem Spannkolben durch die Kraft der Ringfeder 48 klinkend
schließt.
Gleichzeitig hat sich die Stirnfläche 56 des Spanndorns auf den Abstreifer 54 bzw.
auf die Stirnfläche des Werkstücks gesetzt. Damit ist die Bewegung des Reitstocks
beendet. Jetzt wird der Spannanker nach unten gezogen. Dabei treffen die Konusflächen
59 der Spannbacken auf die entsprechende Konusfläche 43 des Spannkolbens, wodurch
die relative Längsbewegung zwischen Spanndorn und Spannbacken in eine spreizende
Querbewegung der Spannbacken übersetzt wird, die bewirkt, daß die Außenflächen 57
der Spannbacken gegen die Aufnahmebohrung 51 der Führungsbuchse 50 gepreßt werden.
Von Beginn der Berührung zwischen den Außenflächen 57 und der Aufnahmebohrung 51
bis zum vollen Anpreßdruck ist auch eine relative Längsbewegung zwischen den genannten
Teilen vorhanden, die sich als Reibung auswirkt. Sie würde die sich berührenden
Flächen bald abnutzen. Das wird erfindungsgemäß durch die vorher beschriebene Kugellagerung
der Führungsbuchse, die auch durch eine Gleitlagerung ersetzt werden kann, verhindert.
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Das Lösen der Spanneinrichtung erfolgt in sinngemäßer Weise.