DE202006015097U1

DE202006015097U1 - Hydraulische Spannvorrichtung zum Innen- und Außenspannen von Werkstücken

Info

Publication number: DE202006015097U1
Application number: DE200620015097
Authority: DE
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2016-10-03

Abstract

Spannvorrichtung zum Innen- und Außenspannen eines Werkstücks mit
– mehreren in einem zylindrischen Futterkörper winkelversetzt angeordneten und radial verschiebbaren Spannbacken (2), die innere und äußere Spannflächen aufweisen,
– einem Mechanismus (3–7; 40, 42) zum synchronen radialen Verschieben der Spannbacken (2),
– einem doppelt wirkenden Spannzylinder (11) zum Betätigen der Spannbacken (2) und
– einem Hydrauliksystem,
dadurch gekennzeichnet, dass
– dem hydraulischen Spannzylinder (11) Drucksensoren (49, 50) zugeordnet sind, die den Spannungszustand der Spannbakken (2) überwachen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Innen- und Außenspannen eines Werkstücks, mit mehreren in einem zylindrischen Futterkörper winkelversetzt angeordneten Spannbacken, mit einem Mechanismus zum synchronen radialen Verschieben der Spannbacken zum Fixieren oder Lösen eines Werkstücks, mit einem doppelt wirkenden Spannzylinder zum Betätigen des Spannmechanismus und mit Mitteln zum Montieren der Spannvorrichtung auf einem Träger, beispielsweise auf einem Werkstücktisch oder auf einer Palette.
Für die Leistungsfähigkeit von programmgesteuerten Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren ist es von erheblicher Bedeutung, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsvorgänge an Werkstücken in jeweils einer Aufspannung durchgeführt werden kann. Die Werkstücke selbst werden auf geeigneten Werkstückträgern, meistens auf sog. Paletten, außerhalb des Bearbeitungsbereichs der Werkzeugmaschine in Rüstplätzen montiert und gespannt. Mit Hilfe von geeigneten Palettenwechslern werden die bereits bearbeiteten Werkstücke aus dem Arbeitsraum der Maschine entfernt und gleichzeitig Paletten mit gespannten unbearbeiteten Werkstücken auf dem Werkstücktisch im Arbeitsraum der Maschine plaziert. Ziel dieser Vorgänge sind möglichst kurze Totzeiten der Maschine.
Aus der DE 32 32 367 ist eine Vorrichtung zum Ankuppeln einer auf einer Werkstückpalette angeordneten hydraulischen Spannvorrichtung an ein hydraulisches Druckmittel-Versorgungssystem bekannt, die eine automatisierte Handhabung von Werkstückpaletten zwischen einem Rüst- bzw. Spannplatz und mindestens einem Bearbeitungsplatz in ei ner Werkzeugmaschine ermöglicht. Zu diesem Zweck sind in einer Palette Kupplungsteile mit je einem federbelasteten Sperrventil und in einem Versorgungskörper weitere Kupplungsteile mit federbelasteten Sperrventilen vorgesehen, die mit den palettenseitigen Kupplungsteilen zusammenwirken. Die Betätigung der Kupplung erfolgt automatisch über einen hydraulischen Antrieb, der durch das über die Kupplung strömende Druckmittel betätigt wird, wobei für den Kupplungsvorgang lediglich ein Ventil geöffnet werden muss, das einer Kolbenanordnung des hydraulischen Antriebs Druckmittel zuführt.
In der DE 37 02 865 A1 ist eine Vorrichtung zum Wechseln und Positionieren von Werkstückträgern, z.B. Paletten, auf dem Werkstücktisch einer Werkzeugmaschine beschrieben, bei welcher der Palettenträger auf dem Werkstücktisch hydraulisch gespannt wird. Zum Festspannen der Palette dienen federbelastete Kolben, an denen Betätigungsbolzen für Aufnahmeleisten des Werkstücktisches befestigt sind. Die besonders ausgestalteten Kolben wirken mit den Betätigungsbolzen so zusammen, dass im normalen Betrieb die jeweilige Palette in den Aufnahmeleisten des Tisches fest verspannt ist und diese Verspannung erst durch Beaufschlagen der Kolben mit einem Druckmittel gelöst wird.
Schließlich ist aus der EP 0 529 480 B1 ein Palettenträger für Werkzeugmaschinen bekannt, der Zentrier- und Klemmglieder zum Fixieren einer aufgeschobenen Palette in einer vorbestimmten Position aufweist. Die Klemmglieder werden durch ein hydraulisches Druckmittel betätigt, das über selbsttätig kuppelbare Kanäle im Übergabeschlitten und im Palettenträger zugeführt wird und als Gleitmittel zwischen den Gleitflächen der Führungsschienen und der Palette wirkt. Als Druckmittel dient eine Hochdruck-Spülflüssigkeit mit einem Druck von mindestens 40 bar, die bereits vor dem Herstellen der druckdichten Kupplungsverbindung auf Verbindungselemente des Palettenträgers gespritzt wird.
Bei den bekannten Systemen ist die Überwachung des Betriebszustandes der jeweils eingesetzten Spannelemente ungenügend. Bisher erfolgte die Überwachung des Betriebszustandes der jeweiligen Spannvorrichtung durch Erfassen der Stellung des Kolbens bzw. seiner Kolbenstange. Dabei konnten keine sicheren Aussagen darüber getroffen werden, ob sich die Vorrichtung in einem gespannten oder aber im gelösten Zustand befindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung zum Innen- und Außenspannen von Werkstücken zu schaffen, die zuverlässige Aussagen über den jeweiligen Spannzustand gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das erfindungsgemäße Vorsehen von Drucksensoren für die Arbeitskammer des hydraulischen Spannzylinders ermöglicht eine von der Kolbenstellung des Spannzylinders unabhängige Erfassung des jeweiligen Betriebszustandes durch kontinuierliches Erfassen und Überwachen der Druckwerte in der einen oder anderen Arbeitskammer des hydraulischen Spannzylinders. Da der Arbeitsdruck im Spannzylinder das Kriterium für den Spannungszustand des Spannbackenfutters ist, haben die erfassten Druckwerte einen unmittelbaren Aussagegehalt darüber, ob sich das Spannfutter im Betriebszustand des Innenspannens, des Außenspannens oder im Lösezustand befindet.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist an mindestens einer Spannbacke oder an einem Schieber, der die gleiche Bewegung wie die Spannbacke macht, eine Nocke vorgesehen, die ein Ventil im hydraulischen System steuert. Durch Radialverschieben der zugehörigen Spannbacke wird auch die Schiebenocke verstellt, wodurch das zugehörige federbelastete Ventil aus einer Durchfluss-Stellung in eine Sperrstellung – und umgekehrt – verstellt wird.
Um jeden möglichen Betriebszustand erfassen zu können, ist jeder Arbeitskammer des doppelt wirkenden Spannzylinders je ein Drucksensor zugeordnet, wobei dieser Drucksensor unmittelbar in der jeweiligen Arbeitskammer oder in einer damit kommunizierenden Leitung angeordnet sein kann.
Zum Einstellen eines gewünschten Betriebszustandes, z.B. zum Innenspannen oder zum Außenspannen, sind in dem hydraulischen System der Spannvorrichtung verriegelbare Schalthebel vorgesehen, mit denen sich durch manuelle Betätigung der jeweilige Betriebszustand einstellen lässt.
Eine eigenständige Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die hydraulische Spannvorrichtung mit dem Spannbakkenfutter und dem hydraulischen Spannsystem in eine Palette integriert ist, die Anschlüsse zum selbsttätigen Verbinden der inneren Hydraulikkanäle mit äußeren Hydraulikkanälen aufweist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, ein Werkstück auf oder im Spannbackenfutter in einer neben der Werkzeugmaschine angeordneten Rüststation auf einem Werkstückträger, d.h. auf einer Palette, zu positionieren und zu spannen. Die Fixierung des Werkstückes in der vorgesehenen Position erfolgt durch das hydraulische System der Spannvorrichtung, dem die Druckflüssigkeit über ein in der Rüststation vorhandenes Leitungssystem zugeführt wird. Die Rüststation kann mit einem Palettenträger kombiniert sein. Um die Palette mit dem im Spannbackenfutter bereits gespannten Werkzeug auf den Werkstücktisch im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zu positionieren, erfolgt ein an sich bekannter Palettenwechsel, durch den die Palette mit dem bereits bearbeiteten Werkstück vom Werkstücktisch der Maschine entfernt und die Palette mit dem neuen Werkstück auf dem Werkstücktisch positioniert wird. Während des Wechsel- bzw. Übergabevorganges wird der bisherige Betriebszustand der Spannvorrichtung aufrechterhalten, indem die Druckleitungen zum Versorgungssystem in der Rüststation automa tisch gesperrt werden. Nach Absetzen der Palette auf dem Werkstücktisch erfolgt automatisch die Ankoppelung des hydraulischen Systems der Spannvorrichtung mit dem Versorgungssystem des Werkstücktisches.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
3 schematisch das hydraulische System des Werkstücktischs mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
4 schematisch das hydraulische System der Rüststation mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um hydraulisch betätigte Dreibackenfutter, die mit Proportionalhydraulik betrieben werden. Die Anwahl der Innenspannung und der Außenspannung erfolgt jeweils durch ein manuell betätigtes Ventil am eigentlichen Spannmittel, das selbst keine Sensorik enthält. Der Endpunkt des jeweiligen Spannweges wird nicht durch einen eigenen Sensor überwacht. Im Spannmittel ist eine Rücklaufleitung vorgesehen, über die Hydrauliköl beim Spannvorgang in den Tank zurückfließt. Im Strömungsweg zum Tank befindet sich ein Drucksensor, über den abgefragt wird, ob ein Werkstück gespannt ist. Dieser Sensor kann schon Spanndruck melden, bevor das Ende des Spannweges erreicht worden ist. Sobald das Spannwegende erreicht ist, wird der Druck an den Sensor durch das Spannmittel unterbrochen. Durch diese Signaländerung erfolgt die Auswertung, dass das Werkstück gespannt ist. Ergänzend zu dem Drucksensor bzw. Druckschalter ist ein Durchfluss-Sensor in der Druckleitung für den Spannvorgang angeordnet. Durch Überwachung des Durchflusses wird erkannt, ob ein Spannvorgang abgeschlossen ist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in einem Futterkörper 1 mit zylindrischer Außenkontur Spannbacken 2 radial bewegbar geführt. Wie dargestellt, ragt der obere abgestufte Teil der Spannbacken 2 aus der Stirnfläche des Futterkörpers 1 hervor. Durch radiale Verstellbewegungen nach innen oder außen der Spannbacken 2 wird ein – nicht dargestelltes – Werkstück gespannt.
An der Unterseite jeder Spannbacke 2 ist eine Ausnehmung 3 ausgebildet. Im zylindrischen Futterkörper 1 ist für jede Spannbacke 2 je ein Winkelhebel 5 um Zapfen 6 drehbar gelagert. Der sich nach aufwärts erstreckende kürzere Arm 4 jedes Winkelhebels greift in eine Ausnehmung 3 formschlüssig ein, die an der ebenen Unterseite der jeweiligen Spannbacke 2 ausgebildet ist. Jeder Winkelhebel 5 hat einen in Bezug auf den Lagerbolzen 6 inneren horizontalen Arm 7, dessen Ende in jeweils einen Ausschnitt 8 eingreift. Insgesamt drei dieser Ausschnitte sind winkelversetzt an dem oberen vorstehenden Endteil einer Kolbenstange 9 in der gleichen Winkelversetzung wie die Spannbacken 2 ausgebildet. Der an der Kolbenstange 9 befestigte Kolben 10 ist in einem Zylinder 11 axial verschiebbar geführt. Der Zylinder 11 hat an jeder Kolbenseite je eine Arbeitskammer, die wahlweise über Druckleitungen A, B mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden kann. Aufgrund der durchgehenden Kolbenstange 9 sind die Wirkflächen des Kolbens in den beiden Arbeitskammern gleich. Durch eine Axialverschiebung des Kolbens 10 und damit seiner Kolbenstange 9 werden die Winkelhebel 5 um ihre Lagerbolzen 6 in der einen oder anderen Drehrichtung verschwenkt, was eine synchrone Radialbewegung der Spannbacken 2 zum Außenspannen aufeinander zu und zum Innenspannen voneinander weg zur Folge hat.
An der Unterseite der in 1 linken Spannbacke 2 ist ein nockenartiges Bauteil 15 montiert, dessen untere Wirkfläche einen Stößel 16 eines federbelasteten Schaltventils 17 betätigt, wenn die zugehörige Spannbacke 2 eine Radialbewegung ausführt.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann manuell zwischen Innenspannen und Außenspannen geschaltet werden. Zu diesem Zweck sind zwei Schaltventile 20, 21 vorgesehen, die je einen Handhebel 22, 23 für einen Umschaltvorgang aufweisen. An dem jeweiligen Handhebel 22, 23 angreifende Querriegel 22a, 23a dienen als Fliehkraftsicherung und verhindern unbeabsichtigte Verstellungen der Handhebel 22, 23. Ferner sind im Futterkörper 1 der Spannvorrichtung zwei federbelastete Rückschlagventile 24, 25 vorgesehen, von denen sich das eine Rückschlagventil 24 in dem dargestellten Betriebszustand in der Rücklaufleitung R-M und das andere Rückschlagventil 25 in der zur oberen Arbeitskammer des Zylinders führenden Zulaufleitung A befindet.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die im Wesentlichen vom Futterkörper 1, den Spannbacken 2 und deren Betätigungssystem gebildete Spannvorrichtung in eine Palette integriert, in der auch die Flüssigkeitsleitungen des hydraulischen System verlaufen und in der unteren Auflagefläche 28 des zylindrischen Futterkörpers 1 ausmünden. In den Mündungsabschnitten der hydraulischen Leitungen für Steuerdruck, Arbeitsdruck und Rücklauf sind automatisch betätigte Sperrventile 30 bis 34 angeordnet, die automatisch betätigt werden, sobald der Futterkörper 1 mit seiner unteren Fläche 28 auf die Oberfläche eines Palettenträgers 35 gesetzt wird. In dem Palettenträger 35 verlaufen den Flüssigkeitsleitungen im Futterkörper entsprechende Flüssigkeitsleitungen A1, A2, B1, B2, die von einer Drehdurchführung 36 abzweigen. In dem Palettenträger 35 verlaufen den Flüssigkeitsleitungen im Futterkörper entsprechende Flüssigkeitsleitungen A1, A2, B1, B2, die von einer Drehdurchführung 36 abzweigen. Im dargestell ten Betriebszustand ist der Palettenträger 35 auf einer Rüststation 37 positioniert. Die Drehdurchführung 36 verbindet die im Palettenträger 35 verlaufenden Hydraulikkanäle bzw. Flüssigkeitsleitungen A1, A2, B1, B2 mit entsprechenden Hydraulikkanälen bzw. Leitungen des hydraulischen Systems der Rüststation 37, wie dies in 4 dargestellt ist.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nach 1, wobei gleiche Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Unterschiedlich ist u.a. der Betätigungsmechanismus für die zum Innen- und zum Außenspannen konzipierten Spannbacken 2. Die synchronen Radialbewegungen der Spannbacken werden in an sich bekannter Weise durch Schrägflächenpaarungen 40 erzielt, die an einem zentralen und axial mittels eines Stößels 41 bewegbaren Bauteil 42 sowie an den Spannbacken 2 als Gegenflächen ausgebildet sind. Der Stößel 41 bzw. das Bauteil 42 ist kinematisch mit der Kolbenstange 9 des Druckflüssigkeitszylinders verbunden. An der Unterseite der in 2 linken Spannbacke 2 ist ein Nockenteil 15 oder ein Schieber angeordnet, das – in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 – mit einem Rollen-Stößel 16 zusammenwirkt. Wenn der Rollen-Stößel 16 in eine der beiden Ausnehmungen im Nockenteil 15 eingreift, wird das Ventil 17 umgeschaltet.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannvorrichtung durch doppelte Strichpunkt-Linien als eigenständige Baugruppe dargestellt, die auf einer Palette in deren Spannmitteln fixiert werden kann. Diese Spannvorrichtung enthält die winkelversetzt angeordneten Spannbacken, den hydraulischen Zylinder 11 mit Kolben 10 und Kolbenstange 9 sowie Anschlüsse für die Druck- und Rücklaufleitungen des hydraulischen Systems, wobei die Kupplung dieser Leitungen mit den entsprechenden Leitungen des in der Palette 43 vorhandenen hydraulischen Systems automatisch erfolgen kann.
Bei dem in 3 dargestellten Betriebszustand ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung auf einem Werkstücktisch 45 der Werkzeugmaschine positioniert, der im vorliegenden Fall als NC-Rundtisch ausgeführt ist. Dieser Werkstücktisch enthält eine hydraulische Drehdurchführung 36, die der Drehdurchführung der Rüststation 37 funktional entspricht und mit der im Palettenträger vorgesehenen Drehdurchführung zusammenwirkt.
Das hydraulische System des Werkstücktischs 45 der Maschine enthält einen Druckmesser 49, der den Spannungszustand der Spannbacken 2 über den Druck im Zylinder 11 angibt. Dieser Drucksensor 49 befindet sich in einer Rücklauflaufleitung, über die das Hydrauliköl beim Spannvorgang in den Tank zurückfließt. Über diesen Drucksensor wird abgefragt, ob das Werkstück gespannt. Wenn das Spannweg-Ende der Spannbacken erreicht ist, wird der Druck an den Sensor durch das Spannmittel unterbrochen. Durch diese Signaländerung erfolgt die Auswertung, dass das Werkstück gespannt ist.
Gemäß 4 enthält das der Rüststation zugehörige hydraulische Systems ebenfalls einen Drucksensor 50, der den Spannungszustand der Spannbacken anzeigt, solange sich die Palette in der Rüststation befindet.

Claims

Spannvorrichtung zum Innen- und Außenspannen eines Werkstücks mit – mehreren in einem zylindrischen Futterkörper winkelversetzt angeordneten und radial verschiebbaren Spannbacken (2), die innere und äußere Spannflächen aufweisen, – einem Mechanismus (3–7; 40, 42) zum synchronen radialen Verschieben der Spannbacken (2), – einem doppelt wirkenden Spannzylinder (11) zum Betätigen der Spannbacken (2) und – einem Hydrauliksystem, dadurch gekennzeichnet, dass – dem hydraulischen Spannzylinder (11) Drucksensoren (49, 50) zugeordnet sind, die den Spannungszustand der Spannbakken (2) überwachen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Spannbacke (2) eine Nocke (15) oder ein Schieber vorgesehen ist, die über einen Stößel (16) ein Ventil (17) im hydraulischen System steuert.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arbeitskammer (12, 13) des doppelt wirkenden Spannzylinders (11) ein im jeweiligen Rücklauf angeordneter Drucksensor zugeordnet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein manuell betätigbares und verriegelbares Schaltventil (20, 21) zum wahlweisen Umschalten der Innen- und Außenspannung vorgesehen ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Futterkörper (1) mit den Spannbacken (2) und sein hydraulisches System in eine Palette integriert ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Palette Anschlüsse (30 bis 34) zum selbsttätigen Verbinden der inneren Hydraulikkanäle mit äußeren in einem Palettenträger (35) vorgesehenen Hydraulikkanälen aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Futterkörper (1) mit den Spannbacken (2) und deren Betätigungsmechanismus als eigenständige Baugruppe ausgeführt ist, die auf einer Palette fixierbar ist.