Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspannen und Ausrichten eines Werkzeugs oder Werkstücks gemäss dem Anspruch 1.
Im Maschinenbau werden derartige Vorrichtungen, die oft auch als Pendelkopf bezeichnet werden, zum Aufspannen und exakten Ausrichten eines Werkzeugs oder Werkstücks auf der Referenzunterlage einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Drahterodiermaschine, benötigt.
Aus der EP 0 739 680 ist eine Vorrichtung zum Einrichten eines Oberteils bekannt, welches Oberteil zur Befestigung eines Werkstücks oder Werkzeugs vorgesehen ist. Das Oberteil ist über federnd abgestützte Schrauben derart mit dem Unterteil verbunden, dass dem Oberteil durch die Federn eine Vorspannung aufgeprägt wird. Zum Einrichten des Oberteils sind Stellschrauben vorgesehen, mittels welchen das Oberteil verstellt werden kann. Zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ist eine als Führungsteil wirkende Federstahlplatte eingefügt, welche dem Oberteil beim Verstellen der Stellschraube eine Bewegung um eine definierte Achse aufzwingen soll.
Die Problematik derartig aufgebauter Vorrichtungen besteht darin, dass das Oberteil nur über die Vorspannung der Federn in Position gehalten wird, wodurch die Gefahr besteht, dass beim Bearbeiten des Werkzeugs oder Werkstücks das Oberteil zu schwingen beginnt und dass auf Letzteres einwirkende Kräfte ein Zusammendrücken der Federn und somit ein Verschieben des Oberteils bewirken. Ausserdem sind bei derartigen Vorrichtungen keine eigentlichen Drehachsen vorgesehen, welche zum Ausrichten des Oberteils ein Verschwenken um definierte, voneinander unabhängige Achsen ermöglichen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufspannen und Ausrichten eines Werkzeugs oder Werkstücks gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche stabil aufgebaut ist und eine schnelle, präzise Ausrichtung des aufgespannten Werkzeugs oder Werkstücks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Da die genannten Mittel zum Verbinden des Oberteils mit dem Unterteils zwei einen Winkel von zumindest annähernd 90 DEG einschliessende Schwenkachsen zum Verschwenken des Oberteils gegenüber dem Unterteil aufweisen und ausser in den Bewegungsachsen steif sind, können die eingangs genannten Nachteile vermieden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 19 umschrieben.
Beispielsweise wird bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass zum Verschwenken des Oberteils gegenüber dem Unterteil Schraubmittel vorgesehen sind, welche sowohl mit einem in das Oberteil eingelassenen Gewinde wie auch mit einem in die Mittel zum Verbinden des Oberteils mit dem Unterteil eingelassenen Gewinde zahnen, wobei das in das Oberteil eingelassene Gewinde gegenüber dem in das Mittel zum Verbinden des Oberteils mit dem Unterteil eingelassenen Gewinde eine unterschiedliche Steigung und/oder einen unterschiedlichen Drehsinn aufweist. Dieselbe Ausbildung ist auch für das Schraubmittel vorgesehen, welches das Zwischenelement mit dem Unterteil verbindet. Durch derartig ausgestaltete Schraubmittel wird einerseits sichergestellt, dass das Oberteil gegenüber dem Unterteil in den Bewegungsachsen fixiert ist.
Zum anderen ermöglicht eine derartige Ausführungs form, dass durch das Verdrehen des Schraubmittels eine Relativbewegung des Oberteils gegenüber dem Unterteil bewirkt wird.
Schliesslich kann durch eine derartige Ausgestaltung ein sehr feines, exaktes Verschwenken - und damit Ausrichten - des Oberteils gegenüber dem Unterteil erreicht werden. Ist der Gewindebolzen beispielsweise mit zwei gleichen Drehsinn aufweisenden M12-Gewinden versehen, von denen das eine eine Steigung von 1,25 mm und das andere von 1 mm aufweist, so bewirkt eine Umdrehung des Gewindestiftes eine Relativverschiebung des Oberteils gegenüber dem Unterteil von lediglich 0,25 mm.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen Zeichnungen zeigt/zeigen:
Fig. 1 die wichtigsten Bauteile der Vorrichtung in einer perspektivischen Seitenansicht;
Fig. 2a bis 2e das Oberteil in fünf verschiedenen Ansichten;
Fig. 3a und 3b das Unterteil in zwei verschiedenen Ansichten;
Fig. 4a bis 4d das Zwischenelement in drei unterschiedlichen Ansichten sowie in einer vergrösserten Ansicht;
Fig. 5a bis 5c eine perspektivische Ansicht sowie einen Längs- und einen Querschnitt der zusammengesetzten Vorrichtung;
Fig. 6 eine vergrösserte Detailansicht eines Gewindebolzens, und
Fig. 7 eine vergrösserte Detailansicht eines Exzenterelements.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Einzelteile der Vorrichtung. Diese besteht aus einem Oberteil 1, einem Zwischenelement 2 einem Unterteil 3 sowie einer am Unterteil zu befestigenden Zentrierscheibe 4. Im Weiteren sind zwei Gewindebolzen 6, 7, zwei Feststellschrauben 12, 13, zwei Anschlagschrauben 15, 16 sowie ein Exzenterelement 18 ersichtlich, deren Bedeutung und Funktionsweise anschliessend noch näher erläutert wird. Um das Zusammenfügen des Oberteils 1, des Zwischenelements 2 und des Unterteils 3 zu erleichtern und um die Teile exakt aufeinander auszurichten, sind zudem mehrere Stifte 21 vorgesehen.
Das Zwischenelement 2 dient dem beweglichen Verbinden des Oberteils 1 mit dem Unterteil 3, sodass das Oberteil 1 bei zusammengebauter Vorrichtung gegenüber dem an der Referenzunterlage der Bearbeitungsmaschine fixierten Unterteil 3 bezüglich einer durch die maschinenseitige x- und y-Achse definierten Ebene ausgerichtet werden kann. Durch das Exzenterelement 18 wird zudem ein Verdrehen der Vorrichtung um eine Achse ermöglicht, die senkrecht zu der durch die x- und y-Achse definierten Ebene verläuft. Das Oberteil 1 dient der Befestigung eines Werkzeugs oder Werkstücks. Normalerweise werden die Werkzeuge oder Werkstücke unter Verwendung von Spannelementen am Oberteil 1 befestigt. Es versteht sich, dass bei der Verwendung von Spannelementen, wie beispielsweise einem Spannrahmen, gleichzeitig auch mehrere Werkzeuge oder Werkstücke am Oberteil 1 befestigt werden können.
Die Fig. 2a bis 2e zeigen das Oberteil 1 in perspektivischen Ansichten von oben und von unten sowie in einem Aufriss, einem Längsschnitt und einem Grundriss. Der Längsschnitt verläuft entlang der in der Fig. 2c eingezeichneten Linie.
Das Oberteil 1 besteht im Wesentlichen aus einer Stahlplatte, die auf der einen Seite mit einem abgewinkelten Fortsatz 23 versehen ist. Im Querschnitt gesehen weist das Oberteil 1 eine im Wesentlichen L-förmig ausgestaltete Form auf. Zur Versteifung sind entlang des Fortsatzes 23 auf beiden Seiten Seitenwände 24, 25 vorgesehen. Die Unterseite des Fortsatzes 23 ist mit einer planen Spannfläche 26 versehen, an welcher das zu spannende Werkzeug oder Werkstück, ggf. unter Zwischenschaltung eines Spannelements, fixiert werden kann. Nebst vier durch den Fortsatz führenden Bohrungen 28 zur Aufnahme von Spannschrauben ist eine weitere, im Bereich der einen Längsseite durch den Fortsatz 23 führende Bohrung 29 zur Aufnahme des Exzenterelements vorgesehen.
Auf der Unterseite des Fortsatzes 23 ist im Bereich der Bohrung 29 eine Ausnehmung 30 vorgesehen, welche der Aufnahme eines Segerringes zum Fixieren des Exzenterelements dient. Auf der gegenüberliegenden Seite des Fortsatzes 23 ist eine Sacklochbohrung 32 eingelassen, die der Aufnahme eines Nocken dient. Dieser Nocken wirkt als Lagerbolzen, damit das aufgespannte Werkzeug oder Werkstück um eine Achse gedreht werden kann, welche senkrecht zu der durch die maschinenseitige x- und y-Achse definierten Ebene verläuft. In die plattenförmige Oberseite des Oberteils 1 ist zudem eine durchgehende Gewindebohrung 33 eingelassen, die der Aufnahme eines Gewindebolzens zum Verschwenken des Oberteils 1 in einer Achse dient.
Aus den Fig. 3a und 3b ist das Unterteil 3 ersichtlich, welches im Wesentlichen aus einer rechteckigen Stahlplatte besteht, deren Oberseite 35 und Unterseite 36 planparallel zueinander verlaufen. In das Unterteil ist eine Gewindebohrung 39 eingelassen, welche mit einem Gewindeabschnitt des einen Gewindebolzens zusammenzu arbeiten bestimmt ist. Zum Zentrieren des Unterteils 3 beim Befestigen an der Referenzunterlage (nicht eingezeichnet) kann die Unterseite des Unterteils mit einer Zentrierscheibe 4 versehen werden, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist. Derartige Spann- und Zentriermittel sind beispielsweise aus der EP 0 111 092 bekannt. Das Unterteil 3 ist auf zwei Seiten mit Ausnehmungen 37, 38 versehen, in welche sich die Seitenwände 24, 25 des Oberteils 1 (Fig. 2) beim Zusammenfügen der Vorrichtung erstrecken.
Das aus den Fig. 4a bis 4c ersichtliche Zwischenelement 2 besteht aus einer mehrere Millimeter starken, im Wesentlichen rechteckig ausgebildeten Platte. Auf zwei Seiten weist das Zwischenelement 2 abgegrenzte Seitenteile 41, 42 auf. Das eine Seitenteil 42 ist auf der Oberseite und das andere Seitenteil 41 auf der Unterseite mit je einer planen Anschlagfläche 43, 44 versehen. Zum Befestigen des Zwischenelements 2 am Ober- bzw. Unterteil sind beide Seitenteile 41, 42 mit einer Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 47 versehen. Die obere Anschlagfläche 44 dient zum Festlegen an der Unterseite des Oberteils und die untere Anschlagfläche 43 zum Festlegen an der Oberseite des Unterteils.
Die Seitenteile 41, 42 werden durch nutförmige, in die Oberseite und Unterseite des Zwischenelements 2 eingelassene Ausnehmungen 45, 46 abgegrenzt. Die Ausnehmungen 45, 46 verlaufen parallel zu den Stirnseiten des Zwischenelements 2, wobei die Ausnehmungen 45 des einen Seitenteils 41 mit den Ausnehmungen 46 des anderen Seitenteils 42 einen Winkel beta von 90 DEG einschliessen. Durch diese Ausnehmungen 45, 46 wird das Zwischenelement 2 im Querschnitt derart geschwächt, dass definierte Drehachsen 60, 61 entstehen, um welche das festgelegte Zwischenelement 2 bzw. das entsprechende Seitenteil 41, 42 verschwenkt werden kann. An Stelle von in die Oberfläche eingelassenen Nuten könnten auch Federstahlplatten vorgesehen werden, über welche die Seitenteile 41, 42 federnd abgestützt sind.
Um ein Verschwenken des festgelegten Zwischenelements 2 sowohl nach oben wie auch nach unten zu ermöglichen, sind die Anschlagflächen 43, 44 gegenüber der übrigen Oberfläche des Zwischenelements 2 leicht erhöht. Zudem verlaufen die Anschlagflächen 43, 44 unter einem Winkel alpha von ca. 0,5 DEG gegenüber der übrigen Oberfläche des Zwischenelements 2 (Fig. 4d). Damit ein Verschwenken des Zwischenelements 2 bzw. der Seitenteile 41, 42 in zwei Achsen möglich ist, wurde der zwischen den benachbarten Seitenteilen 41, 42 liegende Eckbereich 48 ausgespart. Das Zwischenelement ist mit zwei Gewindebohrungen 49, 51 versehen, in welche die Gewindebolzen eingeschraubt werden können.
Entlang der einen Stirnseite des Zwischenelements 2 ist ein Bügel 50 angeschraubt, der auf der Innenseite die eine Hälfte des Gewindes 51 trägt. Dieser Bügel 50 wird zum Einsetzen des für die Verschwenkung des Zwischenelements 2 notwendigen Gewindebolzens 6 (Fig. 1) benötigt, wie anschliessend noch näher erläutert wird.
Eine derartig ausgestaltetes Zwischenelement 2 ist ausser in den beiden Schwenkrichtungen sehr steif ausgebildet. Dies ist insofern wichtig, als dass dadurch hohe Kräfte beim Bearbeiten des aufgespannten Werkzeugs oder Werkstücks von der Vorrichtung aufgenommen werden können, ohne dass die Gefahr eines Schwingens, Nachgebens oder Verschiebens des Oberteils in Relation zum Unterteil besteht. Dadurch wird also letztlich die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht und die Bearbeitungsgeschwindigkeit kann zusätzlich gesteigert werden.
Unter lnkaufnahme von gewissen Nachteilen wäre es auch denkbar, die Mittel zum Verbinden des Oberteils (1) mit dem Unterteil (3) derart auszubilden, dass sie an Stelle von zwei einen Winkel von 90 DEG einschliessenden Schwenkachsen drei einen Winkel von jeweils 60 DEG einschliessende Schwenkachsen aufweisen.
Die Fig. 5a zeigt die zusammengesetzte Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von vorne, währenddem die Fig. 5b einen Längsschnitt und die Fig. 5c einen Querschnitt durch die zusammengesetzte Vorrichtung zeigt. Aus der Darstellung gemäss Fig. 5 ist der aus der planen Spannfläche 26 des Oberteils 1 vorstehende, als Lagerbolzen wirkende Nocken 52 sowie der zur Verdrehung der gesamten Vorrichtung notwendige Exzenter 53 des Exzenterelements ersichtlich. Zur Betätigung des Exzenterelements 18 ist eine den Fortsatz des Oberteils 1 durchdringende Bohrung 55 vorgesehen. Es versteht sich, dass das an der Spannfläche 26 zu befestigende Werkzeug oder Werkstück bzw. der Spannrahmen \ffnungen aufweisen muss, in welche der Nocken 52 und der Exzenter 53 des Exzenterelements 18 eingreifen können.
Aus der Fig. 5b ist ersichtlich, dass die untere Anschlagfläche des Zwischenelements 2 an der Oberseite des Unterteils 3 befestigt ist, währenddem aus der Darstellung gemäss Fig. 5c ersichtlich ist, dass die obere Anschlagfläche des Zwischenelements 2 an der Unterseite des Oberteils 1 befestigt ist. Das Befestigen des Zwischenelements 2 erfolgt mittels Innensechskantschrauben 55.
Zum Verschwenken des Oberteils 1 gegenüber dem Unterteil 3 sind zwei Gewindebolzen 6, 7 vorgesehen, wovon der eine Gewindebolzen 6 mit einem in das Zwischenelement 2 und das Oberteil 1 eingelassenen Gewinde zahnt und der andere Gewindebolzen 7 mit einem in das Zwischenelement 2 und das Unterteil 3 eingelassenen Gewinde zahnt, wodurch die Teile kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Um den das Zwischenelement 2 mit dem Unterteil 3 kraftschlüssig verbindenden Gewindebolzen 7 von der Oberseite der Vorrichtung her zugänglich zu machen, ist eine das Oberteil durchsetzende Bohrung 57 vorgesehen, die im Durchmesser etwas grösser als der Gewindebolzen 7 ausgebildet ist.
Die Gewindebolzen 6, 7 weisen je zwei Gewindeabschnitte auf, welche den gleichen Drehsinn, jedoch eine unterschiedliche Steigung aufweisen. Das Zwischenelement und das Oberteil bzw. das Zwischenelement und das Unterteil weisen mit den Gewindeabschnitten der Gewindebolzen korrespondierende Gewindebohrungen auf.
Wenn das eine Gewinde beispielsweise eine Steigung von 1,5 mm und das andere von 1 mm aufweist, so bewirkt eine Umdrehung des Gewindestiftes eine Relativverschiebung des einen gegenüber dem anderen Teil, die der Differenz der Steigung der beiden Gewinde, im vorliegenden Fall also 0,25 mm, entspricht.
Diese Ausbildung ermöglicht daher einerseits eine sehr feine und exakte Verstellung des Oberteils. Zum anderen ist das Oberteil durch die genannten Gewindebolzen in den Bewegungsachsen immer kraftschlüssig abgestützt.
Um das Oberteil 1 in der gewünschten Position fixieren zu können, sind die Arretierschrauben in Form von Feststellschrauben 12, 13 vorgesehen. Die eine dieser Feststellschrauben 13 fixiert das Zwischenelement 2 gegenüber dem Unterteil 3, währenddem die andere Feststellschraube 12 das Zwischenelement 2 gegenüber dem Oberteil 1 fixiert. Zum Fixieren des Zwischenelements 2 gegenüber dem Unterteil 3 ist eine das Oberteil 1 durchsetzende Bohrung 58 vorgesehen, die im Durchmesser etwas grösser als der Kopf der Feststellschraube 13 ausgebildet ist und ein Verdrehen der entsprechenden Feststellschraube 13 von der Oberseite der Vorrichtung her ermöglicht. Durch die aus dieser Darstellung nicht ersichtlichen Anschlagschrauben kann zudem die Verschwenkung des Zwischenelements 2 gegenüber dem Ober- bzw. Unterteil begrenzt werden.
Um das Oberteil 1 in Relation zum Unterteil 3 in einer Richtung zu verschwenken, muss der das Zwischenelement 2 mit dem Unterteil 3 verbindende Gewindebolzen 7 verdreht werden. Dadurch wird das Zwischenelement 2 gegenüber dem Unterteil 3 um die eine Drehachse 60 verschwenkt. Gleichzeitig mit dem Zwischenelement 2 wird auch das Oberteil 1 in Relation zum Unterteil verschwenkt. Ein Verdrehung des anderen, das Zwischenelement 2 mit dem Oberteil 1 verbindenden Gewindebolzens 6 bewirkt ein Verschwenken des Zwischenelements 2 um die zweite Drehachse 61. Auch in diesem Fall wird wiederum das Oberteil 1 in Relation zum Unterteil 3 verschwenkt.
Der Bügel 50 dient dazu, den oberen Gewindeabschnitt des Gewindebolzens 6 zu umschliessen, nachdem Letzterer mit seinem unteren Gewindeabschnitt in das Unterteil eingeschraubt worden ist. Ohne diesen Bügel 50 könnte der Gewindebolzen 6 nicht in seine Wirkstellung gebracht werden, da das Zwischenelement 2 gegenüber dem Oberteil 1 nicht mehr verdreht werden kann, nachdem das Zwischenelement 2 und das Unterteil 3 mittels des Gewindebolzens 7 verbunden worden sind.
Falls ein grosser Verstellbereich oder eine schnelle Verstellung des Oberteils gewünscht wird, wäre es auch denkbar, die beiden Gewindebolzen mit Gewindeabschnitten zu versehen, die unterschiedlichen Drehsinn aufweisen. In diesem Fall würde eine Umdrehung des Gewindebolzens einer Verstellung des Oberteils entsprechen, die der Addition der Steigung der beiden Gewindeabschnitte entspricht.
Im Normalfall dürfte jedoch der hier gezeigten Variante der Vorzug gegeben werden, da im Allgemeinen ein Verstellbereich von wenigen Zehntel-Millimetern in den beiden Richtungen ausreicht und eine hohe Präzision gegenüber einem grossen Verstellbereich vorgezogen wird.
Dadurch, dass die Anschlagfläche 43 des Zwischenelements unter einem Winkel zu der übrigen Oberfläche des Zwischenelements 2 verläuft, kann dem Oberteil 1 durch das das Oberteil mit dem Unterteil 3 verbindende Zwischenelement 2 eine Vorspannung auferlegt werden. In der hier dargestellten Ausgangsstellung wirkt diese Vorspannung vorzugsweise dem Gewicht des aufgespannten Werkstücks oder Werkzeugs entgegen. Das heisst mit anderen Worten, das Oberteil 1 wird in der Ausgangsstellung auf der Seite des Fortsatzes 23 tendenziell nach oben gedrückt
Fig. 6 zeigt in einer vergrösserten Darstellung den mit zwei Gewindeabschnitten 8, 9 versehenen Gewindebolzen 7. Das Gewinde des oberen Gewindeabschnitts 8 ist mit einem M12-Gewinde mit einer Steigung von 1,25 mm pro Gewindeumgang versehen, währenddem der untere Gewindeabschnitt 9 mit einem M12-Gewinde mit einer Steigung von 1 mm pro Gewindeumgang versehen ist. Zwischen den beiden Gewindeabschnitten 8, 9 ist ein im Durchmesser kleiner ausgebildeter Bereich 10 vorgesehen.
Aus der Fig. 7 ist das Exzenterelement ersichtlich, dessen unterster Abschnitt 53 als eigentlicher Exzenter ausgebildet ist.
Zusammenfassend wird festgehalten, dass bei einer derartig ausgebildeten Vorrichtung das Oberteil gegenüber dem an der Referenzunterlage befestigten Unterteil schnell, einfach und präzise ausgerichtet werden kann. Die Vorrichtung weist zudem eine hohe Stabilität auf und die Schwingungsneigung des Oberteils wird minimiert. Dadurch kann die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht und die Bearbeitungsgeschwindigkeit des aufgespannten Werkzeugs oder Werkstücks gesteigert werden. Durch die eindeutige Trennung der beiden Schwenkachsen wird zudem die Gefahr eliminiert, dass beim Ausrichten des Oberteils in der einen Richtung eine Beeinflussung in der anderen Richtung stattfindet.
The invention relates to a device for clamping and aligning a tool or workpiece according to claim 1.
In mechanical engineering, such devices, which are often also referred to as pendulum heads, are required for clamping and precisely aligning a tool or workpiece on the reference base of a processing machine, for example a wire EDM machine.
From EP 0 739 680 a device for setting up an upper part is known, which upper part is provided for fastening a workpiece or tool. The upper part is connected to the lower part via resiliently supported screws in such a way that a prestress is impressed on the upper part by the springs. Adjusting screws are provided for setting up the upper part, by means of which the upper part can be adjusted. A spring steel plate which acts as a guide part is inserted between the upper part and the lower part and is intended to force the upper part to move about a defined axis when the adjusting screw is adjusted.
The problem with devices constructed in this way is that the upper part is only held in position by the pretensioning of the springs, which means that there is a risk that the upper part will start to vibrate when the tool or workpiece is machined and that forces acting on the latter will compress the springs and thus causing the upper part to move. In addition, no actual axes of rotation are provided in such devices, which allow pivoting about defined axes that are independent of one another for aligning the upper part.
It is therefore the object of the invention to provide a device for clamping and aligning a tool or workpiece according to the preamble of claim 1, which is of stable construction and enables quick, precise alignment of the clamped tool or workpiece.
This object is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1.
Since the means mentioned for connecting the upper part to the lower part have two pivot axes including an angle of at least approximately 90 ° for pivoting the upper part relative to the lower part and are rigid except in the movement axes, the disadvantages mentioned at the outset can be avoided.
Preferred embodiments of the invention are described in dependent claims 2 to 19.
For example, in a preferred embodiment, it is proposed that screw means are provided for pivoting the upper part relative to the lower part, which screw teeth both with a thread embedded in the upper part and with a thread embedded in the means for connecting the upper part to the lower part, the in the thread let in the upper part has a different pitch and / or a different direction of rotation compared to the thread let in the means for connecting the upper part to the lower part. The same design is also provided for the screw means which connects the intermediate element to the lower part. Screw means designed in this way ensure on the one hand that the upper part is fixed in relation to the lower part in the axes of movement.
On the other hand, such an embodiment enables a relative movement of the upper part with respect to the lower part to be effected by rotating the screwing means.
Finally, a very fine, precise pivoting - and thus alignment - of the upper part relative to the lower part can be achieved by such a configuration. If, for example, the threaded bolt is provided with two M12 threads with the same direction of rotation, one of which has a pitch of 1.25 mm and the other of 1 mm, one turn of the threaded pin causes the upper part to be displaced relative to the lower part by only 0, 25 mm.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to drawings.
In these drawings:
Figure 1 shows the most important components of the device in a perspective side view.
2a to 2e the top in five different views;
3a and 3b, the lower part in two different views;
4a to 4d the intermediate element in three different views and in an enlarged view;
5a to 5c show a perspective view and a longitudinal and a cross section of the assembled device;
6 is an enlarged detail view of a threaded bolt, and
Fig. 7 is an enlarged detail view of an eccentric element.
Fig. 1 shows the essential parts of the device. This consists of an upper part 1, an intermediate element 2, a lower part 3 and a centering disk 4 to be fastened to the lower part. Furthermore, two threaded bolts 6, 7, two locking screws 12, 13, two stop screws 15, 16 and an eccentric element 18 can be seen, their meaning and how it will be explained in more detail below. In order to facilitate the assembly of the upper part 1, the intermediate element 2 and the lower part 3 and to align the parts exactly with one another, a plurality of pins 21 are also provided.
The intermediate element 2 serves for the movable connection of the upper part 1 to the lower part 3, so that the upper part 1, when the device is assembled, can be aligned with respect to a lower part 3 fixed to the reference base of the processing machine with respect to a plane defined by the x and y axes on the machine side. The eccentric element 18 also enables the device to be rotated about an axis which is perpendicular to the plane defined by the x and y axes. The upper part 1 is used to attach a tool or workpiece. The tools or workpieces are normally attached to the upper part 1 using clamping elements. It goes without saying that when using clamping elements, such as a clamping frame, several tools or workpieces can also be attached to the upper part 1 at the same time.
2a to 2e show the top part 1 in perspective views from above and from below as well as in an elevation, a longitudinal section and a plan view. The longitudinal section runs along the line drawn in FIG. 2c.
The upper part 1 consists essentially of a steel plate, which is provided on one side with an angled extension 23. Seen in cross section, the upper part 1 has an essentially L-shaped shape. For reinforcement, side walls 24, 25 are provided along the extension 23 on both sides. The underside of the extension 23 is provided with a flat clamping surface 26 on which the tool or workpiece to be clamped can be fixed, possibly with the interposition of a clamping element. In addition to four bores 28 leading through the extension for receiving tensioning screws, a further bore 29 leading through the extension 23 in the region of one longitudinal side is provided for receiving the eccentric element.
On the underside of the extension 23, a recess 30 is provided in the area of the bore 29, which is used to hold a yoke ring for fixing the eccentric element. On the opposite side of the extension 23, a blind hole 32 is inserted, which serves to receive a cam. This cam acts as a bearing pin so that the clamped tool or workpiece can be rotated about an axis that is perpendicular to the plane defined by the machine-side x and y axes. In the plate-shaped top of the upper part 1, a continuous threaded hole 33 is also embedded, which serves to receive a threaded bolt for pivoting the upper part 1 in one axis.
3a and 3b, the lower part 3 can be seen, which essentially consists of a rectangular steel plate, the top 35 and bottom 36 of which are plane-parallel to one another. In the lower part is a threaded bore 39 which is intended to work together with a threaded portion of the threaded bolt. To center the lower part 3 when attaching it to the reference base (not shown), the underside of the lower part can be provided with a centering disk 4, as indicated in FIG. 1. Such clamping and centering means are known for example from EP 0 111 092. The lower part 3 is provided on two sides with recesses 37, 38 into which the side walls 24, 25 of the upper part 1 (FIG. 2) extend when the device is assembled.
The intermediate element 2 shown in FIGS. 4a to 4c consists of a plate of several millimeters thick, essentially rectangular. The intermediate element 2 has delimited side parts 41, 42 on two sides. One side part 42 is provided on the top and the other side part 41 on the underside, each with a flat stop surface 43, 44. To fasten the intermediate element 2 to the upper and lower part, both side parts 41, 42 are provided with a plurality of fastening bores 47. The upper stop surface 44 serves for fixing on the underside of the upper part and the lower stop surface 43 for fixing on the upper side of the lower part.
The side parts 41, 42 are delimited by groove-shaped recesses 45, 46 recessed in the top and bottom of the intermediate element 2. The recesses 45, 46 run parallel to the end faces of the intermediate element 2, the recesses 45 of one side part 41 forming an angle beta of 90 ° with the recesses 46 of the other side part 42. Through these recesses 45, 46, the intermediate element 2 is weakened in cross section in such a way that defined axes of rotation 60, 61 arise about which the defined intermediate element 2 or the corresponding side part 41, 42 can be pivoted. Instead of grooves embedded in the surface, spring steel plates could also be provided, via which the side parts 41, 42 are resiliently supported.
In order to allow pivoting of the fixed intermediate element 2 both upwards and downwards, the stop surfaces 43, 44 are slightly increased in relation to the rest of the surface of the intermediate element 2. In addition, the stop surfaces 43, 44 extend at an angle alpha of approximately 0.5 ° relative to the remaining surface of the intermediate element 2 (FIG. 4d). In order that the intermediate element 2 or the side parts 41, 42 can be pivoted in two axes, the corner region 48 lying between the adjacent side parts 41, 42 has been left out. The intermediate element is provided with two threaded bores 49, 51 into which the threaded bolts can be screwed.
A bracket 50 is screwed along one end face of the intermediate element 2 and carries one half of the thread 51 on the inside. This bracket 50 is required for inserting the threaded bolt 6 (FIG. 1) required for pivoting the intermediate element 2, as will be explained in more detail below.
An intermediate element 2 designed in this way is designed to be very rigid except in the two pivoting directions. This is important in that it enables the device to absorb high forces when machining the clamped tool or workpiece without the risk of the upper part vibrating, giving in or moving in relation to the lower part. This ultimately increases the machining accuracy and the machining speed can also be increased.
Taking certain disadvantages into account, it would also be conceivable to design the means for connecting the upper part (1) to the lower part (3) in such a way that instead of two pivot axes including an angle of 90 °, three pivot axes each including an angle of 60 ° exhibit.
FIG. 5a shows the assembled device in a perspective view from the front, while FIG. 5b shows a longitudinal section and FIG. 5c shows a cross section through the assembled device. 5 shows the cam 52 protruding from the flat clamping surface 26 of the upper part 1 and acting as a bearing bolt, as well as the eccentric 53 of the eccentric element necessary for rotating the entire device. A bore 55 which penetrates the extension of the upper part 1 is provided for actuating the eccentric element 18. It goes without saying that the tool or workpiece or the clamping frame openings to be fastened on the clamping surface 26 must have openings in which the cam 52 and the eccentric 53 of the eccentric element 18 can engage.
5b shows that the lower stop surface of the intermediate element 2 is fastened to the upper side of the lower part 3, while it can be seen from the illustration according to FIG. 5c that the upper stop surface of the intermediate element 2 is fastened to the underside of the upper part 1 , The intermediate element 2 is fastened by means of Allen screws 55.
For pivoting the upper part 1 relative to the lower part 3, two threaded bolts 6, 7 are provided, one of which has a threaded bolt 6 with a thread embedded in the intermediate element 2 and the upper part 1 and the other threaded bolt 7 with one in the intermediate element 2 and the lower part 3 recessed thread teeth, whereby the parts are non-positively connected. In order to make the threaded bolt 7 non-positively connecting the intermediate element 2 to the lower part 3 accessible from the top of the device, a bore 57 penetrating the upper part is provided, which is slightly larger in diameter than the threaded bolt 7.
The threaded bolts 6, 7 each have two threaded sections, which have the same direction of rotation but a different pitch. The intermediate element and the upper part or the intermediate element and the lower part have threaded bores corresponding to the threaded sections of the threaded bolts.
If, for example, one thread has a pitch of 1.5 mm and the other of 1 mm, then one turn of the threaded pin causes a relative displacement of the one part relative to the other part, which is the difference in the pitch of the two threads, in the present case 0 25 mm.
This training therefore enables on the one hand a very fine and exact adjustment of the upper part. On the other hand, the upper part is always non-positively supported by the threaded bolts mentioned in the movement axes.
In order to be able to fix the upper part 1 in the desired position, the locking screws are provided in the form of locking screws 12, 13. One of these locking screws 13 fixes the intermediate element 2 with respect to the lower part 3, while the other locking screw 12 fixes the intermediate element 2 with respect to the upper part 1. To fix the intermediate element 2 with respect to the lower part 3, a bore 58 is provided which penetrates the upper part 1 and is slightly larger in diameter than the head of the locking screw 13 and allows the corresponding locking screw 13 to be rotated from the top of the device. The pivoting of the intermediate element 2 with respect to the upper and lower part can also be limited by the stop screws which cannot be seen from this illustration.
In order to pivot the upper part 1 in one direction in relation to the lower part 3, the threaded bolt 7 connecting the intermediate element 2 to the lower part 3 must be rotated. As a result, the intermediate element 2 is pivoted relative to the lower part 3 about the one axis of rotation 60. Simultaneously with the intermediate element 2, the upper part 1 is also pivoted in relation to the lower part. A rotation of the other threaded bolt 6 connecting the intermediate element 2 to the upper part 1 causes the intermediate element 2 to pivot about the second axis of rotation 61. In this case too, the upper part 1 is again pivoted in relation to the lower part 3.
The bracket 50 serves to enclose the upper threaded section of the threaded bolt 6 after the latter has been screwed into the lower part with its lower threaded section. Without this bracket 50, the threaded bolt 6 could not be brought into its operative position since the intermediate element 2 can no longer be rotated relative to the upper part 1 after the intermediate element 2 and the lower part 3 have been connected by means of the threaded bolt 7.
If a large adjustment range or a quick adjustment of the upper part is desired, it would also be conceivable to provide the two threaded bolts with threaded sections which have different directions of rotation. In this case, one revolution of the threaded bolt would correspond to an adjustment of the upper part which corresponds to the addition of the pitch of the two threaded sections.
In the normal case, however, the variant shown here should be preferred, since an adjustment range of a few tenths of a millimeter in both directions is generally sufficient and high precision is preferred over a large adjustment range.
Because the stop surface 43 of the intermediate element extends at an angle to the remaining surface of the intermediate element 2, a prestress can be imposed on the upper part 1 by the intermediate element 2 connecting the upper part to the lower part 3. In the starting position shown here, this pretension preferably counteracts the weight of the clamped workpiece or tool. In other words, the upper part 1 tends to be pushed upwards in the starting position on the side of the extension 23
6 shows an enlarged representation of the threaded bolt 7 provided with two threaded sections 8, 9. The thread of the upper threaded section 8 is provided with an M12 thread with a pitch of 1.25 mm per thread turn, while the lower threaded section 9 is provided with a M12 thread is provided with a pitch of 1 mm per thread turn. A region 10 with a smaller diameter is provided between the two threaded sections 8, 9.
7 shows the eccentric element, the lowest section 53 of which is designed as the actual eccentric.
In summary, it is stated that in a device of this type, the upper part can be aligned quickly, easily and precisely with respect to the lower part fastened to the reference base. The device also has a high stability and the tendency to vibrate of the upper part is minimized. The machining accuracy can thereby be increased and the machining speed of the clamped tool or workpiece can be increased. The clear separation of the two swivel axes also eliminates the risk of interference in the other direction when the upper part is aligned in one direction.