DE4315839C2

DE4315839C2 - Werkstückspannvorrichtung für Mehrseitenbearbeitung

Info

Publication number: DE4315839C2
Application number: DE19934315839
Authority: DE
Inventors: Johann Spreitzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: DE4315839A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückspannvorrichtung zum Spannen und Ausrichten von Werkstücken zu deren Mehrseiten bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Positionieren eines Spannfutters für eine Fräs- oder Drehmaschine bekannt (DE 31 51 613 A1), die eine fünfseitige Bearbeitung eines in das Spannfutter eingespannten Werkstückes ermöglicht. Der in Form einer Spannfutterhaltevorrichtung vorhandene Grund träger ist um eine erste horizontale Stellachse winkelein stellbar, während das als Werkstückhalter dienende Spann futter für sich um eine zweite Stellachse winkeleinstellbar ist, welche die erste Stellachse rechtwinklig schneidet. Eine reproduzierbar lagegenaue Fixierung der zu bearbeiten den Werkstücke ist in dem Spannfutter, das zudem als Bak kenfutter ausgebildet ist, nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkstücks pannvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, die zu bearbeitenden Werkstücke jeweils mit höchster Genauigkeit, insbesondere Zentriergenauigkeit, für die mehrseitige Bearbeitung zu fixieren und in bezug auf die beiden Stellachsen auf unterschiedliche Winkelposi tionen genau einzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Während bei der Ausführungsform, bei der der Werkstückhal ter mit einer im Querschnitt konischen Ringnut versehen ist, der Werkstückhalter in bezug auf die zweite Stel lachse, die mit der Symmetrieachse der Zentrier- und Spann einrichtung identisch ist, stufenlos in beliebige Winkel stellungen gebracht werden kann, besteht bei der Ausfüh rungsform mit den prismenartigen Aussparungen die Möglich keit einer dem Winkelabstand dieser Aussparungen entspre chenden Indexierung, d. h. einer stufenweisen Verstellung und Ausrichtung des Werkstückhalters.

Durch die zugleich in radialer und axialer Richtung wirksa men Spannkräfte, die durch den Ringkolben über Kugeln auf den Schaft des Werkstückhalters ausgeübt werden, findet zugleich eine radiale Zentrierung und axiale Positionierung des Werkstückhalters statt, durch welche eine sehr hohe Fixierungsgenauigkeit erreicht wird.

Diese Fixierungsgenauigkeit wird noch merklich durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 verbessert, indem die ra diale Verengung des Zentrierhalses der Spannhülse das in der Größenordnung von 0,01 mm zwischen dem Schaft des Werkstückhalters und der Innenfläche der Spannhülse vorhan dene Radialspiel, vollständig beseitigt wird.

Die Unteransprüche 3 bis 8 betreffen vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung, welche die praktische Anwendung und Handhabung erleichtern und zugleich die Funktionssi cherheit erhöhen.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 in vereinfacht dargestellter Seitenansicht einen Grundträger einer Werkzeugmaschine mit mehreren Zentrier- und Spanneinrichtungen;

Fig. 2 mehrere Zentrier- und Spanneinrichtungen in einem anderen Grundträger in vereinfachter Seitenansicht;

Fig. 3 in hälftig geteilter Schnittdarstellung III-III aus Fig. 2 eine Ausführungsform einer Zentrier- und Spanneinrichtung, wobei die linke Hälfte den ge spannten Zustand und die rechte Hälfte den ent spannten Zustand wiedergibt;

Fig. 4 in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 3 eine ande re Ausführungsform des Werkstückhalters der Zen trier- und Spanneinrichtung und

Fig. 5 einen Schnitt V-V aus Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Grundträger besteht aus einem Quader 10, der einerseits in einem stirnseitig angeordneten Rundtisch 42 und andererseits in einem Gegenlager 49 um eine erste horizontale Stellachse 43 winkeleinstellbar gelagert ist. Jede Längsseite 13 des Quaders 10 kann z. B. mit fünf hydraulischen Zentrier- und Spanneinrichtungen 33 bestückt sein, was einen bestimmten Werkstückdurchsatz pro Bearbeitungszyklus ausmacht. Diese Zentrier-und Spannein richtungen 33 weisen jeweils einen Werkstückhalter 11 auf, der stirnseitig mit einer Spannvorrichtung 45 ausgestattet ist. Wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, bestehen diese Werkstückhalter 11 jeweils aus einer zylindrischen Hülse mit einem flanschartigen Bund 21.

Durch die Drehbarkeit des Rundtisches 42 kann ein in eine Spannvorrichtung 45 eingespanntes Werkstück von drei Seiten bearbeitet werden. Nach Beendigung der Dreiseitenbearbei tung kann die hydraulische Einspannung gelöst werden. Dann können die einzelnen Werkstückhalter 11 mit Hilfe eines in die Maschinenspindel 32′ eingespannten Verdrehwerkzeugs 32, das an einem Stellstift 12 der einzelnen Werkstückhalter 11 ansetzbar ist, nacheinander um eine zweite, vertikale Stellachse 44 jeweils auf einen anderen Bearbeitungswinkel eingestellt werden. Dies geschieht durch eine Zirkularbewegung der X-Y-Achse der Maschinenspindel 32′.

Durch hydraulische Beaufschlagung werden die Werkstückhal ter 11 danach wieder festgespannt. In dieser neuen Einspan nung können dann z. B. die vierte und fünfte Seite der einzelnen Werkstücke in einem Bearbeitungszyklus komplett bearbeitet werden. Je nach Erfordernis der Werkstückform besteht die Möglichkeit, die einzelnen Werkstücke nachein ander von beliebig vielen Seiten zu bearbeiten.

In Fig. 2 ist ein anderer einseitiger Grundträger in Form eines flacheren Quaders 10′ vorgesehen, der ebenfalls im Rundtisch 42 und im Gegenlager 49 um die erste Stellachse 43 winkeleinstellbar ist. Auch dieser Quader 10′ ist mit mehreren, z. B. fünf, Zentrier- und Spanneinrichtungen 33 versehen, die nachstehend anhand der Fig. 3 und 4 im einzelnen näher beschrieben sind.

Die Zentrier- und Spanneinrichtung 33 weist eine Grund buchse 1 auf, mittels welcher sie im Quader 10′ bzw. in einer Längsseite 13 des Quaders 10 befestigt ist. In dieser Grundbuchse 1 befindet sich konzentrisch eine Spannhülse 2, die mit einer Bundfläche 28 und einem O-Ring 24 stirnseitig auf der Grundbuchse 1 aufliegt und die von einer abgedich teten Hydraulikkammer 40 umgeben ist. Diese Spannhülse 2 dient zur lagerichtigen Aufnahme des Werkstückhalters 11, der mit der ringförmigen Auflagefläche 22 seines Bundes 21 stirnseitig an der Spannhülse 2 anliegt.

Die Hydraulikkammer 40 steht über einen Hydraulikkanal 47 in Verbindung mit einem hydraulischen Versorgungskanal 50 des Quaders 10′ bzw. 10. Von der Hydraulikflüssigkeit 29 wird über eine ringförmige Kolbendichtung 5 ein axial beweglicher Ringkolben 4 betätigt, der in der Hydraulik kammer 40 angeordnet ist und der auf einem Stützring 3 aufliegt. Dieser Stützring steht unter dem Einfluß eines Federpakets 9, das sich auf einem Seeger-Ring 25 abstützt und den hydraulisch unbelasteten Ringkolben 4 gegen einen sich in der Hydraulikkammer 40 befindenden Distanzring 6 drückt.

Der Ringkolben 4 ist innen mit einer konischen Spannfläche 17 versehen, welche mehrere Kugeln 8 umschließt, die radial beweglich in radialen Durchbrüchen eines Wandabschnitts 18 der Spannhülse 2 gelagert sind.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 sind diesen Kugeln 8 jeweils prismenartige Aussparungen 16 zugeordnet, die in Höhe der Kugeln 8 im Umfang eines Zentrierhalses 19 des Werkstückhalters 11 angeordnet sind.

In einer unterhalb der Kugeln 8 angeordneten Ringnut 15 des Zentrierhalses 19 sitzt ein Einführbolzen 7, der durch sein zusammenwirken mit einer Axialnut 14 des Werkstückhalters 11 ein Herausnehmen des Werkstückhalters 11 aus der Spann hülse 2 nur in dessen Null-Grad-Stellung zuläßt.

Die linke Hälfte der Fig. 3, in welcher der Werkstückhalter 11 nicht geschnitten dargestellt ist, zeigt den Zustand bei druckbeaufschlagtem Ringkolben 4, wobei die auf die Kugeln 8 ausgeübte Kraftrichtung durch den Pfeil 20 angedeutet ist und die radialen Kräfte, die auf den Wandabschnitt 18 der Spannhülse 2 einwirken, durch die Pfeile 20′ angedeutet sind.

Über die konische Spannfläche 17 des Ringkolbens 4 werden dabei die Kugeln 8 in die prismatischen Aussparungen 16 des Werkstückhalters 11 gedrückt, wodurch es zu einer Indexie rung, d. h. Ausrichtung in Umfangsrichtung und einem axialen Einzug des Werkstückhalters 11 kommt.

Nachdem die Kugeln 8 ihre Endstellung eingenommen haben, erfolgt ein Anstieg des Hydraulikdrucks innerhalb der Hydraulikkammer 40, der zu einer gewollten Verformung der Spannhülse 2 im Bereich des Wandungsabschnitts 18 führt und dadurch eine radiale und zentrische Einspannung des Werk stückhalters 11 am Zentrierhals 19 bewirkt.

Nach Wegnahme des Hydraulikdrucks werden der Stützring 3, der Kolben 4 und die Kolbendichtung 5 durch die Kraft des Federpakets 9 gegen den Distanzring 6 verschoben. Dadurch werden die Kugeln 8 frei und die radiale und zentrische Einspannung des Werkstückhalters 11 am Zentrierhals 19 aufgehoben. Der Werkstückhalter 11 kann entnommen oder zirkular mit Hilfe eines Verdrehwerkzeugs 32 durch die Maschinenbewegung am Stellstift 12 um einen Drehwinkel, der einem beliebigen Vielfachen der Teilung der prismatischen Aussparungen 16 entspricht, um die zweite Stellachse 44 verstellt werden.

Dieser Zustand ist in der rechten Hälfte der Fig. 3 mit geschnittenem Werkstückhalter 11 dargestellt.

Bei der im übrigen gleichen Ausführungsform nach Fig. 4 sind keine prismatischen Aussparungen 16 vorhanden. Statt deren ist der Zentrierhals 19 des Werkstückhalters 11 mit einer im Querschnitt konischen Ringnut 48 versehen, in welche die Kugeln 8 eingreifen. Bei hydraulischer Druckbe aufschlagung des Ringkolbens 4 werden wie bei Fig. 3 be schrieben, die Kugeln 8 über die konische Spannfläche 17 des Ringkolbens 4 in die konische Ringnut 48 gedrückt, wodurch es zu einem axialen Einzug des Werkstückhalters 11 kommt.

Auch in Fig. 4 zeigt die linke Hälfte, in welcher der Werkstückhalter 11 nicht geschnitten dargestellt ist, den Zustand bei druckbeaufschlagtem Ringkolben 4, wobei die auf die Kugeln 8 ausgeübte Kraftrichtung wieder durch den Pfeil 20 angedeutet ist und die radialen Kräfte, die auf den Wandabschnitt 18 der Spannhülse 2 einwirken, durch die Pfeile 20′ angedeutet sind.

Nachdem die Kugeln 8 ihre Endstellung erreicht haben, erfolgt auch hier ein Anstieg des Hydraulikdrucks innerhalb der Hydraulikkammer 40, der wiederum zu einer gewollten Verformung der Spannhülse 2 im Bereich des Wandungsab schnitts 18 führt und dadurch eine radiale und zentrische Einspannung des Werkstückhalters 11 am Zentrierhals 19 bewirkt.

In gleicher Weise werden nach Wegnahme des Hydraulikdrucks der Stützring 3, der Kolben 4 und die Kolbendichtung 5 durch die Kraft des Federpakets 9 gegen den Distanzring 6 verschoben. Dadurch werden die Kugeln 8 frei, die radiale und zentrische Einspannung des Werkstückhalters 11 am Zentrierhals 19 aufgehoben. Der Werkstückhalter 11 kann entnommen oder zirkular mit Hilfe eines entsprechenden Verdrehwerkzeugs 32 durch die Maschinenbewegung am Dreh stift 12 um einen beliebigen Drehwinkel um die zweite Stellachse 44 verstellt werden.

Dieser Zustand ist in der rechten Hälfte der Fig. 4 mit geschnittenem Werkstückhalter 11 dargestellt.

In Fig. 4 ist die Anordnung der einzelnen Zentrier- und Spanneinrichtungen 33 in den vier Längsseiten der Quader 10 der Fig. 1 dargestellt.

Es versteht sich, daß diese hydraulischen Spann- und Ent spannvorgänge bei allen in einem Grundträger 10 bzw. 10′ eingesetzten und an dessen hydraulischen Versorgungskanal 50 angeschlossenen Zentrier- und Spanneinrichtungen 33 nach Fig. 3 oder Fig 4 jeweils gleichzeitig erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Grundbuchse
2 Spannhülse
3 Stützring
4 Ringkolben
5 Kolbendichtung
6 Distanzring
7 Einführ-Bolzen
8 Kugel(n)
9 Federpaket
10 Quader
10′ Quader
11 Werkstückhalter
12 Stellstift
13 Längsseiten
14 Axialnut
15 Umlaufende Nut für Einführbolzen
16 Prismatische Aussparung
17 Spannfläche
18 Wandungsabschnitt
19 Zentrierhals
20 Pfeil
20′ Pfeile
21 Bund
22 Auflagefläche
24 O-Ring
25 Seeger-Ring
28 Bundfläche
29 Hydraulikflüssigkeit
32 Verdrehwerkzeug
32′ Maschinenspindel
33 Zentrier- und Spanneinrichtung
40 Hydraulikkammer
42 Rundtisch
43 1. Stellachse
44 2. Stellachse
45 Spannvorrichtung
47 Hydraulikkanal
48 Kegelige Ringnut
49 Gegenlager
50 Versorgungsleitung.

Claims

1. Werkstückspannvorrichtung zum Spannen und Ausrichten von Werkstücken zu deren Mehrseitenbearbeitung auf einer Werkzeugmaschine, mit einem um eine erste Stel lachse winkeleinstellbaren Grundträger, in dem wenig stens eine um eine zweite Stellachse winkeleinstell bare und zu ihr konzentrische Zentrier- und Spannein richtung angeordnet ist, wobei die zweite Stellachse die erste Stellachse rechtwinklig schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier-und Spanneinrichtung zur axial fi xierenden und radial zentrierenden Aufnahme eines mit einem Bund (21) und einem Zentrierhals (19) sowie mit einer im Querschnitt konischen Ringnut oder mit meh reren umfangsseitig beabstandeten, prismenartigen Aussparungen versehenen Werkstückhalters (11) eine von einer ringförmigen Hydraulikkammer (40) umschlos sene Spannhülse (2) aufweist, in deren Wandung als Spannelemente radial bewegliche Kugeln (8) angeordnet sind, die durch eine konische Spannfläche (17) eines in der Hydraulikkammer (40) axial beweglichen Ring kolbens (4) unter Ausübung einer axialen Zugkraft auf den Werkstückhalter (11) radial in die im Querschnitt konische Ringnut (48) bzw. in die jeweils gegenüber stehenden prismenartigen Aussparungen (16) preßbar sind und daß der Werkstückhalter (11) Spannvorrich tungen (45) zur reproduzierbar lagegenauen Fixierung von zu bearbeitenden Werkstücken aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkammer (40) einen den Zentrierhals (19) des Werkstückhalters (11) aufnehmenden Wandungs abschnitt (18) der Spannhülse (2) umschließt, der un ter hydraulischer Beaufschlagung und Verformung ra dial zentrierend auf den Zentrierhals (19) preßbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ringkolben (4) über einen begrenzt beweglichen Stützring (3) unter dem Einfluß eines rückstellenden Federpakets (9) steht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (4) in seiner hy draulisch unbelasteten Ruhestellung an einem in der Hydraulikkammer (40) angeordneten Distanzring (6) an liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (11) bei hy draulisch unbelasteter Spannhülse (2) in dieser um die zweite Stellachse (44) mittels eines Verdrehwerk zeuges durch entsprechende Werzeugmaschinenbewegun gen, z. B. Zirkularbewegungen der Arbeitsspindel, in unterschiedliche Bearbeitungspositionen drehbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (11) stirnseitig einen Stell stift (12) aufweist, an dem das Verdrehwerkzeug an setzbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundträger aus einem zwi schen einem Rundtisch (42) und einem Gegenlager (49) angeordneten Quader (10) besteht, in dessen vier Längsseiten (13) jeweils mehrere Zentrier-und Spann einrichtungen (33) reihenweise angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellachse des Grundträgers horizontal verläuft.