DE1800271C3 - Spannfutter tür Drehmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für Drehmaschinen u. dgl. Werkzeugmaschinen mit einem über eine Ausgleichseinrichtung zur Anpassung an ungleichmäßige Werkstücke betätigbaren Spannbackensatz und einem unabhängig davon betätigbaren Zentrierbackensatz.

Derartige, beispielsweise durch die französische Patentschrift 1143891 sowie die US-PS 2904339 bekanntgewordene Spannfutter ermöglichen eine rasche und einfache zentrierte Einspannung auch un- gleichmäßiger Werkstücke, deren als Spannfläche dienende Umfangsfläche beispielsweise nicht eine exakte Kreiszylinderfläche bilden, wenn also die üblichen Ausgleichsspannfutter, bei denen das Werkstück auf der Maschine zwischen Spitzen gelagert ist, wobei die eine Spitze im allgemeinen vom Spannfutter selbst und die andere Spitze vom Reitstock getragen wird, nicht zur Anwendung kommen können. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das aufzuspannende Werkstück eine rohrförmige Gestalt aufweist und wenn es sich insbesondere um Rohre großer Länge handelt, die durch die Spindel der Maschine hindurch festgelegt werden müssen.

Eine besondere Schwierigkeit bildet das Einspannen von nicht geraden Werkstücken. Ersichtlich sind in derartigen Fällen auch die bekannten Ausgleichsspannfutter mit einem gesonderten Zentrierbackensatz nicht oder nur sehr bedingt geeignet, da bei ihnen der Zentrierbackensatz im gleichen Bereich am Werkstück angreift wie nachfolgend der eigentliche Spannbackensatz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter für Drehmaschinen u.dgl. Werkzeugmaschinen zu schaffen, welches eine rasche und einfache zentrierte Einspannung auch nicht gerade« Werkstücke derart ermöglicht, daß ein im Abstand von der Einspannstelle im Spannbackensatz gelegener Bearbeitungsabschnitt in gewünschter Weise zentriert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Spannfutter der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Zentrierbacken im axialem Abstand von den Spannbacken in dem zu bearbeitenden Bereich an der Außenfläche des Werkstücks angreifen, und daß sie aus dem Zentrierbereich zurückziehbar sind. nachdem das Werkstück durch die Spannbacken festgestellt ist

Durch dieses Verschieben der Angriffspunkte des Zentrierbackensatzes gegenüber dem Spannbackensatz ist im Zusammenhang mit der Ausgleichseinrichtung des Spannbackensatzes eine sehr einfache, zentrierte Einspannung eines Werkstücks an einer Bearbeitungsstelle möglich, während automatisch die Spannbacken in Abstand von dieser Bearbeitungsstelle das Werkstück entsprechend unzentriert festklemmen. Nach dem Zurückziehen der Zentrierbacken nach dem Festklemmen des Werkstücks durch die Spannbacken wird dieser zentrierte Bearbeitungsbereich für den Angriff eines entsprechenden Bearbeitungswerkzeuges frei.

Ein im Aufbau und in seiner Wirkungsweise besonders einfacher und funktionssicherer Aufbau ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Zentrierbacken stangenförmig ausgebildet und am spannseitigen Ende mit lösbaren Backen versehen sind, sowie in zylindrischen Bohrungen des Spannfutterkörpers gleitend geführt sind, deren Achsen zum spannseitigen Ende hin konvergierend geneigt sind. Spannfutter mit derartigen stangenförmig ausgebildeten Backen, deren Achsen zum spannseitigen Ende hin konvergierend geneigt sind, sind zwar bereits aus der französischen Patentschrift 9 29 184 bekannt gewesen. Bei den dort vorhandenen schräg zur Rotationsachse verstellbaren Klemmstangen handelt es sich jedoch um die eigentlichen Spannbacken eines einfachen Spannfutters, bei dem die Vorteile der vollständigen Freilegung des eigentlichen Bearbeitungsbereichs nicht gegeben sind, die sich mit der Ausbildung des erfindungsgemäßen Zentrierbackensatzes durch derartige schräg geneigte Klemmstangen automatisch einstellen.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß der Antrieb der Zentrierbacken mittels eines Motors erfolgt, der einen zum Spannfutter koaxialen und mit verzahnten Muttern an Gewindebolzen in Eingriff stehenden Zahnkranz drehend antreibt, wobei die axiale Bewegung der Gewindebolzen die axiale Bewegung eines mit den Zentrierbacken verschieblich verbundenen Triebkranzes bewirkt.

Im Gegensatz zu einer ähnlichen aus der US-PS 21 91 371 bekanntgewordenen Antriebseinrichtung für ein Einfachspannfutter, bei welcher das mit Ritzeln für jeweils eine der Spannbacken in Eingriff stehende Zahnkranz jeweils von Zähnen freie Abschnitte aufweist, um eine unabhängige Verschiebung der Spannbacken voneinander bewerkstelligen zu können, bewirkt die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine vollkommen gleiche Bewegung der Zentrierbacken in der gleichen Richtung und mit gleicher Amplitude und gewährleistet damit ein genaues Zentrieren des Werkstückes. Ausgleichsspannbacken sind für diese erfindungsgemäße Zentrierung ersichtlich ungeeignet.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt

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F i g. I eine vereinfachte Siirnansicht eines Spannfutters,

Fig.2 einen Längsschnitt nach der Linie U-Il in F i g. 1 nut einem Zentrierbacken in zurückgezogener Stellung und

F i g. 3 in vorgeschobener Stellung.

Fig.4 eine Teilansicht im Schnitt nach der Linie IV-IVin Fig. I und

F i g. 5 eine Teilansicht im Schnitt nach der Linie V in Fig.l.

Wie insbesondere in F i g. 1 und 2 dargestellt, besteht das Spannfutter hauptsächlich aus einem Spannfutterkörper I. in dem Spannbacken 2 und Zentrierbacken 3 gleitend angeordnet sind.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind es jeweils drei Spannbacken 2 und drei Zentrierbacken 3. die untereinander wechselweise in regelmäßigem Abstand von 60" voneinander angeordnet sind. Es ist möglich, mehr als drei vorzusehen, jedoch sind mindestens drei von jeder Sorte erforderlich. _M

Der Spannfutierkörper 1 ist mit Schrauben 4 auf der Spindel 5 einer Drehbank befestigt, deren einer Bauteil mit 6 bezeichnet ist. Das Ende eines Rohres 7 soll auf der Maschine bearbeitet werden. Das Rohr 7 durchquert vollständig die Spindel 5, wobei die Drehachse durch die Linie X-X dargestellt ist.

Die Spannbacken 2 werden durch eine bekannte Ausgleichseinrichtung gesteuert, die das beliebige Festklemmen oder öffnen gewährleistet und innerhalb gewisser Grenzen gestattet, die geometrischen Fehler der eingespannten Fläche bezüglich der zentrierten Fläche des Werkstückes auszugleichen. Diese Einrichtung weist Hebel 8 auf, die um vom Spannfutterkörper 1 aufgenommene Bolzen 9 schwenkbar angeordnet sind und je auf einen der Spannbacken 2 durch ihr als Kugelgelenk ausgebildetes Ende JO einwirken, das mit im Spannbackenkörper angeordneten sphärischen Lagerringen 11 zusammenwirkt. Das andere Ende 12 der Hebel 8 ist mit Lagerzapfen 13 versehen, die mit in einer Ringscheibe 15 angeordneten schrägen Flächen 14 zusammenwirken. Die Ringscheibe 15 ist koaxial zum Spannfutter angeordnet und unter einem gewissen Spiel von einem Ring 16 geführt.

Zwischen Ringscheibe 15 und Ring 16 sind eine Reihe von wechselweise angeordneten Scheiben 17 und 18 zwischengeschaltet. Die Scheiben 17 sind ohne Spiel in der Ringscheibe 15 zentriert. Sie weisen jedoch gegenüber dem Ring 16 ein gewisses Spiel auf, während die Scheiben 18 ohne Spiel auf dem Ring 16 zentriert sind und gegenüber der Ringscheibe 15 ein gewisses Spiel aufweisen. Die Anzahl der Scheiben 17 und 18 ist in Abhängigkeit der minimal gewünschten Aufspannkraft des Spannfutters gewählt.

Der Ring 16 gleitet axial auf dem Spannfutterkörper 1, wird jedoch mit diesem mittels eines oder mehrerer Führungskeile 19 drehend mitgenommen. Die axiale Bewegung des Ringes 16 wird durch Stellmotoren bewirkt, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel drei vorhanden sind und von denen einer in F i g. 4 mit 20 bezeichnet ist. Die Stellmotoren 20 sind vorzugsweise Druckmittelmotoren, die mit Luft oder Flüssigkeit arbeiten und am Bauteil 6 der Maschine befestigt sind. Die Kolben 21 der Stellmotoren 20 sind mit einem Triebkranz 22 kraftschlüssig verbunden, der mit dem Ring 16 über ein Kugeldrucklager 23 oder einer anderen Drehverbindung verbunden ist, z. B. einem Gleit- oder Rollenlager. Je nachdem das Druckmittel auf eine der beiden Flächen des Kolbens 21 wirkt, wird der Ring 16 in der einen oder anderen Richtung bewegt und dadurch mitgenommen, gleich, ob ..ich die Spannbacken 2 in ihrer Spann- oder Öffnungsstellung befinden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform tragen dfe Spannbacken 2 auswechselbare Klauen 24, mittels derer sie auf der äußeren Oberfläche des Rohres 7 aufruhen Jede Klaue 24 ist auf einem verschiebbaren Element 25 angeordnet, dessen radiale Stellung zum Spannbackenkörper 2 mittels einer Schraube 26 verändert werden kann. Die Spannbacken können auch eine andere Form aufweisen.

Die Zentrierbacken 3 weisen eine zylindrische Stange auf, die in einer im Spannfutterkörper 1 schräg vorgesehenen Bohrung 27 gleitend angeordnet ist Die Zentrierbacken 3 tragen an ihrem Ende je eine auswechselbare Klaue 28, die so bemessen sind, daß sie, wie in F i g. 3 dargestellt, in einem entsprechenden Abstand L von der Vorderseite des Spannfutters mit der äußeren Oberfläche des zu zentrierenden Rohres 7 in Berührung kommen. Das andere Ende der Zentrierbakken 3 ist mittels einer verschieblichen Verzapfung 30 mit einem Triebkranz 29 verbunden. Der Triebkranz 29 wird durch einen weiteren Triebkranz 31 axial bewegt. gegenüber diesem der erstere, infolge des in der Verzapfung 30 vorgesehenen Spiels, frei drehbar ist. Der Triebkranz 31 ist bezüglich des Bauteils 6 der Maschine drehfest angeordnet, während der Triebkranz 29 über die Zentrierbacken 3 und ihre Verzapfung 30 mit dem Spannfutter drehend mitgenommen wird.

Die axiale Bewegung des Triebkranzes 31 wird durch mechanische Stellmotoren bewirkt, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel drei vorhanden sind, jeder dieser Stellmotoren weist einen mit dem Triebkranz 31 kraftschlüssig verbundenen Gewindebolzen 32 auf, sowie eine Mutter 33. die sich in einem, mit dem Bauteil 6 der Maschine mittels einer gemeinsamen Grundplatte 35 kraftschlüssig verbundenen Lager 34 dreht. Die Muttern 33 weisen eine Umfangs-Geiriebeverzahnung 36 auf, die mit einem von der Grundplatte 35 aufgenommen und geführten, gemeinsamen Zahnkranz 37 in Eingriff steht, wobei der Zahnkranz 37 bezüglich der Grundplatte 35 frei drehbar angeordnet ist.

Der Zahnkranz 37 kann beispielsweise durch einen in Fig.4 dargstellten elektrischen oder hydraulischen Motor 38 in Drehung versetzt werden. Dessen Ausgangswelle trägt ein mit dem Zahnkranz 37 in Eingriff stehendes Antriebsritzel 39. Wenn der Motor 38 in einer der beiden möglichen Drehrichtungen umläuft, werden die Zentrierbacken 3 aus dem Spannfutter ausgefahren und dem Rohr 7 angenähert ( F i g. 3) oder aber vom Rohr 7 entfernt und in den Spannfutterkörper 1 eingefahren (Fig. 2).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Triebkranz 31 Buchsen 40 auf, die auf von der Grundplatte 35 aufgenommenen Führungselementen 41 verschieblich angeordnet sind. Diese Führung bezweckt, vom Gewicht des Triebkranzes 31 hervorgerufene und auf die mechanischen Stellmotoren 32, 33 wirkende schädliche Biegebeanspruchungen zu vermeiden. Aus ähnlichen Gründen weist der Triebkranz 29, wie in Fig.5 dargestellt, mindestens zwei Führungsbuchsen 42 auf, die innerhalb im Spannfutterkörper 1 vorgesehener Bohrungen 43 gleitend angeordnet sind. Andererseits steht der Triebkranz 29 ununterbrochen unter der Wirkung von Druckfedern 44, um diesen von der Hinterseite des Spannfutterkörpers 1 zu entfernen.

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Das beschriebene Spannfutter funktioniert folgendermaßen:

Zu Beginn sind die Spannbacken 2 geöffnet, und die Zentrierbacken 3 befinden sich, wie in F i g. 2 dargestellt, in zurückgezogener Stellung. Das zu bearbeitende Rohr 7 wird nun bis zur gewünschten Axialstellung durch die Spindel 5 der Maschine hindurch eingeführt, worauf der Motor 38 in dem Umlaufsinn in Bewegung versetzt wird, der das Ausfahren der Zentrierbacken 3 bewirkt. Die Zentrierbacken 3 bewegen sich nun schräg zum Vorderende des Rohres 7, das genau den zu bearbeitenden Teil des Rohres 7 darstellt und infolgedessen mit höchster Genauigkeit bezüglich der Drehachse X-X der Spindel 5 zentriert werden muß. Wenn, wie in Fig.3 dargestellt, die Klauen 28 der Zentrierbacken 3 in einem Abstand L von der Vorderseite des Spanr.futterkörpers 1 mit der äußeren Oberfläche des Rohres 7 in Berührung kommen, so stößt die geradlinige Bewegung des Triebkranzes 31 auf einen schnell wachsenden Widerstand, der schließlich das Drehmoment des Motors 38 ausgleicht und diesen zum Stillstand bringt.

Wenn der Motor 3b über sein Antriebsritzei 39 den Zahnkranz 37 in Drehung versetzt, so drehen die Muttern 33 jedes Stellmotors, dank dem Kopplungssystern gemäß der Erfindung, eine genau gleiche Wegstrecke. Infolgedessen erzeugt die axiale geradlinige Bewegung des Triebkranzes 31 eine gleichzeitige und vollkommen gleichmäßige Bewegung der drei Zentrierbacken 3 und gestattet somit ein sehr genaues Zentrieren des Rohres 7 oder vielmehr seines auf der Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Vorderteiles.

Nach dem genauen Zentrieren des zu bearbeitenden Teiles des Rohres 7 werden die Druckmittelmotoren 20 für die Spannbacken 2 betätigt. Infolge der Ausgleichsfähigkeit des Antriebssystems passen sich die Klauen 24 der äußeren Oberfläche des Rohres 7 an, ohne auf das Rohr 7 eine andere als die zwischen den verschiedenen Spannbacken 2 untereinander ausgeglichene Klcmmkraft auszuüben. Die durch den axialen Dri.ck der Stellmotoren 20 hervorgerufenen Reibungskräfte /wischen den Oberflächen der Scheiben 17 und 18 und den entsprechenden Oberflächen des Ringes 16 und der Ringscheibe 15 gewährleisten die Unbeweglichkeit der Ringscheibe 15 und die Irreversibilität der Ausglcichsbewegung.

Das Rohr 7 wird nun durch die Spannbacken 2 in der Stellung festgehalten, in der das zu bearbeitende Vorderteil zentriert ist. Der Motor .18 wird jetzt in umgekehrter Drehrichtung bewegt, wodurch die Zentrierbacken 3 gelöst und vollständig in die aus F i g. 2 ersichtliche Stellung zurückgezogen werden. Der Bearbeitungsbereich des Rohres 7 ist nun vollständig freigelegt und bezüglich der Drehachse X-X der Spindel 5 zentriert.

Die Zentrierbacken 3 werden in ihrer zurückgezogenen Stellung durch den unter der Wirkung der Spannfedern 44 stehenden Triebkranz 29 gehalten. Der Motor 38 wird abgestellt, und die Bearbeitung des Rohres 7 kann beginnen.

Die Verbindung zwischen den Triebkränzen 29 und 31 ist derart vorgesehen, daß keinerlei Kontakt zwischen diesen beiden besteht, wenn die Zcntrierbakken 3 zurückgezogen sind und die Stellmotoren 32, 33 ihre Bewegung beendet haben. Dadurch vollzieht sicr die Drehung des Spannfutters ohne jegliche schädliche Reibung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

18 OO Patentansprüche:

1. Spannfutter für Drehmaschinen u.dgl. Werkzeugmaschinen mit einem über eine Ausgleichsein- s richtung zur Anpassung an ungleichmäßige Werkstücke betätigbaren Spannbackensatz und einem unabhängig davon betätigbaren Zentrierbackensatz, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierbacken (3) in axialem Abstand von den Spannbacken (2) in dem zu bearbeitenden Bereich an der Außenfläche des Werkstücks (7) angreifen, und daß sie aus dem Zentrierbereich zurückziehbar sind, nachdem das Werkstück (7) durch die Spannbacken (2) festgestellt ist

Z Spannfutter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierbacken (3) stangenförmig ausgebildet und am spannseitigen Ende mit lösbaren Backen (28) versehen sind sowie in zylindrischen Bohrungen (27) des Spannfutterkörpers (1) gleitend geführt sind, deren Achsen zum spannseitigen Ende hin konvergierend geneigt sind.

3. Spannfutter nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Zentrierbacken mittels eines Motors (38) erfolgt, der einen zum Spannfutter koaxialen und mit verzahnten Muttern (33) an Gewindebolzen (32) in Eingriff stehenden Zahnkranz (37) drehend antreibt, wobei die axiale Bewegung der Gewindebolzen (32) die axiale Bewegung eines mit den Zentrierbacken (3) verschieblich verbundenen Triebkranzes (29) bewirkt.