DE2458958B2 - Vorrichtung zum Steuern der hydraulischen Spannkraft des Werkstückfutters einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-AS 11 40 044) ist der einstellbare Raum, der aus dem Hubraum eines Zylinders mit einem Kolben besteht und durch eine Anschlagschraube für den Kolben versteilbar ist, vor dem Zuschalten zu dem doppelt wirkenden Zylinder auf Abfluß geschaltet. Nach seinem Zuschalten zu demjenigen Hubraum des doppelt wirkenden Zylinders, der beim öffnen des Futters auf Abfluß geschaltet wird, nimmt er das Druckmittel auf, das beim formschlüssigen Verstellen des Futters in öffnungsrichtung unter hohem Druck von dem Kolben des doppelt wirkenden Zylinders verdrängt wird, wenn auf diesen Kolben das beschränkte Flüssigkeitsvolumen unter hohem Druck einwirkt. Der Kolben des doppelt wirkenden Zylinders kann sich daher nur um diejenige Strecke Verschieben, nach deren Zurücklegung das von ihm verdrängte Flüssigkeitsvolumen den einstellbaren Raum vollständig gefüllt hat. Die Länge der Strecke hängt daher von der Einstellung der Anschlagschraube ab. Bearbeitet man mit einem und demselben Futter verschiedenartige Werkstücke, die verschieden starke Schließkräfte des Futters erfordern, dann führt die Verwendung verschieden hoher hydraulischer Drücke zum Schließen des Futters dazu, daß die Zugstange des Futters unterschiedlich gedehnt wird und der Kolben im doppelt wirkenden Zylinder daher verschiedene Stellungen einnimmt, auch wenn die mit verschiedenen Schließkräften eingespannten Werkstücke denselben Durchmesser haben und sicii das Futter daher in derselben Stellung befindet. Je größer die Schließkraft ist, um so weiter ist dann im doppelt wirkenden Zylinder der Kolben vom Futter entfernt. Trotzdem aber muß das am Futter angreifende Ende der Kolbenstange jedesmal in dieselbe Endstellung gelangen, wenn zum Lockern des Futters dem Kolben im doppelt wirkenden Zylinder das beschränkte Flüssigkeitsvolumen unter hohem Druck zugeführt ist. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann man sich darauf verlassen, daß das Futter zwar entspannt wird, aber das Werkstück auch festhält.

Die Erfüllung dieser Bedingung erfordert es also, daß

das beschränkte Flüssigkeitsvolumen um so größer bemessen wird, je höher die Schließkraft des Futters ist.

s Bei der bekannten Vorrichtung verschiebt sich aber der Kolben im doppelt wirkenden Zylinder beim Lockern des Futters stets um dieselbe Strecke, die von der Einstellung der Stellschraube abhängt Darum muß man die Anschlagschraube jedes Mal verstellen, wenn

ίο man beim Übergang auf ein anderes Werkstück einen anderen Wert des hohen hydraulischen Drucks wählt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Notwendigkeit dieser Maßnahme zu erübrigen und zu erreichen, daß sich die Verschiebungsstrecke des Kolbens im doppelt wirkenden Zylinder beim Lockern des Futters von selbst dem jeweils wirksamen hohen hydraulischen Druck anpaßt, der vor dem Lockern das Futter geschlossen hält

Diese Aufgabe ist erfindungsgeinäß durch die im kennzeichnenden TeiJ des Anspruchs ] angegebene Ausgestaltung der Vorrichtung gelöst

Dank dieser Ausgestaltung bemißt der Druckmittelspeicher das beschränkte Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von dem hydraulischen Druck, mit dem er vor dem Zuschalten gefüllt war.

Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt besteht in dem Fortfall der Notwendigkeit, an dem einstellbaren Raum jedes Mal dann eine Verstellung von Hand vorzunehmen, wenn man beim Übergang auf ein anderes Werkstück ein anderes Maß des hohen hydraulischen Druckes wählt, der das Futter bei der Grobbearbeitung des Werkstücks geschlossen hält. Nur dann braucht man unter Umständen eine Verstellung von Hand am Energiespeicher vorzunehmen, wenn man das Futter auswechselt

Vorzugsweise ist der einstellbare Energiespeicher ein Tellerfederpaket Da es sich bei dem beschränkten Flüssigkeitsvolumen um wenige Kubikmillimeter handelt, bewirkt der Energiespeicher beim Erschöpfen des Druckmittelspeichers nur eine außerordentlich geringe Verschiebung, die aber unter sehr hohem Druck erfolgen muß. Diese Forderung erfüllt aber ein Tellerfederpaket weit besser als andere Energiespeicher, etwa Schraubenfedern.

Es ist auch bereits zum Steuern der hydraulischen Spannkraft des Werkstückfutters einer Werkzeugmaschine eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 12 48 431), die einem das Futter öffnenden und schließenden doppelt wirkenden Zylinder für die Grobbearbeitung des

so Werkstücks einen hohen und für die Feinbearbeitung einen niedrigen hydraulischen Druck liefert und beim Umschalten auf den niedrigen Druck dem Zylinder zum foriTiischlüssigen Verstellen des Futters in Öffnungsrichtung unter hohem Druck ein beschränktes Flüssigkeitsvolumen aus einem Druckmittelspeicher zuführt, der während der Grobbearbeitung mit dem hohen Druck aufgeladen wird, der auf das Futter wirkt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das beschränkte Flüssigkeitsvolumen aber nicht durch Zuschalten eines einstellbaren Raumes, sondern durch Drosselung beschränkt. Auf diese Weise läßt sich aber eine genaue Dosierung des beschränkten Flüssigkeitsvolumens nicht erreichen, weil die Drosselwirkung von der wechselnden Viskosität der hydraulischen Flüssigkeit und von unvermeidlichen Verunreinigungen abhängt

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sein nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein hydraulischer Schaltschema der Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein den zeitlichen Ablauf der Spannkraft beim Umschalten darstellenden Diagramm,

Fi g. 3 ein Schaltschema einer abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Druckmittelspeichers.

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. Ein magnetisch umschaltbarer Umsteuerschieber 20 verbindet die Druckleitung 14 entweder mit dem Eingang 22 eines Druckeinstellventils 24 oder mit dem Eingang 26 eines Druckeinstellventils 28. Die beiden Ventile 24 und 28 sind auf verschiedene Ausgangsdrücke 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 Druckmittelspeicher 38 angeschlossen ist, der aus einem Zylinder mit einem durch eine Feder vorgespannten Kolben besteht. Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform ist die Stange 44 des Kolbens 42 aus dem Zylinder 40 herausgeführt und durch eine Schraubspindel mit einer Mutter 46 auf einem Tellerfederpaket 48 abgestützt, welches die Schraubspindel umgibt und sich seinerseits über eine Unterlegscheibe auf dem Zylinder 40 abstützt.

Die Leitung 34 ist über einen magnetisch verstgellbaren 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.

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

Die Arbeitsweise ist folgende: Bei der in F i g. 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, während die linke Seite des Zylinders 58 über die Leitungen 70 und 72 auf Abfluß geschaltet ist. Das hat zur Folge, daß das Werkstück von den Spannbacken 64 mit der hohen Spannkraft festgespannt wird, die durch eine entsprechende Einstellung des Druckeinütellventils 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.

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 51 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 52zur Folge.

Durch Umschalten des Umsteuerjchiebers 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 niedrigen Druck eingestellte Druckmitte! 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 die Leitung 35 mit der Abflußleitung 72 verbunden und dadurch entspannt wird und 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 Flüssigkeifsdruck auf den Kolben 60 eine nach rechts gerichtete Kraft aus, welche die Spannkraft bis auf den Wert 52 verringert. Der Speicher ist durch die Mutter 46 indessen so eingestellt, daß er bei Verschiebung des Kolbens 60 nach rechts sehr schnell erschöpft ist und daher die Spannkraft keineswegs auf O sondern nur auf den Wert 52 verringern kann. Diese Verringerung ist im Zeitpunkt 75, Fig.2, erreicht. In diesem Zeitpunkt werden die Ventile 36 und 50 wieder elektromagnetisch umgeschaltet. 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 Druckeinstellventil 28 gelieferte Druckmittel mit der Spannung 53 auf die ι echte Seite des Zylinders 58.

Lamit 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. 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 52 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. Das Rückschlagventil 56, das durch den über die Zweigleitung 78 zugeführten Druck geöffnet gehalten wird, ist dann über das Umsteuerventil 50 mit der Abflußleitung

b5 72 verbunden, so daß das Drucköl aus der rechten Kammer des Zylinders 58 abfließen kann.

Zum Einspannen eines neuen Werkstücks werden die Umsteuerschieber 20 und 54 wieder in die dartresielltp

Lage zurückgeführt. Bis zu diesem Zeitpunkt war der Speicherzylinder 38 nur mit dem niedrigen Druck aufgeladen. Er erhält nun durch die Umschaltung des Steuerschiebers 20 den hohen Druck. Die Kolbenstange 62 läuft dann nach links. 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.

Die in F i g. 3 gezeigte Ausfiiihrungsform unterscheidet sich von der mit Bezug auf Fig. 1 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.

Es kann daher jede gewünschte Spannkraft selbsttätig in Stufen oder ungestuft durch ein Programm vorwählbar eingestellt und der jeweiligen Bearbeitung selbsttätig angepaßt werden. Das bietet die vorteilhafte

ίο Möglichkeit, die Endgenauigkeit des Werkstücks zu steigern, weil bei der Feinbearbeitung eine geringere Verformung des Werkstücks durch die Spannbacken 64 herbeigeführt wird.

Die Einstellung der Mutter 46 hängt nur von der Art des verwendeten Futters, nicht aber von der Art des bearbeiteten Werkstücks ab.

Hicizu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zum Steuern der hydraulischen Spannkraft des Werkstückfutters einer Werkzeugmaschine dienende Vorrichtung, die einem das Futter öffnenden und schließenden doppelt wirkenden Zylinder für die Grobbearbeitung des Werkstücks einen hohen und für die Feinbearbeitung einen niedrigen hydraulischen Druck liefert und beim Umschalten auf den niedrigen Druck dem Zylinder zum formschlüssigen Verstellen des Futters in Öffnungsrichtung unter hohem Druck ein beschränktes Flüssigkeitsvolumen zuführt, das durch Zuschalten eines einstellbaren Raumes zu dem doppelt wirkenden Zylinder bemessen wird, gekennzeichnet durch die Ausbildung des einstellbaren Raumes als Druckmittelspeicher (38), der vor dem Zuschalten unter dom hohen hydraulischen Druck und unter dem Gegendruck eines einstellbaren Energiespeichers (48) steht und sich nach dem Zuschalten unter der Kraft des Energiespeichers (48) erschöpft

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Energiespeicher ein Tellerfederpaket (48) ist.