CH618908A5 - Method of manufacturing a device for the precise mounting of workpieces to be machined, and a device manufactured according to the method - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sehr häufig ist es im Werkzeugbau erforderlich, Einzelteile, Prototypen oder Werkstücke allgemein in einer hochpräzisen Beziehung zueinander und zu einer Bearbeitungsmaschine anzuordnen und zu befestigen. Mann kann sich in solchen Fällen entweder aufwendigster Vorrichtungen bedienen, die mit hoher Genauigkeit für diese Zwecke hergestellt werden müssen, und daher die Kosten für Prototypen beträchtlich in die Höhe treiben können, oder man bedient sich improvisierter Aufspanntechniken, was nicht selten zur Folge hat, dass hierdurch Ungenauigkeiten eingeführt werden, die nicht hingenommen werden können und das geforderte Mass an Genauigkeit vermissen lassen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, hier für Abhilfe zu sorgen und ein Verfahren zur Herstellung einer Vor2

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richtung zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken und zum Aufbau von Grundvorrichtungen im Werkzeugbau zu schaffen, die auf Grund einer universellen Gestaltung vielfältig einsetzbar ist, wiederholt neu verwendet werden kann, bei der Befestigungspunkte mit höchster Präzision und Genauigkeit festgelegt sind und die darüber hinaus noch verhältnismässig preisgünstig und ohne grössere Schwierigkeiten herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Ausbildung nach dem Patentanspruch 7.

Eine solche einmal hergestellte Platte mit einem Präzi-sions-Rasterspannsystem und zugeordneten Halte- und Anschlagmitteln kann wiederholt verwendet werden, ist wegen ihrer grossen Anpassungsfähigkeit universell einsetzbar und bietet eine Möglichkeit mit bisher nur durch aufwendigste Vorrichtungen erreichter Genauigkeit (bei einer Toleranz von ±0,01 mm) Werkstücke wiederholt zu lagern und einer Bearbeitung zuzuführen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollen bei dem eingangs geschilderten System in einer Aufnahmebohrung der Passbohrungsteil und der Gewindebohrungsteil so angeordnet werden, dass jede Exzentrizität vermieden wird und im übrigen sämtliche Bohrungen zueinander eine hochpräzise Abstandsbeziehung einhalten.

Bei dieser Weiterentwicklung ist daher eine getrennte Einsatzbüchse für den Passbohrungsteil und eine ein Innengewinde aufweisende Einsatzbüchse für den Gewindebohrungsteil vorgesehen, wobei Passbüchse und Gewindebüchse in für sich getrennten Arbeitsgängen hergestellt werden können, so dass mit hoher Präzision gearbeitet werden kann und den Büchsen im übrigen auch ein entsprechender Härtegrad verliehen werden kann. Anschliessend werden beide Büchsen in die vorbereitete, mit entsprechend grosser Toleranz gearbeitete Aufnahmebohrung der Platte eingesetzt, wobei im allgemeinsten Fall jeweils eine Büchse, beispielsweise mit Hilfe einer hochpräzisen Meisterplatte eine fest vorgegebene Fixposition zuerteilt erhält, nach welcher sich dann die endgültige Position der zweiten Buchse derart richtet, dass man zu einer absolut konzentrischen Positionierung beider Büchsen im hochpräzisen Koordinatensystem der Rasterspannplatte kommt.

Hierbei wird zweckmässigerweise so vorgegangen, dass zunächst die Einsatzpassbüchsen in die zugeordneten Aufnah-mebohrungen der Rasterspannplatte eingebracht, beispielsweise mit Hilfe von Passstiften einer Präzisionsmeisterplatte gehalten und ihre Fixierung mit Hilfe einer eingeführten Zweikomponentenvergussmasse erfolgt. Nachdem dann die Passbüchsen so im vorgegebenen Rastermassstab hochpräzise fixiert worden sind, werden Passschrauben in diese eingeführt und auf den Gewindeteil der Passschrauben beispielsweise von der anderen Seite der Rasterplatte die Einsatzgewindebüchsen aufgeschraubt. Hierdurch erhält jede Einsatzgewindebüchse automatisch eine hochgenaue Zentrierung mit Bezug auf den Passbohrungsteil; anschliessend erfolgt dann die Fixierung der Einsatzgewindebüchsen auf die gleiche Weise durch Einführung eines geeigneten aushärtbaren Vergussmaterials in den Ringraum zwischen Büchsenaussenwandung und innerer Aufnahmebohrung. Man gelangt auf diese Weise zu einer hochpräzisen, preiswert hergestellten Rasterspannplatte, die nahezu unverwüstlich ist, da die verwendeten Einsatzbüchsen für Passund Gewindeteil entsprechend gehärtet sind und bei der nur eine relativ geringe Anzahl von Aufnahmebohrungen vorgesehen sein müssen, da jede Passbohrung gleichzeitig auch infolge ihres Innengewindes als Befestigungsbohrung für die Aufnahmeteile verwendet werden kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen: 5 Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung in Verbindung mit einem daran gelagerten, von einer Fräsmaschine zu bearbeitenden Werkstück,

Fig. 2a eine Draufsicht auf einen Teilausschnitt einer recht-eckförmigen Rasterspannplatte als grundlegendes Element io der erfindungsgemässen Spannvorrichtung,

Fig. 2b einen Schnitt entlang der Linie 2b-2b der Fig.. 2a, Fig. 3 a die Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Rasterspannplatte in Rundform und Teildarstellung, Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie 3b-3b der Fig. 3a 15 mit einer sich daran anschliessenden Seitenansicht der Rundplatte,

die Fig. 4a, 4b und 4c ein Ausführungsbeispiel eines Präzi-sions-Spannwinkels zur Verwendung mit der Rasterspannplatte nach Fig. 2 oder 3 in einer Seitenansicht, Draufsicht und 20 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 4c-4c der Fig. 4a, Fig. 5 das Ausführungsbeispiel eines Anlage- oder Abstandsstücks in hochpräziser Flächenbearbeitung in Form eines Turms, und die Fig. 6a und 6b das Ausführungsbeispiel einer Anlage-25 oder Abstandsleiste in Draufsicht und in einem Schnitt entlang der Linie_ 6b-6b der Fig. 6a und die

Fig. 7 in einer weiteren Ausgestaltung die gemeinsame Anordnung von Passbohrungsteil und Gewindebohrungsteil in einer Aufnahmebohrung.

30 Das in den Figuren dargestellte erfindungsgemässe Rasterspannsystem für den Werkzeugbau bzw. für die Lagerung von zu bearbeitenden Werkstücken umfasst im einfachsten Fall zunächst die in den Fig. 2a oder 3a dargestellte Rasterspannplatte, der dann beliebige Zusatzelemente, nämlich Aufspannwin-35 kel, Anschlag- und Auflageleisten, Anschlag- und Auflagetürme, Präzisionsbefestigungsstifte, ggf. Schraubbolzen u. dgl. noch zugeordnet sind.

Die universellen Anwendungsmöglichkeiten eines solchen Rasterspannsystems beruhen auf dem Umstand, dass die Ra-40 sterspannplatten der Fig. 2a und 3 a, die lediglich als Ausführungsbeispiele angegeben sind, in einem präzise definierten Abstandsfeld Bohrungen aufweisen, die zueinander, auch über die gesamte Länge der jeweiligen Spannplatte gesehen, jeweils ein Präzisionsrasterabstandsmass einhalten, welches innerhalb 45 einer Genauigkeit von ±0,01 mm liegt. Diese Ausnehmungen oder Bohrungen, auf deren Aufbau und Herstellung weiter unten noch genauer eingegangen wird, liegen in der Flächendimension der Spannplatte in einem abstandsmässig vorgegebenen Rasterlinienmass, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2a so können daher die Abstände der einzelnen Ausnehmungen oder Bohrungen beispielsweise jeweils 60 mm voneinander in beiden Hauptrichtungen betragen.

Wegen der geforderten und erzielten Rastergenauigkeit im Abstandsmass der Bohrungen oder Ausnehmungen zueinander 55 von ±0,01 mm ist einzusehen, dass die für jede neue Spannplatte erforderliche Präzisionsherstellung derartige Kosten verursachen würde, dass sich ein solches System nicht innerhalb eines vertretbaren Aufwandes und mit vertretbaren Kosten realisieren lässt. Anderseits ist jedoch die teilerfinderische 60 Massnahme der Anordnung von hochpräzisen Ausnehmungen oder Bohrungen in einer Rasterspannplatte zum Aufbau von Grundvorrichtungen, zur Lagerung von zu bearbeitenden Werkzeugen u. dgl. äusserst zweckvoll und hilft einem steigenden Bedürfnis bei der Präzisionsherstellung und Bearbeitung 65 von Werkstücken ab.

Die Erfindung weist gemäss einem weiteren Teilmerkmal einen Ausweg aus diesem Dilemma, und zwar dadurch, dass zur Herstellung einer solchen Rasterspannplatte zunächst eine

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sogenannte Präzisions-Meisterplatte, jeweils für das gewünschte Rastersystem und den vorgegebenen Rasterabstand mit höchster Präzision angefertigt wird. Die Herstellung einer solchen Meisterplatte, auf die im folgenden nicht weiter eingegangen wird, erfolgt beispielsweise in klimatisierten Räumen und unter Verwendung von Präzisions Werkzeugen. Eine solche Präzisions-Meisterplatte kann in dem gewünschten Rasterabstandsmass Präzisionsbohrungen aufweisen, sie kann aber auch unmittelbar Rundstifte vorgegebenen Durchmessers in einem solchen Rastermass aufweisen. So trifft es zwar zu, dass die Herstellung einer solchen Präzisions-Meisterplatte beträchtlichen Kosten unterworfen ist, anderseits ermöglicht jedoch die Erfindung ausgehend von dieser Präzisions-Meisterplatte dann die Herstellung beliebig vieler Rasterspannsysteme (jeweils mit dem gleichen Rasterabstandsmass) in Form eines Bausatzes und mit vertretbarem Kostenaufwand. Damit die beispielsweise in den Fig. 2a, 2b sowie 3a und 3b gezeigten Rasterspannplatten hergestellt werden können, werden in diese zunächst in dem gewünschten Rasterabstandsmass angeordnete Aufnahmebohrungen 5 gebohrt, wobei diese «Vorbohrungen» eine Ungenauigkeit im Raster zulassen, daher zur Herstellung der Aufnahmebohrungen nur mit üblicher Genauigkeit bei bescheidenem Kostenaufwand vorgegangen werden muss; bei einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise das ungenau gebohrte Raster der Aufnahmebohrungen eine Toleranz von ±0,3 mm umfassen. Es versteht sich, dass ein solches ungenau gebohrtes Raster den Präzisionsanforderungen im Werkzeugbau, bei der reproduzierfähigen Lagerung von Werkstücken u. dgl. nicht genügen kann.

Die Erfindung sieht daher Präzisionsbuchsen, bevorzugt aus Stahl vor, von denen eine bei 6 in perspektivischer Ansicht in Fig. 2a dargestellt ist. Diese Präzisions-Einsatzbüchsen 6 verfügen über eine genaue Innenbohrung 7, sind im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, nämlich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und verfügen über Aussenabmessungen, die keinen Präzisionsanforderungen unterworfen sind. Die Präzisions-Einsatzbüchsen bestehen jedoch bevorzugt aus gehärtetem Stahl und sind daher auch in der Lage, eine häufige Benutzung ohne Abnutzungserscheinungen zu überstehen. Gerade dies ist ein wesentlicher Vorteil vorliegender Erfindung, auf den weiter unten noch eingegangen wird.

Im einfachsten Fall wird dann zur Herstellung einer Rasterspannplatte 2 der Fig. 2 a oder 2' der Fig. 3 a weiter so vorgegangen, dass zwischen dem Aussendurchmesser der Präzisions-Einsatzbüchsen 6 und der ungenau gebohrten Aufnahmeöffnungen 5 in der Rasterspannplatte ein merklicher Abstand vorliegt. Bei dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 2a, 2b sowie 3a, 3b sind die Aufnahmebohrungen 5, wie insbesondere der jeweiligen Querschnittsdarstellung der Fig. 2b und 3b entnommen werden kann, bei 8 bzw. 8' abgesenkt ausgebildet; in diesem Fall weisen die zugehörigen Präzisions-Einsatzbüchsen eine entsprechende Schulter 9 auf, die bei der Einsatzbuchse 6 der Fig. 2a gestrichelt dargestellt ist. Im einfachsten Fall können jedoch die Aufnahmebohrungen 5 durchgehend zylindrisch ohne Absatz ausgebildet sein, die Einsatzbüchsen 6 aus gehärtetem Stahl sind dann ebenfalls ohne Abstufung zylindrisch ausgebildet.

Das weitere Vorgehen bestimmt sich dann dadurch, dass es erforderlich ist, die beispielsweise in die Aufnahmebohrungen 5 eingeführten und dort mit merklichem Abstand lose angeordneten Einsatzbüchsen 6 in ihrer späteren, noch einzunehmenden Präzisionsposition mit Hilfe der Präzisions-Meister-platte zu bestimmen, d. h. mit anderen Worten die Präzi-sions-Meisterplatte gibt mit ihrem jeweiligen Hochpräzi-sions-Rastermass die Position der Präzisions-Einsatzbüchsen in der Spannplatte 2 bzw. 2' vor, die sich anfänglich, nämlich durch die Aufnahmebohrung 5, nur ungenau lokalisieren lässt.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann zu diesem Zweck so vorgegangen werden, dass auf die nicht dargestellten, jedoch weiter vorn schon erwähnten und im Präzisionsabstandsmass in der Meisterplatte vorhandenen Stifte, deren Aussendurchmesser äusserst präzise dem Innendurchmesser der Einsatzbuchsen entspricht, diese Präzisions-Einsatzbüchsen aufgesteckt werden, anschliessend kann man die Rasterplatte 2, 2' mit ihrem ungenau gebohrten Raster dariiberheben und die von den Stiften der Präzisionsmeisterplatte in ihrer relativen Position zueinander präzise festgelegten Einsatzbüchsen in die Aufnahmebohrungen 5 absenken. Der sich dann zwischen den Aufnahmebohrungen 5 und dem Aussenumfang der Einsatzbüchsen 6 ergebende Ringraum, der merklich ist und beispielsweise im Bereich zwischen 1 bis 3 mm liegen kann, wird dann angefüllt mit einem Präzisionshaltemittel, bevorzugt mit einem aushärtbaren Kunststoff. Dieser Kunststoff, bei dem es sich in einer bevorzugten Ausgestaltung um ein Zweikompo-nenten-Giessharz handeln kann, kann, beispielsweise durch Eintröpfeln, in den abstandsmässigen Ringraum zwischen Aufnahmebohrungen 5 und Einsatzbüchse 6 eingebracht werden, wobei von dem Kunstharz nicht zu benetzende Flächen mit einem entsprechenden Trennmittel beschichtet sein können. Da solche Zweikomponenten-Spezialkleber von ausserordentlicher Festigkeit und Beständigkeit sind, lassen sich auf diese Weise die Einsatzbüchsen mit höchster Präzision und'für immer unverrückbar in den zugeordneten Aufnahmebohrungen in ihrer Präzision festlegen; sie behalten diese Position auch nach Abnahme von der Präzisionsmeisterplatte bei und bilden zusammen mit den Aufnahmebohrungen in der Rasterspannplatte 2 nunmehr ein Hochpräzisionsinstrument mit einer Rastergenauigkeit von hier beispielsweise ±0,01 mm. Diese Genauigkeit wird durch das Eingiessen der Präzisionsbüchsen in das ungenau gebohrte Raster der Rasterspannplatte 2, 2' erzielt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zur Positionierung der Präzisions-Einsatzbüchsen 6 aus gehärtetem Stahl so vorgegangen werden, dass die jeweils anzufertigende Musterspannplatte so auf die Präzisionsmeisterplatte aufgelegt wird, dass die Stifte der Meisterplatte in die ungenauen Raster-Aufnahmebohrungen der Spannplatte 2, 2' hineinragen. Vorher können die Aussenflächen der Stifte und überhaupt die gesamte Präzisionsmeisterplatte mit einem Trennmittel beschichtet werden, solche Trennmittel lassen sich zweckmässigerweise auch aufsprühen.

In gleicher Weise kann eine Trennmittelbeschichtung an der Innenbohrung der Präzisionsmeisterbuchsen vorgenommen werden. Damit es zu einer vollständigen Ausfüllung des Ringraums zwischen Aufnahmebohrung und Einsatzbüchse kommt, kann dann eine vorgegebene Menge an Zweikompo-nentengiessharz jeweils auf den Boden der Aufnahmebohrung gegeben werden, dieser Boden ist bei auf die Meisterplatte aufgesetzter Spannplatte 2, 2' gebildet von der Meisterplattenoberfläche und ggf. Teilen der Präzisionshaltestifte für die Einsatzbüchsen. Anschliessend schiebt man dann die auf die Stifte aufgesetzten Einsatzbüchsen 6 unter Krafteinwirkung nach unten, wobei die vorher eingegebene, aushärtbare Abstandsmasse zusammengedrückt und von allen Seiten in den Ringraum hinein und nach oben gepresst wird, bis diese Masse schliesslich am oberen Rand austritt und man die Gewissheit hat, dass der gesamte Ringraum mit der Giessharzmasse ausgefüllt ist. Reste der Masse können dann abgewischt werden und es erfolgt die zum Teil mehrere Stunden erfordernde Aushärtung der Zweikomponenten-Giessharzmasse bei auf die Meisterplatte aufgesetzter Spannplatte 2, 2'. Bei dem Zwei-komponenten-Giessharz kann es sich bevorzugt um ein Epoxidharz handeln, welches etwa unter der Markenbezeichnung «Araldit» im Handel erhältlich ist.

Nach erfolgter Aushärtung gelangt man zu einer Rasterspannplatte, deren im Rasterabstandsmass angeordnete Auf5

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nahmeöffnungen, die von den Innenbohrungen 7 der Einsatzbüchsen gebildet sind, eine Rastergenauigkeit einhalten, die sämtlichen, auch ausserordentlich hohen Ansprüchen im Werkzeugbau und bei der Bearbeitung von Werkstücken genügt.

Es versteht sich, dass die als Anschlag dienende Oberfläche der Rasterspannplatte 2, 2' präzisionsbearbeitet und geschliffen ist, daher weist das in Fig. 2b mit dem Bezugszeichen A angegebene Abstandsmass, welches der Dicke der Rasterspannplatte 2, 2' entspricht, eine Bearbeitungsgenauigkeit auf, die der Rastergenauigkeit von ±0,01 mm entspricht.

Der Darstellung der Fig. 2a bzw. 3a lassen sich zwei unterschiedliche Ausführungsformen für eine solche Rasterspannplatte der Fig. 2a eignet sich besonders zum hochgenauen Einspannen und Halten von Werkstücken, die beispielsweise mit Hilfe von Bohr- oder Fräsmaschinen zu bearbeiten sind, die in Fig. 3a gezeigte Rundspannplatte erlaubt den Einsatz auf Drehmaschinen für verschiedenartigste Bearbeitung und bietet zusätzlich Vorteile gegenüber der bekannten Planscheiben.

Die Anwendung einer solchen, in den Fig. 2a und 3a gezeigten Rasterspannplatte erfolgt dann mit Hilfe von massiven Halte- bzw. Steckstiften 10 (s. die kleine Zeichnung neben der Darstellung der Fig. 3a). Die Aussenabmessungen dieser Steckstifte entsprechen genauestens den Abmessungen der Innenbohrung der Einsatzbüchsen 6, die Länge der Steckstifte 10 ist jedoch grösser als die Tiefe der Innenbohrung der Einsatzbüchsen, so dass man sich durch die herausragenden Steckstifte 10 das Präzisionsraster der Spannplatten 2, 2' zunutze machen kann.

Zu diesem Zweck vervollständigt sich das Rasterspannsystem, welches die zunächst geschilderten Spannplatten 2,2' umfasst, zu einem Baukastensystem, welches noch über eine Vielzahl von weiteren Befestigungsmitteln, Anschlagmitteln, Auflagemitteln u. dgl. verfügt.

Solche zusätzlichen Hilfsmittel lassen sich den nachfolgenden Fig. 4 bis 6 entnehmen und werden im folgenden noch im einzelnen erörtert; zur Befestigung dieser Hilfsmittel, bevorzugt jedoch zur Befestigung und zum Einspannen der mit den Rasterspannplatten zu verbindenden Werkstücke, verfügen die Rasterspannplatten dann noch über normale, mit einem Innengewinde versehene Bohrungen 11, die bevorzugt ebenfalls in einem Rastersystem liegen können. Diese Bohrungen dienen zur Aufnahme von Schraubbolzen, wobei ihre Positionierung innerhalb des Rasterabstandssystems der Präzisionseinsatzbüchsen im Grunde beliebig ist, auch ist es nicht erforderlich, dass das bevorzugt von den Gewindebohrungen eingehaltene Rastersystem erhöhten Genauigkeitsanforderungen entspricht. Diese Bohrungen sind lediglich dazu da, mit Hilfe der Präzisionseinsatzbüchsen und der zugeordneten Steckstifte 10 genauestens positionierte und orientierte Gegenstände, Systeme und Werkstücke, aber auch die sonstigen Hilfsmittel einzuspannen, damit auch eine unter Kraft- oder Druckeinwirkung durchzuführende, beispielsweise spanabhebende Bearbeitung möglich ist. Diese Gewindebohrungen innerhalb des Rastersystems dienen daher der Befestigung der im folgenden noch zu erläuternden Aufspannwinkel, Anschlag- und Auflageleisten oder Anschlag- oder Auflagetürme sowie ggf. handelsüblichen, mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Spannelementen. Die in den Fig. 2a und 3a gezeigten Rasterspannplatten verfügen schliesslich noch über weitere, nicht im Rasterabstandsmass angeordnete Bohrungen oder Durchlässe 13, die jedoch nicht notwendigerweise zu den Einsatzbüchsen der Rasterspannplatte im Präzisionsmassstab orientiert sein müssen. Diese zusätzlichen Bohrungen 13 dienen der Befestigung der Spannplatten an Bearbeitungsmaschinen; auf eine solche Möglichkeit wird weiter unten noch mit Bezug auf die Darstellung der Fig. 1 genauer eingegangen.

Um im weitesten Masse zu einem universellen Baukastensystem für die Einspannung und Lagerung von Werkstücken zu gelangen und damit die Werkstücke nicht unmittelbar an den in die Bohrungen der Präzisionseinsatzbüchsen eingesteckten Haltestifte 10 angelegt werden müssen, sind zusätzliche Hilfsmittel und Hilfssysteme vorgesehen, von denen eines den in den Fig. 4a bis 4c gezeigten Anschlagwinkel oder Lagerwinkel umfasst. Der Schnittdarstellung der Fig. 4c lässt sich der Aufbau eines solchen Anschlagwinkels 14, der auch zur Montage der Darstellung der Fig. 1 verwendet ist, genauer entnehmen; der Anschlagwinkel 14 verfügt über zwei Flächen, nämlich die Bodenfläche 15 und eine Rückseitenfläche 16, die als Anschläge dienen und präzisionsbearbeitet und geschliffen sind. Neben den üblichen Gewindebohrungen 18 zur Ver-schraubung von zu befestigenden Werkstücken oder weiteren Anschlagelementen sind in der Darstellung der Fig. 4a bis 4c wiederum die Aufnahmebohrungen 5' gezeigt, die der Positionierung von Präzisionseinsatzbüchsen dienen oder doch zu-mindestens dienen können. Weitere Bohrungen 20 dienen zur Aufnahme von Schraubbolzen und zur Befestigung eines solchen Präzisionsanschlagwinkels auf der Rastergrundplatte 2, 2'. Die Abstände der in diesen Anschlagwinkel 14 eingesetzten Präzisions-Einsatzbüchsen zueinander liegen wiederum innerhalb des gegebenen Rastersystems und halten die mit Bezug auf die Rastergrundplatte gewünschte Genauigkeit von ±0,01 mm ein.

Vervollständigt wird das Baukastensystem zur universellen Anwendung dann schliesslich noch durch sogenannte Anlagetürme, von denen einer in Fig. 5 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist. Die Abstände seiner Flächen 23, 24 und 25 voneinander weisen das geforderte Präzisions-abstandsmass von ±0,01 mm Genauigkeit auf, eine durchgehende, an beiden Seiten abgesenkte Bohrung 26 dient zur Aufnahme eines Schraubbolzens. Es versteht sich, dass solche Auflagetürme in beliebiger Grösse und mit beliebiger Höhe der Anlage- oder Abstandstürme die Schulterflächen 24 angeordnet werden.

Der Darstellung der Fig. 6 lässt sich dann noch in Draufsicht und in einer Schnittdarstellung eine mögliche Ausführungsform einer Abstands- oder Anlageleiste 30 entnehmen, die neben zwei im Rasterabstandsmass angeordneten und mit Einsatzbüchsen versehenen Bohrungen 5" eine Aufnahmebohrung 31 für eine Schraubbolzenbefestigung aufweist. Da bei einer solchen Anlageleiste bevorzugt sämtliche Flächen präzisionsbearbeitet, nämlich geschliffen und einen Abstand mit einer Genauigkeit von ±0,01 mm aufweisen, ist die Anschlagleiste 31 der Fig. 6a und 6b für beliebige Anwendungszwecke geeignet. Es versteht sich, dass diese ergänzend genannten Hilfsmittel zur Präzisionslagerung und Befestigung von Gegenständen und Werkstücken auf den Rasterspannplatten 2, 2' nur beispielhaft sind und nur einige Möglichkeiten für die Vielfalt beim Aufbau eines Rasterspann-Baukastensystems angeben können.

Der Darstellung der Fig. 1 lässt sich ein mögliches Anwendungsbeispiel entnehmen; auf dem Schlitten 40 einer mit dem Bezugszeichen 50 versehenen Fräsmaschine mit einem bei 51 angedeuteten Fräskopf ist eine rechteckförmige Rasterspannplatte 2" gelagert, beispielsweise indem mit Hilfe der Bohrungen 13 eine Verschraubung mit in den Schlittennuten angeordneten Nutsteinen vorgenommen ist. An geeigneter Stelle sind in die Rasterspannplatte 2" Einsteckstifte 10 eingesteckt, die sich in die entsprechenden, vorzugsweise mit Präzisionseinsatzbüchsen versehenen Bohrungen 5' am Bodenteil des in Fig. 4a gezeigten Anschlagwinkels 14 erstrecken. Dieser Anschlagwinkel ist daher präzise gelagert und, was in der Zeichnung der Fig. 1 nicht sichtbar ist, durch Schraubbolzen, die in die Gewindebohrungen 11 der Spannplatte 2" eingeschraubt sind, festgelegt. Der weitere Aufbau, nunmehr ausgehend von dem kleineren Rasterspannsystem auf der Rückfläche 16 des

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Anschlagwinkels 14 ist nun so getroffen, dass an diesem zunächst ein weiterer Anschlagwinkel 41 zur Bildung eines zur Rückfläche 16 rechtwinkligen Anschlages angeordnet ist, darüber hinaus ist am oberen Teil des Anschlagwinkels eine mit Bezug auf Fig. 6 im einzelnen erläuterte Anschlagleiste 30 befestigt. Eine anders geformte Anschlagleiste 30' ist weiter unten an der Rückseite des Anschlagwinkels 14 befestigt, auf dieser baut dann noch ein Anschlagturm 22 auf, wie er mit Bezug auf Fig. 5 gezeigt worden ist. Der Anschlagturm 22 dient als Gegenlager für eine Halteleiste 43, die einerseits in einer Ausnehmung 44 am Anschlagturm 22 liegt und anderseits an einer Fläche eines von dem Fräskopf 51 zu bearbeitenden Werkstücks 45 anliegt. Das Werkstück liegt im Anschlag einerseits an der Anschlagleiste 30 und anderseits an dem Anschlagwinkel 41, die beide am Anschlagwinkel 14 befestigt sind. Verspannt wird die Halteleiste 43 mit Hilfe eines Schraubbolzens 46, der in eine entsprechende Gewindebohrung in der grösseren Fläche des Anschlagwinkels 14 eingeschraubt ist.

Die Fig. 7 zeigt schliesslich als Teilausschnitt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Rasterspannplatte mit zwei Aufnahmebohrungen, wobei die in der Zeichenebene linke Aufnahmebohrung schon fertiggestellt ist. Die Rasterspannplatte ist allgemein mit dem Bezugszeichen 17 versehen; in ihr befinden sich zwei Aufnahmebohrungen 27 und 27', die entsprechend dem gewünschten Rastersystem in präzisen Koordinatenabständen, jedoch mit normaler Toleranz in die Aufnahmeplatte 17 gebohrt sind.

Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Rasterspannsy-stems benötigt man zunächst auch hier die sog. Präzisions-Meisterplatte, bei der einmal der vorgegebene Rasterabstand mit höchster Präzision angefertigt worden ist.

Die Aufnahmebohrungen 27, 2/ der Aufnahmeplatte 17 sind beim Ausführungsbeispiel abgesetzt und bestehen aus einem oberen Passbohrungsteil 37 und einem unteren Gewindebohrungsteil 47 mit einem grösseren Durchmesser. Dieser grössere Durchmesser ist jedoch nicht zwingend erforderlich, erleichtert jedoch, wie weiter unten noch erläutert wird, den Zusammenbau.

In den Passbohrungsteil wird eine mit 57 bezeichnete Einsatzpassbüchse eingesetzt, die mindestens an ihrer Innenfläche 67 entsprechend gehärtet ist und aus Präzisionsstahl bestehen kann. Falls gewünscht, kann die Einsatzpassbüchse 57 an ihrem oberen Endbereich bei 77 zum leichteren Einführen von Passstiften oder Passschrauben abgerundet oder konisch ausgebildet sein. Zwischen der Aussenwandung der Einsatzbüchse 57 und der Innenwandung des Passbohrungsteils 37 befindet sich ein freier Ringraum, so dass es möglich ist, die Einsatzbüchse 57 mit Hilfe der Meisterplatte mit hoher Genauigkeit zu präzisieren. Es versteht sich, dass die Platte 17, von der in der Zeichnung nur ein Teilausschnitt gezeigt ist, im Koordinatensystem eine Vielzahl solcher Aufnahmebohrungen 27, 27' aufweist; die Meisterplatte greift dann mit ihren schon erwähnten Stiften oder mit in ihre Aufnahmebohrungen eingeführten Stiften in jede Innenbohrung der Einsatzbüchsen 57 ein und legt deren Relativposition zueinander präzise fest. In den Zwischenraum oder Ringraum 87 zwischen Einsatzbuchse und Aufnahmebohrung wird dann ein geeignetes Vergussmaterial, welches ohne Schrumpfung aushärtet, beispielsweise ein Zwei-komponenten-Epoxidharz, eingeführt oder eingespritzt und ausgehärtet. Anschliessend wird die Meisterplatte abgenommen und die Präzisionseinsatzbüchsen 57 sind in ihrer Relativposition in der Platte 17 ein für alle Mal fest fixiert und bilden gehärtete Einführungsöffnungen für Passstücke, Passschrauben u. dgl. Wie ersichtlich besetzen die Einsatzbüchsen für den Passbohrungsteil nicht die gesamte Aufnahmebohrung 27, 27', sondern im wesentlichen nur den Teil, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen geringeren Durchmesser hat.

Dadurch ist es möglich, in den unteren Bohrungsteil 47 (mit dem grösseren Durchmesser) eine weitere Einsatzbüchse 97 mit einem Innengewinde 107 einzusetzen, und zwar absolut konzentrisch zur Einsatzpassbüchse 57. Auch diese Einsatzgewindebüchse 97 ist aus geeignetem gehärteten Stahl mit entsprechend gehärtetem Innengewinde und kann beispielsweise so in ihrer Aufnahmebohrung befestigt werden, dass von oben, also unter Benutzung des schon präzise fixierten Passbüchsenteils in diese eine Passschraube geschoben und auf den Gewindeteil der Passschraube von unten die Einsatzgewindebüchse 97 aufgeschraubt wird, beispielsweise so weit, bis die Randkantenbereiche 117 der Einsatzgewindebüchse 9 auf der infolge der unterschiedlichen Durchmesser der Passbohrung 37 und Gewindebohrung 47 entstandenen Schulter 127 aufliegen. Wie einzusehen, erhält die Einsatzgewindebüchse 97 auf diese Weise eine hochpräzise konzentrische Beziehung zur jeweils zugeordneten Einsatzpassbüchse 57 und damit zum gesamten Rasterspannsystem. Als letzter Schritt bleibt dann noch die Fixierung der Einsatzgewindebüchse 97 durch Einführung eines entsprechenden Vergussmaterials in den Ringraum 137 übrig. Schraubt man nach Aushärten der Vergussmasse im Ringraum 137 die Passschraube wieder heraus, dann hat man eine durch die Rasterspannplatte 17 hindurchgehende, gehärtete Innenwände aufweisende, aus einem Passteil und einem Gewindeteil bestehende Aufnahmebohrung erzielt, die im gesamten Rasterspannsystem präzise lokalisiert ist und wobei, und dies ist von nicht zu unterschätzender Bedeutung, auch die gehärtete Gewindebohrung 107 absolut konzentrisch und ohne jede Exzentrizität zur Passbohrung angeordnet ist.

Zwischen Einsatzpassbüchse 57 und Einsatzgewindebüchse 97 kann noch eine Dichtung 147 angeordnet sein; im übrigen versteht es sich, dass die Schulter 127 der Aufnahmebohrung 27, 27' nicht unbedingt erforderlich ist, da das erfindungsgemässe Grundprinzip auch verwirklicht werden kann, wenn beide Büchsen 57 und 97 die gleichen Aussendurchmesser aufweisen, wie leicht einzusehen ist.

Alternativ ist es im übrigen auch möglich, nicht die Position der Einsatzgewindebüchse 97 durch die vorgegebene Fixposition der Einsatzpassbüchse 57 zu bestimmen, sondern umgekehrt; auch dann verwirklicht sich der erfindungsgemässe Grundgedanke der Anordnung von zwei, unterschiedlichen Zwecken dienenden Einsatzbüchsen in einer Aufnahmebohrung des Rasterspannsystems und die Relativpositionierung der Büchsen dadurch zueinander, dass man einer der Büchsen ausgangsmässig eine mit hoher Präzision im Rasterspannsystem liegende Fixposition verleiht.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung lässt sich eine Genauigkeit des Rasterspannsystems von ±0,005 mm mit verhältnismässig geringem Kostenaufwand erzielen, eine Genauigkeit, die bisher von Fachleuten für ein solches Rasterspannsystem nicht für möglich gehalten wurde.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Rasterspannsystems, bestehend in einer Baukastenform aus den Rastergrundspannplatten und den sonstigen, geschilderten Hilfsmitteln, liegen in der Möglichkeit einer schnellen Montage von Grundvorrichtungen, wie beispielsweise eine in Fig. 1 dargestellt ist, ohne dass hierzu vom Werkzeugbau oder einer Konstruktionsabteilung besondere Aufwendungen vorgenommen werden müssen. Fotografiert man die Darstellung der Fig. 1 beispielsweise, dann gelangt man ohne umständliche Speicherung und Zeichnung von Datenwerten zu einer eindeutigen Dokumentation für einen späteren Wiederholungsfall, da die benötigten Bauteile sowie das Aufbauraster der Fotografie leicht zu entnehmen sind.

Besonders vorteilhaft ist, dass solche Grundvorrichtungen unter Verwendung des erfindungsgemässen Rasterspannsystems in einfacher Weise, nämlich lediglich durch Lösen der Schraubverbindungen und Herausziehen der einsteckbaren,

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einer Präzisionspositionierung dienenden Steckstifte 10, wieder demontiert werden können, so dass eine schnelle Weiterverwendung möglich ist. Es entfallen so aufwendige Fertigungspläne, Stücklisten, Materialbeschaffung, Konstruktion, spätere Lagerung einer Hilfsvorrichtung sowie Besprechungen weitestgehend. Besonders vorteilhaft ist auch, dass die Kosten eines solchen Systems sehr gering sind, da, insbesondere wegen der aus gehärtetem Stahl bestehenden Präzisionseinsatzbüchsen eine häufige Wiederverwendung möglich ist, ohne dass es zu einer Abnutzung und daher zu einer nicht mehr tolerierbaren Ungenauigkeit des Systems kommt. Die Grundkosten pro Aufbau sind daher, wenn man beispielsweise Nullserien, Prototypen, Laboraufbau, Prüfeinrichtungen u. dgl, in Betracht zieht, äusserst gering und mit üblichen Kosten nicht zu vergleichen.

Beispielsweise lässt sich eine Grundvorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemässen Rasterspannsystems auch in Fertigungsabteilungen vom Einsteller oder von der Werkzeugausgabe unmittelbar aufbauen, so dass Maschinenstillstände stark reduziert werden.

Als Anwendungsgebiete für das erfindungsgemässe Rasterspannsystem ergibt sich eine Werkstückbearbeitung an Fräsmaschinen, Kopierfräsmaschinen, Stossmaschinen, Hobelmaschinen, Drehbänken u. dgl., auch bei Prüfeinrichtungen und Kontrollstellen, denn das erfindungsgemässe Rasterspannsystem gibt auch für die Fertigungskontrolle präziseste Abstandsmasse vor, die hier Verwendung finden können.

Vorteilhaft ist schliesslich weiterhin, dass durch entsprechendes Einstecken von Anlageleisten auch mehrere Spannplatten in beiden Richtungen miteinander unter Einhaltung des präzisen Rasterabstandsmasses gekoppelt werden können, so dass noch grössere Flächenbereiche im Rasterabstandsmass bei Beibehaltung des genauen Rasters aufgebaut werden können.

5 Da bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Längsseiten der Rasterspannplatten verstärkt sind, können an diesen die Anschlagleisten angebracht werden, so dass im Takt auf Vielspindelbohrmaschinen oder Fräsmaschinen gearbeitet werden kann. Es versteht sich, dass die Höhenmasse der Anla-10 geleisten und Anlagetürme in beliebiger Weise gewählt werden können.

Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass die Präzisionsmeisterplatte selbstverständlich nicht notwendigerweise von Anfang an mit im präzisen Rasterabstandsmass angeordneten ls und herausragenden Stiften versehen sein muss, auf die die Einsatzbüchsen für die jeweilige Rasterspannplatte aufgeschoben werden; es ist alternativ möglich, auch die Präzisionsmeisterplatte nur mit, selbstverständlich im hochpräzisen Rasterabstandsmass liegenden Bohrungen zu versehen, in die dann 20 den erwähnten Einsteckstiften ähnliche Stifte eingeführt werden, die dann zur Zentrierung der Präzisions-Einsatzbüchsen für die Spannplatten dienen.

Es ist auch möglich, die einzelnen Bausteine, insbesondere die Rasterspannplatten, aus einem anderen Material als Me-25 tali, beispielsweise Gusseisen herzustellen; insbesondere eignet sich eine Ausführung des Rasterspannsystems für Kontrollzwecke in Marmor. Für elektrische Aufbauten und wegen der Transparenz eines solchen Systems könnte auch Glas, also ein Baustoff aus technischen Silikaten, verwendet werden, gege-30 benenfalls auch aus Acrylglas.

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7 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

618 908 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die der präzisen Halterung von zu bearbeitenden Werkstücken, insbesondere bei der spanabhebenden Formung von Werkstücken durch Werkzeugmaschinen dient, dadurch gekennzeichnet,

dass a) in eine Platte in einem gegebenen Rasterabstandsmass angeordnete Aufnahmebohrungen gebohrt und b) in die Bohrungen Präzisions-Einsatzbüchsen mit einem geringeren Durchmesser als der Bohrungsdurchmesser unter Bildung eines Zwischenraums eingesetzt werden, dass man c) die Abstände der eingesetzten Präzisions-Einsatzbüch-sen mit Hilfe einer hochpräzisen Meisterplatte bestimmt und dass d) in den Zwischenraum zwischen Einsatzbüchse und Bohrung jeweils ein aushärtbares Material eingeführt und nach Aushärtung desselben die Rasterplatte von der Meisterplatte getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zweikomponenten-Epoxidgiessharzkleber als aushärtbares Material zwischen den aus gehärtetem Stahl bestehenden Präzisions-Einsatzbüchsen und den Aufnahmebohrungen der Rasterspannplatte verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Präzisions-Meisterplatte verwendet wird, die im vorgegebenen Rasterabstandsmass Stifte aufweist, auf die die mit den Aufnahmebohrungen versehene Rasterspannplatte aufgelegt und auf die von dem aushärtbaren Material nicht zu benetzenden Flächen ein Trennmittel aufgebracht wird, dass anschliessend in die unten durch die Präzisions-Mei-sterplatte abgedeckten Aufnahmebohrungen das aushärtbare Material in vorgegebener Menge eingegeben und auf die Stifte der Präzisions-Meisterplatte die in der Spannplatte zu befestigenden Präzisions-Einsatzbüchsen aufgeschoben und unter Krafteinwirkung soweit nach unten gedrückt werden, dass das aushärtbare Material den Ringraum zwischen Einsatzbüchsen und Aufnahmebohrung völlig ausfüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Bausteine des Rasterspannsystems Metall, Gusseisen, Marmor oder Glas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) in die Aufnahmeplatte in einem gegebenen Rasterabstandsmass einen Passbohrungsteil (37) und einen Gewindebohrungsteil (47) aufweisende Aufnahmebohrungen gebohrt und in den Passbohrungsteil (37) Einsatzpassbüchsen (57) unter Bildung eines Zwischenraums eingesetzt werden, dass b) in den Gewindebohrungsteil (47) eine ein Innengewinde (107) aufweisende Einsatzgewindebüchse (97) eingesetzt und ihre Position durch Bezugnahme auf die nach Aushärtung des Vergussmaterials genommene Festposition der Einsatzpassbüchse (57) bestimmt wird und c) in den Zwischenraum zwischen Einsatzgewindebüchsen (97) und zugeordneter Bohrung (47) ebenfalls das aushärtbare Vergussmaterial eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur konzentrischen Positionierung der Einsatzgewindebüchse (97) zur Einsatzpassbüchse (57) in die jeweilige Einsatzpassbüchse eine Passschraube eingeführt und auf deren Gewindeende die Einsatzgewindebüchse (97) aufgeschraubt wird.

7. Vorrichtung, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Rasterspannsystems in einer Platte (2, 2', 2") Passbohrungen bildende Präzisions-Einsatzbüchsen (6) angeordnet sind, die in in der Platte (2, 2', 2") gebohrten Aufnahmelöchern (5, 5') mittels eines aushärtbaren Materials in einem hochgenauen Rasterabstandsmass gehalten sind und dass innerhalb des Rastersystems angeordnete Gewindebohrungen (11, 18) zur Befestigung von Halte- und/oder Anschlagmitteln (14, 22, 30) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Material ein Zweikomponenten-Epoxid-giessharz ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen der Halte- und/oder Anschlagmittel (14, 22, 30) ein vorgegebenes Abstandsmass mit einer Bearbeitungsgenauigkeit aufweisen, die der Genauigkeit des zugeordneten Rastersystems entspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufspannwinkel (14) vorgesehen ist, dessen Bodenfläche (15) im rechten Winkel zur Rückfläche (16) angeordnet und feinbearbeitet ist und dass in Boden- und Rückfläche Aufnahmebohrungen (5') mit im entsprechenden Raster-mass eingesetzten Präzisions-Einsatzbüchsen vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Gewindebohrungen (18) sowie Bohrungen (20) zur Aufnahme von Schraubbolzen vorgesehen sind, die der Befestigung des Anschlagwinkels (14) an der Grundspannplatte (2, 2") dienen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlag- und Haltemittel (22, 30) neben Präzi-sions-Einsatzbüchsen im Rasterabstandsmass über abgesenkte Aufnahmebohrungen für Schraubbolzen verfügen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Passbohrungen und die Gewindebohrungen konzentrisch sind und der Passbohrungsteil (37) von einer ersten Präzisions-Einsatzpassbüchse (57) und der Gewindebohrungsteil von einer zweiten Präzisions-Einsatzgewindebüchse (97) gebildet sind, die mittels eines aushärtbaren, in den Ringraum zwischen Büchse und Bohrung eingegebenen Vergussmaterials gehalten sind, wobei sich die endgültige Position der Gewindebüchse (97) vor Aushärtung des entsprechenden Vergussmaterials bestimmt durch die Position der jeweils zugeordneten Einsatzpassbüchse (57).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Einsatzpassbüchse (57) und Einsatzgewindebüchse (97) unterschiedliche Aussendurchmesser aufweisen und die entsprechenden Aufnahmebohrungen (37, 47) zur Aufnahme der Einsatzbüchsen eine Abschulterung (127) aufweisen, an welchen die Einsatzgewindebüchse (97) zur Anlage kommt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einsatzpassbüchse (57) und Einsatzgewindebüchse (97) eine Dichtung (147) angeordnet ist und dass beide Büchsen aus gehärtetem Stahl bestehen.