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Vorrichtung in einer Werkzeugmaschine zum Steuern der Spannkraft einer
Haltevorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einer Werkzeugmaschine
zum Steuern der Spannkraft einer Haltevorrichtung, die während der Grobbearbeitung
eine hohe und während der Feinbearbeitung eine niedrigere Spannkraft ausüben soll,
wobei die Spannkraft durch einen Druckmittelkolben und eine Ventilsteuerung veränderlich
ist.
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Bei der Grobbearbeitung muß das Werkstück mit einer hohen Spannkraft
gehalten werden, damit das Werkstück durch die auf es einwirkenden großen Bearbeitungskräfte
nicht in der Haltevorrichtung verschoben wird. Bei der nachfolgenden Feinbearbeitung
ist jedoch eine niedrigere Spannkraft ausreichend
und erwünscht,
um die Verformungen des Werkstücks möglichst klein zu halten, die durch die Spannkraft
erzeugt werden und die Genauigkeit beeinträchtigen.
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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird beim Übergang von der
hohen auf die niedrige Spannkraft nur der auf den Druckmittelkolben wirkende Flüssigkeitsdruck
verringert.
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Diese Verringerung führt aber nicht zuverlässig zu einer entsprechenden
Verringerung der Spannkraft, weil das durch die Reibung zwischen den Keilen der
Haltevorrichtung verhindert wird. Diese Reibung führt zu einer Hysterese, die es
verhindert, daß sich die auf das Werkstück ausgeübte Spannkraft verhältnisgleich
zu dem auf den Druckmittelkolben wirkenden Flüssigkeitsdruck ändert, Aus diesem
Grunde ist es bei der bekannten Vorrichtung erforderlich, vor der Feinbearbeitung
des Werkstücks dieses durch Handbedienung vollständig zu entspannen und es dann
erneut mit der niedrigen Spannkraft einzuspannen. Eine solche Vorrichtung ist für
Maschinen mit selbsttätigem Arbeitsablauf ungeeignet. Auch besteht die Gefahr, daß
sich infolge des vollständigen Entspannens des Werkstücks dessen Lage in der Spannvorrichtung
verändert. Auch ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Spannkraft von Hand einzustellen,
eine Fehlerquelle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so auszugestalten,
daß der Übergang von der hohen Spannkraft auf die niedrigere Spannkraft voll selbsttätig
erfolgt, und zwar mit großer Betriebssicherheit.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die für Herabsetzung
der Spannkraft zu beaufschlagende Seite des Kolbens mit einem Druckmittelspeicher
durch ein Ventil verbunden ist, das beim Übergang von der einen Spannkraft zu der
anderen vorübergehend zu öffnen ist. Beim Übergang von
der einen
auf die andere Spannkraft wird durch die Ventilsteuerung die im Speicher enthaltene
Druckmittelmenge so dem Zylinder des Druckmittelkolbens zugeführt, daß dieser die
Haltevorrichtung entspannt. Diese Entspannung erfolgt aber nicht vollständig, weil
die gespeicherte Druckmittelmenge gerade ausreicht, um die Spannkraft bis unter
den zur Feinbearbeitung des Werkstücks erforderlichen Wert zu senken, der die genaue
Einspannlage des Werkstücks gewährleistet.
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Vorzugsweise ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Vor-$ wählen
der herabsetzbaren Spannkraft vorgesehen. Diese Einrichtung kann aus einem fernstellbaren
Druckeinstellventil bestehen.
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Das selbsttätige Vorwählen der Spannkraft ermöglicht es, jede gewünschte
Spannkraft selbsttätig in Stufen oder ungestuft durch ein Programm vorzuwählen.
Man kann daher die Spannkraft der jeweiligen Bearbeitung anpassen und dabei auch
die Einflüsse der Fliehkraft auf die Spannbacken der Haltevorrichtung ausschalten,
wenn das Werkstück mit hoher Drehzahl umläuft.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend
mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen zeigen Fig. 1 ein hydraulisches
Schaltschema der Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 ein den zeitlichen Ablauf
der Spannkraft beim Umschalten darstellendes Diagramm, Fig. 3 ein Schaltschema einer
abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung und Fig, 4 einen
Längsschnitt durch den Druckmittelspeicher.
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Das Druckmittel zum Betrieb der Anlage wird durch eine motorisch
angetriebene Hydropumpe 10 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen geliefert, die
über ein Rückschlagventil 12 eine Druckleitung 14 speist. Ein Ventil 16 steuert
einen
Stellkolben für die Hydropumpe derart, daß diese in der Leitung
14 einen gleichbleibenden Druck aufrecht erhält.
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Ein magnetisch umschaltbarer Umsteuerschieber 20 verbindet die Druckleitung
14 entwedermit dem Eingang 22 eines Druckeinstellventils 24 oder mit dem Eingang
26 eines Druckeinstellventils 28. Die beiden Ventile 24 und 28 sind auf verschiedene
Ausgangs drücke einstellbar. Ihre Ausgänge sind über Rückschlagventile 30 bzw. 32
mit einer Leitung 34 verbunden, an die über eine Leitung 35, ein Umsteuerventil
36 und eine Leitung 37 ein dosierbarer Druckmittel speicher 38 angeschlossen ist.
Dieser ist im Längsschnitt in Fig. 4 dargestellt. Er besteht aus einem Zylinder
40 mit einem Kolben 42, dessen Kolbenstange 44 aus dem Zylinder 40 herausgeführt
ist und durch eine Schraubspindel mit einer Mutter 46 auf einer Feder 48 abgestützt
ist, welche die Schraubspindel umgibt und sich ihrerseits über eine Unterlegscheibe
auf dem Zylinder 40 abstützt.
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Die Leitung 34 ist über einen magnetisch verstellbaren Umsteuerschieber
50, über eine Leitung 52, über einen magnetisch umschaltbaren Umsteuerschieber 54
und über ein Rückschlagventil 56 mit dem einen Ende eines Zylinders 58 verbunden,
dessen Kolben 60 über die Kolbenstange 62 die Spannbacken 64 der Haltevorrichtung
66 festhält. Durch Beaufschlagen der rechten Ringfläche des Kolbens 60 mit dem Druckmittel
wird das Werkstück durch die Spannbacken 64 festgespannt.
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Die linke Kammer des Zylinders 58 ist über ein Rückschlagventil 68
und eine Leitung 70 mit dem Steuerschieber 54 verbunden, während der Umsteuerschieber
36 in der in Fig. 1 veranschaulichten Schaltstellung die Leitung 70 mit einer Abflußleitung
72 verbindet, die zum Vorratsbehälter 18 zurückführt.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Bei der in Fig. 1 veranschaulichten
Einstellung der verschiedenen Ventile wird
das von der Pumpe 10
gelieferte Druckmittel über die Elemente 14, 20, 22, 24, 30, 34, 50, 52, 54 und
56 der rechten Seite des Zylinders 58 zugeführt, was zur Folge hat, daß das Werkstück
von den Spannbacken 64 mit der hohen Spannkraft festgespannt wird, die durch eine
entsprechende Einstellung des Druckeinstellventils 24 bestimmt ist. Bei dieser Einspannung
wird das Werkstück geschruppt. Dabei werden so hohe Schnittkräfte auf das Werkstück
ausgeübt, daß die hohe Spannkraft erforderlich ist, um ein Verrutschen des Werkstücks
in der Haltevorrichtung 66 zu verhindern.
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Ist die Schruppbearbeitung beendet und soll nunmehr die Feinbearbeitung
beginnen, dann werden die Ventile 20, 36 und 50 auf elektrischem Wege umgeschaltet.
Es geschieht dies in dem in Fig, 2 mit 74 bezeichneten Zeitpunkt, Dort ist die hohe
Spannkraft Sl veranschaulicht, die während der Schruppbearbeitung bis zum Zeitpunkt
74 wirksam ist. Die Umschaltung hat nun in der nachstehend erläuterten Weise einen
Abfall der Spannkraft bis zum Wert S2 zur Folge.
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Durch Umschalten des Umsteuerschiebers 20 wird die Leitung 26 statt
der Leitung 22 mit der Druckleitung 14 verbunden. Das führt dazu, daß der Leitung
34 nunmehr über das Rückschlagventil 32 das auf einen niedrigeren Druck eingestellte
Druckmittel zugeführt wird, das vom Ausgang des Druckeinstellventils 28 geliefert
wird. Gleichzeitig wird die Leitung 52 von der Leitung 34 getrennt und mit der Abflußleitung
72 verbunden. Ein sofortiger Druckabfall in der rechten Kammer des Zylinders 58
wird indessen durch das Rückschlagventil 56 verhindert. Die Umschaltung des Ventils
36 führt dazu, daß der Speicher 38 über die Leitung 37, die Ventile 36 und 54, die
Leitung 70 und das Rückschlagventil 68 mit der linken Seite des Zylinders 58 verbunden
wird. Infolgedessen übt der Flüssigkeitsdruck auf den Kolben 60 eine nach rechts
gerichtete Kraft aus, welche die Spannkraft bis auf den Wert S2 verringert.
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Der Speicher ist durch die Mutter 46 indessen so eingestellt, daß
er bei Verschiebung des Kolbens 60 nach rechts sehr schnell erschöpt ist und daher
die Spannkraft keineswegs auf 0 sondern
nur auf den Wert S2 verringern
kann. Diese Verringerung ist im Zeitpunkt 75, Fig. 2, erreicht, In diesem Zeitpunkt
werden die Ventile 36 und 50 wieder elektromagnetisch umgeschaltet.
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Das hat zur Folge, daß die Leitung 52 wieder mit der Leitung 34 verbunden
wird und daß diese über die Leitung 35, das Ventil 36 und die Leitung 37 den Speicher
38 wieder auflädt. Es wirkt nunmehr das von dem Durckeinstellventil 28 gelieferte
Druckmittel mit der Spannung S3 auf die rechte Seite des Zylinders 58.
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Damit sich der Kolben 60 zwischen den Zeitpunkten 74 und 75 nach
rechts verschieben kann, muß in diesem Zeitraum das Rückschlagventil 56 mit der
Abflußleitung verbunden und geöffnet werden. Das Öffnen geschieht durch eine Leitung
78, welche die Leitung 70 mit einem im Gehäuse des Rückschlagventils 56 vorgesehenen
Ausrückmechanismus verbindet, Das Verbinden des Rückschlagventils 56 mit der Abflußleitung
erfolgt über das Umsteuerventil 50 auf folgendem Wege: 56, 54, 52, 50 und 72. Es
fließt daher das Drucköl aus der rechten Kammer des Zylinders 58 ab. Das Maß, um
das sich dabei der Kolben 60 verschiebt, hängt von der Druckmittelmenge ab, die
der linken Kammer des Zylinders 58 von dem Speicher 38 geliefert wird.
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Die Speichermenge ist nun so stark begrenzt, daß der Verschiebeweg
des Kolbens 60 entsprechend gering ausfällt. Auf diese Weise kann verhindert werden,
daß die Spannkraft der Haltevorrichtung unter den Betrag S2 sinkt, Zum Ausspannen
des Werkstücks wird der Umsteuerschieber 54 elektromagnetisch umgeschaltet. Er verbindet
dann die Leitungen 52 und 70 miteinander. Die Pumpe 10 fördert dann
auf
dem Wege 14, 26, 32, 34, 50, 52, 54, 70 das Druckmittel zur linken Kammer des Zylinders
58, wodurch die Kolbenstange 62 nach rechts verschoben wird und die Spannbacken
64 öffnet.
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Das Rückschlagventil 56, das durch den über die Zweigleitung 78 zugeführten
Druck geöffnet gehalten wird, ist dann über das Umsteuerventil 50 mit der Abflußleitung
72 verbunden, so daß das Drucköl aus der rechten Kammer des Zylinders 58 abfließen
kann.
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Zum Einspannen eines neuen Werkstücks werden die Umsteuerschieber
20 und 54 wieder in die dargestellte Lage zurückgeführt. Die Kolbenstange 62 läuft
dann nach links0 Dabei ist die linke Kammer des Zylinders 58 über die Leitungen
70 und 72 auf Abfluß geschaltet, wobei das Rückschlagventil 68 über den durch eine
Steuerleitung 80 zugeführten Druck geöffnet wird.
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Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der
mit Bezug auf Fig. i erläuterten nur dadurch, daß die beiden Druckeinstellventile
24 und 28 durch ein motorisch verstellbares Druckeinstellventil 82 ersetzt sind.
Der Stellmotor 84 dieses Ventils kann über ein Potentiometer programmgemäß gesteuert
werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, den Motor 84 in Abhängigkeit von der
Drehzahl derart zu steuern, daß die Spannkraft mit steigender Drehzahl gesteigert
und mit sinkender Drehzahl verringert wird. Infolgedessen kann der Einfluß ausgeschaltet
werden, den die Fliehkraft auf die Spannbacken 64 ausübt.
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Es kann daher jede gewünschte Spannkraft selbsttätig in Stufen oder
ungestuft durch ein Programm vorwählbar eingestellt und der jeweiligen Bearbeitung
selbsttätig angepaßt werden.
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Das bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Endgenauigkeit des Werkstücks
zu steigern, weil bei der Feinbearbeitung eine geringere Verformung des Werkstücks
durch die Spannbacken 64 herbeigeführt wird.