Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspannen und Ausrichten eines oder mehrerer Werkzeuge oder Werkstücke gemäss dem Anspruch 1.
Im Maschinenbau werden derartige Vorrichtungen, die oft auch als Pendelkopf bezeichnet werden, zum Aufspannen und exakten Ausrichten eines oder mehrerer Werkzeuge oder Werkstücke auf der Referenzunterlage einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Drahterodiermaschine, benötigt. Dabei werden die Werkzeuge oder Werkstücke sehr oft nicht direkt an der Vorrichtung befestigt, sondern es wird ein Spannrahmen zwischengeschaltet, der üblicherweise mehrere Werkzeuge oder Werkstücke aufnehmen kann.
Aus der EP 0 739 680 ist eine Vorrichtung zum Einrichten eines Oberteils bekannt, welches 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 aufgespannten 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 Schwenkachsen 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 zu schaffen, welche stabil aufgebaut ist und eine schnelle, präzise Ausrichtung des aufgespannten Werkzeugs oder Werkstücks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche mit den Anspruch 1 aufgeführten Merkmale versehen ist.
Bei einer nach dem Anspruch 1 ausgebildeten Vorrichtung werden die eingangs genannten Nachteile vermieden, da definierte Schwenkachsen zum Einstellen des Aufspannelements in Relation zum Unterteil vorgesehen sind, die Vorrichtung sehr steif ausgelegt werden kann und die einzelnen Elemente der Vorrichtung arretierbar sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 umschrieben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 die wichtigsten Bauteile der Vorrichtung in perspektivischen Seitenansichten;
Fig. 2 die zusammengesetzte Vorrichtung in einer Ansicht von der Stirnseite;
Fig. 3 die zusammengesetzte Vorrichtung in einer Ansicht von der Längsseite, und
Fig. 4 die zusammengesetzte Vorrichtung in einer Ansicht von oben.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Einzelteile der Vorrichtung. Diese besteht aus einem Aufspannelement 1, einem Zwischenelement 2 und einem Unterteil 3. Am Unterteil 3 sind zudem eine Zentrierscheibe sowie Spannmittel angeordnet, welche aus dieser Darstellung jedoch nicht ersichtlich sind.
Das Zwischenelement 2 dient dem beweglichen Verbinden des Aufspannelements 1 mit dem Unterteil 3, sodass das Aufspannelement 1 bei zusammengebauter Vorrichtung gegenüber dem an der Referenzunterlage einer Bearbeitungsmaschine fixierten Unterteil 3 bezüglich einer durch die maschinenseitige x- und y-Achse definierten Ebene ausgerichtet werden kann. Am Aufspannelement 1 wird das Werkzeug oder das Werkstück befestigt. Normalerweise werden die Werkzeuge oder Werkstücke unter Verwendung von Spannelementen wie beispielsweise eines aus dieser Darstellung nicht ersichtlichen Spannrahmens am Aufspannelement 1 befestigt. Es versteht sich, dass bei der Verwendung eines Spannrahmens gleichzeitig mehrere Werkzeuge oder Werkstücke am Aufspannelement 1 befestigt werden können.
Das Unterteil 3 ist im Wesentlichen u-förmig ausgebildet, indem es einen Basisteil 4 und zwei Schenkel 5, 6 aufweist, wobei in beide Schenkel 5, 6 je eine mit einem seitlichen Schlitz 8, 10 versehene Bohrung 7, 9 eingelassen ist. Im einen Schenkel 5 sind zwei weitere Bohrungen 12, 14 vorgesehen, wovon die eine zur Aufnahme eines Exzenterelements 13 und die andere zur Aufnahme einer Feststellschraube 15 vorgesehen ist. Um das quaderförmig ausgebildete Zwischenelement 2 schwenkbar mit dem Unterteil 3 zu verbinden, sind zwei eine erste Schwenkachse A1 definie rende Bolzen 17, 18 vorgesehen, welche in eine Bohrung 24 im Zwischenelement 2 eingepresst werden. Die Bolzen 17, 18 werden in den Schenkeln 5, 7 des Unterteils fixiert, indem zwei Spannschrauben 20, 21, welche sich durch die seitlichen Schlitze 8, 10 erstrecken, festgezogen werden.
In die aus dieser Darstellung ersichtliche Längsseite 2b des Zwischenelements 2 sind eine ovale Ausnehmung 25 sowie eine Gewindebohrung 26 eingelassen. Die ovale Ausnehmung 25 korrespondiert mit der Bohrung 12 zur Aufnahme des Exzenterelements 13, währenddem die Gewindebohrung 26 mit der Bohrung 14 zur Aufnahme der Feststellschraube 15 korrespondiert. In die aus dieser Darstellung ersichtliche Stirnseite 2a des Zwischenelements 2 sind zwei Gewindebohrungen 28, 29 sowie eine ovale Ausnehmung 30 eingelassen. Zur Bildung einer Schwenkachse A2 mit dem Aufspannelement 1 ist ein Bolzen 32 vorgesehen, der aus der Stirnseite 2a vorsteht und mit einer nicht ersichtlichen Bohrung im Aufspannelement 1 korrespondiert.
Das an die Stirnseite 2a des Zwischenelements 2 anzufügende Aufspannelement 1 ist mit zwei Durchgangsbohrungen 35, 36 versehen, die mit den Gewindebohrungen 28, 29 des Zwischenelements 2 korrespondieren. Zur Aufnahme eines zweiten Exzenterelements 41 ist eine Bohrung 40 vorgesehen, welche mit der ovalen Ausnehmung 30 korrespondiert. Auf der Unterseite weist das Aufspannelement 1 eine plane Spannfläche 43 zum Fixieren eines Werkzeugs oder Werkstücks auf. Aus dieser Spannfläche 43 steht ein Bolzen 45 vor, der in seinem Zentrum eine dritte Schwenkachse A3 für einen am Aufspannelement 1 zu befestigenden Spannrahmen (nicht ersichtlich) definiert, der seinerseits zur Aufnahme eines Werkzeugs oder Werkstücks ausgebildet ist. Schliesslich weist das Aufspannelement 1 eine Bohrung 47 auf, in der ein drittes Exzenterelement 48 aufgenommen wird.
Der eigentliche Exzenter 49 des Exzenterelements 48 steht aus der Spannfläche 43 vor, wenn das Exzenterelement 48 in der Bohrung 47 aufgenommen ist. Zum Fixieren des Exzenterelements 48 in der Wirkposition ist ein Sicherungsring 50 vorgesehen. Ein derartiger Sicherungsring ist auch für die übrigen Exzenterelemente vorgesehen. Mittels des Exzenterelements 48 kann der Spannrahmen um eine Achse A3 verschwenkt werden, die senkrecht zu der Spannfläche 43 verläuft. Da die Wirkungsweise von Exzenterelementen allgemein bekannt ist, wird auf deren spezifische Ausgestaltung und Wirkung nicht näher eingegangen.
Aus den Fig. 2, 3 und 4 ist die zusammengesetzte Vorrichtung in einer Ansicht von der Stirnseite, in einer Ansicht von der Längsseite, und in einer Ansicht von oben ersichtlich. Anhand dieser Figuren soll die Wirkungsweise der Vorrichtung näher erläutert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass das Unterteil 3 auf einer Referenzunterlage, beispielsweise auf dem Bearbeitungstisch einer Werkzeugmaschine, festgespannt ist. Aus der Darstellung gemäss Fig. 3 ist zudem ersichtlich, dass die plane Spannfläche 43 des Aufspannelements 1 die Unterseite des Unterteils 3 nach unten überragt.
Das Aufspannelement 1 kann gegenüber der Referenzunterlage durch Drehen des ersten und/oder des zweiten Exzenterelements 13, 41 ausgerichtet werden. Durch Drehen des ersten Exzenterelements 13 wird das Zwischenelement 2, und damit auch des Aufspannelement 1, um die durch die beiden Bolzen 17, 18 definierte erste Achse A1 verschwenkt. Nachdem die gewünschte Lage eingestellt ist, wird das Zwischenelement 2 am Unterteil 3 arretiert, indem die Fixierschraube 15 festgezogen wird. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die beiden Bolzen 17, 18 zum Verschwenken des Zwischenelements 2 in den Bohrungen des Unterteils fixiert bleiben können; das heisst mit anderen Worten, die beiden Schrauben 20, 21 brauchen zum Verschwenken des Zwischenelements 2 nicht gelöst zu werden.
Dies ist insofern erklärbar, da das Zwischenelement 2 zum Ausrichten nur um Bruchteile eines Grads um die erste Achse A1 verschwenkt werden muss.
Durch Drehen des zweiten Exzenterelements 41 wird das Aufspannelement 1 um die durch den Bolzen 32 (Fig. 1) definierte zweite Achse A2 verschwenkt. Das Arretieren des Aufspannelements 1 am Zwischenelement 2 erfolgt durch Festziehen der beiden Schrauben 37, 38.
Ein am Aufspannelement 1 befestigter Spannrahmen (nicht dargestellt) kann um eine senkrecht zu der Spannfläche 43 verlaufende Achse A3 durch Drehen des dritten, im Aufspannelement 1 aufgenommenen Exzenterelements 48 verschwenkt werden. Zum Arretieren des Spannrahmens am Aufspannelement 1 weist das Aufspannelement 1 zwei Bohrungen 51, 52 auf, in denen entsprechende Schrauben aufgenommen werden können.
Um den Verstellbereich variieren zu können, kann beispielsweise die Exzentrizität des Exzenters variiert werden. An Stelle von Exzenterelementen können jedoch auch Schraubmittel vorgesehen werden. Denkbar wäre ausserdem, dass die Mittel zum Verschwenken des Zwischenelements 2 um die erste Achse A1 und die Mittel 15 zum Arretieren des Aufspannelements 1 am Zwischenelement 2 kombiniert werden, indem beispielsweise eine Verstellschraube vorgesehen wird, mittels welcher das Zwischenelement 2 sowohl verschwenkt wie auch arretiert werden kann. Dasselbe trifft natürlich auch für die Mittel 41 zum Verschwenken des Aufspannelements 1 um die zweite Achse A2 zu.
Die Vorteile einer derartig ausgestalteten Vorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- sehr stabiler Aufbau -> dadurch geringe Schwingungsneigung sowie hohe Werkstückgewichte möglich;
- schnelle, präzise Ausrichtung des aufgespannten Werkzeugs oder Werkstücks;
- klare Trennung der einzelnen Schwenkachsen;
- einfach zu fertigende Einzelteile;
- schneller Zusammenbau der Vorrichtung.
Anzufügen ist, dass das vorgängige Ausführungsbeispiel keinesfalls als abschliessend zu betrachten ist, sondern dass im Rahmen des in den Patentansprüchen definierten Schutzumfanges durchaus von vorgängigem Ausführungsbeispiel abweichende Ausführungsformen der Vorrichtung möglich sind.
The invention relates to a device for clamping and aligning one or more tools or workpieces 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 one or more tools or workpieces on the reference base of a processing machine, for example a wire EDM machine. The tools or workpieces are very often not directly attached to the device, but a clamping frame is interposed, which can usually accommodate several tools or workpieces.
From EP 0 739 680 a device for setting up an upper part is known, which 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 begin to vibrate when the clamped tool or workpiece is machined, and that forces acting on the latter will compress the springs and thus cause a displacement of the upper part.
In addition, no actual pivot axes 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, which is of stable construction and enables quick, precise alignment of the clamped tool or workpiece.
This object is achieved with a device which is provided with the features listed in claim 1.
In the case of a device designed according to claim 1, the disadvantages mentioned at the outset are avoided, since defined pivot axes are provided for adjusting the clamping element in relation to the lower part, the device can be made very rigid and the individual elements of the device can be locked.
Preferred embodiments of the invention are described in dependent claims 2 to 9.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to drawings.
In these drawings:
1 shows the most important components of the device in perspective side views;
Figure 2 shows the assembled device in a view from the front side.
Fig. 3 shows the assembled device in a view from the long side, and
Fig. 4 shows the assembled device in a view from above.
Fig. 1 shows the essential parts of the device. This consists of a clamping element 1, an intermediate element 2 and a lower part 3. A centering disk and clamping means are also arranged on the lower part 3, but these are not evident from this illustration.
The intermediate element 2 serves for the movable connection of the clamping element 1 to the lower part 3, so that when the device is assembled, the clamping element 1 can be aligned relative to the lower part 3 fixed to the reference base of a processing machine with respect to a plane defined by the machine-side x and y axis. The tool or the workpiece is attached to the clamping element 1. Normally, the tools or workpieces are fastened to the clamping element 1 using clamping elements, such as a clamping frame that cannot be seen from this illustration. It goes without saying that when using a clamping frame, several tools or workpieces can be fastened to the clamping element 1 at the same time.
The lower part 3 is essentially U-shaped in that it has a base part 4 and two legs 5, 6, a bore 7, 9 provided with a lateral slot 8, 10 being inserted in each of the two legs 5, 6. In one leg 5 two further bores 12, 14 are provided, one of which is provided for receiving an eccentric element 13 and the other for receiving a locking screw 15. In order to pivotally connect the cuboid-shaped intermediate element 2 to the lower part 3, two bolts 17, 18 defining a first pivot axis A1 are provided, which are pressed into a bore 24 in the intermediate element 2. The bolts 17, 18 are fixed in the legs 5, 7 of the lower part by tightening two clamping screws 20, 21, which extend through the lateral slots 8, 10.
An oval recess 25 and a threaded bore 26 are embedded in the longitudinal side 2b of the intermediate element 2 which can be seen from this illustration. The oval recess 25 corresponds to the bore 12 for receiving the eccentric element 13, while the threaded bore 26 corresponds to the bore 14 for receiving the locking screw 15. Two threaded bores 28, 29 and an oval recess 30 are embedded in the end face 2a of the intermediate element 2 which can be seen from this illustration. To form a pivot axis A2 with the clamping element 1, a bolt 32 is provided which protrudes from the end face 2a and corresponds to a hole in the clamping element 1 which cannot be seen.
The clamping element 1 to be attached to the end face 2a of the intermediate element 2 is provided with two through bores 35, 36 which correspond to the threaded bores 28, 29 of the intermediate element 2. A bore 40 is provided for receiving a second eccentric element 41, which corresponds to the oval recess 30. On the underside, the clamping element 1 has a flat clamping surface 43 for fixing a tool or workpiece. From this clamping surface 43 protrudes a bolt 45, which defines in its center a third pivot axis A3 for a clamping frame (not visible) to be fixed to the clamping element 1, which in turn is designed to receive a tool or workpiece. Finally, the clamping element 1 has a bore 47 in which a third eccentric element 48 is received.
The actual eccentric 49 of the eccentric element 48 protrudes from the clamping surface 43 when the eccentric element 48 is received in the bore 47. A securing ring 50 is provided to fix the eccentric element 48 in the operative position. Such a locking ring is also provided for the other eccentric elements. By means of the eccentric element 48, the clamping frame can be pivoted about an axis A3 which runs perpendicular to the clamping surface 43. Since the mode of action of eccentric elements is generally known, their specific design and effect are not discussed in detail.
2, 3 and 4, the assembled device can be seen in a view from the front, in a view from the long side, and in a view from above. The operation of the device is to be explained in more detail with reference to these figures, it being assumed that the lower part 3 is clamped on a reference base, for example on the machining table of a machine tool. 3 also shows that the flat clamping surface 43 of the clamping element 1 projects below the underside of the lower part 3.
The clamping element 1 can be aligned with respect to the reference base by rotating the first and / or the second eccentric element 13, 41. By rotating the first eccentric element 13, the intermediate element 2, and thus also the clamping element 1, is pivoted about the first axis A1 defined by the two bolts 17, 18. After the desired position has been set, the intermediate element 2 is locked on the lower part 3 by tightening the fixing screw 15. In practice it has been shown that the two bolts 17, 18 can remain fixed in the bores of the lower part for pivoting the intermediate element 2; in other words, the two screws 20, 21 need not be loosened to pivot the intermediate element 2.
This can be explained because the intermediate element 2 only has to be pivoted by a fraction of a degree about the first axis A1 for alignment.
By turning the second eccentric element 41, the clamping element 1 is pivoted about the second axis A2 defined by the bolt 32 (FIG. 1). The clamping element 1 is locked on the intermediate element 2 by tightening the two screws 37, 38.
A clamping frame (not shown) attached to the clamping element 1 can be pivoted about an axis A3 running perpendicular to the clamping surface 43 by rotating the third eccentric element 48 accommodated in the clamping element 1. To lock the clamping frame on the clamping element 1, the clamping element 1 has two bores 51, 52 in which corresponding screws can be received.
In order to be able to vary the adjustment range, the eccentricity of the eccentric can be varied, for example. Instead of eccentric elements, however, screwing means can also be provided. It would also be conceivable that the means for pivoting the intermediate element 2 about the first axis A1 and the means 15 for locking the clamping element 1 on the intermediate element 2 are combined, for example by providing an adjusting screw by means of which the intermediate element 2 is both pivoted and locked can. The same naturally also applies to the means 41 for pivoting the clamping element 1 about the second axis A2.
The advantages of such a device can be summarized as follows:
- very stable construction -> low vibration tendency and high workpiece weights possible;
- Fast, precise alignment of the clamped tool or workpiece;
- clear separation of the individual swivel axes;
- easy to manufacture individual parts;
- Quick assembly of the device.
It should be added that the previous exemplary embodiment is by no means to be regarded as conclusive, but that within the scope of protection defined in the patent claims, embodiments of the device that deviate from the previous exemplary embodiment are possible.