SE525778C2 - Hydromekanisk fastspänningsanordning med expanderingsorgan med samverkande konytor - Google Patents

Description

§25 525 778 Jï- 5.5 H 1 - ø - . 2 expandera radiellt utåt och att därvid centrera och klämma fast verktyg på spännkroppen.

WO98/32560 A1 visar en dorn utformad som en hydraulisk spänn- bussning bestående av en i dornen fast utformad hylsa med relativt tunn vägg och med i riktning mot hylsans fria ände svagt konisk invändig form, och en i denna hylsa axiellt för- skjutbar kolv med samma koniska form hos det inre av hylsan.

För att åstadkomma en förskjutning av kolven i hylsan är den senare tillsluten i sin ytteránde med hjälp av en nippel som medger införing av hydrauliskt tryckmedium för att åstadkomma en inpressning av kolven i hylsan och därvid en radiell expan- sion av densamma och låsning av t.ex. ett verktyg.

WO97/13604 A1 visar en dorn utformad med en ytterhylsa som är utformad med relativt tunn, radiellt expanderbar vägg och med i axiell riktning konisk invändig yta, samt en innerhylsa som är förbunden med en kolv. Innerhylsan och ytterhylsan har sam- verkande konytor, och genom axiell förskjutning av innerhylsan med hjälp av kolven i ena riktningen åstadkommes radiell expandering av ytterhylsan, och vid axiell förskjutning av mellanhylsan i andra riktningen åstadkommes avlastning med radiell kontrahering av ytterhylsan.

Förutom de ovanstående problemen/nackdelarna med befintliga dornar utgör böjstyvheten ett gemensamt problem för dornar enligt den tidigare kända tekniken. Dvs. vid användning av verktyg som jobbar hårt kan otillåtet stora vibrationer uppstå på grund av för låg böjstyvhet i verktygets infästning till maskinen. Vibrationerna kan ge upphov till en grov bearbetad yta.

Det finns således ett behov av dornar som både är billiga och enkla till sin konstruktion och som samtidigt har en hög böj- 72134 .d0C; 2003-09-12 10 15 20 .:._25 '_:¿åo 525 Ü 3 styvhet för att möjliggöra precisionsbearbetning med hårt jobbande verktyg.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en hydromekanisk fastspânningsanordning som löser ovanstående problem.

Syftet uppnås med en hydromekanisk fastspänningsanordning så- som definierad i patentkrav 1.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller en hydromekanisk fast- spänningsanordning, vilken i sin ena ände är utformad som en dorntapp med en yttre mantelyta på vilken ett eller flera verktyg eller arbetstycken kan anbringas. Dorntappen inne- fattar yttre expanderingsorgan, vars yttre yta utgörs av nämnda mantelyta, med relativt tunn, radiellt expanderbar vägg och med i axiell riktning konisk invändig yta, där dorntappen vidare innefattar en centrumtapp vars yttre diameter är mindre än diametern för nämnda organs inneryta, varvid i utrymmet mellan centrumtappen och expanderingsorganen är anordnade mellanorgan förbundna med en kolv. Mellanorganen âr medelst hydrauliskt verksamma medel förskjutbara i axiella riktningen, där mellanorganen samt de yttre expanderingsorganen har sam- verkande konytor som vid axiell förskjutning av mellanorganen i ena riktningen åstadkommer radiell expandering av de yttre expanderingsorganen, och varvid axiell förskjutning av mellan- organen i andra riktningen åstadkommer avlastning med radiell kontrahering av de yttre expanderingsorganen.

Detta har fördelen att en stark verktygsinfästning med mycket god centrering och balansering av verktyget erhålls, samtidigt som anordningen sörjer för ett kraftfullt fastspánt verktyg.

Vidare har det fördelen att kraftöverföring via centrumtappen 72134 .d0C; 2003-09-12 10 15 20 fQ5 525 778 4 erhålls, varvid centrumtappens solida konstruktion medger god momentupptagning och därmed hög böjstyvhet.

De yttre expanderingsorganen och/eller mellanorganen kan utgöras av en ytterhylsa och/eller en mellanhylsa. Detta har fördelen att de yttre expanderingsorganen och/eller mellan- organen kan ha en uniform mantelyta.

De hydrauliska medlen kan innefatta en trycksättningskammare vid kolvens ena ände och en tryckavlastningskammare vid kol- vens andra ände. Tryckkamrarna är anordnade att kunna fyllas och trycksâttas med ett hydrauliskt tryckmedium. Detta har fördelen att en enkel monterings- och demonteringsprocess er- hålls.

De samverkande konytorna kan ha sjâlvhämmande konicitet. Detta har fördelen att tryckkamrarna kan vara tryckavlastade vid drift.

En tätningsanordning, t.ex. i form av en tätningsring, kan vara anbringad mellan kolven och en cylindrisk vägg för en kammare som innesluter kolven. Detta har fördelen att shunt- ning av hydraulvâtska mellan kolvens båda ändar kan undvikas.

En tätningsanordning kan även vara anordnad mellan centrum- tappen och mellanhylsan. Detta har fördelen att ett demonte- ringstryck som är lägre än monteringstrycket kan användas.

Fastspänningsanordningen kan till stora delar vara integrerad i delen som är avsedd för montering i en verktygsmaskin. Detta har fördelen att en än högre böjstyvhet kan uppnås. Dessutom har det fördelen att en kompakt och behändig dorn erhålls.

Fastspänningsanordningen kan vara försedd med medbringarhål och/eller medbringartappar för anslutning med motsvarande medbringartappar och/eller medbringarhål hos verktyget. Detta 72134 .d0C; 2003-09-12 10 15 20 nu .- f ' r2'.'".i I _". I . U 2 zfg 71/1%: ':: :: H: :':.

. .. . . . . . .. . . . ., . M _ 5 har fördelen att en än säkrare verktygsinfâstning kan erhållas.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen ska nu förklaras närmare med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar av Vilka: Fig. 1 visar en utföringsform av en dorn enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 visar kraftflöde i en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 3 visar en alternativ utföringsform av en dorn enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 4 visar en spindel enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av upp- finningen Fig. 1 visar en hydromekanisk dorn 1 enligt uppfinningen del- vis i sektion.

Den i figuren visade hydromekaniska dornen 1 består av ett övergångsparti 3, exempelvis i form av en V-formad fläns, en kona 4 för anslutning i ett motsvarande konhål i en roterande eller icke-roterande verktygsmaskin, och en dorntapp eller spânnkropp 5 för löstagbar anslutning av ett eller flera verk- tyg 2 och sâkring av detta eller dessa på spännkroppen 5. Övergàngspartiet 3, konan 4 och spännkroppen 5 bildar en sammanhängande enhet. Övergàngspartiet 3 och konan 4 är av känd typ och kräver ingen närmare beskrivning. Konan 4 är anpassad för införing i en 72l34.d0C; 2003-09-12 10 15 20 1,25 525 778 = 6 motsvarande konformad hålighet i en roterande bearbetnings- maskin, t ex en borrmaskin, en svarv, en frâsmaskin eller liknande. Det finns givetvis också möjlighet att utforma konan som en fast del i bearbetningsmaskinen, varvid endast spänn- kroppen utgör den uppfinningsmässiga delen i anordningen.

Detta àskådliggörs i fig. 4 som visar en maskinspindel 40 med en integrerad uppfinningsenlig spânnkropp 41. Figuren visar även att spindeln 40 är lagrad med lager 42 och 43.

För att möjliggöra anslutning av ett eller flera verktyg 2 på dornen är spännkroppen utformad med yttre expanderingsorgan i form av en ytterhylsa 6, mellanorgan i form av en mellanhylsa 7 och en centrumtapp 8.

Spännkroppen 5 är även utformad så att den innefattar en kammare 10 i vilken en kolv 9 är anordnad. Kolven 9 är fast anbringad på mellanhylsan, t.ex. genom svetsning, gängning, lödning, limning eller någon kombination därav, såsom gängning och limning. Alternativt kan kolven 9 utgöra en fast del av mellanhylsan 7.

Av tillverkningstekniska skäl kan spännkroppen 5 med fördel vara utformad av två delar fästade till varandra t.ex. medelst svetsning, gängning, lödning, limning eller någon kombination därav. Detta indikeras med fogen 20 i fig. 1.

Ytterhylsan 6 har relativt tunna väggar för att möjliggöra en formförändring av dessa väggar, speciellt en radiell expansion av väggarna mot ett verktyg 2 så att verktyget kläms fast mot dornen. Mellanhylsan 7 formförändras inte märkbart vid fast- klâmning av ett verktyg 2 mot ytterhylsan 6. Ytterhylsan 6 och mellanhylsan 7 har samverkande periferiella konytor 11, vilkas konicitet är sådan att den samverkande konytan blir själv- låsande, dvs. efter trycksättning kan inte ytorna av sig 72134 .d0C; 2003-09-12 10 15 20 25 Äw f > fl ÉÉÉ :H 7 fïiï 525 7/2» ¿~ 2:-; ;=.;-== 1- 7 själva glida på varandra på grund av det radiella trycket mot konytorna.

Kammaren 10 avgränsas av kolven 9 och mellanhylsan 7 så att det bildas två stycken tryckkammare. En första tryckkammare 12 vid kolvens 9 yttre ände för att åstadkomma en förskjutning inåt av kolven 9, och därmed mellanhylsan 7, dvs. i fast- klämmande riktning för att därmed via mellanhylsan 7 åstad- komma en expansion av ytterhylsan 6 och följaktligen en fast- klämning av verktyget 2. Vid kolvens 9 inre ände finns en andra tryckkammare 13 för att åstadkomma en förskjutning av kolven 9, och därmed mellanhylsan 7, i motsatt riktning och därmed en lösgöring av verktyget. Tryckkamrarna 12 och 13 är anordnade att kunna trycksättas med någon lämplig typ av hydrauliskt tryckmedium. Den första tryckkammaren 12 nås via en första anslutning 15 och en kanal 14, och den andra tryck- kammaren 13 nås via en andra anslutning 16 och en kanal 17.

Anslutningarna 15 respektive 16 är lämpligen anslutna till en (icke visad) extern trycksättningspump.

Vid montering av ett verktyg 2 skjuts verktyget 2 på ytter- hylsan 6. Därefter trycksätts kammaren 12 med hydraulmedium av visst förutbestämt tryck från anslutningen 15 via tryckkanalen 14, varvid trycket i kammaren 12 åstadkommer en förskjutning av kolven 9 och således även mellanhylsan 7 i låsande riktning, dvs. mot övergångspartiet 3, varvid ytterhylsans 6 väggar utvidgas radiellt och verktyget 2 centreras och kläms fast mot den utvidgande ytterhylsan 6. Genom att konytorna 11 är sjâlvlåsande finns inte någon risk att klämförbandet lös- görs.

Vid lösgöring av verktyget 2 trycksätts tryckkammaren 13 genom anslutningen 16 via kanalen 17, varvid kolven 9 pressas i riktning mot dornens yttre ände varvid ytterhylsan 6 kontra- 72134 .C10C; 2003-09-12 10 15 20 : 8:25 1:30 525 77&*§fišäê 8 herar och återtar sin ursprungsform samtidigt som verktyget 2 lösgörs.

Vid drift är tryckkamrarna 12 och 13 inte trycksatta, utan fastlåsningen av verktyget är helt mekanisk. Den hydrauliska trycksättningen genomförs endast vid montering och demontering av verktyget 2.

Den i fig. 1 visade dornen kan även vara försedd med medbring- arhål (ej visad) på spännkroppen i vilka medbringartappar på verktyget kan ingripa för att åstadkomma en roterande medbringning av verktyget. Alternativt kan verktyget ha genom- gående hål genom vilka spännskruvar kan föras in och gângas i flänsens hål. Alternativt kan spännkroppen vara försedd med medbringartappar för ingrepp med motsvarande hål i verktyget.

Tryckkamrarna 12 och 13 kan avtâtas mellan varandra för att undvika att shuntning av hydraulvätska kan ske från den ena tryckkammaren till den andra, vilket i sin tur kan medföra att montering/demontering ej kan ske. Denna avtätning kan med för- del utgöras av en tätningsring 18 som tâtar mellan kolven 9 och kammarens cylindriska yttervägg.

Anordningen kan vidare vara försedd med en ytterligare en tätningsring 19 för avtätning mellan centrumtappen 8 och mellanhylsan 7 för att vid demontering undvika läckage av hydraulvätska via kontaktytan mellan mellanhylsan 7 och centrumtappen 8. Denna tätningsring är såsom visas i fig. 1 företrädesvis monterad i närheten av centrumtappens 8 yttre ände för att vid demontering möjliggöra smörjning med hydraul- vätska av kontaktytan mellan mellanhylsan 7 och dorntappen 8.

Detta ger effekten att friktionen mellan mellanhylsan 7 och centrumtappen 8 blir högre vid montering än vid demontering eftersom kontaktytan mellan mellanhylsan 7 och centrumtappen 8 endast kan smörjas av hydraulvätskan vid demontering, och 72134 .dOC; 2003 -09-12 10 15 20 _ :._2s .::3° 525 vvzzíïfiä-f a; 9 eftersom mellanhylsans friktion mot centrumtappen vid demonte- ring är lägre än vid montering år trycket som fordras vid demontering lägre än motsvarande tryck som använts vid monte- ring. Således finns det ingen risk att det erforderliga demon- teringstrycket är högre än vad som finns tillgängligt, vilket annars kan vara fallet när det erfordras ett demonteringstryck som är lika med eller högre än monteringstrycket.

Anordningen kan även vara försedd med en tätningsring 21 för avtätning mellan ytterhylsan 6 och mellanhylsan 7 för att säkerställa att inget oönskat hydraulvätskeläckage sker där- emellan. I detta fall definierar tätningsringen 21 tillsammans med tätningsringen 18 trycksättningssidan, medan tätnings- ringen 18 tillsammans med tätningsringen 19 definierar demonteringssidan.

I fig. 1 har ytterhylsan 6 och mellanhylsan 7 visats som homo- gena hylsor. Ytterhylsan 6 och/eller mellanhylsan 7 kan dock även utgöras av slitsade hylsor, där slitsarna utgörs av axiella urtag. Vid användning av en slitsad hylsa erfordras en lägre kraft för att åstadkomma radiell expansion jämfört med vid användning av en homogen hylsa. Användning av en slitsad ytterhylsa har således fördelen att ett lägre monteringstryck kan användas.

Ytterhylsans yttre yta behöver i sig ej vara cylindriskt utan kan anpassas efter det verktyg/arbetsstycke som skall spännas fast. Således kan den yttre ytans tvärsnitt vara polygont, kvadratiskt, 8-kantigt o.s.v.

I de tidigare kända anordningarna tas kraftöverföringen upp via en tunn ytterhylsa. Detta ger vid tyngre bearbetning upp- hov till alltför stora vibrationer då konstruktionerna inte klarar av att ta upp i synnerhet de böjmoment anordningen ut- sätts för. Konstruktionen av föreliggande uppfinning medför 72134 .dOC; 2003-09-12 10 15 20 '._25 H. ... - . -30 . . . 525 É == 10 att upptagna krafter till största delen istället tas upp genom centrumtappen. Detta illustreras med pilar i fig. 2. Tack vare centrumtappens solida konstruktion och att den utgör en integrerad del av spânnkroppen 5 klarar den att av ta upp betydligt större krafter än en tunn ytterhylsa, vilket leder till att verktyget 2 kan arbeta under mycket hög belastning utan att vibrationer uppstår som ger spår i snittytor. Före- liggande uppfinning har således fördelen att den utgör en mycket böjstyv konstruktion.

I fig. 3 visas en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. I utföringsformen visad i fig. 3 är spânnkroppen 5 i fig. 1, förutom den del som är avsedd för mottagning av ett verktyg, integrerad i övergångsdelen/konan. Tryckkammar- anslutningarna 31, 32 är i det här fallet belägna på det V- formade övergångspartiet 33. Den i fig. 3 visade dornen 30 möjliggör ännu högre kraftupptagning och därmed ännu bättre böjstyvhet för ett arbetande verktyg.

I ovanstående beskrivning har koniciteten för mellanhylsans yttre yta samt ytterhylsans inre yta visats som att diametern ökar mot dornens ytterände. Förhållandet kan naturligtvis även vara det motsatta, dvs. att diametern avtar mot dornens ytter- ände.

Vidare har de yttre expanderingsorganen samt mellanorganen i ovanstående beskrivning beskrivits som en ytterhylsa respek- tive en mellanhylsa. Det skall dock förstås att dessa organ kan utgöras av slitsade organ eller vara uppdelade i ett eller flera organ som tillsammans utgör en hel eller delar av en ring eller polygonstruktur.

Dornen kan återanvändas många gånger. Det finns givetvis också möjlighet att behålla verktyget fastklämt i dornen och att lösgöra hela dornen från verktygsmaskinen och spara den 72134 .d0C; 2003-09-12 525 778Éffi_';”=.-" æ- 11 sammansatta enheten av dorn och verktyg för kommande bearbet- ning med samma verktyg. 72134 .dOC; 2003-09-12

Claims (11)

10 15 20 '._25 f3O 525 77àgf%fi:,;~ 12 Patentkrav

1. Hydromekanisk fastspänningsanordning, vilken i sin ena ände är utformad som en dorntapp med en yttre mantelyta på vilken ett eller flera verktyg eller arbetstycken kan anbringas, kännetecknad av att dorntappen innefattar yttre expanderings- organ (6), vars yttre yta utgörs av nämnda mantelyta, med relativt tunn, radiellt expanderbar vägg och med i axiell riktning konisk invändig yta, där dorntappen vidare innefattar en centrumtapp (8) vars yttre diameter är mindre än diametern för nämnda organs inneryta, varvid i utrymmet mellan centrumtappen (8) och expanderingsorganen är anordnade mellanorgan (7) förbundna med en kolv (9), varvid mellanorganen (7) medelst hydrauliskt verksamma medel är förskjutbara i axiella riktningen, där mellanorganen (7) samt de yttre expanderingsorganen (6) har samverkande konytor som vid axiell förskjutning av mellanorganen (7) i ena riktningen åstadkommer radiell expandering av de yttre expanderings- organen (6), varvid axiell förskjutning av mellanorganen (7) i andra riktningen åstadkommer avlastning med radiell kontrahering av de yttre expanderingsorganen (6).

2. Fastspânningsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att de yttre expanderingsorganen (6) och/eller mellanorganen (7) utgörs av en hylsa.

3. Fastspânningsanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att de hydrauliska medlen innefattar en trycksâttnings- kammare (12) anordnad invid kolvens (9) ena ände, och en tryckavlastningskammare (13) invid kolvens (9) andra ände, vilka tryckkammare (12, 13) är anordnade att kunna fyllas och trycksättas med ett hydrauliskt tryckmedium.

4. Fastspânningsanordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att mellanhylsans (7) konicitet är sådan att 72134 .dOC; 2003-09-12 10 15 20 §-2s 525 778 13 » . . . . , mellanhylsans (7) diameter ökar i riktning mot dess yttre ände.

5. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de samverkande konytorna har självhämmande konicitet.

6. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, där kolven (9) är anordnad i en kammare, kânnetecknad av att en tâtningsanordning, företrädesvis i form av en tàtningsring (18), âr anbringad mellan kolven (9) och en för kammaren cylindrisk yttervägg.

7. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att en tâtningsanordning, företrädesvis i form av en tàtningsring (19), är anbringad mellan centrumtappen (8) och mellanhylsan (7).

8. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kånnetecknad av att en tâtningsanordning, företrädesvis i form av en tàtningsring (21), är anbringad mellan ytterhylsan (6) och mellanhylsan (7).

9. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att anordningen huvudsakligen är integrerad i delen avsedd för montering i en verktygsmaskin.

10. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att anordningen utgör en integrerad del av en maskinspindel.

11. Fastspänningsanordning enligt något av föregående krav, kånnetecknad av att fastspânningsanordningen har medbringarhål och/eller medbringartappar för anslutning med motsvarande medbringartappar och/eller medbringarhål hos verktyget. 72134 .d0C; 2003-09-12