Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einem auf einem Maschinentisch zu montierenden, festen ersten Grundkörper, und damit auswechselbar verbindenden, zweiten Grundkörper, der mit einem Lagerzapfen in einer Aufnahmebohrung im ersten Grundkörper gehalten ist. Aufspannvorrichtungen dieser Art sind bekannt als sogenannte Palettiersysteme. Die heute üblichen Bearbeitungszentren sind äusserst kostspielige Werkzeugmaschinen, die nur rentabel sind, wenn die sogenannten Stillstandszeiten auf ein Minimum reduziert werden können. Als Beitrag zur Reduktion der Stillstandszeiten von Bearbeitungszentren wurden sogenannte Palettiersysteme entwickelt. Die Grundidee eines Palettiersystems besteht darin, dass die Aufspannvorrichtung zum Aufspannen der zu bearbeitenden Werkstücke zweigeteilt ist.
Der erste Grundkörper ist auf einem Maschinentisch an der korrekten Stelle fest montiert, während das zu bearbeitende Werk stück auf einen zweiten Grundkörper in der korrekten Lage aufgespannt wird. Einem ersten Grundkörper können mehrere zweite Grundkörper zugeordnet sein. Während ein zweiter Grundkörper somit im Bearbeitungszentrum verwendet wird, kann auf einem weiteren zweiten Grundkörper ein neues Werkstück bereits aufspannt werden. Das Auswechseln des zweiten Grundkörpers mit dem aufgespannten Werkstück erfolgt in Sekundenschnelle. Die eigentliche Stillstandszeit der Werkzeugmaschine ist daher verschwindend klein.
Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Grundkörper erfolgt durch Formschlussmittel und die Sicherung durch entsprechenden Kraftschluss. Hierzu dient ein Lagerzapfen am zweiten Grundkörper, der in einer Aufnahmebohrung im ersten Grundkörper gehalten ist. Arretiersysteme dieser Art sind beispielsweise von der Firma Erowa AG in 6233 Büron/Schweiz auf den Markt gebracht. Die beiden Grundkörper lassen sich bei den bekannten Systemen mit 90 DEG Indexierung in vier verschiedenen Positionen miteinander verbinden.
Dies ist für eine fünfseitige Bearbeitung erforderlich. Bei einem bekannten System wird dies dadurch erreicht, dass vier Positionierelemente vorhanden sind und ein zentral gelagertes kraftschlüssiges Halteglied. Bei einem zweiten bekannten System wird mit vier Haltezapfen gearbeitet, die mit pneumatisch betätigbaren Sperrgliedern versehen sind. Beide bekannten hier beschriebenen Lösungen sind höchst diffizil, aufwendig in der Mechanik und entsprechend kostspielig. Zudem verlangt die Drehung der beiden Grundkörper zueinander um 90 DEG die vollständige Trennung der beiden Grundkörper, wobei der zweite Grundkörper mit dem zu bearbeitenden Werkstück abgehoben und um 90 DEG gedreht werden muss, bevor er wieder mit dem ersten Grundkörper verbunden werden kann, falls dies die Konstruktion überhaupt zulässt.
Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufspannvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile behoben sind.
Diese Aufgabe löst eine Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt und insbesondere dessen Funktion in der nachfolgenden Beschreibung anhand den Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen achsialen Längssschnitt durch den Lagerzapfen im Verbindungsbereich beider Grundkörper und
Fig. 2 einen radialen Querschnitt durch denselben Lagerzapfen entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Mit einer Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen wird prinzipiell die Verbindung zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und der Werkzeugmaschine, insbesondere dem Maschinentisch hergestellt. Bei der erfindungsgemässen Aufspannvorrichtung erfolgt dies mittelbar über zwei Bauteile, nämlich einem ersten Grundkörper 2, der auf dem Maschinentisch 1 befestigt ist und einem zweiten Grundkörper 3, der leicht austauschbar im ersten Grundkörper 2 gelagert und gehalten ist. Der erste Grundkörper 2 kann, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, als einfache Montageplatte konzipiert sein, die horizontal direkt auf dem Maschinentisch befestigt sein kann. Diese Befestigung kann zum Beispiel auf herkömmliche Art mittels entsprechender Schraubung oder Klemmung erfolgen. Bekanntlich hat der Maschinentisch entsprechende Nuten mit darin verstellbaren Nutensteinen.
Eine Aufspannvorrichtung mit einem ersten Grundkörper gemäss der Fig. 1 ist insbesondere für Werkzeugmaschinen geeignet, die eine vertikale Antriebsspindel für das Werkzeug aufweist. Hat die Werkzeugmaschine jedoch eine horizontal angeordnete Werkzeugantriebsspindel, so ist es sinnvoll, wenn der erste Grundkörper 2 einen Vertikalaufbau 21 aufweist, der fest mit einer horizontalen Grundplatte 20 verbunden ist, die wiederum mittels Befestigungsmittel 22 auf den Maschinentisch 1 oder einer Palette montiert werden kann. Diese Ausführungsform ist in der Fig. 2 dargestellt.
In beiden Fällen ist im ersten Grundkörper 2 eine Aufnahmebohrung 4 vorhanden, die senkrecht zur Auflagefläche 2 min des ersten Grundkörpers 2 verläuft. In dieser zylindrischen Aufnahmebohrung 4 des ersten Grundkörpers 2 findet ein Lagerzapfen 5 eines zweiten Grundkörpers 3 Aufnahme. Der zweite Grundkörper 3 hat die Gestalt eines einbeinigen Tisches mit einer Aufspannfläche 3 min und dem bereits erwähnten Lagerzapfen 5. Der gesamte zweite Grundkörper 3 ist einstückig gefertigt. Der Lagerzapfen 5 hat einen ersten zylindrischen Teil 5 min , dessen Durchmesser auf dem Durchmesser der Aufnahmebohrung 4 im ersten Grundkörper 2 angepasst ist. Hierdurch erfolgt eine exaktive Positionie rung des zweiten Grundkörpers 3 bezüglich dem ersten Grundkörper 3 in der X- und Y-Achse.
Unterhalb dem zylindrischen Teil 5 min folgt eine ebenfalls zylindrische Einschnürung 7 und danach ein Kopf 6, der einen quadratischen Querschnitt aufweist. Die Seitenlänge dieses quadratischen Querschnittes ist grösser als der Durchmesser der zylindrischen Einschnürung 7. Die Einschnürung 7 wirkt folglich gleich einem Hals zwischen dem ersten zylindrischen Teil 5 min und dem Kopf 6 des Lagerzapfens 5. Die zur zylindrischen Einschnürung 7 gerichteten Kanten des quaderförmigen Kopfes 6 sind exakt geschliffen. Diese Auflaufkanten 9 wirken mit Exzenterbolzen 8 zusammen. Die Exzenterbolzen 8 durchsetzen den ersten Grundkörper 2 senkrecht zur Verlaufsrichtung der Aufnahmebohrung 4. Dabei sind die Exzenterbolzen 8 so angeordnet, dass sie zueinander parallel verlaufen und symmetrisch zur Aufnahmebohrung 4 diese beidseitig sekantiell schneiden.
Der Durchmesser der beiden gleichgrossen Exzenterbolzen ist so bemessen, dass die Exzenterbolzen in der Einschnürung 7 gerade noch Aufnahme finden. Parallel zu ihrer Längsachse sind die beiden Exzenterbolzen mindestens in ihrem in die Aufnahmebohrung 4 hineinragenden Bereich einseitig flachgeschliffen. Die so entstandene Ausnehmung 8 min ist so bemessen, dass sie eine Durchführung des Kopfes 6 zwischen den beiden Exzenterbol zen 8 hindurch erlaubt. In dieser sogenannten Nullage sind die plangeschliffenen Flächen der Ausnehmungen 8' parallel zu den ebenfalls flachgeschliffenen Seitenflächen des Kopfes 6. Wie man in der Zeichnung deutlich erkennt, sind die Exzenterbolzen 8 in jenem Bereich, der in die Aufnahmebohrung 4 hineinragt, mit einer exzentrisch geschliffenen Auflauffläche versehen.
Diese exzentrisch geschliffene Auflauffläche 10 gleitet bei einer Drehung des Exzenterbolzens 8 auf die Auflaufkanten 9 des Lagerzapfens 5 auf. Dadurch wird der zweite Grundkörper 3 in die Aufnahmebohrung 4 des ersten Grundkörpers 2 gezogen, und somit wird dieser auch in der Z-Achse ausgerichtet und gegen Verdrehung gesichert. Ein eventuell vorhandenes geringfügiges Spiel in der X- oder Y-Achse kann mit den Exzenterbolzen 8 ebenfalls noch ausgeglichen werden.
Wurde das aufgespannte Werkstück nun von der einen gewünschten Seite fertig bearbeitet, so dreht man die beiden Exzenterbolzen 8 aus den Positionen I in die Positionen II. In dieser Situation ist der Lagerbolzen 5 in der Aufnahmebohrung 4 frei drehbar. Gleichzeitig ist aber auch der zweite Grundkörper 3 gegenüber dem ersten Grundkörper 2 in der Z-Richtung, d.h. bezüglich einem Herausziehen des Lagerbolzens 5 aus der Aufnahmebohrung 4 gesichert. Erfolgte die Drehung des zweiten Grundkörpers 3 zum ersten Grundkörper 2 um 90 DEG bzw. um ein Vielfaches von 90 DEG , so können nun wieder die beiden Exzenterbolzen 8 in die Posi tionen I gedreht werden. Durch diese Drehbewegung schieben die Exzenterbolzen 8 automatisch auch den zweiten Grundkörper 3 in die korrekte Winkellage zum ersten Grundkörper 2.
Es erfolgt somit immer eine exakt indexierte Einstellung des Werkstückes in vier verschiedenen Winkelpositionen. Ist das Werkstück von allen gewünschten Seiten bearbeitet, schwenkt man die Exzenterbolzen 8 wiederum in die Grundstellung 0, und der zweite Grundkörper 3 lässt sich mit dem darauf aufgespannten Werkstück aus dem ersten Grundkörper 2 herausnehmen. Mit wenigen Handgriffen ist somit ein Werkstück ausgespannt und mit genau so wenigen Handgriffen kann ein zweites Werkstück, welches zwischenzeitlich auf einem weiteren zweiten Grundkörper 3 aufgespannt wurde, auf den auf dem Maschinentisch 1 verbleibenden ersten Grundkörper 2 wieder aufgespannt werden.
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist die erfindungsgemässe Aufspannvorrichtung besonders einfach im Aufbau, robust in der Verwendung und preisgünstig in der Fertigung. Die Exzenterbolzen können entweder je mit einem Schwenkhebel oder einem Drehgriff zur Betätigung versehen sein. Es wäre selbstverständlich auch möglich, die beiden Exzenterbolzen über miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern synchron miteinander zu betätigen, wobei dies wiederum manuell aber auch mittels entsprechenden An triebsmitteln möglich wäre. Letzeres käme insbesondere bei der vollautomatischen Fliessfertigung in Frage. Der Programmablauf des Bearbeitungszentrums könnte so auch die Betätigung der Exzenterbolzen steuern sowie einen Antriebsmechanismus, der mittel- oder unmittelbar auf den Lagerbolzen 5 wirkt und die Schwenkbewegung des zweiten Grundkörpers 3 im ersten Grundkörper 2 bewirkt.
Die vereinfachte Darstellung wurde lediglich gewählt, um die bereits bekannten konventionellen, hier ebenfalls verwendeten Aufspannmittel für die Befestigung des Werkstückes auf den zweiten Grundkörper, und die Befestigung des ersten Grundkörpers auf den Maschinentisch 1, nicht nochmals im Detail darstellen zu müssen und damit die Zeichnung unnötigerweise mit bereits längstens bekannten Maschinenbauelementen zu belasten.
Das vorliegende Kupplungssystem kann auch äusserst universell im allgemeinen Maschinenbau als sehr wiederholgenaues Werkzeugkupplungssystem oder als Takttisch für die Fertigung und Montage auf Bearbeitungszentren als Palettenspeicher oder Palettenbahnhof eingesetzt werden. Dies verlangt jedoch eine automatische Betätigung der Aufspannvorrichtung. Für diesen Zweck wird man vorteilhaft die beiden Exzenterbolzen (8) mittels einem Zwischengetriebe miteinander in Wirkverbindung setzen und mindestens einen Exzenterbolzen mit Kupplungsmittel versehen, um das ganze elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch zu betätigen.