DE10040952B4

DE10040952B4 - Vorrichtung zum reitstockseitigen Zentrieren und Spannen eines Werkstücks mit einem kreiszylindrischen Ende

Info

Publication number: DE10040952B4
Application number: DE10040952A
Authority: DE
Inventors: Peter Hochuli; Giorgio Scacchi
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: US6585573B2; US20020025768A1; ITMI20011767A1; DE10040952A1; JP2002086305A; ITMI20011767A0

Abstract

Vorrichtung zum reitstockseitigen Zentrieren und Spannen eines drehbaren Werkstücks mit einem kreiszylindrischen Ende, umfassend ein Gehäuse (1) mit einem Schaft (2) zur Aufnahme in einer Reitstockpinole (3) und einen im Gehäuse (1) um eine Rotationsachse (4) des Werkstücks (5) drehbar gelagerten Spanntopf (8) mit einer Spannzange (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (13) mittels der axialen Zustellbewegung des Reitstocks schliessbar ist und die das Schliessen und Spannen der Spannzange bewirkende axiale Reitstockkraft derart auf das Werkstück übertragen ist, dass sie im Zentrum des Werkstücks angreift und dieses ohne Reibkräfte erzeugendes radiales Gleiten von der Spannzange (13) ins Zentrum verlagerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Wegen der hohen Genauigkeit, die beim Schleifen der vorverzahnten und gehärteten Verzahnung erreicht werden muss, sind die zu schleifenden Getriebewellen in der Regel an den Stirnseiten der Schaftenden mit Zentrierbohrungen versehen, die die Drehachse des Werkstücks definieren und zur exakt zentrischen Aufnahme des Werkstücks verwendet werden. Ein typisches Beispiel dieser Art der Werkstückaufnahme wird in der DE 38 22 565 C2 gezeigt. Die Zentrierung mittels mitlaufender oder fester Reitstockspitze in der Pinole oder auf dem Reitstockschlitten, die mit einer voreingestellten Axialkraft in die Zentrierbohrung des Werkstücks gepresst wird, bestimmt die radiale Lage des reitstockseitigen Werkstückschaftes und weist genügend Steifigkeit auf, um beim Schleifen der Verzahnung die radialen Bearbeitungskräfte aufzunehmen. Durch den zentrischen Eingriff der axialen Reitstockkraft werden jegliche Biegekräfte auf das wellenförmige Werkstück und daraus resultierende Fehler verursachende elastische Verformungen des Werkstücks vermieden. Mit dieser Art der Werkstückaufnahme wird eine zuverlässige Werkstückspannung und Werkstückzentrierung mit optimaler Rundlaufgenauigkeit erreicht.
In der Praxis treten jedoch auch Fälle auf, in denen zum Beispiel zugunsten eines kostengünstigeren Herstellungsprozesses oder aufgrund der Vorbearbeitung des Werkstücks durch spitzenloses Schleifen auf Zentrierbohrungen an den Schaftenden des Werkstücks verzichtet wird und das Werkstück mittels des zylindrisch geschliffenen Schafts am reitstock- und spindelstockseitigen Ende des Werkstücks zentriert werden muss. Eine denkbare Lösung dieser Aufgabe ist beispielsweise eine zentrisch spannende rotierende Spannzange auf der Reitstockpinole, die nach der axialen Zustellung des Reitstocks in die Spannposition elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Diese Lösung gewährleistet zwar eine genaue Zentrierung des reitstockseitigen Werkstückschafts, hat aber den Nachteil, dass zum Schliessen der Spannzange auf der Reitstockseite ausser der axialen Reitstockzustellung ein zusätzlicher kraftbetätigter Spannmechanismus mit Energiezuführung auf ein drehendes Teil vorhanden sein muss, was Mehrkosten verursacht und die Zuverlässigkeit vermindert, im beengten Arbeitsraum der Maschine Platz in Anspruch nimmt und die Gefahr der Verschmutzung des Arbeitsraums durch die Ablagerung von Schleifspänen und Schleifscheibenabrieb erhöht.
DE 18 82 317 U beschreibt eine ”Zentrier-Spannvorrichtung” zur reitstockseitigen Innenzentrierung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohrkörpern o. dgl., die für die Aussenspannung von zylindrischen Werkstückschäften jedoch nicht geeignet ist.
Ein Beispiel ähnlicher Art wird in DE 38 19 407 A1 offenbart. Es beinhaltet die Konstruktion der durch ein Zugrohr kraftbetätigten Spannzange auf der Werkstückspindel einer Drehmaschine ohne Reitstockabstützung des Werkstücks. Ein weiteres Beispiel, die US 3,427,761 betrifft eine Zentrier- und Spannvorrichtung für scheibenförmige Werkstücke. Aufgabe dieser Erfindung ist die Vermeidung von Kräften auf das Werkstück, die durch Fluchtungsabweichungen zwischen Werkstückspindel und Reitstockpinole entstehen. Beide Beispiele bieten aber keine Ansatzpunkte für die Lösung des oben beschriebenen Problems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für die Bearbeitung von Wellen ohne Zentrierbohrungen eine reitstockseitige Werkstückaufnahme mittels einer Spannzange mit hoher Zentriergenauigkeit vorzuschlagen, bei der diese Nachteile vermieden werden. Die Aufgabe ist mit einer Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der reitstockseitigen Aufnahme einer Getriebewelle mit zentrisch geschliffenem zylindrischen Sitz ohne Zentrierbohrung am Wellenende in einer Zahnflankenschleifmaschine anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Darin zeigen
1 den Achsschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit eingespanntem Werkstückschaftende,
2 die Ansicht der Vorrichtung auf der Werkstückseite in Richtung der Rotationsachse des Werkstücks und
3 eine Ausführungsvariante von 1.
Das glockenförmige Gehäuse 1 der erfindungsgemässen Werkstückaufnahme ist mittels seines zentrischen Kegelschafts 2 fest mit der in Z-Richtung achsparallel verschieblichen kraftbetätigten Reitstockpinole 3 der Maschine verbunden und zur Rotationsachse 4 des Werkstücks 5 zentriert. Im Inneren des mittels Flanschdekkel 6 und Schrauben 7 verschlossenen Gehäuses 1 ist der Spanntopf 8 mittels eines zweireihigen vorgespannten Schulterlagers 9 um die Rotationsachse 4 des Werkstücks 5 drehbar gelagert. Die zylindrische Bohrung 11 und der Innenkonus 12 am offenen Ende des Spanntopfes 8 dienen der Aufnahme der mehrfach axial geschlitzten Spannzange 13, wobei die Schlitze 14 zur Verhinderung des Eindringens von Schleifspänen und Schleifscheibenabrieb in den Innenraum des Spanntopfes mit ölbeständigem elastischem Material 15 ausgegossen sind.
Zwischen dem Spannzangenboden 16 und dem Deckel 17, der mittels der Schrauben 18 mit dem Boden 19 des Spanntopfes 8 fest verschraubt ist, befinden sich parallel und konzentrisch zur Rotationsachse 4 angeordnete Druckfedern 20, die vor dem Ausspannen des Werkstücks die Lösung der Spannzange 13 bewirken.
In einer zentrischen achsparallelen Bohrung im Spannzangenboden 16 befindet sich die Hülse 21, die mit ihrer Aussenschulter 22 auf dem Spannzangenboden 16 aufliegt. Zwischen der runden gehärteten und geschliffenen Druckplatte 23 und der Stirnfläche des Werkstücks 5 befinden sich der gehärtete zylindrische Druckzapfen 24 mit bombierten Stirnflächen 25 und elastischen Ringen 26 in Rillen am Umfang zur elastischen Abstützung an der Innenwand von Hülse 21 und die gehärtete, an der Auflagefläche des Druckzapfens 24 gehärtete und geschliffene Druckkappe 27, die von der Hülse 21 mittels eines elastischen Ringes 28 gehalten und zentriert wird.
Wellendichtungen 29, 30 schützen die Innenräume der Werkstückaufnahme vor dem Eindringen von Spänen und Schleifscheibenabrieb. Mittels der Schraube 31 wird die Spannzange 13 gegen Herausfallen gesichert.
Zum Zentrieren und Spannen des Werkstücks 5 wird die geöffnete Spannzange mittels Verschiebung der Pinole 3 in Z-Richtung über das Schaftende des Werkstücks 5 geschoben. Sobald die Stirnfläche des Werkstücks und die Druckkappe 27 sich berühren, beginnt der Schliessvorgang der Spannzange durch axiale Verschiebung des Spanntopfes 8 relativ zur Spannzange 13, die sich über die Druckkappe 27, den Druckzapfen 24, die Druckplatte 23 und die Aussenschulter 22 der Hülse 21 auf der Stirnfläche des Werkstücks 5 abstützt. Dabei wird das Schaftende des Werkstücks zuerst durch die Spannzange 13, zentriert und danach radial gespannt, bis die Reitstockzustellkraft die gewünschte vorgewählte Höhe erreicht hat. Der Widerstand gegen die beim Zentrieren auftretende radiale Verlagerung des Werkstücks ist äusserst gering, weil sich die an der Werkstückstirnfläche anliegende Druckkappe 27 und damit der Auflagepunkt des Druckzapfens 24 auf der Innenseite der Druckkappe 27 dank der elastischen radialen Abstützung sowohl der Druckkappe 27 als auch des Druckzapfens 24 an bzw. in der Hülse 21 mit geringem Kraftaufwand verschieben lassen. Dabei führen die balligen Stirnflächen 25 des Druckzapfens 24 auf der Druckplatte 23 und der Innenfläche der Druckkappe 27 eine Abrollbewegung aus, so dass jegliches reibungsbehaftetes Gleiten von im Kraftfluss liegenden Teilen vermieden wird.
3 zeigt eine Variante der erfindungsgemässen Werkstückaufnahme, die zur Anwendung kommt, wenn die Schleifstelle am Werkstück nahe bei der reitstockseitigen Einspannstelle liegt und der Aussendurchmesser der Werkstückaufnahme kleiner sein muss als in 1, um Kollision mit dem Schleifwerkzeug zu vermeiden. Die Verminderung des Aussendurchmessers der Werkzeugaufnahme wird dadurch erreicht, dass die Lagerung des Spanntopfes 8 axial versetzt zwischen Pinole 3 und Spanntopf 8 angeordnet ist. Das Lagergehäuse 32 ist mittels seines zentrischen Kegelschafts 33 fest mit der Pinole 3 verbunden. Im Inneren des Lagergehäuses 32 ist der Lagerzapfen 34 mittels eines dreireihigen vorgespannten Schulterlagers 35 um die Rotationsachse 4 drehbar gelagert.
Lagerzapfen 34 und Spanntopf 8 sind über Flansch 36 und Schrauben 37 fest miteinander verbunden.
Entscheidende Voraussetzungen für die hier geforderte hochgenaue Werkstückzentrierung und Werkstückspannung sind die Vermeidung von radialen Kräften während des Zentriervorgangs und exzentrisch angreifenden Axialkräften am Werkstück, die dieses elastisch verformen könnten. Diese Voraussetzungen werden erfindungsgemäss geschaffen durch die Art der Kraftübertragung vom Reitstock auf das Werkstück ohne Gleiten zwischen sich berührenden Teilen sowie die konstruktive Gestaltung der im Kraftfluss liegenden Elemente, mittels derer die Radialkräfte am Werkstück 5 und die Exzentrizität des Kraftangriffs der axialen Reitstockkraft am Werkstück so niedrig gehalten werden, dass selbst bei grösseren Planlaufabweichungen der Stirnfläche des Werkstücks 5 höchste Anforderungen an die Genauigkeit der Werkstückaufnahme erfüllt werden können.

Claims

Vorrichtung zum reitstockseitigen Zentrieren und Spannen eines drehbaren Werkstücks mit einem kreiszylindrischen Ende, umfassend ein Gehäuse (1) mit einem Schaft (2) zur Aufnahme in einer Reitstockpinole (3) und einen im Gehäuse (1) um eine Rotationsachse (4) des Werkstücks (5) drehbar gelagerten Spanntopf (8) mit einer Spannzange (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (13) mittels der axialen Zustellbewegung des Reitstocks schliessbar ist und die das Schliessen und Spannen der Spannzange bewirkende axiale Reitstockkraft derart auf das Werkstück übertragen ist, dass sie im Zentrum des Werkstücks angreift und dieses ohne Reibkräfte erzeugendes radiales Gleiten von der Spannzange (13) ins Zentrum verlagerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Zustellkraft der Pinole (3) von einer Druckplatte (23) über einen auf beiden Seiten balligen Körper (24) auf eine an der Werkstückstirnfläche aufliegende Druckkappe (27) geleitet ist, wobei der Körper (24) und die Druckkappe (27) in ungespanntem Zustand durch elastische Ringe (26, 28) zentriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (23), der Körper (24) und die Druckkappe (27) an den Flächen, an denen sie aufeinander abrollen, gehärtet und geschliffen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Körper (24) ein auf beiden Stirnflächen balliger, zylindrischer Zapfen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (24) durch zwei axial voneinander beabstandete elastische erste Ringe (26) in einer zylindrischen Bohrung einer Hülse (21) zentriert ist und dass die Druckkappe (27) durch mindestens einen zweiten elastischen Ring (28) auf dem Aussenumfang der Hülse (21) zentriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des Zapfens (24) kugelkalottenförmig sind, mit einem Krümmungsradius, der mindestens der Hälfte der Länge des Zapfens (24) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Gehäuses (1) durch elastisches Material (15) in Schlitzen (14) der Spannzange (13) und durch Dichtungen (29, 30) vor Verunreinigung geschützt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (13) gegenüber dem Gehäuse (1) mittels mindestens einer axial wirkenden Fader (20) in Öffnungsrichtung vorbelastet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanntopf (8) und dessen Lagerung in einem Lagergehäuse (32) axial hintereinander angeordnet sind.