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Aktenzeichen: Neuanmeldung
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Automatj sche Werkatück-Spannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine automatische Werkstück-Spannvor richtung für Werkzeugmaschinen,
mit an einem Hauptkörper radial verschiebbar geführten Spannbacken sowie druckmittelbetätigten
Stelivorrichtungen für die Spannbacken.
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Zum maschinellen Drehen oder Schleifen des Endbereichs oder eines
Verbindungsbereichs eines Werkstücks großer Länge oder großen Durchmessers muß das
durch einen Kettenblock oder ähnliches in der Schwebe gehaltene Werkstück zum Zentrieren
des maschinell zu bearbeitenden Bereichs des Werkstücks in eine Spannvorrichtung
eingespannt werden. Wenn der zu bearbgitende
Werkstückbereich gegenüber
dem von den Spannbacken der Spannvorrichtung gehaltenen Werkstückbereich exzentrisch
liegt, ist das zentrierte Einspannen sehr schwierig und erfordert großen Arbeits-
und Zeitaufwand.
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Da bei den bekannten automatischen Spannvorrichtungen die Spannbacken
radial konzentrisch beweglich sind, eignen sich diese zwar zum Einspannen eines
mit dem zu bearbeitenden Werkstückbereich konzentrischen oder fluchtenden Werkstückbereichs,
jedoch ist anderenfalls die Verwendung solch einer Spannvorrichtung fast unmglich
oder aber das Werkstück muß ineinem sehr mühsame Arbeitsgang zentriert werden.
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Das US-Patent 3 338 120 offenbart eine Gewindeschneidmaschine, bei
der ein Werkstück mit korrigierter Exzentrizität eingespannt werden kann. Die am
30. Juli 1968 angemeldete franzötische Patentanmeldung 157 609 offenbart eine Spannvorrichtung
für Werkzeugmaschinen, bei der zur Drehachse dreier Spannbacken konzentrische Spannvorrichtungen
zur Bewegung dreier anderer Spannbacken zur Korrektur der Exzentrizität eines Werkstückes
ausgelegt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine automatische Werkstück Spanavorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung der genannten Nachteile
ein rasches und einfaches Einspannen des Werkstücks auch dann ermöglicht, wenn der
zu bearbeitende Werkstückbereioh exzentrisch zu dem von der Spannvorrichtung gehaltenen
Bereich liegt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die automatische Werkstück Spannvorrichtung
der eingangs definierten Art erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen ausgestattet.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Spannvorrichtung
anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine vertikalen
Längsschnitt einer Spannvorrichtung; Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht der Spannvorrichtung
mit vollständig eingespanntem Werkstück; Fig. 3 eine teilweise Seitenansicht der
Spannvorrichtung bei zum Zentrieren zeitweilig gehaltertem Werkstück; Fig. 4 bis
7 Schnittansichten entlang der Linien IV-IV, V-V, VI-VI und Vil-Vil der Fig. 1 und
Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt der Druckmittelzuführung.
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Bei der in den Figuren dargestellten Spannvorrichtung ist ein zum
Hauptkörper 1 konzentrischer Innenzylinder 4 durch eine Frontplatte 2 und eine Hinterplatte
3 konzentrisch am Hauptkörper 1 befestigt. Ein Zwischenzylinder 5 ist an seinem
vorderen Ende an einer Trennwand 1a des Hauptkörpers 1 und mit seinem hinteren Ende
an der Hinterplatte 3 befestigt.
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Der Raum zwischen dem Innenzylinder 4 und dem Zwischenzylinder 5 dient
als ringförmige Zylinderkammer 7, in der ein Ringkolben 6 axial verschiebbar geführt
ist.
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Ein zylindrischer Schaftabschnitt 8 des Ringkolbens 6 erstreckt sich
in Richtung von der Trennwand la zur Frontplatte 2. Ein Stellring 10 mit einer geneigten
Außenfläche 9 und einem den Außendurchmesser des Schaftabschnitts 8 übersteigenden
inneren Durchmesser umfängt den Schaftabschnitt 8 und wird darauf durch einen mit
Schrauben oder dergleichen am Vorderende des Schaftabschnitts 8 befestigten Halterungsring
11 gehalten. Der Stellring 10 ist relativ zum Ringkol ben 6 nur radial beweglich.
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Mindestens drei rechtwinklig zur Achse des Hauptkörpers 1 angeordnete
Drehzapfen 12 sind in gleichen Umfangsabständen
voneinander an der
Innenseite der Frontplatte 2 angeordnet.
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Auf Jedem Drehzapfen 12 ist ein radial zum Hauptkörper 1 verschvenkbarer
Spannhebel 13 gelagert, der an seinem hinteren Ende eine durch an der geneigten
Außenfläche 9 des Stellrings 10 befestigte Führungsteile 15 gegen diese anliegend
gehaltene Rolle 14 trägt. Das Vorderende des Spannhebels 13 ragt durch einen radialen
Schlitz in der Frontplatte 2 vor und steht dort in Eingriff mit einem an der Vorderseite
der Frontplatte 2 radial verschiebbar gehalterten Spannbackenglied 16. Wenigstens
drei solcher Spannbackenglieder 16 sind vorgesehen. Jedes Spannbackenglied 16 trägt
an seinem radial inneren Ende eine durch eine Schraube oder dergleichen befestigte
Spannbacke 17 zur Halterung des Bereiches Wb eines einzuspannenden Werkstücks W.
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Der Ringkolben 6 weist mindestens drei in gleichen Umfangsabständen
angeordnete Sperrzylinder 18 auf, die Jeweils einen durch eine Feder 20 in Richtung
zur Frontplatte 2 gedrängten 19 Sperrkolbensenthalten. Durch ein Druckmittel kann
der Sperrkolben 19 gegen die Feder 20 in Richtung zur Hinterplatte 3 bewegt werden.
Ein vom Sperrkolben 19 in Richtung zur Frontplatte 2 vorstehender Schaftabschnitt
21 ist an seinem Vorderende mit einem keilartigen Sperrglied 22 ausgestattet, das
durch einen Keil 23 auf dem zylindrischen Schaftabschnitt 8 des Ringkolbens 6 axial
verschiebbar geführt ist. In der Innenfläche des Stellringes 10 sind in gleichen
Umfangsabständen angeordnete Axialnuten 24 vorgesehen, die jeweils eine der Schrägfläche
des keilartigen Sperrglieds 22 entsprechende geneigte Bodenfläche aufweisen. Das
Sperrglied 22 ist in die Axialnut 24 vorwärts und rückwärts verschiebbar eingefügt.
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Als Druckmittel zur Betätigung der Kolben 6 und 19 wird vorzugsweise
Druckluft verwendet. Statt dessen kann jedoch auch Drucköl, hydraulischer Druck
oder dergleichen benutzt werden.
Angesichts der Arbeitsweise der
Spannvorrichtung ist jedoch Preßluft am geeignetsten.
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Die Vorrichtungen zur Druckmittelzufuhr zu den Kolben 6 und 19 können
herkömmlicher Art sein. Im folgenden werden geeignete Zufuhrvorrichtungen für Druckluft
beschrieben.
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Ein an der Spindelhalterung 25 festgelegter Ring 26 weist mit nicht
dargestellten Druckmittelleitungen verbundene Druckmittelkanäle 27a bis 27e auf,
mit denen jeweils Ringnuten 28a bis 28e in der Vorderseite des Ringes 26 verbunden
sind. In jede der Ringnuten 28a bis 28e ist eine mit einer geeigneten Anzahl von
Öffnungen 29 versehene Ringmembran 30 aus Gummi, Kunststoff oder ähnlichen elastischen
Materialien elastisch verformbar eingepaßt.
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Eine der Vorderseite des Ringes 26 gegenüberliegende Seitenfläche
einer Halterungsplatte 32 zur Befestigung der Spannvorrichtung an einer Spindel
31 trägt mit geeignetem Spiel in die Ringnuten 28a bis 28e passende Ringstege 33a
bis 33e, die in ihren vorstehenden Endflächen über den gesamten Umfang durchgehende
Ringnuten 34a bis 34e aufweisen. Die Halterungsplatte 32 ist auf der anderen Seite
durch Bolzen 35 mit der Hinterplatte 3 des Hauptkörpers 1 verbunden.
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Die Ringnut 34a der Halterungsplatte 32 steht durch in dieser bzw.
der Hinterplatte 3 und dem Innenzylinder 4 ausgebildete Kanäle 36, 37 und 38 sowie
eine Umfangsnut 39 und einen Kanal 40 im Innenumfang des Ringkolbens 6 mit den rechten
Kammern 41 der Sperrzylinder 18 in Verbindung. Die linken Kammern 42 der Sperrzylinder
18 mit der darin befindlichen Feder 20 stehen jeweils über einen Kanal 42a mit der
Außenluft in Verbindung.
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Die Ringnut 34b steht durch Kanäle 43 und 44 in der Halterungsplatte
32 und der Hinterplatte 3 über ein Rückschlagventil 45
und einen
in der Hinterplatte 3 ausgebildeten Kanal 46 mit der linken Kammer 47 der ringförmigen
Zylinderkammer 7 in Verbindung. Das Rückschlagventil 45 verhindert ein Zurückfließen
des in die linke Kammer 47 geführten Druckibertragungsmittels, wenn das Ventil nicht
von außen geöffnet wird.
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Die Ringnut 34c steht über in der Halterungsplatte 32 und der Hinterplatte
3 geformte Kanäle 48 und 49 sowie über einen Kanal 50 und eine Öffnung 51 im Zwischenzylinder
5 mit der rechten Kammer 52 der ringförmigen Zylinderkammer 7 in Verbindung. Der
Kanal 49 ist durch einen in der Hinterplatte 3 ausgebildeten Zweigkanal 53 mit einem
Freigabe zyl inder 54 verbunden, um das Druckmittel zur Rückseite eines darin verschiebbaren
Freigabekolbens 55 zu führen, der mit einem Schaftende dem Absperrventil 45 gegenüber
liegt, um dieses unter Einwirkung des Druckmittels zu öffnen. Eine Führungsstange
56 zur Gleitführung des Ringkolbens 6 ist mit einem Ende an der Hinterplatte 3 befestigt.
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Die Ringnuten 34d und 34e stehen über Kanäle 60, 61 bzw.
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Kanäle 62, 63, 64 mit jeweils dem linken Abschnitt 58 bzw.
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dem rechten Abschnitt 59 einer Zylinderkammer 57 einer automatiachen
Zentriervorrichtung in Verbindung, die zwar kein notwendiger Bestandteil der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung ist, aber deren Arbeitsweise verbessert.
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Die ringförmige Zylinderkammer 57 wird durch die Innenfläche des Hauptkörpers
1 und die Außenfläche des Zwischenzylinders 5 gebildet und ist an ihren gegenüberliegenden
Enden durch die Hinterplatte 3 und die Trennwand 1a abgeschlossen. In der Kammer
57 ist ein ringförmiger Zentrierkolben 65 axial verschiebbar geführt, der wenigstens
drei in gleichen Umfangs abständen angeordnete, sich durch die Trennwand la in Richtung
zur Vorderplatte 2 erstreckende, Stellstangen 66 trägt, die Jeweils eine mit einem
am Hauptkörper 1 in Lagern 69 rechtwinklig zur dessen Achse drehbar gelagerten Zahnrad
68 kommende Zahnstange 67 aufweisen. Mindestens drei an der
Frontplatte
2 jeweils in Führungsrohren 70 geführte Zentrierstangen 71 sind darin Jeweils in
einer die Längsachse der Spannvorrichtung schräg schneidenden Richtung verschiebbar.
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Jede Zentrierstange 71 trägt an ihrem Vorderende eine über ein Ausgleichsstück
72 und einen Bolzen 73 daran befestigte Zentrierbacke 74, die schräg zur Frontplatte
2 vorwärts und rückwärts bewegbar ist. Jede Zentrierstange 71 ist mit einer mit
dem Zahnrad 68 kämmenden Zahnstange 75 versehen. Die Frontplatte 2 trägt eine Abdeckung
76 für die Stell stange 66.
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Im folgenden wird als Beispiel das Einspannen eines Rohres in eine
Drehbank zur maschinellen Bearbeitung eines Verbindungsbereiches beschrieben.
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Dabei wird von einer Stellung ausgegangen, bei der die Zentrierbacken
74 der automatischen Zentriervorrichtung durch den Zentrierkolben 65 hinter die
Frontplatte 2 zurückgezogen sind.
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Wenn durch den Zuführkanal 27a ein Druckmittel in die Ringnut 28a
eingeführt wird, verformt der Druck die Ringmembran 30 elastisch und bringt sie
in innigen Kontakt mit der Endfläche des Ringstegs 33a der Halterungsplatte 32,
so daß das Druckmittel in die Ringnut 34a fließen kann. Da alle Ringmembranen 30
in der beschriebenen Weise arbeiten, wird dies im folgenden nicht mehr behandelt.
Aus der Ringnut 34a fließt das Druckmittel durch die Kanäle 36, 37, 38, die Nut
39 und den Kanal 40 in die rechte Kammer 41 des Sperrzylinders 18 und verschiebt
die Sperrkolben 19 mit den Sperrgliedern 22 gegen die Federn 20 zur Entriegelung
des Stellringes 10 nach links.
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Gleichzeitig wird das Druckmittel durch den Kanal 27c, die Ringnut
28c, die Ringnut 34c sowie die Kanäle 48, 49, 50 und die öffnung 51 in die rechte
Kammer 52 der ringförmigen Zylinderkammer 7 und zum Teil durch den Zweigkanal 53
in den Freigabezylinder 54 geführt. Der Freigabekolben 55 bewegt
sich
daher nach rechts, wodurch das Schaftende das Rückschlagventil 45 betätigt und die
linke Kammer 47 der ringförmigen Zylinderkammer 7 über die Kanäle 46, 44, 43 und
die Ringnut 34b mit der Außenluft verbunden wird Wenn den Ringnuten 28a bis 28e
kein Druckmittel zugeführt wird, sind die Ringmembranen 30 aufgrund ihrer Elastizitkt
von den Endflächen der Ringstege 33a bis 33e der Halterungsplatte 32 abgehoben,
so daß die Ringnuten 34a bis 34e Jeweils durch das Spiel zwischen dem Ringsteg und
der umgebenden Ringnut und dem Abstand zwischen der Halterungsplatte 32 und dem
Ring 26 mit der Außenluft in Verbindung stehen. Im Ergebnis wird der Ringkolben
6 mit dem Stellring 10 durch das der rechten Kammer 52 zugeführte Druckmittel nach
links bewegt. Dadurch der bewegen die Führungsteile 15 geneigten Außenfläche 9 des
Stellrings 10 die Spannhebel 13 aus der in Fig. 1 durchgezogen dargestellten Position
in die mit einer durchbrochenen Linie dargestellte Stellung, wodurch die Spannbackenglieder
16 die Spannbacken 17 radial auswärts zurückziehen. Wenn die Druckmittelzufuhr in
den Kanal 27c aufhört, steht die rechte Kammer 52 mit der Außenluft in Verbindung,
so daß die Linksbewegung des Ringkolbens 6 und damit die radiale Auswärtsbewegung
der Spannbacken 17 zum Stehen kommt. So können die Spannbacken 17 in der gewünschten
Stellung angehalten wurden.
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Bei dieser Einstellung der Spannvorrichtung wird das in Fig.
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1 als Rohr dargestellte Werkstück W von hinten oder von vorn in die
Spindel 31 eingeführt und durch einen nicht dargestellten Anschlag oder dergleichen
in die gewünschten Bearbeitungsstellungen gebracht. Das Werkstück kann durch jedes
beliebige Verfahren in seine Arbeitsstellung gebracht werden.
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Das Druckmittel wird vom Kanal 27d durch die Kanäle 60 und 61 dem
linken Abschnitt 58 der Zentrierzylinder 57 zugeführt, um den Zentrierkolben 65
nach rechts zu bewegen.
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Entsprechend wird Jede durch die Zahnstangen 67, 75 und das Zahnrad
68 mit dem Zentrierkolben 65 verbundene Zentrierstange 71 von der in Fig. 1 durchbrochen
dargestellten Position
in die durchgezogen dargestellte Stellung
bewegt, wodurch die Zentrierbacken 74 von der Frontplatte 2 nach vorn bewegt werden,
um den Bereich Wa des zu bearbeitenden Werkstücks W zwischenzeichtlich an drei Punkten
seines Umfangs zu halten und automatisch zu zentrieren Da der beschriebene automatische
Zentriervorgang nicht notwendiger Bestandteil der Erfindung ist, kann das Werkstück
auch durch eine von der Spannvorrichtung unabhängige Anordnung zentriert werden.
Die Stellungen der Zentrierbacken 74 der automatischen Zentrieranordnung werden
vorher mittels der Ausgleichsstücke 72 oder dergleichen entsprechend eingestellt.
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Wenn die Zentrierung durch das zwischenzeitliche Halten beendet ist,
wird das Druckmittel vom Kanal 27b durch die Kanäle 43, 44, das Rückschlagventil
45 und den Kanal 46 der linken Kammer 47 der ringförmigen Zylinderkammer 7 zugeführt
und der Ringkolben 6 nach rechts bewegt. Der mit dem Ringkolben 6 bewegte Stellring
10 dreht daher die Spannhebel 13 durch die an deren hinteren Enden vorgesehenen,
an der geneigten Außenfläche 9 des Stellrings 10 anliegenden Rollen 14 von der in
Fig. 1 durchbrochen angegebenen Position in die durchgezogen dargestellte Stellung.
Die Spannhebel 13 bewegen ihrerseits die Spannbacken 17 mittels der Spannbackenglieder
16 radial einwärts. Dabei ist der Stellring 10 auf dem Schaftabschnitt 8 des Ringkolbens
6 radial beweglich. Wenn der Bereich Wb des einzuspannenden Werkstücks W gegenüber
dem zu bearbeitenden Bereich Wa exzentrisch ist, berührt eine der drai Spannbacken
17 den Bereich Wb und wird dadurch an einer weiteren radialen Einwärtsbewegung gehindert,
worauf sich der Stellring 10 radial bewegt und die anderen beiden Spannbacken 17
in Richtung auf den Bereich Wb verschiebt. Im Ergebnis halten die drei Spannbacken
17 das Werkstück W vollständig mit gleichmäßiger Kraft. Bei Werkstücken W ist üblicherweise
der zu bearbeitende Bereich Wa leicht exzentrisch oder nicht fluchtend gegenüber
dem einzuspannenden oder zulaltenden Bereich Wb. Hingegen kann nach Zentrierung
des Bereiches Wa das Werkstück W selbst bei
beliebiger Exzentrizität
unter Erhalt der zentrierten Stellung des Bereichs Wa eingespannt werden, da sich
der Stellring 10 wie beschrieben radial bewegen kann. Wenn der einzuspannende Bereich
Wb verformt ist, können die Spannbacken entsprechend ausgewählt werden.
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Wenn das Werkstück W feston den Spannbacken 17 gehalten wird, wird
die Druckmittel zufuhr durch den Kanal 27a unterbrochen, wodurch die rechten Kammern
41 der Sperrzylinder 18 über die entsprechenden Kanäle in Verbindung mit der Außenluft
gebracht werden. Daher drängt Jede Feder 20 den zugeordneten Sperrkolben 19 nach
rechts und schiebt damit das zugehörige Sperrglied 22 soweit in den Raum zwischen
dem Außenumfang des Schaftabschnitts 8 des Ringkolbens 6 und der geneigten Bodenfläche
der Axialnut 24 am Innenumfang des Stellringes 10vor, bis der Stellring am Schaftbereich
8 6 festgelegt ist. Da die drei am Ringkolben in gleichen Federn abständen vorgesehenen
Sperrzylinder 19 einzelndurch Federn 20 beaufschl sind, wird der Stellring 10 in
der einem festen Einspannen des Werkstücks W entsprechendern Stellung festgelegt,
unabhängig davon, ob der Stellring 10 dabei zum Ringkolben 6 konzentrisch ist oder
nicht. Das dem linken Abschnitt der Zylinderkammer 7 zugeführte Druckmittel hält
durch Staudruck das Rückschlagventil 45 geschlossen, so daß der Ringkolben 6 selbst
dann in vollständiger Einspannstellung gehalten wird, wenn nach dem Einspannen des
Werkstücks die Druckmittelzufuhr zum Kanal 27b aufhört. Da der Stellring 10 in dieser
Stellung durch die Sperrglieder 22 festgelegt ist, wird das Werkstück nicht von
der Spannkraft der Spannbacken 17 freigegeben.
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Wenn das Werkstück vollständig eingespannt ist, wird die Druckmittelzufuhr
zum Zuführkanal 27b sowie zum Zuführkanal 27d beendet, und Druckmittel dem Zufuhrkanal
27e zugeführt, so daß der linke Abschnitt 58 des Zentrierzylinders 57 über die Kanäle
60 und 61 mit der Außenluft verbunden wird, während das Druckmittel über die Kanäle
62, 63 und 64 der rechten
Kammer 50 zugeführt wird und der Zentrierkolben
65 nach links bewegt wird. Dadurch werden die Zentrierstangen 71 über die Zahnstangen
67, 75 und die Zahnräder 68 von der in Fig. 1 durchgezogen dargestellten Stellung
in die mit einer durchbrochenen Linie dargestellte Position bewegt und ziehen die
Zentrierbacken 74 in die Frontplatte 2 zurück, woraufhin die Druckmittel zufuhr
zum Kanal 27e unterbrochen wird. Wenn keinem der Kanäle 27a bis 27e Druckmittel
zugeführt wird und somit die Ringmembranen 30 von den Ringstegen 33a bis 33e der
Halterungsplatte 32 abgehoben sind, ist die Spannvorrichtung zur Bearbeitung des
Werkstückbereichs Wa drehbar.
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Wenn der Bereich in der gewünschten Weise bearbeitet ist, wird Druckmittel
dem Kanal 27c zugeführt, um das Öffnen des Rückschlagventils 45 durch den Freigabekolben
55 zu bewirken und Druckmittel zum rechten Abschnitt 52 der Zylinderkammer 7 zuzuführen.
Das bewegt den Ringkolben 6 mit dem Stellring 10 nach links, wodurch die Spannhebel
13 mittels der Führungsteile 15 unter Rollen 14 zur Freigabe des Werkstücks W durch
die Spannbacken 17 in die in Fig. 1 mit einer durchbrochenen Linie dargestellte
Stellung geschwenkt werden. Das fertige Werkstück wird aus der Spannvorrichtung
durch die Spindel rückwärts oder vorwärts entfernt.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gestattet somit ein zentriertes
Einspannen des zu barbeitenden Bereichs eines Werkstücks. Da der Stellring 10 zum
Einspannen radial beweglich ist, kann das Werkstück sehr genau eingespannt werden,
selbst wenn der inzuspannende Bereich relativ zu dem zu bearbeitenden Bereich exzentrisch
ist. Daher kann das Werkstück schnell und leicht eingespannt werden. Wenn der Stellring
10 konzentrisch zum Ringkolben 6 festgelegt werden kann, kann das Werkstück durch
Verschieben des Ringkolbens 6 ohne Druckmittelzufuhr zur rechten kammer 41 der Sperrzylinder
eingespannt werden, so daß bei einem Fluchten des zu bearbeitenden Bereichs mit
dem einzuspannenden Bereich das Werkstück ohne den Zentrierschritt in Stellung gebracht
werden kann.
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Zur Vermeidung eines Austretens von Druckmittel aus den Zusammenfügungsbereichen
können in diesen O-Ringe oder andere Dichtungen verwendet werden.
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Wenn ein langes Werkstück von der Spindelhalterung weit nach hinten
vorsteht und während der Rotation schlagen könnte, kann hierfür ein Rollenstand
verwendet werden. Stattdessen kann eine weitere Spannvorrichtung gleicher Bauart
am Hinterende der Spindelhalterung angebracht werden, um das Werkstück in der beschriebenen
Weise zu halten. Die Druckmittelzufuhr zu den Zufuhrkanälen und deren Umschaltung
kann über beliebige Steuervorrichtungen erfolgen.
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