DE597678C - Device for clamping workpieces - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Festspannen von Werkstücken bei elektrisch angetriebenen Spanneinrichtungen und ähnlich wirkenden elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen, die die Eigenschaft besitzt, den Festspanndruck selbständig konstant zu halten und es erlaubt, seine Höhe beliebig einzustellen und während des Betriebes verändern zu können'.The invention relates to a device for clamping workpieces electrically driven clamping devices and similarly acting electrically driven ones Working machines that have the property of independently maintaining the clamping pressure hold and it allows you to adjust its height as desired and change it during operation to be able to '.

Kraftgesteuerte Spannfutter, Halte- oder Preßvorrichtungen wurden bisher überwiegend hydraulisch oder pneumatisch angetrieben; wobei der wirkende Druck durch eine hydraulische Preßpumpe oder durch einen Luftverdichter erzeugt und konstant gehalten wurde. Ein Hauptvorzug dieser Antriebsweise ist neben der leichten Regelbarkeit des Spann- oder Preßdruckes das sogenannte selbsttätige Nachspannen während des Betriebes, d. h. die Tatsache, daß der Spanndruck während der gesamten Arbeitszeit konstant wirkt, wodurch ein Lockern der gespannten Werkstücke oder ein Nachlassen des Preßdruckes ausgeschlossen ist. Ferner ist eine elektrohydraulische Druckeinrichtung bekannt, bei welcher der Druck zunächst durch einen elektrisch gesteuerten Verdrängerkolben hergestellt und im Falle eines Nachlassens vermittels eines den Motor steuernden Kontaktmanometers erneuert wird.Force-controlled chucks, holding or pressing devices have so far been predominant hydraulically or pneumatically driven; the acting pressure being provided by a hydraulic Press pump or generated by an air compressor and kept constant. A The main advantage of this type of drive is, in addition to the easy controllability of the clamping or pressing pressure the so-called automatic retensioning during operation, d. H. the fact, that the clamping pressure acts constant during the entire working time, whereby a loosening of the clamped workpieces or a decrease in the pressure is excluded. There is also an electro-hydraulic pressure device known, at which the pressure is first produced by an electrically controlled displacement piston and in the case a decrease is renewed by means of a contact manometer controlling the motor.

Hydraulische Spanneinrichtungen mit Pumpe, mit oder ohne Akkumulator, erfordern bekanntlich größere Anschaffungskosten und größeren Raumbedarf. Pneumatische Spannvorrichtungen erfordern zum einigermaßen wirtschaftlichen Betrieb die Anlage eines Netzes und einer zentralen Drucklufterzeugung. Die Herstellung und Regelung des Druckes vermittels einer elektrohydraulischen Druckeinrichtung mit Verdrängerkolben erfordert praktisch eine absolute Abdichtung aller hydraulischen Elemente. Dies bedingt große Kolbenreibung, und daraus entsteht eine größere Unempfindlichkeit gegen Druckschwankungen, die bei derartigen Spanneinrichtungen unerwünscht ist. Außerdem bietet eine solche Einrichtung konstruktive Schwierigkeiten bei rotierenden Spanneinrichtungen.It is well known that hydraulic clamping devices with a pump, with or without an accumulator, require larger acquisition costs and larger space requirements. Pneumatic clamping devices require the installation of a network and a central one for reasonably economical operation Compressed air generation. The manufacture and Regulation of the pressure by means of an electro-hydraulic pressure device with displacement piston practically requires absolute sealing of all hydraulic elements. This causes great piston friction, and this is the result a greater insensitivity to pressure fluctuations, which with such clamping devices is undesirable. In addition, such a device presents constructive difficulties with rotating clamping devices.

Es sind nun neuerdings z. B. elektromechanische Antriebe für Spannfutter bekanntgeworden, welche die bisher benutzten pneumatischen oder hydraulischen Antriebe ersetzen sollen und deren Hauptvorzug darin besteht, daß sie den wirtschaftlichen Vorteil des Einzelantriebes gegenüber einer hydraulischen oder pneumatischen Druckerzeugungsanlage besitzen. Der erzielbare Spann- oder Preßdruck wird bei diesen elektrischen Einrichtungen in verschiedener Weise geregelt. Es ist jedoch noch kein elektrischer Antrieb für die genannten Zwecke bekanntgeworden, welcher auch die die pneumatischen und hydraulischen Antriebe in so hervorragender Weise auszeichnende Eigenschaft des selbsttätigen Nachspannens während des Betriebes besitzt. Alle bisher bekannten Einrichtungen dieser Art enthalten an geeigneter Stelle des Getriebes eine Selbsthemmung, durch welche die Spannvorrichtung in der gespannten Stellung gehalten werden soll. Sobald diese Stellung erreicht ist, wird der die Kraft liefernde Elektromotor stillgesetzt. Erfolgt nun während des Bearbeitens oder Pressens ein Lockern des Werkstückes oder ein Nachlassen des Preßdruckes, so wirkt dem nichts entgegen. Ferner gestatten die bisher bekannten elektromechanischen Spanneinrichtungen keine Ver-There are now z. B. electromechanical drives for chucks become known, which are intended to replace the previously used pneumatic or hydraulic drives and their main advantage is that they have the economic advantage of the individual drive over a hydraulic or own pneumatic pressure generation system. The achievable clamping or pressing pressure is at these electrical devices are regulated in various ways. However, it is not yet electric drive became known for the purposes mentioned, which also the pneumatic and hydraulic drives in such an excellent way characteristic of the automatic retensioning during of the company owns. All previously known devices of this type contain suitable ones Place of the gearbox a self-locking, through which the clamping device in the cocked Position is to be held. As soon as this position is reached, it becomes the force delivering electric motor stopped. Now takes place during machining or pressing Loosening of the workpiece or a decrease in the pressure, nothing counteracts this. Furthermore, the previously known electromechanical clamping devices do not allow any

minderung des Spanndruckes während de: Betriebes, welche in vielen Bearbeitungsfällen notwendig ist.Reduction of the clamping pressure during operation, which in many machining cases necessary is.

Diese Mangel machen die bisher bestehenden elektrischen Spanneinrichtungen für eine ganze Reihe von Bearbeitungsfällen unzureichend.This deficiency make the previously existing electrical clamping devices for a whole Insufficient number of processing cases.

Zweck der vorliegenden Erfindung war es, einen elektrischen Antrieb zu schaffen, welcher in sich die genannten wirtschaftlichen Vorzüge ίο der bisherigen elektrischen Antriebe und die ebenfalls genannten Vorzüge der Preßluft- oder Druckölantriebe vereinigt. Dieser Zweck wird erreicht durch die Vorrichtung nach der Erfindung, deren wesentliches Merkmal in der Verwendung eines elastischen Elementes besteht (beispielsweise einer Feder), welches zwischen den Antrieb und die Spann- oder Preßvorrichtung geschaltet wird und welches die gesamte Antriebskraft zwischen beiden zu übertragen hat. Die Selbsthemmung des Getriebes wird vor dieses elastische Element gelegt, so daß nach erfolgtem Zuspannen, wenn der Motor in üblicher Weise ausgeschaltet ist, die Feder (das elastische Element) sich nicht unter Zuriickdrücken des Motors entspannen kann, sondern ihre Spannung behält, bis die Arbeit beendet ist und der Antrieb zum Lösen des Futters zurückgedreht wird. Da die Feder während der ganzen Arbeitszeit unter Spannung bleibt, d. h. als Kraftspeicher dient, so bewirkt sie auch das bisher nur der Preßluftoder Druckölspannung eigene selbsttätige Nachspannen während des Betriebes, allerdings unter entsprechender Verringerung des ursprünglichen Spanndruckes. Dieser Grundgedanke der Erfindung ist nun noch einen Schritt weiter geführt worden mit dem Ziele: 1. das selbsttätige Nachspannen während des Betriebes so zu gestalten, daß das Nachlassen der Federkraft einen vorherbestimmten zulässigen Prozentsatz nicht überschreiten kann, und 2. eine ebenso leichte Regelbarkeit des Spanndruckes wie bei der Preßluft- oder Druckölspannung zu bekommen. The purpose of the present invention was to create an electric drive which in itself the mentioned economic advantages ίο of the previous electric drives and the also mentioned advantages of compressed air or pressure oil drives combined. This purpose will achieved by the device according to the invention, the essential feature of which in the Use of an elastic element consists (for example a spring), which between the drive and the clamping or pressing device is switched and which the entire Has to transmit driving force between the two. The self-locking of the gearbox is before this elastic element placed so that after tightening when the engine is in Usually switched off, the spring (the elastic element) is not under Pushing back the motor can relax it but maintains its tension until the job is done is finished and the drive is turned back to loosen the chuck. As the spring remains under tension throughout the working hours, d. H. serves as an energy store, so it also causes the automatic re-tensioning that was previously only inherent in compressed air or pressure oil tension during operation, but with a corresponding reduction in the original Clamping pressure. This basic idea of the invention is now a step further been managed with the aim of: 1. automatic retensioning during operation like this to design that the release of the spring force a predetermined permissible percentage cannot exceed, and 2. easy controllability of the clamping pressure as with to get the compressed air or pressure oil tension.

Zu diesem Zweck wurde das elastische Element (die Feder) mit einer Kontaktvorrichtung vereinigt, welche a) den Antrieb ausschaltet, sobald der Spann- oder Preßdruck ein vorher eingestelltes bestimmtes Maß erreicht und den Antrieb wieder einschaltet, sobald der Druck das eingestellte Maß um einen ebenfalls vorher eingestellten Betrag unterschreitet, b) es gestattet, durch wahlweise Inbetriebnahme entsprechend angeordneter, verstellbarer Kontakte den Antrieb während des Betriebes so zu schalten, daß unter Wahrung der Eigenschaft des selbsttätigen Konstanthaltens jeder gewünschte Spanndruck erreicht wird.For this purpose, the elastic element (the spring) was connected to a contact device united, which a) switches off the drive as soon as the clamping or pressing pressure is a previously A certain level has been reached and the drive is switched on again as soon as the pressure is applied falls below the set level by a previously set amount, b) it allows, through optional commissioning of appropriately arranged, adjustable contacts to switch the drive during operation in such a way that the property of the every desired clamping pressure can be achieved automatically by keeping it constant.

Dergestalt ausgebildet und konstruktiv wandlungsfähig, eignet sich der Gegenstand der Erfindung in Verbindung mit elektrischen Antrieben als vollwertiger Ersatz für hydraulische oder pneumatische Antriebe, nicht nur bei Präzisionsspannfuttern und bei Pressen aller Art, sondern auch bei allen Arbeitsmaschinen, bei denen ein bestimmter Preß- oder Spanndruck nicht überschritten werden darf, dagegen aber konstant gehalten und geregelt werden muß.Trained in this way and structurally versatile, the subject of the invention is suitable in connection with electric drives as a full replacement for hydraulic or pneumatic drives, not only for Precision chucks and presses of all kinds, but also for all working machines, at which a certain pressing or clamping pressure must not be exceeded, on the other hand but must be kept constant and regulated.

Im folgenden ist eine praktische Ausführung der angemeldeten Vorrichtung bei einem elektrisch angetriebenen Spannfutter als Beispiel beschrieben:The following is a practical implementation of the pending device at an electric driven chuck described as an example:

Abb. ι zeigt das elastische Element (den federnden Körper) in seiner Vereinigung mit der Kontaktvorrichtung.Fig. Ι shows the elastic element (the resilient body) in its union with the Contact device.

Abb. 2 zeigt das Schaltschema der Kontaktvorrichtung und ihre Wirkung auf den Antriebsmotor. Fig. 2 shows the circuit diagram of the contact device and its effect on the drive motor.

Abb. 3 zeigt den Einbau des elastischen Elementes mit der Kontaktvorrichtung für ein bekanntes Spannfutter.Fig. 3 shows the installation of the elastic element with the contact device for a well-known chuck.

In den Abbildungen bezeichnen die Buchstaben d den Spindelstock einer Drehbank, α den Tragkörper des Spannfutterantriebes, i die Stromzuführungsbürsten, e die Schleifringe, q ein Massenausgleichsgewicht, m der Antriebsmotor, χ das Motorritzel, y ein Zwischenrad, b eine Büchse mit Zahnrad außen und selbsthemmendem Schraubengewinde innen, g das außen an der Hülse h angebrachte Schraubengewinde, h und h¹ Teile der Hülse des elastischen Elementes, f¹ und f^% Federn für Zug und Druck, c¹ und c² die verstellbaren Kontakte, s den Kontaktstift, s¹ und s² die Bezeichnungen der Pfeilrichtungen für die relative Bewegung des Kontaktstiftes s gegenüber den Kontakten c¹ und c², k den Kraftübertragungskolben, ζ die Kraftübertragungsstange, ■p das Spannfutter, η das Drehstromnetz, t einen Hüfstransformator, w einen Schalter zum Wählen der Drehrichtung des Motors m, i, 0, 2 Stellungen des Schalters w, u¹ und «² die Umschaltschütze für den Motor m, r¹ und r² die Hilfsrelais im Stromkreis der Kontaktvorrichtung. In the figures, the letters d designate the headstock of a lathe, α the supporting body of the chuck drive, i the power supply brushes, e the slip rings, q a mass balancing weight, m the drive motor, χ the motor pinion, y an intermediate gear, b a sleeve with a gear on the outside and self-locking Screw thread inside, g the screw thread attached to the outside of the sleeve h , h and h ¹ parts of the sleeve of the elastic element, f ¹ and f ^% springs for tension and compression, c ¹ and c ² the adjustable contacts, s the contact pin, s ¹ and s ² the designations of the arrow directions for the relative movement of the contact pin s with respect to the contacts c ¹ and c ² , k the power transmission piston, ζ the power transmission rod, ■ p the chuck, η the three-phase network, t a hoist transformer, w a switch to select the Direction of rotation of the motor m, i, 0, 2 positions of the switch w, u ¹ and « ² the changeover contactors for the motor m, r ¹ and r ² the auxiliary relays in the circuit de r contact device.

Sind die beiden Kontaktstellen c¹ und e² geöffnet, was normalerweise im Ruhezustand des Spannfutterantriebes bei leerem Spannfutter immer der Fall sein dürfte, dann ist der Hilfsstromkreis, den der Hüfstransformator t speist, unterbrochen, und die Hilfsrelais r¹ und r² befinden sich in abgefallenem Zustand, wie sie in Abb. 2 dargestellt sind. Soll nun ein Werkstück in das Futter p eingespannt werden, dann bringt man beispielsweise den Schal- ;er w von Stellung 0 auf Stellung 1. Hierdurch wird der Strompfad vom Netz η über das Hilfsrelais r¹, den Schalter w, den Verriegelungskontakt des Schützes u², die Betätigungsspule des Schützes u¹ zurück nach dem Netz η geschlossen und das Schütz u¹ eingeschaltet. Nun erhält der Motor m über dieIf the two contact points c ¹ and e ^{2 are} open, which should normally always be the case when the chuck drive is idle when the chuck is empty, the auxiliary circuit fed by the auxiliary transformer t is interrupted and the auxiliary relays r ¹ and r ² are in fallen state, as shown in Fig. 2. If now a workpiece to be clamped p in the feed, then, for example, brings the formwork; he w from position 0 to position 1. In this way, the current path is from the network η via the auxiliary relay r ^1, w the switch, the lock contact of the contactor u ² , the actuating coil of the contactor u ^{1 closed} back to the mains η and the contactor u ¹ switched on. Now the engine receives m over the

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Bürsten i und die Schleifringe e Strom aus dem Netz n. Der Motor m setzt dann über die Zahnräder χ und y die Büchse b in Drehung, die ihrerseits mit Hilfe des selbsthemmenden Schraubengewindes g die Hülse h des elastischen Elementes mitsamt den Federn f¹ und f² sowie dem Kolben k und der Zugstange ζ so lange in Richtung der Zugstangenachse unverändert verschiebt, bis die Backen des Spannfutters ίο das Werkstück gefaßt haben. Von dem Augenblick an, wo die Spannbacken und mit ihnen sowohl die Zugstange ζ als auch der Kolben k an dem Werkstück ein festes Widerlager gefunden haben, beginnt die Hülse h, die durch die Motorkraft in der begonnenen Bewegungsrichtung weitergeschoben wird, die Federn f¹ zusammenzupressen. Gleichzeitig mit diesem Zusammenpressen beginnt nun die Relativbewegung des Kontaktstiftes s in Richtung des ao Pfeiles s¹ auf den Kontakt c¹ hin. Die Entfernung zwischen Kontakt c¹ und Stift s kann nun so eingestellt werden, daß die Feder f¹ beim Schließen des Kontaktes c¹ gerade die Spannung erhalten hat, die dem gewünschten durch Kolben k und Zugstange ζ auf das Werkstück übertragenen Spanndruck entspricht. Im Augenblick der Kontaktschließung wird nun das Hilfsrelais r¹ durch den nunmehr geschlossenen Hilfsstromkreis des Transformators t geöffnet und damit das Motorschütz u¹ zum Abfallen gebracht. Der Antriebsmotor m wird hierdurch augenblicklich stillgesetzt.Brushes i and slip rings e Electricity from the network n. The motor m then sets the bushing b in rotation via the gears χ and y , which in turn, with the help of the self-locking screw thread g, the sleeve h of the elastic element together with the springs f ¹ and f ² as well as the piston k and the tie rod ζ in the direction of the tie rod axis until the jaws of the chuck ίο have gripped the workpiece. From the moment when the clamping jaws and with them both the tie rod ζ and the piston k have found a firm abutment on the workpiece, the sleeve h, which is pushed further by the motor force in the direction of movement that has begun, begins to compress the springs f ¹ . Simultaneously with this compression, the relative movement of the contact pin s begins in the direction of the ao arrow s ¹ towards the contact c ¹ . The distance between contact c ¹ and pin s can now be adjusted so that when contact c ¹ is closed, spring f ^{1 has} just received the tension that corresponds to the desired clamping pressure transmitted to the workpiece by piston k and tie rod ζ. At the moment of contact closure, the auxiliary relay r ¹ is now opened by the now closed auxiliary circuit of the transformer t and thus the motor contactor u ^{1 is made} to drop out. The drive motor m is stopped immediately as a result.

Die Forderung, einen vorgeschriebenen Spanndruck nicht zu überschreiten, wird also durch den Gegenstand der Erfindung erfüllt.The requirement not to exceed a prescribed clamping pressure is therefore fulfilled fulfills the subject matter of the invention.

Tritt nun der Fall ein, daß durch ein Nachgeben des Werkstückes oder durch zu starkes Ansetzen des Drehstahles das Werkstück sich zu lockern versucht, so tritt infolge der Wirkung des elastischen Elementes kein Lösen der Spannbacken ein, sondern nur eine Verringerung des Spanndruckes.If the case now arises that the workpiece yields or is too strong When the turning tool tries to loosen the workpiece, this occurs as a result of the effect of the elastic element no loosening of the clamping jaws, but only a reduction in the Clamping pressure.

Die Forderung des automatischen Nachspannens, d. h. eines konstant wirkenden Spanndruckes während des Betriebes, ist also ebenfalls durch den Gegenstand der Erfindung gewährleistet. The requirement for automatic retensioning, i.e. H. a constant clamping pressure during operation, is also guaranteed by the subject matter of the invention.

Überschreitet die Verringerung des Spanndruckes, die ja gleichbedeutend mit einer Entspannung der als Kraftspeicher dienenden Feder f¹ ist, einen vorherbestimmten Prozentsatz des Maximaldruckes, so genügt die mit dem Entspannen der Feder f¹ gleichzeitig eintretende Entfernung des Stiftes s vom Kontakt c¹, um den Hilfsstromkreis zu unterbrechen. Das Hilfsrelais r¹ fällt dadurch augenblicklich ab und schließt den Einschaltstromkreis für das Schütz M¹ wieder. Der Motor läuft wieder an und stellt nach dem bekannten Spiel den vorgeschriebenen Spanndruck wieder her.If the reduction in the clamping pressure, which is synonymous with a relaxation of the spring f ¹ serving as a force storage device, exceeds a predetermined percentage of the maximum pressure, the distance of the pin s from the contact c ¹ , which occurs at the same time as the relaxation of the spring f ^{1, is sufficient} Interrupt auxiliary circuit. The auxiliary relay r ¹ drops out immediately and closes the switch-on ^{circuit for the contactor M 1} again. The motor starts up again and, after the known clearance, re-establishes the prescribed clamping pressure.

Die Forderung nach Konstanthaltung des Spanndruckes wird also auch durch den Gegenstand der Erfindung erfüllt.The requirement for keeping the clamping pressure constant is also determined by the object of the invention met.

Soll das Werkstück gelöst werden oder soll das Werkstück von innen her gespannt werden, dann wird der Schalter w auf Stellung 2 gebracht. Für den dadurch eingeleiteten Arbeitsgang, der dem bisher beschriebenen vollkommen analog verläuft, kommen dann nur die mit den Buchstaben r², u²·, c², s² und f ² bezeichneten Elemente in Frage.If the workpiece is to be loosened or if the workpiece is to be clamped from the inside, switch w is set to position 2. For the process initiated in this way, which is completely analogous to the one previously described, only the ^{elements identified by the letters r 2} , u ² ·, c ² , s ² and f ^{2 come} into question.

In gleicher Weise arbeiten Schaltung und Kontaktvorrichtung, wenn an Stelle des Kontaktes für den Maximaldruck ein Kontakt für einen beliebigen anderen Spanndruck geschaltet wird. Um das Schaltschema übersichtlich zu gestalten, sind diese Regelkontakte jedoch nicht eingezeichnet worden.The circuit and contact device work in the same way if instead of the contact for the maximum pressure, a contact is switched for any other clamping pressure will. However, in order to make the circuit diagram clear, these control contacts are not been drawn.

Die zur Klärung der Wirkungsweise des Gegenstandes der Erfindung verwandte Drehstrom-Umkehr-Schützensteuerung, die an sich allgemein bekannt ist, kann beliebig umgeändert und vereinfacht werden, kann außerdem für Wechselstrom oder Gleichstrom durchgeführt werden, ohne daß dadurch die Wirkungsweise des Gegenstandes der Erfindung eine Änderung erfährt.The three-phase current reversing contactor control used to clarify the mode of operation of the subject matter of the invention, which is generally known per se, can be changed and simplified as desired, and can also for alternating current or direct current without affecting the mode of operation the subject of the invention undergoes a change.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: i. Vorrichtung zum Festspannen von Werkstücken und selbsttätigen Konstanthalten des Festspanndruckes bei elektrisch angetriebenen Spannfuttern von Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänken, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektrischen Antrieb für das Spannfutter und dem die Spannbacken bewegenden, an sich bekannten Übertragungsmittel ein elastisches Element, bestehend aus einer Hülse (A) und einer oder mehreren Federn (Z"¹ und f²), eingeschaltet ist.i. Device for clamping workpieces and automatically maintaining the clamping pressure constant in the case of electrically driven chucks of machine tools, in particular lathes, characterized in that an elastic element consisting of a sleeve ( A) and one or more springs (Z " ¹ and f ² ), is switched on. 2.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das elastische Element beim Nachlassen oder Überschreiten des erforderlichen bzw. gewünschten Spanndruckes über ein vorher bestimmtes Maß hinaus mit Hilfe einer Kontaktvorrichtung (c¹, s* c²) und einer an sich bekannten Schaltvorrichtung der elektrische Antrieb der Spanneinrichtung gesteuert wird.2 .. Device according to claim 1, characterized in that by the elastic element when the required or desired clamping pressure is reduced or exceeded beyond a predetermined level with the aid of a contact device (c ¹ , s * c ² ) and one known per se Switching device of the electric drive of the clamping device is controlled. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtung einstellbar eingerichtet ist, so daß sowohl die Höhe des gewünschten Druckes beliebig eingestellt als auch während des Betriebes reduziert werden kann.3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the contact device is set up adjustable, so that both the level of the desired pressure is arbitrarily set as well as during of operation can be reduced. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings