DE4114884C2 - Verfahren zum Spannen eines Werkstückes und Spannvorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen eines Werkstückes auf einer Spannbacken aufweisenden Spannvor­ richtung einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehma­ schine, durch axiales Verschieben einer Betätigungs­ scheibe, wobei die Betätigungsscheibe jeweils gegen einen Spannkörper jedes Spannbackens anliegt. Weiterhin be­ trifft die Erfindung eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruch zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Durch die DE 90 11 007 U1 ist als Spannvorrichtung ein zum Innenspannen von Werkstücken ausgebildeter Spanndorn be­ kannt. Der Spanndorn hat einen beweglichen mit Kolben­ keilflächen versehenen Keilflächenkolben als Betätigungs­ scheibe und drei von diesem radial abgehende Spannschie­ ber als Spannkörper. Durch eine axiale Bewegung des Keilflächenkolbens werden die Spannschieber wahlweise ra­ dial nach innen oder nach außen bewegt. Mit dem Spanndorn werden bei Verschieben des Kolbens in axiale Richtung die Spannschieber gleichmäßig nach außen oder innen bewegt, so daß ein Werkstück genau zentrisch gespannt wird.

Die DD 2 67 687 A1 zeigt eine Spannvorrichtung zum Spannen von zwei Hohlkörpern mit einem axial verschieblichen Spannkeil, der ein Ausgleichsstück gegen die Hohlkörper vorspannt.

Aus der US 4 229 014 ist eine Spannvorrichtung bekannt, bei der ein Werkstück von auf einem Schaft angeordneten Spannbacken gespannt wird. Die Spannbacken werden von ei­ ner druckbeaufschlagbaren Blase gegen das Werkstück ge­ spannt.

Die bekannten Spannvorrichtungen haben den Nachteil, daß beim Spannen von dünnwandigen, labilen Werkstücken Schwierigkeiten entstehen, wenn solche Werkstücke im nicht gespannten Zustand nicht genau rund sind. Ein un­ runder Spanndurchmesser wird von einer nicht aus gleichen­ den Spannvorrichtung rund gespannt, da sich das Werkstück der Spannvorrichtung anpaßt. Wird das Werkstück bearbei­ tet, wird es auf einer Drehmaschine im gespannten Zustand rund. Nach dem Entspannen geht das Werkstück in seinen alten Zustand zurück und der bearbeitete Durchmesser wird unrund.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum zentrischen, verformungsfreien Spannen von Werkstü­ cken auf Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, zu entwickeln. Weiterhin soll eine Spannvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entwickelt werden.

Dieses Problem wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Spannkörper mittels jeweils eines Spannkol­ bens gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Betätigungsscheibe gehalten werden und anschließend die Betätigungsscheibe in Spannrichtung gegen einen Ge­ häuseanschlag bewegt wird, wobei die Spannbacken gegen das Werkstück gelangen und danach die Anschlagfläche der Betätigungsscheibe in Spannrichtung Abstand von den Spannkörpern erhält und daß anschließend durch Beauf­ schlagung der Spannkolben mit Spanndruck die Spannkraft erzeugt wird.

Durch diese Verfahrensweise bewegen sich die Spannbacken zunächst gleichformig in radialer Richtung, so daß das zu spannende Werkstück zentrisch ausgerichtet wird. Da die einzelnen Spannbacken einzeln über die Spannkolben an der Betätigungsscheibe abgestützt sind, können sie sich zu­ nächst ohne große Krafteinwirkung unterschiedlich ver­ schieben, sobald einzelne Spannbacken gegen das Werkstück anliegen. Dadurch lassen sich alle Spannbacken mit gerin­ ger Kraft gegen das Werkstück anlegen, ohne dieses zu verformen, sofern es unrund ist. Erst wenn die Betäti­ gungsscheibe gegen ihren Gehäuseanschlag gefahren ist, erfolgt die Beaufschlagung der Spannkolben mit dem Spann­ druck, so daß dann alle Spannbacken das Werkstück mit gleicher Kraft spannen und es somit zu keiner Verformung des Werkstückes kommt.

Um ein zentrisches Spannen der Werkstücke zu erreichen, ist es erforderlich, daß zu Beginn des Spannvorganges die Spannbacken eine genau zentrische Ausgangsstellung ein­ nehmen. Das könnte man dadurch erreichen, daß die Spann­ kolben durch Druckfedern derart vorgespannt werden, daß sie die Vorsprünge der Spannkörper so lange gegen die An­ schlagfläche der Betätigungsscheibe halten, bis zumindest die ersten Spannbacken Kontakt mit dem Werkstück erhal­ ten. Der konstruktive Aufwand für die Gestaltung der Spannvorrichtung ist besonders gering, wenn zu Beginn des Spannvorganges die Spannkörper durch Druckbeaufschlagung der Spannkolben mit einem geringen Vordruck gegen die An­ schlagfläche der Betätigungsscheibe gehalten werden.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Spannvorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Ver­ fahrens, wird bei der eingangs genannten Spannvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannkörper relativ zur Betätigungsscheibe verschieblich gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Betätigungsscheibe angeordnet sind und in der Betäti­ gungsscheibe für jeden Spannkörper jeweils ein in einem Druckraum verschieblicher Spannkolben angeordnet ist, welcher den jeweiligen Spannkörper in Spannrichtung gegen die Anschlagfläche der Betätigungsscheibe zu bewegen vermag, und daß die Betätigungsscheibe zum Verfahren in Spannrichtung bis gegen einen Gehäuseanschlag bei nicht mit Spanndruck beaufschlagten Spannkolben ausgebildet ist.

Eine solche Spannvorrichtung ermöglicht es, dünnwandige Werkstücke auch dann verformungsfrei zu spannen, wenn sie nicht exakt rund sind, weil die Spannbacken nach dem Kon­ takt mit dem Werkstück individuell verschoben werden kön­ nen. Durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung läßt sich verhindern, daß beim Spannen im Werkstück Spannungen entstehen, die nach dem Ausspannen zu einer Verformung des Werkstückes führen.

Die Spannvorrichtung ist besonders einfach gestaltet, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung die Druckräume aller Spannkolben mit einem gemeinsa­ men Spanndruckanschluß Verbindung haben.

Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus der Spannvorrich­ tung trägt es bei, wenn in der Mantelfläche der Betäti­ gungsscheibe eine umlaufende Nut vorgesehen ist, in wel­ che die Spannkörper mit jeweils einem Vorsprung mit axia­ lem Spiel greifen und wenn die Spannkolben axial in diese Nut von der der Spannrichtung abgewandten Seite der Spannvorrichtung her eingreifen und gegen den jeweiligen Vorsprung der Spannkörper anliegen.

Auf ein Aufbringen eines geringen Vordruckes bis zum Ver­ fahren der Betätigungsscheibe bis gegen ihren Gehäusean­ schlag kann man verzichten, wenn die Spannkolben durch jeweils eine Feder gegen den jeweiligen Vorsprung der Spannkörper vorgespannt sind.

Jede Spannbacke kann sich mit insgesamt zwei Anlageflä­ chen gegen das Werkstück abstützen und sich dabei exakt nach dem Werkstück durch Verschwenken um eine Längsachse ausrichten, wenn die Spannkörper jeweils als in einer schräg zur Spannrichtung verlaufenden Bohrung verschieb­ licher und in Axialrichtung begrenzt schwenkbarer Bolzen ausgebildet sind und wenn die Spannbacken in Umfangsrich­ tung gesehen an beiden Außenseiten jeweils eine Spannflä­ che aufweisen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als Spann­ dorn ausgebildete Spannvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung nach der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zum Außenspannen ausgebildete Spannvorrichtung.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Spannvorrichtung hat in einem Gehäuse 1 auf einem gemeinsamen, in Fig. 2 ge­ zeigten Teilkreis 2 schräg zur Drehachse 3 der Spannvor­ richtung verlaufende Bohrungen, beispielsweise die Boh­ rungen 4, 4a, in welchen jeweils ein als Bolzen ausgebil­ deter Spannkörper 5, 5a verschieblich angeordnet ist. Auf jedem Spannkörper 5, 5a ist ein Spannbacken 6, 6a vorge­ sehen, der an seinen in Umfangsrichtung liegenden Seiten jeweils eine in Fig. 2 positionierte Spannfläche 7, 8 aufweist. Die Spannkörper 5 sind in der jeweiligen Boh­ rung 4 um ihre Längsachse begrenzt schwenkbar angeordnet. Dadurch können sich die Spannbacken 6 nach dem Werkstück ausrichten, so daß sie jeweils mit gleicher Kraft mit beiden Spannflächen 7, 8 gegen eine Innenmantelfläche des Werkstückes anliegen.

Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus der Spannvorrichtung wird nunmehr ausschließlich auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt im Inneren des Gehäuses 1 eine axial ver­ schiebliche Betätigungsscheibe 9, welche im linken Bild­ teil in Lösestellung der Spannvorrichtung und im rechten Bildteil in Spannstellung dargestellt ist, in der sie ge­ gen einen in Spannrichtung liegenden Gehäuseanschlag 10 anliegt. Die Verschiebung der Betätigungsscheibe kann auf übliche Weise mittels eines nicht gezeigten Bauteils der Drehmaschine erfolgen.

In der Mantelfläche der Betätigungsscheibe 9 ist eine um­ laufende Nut 11 vorgesehen, in welche jeweils ein Vor­ sprung 12, 12a jedes Spannkörpers 5, 5a ragt. Im linken Bildteil der Fig. 1 liegt dieser Vorsprung 12a gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche 13a an. In der im rechten Bildteil gezeigten Stellung hat der Vor­ sprung 12 Abstand von dieser Anschlagfläche 13.

Zum Verschieben der Vorsprünge 12, 12a in der Nut 11 ist für jeden Spannkörper 5, 5a auf der der Spannrichtung ab­ gewandten Seite der Vorsprünge 12, 12a ein Spannkolben 14, 15 vorgesehen, der jeweils in einem Druckraum 16, 17 verschieblich ist und gegen den zugeordneten Vorsprung 12, 12a anliegt. Alle Druckräume 16, 17 sind von einem gemeinsamen Druckanschluß 18 aus mit Druck zu beaufschla­ gen.

Zum Innenspannen eines Werkstückes beaufschlagt man zu­ nächst alle Druckräume 16, 17 mit einem geringen Druck. Dadurch werden die Vorsprünge 12, 12a gegen die Anschlag­ fläche 13 der Betätigungsscheibe 9 bewegt und zentriert. Anschließend verfährt man die Betätigungsscheibe 9 in Spannrichtung, wobei sich die Spannbacken 6 gleichmäßig nach außen bewegen. Die Verschiebung der Betätigungs­ scheibe 9 wird so lange fortgesetzt, bis diese gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt. Während dieser Bewegung blei­ ben die Spannkörper 5, 5a nach Anlage ihrer jeweiligen Spannbacke 6, 6a am Werkstück stehen, indem sie die Spannkolben 14, 15 tiefer in die Druckräume 16, 17 schie­ ben und indem sich die Anschlagfläche 13 von den Vor­ sprüngen 12, 12a entfernt. Diese Stellung ist im rechten Teil der Fig. 1 gezeigt.

Sobald die Betätigungsscheibe 9 gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt, werden die Druckräume 16, 17 mit Spanndruck beaufschlagt, so daß sich die Spannbacken 6, 6a mit aus­ reichend hoher Kraft gegen das Werkstück abstützen.

Die Fig. 3 verdeutlicht, daß das erfindungsgemäße Prin­ zip auch bei einem als Spannvorrichtung zur Außenspannung ausgebildeten Spannvorrichtung anwendbar ist. Die Boh­ rungen 4, 4a divergieren bei dieser Ausführungsform in der Zeichnung gesehen nach oben hin, also entgegen der Spannrichtung. Dadurch bewegen sich die Spannbacken 6, 6a radial nach innen, wenn sich die Betätigungsscheibe 9 in der Zeichnung gesehen nach unten bewegt. Das Grundprinzip der Erfindung ist auch bei dieser Ausführungsform beibehalten. Die Spannkolben 14, 15 halten die Vorsprünge 12, 12a zunächst gegen die Anschlagfläche 13. Erst wenn die Betätigungsscheibe 9 gegen den Gehäuseanschlag 10 anliegt, wird der Spanndruck durch entsprechend hohe Druckbeaufschlagung der Druckräume 16, 17 aufgebracht.

Claims (7)

1. Verfahren zum Spannen eines Werkstückes auf einer Spannbacken aufweisenden Spannvorrichtung einer Werkzeug­ maschine, insbesondere Drehmaschine, durch axiales Ver­ schieben einer Betätigungsscheibe, wobei die Betätigungs­ scheibe jeweils gegen einen Spannkörper jedes Spannbac­ kens anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Spannkörper mittels jeweils eines Spannkolbens gegen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche der Betätigungs­ scheibe gehalten werden und anschließend die Betätigungs­ scheibe in Spannrichtung gegen einen Gehäuseanschlag be­ wegt wird, wobei die Spannbacken gegen das Werkstück ge­ langen und danach die Anschlagfläche der Betätigungs­ scheibe in Spannrichtung Abstand von den Spannkörpern er­ hält und daß anschließend durch Beaufschlagung der Spann­ kolben mit Spanndruck die Spannkraft erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Spannvorganges die Spannkörper durch Druck­ beaufschlagung der Spannkolben mit einem geringen Vor­ druck gegen die Anschlagfläche der Betätigungsscheibe ge­ halten werden.

3. Spannvorrichtung mit Spannbacken für eine Werkzeugma­ schine, insbesondere Drehmaschine, welche jeweils auf ei­ nem Spannkörper angeordnet sind, der auf einer schiefen Ebene mittels einer Betätigungsscheibe verschiebbar ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkörper (5) relativ zur Betätigungsscheibe (9) verschieblich ge­ gen eine in Spannrichtung liegende Anschlagfläche (13, 13a) der Betätigungsscheibe (9) angeordnet sind und in der Betätigungsscheibe (9) für jeden Spannkörper (5, 5a) jeweils ein in einem Druckraum (16, 17) verschieblicher Spannkolben (14, 15) angeordnet ist, welcher den jeweiligen Spannkörper (5, 5a) in Spannrichtung gegen die Anschlagfläche (13, 13a) der Betätigungsscheibe (9) zu bewegen vermag, und daß die Betätigungsscheibe (9) zum Verfahren in Spannrichtung bis gegen einen Gehäusean­ schlag (10) bei nicht mit Spanndruck beaufschlagten Spannkolben (14, 15) ausgebildet ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckräume (16, 17) aller Spannkolben (14, 15) mit einem gemeinsamen Spanndruckanschluß (18) Verbin­ dung haben.

5. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelfläche der Betätigungs­ scheibe (9) eine umlaufende Nut (11) vorgesehen ist, in welche die Spannkörper (5, 5a) mit jeweils einem Vor­ sprung (12, 12a) mit axialem Spiel greifen-und daß die Spannkolben (14, 15) axial in diese Nut (11) von der der Spannrichtung abgewandten Seite der Spannvorrichtung her eingreifen und gegen den jeweiligen Vorsprung (12, 12a) der Spannkörper (5, 5a) anliegen.

6. Spannvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkol­ ben (14, 15) durch jeweils eine Feder gegen den jeweili­ gen Vorsprung (12, 12a) der Spannkörper (5) vorgespannt sind.

7. Spannvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkör­ per (5) jeweils als in einer schräg zur Spannrichtung verlaufenden Bohrung (4) verschieblicher und in Axial­ richtung begrenzt schwenkbarer Bolzen ausgebildet sind und daß die Spannbacken (6) in Umfangsrichtung gesehen an beiden Außenseiten jeweils eine Spannfläche (7, 8) auf­ weisen.