DE2409132A1 - An einer werkzeugmaschinenspindel befestigbares spannfutter - Google Patents

Description

N. A. ¥00DW0RTH COMPANY

1300 East Nine Mile Road,
Detroit, Michigan 48220/USA

Hamburg, ^dei* 25. Februar 1974

An einer Werkzeugmaschinenspindel "befestigbares Spannfutter

Die Erfindung betrifft Spannfutter der allgemeinen Art, die an einer Werkzeugmaschinenspindel befestigbar sind, um ein Werkstück während eines Bearbeitungsvorganges genau zu halten. Bei Spannfuttern zum Einspannen langgestreckter Werkstücke, wie z«B. Kegelventile für M_otoren, Wasserpumpenwellen und austauschbare Lochstanzwerkzeuge od. dgl. treten oft Probleme auf, da die Werkstücke ein wesentliches Stück aus den Spannbacken vorstehen, um einen ausreichenden Zugang für das Schneidwerkzeug zu schaffen, das an der Fläche des zu bearbeitenden Werkstücks angreift. Der über die Spannbacken hinaus vorstehende nicht abgestützte Vorsprung des

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V/erkstücks verstärkt jede Fehlausrichtung zwischen der Achse des Werkstücks und der Längsachse des Spannfutters sowie der Werkzeugmaschine, was die in vielen Fällen erforderliche Maßgenauigkeit beeinträchtigt.

Die Federung des nicht abgestützten Werkstückabsc*>nitts, der aus den Spannbacken vorsteht, bringt auch einige Schwierigkeiten bei der gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit und/oder der Oberflächenbeschaffenheit mit sich. Wie schwerwiegend dieses Problem ist, hängt in gewissem Maße von der Art der durchzuführenden Bearbeitung von der Art des zu bearbeitenden Werkstücks und von dem Abstand vom vorderen Ende-der Spannbacken, an dem die Bearbeitung stattfindet, ab.

Einige der vorstehenden Problem sind durch die Verwendung von Spannbacken mit doppelten, federnden Platten, wie sie in der US-PS 2 565 430 der Anmelderin dieser Erfindung gezeigt sind, gelöst worden. Die Kosten dieser Spannbacken mit doppelten, federnden Platten und der hohe Grad der Sorgfalt und Erfahrung, die für eine genaue Einstellung erforderlich sind, haben eine weitgehende Verwendung derselben verhindert. Zu der Schwierigkeit,diese Spannfutter genau ausgerichtet zu halten, kommt die allmählige Abnutzung bei der Verwendung der Spannbacken und der periodische Wechsel der zu bearbeitenden Werkstücke hinzu, was eine Änderung des Spannfutters oder eine Hauptnachstellung der Spannbacken erforderlich macht, um diese verschiedenen Werkstücke aufnehmen zu können.

Das Spannfutter gemäß der Erfindung überwindet diese bei

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den vorbekannten Spannfuttern auftretenden Probleme und Wachteile durch die Schaffung eines Spannfutters, das eine lange Lebensdauer, eine einfache Konstruktion, eine vielseitige Verwendbarkeit und eine leichte Einstellbarkeit aufweist, wobei die genaue Einstellung aufrecht erhalten bleibt und das Spannfutter wirtschaftlich herstellbar ist.

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden bei einem an einer Werkzeugmaschinenspindel befestigbarem Spannfutter dadurch erreicht, daß an einem Spannfutterkörper mehrere an einem Werkstück angreifende Spannbacken angeordnet sind, die gegenüber der Längsachse des Spannfutters radial zwischen einer am Werkstück angreifenden und einer das Werkstück freigebenden Stellung bewegbar sind. Gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist jede Spannbacke eine zusammengesetzte Konstruktion auf, die aus einem am Spannfutterkörper abgestützten Hauptabschnitt und einem entfernbar daran befestigten Einsatzabsc^nitt aufweist, der entfernbar am Hauptabschnitt befestigt ist und die Eingriffsfläche der Spannbacke bildet. Der Einsatzabschnitt ist mit einem ersten, das Werkstück im wesentlichen starr erfassenden Greiferteil und einem mit axialem Abstand dazu angeordneten, federnd nachgiebig am Werkstück angreifenden zweiten Greiferteil versehen, welch letzteres zur Stabilisierung des Werkstücks dient.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist das Spannfutter eine zusammengesetzte Konstruktion auf, einschließlich eines Befestigungsflansches zur Anbringung des Spannfutters an einer Werkzeugmaschinenspindel derart,

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daß seine Längsachse im wesentlichen mit der Drehachse der Werkzeugmaschinenspindel zusammenfällt. Sine Ausrichtplatte ist verstellbar am Befestigungsflansch angebracht und trägt die am Werkstück angreifenden Spannbacken. Die Ausrichtplatte ist gegenüber dem Befestigungsflansch begrenzt verschwenkbar, so daß die mittlere Achse der Spannbacken genau fluchtend mit der Längsachse der Werkzeugmaschinenspindel eingestellt werden kann, um eine genaue Fertigbearbeitung des eingespannten Werkstücks sicherzustellen.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Ss zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsteilschnitt eines Spannfutters gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein typisches Werkstück, wie z.B. ein Kegelventil für einen Motor gezeigt ist, das genau mit Bezug auf ein Schneidwerkzeug eingespannt ist; und

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansichts des in Fig. 1 gezeigten Spannfutters.

Das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel eines Spannfutters 10 ;;ciilief^i ein Membraneplattenfutter, das am Ende einer Werkzeugmaschinenspindel 12 befestigbar ist. Das Spannfutter 10 weist einen zusammengesetzten Körper einschließlich eines Befestigungsflansches 14, einer Ausrichtplatte 16, die verstellbar am Befestigungsflansch angebracht ist und eine

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Membraneplatte 18 auf, welch letztere an der Ausrichtplatte, (Vie Torderseite des Spannfutters überlagernd, befestigt ist.

Der Befestigungsflansch 14 ist am Ende der Spindel 12 im wesentlichen axial mit der opindelachse fluchtend mittels einer sich axial einwärts erstreckenden Kegelbohrung 20, in die eine am Ende der Spindel vorgesehene Kegelschulter 22 eingreift, ausgerichtet. Der Befestigungsflansch ist mit 6 Inbusschrauben 24 an der Spindel befestigt (siehe Fig.i), die sich einwärts durcb Bohrungen 26 erstrecken, die in der gegenüberliegenden Seite des Befestigungsflansches vorgesehen sind und die in Gewindelöcher der Spindel eingeschraubt sind.

Der Befestigungsflansch ist ferner mit einer axialen Bohrung 28 versehen, in der der vorstehende Endabschnitt einer Schuboder Zugstange 30 gleitend angeordnet ist, die ein Bestandteil der Werkzeugmaschinenspindel bildet und von einer beliebigen bekannten Art sein kann. Die Schubstange 30 kann in bekannter 7/eise mechanisch oder hydraulisch betätigbar sein und greift an der angrenzenden Stirnfläche einer mit einem Flansch versehenen Schubbuchse 32 an, die gleitend in einer Bohrung 34 im vorderen Abschnitt des Befestigungsflanscbes 14 angeordnet ist und sich axial fluchtend zur Bohrung 28 erstreckt. Die Länge der axialen ELn- und Herbewegung der Schubbuchse 32 nach außen mit Bezug auf die Bohrung 34 ist durch das Zusammenwirken zwischen einer an der Verbindungsstelle der Bohrungen 28 und 34 gebildeten Schulter 36 und der benachbarten Stirnfläche eines am hinteren Ende der Schubbuchse

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32 vorgesehenen Umfaagsflansches 38 begrenzt. Die axiale Hin- und Herbewegung der Schubbuchse 32 mittels der Schubstange 30 bewirkt eine axiale Durchbiegung der Membraneplatte 18 und eine radiale Bewegung mehrerer Spannbacken 40, die an der vorderen Stirnfläche der Membraneplatte befestigt sind, wobei die Art und Weise sowie der Zweck nachfolgend beschrieben werden soll.

Die Vorderseite des Befestigungsflansches ist zur Aufnahme der Ausrichtplatte 16 ausgenommen und weist einen sich nach hinten und außen erstreckenden Kegel 42 auf, der eine sich radial erstreckende Kugelfläche 44 schneidet, deren Mittelpunkt im wesentlichen auf der Längsachse des Befestigungsflansches und vorzugsweise vor den Spannbacken liegt. Die Ausriebtplatte 16 ist auf der Bückseite mit einer entsprechenden Kugelfläche 46 versehen, die gleitend an der Kugelfläche 44 anliegt. Die Ausrichtplatte 16 ist entlang ihrem inneren Abschnitt mit einem Kegel 48 versehen, der mit Spiel gegenüber dem Kegel 42 des Befestigungsflansches angeordnet ist. Die gleitende Zusammenwirkung zwischen den Kugelflächen 44 und 46 gestattet eine begrenzte Schwenkbewegung der Ausrichtplatte gegenüber dem Befestigungsflansch, so daß die mittlere Achse der Spannbacken und folglich die Längsachse eines Werkstucks, wie z.B. ein Kegelventil 50, so eingestellt werden kann, daß es axial genau mit der Drehachse des Spannfutters und der Werkzeugmaschinenspindel fluchtet.

Die Einstellung der Ausrichtplatte axial fluchtend zum

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Befestigungsflansch erfolgt durch vier Inbusschrauben 52, die in gleichen Umfangsteilungen angeordnet sind und in radiale Gewindelöcher 54 im Umfang der Ausrichtplatte eingreifen. Die inneren Enden der Stellschrauben 52 greifen an Abflachungen 56 des Kegels 42 des Befestigungsflansches 14 an und ermöglichen eine geeignete Schwenkverstellung der beiden Teile relativ zueinander. Nachdem die genaue Einstellung bewerkstelligt ist, wird die Ausrichtplatte in der eingestellten Stellung durch vier Inbusschrauben 58 verriegelt, die sich axial einwärts von der Vorderseite der Ausrichtplatte erstrecken und in Gewindelöcher im Umfang des Befestigungsflansches eingeschraubt sind.

Der vordere Umfangsabschnitt der Ausrichtplatte 16 ist mit einer ringförmigen, rechteckigen Ausnehmung 60 versehen, in der der Umfangsrandabschnitt 62 der Membraneplatte 18 aufgenommen ist. Die Membraneplatte 18 ist ebenfalls verstellbar angebracht, um eine Zentrierung derselben und der von ihr getragenen Spannbacken zur Längsachse des Spannfutters und der Drehachse der Werkzeugmaschinenspindel zu gestatten. Eine ordnungsgemäße Zentrierung der Membraneplatte und der Spannbacken wird durch vier Inbussteilschrauben 64 erreicht, die in sich radial erstreckenden Gewindelöchern 66 angeordnet sind. Die Gewinäelöcher 66 sind in gleichen Umfangsteilungen im Randabschnitt 62 der Membraneplatte18 vorgesehen. Die inneren Enden der Stellschrauben 64 greifen an der sich axial erstreckenden, ringförmigen Fläche der Ausnehmung 60 an, so daß eine Terstellung der Membraneplatte in einer Ebene quer zur Läsgsacbse des Spannfutters vorgenommen werden kann,

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um die Mittenachse der Spannbacken genau zu zentrieren. Nachdem die genaue Einstellung bewerkstelligt ist, wird die Membraneplatte an der Ausrichtplatte durch acht Schrauben befestigt, die sich von der vorderen Stirnfläche des Randabschnitts der Membraneplatte einwärts erstrecken und in sich axial erstreckende Gewindelöcher 70 im Umfangsabschnitt der Ausrichtplatte eingeschraubt sind.

Die Membraneplatte 1 8 hat einen im wesentlichen tellerförmigen Querschnitt, wobei in der Mitte eine Bohrung 72 vorgesehen ist, in der der vordere Bndabschnitt der Schubbuchse gleitend angeordnet ist. Die Innenfläche der Membraneplatte und die Scbubbuchse sind durch einen O-Ring 74 und eine flache Scheibe 76 abgedichtet, welch letztere zwischen der Schubbuchse und der hinteren Stirnfläche der Membraneplatte angeordnet ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Spannbacken 40 ein beträchtliches Stück von der Stirnfläche der Membraneplatte vor, um eine beträchtliche Hebelwirkung an den Hauptabschnitten 78 der Spannbacken und der Backeneinsätze, die von denselben getragen werden, auszuüben, um eine feste Halterung eines im Spannfutter eingespannten Werkstückes sicherzustellen. Fahrend in der Zeichnung vier Spannbacken gezeigt sind, können drei oder mehr als vier Spannbacken ebenfalls befriedigend verwendet werden. Die Hauptabschnitte 78 der Spannbacken sind fest mit der äußeren Stirnfläche der Membraneplatte 18 verbunden und mit zwei sich radial erstreckenden Bohrungen 82 im vorderen oder äußeren Ende zur Aufnahme von Inbusscbrauben 84 versehen, die zur Befestigung der

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Backeneinsätze 80 dienen.

Jeder Backeneinsatz 80 hat eine längliche Form und erstreckt sieb in Längsrichtung der Spannfutteracbse. Ein erstes Greiferteil 86 ist am vorderen oder äußeren Abschnitt des Backeneinsatzes angebracht und starr an dem übergreifenden vorderen Teil des Hauptabschnitts 78 abgestützt. Sin zweites Greiferteil 88 ist am inneren oder hinteren Abschnitt des Backeneinsatzes befestigt. Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, hat der vordere Abschnitt des Backeneinsatzes an dem das erste Greiferteil befestigt ist, einen vergrößerten Querschnitt, um das erste Greiferteil 86 starr abzustützen, welches seinerseits fest am Schaft des Werkstücks angreift, wie beispielsweise ein im Spannfutter eingestanntes Kegelventil 50. Das zweite Greiferteil 88 ist am hinteren Abschnitt des Backeneinsatzes 80 befestigt und hat, wie ersichtlich, einen verminderten querschnitt und erstreckt sieh axial nach hinten in nichtabgestützter Beziehung zum Hauptabschnitt 78 in Form eines federnden Fingerabschnitts 90. Der Fingerabschnitt 90 ist demgemäß geeignet, beim Einspannen des Werkstücks mittels der zweiten Greiferteile radial durchzufedern, um eine begrenzte Schwenkbewegung des Werkstücks 50 um einen Punkt zu gestatten, der zwischen den vorderen Greiferteilen 86 liegt. Bei dieser Anordnung erfolgt die Haupteinspannung des Werkstücks durch die ersten Greiferteile 86, während die zweiten Greiferteile 88 als Stabilisierungsstützen dienen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung können die

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Backeneinsätze 80 ohne weiteres ausgetauscht werden, indem die Schrauben 84 entfernt und andere Backeneinsätze an den Hauptabschnitten 78 befestigt werden, um Werkstücke mit einem anderen Durchmesser einspannen zu können, wobei dieser Austausch, ohne die Einstellung des Spannfutters wesentlich zu stören, erfolgen kann. Das vorstehende Merkmal ermöglicht auch einen

en schnellen und einfachen Austausch der BacSeinsätze im Falle eines Bruches oder infolge von Abnutzung, was von Zeit zu Zeit erforderlich sein kann. Um die Abnutzung zu vermindern, werden die Backeneinsätze vorzugsweise aus Hartmetall, wie z.B. (Dungstenkarbid herges te 11t.

Die Erfindung sieht auch vor, daß die Werkzeugmaschinenspindel mit einer sich längserstreckenden Auswerferstange 92 versehen ist, die sich durch die mittlere Bohrung 94- der Werkzeugmaschinenspindel 30 und durch eine Bohrung 96 der Schubbuchse 32 er steckt. Zwei Dichtungen 98 sind in den mittleren Bohrungen 94 und 96 angeordnet, die die Auswerferstange 92 abdichten und das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Spannfutters verhindern. Das äußere Ende der Auswerferstange 92 stößt in axialer Ausrichtung am inneren Ende des Werkstücks 50 an und ist in bekannter Weise betätigbar, um das Werkstück aus den Spannbacken auszustoßen, wenn ein Bearbeitungsvorgang gemäß einem vorbestimmten Arbeitsgang der Werkzeugmaschine beendet ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Schleifscheibe 100 in strichpunktierten Linien gezeigt, die in Schleifeingriff mit der Fläche 102 des Kegelventils 50 steht, um eine genaue Oberflächenbearbeitung konzentrisch zur Achse

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des Ventilschaftes durchzuführen. Ursprüngliche, an der Ventilstirnfläche vorhandene TJnreglmäßigkeiten werden durch die federnden zweiten Greiferteile 88 der Backeinsätze aufgenommen, so daS eine genaue Bearbeitung und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit sichergestellt ist. Normalerweise greifen die ersten Teile 86 mit einem Druck von etwa 0,9QS kgm am Ventil 50 an, wohingegen die zweiten, hinteren Greiferteile das Werkstück mit einem Druck von etwa 0,276 kgm erfassen.

Bs dürfte ersichtlich sein, daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in einfacher und vorteilhafter Weise gelost worden ist, wobei es jedoch einleuchten dürfte, daß -änderungen im Rahmen der Ansprüche, ohne vom Erfindungs ge danken abzuweichen, möglich sind.

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Claims (12)

Έ_ a tentansprüche

1.J An einer Werkzeugmascbinenspindel befestigbares Spannfutter, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Spannfütterkörper (10) mehrere an einem Werkstück (50) angreifende Spannbacken (40,80) angeordnet sind, die gegenüber der Längsachse des Spannfutters radial sswischen einer am Werkstück angreifenden und einer das Werkstück freigebenden Stellung bewegbar sind, und daß jede Spannbacke (40) mit einer am Werkstück angreifenden Spannfläche versehen ist, die ein erstes, im wesentlichen starr am Werkstück (50) angreifendes Greiferteil (86) und ein zweites, mit axialem Abstand dazu angeordnetes, nachgiebig am Werkstück angreifendes Greiferteil (88) aufweist.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Spannbacken (40) in gleichen Umfangsabständen um die Längsachsen des Spannfutters (10) angeordnet sind.

3. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Spannbacken (40) in gleichen Umfangsabständen um die Längsachse des Spannfutters (10) angeordnet sind.

4. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spannbacken (40) eine zusammengesetzte Konstruktion aufweist und einen am Spannfutterkörper (10) abgestützten Hauptabschnitt (78) und einen entfernbar am Hauptabschnitt befestigten Backeneinsatz (80) einschließt, der die am Werkstück (50) angreifenden Greiferteile (86,88) aufweist.

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5. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Greiferteil (86,88) konzentrisch um die Längsachse des Spannfutters (10) angeordnet sind.

6. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Greiferteil (86) mit Bezug auf das Spannfutter (10) einen axialen, nach außen gerichteten Abstand vom zweiten Greiferteil (88) aufweist.

7. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (40) an einer federnden Membraneplatte
(18) befestigt und in Ansprache auf eine axiale Durchbiegung der Membraneplatte (18) radial beweglich sind.

8. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Backeneinsatζ (88) eine längliche, sich axial zur
Längsachse des Spannfutters (10) erstreckende Form hat und
einen ersten, starr am Hauptabschnitt (78) abgestützten Abschnitt (80), an dem das erste Greiferteil (86) angeordnet
ist, und einen mit axialem Abstand angeordneten zweiten Abschnitt (90) aufweist, der sich freitragend radial durchbiegbar gegenüber dem ersten Abschnitt (80) erstreckt und an dem das zweite Greiferteil (88) angeordnet ist.

9. Spannfutter, gekennzeichnet durch folgende Kombination:

einen Spannfutterkörper (10) mit einem an einer Werkzeugmaschinenspindel (12) so anbringbaren Befestigungsflansch
(14) ie*, daß seine Längsachse im wesentlichen mit der Längsachse der Spindel (12) fluchtet;

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eine Ausrichtplatte (16), die verstellbar am Befestigungsflansch (14) befestigt ist;

mehrere, am Wertstück (50) angreifende Spannbacken (40), die an der Ausrichtplatte (16) abgestützt sind und radial gegenüber einer sich längserstreckenden mittleren Achse zwischen einer Spann- und einer Freigabestellung des Werkstücks beweglich sind; und

erste, zusammenwirkende Elemente (52,44,46) zur Winkeleinstellung der Ausrichtplatte (16) gegenüber dem Befestigungsflansch (14), um die mittlere Achse axial fluchtend zur Längsachse der Werkzeugmaschinenspindel (12) einzustellen.

10. Spannfutter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zweite, zusammenwirkende Elemente (60,64) zur Quereinstellung der Spannbacken (40) gegenüber dem Befestigungsflansch (14) vorgesehen sind, um die mittlere Achse zur Längsachse der Werkzeugmaschinenspindel (12), an der das Spannfutter (10) befestigt ist, zu zentrieren.

11. Spanfutter nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die ersten zusammenwirkenden Elemente (52,44,46) aus einer am Befestigungsflansch (14) vorgesehenen Kugelfläche (44), deren Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen auf der Längsachse des Befestigungsflansches (14) liegt, und einer an der Ausrichtplatte (16) vorgesehenen komplementären Kugelfläche (46) bestehen, die in einstellbarem Anlageeingriff miteinander stehen.

12. Spannfutter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungsvorrichtung (58) vorgesehen ist, mit der die Ausrichtplatte (16) und der Befestigungsflansch (14) in

der gewünschten eingestellten Stellung festsellbar sind.

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