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"Selbstzentrierendes Spannfutter" Die Erfindung bezieht sich aul
ein selbstzentrierendes Spannfutter mit Klemmbacken, die an ihrer Rückseite Zähne
tragen, welche in mindestens eine Versteilnut eines um die Spannfutterachse drehbaren
Ringflansches zum gleichzeitigen radialen Verstellen der Klemmbacken greifen.
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Bei den bekannten Spannfuttern der vorstehenden Art werden die an
der Vorderseite des Spannfutters in Schlitzen geführten Klemmbacken durch Drehen
des Ringflansches von Hand gespannt.
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Der Spannbereich hängt bei diesen Futtern von der Form der Verstellnut
abt er ist insbesondere dann sehr groß, wenn die Verstelinut its eine Spirale ist,
in deren Gänge jeweils mehrere Zähne der Klemmbacken greifen. Die Verwendung von
Spannfuttern mit einer einen großen Verstellbereich ermöglichenden Verstellnut bietet
den Vorteil, daß einstückige Klemmbacken verwendet werden können, deren Spanngenauigkeit
größer ist als die Spanngenauigkeit von Klemmbacken mit zwei relativ zueinander
verschiebbaren Teilen, die zudem teurer sind. die die Erfahrung gezeigt hat, sind
die bekannten Spannfutter mit Verstellnut in der Praxis wegen ihrer Handbetätigung
nur bei der Einzel- und Eleinserienfertigung (z.B. 10 bis 20 Werkstücke) wirtschaftlich
einsetzbar. Das Spannfutter muß nämlich bei jedem Werkstück wechsel zunächst-in
eine Lage überführt werden, in der die im allgemeinen von Kegelrädern gebildeten
Betätigungsorgane leicht für ein Spannwerkzeug zugänglich sind. Dieses Instellungbringen
des Futters, das Verstellen der Klemmbacken von Hand und das anschließende Entfernen
des Spannwerkzeugs ist mit einem nicht unerheblichen Zeitaufwand verbunden, der
sich bei einer Großserienfertigung nicht vertreten läßt.
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Für die Herstellung großer Zahlen gleicher Werkstücke verwendet man
daher andere selbstzentrierende Spannfutter, die automatisch arbeiten. Bei diesen
ebenfalls bekannten Spanatuttertypen wird die radiale Verstellung der Klemmbacken
durch einen pneumatischen oder hydraulischen Kolben bewirkt, der eine Buchse in
Längsrichrichtung gegenüber dem Futterkörper verlagert. Die Buchse betätige hierbei
über Hebel oder schräge Nockenflächen die
Klemmbacken und überträgt
radiale hin- und hergehende Bewegungen auf diese. Der Verstellbereich der ebenfalls
einstückigen Klemmbacken dieser Spannfutter ist indessen begrenzt und die Spannfutter
der zweiten Art eignen sich nur zum Spannen von Werkstücken, deren Durchmesser annähernd
gleich groß ist.
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Diese im allgemeinen auf tlerkzeugmaschinen zur Herstellung großer
Stückzahlen eingesetzten Spannfutter haben den Vorteil, daß die Spannkräfte konstant
sind, du sie durch den auf den Betätigungskolben einwirkenden Druck bestimmt werden,
der etwa ß Atmosphären bei mit Druckluft beaufschlagten Kolben und 15 bis 20 Atmosphären
bei hydraulischen Kolben beträgt. Aufgrund der kurzen Verstellwege von opannfuttern
der in Rede stehenden Art lassen sich die Werkstücke schnell wechseln. Allerdings
ist die Zentrierung der ?ier%-stücke innerhalb des jeweiligen Spannbereichs der
Klemmbacken nicht ganz gleichmäßig. Hinzu kommt, daß das Umstellen dieser Spannfutter
von einem Durchmesserbereich auf einen anderen viel Zeit beansprucht, da hierbei
von Hand verstellbare Teile der Klemmbacken jeweils neu justiert werden müssen.
Um eine hohe Zentriergenauigkeit beim Schließen des Spannfutters zu erzielen, sollten
die Spannflächen der Klemmbacken nach IxIöglichkeit sogar durch Drehen und/oder
Schleifen nachbearbeitet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstzentrierendes
Spannfutter zu entwickeln, welches die Vorteile der vorstehenden Spannfuttertypen
in sich vereinigt, ohne deren Nachteile aufzuweisen, welches also insbesondere leicht
auf unterschiedliche Spannbereiche umstellbar ist und außerdem ein schnelles gleichmäßiges
Spannen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einem opannfutter der eingang beschriebenen
Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Flanken der Zähne der
Klemmbacken und die Seitenwände der Verstellnut in Richtung auf einen Punkt der
Spannfutterachse geneigt sind und Mittel zur axialen Verlagerung des Ringes gegenüber
dem Spannfuttergehäuse vorhanden sind, durch die gleichzeitig radiale Spann- oder
Entspannbewegungen in die Klemmbacken einleitbar sind.
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Zu den Mitteln zum axialen Verlagern des vorzugsweise eine Spiralnut
tragenden Ringflansches gehört bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Buchse, die axial bewegbar in einer zentralen Bohrung des Spannfuttergehäuses
geführt ist und mit Vorsprüngen in eine umlaufende Nut des durch sie in Axialrichtung
mitnehmbaren Ringflansches greift. Diese Buchse ist zweckmäßigerweise durch ein
mit ihr mechanisch verbundenes, unter Ausnutzung des Drucks eines Bluids arbeitendes
Betätigungsorgan axial bewegbar.
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Es empfiehlt sich, daß der Ringflansch drehfest, aber in Axialrichtung
frei beweglich mit einem Zahnkranz verbunden ist, mit dem mindestens ein Ritzel
kant, das zwecks gleichzeitiger Verlagerung der Klemmbacken durch einen Spanner
oder Schlüssel antreibbar ist.
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Um eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Zahnkranz und dem Ringflansch
zu gewährleisten, ist der Zahnkranz über Führungsstifte mit dem Ringflansch gekuppelt,
wobei.die Führungsstifte am Ringflansch befestigt sind und in Axialbohrungen des
Zahnkranzes verschiebbar gelagert sind.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt
durch ein selbstzentrierendes Spannfutter nach der Erfindung; Fig. 2 einen Querschnitt
längs der Linie II-II in Fig.l und Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III
in Fig.l.
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Das in den Zeichnungen dargestellte selbstzentrierende Spannfutter
besitzt einen hohlen Grundkörper 1 mit einer zentralen axialen Bohrung 2. Es ist
auf einer nicht dargestellten Spindel einer Werkzeugmaschine befestigt. Der Grundkörper
1 verfügt über eine ringförmige Kammer 3, welche koaxial zur Bohrung 2 angeordnet
ist und mit drei radialen Schlitzen 4 in Verbindung steht, die an der Vorderseits
5 des Grundkörpers angeordnet sind.
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Jeder Schlitz 4 führt eine radial hin- und herbewegliche Klemmbacke
6.
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Die Klemmbacken 6 bestehen jeweils aus einem Stück. Sie- besitzen
seitliche Aussparungen 6a, in denen radialverlaufende Vorsprünge 4a der Schlitze
4 gleiten. Außerdem weisen die Klemmbacken 6 in Axialrichtung verlaufende Spannflächen
6b und 6c auf, mit denen ein Werkstück von außen oder innen erfaßt werden kann.
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Die ringförmige Kammer 3 ist an ihrem der Vorderseite 5 des Grundkörpers
abgewandten Ende durch eine Deckplatte 7 verschlossen, die mittels Schrauben 8 am
Grundkörper 1 befestigt ist. Ein ringförmiges Organ, das vorzugsweise die Form eines
Ringflansches 9 hat, sitzt in der Kammer 3. Es ist drehbar um die Achse des Spannfutters
gelagert und läßt sich axial verschieben. An seiner den Elemmbacken 6 zugewandten
Fläche trägt es eine Verstellnut 10, die die Form einer archimedischen Spirale aufweist.
In diese Nut 10 greifen Zähne 11 ein, welche sich an den Rückwänden der
Klemmbacken
6 befinden. Die Wände der Spiralnut 10 und die Flanken der Zähne 11 sind gleichmäßig
zur Achse 12 des Spannfutters hin geneigt. In Richtung ihrer Neigung verlauSende
Strahlen treffen-in einem Punkt der Achse 12 zusammen, der vor der Vorderseite 5
des Grundkörpers liegt.
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In der zentralen Bohrung des Grundkörpers 1 ist eine gegenüber letzterem
axial verschiebbare Buchse 13 angeordnet, welche drei radial nach außen gerichtete
Vorsprünge 13a aufweist, die durch Öffnungen la in der Innenwand lb des Grundkörpers
1 in die ringförmige Kammer 3 ragen. Die Radialvorsprünge 13a der Buchse 13 sind
mit einer rohrförmigen hinteren Nabe 9a am Ringflansch 9 gekuppelt, so daß dieser
den axialen Transversalbewegungen der Buchse 13 folgt, während er sich relativ zur
letzteren um die Achse 12 drehen kann.
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In der Kammer 3 ist koaxial zur rohrförmigen Nabe 9a des Ringflansches
9 außerdem ein Zahnkranz 15 drehbar gelagert. Der Zahnkranz 14 trägt eine Kegelradverzahnung
14a, in die drei Ritzel 15 greifen. Die Ritzel haben Wellenabschnitte 15a an ihren
äußeren Enden, welche in passende Bohrungen des Grundkörpers greifen und von außen
zugänglich sind. In den Wellenabschnitten befinden sich profilierte Aussparungen
15b, welche mit der Außenfläche des Grundkörpers 1 abschließen. In jede Aussparung
15b kann ein nicht gezeigter Spanner oder Schlüssel eingeführt werden, um auf diese
Weise eines der Ritzel 15 und dadurch den Zahnkranz 14 zu drehen.-Paare von gabelförmigen
Vorsprüngen 16 an der Innenfläche der Deckplatte 7 umfassen innere Achsabschnitte
der Ritzel 15, um die Achsen der Ritzel in ihrer radialen Lage zu halten.
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Mehrere gerade, axialgerichtete Stifte , welche an der dem
Zahnkranz
14 zugewandten Seite des Ringflansches 9 befestigt sind, ragen in ihnen zugeordnete
Bohrungen 19 des Zahnkranzes. Die Länge dieser Stifte ist so gewählt, daß eine Drehung
des Ringflansches 9 gegenüber dem Zahnkranz 14 verhindert wird, während axiale Relativbewegungen
zwischen den beiden Teilen möglich sind, wenn die Buchse 13 ihre Stellung verändert.
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Das erfindungsgemäße Spannfutter arbeitet wie folgt: Es sei angenommen,
daß die in der Zeichnung dargestellte Lage der Klemmbacken 6 der Aufnahmestellung
des Spannfutters figur ein Werkstück entspricht. Jede axiale Verlarerung der Buchse
13 in Richtung des Pfeils 17 ist mit einer Verschiebung des Ringflansches in die
gleiche Richtung verbunden. Infolge des Zusammenarbeitens der geneigten Seitenwände
der Spiralnut 10 und der ähnlich geneigten Flanken der Zähne 11 an den Klemmbacken
6 bewegen sich letztere radial in Richtung auf die Achse 12 des Futters, um dadurch
ein Werkstück mittels ihrer Flächen 6b zu spannen. Die Axialbewegung der Buchse
13 wird in an sicht bekannter Weise durch ein nicht dargestelltes Betätigungsorgan
bewirkt, das von einem strömenden Medium mit Druck beaufschlagbar ist. Das Betätigungsorgan
ist mit der Buchse 13 durch eine nicht gezeigte Stange verbunden.
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Die axialen Bewegungen sind auf ein Maß beschränkt, welches ausreicht,
um die Xlemmbacken 6 an ein Werkstück heranzuführen und dieses zu spannen.
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Durch eine Bewegung entgegen der Richtung des Pfeils 17 läßt sich
die Buchse 13 in eine Lage überführen, in der das Werkstück freigegeben wird. Diese
Zurückbewegung der Buchse bewirkt eine Verlaerung des Ringflansches 9 in Richtung
der Klemmbacken 6.
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Da die Zähne 11 und die Nut 10 in Eingriff stehen, werden die Klemmbacken
auf diese Weise von der Achse 12 des Spannfutters
um einen Betrag
entfernt, der ausreicht, um das Werkstück aus dem Futter zu nehmen.
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Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Spann- und Entspannbewegungen
der Buchse 13 und der Klemmbacken 6 umgekehrt wie beschrieben verlaufen, wenn das
Werkstück mittels der Spannflächen 6c der Klemmbacken 6 an einer Innenfläche aufgenommen
wird.
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In beiden Fällen kann das Spannen und Entspannen des Werkstücks durch
Verschieben der Buchse 13 in kürzester Frist erfolgen.
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Wünscht man die Klemmbacken 6 in eine Lage zu überführen, in der sie
Werkstücke spannen können, deren Durchmesser beachtlich vom Zweifachen des jeweils
eingestellten Abstandes zwischen der Achse 12 und den Spannflächen 6b oder 6c abweichen,
so muß man die Klemmbacken radial verstellen. Zu diesem Zweck wird eines der Ritzel
15 beispielsweise mit einem Spanner oder einem Schlüssel von Hand betätigt,wie dies
bei bekannten handbetätigten selbstzentrierenden Spannfuttern üblich ist. Durch
Drehen eines der Ritzel 15 wird der Zahnkranz 14 in eine Drehbewegung um die Achse
12 versetzt. Er verursacht hierbei eine Drehung des Ringflansches 9 mit dem er über
die in die Bohrungen 19 greifenden Stifte 18 gekuppelt ist. Eine Drehung des Ringflansches
9 ist mit einer radialen Verlagerung der Klemmbacken 6 zur Achse 12 des Spannfutters
verbunden, und zwar aufgrund der Spiralform der Verstellnut 10. Die Verstellbewegungen
dr zuletzt genannten Art können beträchtlich sein. Sie gestatten eine Justierung
der Klemmbacken über einen weiten Bereich.
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Von jeder durch Einstellen der Klemmbacken 6 bestimmten Ausgangslage
können die Klemiabacken zum Zwecke des Spannens und Entspannens des Werkstücks um
einen kleinen Betrag radial bewegt werden,
indem man die Buchse
13 durch das bereits erwahnte Betätigungsorgan axial verschiebt. Das Betätigungsorgan
kann automatisch in Abhängigkeit von einer bestimmten Arbeitsfolge arbeiten, die
durch eine Programmsteuerung der Maschine gesteuert wird, auf der das Spannfutter
befestigt ist.
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Es verstehtvsichX daß Einzelheiten der beschriebenen und dargestellten
Futterkonstruktion verändert werden können, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung
beeinflußt wird.