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"Verfahren zum Umschalten der spannkraft eines Spannmittels
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und Spanndruckwechselvorrichtung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Umschalten der Spnnnlçraft eines von Selbsthemmung nicht freien, ein Werkstück
erfassenden Spannmittels an einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Drelreschine,
von einem höheren auf einen niedrigeren Wert durch einen von einem Spannmittelletatiger
ausgeführten ~5ffnungshub eines vorgegebenen, gerade noch nicht zu einer LageverDnderung
des Werkstiicks führenden Betrags. Die Erfindung betrifft ferner eine Spanndruckwechselvorrichtung
zum Aasfiihren des Verfahrens.
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Um ein Werkstück beim Schlichten keiner störenden Verforug infolge
des .S?anndrucks auszusetzen, das Werkstück aber beim Schruppen ausreichend festzuhalten,
werden in kraftbetcetigte Spannmittel jeweils eingesetzte, verformungsempfindliche
Werkstücke während der Schrupp-Bearbei tung mit größerer Kraft als bei der Schlicht-Bearbeitung
eingespannt. Es würde jedoch nachteilig sein, wenn jeweils für das Schruppen und
das Schlichten gesonderte Aufspannungen erforderlich wären. Die Spannkraft wird
daher in den vorgenannten Fällen nach dem Schruppen und vor dem Schlichten in ein
und derselben Aufspannung verringert. Dies kann bei Spannmitteln, die nicht mit
Sicherheit frei von Selbsthemmung sind, nur in der Weise geschehen, daß man den
Spannmittelbetätiger vor dem Einstellen der geringeren Spannkraft einen kurzen Öffnungshub
ausführen läßt. Andernfalls wäre nämlich nicht gewährleistet, daß die Spannkraft
des Spannmittels proportional zur Spannkraft des Spannmittelbetätigers verringert
wird.
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In den vorstehenden Fällen ist es schwierig, den Öffnungehub genau
zu bemessen. Die Größe dieses Hubs muß aber. innerhalb sehr enger Grenzen vorgegeben
werden, weil der Öffnungaweg des Spannmittelbetätigers einerseits größer als die
Differenz der Gesamtfederwege zwischen Spanneinrichtung und Werkstück bei hoher
und niedriger Spannkraft einschließlich der Umkehrspanne bei Richtungswechsel sein
soll und andererseits der Öffnungsweg nicht so groß sein darf, daß die Möglichkeit
einer Lagever>;nderung des Werkstücks im Spannmittel besteht.
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Zum Einstellen des Öffnungshubs hat man bisher bei druckbetätigten
Spannzylindern beispielsweise vorgesehen, den Betrag des Offnungshubs über die Zumessung
einer dem Spannzylinder während des Öffnungshubs zugeführten bzw. von ihm abgeführten
Ölmenge zu steuern. Abgesehen von dem beträchtlichen zugehörigen Aufwand ist diese
Arbeitsweise ungenau, weil die Druckölfiihrung zu einem umlaufenden Spannzylinder
nit lt ausschließlich über feste Leitungen, sondern auch .'~er drehbare Druckölführungen
geleitet werden muß. Diese weisen vor allem, wenn sie für hohe Drehzahlen bzw. große
Umfangsge schwindigkeiten, beispielsweise bei Eohlspannzylindern, ausgelegt sind,
nicht unerhebliche Leckölmengen auf, wodurch der strenge Zusammenhang zwischen zugemessen
er Ölmenge und vorgegebenem Öffnungsweg verlorengeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spanndruckwechselvorrichtung
zum Umschalten der Spannkraft eines von Selbsthemmung nicht freien Spannmittels
zu schaffen, mit Hilfe derer der Öffnungsweg des Spannmittelbetätigers unmittelbar
erfaßt und gesteuert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umschalten
der Spannkraft eines von Selbsthemmung nicht freien Spannmittels und bei der entsprechenden
Spanndruckwechselvorrichtung sollen also einerseits Ungenauigkeiten oder Fehlerquellen
infolge von
Lecköl beim Ein- und Ausschalten des Öffnungshubs ausgeschlossen
und andererseits der automatische Spanndruckwechsel auch in den Fällen, in denen
er bisher in selbsttätige Form nicht stattfinden konnte - also bei hoher Drehzahl
bzw. r#roßer U«i~fangsgeschwindigkeit im mit Drucköl besufachlagten Lagerspalt -
ernöglicht werden.
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Bei dem elnon,3 genannten Verfahren zum Umschalten der Spannkraft
eines Spannmittels von einem höheren auf einen niedrigeren Wert durch einen vom
Spannmittelbetätiger ausgeführten Öffnungshub vorgegebenen Betrags besteht die Lösung
der Aufgabe darin, daß die zufällige Anfangslage des Spannmittelbetätigers unmittelbar
an diesem selbst abgegriffen bzw. erfaßt und dem Spannmittelbetätiger als Ausgangswert
des Öffnungshubs vorgegeben wird. Für die Spanndruckwechsalvorrichtung selbst ist
die Lösung der Aufgabe gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum direkten Erfassen
der zufälligen Anfangslage des Spannmittelbetätigers zu Beginn des Öffnungshubs
und zum selbsttätigen direkten Begrenzen des von der Anfangslage ausgehenden Öffnungshubs
auf den vorgegebenen Betrag.
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Der zum Umschalten eines kraftbetätigten Spannmittels von einem höheren
auf einen niedrigeren Spanndruck zu durchlaufende Schaltweg wird erfindungsgemäß
gewissermaßen mechanisch oder elektrisch vorgegeben und dauernd abrufbereit #gehalten.
Durch die Erfindung wird demgemäß erreicht, daß der zu Beginn des dem vorgesehenen
Öffnungshub entsprechenden Schaltwegs immer genau der zufälligen Anfangslage des
Spannmittelbetätigers angepaßt ist. Der Betrag des Öffnungshubs ist also durch Vorgabe
des Schaltwegs exakt voreinstellbar. Irgendwelche Leckölmengen können diesen festen
Zusammenhang nicht beeinflussen.
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Teine wesentliche Bedeutung des erfindun£>sgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß die danach gebaute Spanndruckwechselvorrichtung auch nunc.ri#ch gesteuert
werden kann. In diesem Falle wird ein mechanischer Kupplungsinechnnismus entbehrlich,
wenn beispielsweise ein Zähler bei Beginn des Öffnungshubs genullt und bei Ablauf
einer vorgegebenen Impulszahl der Öffnungahub ausgeschaltet wird. Die vorgegebene
Impuls zahl entspricht dann dem ge^mnschten Betrag des Öffnungshubs.
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Die erfindungsmemäRe Lösung führt beim Bau der Spanndruckwechselvorrichtung
zu zahlreichen Varianten. Eine dieser Alternativen ist gekennzeichnet durch eine
den Öffnungshub des Spannmittelbetätigers ausgehend von der Anfangslage erfassenden
und den Hub nach Ablauf des vorgegebenen Betrags abschaltenden Fühler-Schalteinrichtung.
Vorzugsweise wird in diesem Falle eine die jeweilige, zufällige tage des Spannmittelbetätigers
kontaktlos erfassende, insbesondere numerisch arbeitende, Schalteinrichtung verwendet.
Anstelle von mechanischen Fühler- und Kupplungsmechanismen kann bei numerischer
Steuerung die zufällige Lage des Spannmittelbetätigers vorteilhaft mit Hilfe eines
optischen Lesers erfaßt werden.
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Bei einer anderen Alternative des erfindungsgemäßen Spannmittelbetätigers
kann zum Ab greifen von dessen Anfangslage ein aus Schalter und Schalterbetätiger
bestehendes und in der Anfangslage mit dem Spannmittelbetätiger zu kuppelndes Schaltorgan
mit einem dem vorgegebenen Betrag des öffnung hubs entsprechend voreinstellbaren
Schaltweg vorgesehen sein.
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Bei dieser mechanisch-elektrischen Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
sind wiederum grundsätzlich zwei Varianten betreffend die Anordnung des Schaltorgans
und dessen Teilen
möglich. In einem ersten Fall ist das Schaltorgan
auf eine maschinenfeste Konsole gesetzt, während der Schalter oder der Schalterbetatiger
des Schaltorgans in Richtung des Öffnungshubs beweglich auf der Konsole gelagert
und mit dem Spannmittelbetätiger kuppelbar ist. Im anderen Fall ist das eine Bauteil
des Schaltorgans - nämlich der Schalter oder der Schalterbetätiger - fest und das
andere Bauteil des Schaltorgans in Richtung des Öffnungshubs beweglich an einer
maschinenfesten Konsole gelagert und außerdem eine Kupplung, insbesondere eine Klemmeinrichtung,
zum Ankuppeln des beweglichen Bauteils an den Spannmittelbetätiger bei dem Öffnungshub
vorgesehen.
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Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden
weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt
durch eine numerisch gesteuerte Spanndruckwechseleinrichtung bei einer Drehmaschine;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mechanisch gesteuerte Bpanndruckwechseleinrichtung;
und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig 2.
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Fig. 1 zeigt eine Spindel 1 mit einem Spannfutter 2, das ein verformungsempfindliches
Werkstück 3 von außen spannt Die Spannkraft wird dadurch erzeugt, daß Drucköl von
einem Hydraulikaggregat 4 über eine flexible Leitung 5 auf ein längabewegliches,
jedoch gegen Mitdrehen gesichertes Teil 6 und über einen gestrichelt gezeichneten
Kanal 7 der umlaufenden Spindelwelle 8 in die rechte Seite des Spannzylinders -9
der Maschine geleitet wird. Hierdurch wird der Kolben 10 des Spannzylinders 9 auf
seiner rechten Seite mit Druck beaufschlagt, so daß die mit dem Kolben 10 verbundene
Betätigangsstange 11 auf das Spannfutter 2 einwirkt. Gleichzeitig ist der linke
Zylinderraum des Spannzylinders 9 über einen Kanal 12 und eine Leitung 13 mit dem
nicht gezeichneten Tank des Hydraulikaggregats verbunden und damit drucklos, Bekanntlich
weist die Ölführung von Bauteilen wie dem nicht umlaufenden Teil 6 auf die umlaufende
Welle 8 infolge von Lagerspalten Leckverluste auf, die um so größer sind, je größer
die Spalte bzw. die Umfangsgeschwindigkeit an die ser Stelle sind. Zum Beherrschen
großer Umfangsgeschwindigkeiten, die bei hohen Drehzahlen und/oder bei großen Lagerdurchmessern,
z. BO bei Hohlspannzylindern, auftreten, sind so große Lagerspalte erforderlich,
daß erhebliche Leckölmengen
in der Größenordnung von mehreren Litern
pro Minute zu verzeichnen sind. Es liegt auf der Hand, daß unter diesen Umständen
ein exaktes Steuern des Öffnungshubs zum Spanndruckwechsel über die Zumessung einer
bestimmten Ölmenge nicht möglich ist, Durch die Erfindung wird dieser Nachteil vermieden
und damit der Einsatz der Spanndruckwechseleinrichtung auch bei Auftreten großer
Leckölmengen ermöglicht.
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In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist am nicht umlaufenden,
jedoch die Längsbewegung des Kolbens 10 mitmachenden Teil 6 gemäß Fig. 1 der Öl
zuführung ein Halter 14 befestigt, der einen Inkrementalmaßstab 15 (Impulsmaßstab)
trägt. Die hierzu gehörige Abtasteinheit 16 ist über einen Halter 17 fest mit dem
Spindelstockgehäuse verbunden.
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Bei Bewegung des Kolbens 10 in Längsrichtung der Spindel 1 wird der
Maßstab 15 mitbewegt. Von der feststehenden Abtasteinheit 16 werden dabei Impulse
erzeugt, die über eine Leitung 18 einer Steuereinheit zuführbar sind. Die Anzahl
der Impulse ist ein Maß für den zurückgelegten Weg. Die Hauptkomponente der Steuereinheit
19 ist ein Vorwahlzähler, der die von der Abtasteinheit 16 erzeugten Impulse - bei
Null beginnend - addiert, mit einer vorgewählten Impulszahl vergleicht und bei Koinzidenz
einen Befehl über eine Leitung 20 an das die hydraulische Steuereinheit enthaltende
Hydraulikaggregat 4 abgibt, Der Wechsel des Spanndrucks bei vorbeschriebener -numerischer
Ausführung des Erfindungsge gen standes kann folgendermaßen vor sich gehen.
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AO-der Vorwahlzähler wird genullts 2 die Leitung 13 wird auf Druck
und die Leitung 5 auf Tank geschaltet und damit der Öffnungshub eingeleitet; und
3.
nach Ablauf der vorgewählten Impulszahl werden die Leitung 5 auf den niedrigeren
Spanndruck und die Leitung 13 auf Tank geschaltet.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
mit dessen Hilfe ohne den Inkrementalmaßstab mit Abtasteinrichtung und Steuereinheit
die gleiche Aufgabe wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf mechanischem Wege
lösbar ist.
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Anstelle des Halters 14 mit Maßstab 15 von Fig. 1 ist ein Stegblech
21 mit dem Teil 6 verbunden. Am Spindelstockgehäuse ist ein Halter 22 befestigt,
der in Lagerstellen 23 und 24 eine Schaltstange 25 aufnimmt. Letztere trägt einen
einstellbaren Schaltnocken 26 sowie eine Klemmeinrichtung 27 und wird mit Hilfe
von Scheiben 28 und 29 sowie Druckfedern 30 und 31 bei geöffneter Klemmung in definierter
Ausgangsposition gehalten. Bei entsprechender Beaufschlagung des zur Klemmeinrichtung
27 gehörigen Kolbens 32 mit Drucköl wird eine dem Kolben 32 zugeordnete Platte 33
angezogen, so daß das am Teil 6 befestigte Stegblech 21 zwischen der Platte 33 und
den übrigen Teilen der Klemmeinrichtung festgeklemmt wird.
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Der Wechsel des Spanndrucks kann bei dieser erfindungsgemäßen Einrichtung
folgendermaßen vor sich gehen: 1. der Kolben 32 wird beaufschlagt und dadurch eine
Klemmverbindung zwischen dem Stegblech 21 und der Klemmeinrichtung 27 und damit
über die Schaltstange 25 bis zum Nocken 26 hergestellt; 2. die Leitung 13 wird auf
Druck und die Leitung 5 auf Tank geschaltet und damit der Öffnungshub eingeleitet;
3.
wegen der Klemmverbindung bewegt sich der Nocken 26 gegen einen Grenztaster 34 und
betätigt diesen nach Ablauf des vorgegebenen Öffnungshubs; dadurch wird die Leitung
5 auf den niedrigeren Spanndruck und die Leitung 13 auf Tank geschaltet; und 4.
der Kolben 32 wird von der entgegengesetzten Seite beaufschlag und dadurch die Klemmverbindung
gelöst sowie anschließend die Schaltstange 25 über die Scheibe 28 von der Druckfeder
30 wieder in die Ausgangslage gedrückt.
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Bei der Innen spannung am Spannfutter 2 der Maschine verläuft del.
Öffnungshub in umgekehrter Richtung. Die Rückstellung der Schaltstange 25 wird in
diesem Falle durch die Druckfeder 31 über die Scheibe 29 bewirkt.