DE19809689A1 - Kupplung zum Anspannen einer Palette o. dgl. - Google Patents
Kupplung zum Anspannen einer Palette o. dgl.Info
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Description
Die Erfindung betrifft eine am Spindelkopf einer Werkzeugmaschine vorgesehene
Kupplung zum Anspannen eines insbesondere plattenförmigen Werkstückträgers,
beispielsweise einer Palette, in einer vorgegebenen, repetierbaren und präzisen
Lage bezüglich eines räumlichen Referenzsystems, wobei der Spindelkopf eine
axial und quer zu seiner Stirnfläche bewegliche Spannzange aufweist.
Die Spannzange dient gewöhnlich zum Ergreifen eines von einem Drehautomaten,
einer Fräsmaschine oder dergleichen zu bearbeitenden Werkstücks, welches von
der Spannzange beispielsweise in einen am Spindelkopf vorgesehenen Innenkonus
zu seiner Positionierung angezogen wird. Für die nummerische Steuerung eines
Drehautomaten bildet der Innenkonus jedoch keine ausreichend genaue Referenz,
so daß eine hinreichend exakte, gleichartige und automatische Bearbeitung einer
großen Zahl von nacheinander zu bearbeitenden Werkstücken schwierig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der
Werkstückbearbeitung in einer eingangs genannten Werkzeugmaschine zu erhöhen.
Dazu ist bei der eingangs genannten Kupplung erfindungsgemäß eine mit der
Stirnfläche zu verbindende, auf der Vorderseite mit räumlichen Referenzen
versehene Platte mit zentraler Durchgangsöffnung für die Aufnahme eines mit der
Rückseite des Werkstückträgers verbundenen Zugankers sowie ein Bolzen
vorgesehen, dessen hinteres Ende mit der Spannzange verbindbar und dessen
vorderes Ende mit dem Zuganker koppelbar ist. Die erfindungsgemäße Kupplung
führt zu einer wesentlich größeren Genauigkeit der automatischen, nummerisch
gesteuerten Bearbeitung der Werkstücke, ist auf die Verwendung eines bestimmten
Spannsystems nicht beschränkt und gestattet schließlich dem Benutzer den
einfachen Übergang auf bekannte Kupplungen beispielsweise nach der ISO-Norm
durch Abnehmen der Platte und des Bolzens für den Fall, daß noch
Bearbeitungsaufgaben zu lösen sind, deren Genauigkeit ein Arbeiten mit
Kupplungen nach der ISO-Norm erlaubt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Bolzen in der Platte axial
geführt sein. Ferner empfiehlt es sich, am vorderen Ende des Bolzens ein mit einem
Profil am Zuganker zusammenwirkendes Kugelgesperre vorzusehen. Für die
Verbindung des hinteren Endes des Bolzens mit der Spannzange ist es
empfehlenswert, entweder das Ende mit der Spannzange zu verschrauben oder das
Ende über einen in ein Bolzenprofil eingreifenden Kugelkranz mit der Spannzange
zu koppeln. Eine gute Führung des Bolzens während der Spannzangenbewegungen
wird erreicht, wenn vorteilhafterweise an der Rückseite der Platte ein Hohlkonus
befestigt ist, in dessen axialer Durchgangsbohrung der Bolzen geführt ist.
Weiterhin empfiehlt es sich, zur Erhöhung der Spannkraft wenigstens eine sich an
der Platte abstützende und gegen den Bolzen anliegende, axial wirkende Feder
vorzusehen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend an dem in der beigefügten Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert, bei welchem als
räumliches Referenzsystem ein x-, y-, z-Orthogonalsystem verwendet ist. Es
zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung
mit angespanntem Werkstückträger sowie mit strichpunktiert angedeuteter
alternativer Möglichkeit einer Kopplung zwischen Bolzen und Spannzange, und
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung mit vom Spindelkopf gelöstem
Werstückträger.
Der Spindelkopf 1 einer automatischen, im weiteren nicht dargestellten Fräs-,
Schleif-, Dreh-, oder dergleichen Werkzeugmaschine besitzt eine zentrale
Drehachse 8, eine sich zur Achse 8 senkrecht erstreckende freie Stirnfläche 5 und
einen zentralen sich zur Stirnfläche 5 öffnenden Innenkonus 9. Im Spindelkopf 1 ist
eine axial bewegliche Spannzange 3 rückseitig mit einem ebenfalls nicht gezeigten
Steuermechanismus gekoppelt, der bei anstehendem Werkstückwechsel die
Spannzange 3 zum Freigeben eines bisher benutzten und Ergreifen eines neuen
Werkstücks in Richtung auf die Stirnfläche 5 längs der Achse 8 vorfahren und nach
erfolgtem Ergreifen wieder in die dargestellte Position zurückfahren läßt. Dabei
können das vordere Ende der Spannzange 3 sowie die Form des Innenkonus 9 nach
einer der ISO-Normen ausgelegt sein.
Um ohne tiefgreifenden Umbau des Spindelkopfes 1 diesen für das Anspannen
eines Werkstücks in einer exakten Position bezüglich eines x-, y-, z-Or
thogonalsystems geeignet zu machen ist zunächst ein schlanker und im
wesentlichen zylindrischer Bolzen 30 mit einem Außendurchmesser vorgesehen,
der demjenigen der Spannzange 3 praktisch gleich ist. Das hintere radial verjüngte
Ende 31 des Bolzens 30 ist mit einem Außengewinde versehen und in ein in die
Spannzange 3 eingedrehtes Innengewinde eingeschraubt. Damit stellt sich der
Bolzen 30 als eine axiale Verlängerung der Spannzange 3 in den vom Innenkonus 9
umschlossenen Hohlraum dar und nimmt daher an allen Bewegungen der
Spannzange 3 teil.
Am vorderen Ende 33 trägt der Bolzen 30 ein Kugelgesperre aus mehreren um
seinen Umfang gleich verteilten Kugeln, von denen zwei mit 32 und 34 bezeichnet
sind. Durch eine axiale Ausdrehung 38 am vorderen Ende 33 bleibt am Bolzen 30
eine Ringwand, in deren radialen Durchbohrungen die Kugeln des Kugelgesperres
beschränkt radial beweglich eingefangen sind, wie noch erläutert wird. In den
Boden der Ausdrehung 38 ist mittig ein axialer Bolzenkanal 66 eingebracht, der
mittels eines Stopfens 36 mit über den Boden sich erhebendem Kopf 37
verschlossen ist, auf den ebenfalls noch eingegangen wird.
Weiterhin ist eine Platte 10 mittels Schrauben 21 an der freien Stirnfläche 5
verbolzt, trägt auf ihrer Vorderseite x-y-Referenzen 12, 14, 16, 18 sowie
wenigstens eine z-Referenz 17 und weist eine zentrale Durchgangsöffnung 15 auf,
deren Mittellinie in der Achse 8 liegt und die an ihrem rückwärtigen Ende eine
radiale Erweiterung unter Ausbildung einer radialen Ringschulter 19 besitzt. An
der Rückseite der Platte 10 ist ein Hohlkonus 20 durch Schrauben 26 befestigt,
dessen zentrale Öffnung 22 auf die Achse 8 ausgerichtet ist und den Bolzen 30
axial führend umfaßt. Die konische Außenkontur des Hohlkonus 20 ist an die
Steigung des Innenkonus 9 angepaßt, so daß bei an dem Spindelkopf 1 befestigter
Platte 10 der Hohlkonus 20 fest im Innenkonus 9 sitzt.
Die Öffnung 22 weist in der Nähe der Platte 10 eine radiale Aufweitung 24 mit
einer nach radial außen weisenden Rampe auf, in welche die Kugeln des
Kugelgesperres radial ausweichen können, wenn der Bolzen 30 hinreichend weit
sich nach vorne auf die Platte 10 zu bewegt, und dann nicht mehr in den Innenraum
der Ausdrehung 38 vorstehen (Fig. 2). In einer zurückgezogenen Stellung des
Bolzens gemäß Fig. 1 drängt die Innenwand der Öffnung 22 die Kugeln dagegen
soweit radial einwärts, daß ihre Kalotten in den Innenraum der Ausdrehung 38
vorstehen und dort eine wirksame Kupplung mit einem Zuganker 4 bilden können.
Zu erwähnen ist noch ein Ring 11, der mittels Elementen 13 an der
Außenperipherie der Platte 10 befestigt ist und über deren Vorderseite,
insbesondere über die x-y-Referenzen 12, 14, 16, 18 axial vorsteht.
Der Zuganker 4 ist in einer hier nicht näher erläuterten Weise an der Rückseite
eines Werkstückträgers 2 mittig befestigt und steht aus dieser axial vor. Der
Werkstückträger 2 kann eine Palette sein, auf deren Vorderseite ein oder mehrere
nicht dargestellte Werkstücke gehalten sein können. Der im wesentlichen
zylindrische Zuganker 4 paßt axial beweglich in die Durchgangsbohrung 15 der
Platte 10. In der Nähe seines freien Endes ist der Zuganker 4 mit einer
ringförmigen, radialen und der Form der erwähnten Kugelkalotten angepaßten
Einsenkung 42 versehen und besitzt an seiner freien Stirnfläche eine mittige
Eindrehung 44.
Zum Anspannen der Palette 2 an den Spindelkopf 1 wird zunächst die Spannzange
3 von dem erwähnten Steuermechanismus nach vorne gefahren, so daß die
Stirnfläche 35 des Bolzens 30 vor die Ringschulter 19 gelangt (Fig. 2). Jetzt wird
die Palette 2 so auf die Vorderseite der Platte 10 zu bewegt, daß der Zuganker 4
durch die Durchgangsöffnung 15 hindurch mit seinem vorderen Ende in die
Ausdrehung 38 eintaucht und der Boden der Eindrehung 44 schließlich gegen den
Kopf 37 anliegt. Dabei dringt die Rückseite der Palette 2 in den vom Ring 11 und
der Vorderseite der Platte 10 umschlossenen Raum ein, wobei nicht dargestellte
Profile vorgesehen sind, die das Einfügen der Palette 2 nur in einer von
beispielsweise vier vorgegebenen Drehrichtungen bezüglich der Achse 8 erlauben.
Aus dieser das Anspannen vorbereitenden Position der Palette 2 gemäß Fig. 2
erfolgt das Anspannen selbst durch Rückziehen der Spannzange 3. Dabei werden
die Kugeln 32, 34 (und die weiteren Kugeln) des Kugelgesperres durch die Rampe
der Erweiterung 24 radial einwärts gedrängt, so daß ihre Kalotten in die Einsenkung
42 eingreifen und dadurch den Zuganker 4 an den Bolzen 30 koppeln. Daher folgt
der Zuganker 4 und damit die Palette 2 der Rückwärtsbewegung des Bolzens 30.
Die Rückziehbewegung und damit das Anspannen der Palette 2 sind
abgeschlossen, wenn eine (von mehreren) an der Palettenrückseite ausgebildete
z-Gegenreferenz zur Anlage an die auf der Vorderseite der Platte 10 befindliche
z-Referenz 17 gelangt. Die x-y-Referenzen 12, 14, 16, 18 stehen dann in Eingriff mit
an der Palettenrückseite vorgesehenen x-y-Gegenreferenzen.
Zwecks Erhöhung der Spannkraft können nicht dargestellte, um die
Durchgangsöffnung 15 herum gleichverteilt angeordnete Druckfedern vorgesehen
sein, von denen sich jede auf der Ringschulter 19 abstützt und gegen die
Stirnfläche 35 anliegt.
Ferner sind die Platte 10, der Hohlkonus 20 und der Bolzen 30 von miteinander
kommunizierenden Druckluftkanälen durchzogen, die über einen in die
Außenperipherie der Platte 10 bzw. des Ringes 11 mündenden Radialkanal 62 an
eine externe gesteuerte Druckluftquelle angeschlossen werden können. In vielen
Fällen werden die Druckluftkanäle von der Maschine, an der der Spindelkopf 1
befestigt ist, durch einen die Spannzange mittig durchsetzenden und mit dem
Bolzenkanal 66 fluchtenden Axialkanal 70 mit Druckluft versorgt, wobei dann der
Radialkanal 62 durch einen Stopfen 61 an der Außenperipherie verschlossen ist.
Die Druckluftkanäle dienen dazu, die z-Referenz 17 von Fremdpartikeln
freizuhalten.
Dazu öffnet sich der Radialkanal 62 in der Platte 10 über einen Stichkanal 63 zur
z-Referenz 17. An seinem inneren Ende mündet der Radialkanal 62 in einen
zwischen der Rückseite der Platte 10 und der Vorderseite des Hohlkonus 20
ausgebildeten Ringkanal 64, der seinerseits über einen weiteren Stichkanal 65 im
Hohlkonus 20 und einer Radialbohrung 67 im Bolzen 30 mit dem Bolzenkanal 66
in Verbindung steht.
In einer in den Figuren strichpunktiert dargestellten alternativen Ausführungsform
kann der Bolzen 30 über einen am Ende der Spannzange 3 vorhandenen
Kugelkranz mit den Kugeln 6 und 7 mit der Spannzange 3 gekoppelt werden, der
einen Unterschied zwischen dem vorhandenen Hub der Spannzange 3 zu dem
kleineren, für den Bolzen 30 nur erforderlichen Hub ausgleichen kann. Dazu besitzt
die Spannzange 3 an ihrem vorderen Ende mehrere axial vorstehende und in
Umfangsrichtung gleich beabstandete Finger 51, 53, in welchen Kugeln 6 und 7
radial beschränkt beweglich eingefangen sind. Zwischen einem verdickten hinteren
Ende 52 des Bolzens 30 und einer radialen Anschlagschulter 58 des Bolzens 30
befindet sich ein radial verjüngter und sich axial erstreckender Bolzenabschnitt 55,
längs welchem die Kugeln 6, 7 axial laufen können. Die Innenwand 59 der
Spannzangenführung im Spindelkopf 1 drückt die Kalotten der Kugeln 6, 7 auf den
Bolzenabschnitt 55, so daß der Bolzen bei einer Rückwärtsbewegung der
Spannzange 3 von dieser mitgenommen wird. Der Vorwärtshub des Bolzens wird
durch Anlage der Finger 51, 53 an die Anschlagschulter 58 des Bolzens 30 bewirkt,
die zur Überwindung des genannten Unterschieds entsprechend weit nach vorne
versetzt sein kann, so daß ein Anfangsteil des Spannzangen-Vorwärts- und
-Rückwärtshubes für den Bolzen 30 wirkungslos bleibt.
Das Entkoppeln des Bolzens 30 von der Spannzange 3 wird durch eine radiale
Ausweitung 57 der Innenwand 59 der Spannzangenführung möglich, in welche die
Kugeln 6, 7 radial ausweichen und damit den Bolzen 30 freigeben können.
Claims (9)
1. Am Spindelkopf (1) einer Werkzeugmaschine vorgesehene Kupplung zum
Anspannen eines insbesondere plattenförmigen Werkstückträgers (2),
beispielsweise einer Palette, in einer vorgegebenen, repetierbaren und
präzisen Lage bezüglich eines räumlichen Referenzsystems, wobei der
Spindelkopf (1) eine axial und quer zu seiner Stirnfläche (5) bewegliche
Spannzange (3) aufweist, gekennzeichnet durch eine mit der Stirnfläche (5)
zu verbindende, auf der Vorderseite mit räumlichen Referenzen (12, 14, 16,
18) versehene Platte (10) mit zentraler Durchgangsöffnung (15) für die
Aufnahme eines mit der Rückseite des Werkstückträgers (2) verbundenen
Zugankers (4) sowie durch einen Bolzen (30), dessen vorderes Ende mit dem
Zuganker (4) koppelbar und dessen hinteres Ende mit der Spannzange (3)
verbindbar ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (30) in
der Platte (10) axial geführt ist.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen
an seinem vorderen Ende ein mit einem Profil (42) am Zuganker (4)
zusammenwirkendes Kugelgesperre (32, 34) trägt.
4. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzen an seinem hinteren Ende mit der Spannzange (3) verschraubt
ist.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bolzen an seinem hinteren Ende über einen in ein Bolzenprofil (52, 55)
eingreifenden Kugelkranz (6, 7) mit der Spannzange (3) gekoppelt ist.
6. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Rückseite der Platte (10) ein Hohlkonus (20) befestigt ist, in
dessen axialer Durchgangsbohrung (22) der Bolzen (30) geführt ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bolzen in der Nähe seines hinteren Endes eine radiale Anschlagschulter
(58) als Anlage für die Spannzange (3) aufweist.
8. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzen (30) und die Platte (10) sowie gegebenenfalls der Hohlkonus
(20) kommunizierende Druckmediumkanäle (62, 63, 64, 65, 67, 66)
aufweisen, die in z-Referenzen (17) münden.
9. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine die Spannkraft erhöhende Druckfeder vorgesehen ist, die
sich auf der Platte (10) abstützt und gegen den Bolzen (30) anliegt.
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