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Vorrichtung zur auswechselbaren Befestigung eines
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kraftbetätigten Werkstückhalters an der Drehspindel einer Werkzeugmaschine.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur auswechselbaren Befestigung
eines kraftbetätigten Werkstückhalters mit an einem Werkstückhalterkörper geführten
Spannbacken, insbesondere eines Spannfutters, an der Drehspindel einer Werkze aschine.
mit einem Zwischen der Dr#,ehspinde1 und dem WerkstUckhalterkörper vorgesehenen
Spannkopf mit einem an der Drehspindel befestigten gpannkoptkörper, wobei am Körper
des Spannkopfes geführte, für den Werkstückhalterwechsel mittels eines Stellantriebes
verstellbare Riegelglieder und am Körper des Werkstückhalters Riegelaufnahmen für
den Eingriff der Riegelglieder, ferner an beiden Körpern Zentrierflächen vorgesehen
sind, die einen die beiden Körper zueinander ausrichtenden Zentriersitz bilden,
wobei die Riegelglieder und Riegelaufnahmen einander Spannflächen anliegen, die
in Verstellrichtung der Riegelglieder geneigt sind und beim Verstellen der Riegelglieder
in den Verriegelungszustand den Werkstückhalter in den Zentriersitz ziehen.
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Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE-PS 16 02 774
bekannt. Die Riegelglieder sind radial
im Spannkopfkörper geführte,
kraftbetätigte Spannbolzen mit nach außen über die Umfangsfläche des Spannkopfkörpers
vorverstellbaren, die Spannflächen aufweisenden Bolzenköpfen. Der Werkstückhalterkörper
besitzt einen den Spannkopfkörper außen axial übergreifenden Kragen, der innenseitig
eine Ringnut für den Eingriff der Bolzenköpfe aufweist. Werden die Spannbolzen radial
nach außen gedrückt, wird über deren Spannflächen der Werkstückhalterkörper in den
von Kurzkegelflächen gebildeten Zentriersitz gezogen. Eine derartige Konstruktion
besitzt in radialer Richtung ungünstig große Bauabmessungen und erschwert außerdem
die Ubertragung hoher Drehmomente zwischen dem Spannkopfkörper und dem Werkstückhalterkörper,
da die Gefahr besteht, daß die Spannbolzenköpfe in der sie aufnehmenden Ringnut
in deren Umfangsrichtung gleiten können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß sie mit radial möglichst kleiner Bauform erstellt
werden kann und bezüglich der Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Spannkopfkörper
und dem Werkstückhalterkörper ohne Probleme ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß am Werkstückhalterkörper
Zapfen und im Spannkopfkörper Zapfenaufnahmen vorgesehen sind, in die die Zapfen
mit zur Drehspindelachse paralleler Zapfenachse einsteckbar sind, und daß die Riegelglieder
quer zu den Zapfenaufnahmen geführt sind und je nach ihrer Stellung in die an den
Zapfen quer zur Zapfenachse verlaufenden Riegelaufnahmen greifen oder den. Zapfen
axial
freien Durchtritt in den Zapfenaufnahmen gewähren.
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Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen
darin, daß der Spannkopfkörper und der Werkstückhalterkörper gleichen Durchmesser
aufweisen können, der Werkstückhalterkörper also den Spannkopfkörper nicht mehr
außen zu übergreifen braucht. Dies crmdglicht radial kleine Bauformen. Weiter gewä#rletsten
die in den Zapfenaufnahmen des Spannkopfkörpers sitzenden Zapfen des Werkstückhalterkörpers
eine einwindfreie Übertragung auch großer Drehmomente zwischen dem Spannkopfkörper
und dem Werkstckhalterkörper, da die im Spannkopfkörper mit den Riegelgliedern verspannten
Zapfen des Werkstückhalterkörpers nicht nur einen kraftschlüssigen, sondern auch
einen in Drehrichtung formschlüssigen Sitz beider Körper aneinander bilden.
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Iln einzelnen besteht die Möglichkeit, für jedes Riegelglied einen
eigenen Antrieb, etwa in Form eines im Spannkopfkörper angeordneten Kraftspannzylinders,
vorzusehen. Wesentlich einfacher und daher im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist
aber eine Ausführungsform, bei der die Riegelglieder an einem um die Drehspindelachse
drehbaren Ringschieber ausgebildet sind, der mit radialem Spiel im Spannkopfkörper
geführt und in Drehrichtung durch den Stellantrieb verstellbar ist. Die Riegelglieder
verstellen sich daher gemeinsam mit dem Ringschieber, wobei der nötige Toleranzausgleich
gegenüber den von den Riegelgliedern gespannten und verriegelten Zapfen über das
radiale Spiel des Ringschiebers erfolgt, der radial gleichsam schwimmend im Spannkopfkörper
liegt und sich in Bezug auf die Zapfen selbsttätig
zentriert.
Zum Antrieb des Ringschiebers ist dieser zweckmäßig über einen den radialen Spielausgleich
ermöglichenden Mitnehmer mit einem radial spielfrei im Spannkopfkörper gelagerten
Antriebsring des Stellantriebs verbunden, wobei der Mitnehmer in einer Radialnut
des Ringschiebers und/oder des Antriebsringes verschiebbar sein kann. Der Antriebsring
selbst kann auf beliebige Weise betätigt werden. In bevorzugter Ausführungsform
trägt der Antriebsring einen Zahnkranz, in den ein im Spannkopfkörper gelagertes,
von außen verdrehbares Zahnritzel greift.
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Eine weiter bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringschieber in seiner Umfangsrichtung verlaufende, die Riegelglieder bildende
Ringabschnitte aufweist, welche an derselben Ringseite mit zum selben Ringrand hin
gerichteten, die Spannflächen der Riegelglieder bildenden Kegelflächen versehen
sind, die mit der Ringachse des Ringschiebers koaxial sind und eine Steigung um
die Ringachse besitzen, welche die den Werkstückhalter in den Zentriersitz ziehende
Steigung der Spannflächen erzeugt.
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Die Kegelflächen erzwingen in besonders einfacher Weise die schon
erwähnte Selbstzentrierung des Ringschiebers gegenüber den Zapfen. Im übrigen kann
der Ringschieber auf der den Spannflächen gegenüberliegenden Seite AbdrUckflächen
aufweisen, die ebenfalls kegelig und mit einer Steigung um die Ringachse verlaufen,
wobei die Spannflächen und die Abdrückflächen im Querschnitt des Ringschiebers einen
Keilwinkel miteinander-einschliessen und die Steigung so gewählt ist, daß beim Verstellen
des Ringschiebers in den Entriegelungszustand die
Abdrückflächen
den Werkstückhalter aus dem Zentnersitz drücken.
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Der Ringschieber besitzt für Jeden Zapfen eine in der Entriegelungsstellung
des Ringschiebers den freien axialen Zapfendurchtritt ermöglichende Aussparung,
an die in der in:die Verriegelungsstellung führenden Drehrichtung die Spannfläche
bzw. Abdrückfläche anschließt.
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Die Riegelaufnahmen in den Zapfen können mit Gleitflächen versehen
sein, die den Spannflächen bzw. AbdrUckflächen angepaßt sind.
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Die Zapfen müssen im Werkstückhalterkörper gegen Verdrehungen um ihre
Achse gesichert sein, damit gewährleistet ist, daß sie immer die für den Eintritt
der Riegelglieder in die Riegelaufnahmen richtige Stellung besitzen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Körper des Spannkopfes
und des Werkstückhalters gemeinsam den Futterkörper eines Backenspannfutters bilden
mit im Spannkopfkörper angeordneten Grundspannbacken und im Werk stückhalterkörp
er angeordneten Vorsatzspannbacken, wobei die Grundspannbacken und die Vorsatzspannbacken
über eine an ihren einander zugekehrten Stirnseiten vorgesehene Verzahnung mit quer
zur Führungsrichtung der Spannbacken verlaufenden Zahnleisten im gegenseitigen Eingriff
stehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß beim Wechsel des Werkstückhalters
die Grundspannbacken und deren Antriebseinrichtung fest mit dem Spannkopfkörper
an der Drehspindel verbleiben, der auszuwechselnde Werkstückhalter also im Vergleich
zu einem vollständigen Backenspannfutter vergleichsweise
einfach
ausgebildet sein kann. Selbstverständlich besteht aber im Rahmen der Erfindung auch
die Möglichkeit, daß der Werkstückhalterkörper allein den Futterkörper eines Backenspannfutters
mit einem axial im Werkstückhalterkörper geführten Backenantriebsglied bildet, das
mit einer durch die hohle Drehspindel verlaufenden kraftbetätigten Spannstange kuppelbar
ist, wobei die Kupplung als am Backenantriebsglied angreifende Spannzange ausgebildet
ist, die längs eines Axialhubes durch am Werkstückhalterkörper vorgesehene Steuerflächen
geöffnet und geschlossen werden kann. In diesem Fall ist das gesamte Backenspannfutter
am Spannkopf auszuwechseln und dabei die Spannzange am Backenantriebsglied des Spannfutters
Jeweils aus- bzw. einzukuppeln.
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Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten
Ausf#»irungsbeispielen erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine
Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt in Richtung A - A durch
die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2, Fig, 4 die Vorrichtung nach Fig. 1 mit vom
Spannkopf abgenommenem Werkstückhalter,
Fig. 5 einen axialen Teilschnitt
durch die Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2.
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Die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen ermöglichen die auswechselbare
Befestigung eines kraftbetätigten Werkstückhalters 1 an der selbst nicht dargestellten
Drehspindel einer Werkzeugmaschine. Der Werkstückhalter 1 besteht aus einem Werkstückhalterkörper
1.1 mit drei daran radial geführten Spannbakg4 3, von welchen in den Fig. 1, 2 und
4 Jeweils nur eine Spannbacke ersichtlich ist. Die Befestigung des Werkstückhalterkörper
1.1 an der Drehspindel erfolgt ;;;#t Hilfe einet Spapnkopfes 2, dessen Spannkopfkörper
R an der dem WerkstUckhalter 1 abgewandten Seite die bei Spannfuttern beispielsweise
allgemein üblichen Einrichtungen zum Anschluß an die nicht dargestellte Drehspindel
aufweist, nämlich im Ausführungsbeispiel eine Kurzkegelaufnahme 4 und Spannschrauben
5. Am Körper 2.1 des Spannkopfes 2 sind Riegelglieder 6 geführt, die für den Werkstückhalterwechsel
mittels eines im einzelnen noch zu beschreibenden Stellantriebes verstellbar sind.
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Am Körper 1.1 des Werkstückhalters 1 sind für den Eingriff dieser
Riegelglieder 6 Riegelaufnahmen 7 vorgesehen. Außerdem sind beide Körper 1.1, 2.1
mit Zentrierflächen ausgestattet, die einen die beiden Körper zueinander ausrichtenden
Zentriersitz 8, in den AusfUhrungsbeispelen wiederum in Form eines Kurzkegels, bilden.
Die Riegelglieder 6 und die Riegel aufnahmen 7 liegen einander in Spannflächen 9
an, die in Verstellrichtung der Riegelglieder 6 geneigt sind und dadurch beim Verstellen
der Riegelglieder 6 in den Verriegelungszustand den Werkstückhalter 1 gegen den
Spannkopf 2
in den Zentriersitz 8 ziehen. Am Werkstückhalterkörper
1.1 sind Zapfen 10 und im Spannkopfkörper 2.1 Zapfenaufnahmen 11 vorgesehen, in
die die Zapfen 10 mit zur Drehspindelachse 0-0 paralleler Zapfenachse 10.1 einsteckbar
sind. Die Riegelglieder 6 sind quer zu den Zapfenaufnahmen 11 geführt. Je nach ihrer
Stellung greifen sie in die an den Zapfen' 10 quer zur Zapfenachse 10.1 verlaufenden
Riegelaufnahmen 7 oder gewähren den Zapfen 10 in den Zapfenaufnahmen 11 axial freien
Durchtritt, so daß die für den Wechsel erforderliche Axialbewegung des Werkstückhalters
1 relativ zum Spannkopf 2 möglich ist. Die Riegelglieder 6 sind an einem um die
Drehspindelachse 0-0 drehbaren Ringschieber 12 ausgebildet, der mit radialem Spiel
13 im Spannkopfkörper 2.1 geführt und in Drehrichtung durch den Stellantrieb verstellbar
ist. Dazu steht der Ringschieber 12 über einen den radialen Spielausgleich ermöglichenden
Mitnehmer 14 mit einem radial praktisch spielfrei im Spannkopfkörper 2.1 gelagerten
Antriebsring 15. in Verbindung. Der Mitnehmer 14 ist als Radialfeder ausgebildet,
die in Radialnuten 16 sowohl des Ringschiebers 12 als auch des Antriebsringes 15
liegt und in der Radialnut 16 des Antriebsringes 15 radial verschiebbar, dagegen
im Ringschieber 12 befestigt ist. Der Antriebsring 15 trägt einen Zahnkranz 17,
in den ein im Spannkopfkörper 2.1 gelagertes, von außen verdrehbares Zahnritzel
18 greift. Dieses ist mit radial zur Drehspindelachse 0-0 gerichteter Drehachse
18.1 angeordnet, so daß der Schaft 18.2 des Zahnritzels 18 an der Umfangsfläche
des Spannkopfkörpers 2.1 für einen radial zustellbaren Drehantrieb zugänglich ist,
der in Fig. 4 bei 19 angedeutet ist und einen Teil des selbst nicht dargestellten
Werkstückhalterwechslers
bildet, der zur Handhabung des Werkstückhalters
1 beim Wechselvorgang dient, wobei der Werkstückhalterkörper 1.1 mit Kontrollflächen
1.2 versehen sein kann, die die reproduzierbare Aufnahme des Werkstückhalterkörpers
1.1 im Wechsler ermöglichen. Zu diesem Wechsler kann auch ein berührungsloser Grenztaster
21 gehören, der über einen am Spannkopfkörper 2.1 in dessen Umfangsfläche vorgesehenen
Kontrollstift 20 den Verriegelungszustand des Spannkopfes 2 überwacht. Dieser Kontrollstift
20 ist im einzelnen in Fig.
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5 ersichtlich, die einen axialen Teilschnitt durch die Spannkopfkörper
2.1 nach den Fig. 1 und 2 zeigt. Der Kontrollstift 20 ist radial verschiebbar im
Spannkopfkörper 2.1 geführt und besitzt einen Querstift 22, der in eine Führungsnut
23 des Ringschiebers 12 greift, die eine Zwangsführung für den Querstift 22 und
damit für den Kontrollstift 20 bildet. Befindet sich der Ringschieber 12 in der
Entriegelungsstellung, steht der Kontrollstift 20 aus dem Spannkopfkörper 2.1 vor,
wie dies in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist. Im verriegelten Zustand dagegen ist
der Kontrollstift 20 in den Spannkopfkörper 2.1 bis zum bündigen Abschluß mit dessen
Umfangsfläche zurückgezogen.
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Die Riegelglieder 6 sind am Ringschieber 12 durch in dessen Umfangsrichtung
verlaufende Ringabschnitte gebildet, die an derselben Ringseite mit zum selben,
in den Ausführungsbeispielen inneren Ringrand hin gereicht~ teten Kegelflächen versehen
sind, welche die Spannflächen 9 der Riegelglieder 6 bilden. Diese Kegelflächen sind
koaxial zur Ringachse des Ringschiebers 12 und besitzen eine gewindeartige Steigung
um die Ringachse,
welche die den Werkstückhalter 1 in den Zentriersitz
8 ziehende Neigung der Spannflächen 9 erzeugt. Im Ausführungsbeispiel befinden sich
diese Spannflächen 9 auf der dem Werkstückhalter 1 abgewandten Seite des Ringschiebers
12. Auf der anderen, den Spannflächen 9 also ab- und dem Werkstückhalter 1 zugewandten
Seite des Ringschiebers 12 befinden sich Abdrückflächen 24, die ebenfalls kegelig
und mit einer gewindeartigen Steigung um die Ringachse verlaufen. Im Querschnitt
des Ringschiebers 12 gesehen schließen diese Abdrückflächen 24 mit den Spannflächen
9 einen Keilwinkel 25 ein. Die Steigung der Abdrückflächen 24 ist so gewählt, daß
diese den Werkstückhalter 1 aus dem Zentriersitz 8 drücken, wenn der Ringschieber
12 in den Entriegelungszustand verdreht wird. Weiter besitzt der Ringschiebers 12
für jeden Zapfen 10 eine aus Fig. 3 ersichtliche Aussparung 26. Diese Aussparungen
26 ermöglichen in der Entriegelungsstellung des Ringschiebers 12 den freien axialen
Zapfendurchtritt, so daß das Einstecken oder Ausziehen der Zapfen 10 in den Zapfenaufnahmen
11 nicht durch den Ringschieber 12 gestört oder behindert wird.
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An Jede Aussparung 26 schließen in der in die Verriegelungsstellung
führende Drehrichtung die Spannfläche 9 bzw. die Abdrückfläche 24 an. Die Riegelaufnahmen
7 in den Zapfen 10 sind mit Gleitflächen 27 versehen, die den Spannflächen 9 bzw.
Abdrückflächen 24 angepaßt sind.
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Die Zapfen 10 sind im Werkstückhalterkörper 1.1 durch Schrauben 28
befestigt und durch Sicherungsstifte oder -schrauben 29 gegen Verdrehungen um ihre
Achse 10.1 gesichert, so daß sie stets den für den Eintritt der Riegelglieder 6
in die Riegelaufnahmen 7 richtige Stellung besitzen.
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Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 4 bilden die Körper 1.1,
2.1 des Spannkopfes 2 und des Werkstückhalters 1 gemeinsam den Futterkörper eines
Backenspannfutters mit im Spannkopfkörper 2.1 angeordneten Grundspannbacken 30 und
im Werkstückhalterkörper 1.1 angeordneten Vorsatzspannbacken 3. Die Vorsatzspannbacken
3 sind im Werkstückhalterkörper 1.1 selbständig geführt, ebenso die Grundspannbacken
30 im Spannkopfkörper 2.1.
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Im Spannkopfkörper 2.1 befindet sich auch das zentrale Antriebsglied
31 für die Grundspannbacke 30, das über eine bei Spannfuttern übliche Keilhakenverbindung
32 an die Grundspannbacken 30 angeschlossen ist. Die Grundspannbacken 30 und die
Vorsatzspannbacken 3 stehen über eine an ihren einander zugekehrten Stirnseiten
vorgesehene Verzahnung 33 mit quer zur Führungsrichtung der Spannbacken 3, 30 verlaufenden
Zahnleisten im gegenseitigen Eingriff. Die Vorsatzspannbacken 3 können im Werkstückhalterkörper
1.1 radial auf den jeweils gewünschen Spanndurchmesser voreingestellt und in dieser
Voreinstellung durch einen federbelasteten Raststift 34 gehalten sein, der in eine
Verzahnungslücke eingreift. Dieser Raststift 34 garantiert außerdem eine Voreinstellung
der Vorsatzspannbacke 3 derart, daß die Verzahnungen 33 an Grundspannbacke 30 und
Vorsatzspannbacke 3 auch wirklich miteinander zum Eingriff kommen, wenn der Werkstückhalter
1 gegen den Spannkopf 2 angesetzt wird. Die Vorsatzspannbacken 3 können im übrigen
übliche Aufsatzbacken 3.1 tragen; auch können am Werkstückhalterkörper 1.1 werkstückspezifische
Fixier- und Anschlagteile 35 angeordnet sein. Die beschriebene Ausführungsform hat
den Vorteil, daß die Grundspannbacken 30 mit ihrem Antriebsglied 31 nicht mit ausgewechselt
zu
werden brauchen, also der auszuwechselnde Werkstückhalter 1 von verhältnismäßig
einfachem Aufbau ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bildet dagegen der Werkstückhalterkörper
1.1 für sich allein den Futterkörper eines Spannfutters mit einem axial im Werkstückhalterkörper
1.1 geführten Backenantriebsglied 31. Dieses ist mit einer durch die hohle Drehspindel
verlaufenden kraftbetätigten, ebenfalls nicht dargestellten Spannstange kuppelbar.
Dazu dient eine an einem Außenbund 31.1 des Backenantriebsgliedes 31 angreifende
Spannzange 36, die mit einem Innengewinde 37 zur Befestigung auf der Spannstange
eingerichtet ist. Die Spannzange 36 besitzt durch Längsschlitze 38 voneinander getrennte
Zangenbacken 39, die radial an am Werkstückhalterkörper 1.1 vorgesehenen Steuerflächen
40 geführt sind, wenn die Spannzange 36 mittels der Spannstange längs eines Axialhubes
41 bewegt wird.
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Die Fig 2 zeigt den eingekuppelten Zustand. Wird die Spannstange axial
nach vorn, in Fig. 2 also nach rechts verschoben, treten die Schultern 42 der Zangenbacken
39 aus den Steuerflächen 40 vor, so daß sich die Zangenbacken 39 radial aufspreizen
und den Bund 31.1 des Backenantriebsgliedes 31 freigeben. Die Spannbacken 3 sind
in diesem Ausführungsbeispiel ohne Aufsatzbakken dargestellt.
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