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Spannfutter für automatische Werkzeugmaschinen Gegenstand der Erfindung
ist ein Spannfutter für automatische Werkzeugmaschinen, insbesondere für Fräsmaschinen
zum Fräsen von Zahnfräsern und anderen Gegenständen dieser Art, bei denen Bearbeitungen
vorgenommen werden, die in verschiedenen, durch eine gleiche Schnittgerade gehende
Ebenen liegen, wobei diese Schnittgerade einen oder keinen Winkel mit der Drehachse
des Werkstücks einschließt.
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Das Spannfutter besteht einerseits aus einer an sich bekannten Spannfutterspindel,
welche mit einer gebräuchlichen Spannzange ausgerüstet ist, die das zu bearbeitende
Werkstück festhält, einer Auswurfeinrichtung für die fertig bearbeiteten Werkstücke
und einer Magazinspeisevorrichtung für das Spannfutter, die als solche gleichfalls
als bekannt zu gelten haben. Das besondere Kennzeichen des erfindungsgemäßen Spannfutters
ist jedoch, daß diese Einzelteile insgesamt nur durch ein einziges Steuerorgan betätigt
werden, welches folgende Bewegungen bewirkt: a) das öffnen und Schließen der Spannzange,
b) das Schalten der Transporteinrichtung für die zu bearbeitenden Werkstücke, c)
das Ausweichen und Instellungbringen von zwei Anschlägen, wobei sich das Werkstück
während der Bearbeitung auf dem einen abstützt und der zweite die genaue Axiallage
des Werkstücks in
der Spannzange bestimmt, und ein einziges Betätigungsorgan
den Vorschub der Werkstücke durch ein Speiserohr zu der Zange sowie, nach dem Lösen
der Zange, das Entfernen des genannten zweiten Anschlags von dem Ende des Werkstücks
fort verursacht.
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In den Fig. i bis 6 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Spannfutters schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Seitenansicht des Spannfutters, Fig. 2 eine Draufsicht
auf das Spannfutter, bei welchem gewisse Teile im Schnitt gezeichnet sind; Fig.
3 zeigt einen Längsschnitt durch das Spannfutter, Fig. q. wiederum eine Draufsicht
in kleinerem Maßstab, Fig.5 die Ansicht eines vorgefertigten Werkstücks, Fig. 6
die Ansicht eines fertig bearbeiteten Zahnfräsers.
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Das in der Zeichnung dargestellte Spannfutter für automatische Werkzeugmaschinen
besitzt ein Gestell, welches mit einem auf dem Werkzeugmaschinenbett fest anzubringenden
Sockel ausgerüstet ist. Dieser Sockel i trägt zwei Ständer 2, -in welchen die Spindel
3 des Spannfutters drehbar gelagert ist. Die Spindel 3 trägt an ihrem äußeren Ende
eine Spannzange 4, die dazu bestimmt ist, das Werkstück während dessen Bearbeitung
festzuhalten.
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Das Öffnen und Schließen dieser Zange erfolgt mittels einer bekannten
und bei modernen automatischen Drehbänken häufig benutzte Betätigungseinrichtung.
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Die Betätigungseinrichtung der Spannzange 4 wird durch einen Ring
6 gesteuert, welcher auf der Spindel 3 axial verschiebbar ist und mit den Betätigungshebeln
7 (Fig. 3) zusammenarbeitet. Die Hebel 7 liegen in Längsnuten 8 der Spindel 3. Das
Speiserohr 9 befindet sich in der Mitte der Spindel 3 und reicht mit seinem vorderen
Ende in den hinteren Teil der Spannzange 4. Das andere, entgegengesetzte Ende des
Speiserohrs 9 wird von einer Scheibe io gestützt und mündet in eine Magazinkammer
i i, die in dem hinteren Teil i2 des Gestelles angeordnet ist. Dieses Teil i2 weist
eine Aussparung 13 (Fig. 2) auf, in welche ein Werkstückmagazin 14 eingesetzt
werden kann. Eine Rinne 15 mündet einer Trommel 16 gegenüber, welche in der
Kammer i i untergebracht ist und sich um die Achse 17 frei dreht. Die Achse
17 ist in dem Teil i2 des Gestelles eingespannt.-Die Trommel 16 trägt ein Sperrad
i9, dessen Zähnezahl der Anzahl der Nuten der Trommel 16 entspricht. Dieses Sperrad
i9 arbeitet mit einer Betätigungsklinke zusammen. Die Klinke besteht aus einem am
freien Ende der Achse 17 angebrachten Arm 22. Dieser besitzt eine Bohrung 23, in
welcher ein unter der Wirkung einer Feder 25 stehender Kolben 24 untergebracht ist.
Die Feder 25 ist bestrebt, den Kolben 24 gegen die Verzahnung des Rades i9 zu drücken.
Eine Winkelverdrehung des Armes 22 bewirkt das Weiterdrehen der Trommel 16 um einen
Schritt. Außerdem hält der Kolben 24 die Trommel 16 in vorbestimmten Winkellagen
fest, bei welchen jeweils eine ihrer Nuten 2o gegenüber der Speiserinne 15 und eine
andere Nut 2o koaxial zum Speiserohr 9 liegt..
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Das Spannfutter ist mit einer Einrichtung ausgerüstet, die den automatischen
Vorschub der Werkstücke durch das Speiserohr 9 bewirkt. Diese weist eine verschiebbare
Traverse 26 auf, die von einer in einer Führung 28 gleitenden Stange 27 getragen
wird. Diese Stange 27 steht unter der Wirkung einer Feder 29 und wird durch diese
in der in Fig. i dargestellten Lage gehalten.
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Die bewegliche Traverse 26 trägt einen Ladestab 3i; der mit seinem
freien Ende in die Magazinkammer i i hineinragt. Ein Nocken 32 (Fig. 4) bewirkt
über ein Hebelgestänge einen Kabelzug 33 und die Stange 27 die Axialbewegungen des
Ladestabes 31, der seinerseits den Vorschub der Werkstücke in dem Speiserohr 9 besorgt.
Der Nocken 32 ist auf einer Nockenwelle 34 befestigt, die noch zwei andere, mechanisch
mit einem Steuerorgan 36 verbundene Nocken 35d und 35b trägt. Das Steuerorgan '36
ist an. einem an dem Gestell i fest angebrachten Zapfen 37 angelenkt. Dieses Steuerorgan
ist über ein Kardangelenk 2,1 mit einem Bolzen 38 verbunden. Ein in einem Lager
4o schwenkbarer Arm 3o besitzt eine Bohrung 39, in welche das untere Ende. des Bolzens
38 eingesetzt ist. Dieser Bolzen kann in der Bohrung 39 gleiten, ist aber gegenüber
dem schwenkbaren Arm 30 in einem vorbestimmten Winkel feststellbar. Dieser
Schwenkarm trägt zwei einstellbare Anschläge 4i" und 44, die auf dem Umfang der
Nocken 35Q und 35b ruhen. Die Kurven dieser Nocken sind einander entgegengesetzt,
so daß der Schwenkarm 30 in beiden Richtungen positiv betätigt wird. Das
Steuerorgan 36 trägt noch einen Ring 42 (Fig. i und 3), welcher zwei sich gegenüberliegende,
beiderseits der Spindel 3 angeordnete Finger 43 trägt, die in eine Ringnut 44 (Fig.
3) des Ringes 6 eingreifen. Ein Schwenken des Steuerorgans 36 um den Zapfen 37 bewirkt
das Spannen und Entspannen der Zange 4.
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Das Steuerorgan 36 trägt außerdem einen Arm 45, dessen freies Ende
auf einem Zapfen 46 aufliegt. Dieser Zapfen 46 ist an einem Hebel 47 angebracht,
welcher um eine Achse 48 schwenkbar ist: Der Hebel 47 wird von einem Arm 49 getragen,
welcher längs einer mit dem Gestell i verbundenen Stange 50 verschiebbar
und feststellbar ist. Der Hebel 47 trägt einen Anschlag 5 i, welcher während der
Bearbeitungsvorgänge des Zahnfräsers in der dargestellten Lage zurückgehalten wird.
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Das Steuerorgan 36 trägt fernerhin noch ein Betätigungsorgan 52, das
mit seinem Ende auf einen Hebel 53 wirkt. Dieser Hebel ist um einen am Gestell angeschraubten
Bolzen 54 schwenkbar gelagert und wird durch das Betätigungsorgan entgegen der Wirkung
einer Rückhol£eder.55 geschwenkt. Das Ende dieses Hebels 53 greift in einen im Hebelarm
67 des Armes 22 vorgesehenen (nicht dargestellten) Schlitz ein.
Schließlich
trägt das Steuerorgan 36 auch noch einen Stoßarm 56, der mit einer unter der Wirkung
einer Feder 59 stehenden Stoßstange 58 zusammenarbeitet. Die Stange 58 gleitet in
einer Lagerbuchse 6o, die in den Ständer :2 eingesetzt ist. Die Stange 58 trägt
einerseits einen elastischen, nachgebenden Anschlag 61 und andererseits einen Arm
62, welcher mit dem konischen Ende 63 eines Betätigungsorgans 64 zusammenarbeitet,
welches in einer im Ständer 2 befindlichen Führung 65 gleitet. Die axialen Verschiebungen
des Organs 64 entgegen der Wirkung einer Feder 67 werden am Ende des Vorschubs der
Stoßstange 3 1 mittels eines von der Stange 27 getragenen Stoßarmes 66 gesteuert.
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Das dargestellte Spannfutter ist insbesondere für das Fräsen von Zahnfräsern
gemäß Fig. 6 aus vorgefertigten Werkstücken gemäß Fig. 5 bestimmt, so daß es einen
Teilapparat oder Schaltapparat für die Spannfutterspindel aufweist, welcher auf
Grund einer Winkelverdrehung dieser Spindel jeden einzelnen Zahn des Zahnfräsers
nacheinander zu fräsen erlaubt.
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Dieser Teilapparat besitzt einen auf der äußeren Mantelfläche des
einen Spindellagers 69 frei drehbaren Klinkenträger. Der Lagerring 69 sitzt im Ständer
2. Der Klinkenträger weist eine Kehle 70 auf, in welcher das eine Ende des Kabels
71 aufgewunden liegt. Das Kabel 71 wird durch einen nicht dargestellten Nocken betätigt.
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Eine Klinke 72, die in einer Bohrung 73 gleitend gelagert ist, wird
durch eine Feder 74 mit einer Verzahnung 76 im Eingriff gehalten. Die Verzahnung
76 befindet sich in der Stirnfläche der mit der Spindel starr verbundenen Scheibe
75.
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Die gegenüberliegende Stirnfläche dieser Scheibe weist um die Spindel
herumliegende, regelmäßig verteilte Vertiefungen auf, die den einen Teil einer Verriegelungseinrichtung
bilden. Der zweite Teil dieser Einrichtung besteht aus einer unter der Wirkung einer
Feder 79 stehenden und in einer Bohrung 8o des-Teiles 12 des Gestelles geführten
Kugel 78. Die Bohrung 8o mündet in eine andere koaxial zur Bohrung 8o liegende Bohrung
81, die aber einen größeren Durchmesser aufweist und der Führung einer Kugel 82
dient. Die Kugel 82 steht gleichfalls unter der Wirkung der Feder 79 und wirkt mit
einem eine Ringnut 84 mit kegeligen Flächen aufweisenden Kolben 83 zusammen. Dieser
Kolben 83 gleitet in einer Bohrung 9o, die ebenfalls in dem Teil 12 des Gestelles
angeordnet ist, und trägt einen Zapfen 85, der in einen von mit dem Klinkenträger
68 verbundenen Arm 9 i getragenen ovalen Ring 86 eingreift. Eine Feder 87 ist bestrebt,
den Klinkenträger in der in Fig. 3 dargestellten Lage zu halten, in welcher die
Scheibe 75 verriegelt ist.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen und dargestellten Spannfutters
ist folgende: Ist die Fräsarbeit der Zähne an dem in der Spannzange festgehaltenen
Werkstück beendet, so wird das Werkzeug t zurückgezogen; dann bewirken die Nocken
35a und 35b eine Schwenkung des Trägers 3o. Diese bewirkt wiederum eine Schwenkung
des Steuerorgans 36 entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. i). Die Schwenkung des Steuerorgans
36 bewirkt a) eine Verschiebung des Ringes 6 aus der in Fig. i dargestellten Lage
nach links bis in die in Fig.3 dargestellte Lage, in welcher die Spannzange 4 gelöst
und so das fertig bearbeitete Werkstück frei ist, b) das Heben des Armes 45 und
das Schwenken des Hebels 47 entgegen dem Uhrzeigersinn auf Grund der Wirkung einer
nicht dargestellten Feder, c) das Schwenken des Hebels 53 entgegen der Wirkung der
Feder 55 und somit die Winkelverdrehung des Armes 22 und die Betätigung der Trommel
16 im Uhrzeigersinn. Diese Winkelverdrehung ist so groß, daß eine neue, mit einem
Werkstück beladene Nut 2o koaxial zur Achse des Speiserohres 9 zu liegen kommt.
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Sind diese verschiedenen Vorgänge beendet, so wird durch den Nocken
32 ein Zug auf das Kabel 33 ausgeübt, welches den Ladestab 31 entgegen der Wirkung
der Feder 29 verschiebt. Der Ladestab 3 i bewirkt alsdann den Auswurf des fertig
bearbeiteten Werkstücks aus der Spannzange 4 sowie das Einbringen eines neuen Werkstücks
5 in die Bearbeitungslage. Kurz bevor dieses neue Werkstück die gewünschte axiale
Lage erreicht, verschiebt der Stoßarm 66 das' Betätigungsorgan 64, dessen konischer
Kopf 63 mit dem Arm 62 zusammenarbeitet und eine Winkelverdrehung des elastischen
Anschlags 61 um die Achse der Stange 58 bis in eine solche Lage bewirkt, in welcher
der Anschlag 61 in der Verlängerung der Achse der Spindel 3 steht. Somit stützt
sich das Werkstück 5, wenn es aus der Spannzange 4 hervorragt, gegen den Anschlag
61 ab und verschiebt diesen entgegen. der Wirkung seiner Feder 88.
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Sobald die Kurve des Nockens 32 das Zurückziehen des Ladestabes 31
bis in die in Fig. i dargestellte Lage erlaubt, so verschiebt der elastische Anschlag
61 das Werkstück 5 bis in eine durch den Boden 93 der die Feder 88 enthaltenden
Kammer 92 bestimmte Lage. Infolgedessen liegt jetzt das Werkstück in seiner genauen
axialen Lage, die seine ordnungsgemäße und genaue Bearbeitung ermöglicht.
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In diesem Moment bewirken die Nocken 35,
und 35b eine Schwenkung
des Schwenkarmes 30 in entgegengesetzter Richtung und somit die rückläufige
Bewegung des Steuerorgans 36 bis in die in Fig. i dargestellte Lage. Diese Bewegung
des Steuerorgans 36 bis in seine ursprüngliche Lage bewirkt: a) das Schließen der
Spannzange 4 und das Erfassen des Werkstücks 5, b) das Heben des Anschlags 5 i bis
in die in Fig. i dargestellte Lage, c) das Schwenken des Armes 22 auf Grund der
Wirkung der Feder 55, und zwar zu einem Zeitpunkt, wo die Stoßstange 3 1
noch im Eingriff mit der in der Verlängerung des Speiserohres 9 liegenden Nut 2o
der Trommel 16 steht. Dadurch wird die Trommel 16 noch in ihrer Winkellage festgehalter,
so
daß die Klinke 24 einen Zahn des Rades i9 überspringt und mit dem vorhergehenden
Zahn in Eingriff kommt..
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d) In dem Moment, wo die Zange das Werkstück erfaßt, ist der Ladestab
31 nur einige Millimeter nach der linken Seite aus seiner rechten Endlage zurückgezogen-
worden, wobei der Arm 6a noch in Berührungskontakt mit dem zylindrischen Teil 94
des Kopfes 63 des Betätigungsorgans 64 steht. Der Stoßarm 56 verschiebt den Anschlag
61 nach der rechten Seite entgegen der Wirkung der Feder 59, damit der Kopf des
Werkstücks 5 aus der Vertiefung 95 in der Stirnfläche des Anschlags 61 heraustritt.
Von nun an steuert der Nocken 32 die Rückzugsbewegung des Ladestabes 31 und des
Steuerorgans 64 bis in deren ursprünglichen, in Fig. i dargestellte Lage. Während
dieser Bewegung wird der Anschlag 61 durch die Feder 59 um ihre eigene Achse bis
in die in Fig. i dargestellte Lage geschwenkt.
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Nun sind alle Organe und Elemente der Speiseeinrichtung der Spannfutterspindel
wieder in ihren ursprünglichen Lagen angekommen, und das in der Spannzange 4 festgeklemmte
Werkstück 5 ist in der richtigen Stellung für seine Bearbeitung durch das Werkzeug
t.
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Nach dem Fräsen eines Zahnes in den Kopf- des vorgefertigten Werkstücks
5 wird dieses mit Hilfe des Teil- oder Schaltapparates um einen bestimmten Winkel
verdreht. Zu diesem Zweck bewirkt das Kabel 71 und die Feder 87 eine Winkelverdrehung
der Scheibe 68. Dadurch gleitet die Klinke 72 über die Zähne 76, und der Ring 86
nimmt den Zapfen 85 und damit den Kolben 83 nach unten bis in die in Fig. i dargestellte
Lage mit. Während dieser Verschiebung gleitet die Kugel 82 an der zylindrischen
Fläche 96 des Kolbens 83 entlang und fällt dann in die Kehle 84 hinein. Von diesem
Augenblick an ist die Scheibe 75 verriegelt. Im gleichen Moment erreicht die Scheibe
68" ihre Endlage, und der Nocken übt einen Zug auf das Kabel 71 aus. Die Scheibe
68 wird dann entgegen dem Uhrzeigersinn mitgenommen, so daß die Klinke 72 mit einem
der Zähne 76 in Eingriff kommt und die Scheibe 85 bei ihrer Winkelverdrehung mitnimmt.
Der Kolben 83 bleibt aber während des ersten Teiles dieser Verdrehung in der in
Fig. i dargestellten Lage, denn wenn der untere Teil des Ringes 86 an dem Zapfen
85 anstößt, wird der Kolben 83 nach oben mitgenommen.. Die: Kugel 82 steigt auf
der kegeligen Fläche und spannt dabei die Feder 79. Infolgedessen dringt die Kugel
78 am Ende der Winkelverdrehung der Scheibe 75 in die nächste Vertiefung 77 ein
und 'verriegelt dadurch die Scheibe 75 'und somit auch die Spannfutterspindel 3
in ihren neuen Winkellagen. Das Kabel 71 wird dann durch den Nocken in gespannter
Lage gehalten, um den Arm 9i in seiner ursprünglichen höchsten Lage festzuhalten.
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Hieraus ist zu ersehn, daß, weil nur ein einziges Steuerorgan 36 zur
Steuerung der Spannzange, des Abstützanschlags und-des Vorschubs der Trommel vorgesehen
ist, alle Bewegungen untereinander genau synchronisiert sind, ohne daß ein komplizierter
Nockensatz, der immer umständlich einzustellen ist, benötigt wird.
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Wenn zuvor nur eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannfutters
in bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, so ist es aber selbstverständlich,
daß alle beschriebenen Elemente und Organe ohne weiteres. durch ihre Äquivalenten
ersetzt werden können. Außerdem kann das Spannfutter in jedem einzelnen Falle den
besonderen durch die Bearbeitung des gewünschten Werkstücks gegebenen Anforderungen
angepaßt werden.
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So könnten z. B. die zwei Nocken 35a und 35b durch Glockennocken oder
. irgendeine andere Nockenart ersetzt werden, die eine Führung aufweist, in welcher
ein mechanisch mit dem einzigen Steuerorgan verbundenes Element geführt wird.
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Die beschriebene Ausführungsform erlaubt eine genaue Steuerung der
Bewegung mittels Scheibennocken. Außerdem gibt die Kardanverbindung, welche den
schwenkbaren Träger mit dem einzigen Steuerorgan verbindet, die Möglichkeit, die
Winkellage des Spannfutters in bezug auf die Rotationsebene des Fräswerkzeuges t
zu ändern, um die Werkstücke gegenüber dem Fräser so einstellen zu können, daß die
Schnittlinie der durch jeden Zahn gehenden Ebenen einen Winkel mit der Drehachse
des Werkstücks einschließt.