DE102004062959A1

DE102004062959A1 - Clamping device for workpiece or tool for precision machining has a workpiece receiver with at least one degree of freedom relative to connecting element

Info

Publication number: DE102004062959A1
Application number: DE200410062959
Authority: DE
Inventors: Matthias BÖNING; Peter Dipl.-Ing. Leßle
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-06

Abstract

The clamping device (1) has one degree of freedom in the direction of feed. This enables the workpiece (5) to be machined to a greater machining precision than the positioning accuracy of a manually operated device to guide and position the clamping device. The workpiece is held in a receiver (3) mounted in a connecting element (7) with a cover (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen eines Werkstücks oder eines Bearbeitungswerkzeugs mit einer Aufnahme für das zu bearbeitende Werkstück und mit einem Verbindungselement zum Verbinden der Vorrichtung mit einem Handhabungsmittel oder einer Werkzeugmaschine.The The invention relates to a device for clamping a workpiece or a machining tool with a receptacle for the workpiece to be machined and with a connecting element for connecting the device to a Handling means or a machine tool.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum präzisen Bearbeiten eines Werkstücks unter Zuhilfenahme von Handhabungsmitteln oder einer Werkzeugmaschine, deren Positioniergenauigkeit kleiner ist als die geforderte Genauigkeit bei der Bearbeitung des Werkstücks.Of Furthermore, the invention relates to a method for precise machining a workpiece under With the aid of handling means or a machine tool, whose positioning accuracy is less than the required accuracy during machining of the workpiece.

Ein Beispiel für eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit einer Aufnahme für das zu bearbeitende Werkstück und mit einem Verbindungselement zum Verbinden der Vorrichtung mit einem Handhabungsmittel oder einer Werkzeugmaschine ist eine Spannzange. Diese Spannzange stellt die Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Handhabungsmittel oder der Werkzeugmaschine her. Da diese Spannzange in gespanntem Zustand starr ist, hängt die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks von der Steifheit und der Präzision der Werkzeugmaschine beziehungsweise des Handhabungsgeräts ab.One example for a known from the prior art device for clamping a workpiece with a recording for the workpiece to be machined and with a connecting element for connecting the device with a handling means or a machine tool is a collet. This collet sets the connection between the workpiece and the Handling means or the machine tool forth. Because this collet is rigid in the clamped state, the machining accuracy depends of the workpiece from the stiffness and the precision the machine tool or the handling device.

Dies bedeutet, dass die Präzision der Bearbeitung durch die Genauigkeit der Werkzeugmaschine beziehungsweise der Handhabungsmittel vorgegeben wird. Deren Toleranzen können nicht unterschritten werden. Infolgedessen ist es beim hoch genauen Bearbeiten von Werkstücken immer erforderlich gewesen, entsprechend hoch präzise Bearbeitungsmaschinen oder Handhabungsmittel vorzusehen, was hohe Kosten verursacht.This means that precision the machining by the accuracy of the machine tool or the handling means is specified. Their tolerances can not be fallen below. As a result, it is in high-precision editing of workpieces always necessary, accordingly high-precision processing machines or to provide handling means, which causes high costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei dem es möglich ist, ein Werkstück mit höchster Präzision zu bearbeiten, ohne dass die Handhabungsmittel oder die eingesetzte Werkzeugmaschine die gleichen engen Toleranzen erfüllen.Of the Invention is based on the object, an apparatus and a method indicate where possible is, a workpiece with highest precision to edit without the handling means or used Machine tool to meet the same tight tolerances.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit einer Aufnahme für das zu bearbeitende Werkstück und mit einem Verbindungselement zum Verbinden der Vorrichtung mit einem Handhabungsmittel oder einer Werkzeugmaschine dadurch gelöst, dass die Aufnahme für das zu bearbeitende Werkstück relativ zu dem Verbindungselement mindestens einen Freiheitsgrad aufweist.These Task is according to the invention in a Device for clamping a workpiece with a receptacle for the machining workpiece and with a connecting element for connecting the device to a Handling means or a machine tool achieved in that the recording for the workpiece to be machined at least one degree of freedom relative to the connecting element having.

Alternativ wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe auch durch ein Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 2 gelöst.alternative The object of the invention is also based on a Device solved with the features of the independent claim 2.

Der Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 2 stellt eine kinematische Umkehr der Vorrichtung nach Anspruch 1 dar. Aus Gründen der Verständlichkeit wird deshalb nachfolgend stets nur von einer Vorrichtung zum Spannen eines Werkstücks gesprochen, obwohl stets auch erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Spannen eines Bearbeitungswerkzeugs gemeint sind.Of the Subject matter of the independent claim 2 provides a kinematic Reversal of the device according to claim 1. For the sake of comprehensibility will therefore always below only by a device for clamping spoken of a workpiece, although always inventive devices for clamping a machining tool.

Der Freiheitsgrad der Aufnahme und damit auch des zu bearbeitenden Werkstücks relativ zu dem Handhabungsmittel wird erfindungsgemäß so gelegt, dass der Freiheitsgrad mit der Richtung der Zustellbewegung übereinstimmt. Bei einem translatorischen Freiheitsgrad ist Idealerweise die Richtung des Freiheitsgrads der Aufnahme parallel zur Richtung der Zustellbewegung mit der das Werkstück an ein Bearbeitungswerkzeug herangefahren wird.Of the Degree of freedom of the recording and thus also of the workpiece to be processed relative to the handling agent according to the invention is set so that the degree of freedom coincides with the direction of Zustellbewegung. In a translatory Degree of freedom is ideally the direction of the degree of freedom Recording parallel to the direction of the feed movement with the workpiece to a Machining tool is approached.

Dadurch kann das Werkstück, sobald es in Kontakt mit dem Bearbeitungswerkzeug gelangt, ausweichen und es wird nur eine kleine und definierte Kraft von dem Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausgeübt. Die Kraft, welche vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausgeübt wird, ist von erheblicher Bedeutung für den Materialabtrag bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstücks durch das Bearbeitungswerkzeug. Ein weiterer wichtiger Parameter für den Materialabtrag ist die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück an dem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einer Schleifscheibe, entlang geführt wird.Thereby can the workpiece, as soon as it comes into contact with the machining tool, dodge and it only gets a small and defined force from the machining tool on the workpiece exercised. The force exerted by the machining tool on the workpiece, is of considerable importance to the material removal during the subsequent machining of the workpiece by the Processing tool. Another important parameter for material removal is the feed rate at which the workpiece is at the Machining tool, such as a grinding wheel, along guided becomes.

In anderen Worten: Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Materialabtrag an dem Werkstück durch die vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausgeübte Kraft und die Vorschubgeschwindigkeit gesteuert werden. Dies ist ein prinzipieller Unterschied zu konventionellen Bearbeitungsvorgängen, bei dem sowohl die Werkzeugmaschine als auch das Werkstück starr sind und die Bearbeitung des Werkstücks ausschließlich durch die Steuerung der verschiedenen Achsen der Werkzeugmaschine oder der Handhabungseinrichtung erfolgt. Bei dieser konventionellen Fertigung ist die erreichbare Präzision des zu bearbeitenden Werkstücks an die Präzision der Handhabungseinrichtung und/oder der Werkzeugmaschine gekoppelt.In In other words, with the help of the device according to the invention, the material removal on the workpiece by the force exerted on the workpiece by the machining tool and the feed rate are controlled. This is a principle Difference to conventional machining operations, in which both the machine tool as well as the workpiece are rigid and the machining of the workpiece exclusively by the control of the different axes of the machine tool or the handling device takes place. In this conventional production is the achievable precision of the workpiece to be machined to the precision coupled to the handling device and / or the machine tool.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese starre Koppelung aufgehoben und es findet eine Steuerung des Bearbeitungsvorgangs mit Hilfe der vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausgeübten Kraft und in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit statt. Diese beiden Größen können unabhängig von der Präzision der Werkzeugmaschine und Handhabungseinrichtung mit sehr großer Wiederholgenauigkeit und mit geringen Toleranzen vorgegeben werden, so dass eine hoch präzise Bearbeitung des Werkstücks auch mit Werkzeugmaschinen und Handhabungseinrichtungen möglich wird, die nicht die gleichen Anforderungen hinsichtlich Präzision und Wiederholgenauigkeit erfüllen, die an das zu bearbeitende Werkstück gestellt werden.In the apparatus according to the invention, this rigid coupling is repealed and there is a control of the machining process using the machining tool on the workpiece applied force and depending on the feed speed instead. These two sizes can be specified regardless of the precision of the machine tool and handling device with very high repeatability and with low tolerances, so that a highly precise machining of the workpiece is possible even with machine tools and handling equipment that do not meet the same requirements in terms of precision and repeatability, which are placed on the workpiece to be machined.

Dadurch ergeben sich naturgemäß erweiterte Einsatzbereiche herkömmlicher nicht hoch präziser Werkzeugmaschine und Handhabungseinrichtungen und die hoch präzise Fertigung von Werkstücken wird sehr viel kostengünstiger.Thereby arise naturally expanded Uses of conventional not very precise Machine tool and handling equipment and high-precision manufacturing of workpieces will be much cheaper.

Im Übrigen ist es auch möglich, in bestehenden Fertigungsstraßen Teilbearbeitungsvorgänge mit einer gegenüber dem ursprünglichen Zustand deutlich verbesserte Präzision herzustellen. Dadurch ergeben sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile.Incidentally, is it also possible in existing production lines Part machining operations with one opposite the original one Condition significantly improved precision manufacture. This results in significant economic benefits.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mindestens einen rotatorischen oder einen translatorischen Freiheitsgrad aufweisen. Welcher Art der Freiheitsgrad ist, muss von Anwendungsfall zu Anwendungsfall entschieden werden. Vorteil an einem rotatorischen Freiheitsgrad ist die einfachere Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da ein solcher rotatorischer Freiheitsgrad beispielsweise durch ein einfaches Gelenk hergestellt werden kann. Ein translatorischer Freiheitsgrad kann in der Regel durch eine Linearführung erreicht werden.The inventive device can be at least one rotary or one translatory Have degree of freedom. Which kind of degree of freedom is necessary be decided on a case-by-case basis. advantage at a rotational degree of freedom is the simpler production the device according to the invention, because such a rotational degree of freedom, for example, by a simple joint can be made. A translatory degree of freedom can be achieved by a linear guide in the rule.

Um den gewünschten oder die gewünschten Freiheitsgrade zu realisieren, können alle Arten von Gelenken und Führungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt werden.Around the wished or the desired degrees of freedom to realize all types of joints and guides, which are known from the prior art can be used.

Wenn bei dem zu bearbeitende Werkstück nur eine Zustellbewegung in einer Raumesrichtung ausreicht, ist auch ein Freiheitsgrad an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausreichend. Wenn jedoch beispielsweise durch eine bahngesteuerte Bearbeitung eines komplizierteren Werkstücks mehrere Zustellbewegungen und Vorschubbewegungen erforderlich sind, kann es vorteilhaft sein, mehrere Freiheitsgrade an der Vorrichtung vorzusehen. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn diese Freiheitsgrade auch individuell bei Bedarf gesperrt werden können, so dass jeweils für einen Bearbeitungsvorgang nur ein Freiheitsgrad zur Verfügung steht.If in the workpiece to be machined only a Zustellbewegung in a spatial direction is sufficient, too one degree of freedom on the device according to the invention is sufficient. However, if, for example, by a path-controlled processing a more complicated workpiece several infeed movements and feed movements are required, It may be advantageous to have multiple degrees of freedom on the device provided. It can also be advantageous if these degrees of freedom also individually locked if necessary, so that in each case for one Machining process only one degree of freedom is available.

Bei einer besonders vorteilhaften, weil vielseitig einsetzbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Richtung des mindestens einen Freiheitsgrads einstellbar ist. Dadurch können auch komplexe Bearbeitungsvorgänge, die nicht auf eine Koordinatenachse beschränkt sind, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden.at a particularly advantageous, because versatile embodiment the device according to the invention the direction of the at least one degree of freedom is adjustable is. Thereby can also complex machining operations, which are not limited to a coordinate axis, with the device according to the invention will be realized.

In besonders bevorzugter Realisierung dieser Ausführungsform ist die Aufnahme an dem Verbindungselement mittels einer kardanischen Aufhängung, insbesondere einem Kardangelenk, befestigt ist, wobei zusätzlich ein relativ zur Aufnahme drehbares Gelenk mit einem Freiheitsgrad zwischen Aufnahme und dem Verbindungselement angeordnet ist, und wobei eine Drehachse des Gelenks mit dem Drehpunkt der kardanischen Aufhängung zusammenfällt.In Particularly preferred realization of this embodiment is the recording on the connecting element by means of a gimbal, in particular a universal joint, is fixed, in addition to a relative to the recording rotatable joint with a degree of freedom between recording and the Connecting element is arranged, and wherein a rotation axis of the Joint coincides with the pivot point of the gimbal mounting.

Um eine definierte Kraft zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück aufbringen zu können, sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung Mittel vorgesehen, welche auf die Aufnahme ein in Richtung des mindestens einen Freiheitsgrads wirkende Kraft ausüben. Dabei kann die Schwerkraft, elektrische Kräfte, insbesondere elektromagnetische Kräfte, pneumatische oder hydraulische Kräfte eingesetzt werden. Selbstverständlich sind auch alle Formen von Federkräften möglich.Around apply a defined force between the machining tool and the workpiece to be able to are provided in a further advantageous embodiment means which on the recording in the direction of at least one degree of freedom exercise force. In this case, gravity, electrical forces, in particular electromagnetic forces pneumatic or hydraulic forces are used. Of course they are also all forms of spring forces possible.

Welcher der genannten Kräfte im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Randbedingungen des Einsatzfalls und der Geometrie des Werkstücks sowie den vorhandenen Möglichkeiten vor Ort ab.Which one the named forces in the individual case the preference is given depends on the boundary conditions the application and the geometry of the workpiece and the existing possibilities Place off.

Damit das Werkstück beim Anfahren an das Bearbeitungswerkzeug stets eine definierte Position einnimmt, kann in weiterer vorteilhafter Ergänzung der Erfindung vorgesehen sein, dass der mindestens eine Freiheitsgrad der Aufnahme in eine Richtung durch Anschlagmittel begrenzt ist.In order to the workpiece when approaching the machining tool always a defined Position occupies, in a further advantageous supplement of the Be provided invention that the at least one degree of freedom the recording in one direction is limited by stop means.

Die erfindungsgemäßen Vorteile können auch mit Hilfe eines Verfahrens zur Bearbeitung von Werkstücken realisiert werden, bei dem die Verfahrensschritte Einspannen eines Werkstücks in eine Werkzeugaufnahme, Anfahren des Werkstücks an ein Bearbeitungswerkzeug, Zustellen des Werkstücks bis das Werkstück mit einer definierten Kraft auf das Bearbeitungswerkzeug gepresst wird und Bearbeiten des Werkstücks durch das Bearbeitungswerkzeug, wobei der Materialabtrag in Abhängigkeit der vom Werkstück auf das Bearbeitungswerkzeug ausgeübten Kraft und in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit gesteuert wird, realisiert werden.The Advantages of the invention can also realized by means of a method for machining workpieces in which the method steps clamp a workpiece into a tool holder, Approaching the workpiece to a machining tool, advancing the workpiece until the workpiece pressed with a defined force on the machining tool will and edit the workpiece through the machining tool, wherein the material removal in dependence of from the workpiece force applied to the machining tool and in dependence the feed rate is controlled realized.

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren bei der spanenden Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere beim Schleifen, Läppen oder Polieren, von Werkstücken durchgeführt werden. Allerdings sind auch andere Bearbeitungswerkzeuge, wie zum Beispiel Messer oder Schaber, zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar.Advantageously, the method according to the invention can be carried out during machining with a geometrically indefinite cutting edge, in particular during grinding, lapping or polishing of workpieces. However, other processing tools, such as knives or scrapers, together with the erfindungsge MAESSEN device can be used.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims can be removed. All features disclosed in the drawings, the description and the claims can be essential to the invention both individually and in any combination.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention,

2 den Kräfteverlauf bei einer konventionellen Bearbeitung, 2 the flow of forces in a conventional machining,

3 den Kräfteverlauf bei einer Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und 3 the forces during processing with the device according to the invention and with the inventive method and

4 und 5 eine konstruktive Lösung für einen einstellbaren Freiheitsgrad. 4 and 5 a constructive solution for an adjustable degree of freedom.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung stark vereinfacht dargestellt. Die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Vorrichtung weist eine Aufnahme 3 auf, in der ein Werkstück 5, hier ein Spiralbohrer, fixiert werden kann.In 1 an embodiment of a device according to the invention is shown greatly simplified. Denoted in their entirety by the reference numeral 1 designated device has a receptacle 3 on, in which a workpiece 5 , here a twist drill, can be fixed.

Im oberen Teil von 1 ist ein Verbindungselement 7 sichtbar. Mit diesem Verbindungselement 7 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an einer Handhabungseinrichtung, wie beispielsweise einem herkömmlichen Industrieroboter, befestigt.. Alternativ kann die Vorrichtung 1 durch andere aus dem Stand der Technik bekannte Spannmittel, wie beispielsweise ein Backenfutter, ein Schraubstock oder einen Greifer eingespannt werden.In the upper part of 1 is a connecting element 7 visible, noticeable. With this connection element 7 becomes the device according to the invention 1 attached to a handling device, such as a conventional industrial robot. Alternatively, the device 1 be clamped by other known from the prior art clamping means, such as a jaw chuck, a vice or a gripper.

Das Verbindungselement 7 kann beispielsweise in der Verlängerung der Aufnahme 3 an einer nicht dargestellten Handhabungseinrichtung befestigt werden. Allerdings kann das Verbindungselement 7 auch an anderen Stellen eingespannt werden.The connecting element 7 For example, in the extension of the recording 3 be attached to a handling device, not shown. However, the connecting element can 7 be clamped in other places as well.

Die Aufnahme 3 und das Verbindungselement 7 sind durch einen Bolzen 11 drehbar miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Aufnahme 3 einen rotatorischen Freiheitsgrad relativ zu dem Verbindungselement 7 aufweist.The recording 3 and the connecting element 7 are by a bolt 11 rotatably connected. This means that in this embodiment, the recording 3 a rotational degree of freedom relative to the connecting element 7 having.

Zwischen dem Verbindungselement 7 und der Aufnahme 3 ist eine Druckfeder 13 vorgesehen. Die Druckfeder 13 befindet sich größtenteils innerhalb eines Deckels 9, so dass nicht alle Windungen der Druckfeder 13 sichtbar sind. Über die Länge der Druckfeder 13, die Zahl der Windungen und die Dicke des Drahtes kann die Federrate der Druckfeder in weiten Bereichen der Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden.Between the connecting element 7 and the recording 3 is a compression spring 13 intended. The compression spring 13 is mostly inside a lid 9 , so not all turns of the compression spring 13 are visible. About the length of the compression spring 13 , the number of turns and the thickness of the wire, the spring rate of the compression spring can be adjusted in many areas of the requirements of the case.

Damit die Aufnahme 3 nicht nach unten wegklappen kann, ist ein Anschlag 15 an dem Verbindungselement 7 vorgesehen, der das Aufklappen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verhindert. Außerdem hat der Anschlag 15 die Wirkung, dass das Werkstück 5 unter der Einwirkung der Schwerkraft und der von der Feder 13 ausgeübten Kraft immer in eine definierte Position bezogen auf das Verbindungselement 7 gebracht wird.So the recording 3 can not fold down, is a stop 15 on the connecting element 7 provided, the unfolding of the device according to the invention 1 prevented. Besides, the plot has 15 the effect that the workpiece 5 under the action of gravity and that of the spring 13 applied force always in a defined position relative to the connecting element 7 is brought.

Die Drehbewegung, welche die Aufnahme 3 und mit ihr das Werkstück 5 relativ zu dem Verbindungselement 7 ausführen kann, ist in 1 durch den Doppelpfeil 17 angedeutet. Die Koordinatenachsen sind im unteren Teil von 1 isometrisch dargestellt.The rotational movement which the recording 3 and with it the workpiece 5 relative to the connecting element 7 can perform in is 1 through the double arrow 17 indicated. The coordinate axes are in the lower part of 1 shown isometrically.

Wegen des durch den Anschlag 15 begrenzten kleinen Drehwinkels besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 in erster Näherung einen Freiheitsgrad in Richtung der X-Achse.Because of the stop 15 Limited small angle of rotation has the device according to the invention according to 1 in the first approximation one degree of freedom in the direction of the X-axis.

In Richtung der Y-Achse und der Z-Achse ist die Vorrichtung 1 starr, so dass auch große Kräfte zwischen dem Werkstück 5 und dem Zapfen 9 mit Hilfe der Vorrichtung 1 übertragbar sind.In the direction of the Y-axis and the Z-axis is the device 1 rigid, allowing even large forces between the workpiece 5 and the pin 9 with the help of the device 1 are transferable.

Bei einer konventionellen starren Vorrichtung würde eine Bearbeitung des Werkstücks wie folgt ablaufen:
Solange das Werkstück 5 die Schleifscheibe (nicht dargestellt) nicht berührt, wird naturgemäß keine Kraft vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück 5 übertragen. Sobald das Werkstück 5 die Schleifscheibe beziehungsweise das Bearbeitungswerkzeug berührt, ist bei einer konventionellen, starren Vorrichtung zum Spannen eines Werkstücks ein steiler Anstieg der vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück übertragenen Kraft in Abhängigkeit der Position des Werkstücks zu verzeichnen. Dieser Zusammenhang ist in 2 angedeutet. Dabei wird der Vorgang des Anfahrens des Werkstücks 5 an das Bearbeitungswerkzeug durch die Linie 19 veranschaulicht. Dieser Vorgang beginnt auf der negativen X-Achse. Der Koordinatenursprung ist so gelegt, dass bei x = 0 das Werkstück 5 das Bearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise eine Schleifscheibe, gerade berührt.In a conventional rigid device, machining of the workpiece would proceed as follows:
As long as the workpiece 5 the grinding wheel (not shown) is not touched, of course, no force from the machining tool on the workpiece 5 transfer. As soon as the workpiece 5 the grinding wheel or the machining tool touches, is recorded in a conventional, rigid device for clamping a workpiece, a steep increase in the force transferred from the machining tool to the workpiece force as a function of the position of the workpiece. This connection is in 2 indicated. This is the process of starting the workpiece 5 to the machining tool through the line 19 illustrated. This process starts on the negative X-axis. The origin of the coordinates is placed so that at x = 0 the workpiece 5 the machining tool, such as a grinding wheel, just touched.

Wenn nun die Handhabungseinrichtung oder eine Achse des Werkzeugmaschine über den Koordinatenursprung hinaus die Anfahrbewegung in den Bereich der X-Achse fortführt, ist ein sehr steiler Anstieg der Kraft, die von den Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausgeübt wird, zu verzeichnen. Dies bedeutet nichts anderes, als dass das Anfahren und Positionieren des Werkstücks relativ zum Bearbeitungswerkzeug bei einer starren Vorrichtung zum Spannen des Werkstücks mit sehr hoher Präzision durchgeführt werden muss, wenn zu bearbeitende Werkstück mit kleinen Toleranzen hergestellt werden soll. Infolgedessen können hoch präzise Werkstücke nur mit entsprechend mindestens genauso präzisen Handhabungseinrichtungen oder Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, wenn die Vorrichtung starr ist. Daraus resultieren erhebliche Kosten sowohl auf der Seite der Werkzeugmaschine als auch auf Seiten der Handhabungseinrichtung.If now the handling device or an axis of the machine tool on the Koordi n addition, the starting movement in the region of the X-axis continues, a very steep increase in the force exerted by the machining tool on the workpiece to record. This means nothing more than that the starting and positioning of the workpiece relative to the machining tool in a rigid device for clamping the workpiece must be performed with very high precision when workpiece to be machined is to be manufactured with small tolerances. As a result, high precision workpieces can only be machined with correspondingly at least equally precise handling devices or machine tools when the device is rigid. This results in considerable costs both on the side of the machine tool and on the side of the handling device.

Wenn man zum Vergleich den gleichen Vorgang unter Zuhilfenahme einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 betrachtet, wie er in 3 dargestellt ist, wird deutlich, dass das Anfahren des Werkstücks an ein Bearbeitungswerkzeug keinen wesentlichen Unterschied zu einer konventionellen Vorrichtung mit sich bringt (Siehe die Linien 19 in 2 und in 3 zum Vergleich).If, for comparison, the same process with the aid of a device according to the invention 1 looking at how he is in 3 As can be seen, it is clear that starting the workpiece against a machining tool does not significantly differ from a conventional device (See the lines 19 in 2 and in 3 for comparison).

Sobald aber das Werkstück 5 Kontakt mit der Schleifscheibe hat, kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Tragen. Wegen des Freiheitsgrads der Vorrichtung in Richtung der X-Achse und der Feder 13 resultiert nur ein geringer Kraftanstieg aus einer Fortführung der Zustellbewegung in den Bereich der positiven X-Achse. In anderen Worten: Weil die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in Richtung der X-Achse "weicher" ist, kann, ohne dass große Kräfte vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück 5 übertragen werden, der Anfahr- oder Zustellvorgang in den Bereich der positiven X-Achse fortgeführt werden.But as soon as the workpiece 5 Contact with the grinding wheel has come, the advantages of the device according to the invention 1 to carry. Because of the degree of freedom of the device in the direction of the X-axis and the spring 13 results only a small increase in force from a continuation of the feed movement in the region of the positive X-axis. In other words, because the device according to the invention 1 in the direction of the X-axis is "softer" can, without requiring large forces from the machining tool to the workpiece 5 be transferred, the startup or delivery process in the area of the positive X-axis continued.

Wenn nun zum Bearbeiten des Werkstücks eine bestimmte Kraft vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück 5 übertragen werden soll, kann durch eine einfache Umrechnung unter Berücksichtigung der Federrate der Feder 13 und einer eventuell vorhandenen Vorspannung der Feder 13 der Verfahrweg in Richtung der positiven X-Achse berechnet werden. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel soll die gewünschte Kraft F_Bearbeitung bei einem Verfahrweg von 0,5 mm in Richtung der positiven X-Achse erreicht werden. Wegen der flachen Steigung der Geraden 23 in 3, die den Zusammenhang zwischen Verfahrweg in Richtung der positiven X-Achse und der zwischen Werkstück 5 und Bearbeitungswerkzeug ausgeübten Kraft, darstellt, sind die Anforderung an die Positionierung des Werkstücks 5 relativ zum Bearbeitungswerkzeug vergleichsweise gering.If now to edit the workpiece, a certain force from the machining tool to the workpiece 5 can be transmitted by a simple conversion taking into account the spring rate of the spring 13 and any existing bias of the spring 13 the travel is calculated in the direction of the positive X-axis. At the in 3 example shown, the desired force F _{machining is to be achieved} at a travel of 0.5 mm in the direction of the positive X-axis. Because of the flat slope of the line 23 in 3 indicating the relationship between travel in the direction of the positive X-axis and that between the workpiece 5 and machining tool, are the requirement for the positioning of the workpiece 5 relatively low relative to the machining tool.

In 3 sind rechts und links von X = 0,5, entsprechend dem vorgegebenen Sollwert, die Toleranzen beim Anfahren dieses Sollwerts dargestellt. Die Toleranzbreite ist durch die Pfeile 25 angedeutet. Wenn man nun diese Toleranzbreite in eine Änderung der Bearbeitungskraft mit Hilfe der geraden Linie 23 umwandelt, ergibt sich eine Toleranzbreite von ΔF, wie in 3 dargestellt. Aus dieser grafischen Darstellung wird deutlich, dass selbst bei einer nur relativ geringen Genauigkeit der Positionierung des Werkstücks 5 relativ zum Bearbeitungswerkzeug die Kraft, die vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück 5 ausgeübt wird, innerhalb sehr kleiner Grenzen bleibt. Da die bei der Bearbeitung auf das Werkstück 5 ausgeübte Kraft F_Bearbeitung zusammen mit der Vorschubbewegung beziehungsweise der Vorschubgeschwindigkeit einen großen Einfluss auf den Abtrag am Werkstück 5 haben, kann nun durch eine geeignet gewählte Vorschubgeschwindigkeit der gewünschte Materialabtrag am Werkstück 5 vorgenommen werden.In 3 The tolerances at the start of this setpoint are shown to the right and left of X = 0.5, according to the specified setpoint. The tolerance width is indicated by the arrows 25 indicated. If one now this tolerance width in a change of the processing power with the help of the straight line 23 results in a tolerance width of ΔF, as in 3 shown. From this graph, it becomes clear that even with a relatively low accuracy of the positioning of the workpiece 5 relative to the machining tool, the force from the machining tool to the workpiece 5 remains within very small limits. Because when machining on the workpiece 5 applied force F _machining together with the feed movement or the feed speed have a great influence on the removal of the workpiece 5 can now, by a suitably selected feed rate of the desired material removal on the workpiece 5 be made.

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bearbeitung in Abhängigkeit der zwischen Werkstück und Bearbeitungswerkzeug wirkenden Kraft und in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit gesteuert wird, die Positioniergenauigkeit der Handhabungseinrichtung oder der Werkzeugmaschine nicht von entscheidender Bedeutung für die Präzision mit der das Werkstück hergestellt werden kann.There in the inventive device and in the method according to the invention the processing in dependence the between workpiece and machining tool acting force and depending the feed rate is controlled, the positioning accuracy the handling device or the machine tool is not crucial Meaning of the precision with the the workpiece can be produced.

In dem in 1 dargestellten Beispiel ist es möglich gewesen, mit Hilfe eines herkömmlichen Industrieroboters, der eine Positioniergenauigkeit von 0,02 mm hat, an der Hauptschneide eines Bohrers eine Fase mit einer Präzision von 0,005 mm herzustellen. Dies bedeutet, dass die Toleranzen am fertig bearbeiteten Werkstück 5 nur 1/4 so groß waren wie die Positioniergenauigkeit der Handhabungseinrichtung.In the in 1 As illustrated, it has been possible to make a chamfer with a precision of 0.005 mm on the main cutting edge of a drill by means of a conventional industrial robot having a positioning accuracy of 0.02 mm. This means that the tolerances on the finished workpiece 5 only 1/4 as large as the positioning accuracy of the handling device.

Dadurch ist es möglich, die Einsatzbereiche von bereits vorhandenen Bearbeitungsmaschinen oder Handhabungseinrichtungen dahingehend zu erweitern, dass auch sehr präzise Bearbeitungen kostengünstig und effizient durchgeführt werden können.Thereby Is it possible, the areas of application of already existing processing machines or Handling devices to expand to the effect that also very precise Machining cost-effectively and performed efficiently can be.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das Anbringen von Fasen an Hauptschneiden von Bohrern beschränkt, sondern kann an vielen Werkstücken ausgeführt werden. Auch sind selbstverständlich komplexere Bearbeitungsvorgänge möglich, bei denen die Zustellbewegungen nicht nur in einer Raumesrichtung verlaufen und auch die Vorschubbewegungen dreidimensional oder mindestens zweidimensional sind.Of course it is the invention is not to the attachment of chamfers to major cutting edges limited by drills, but can work on many workpieces accomplished become. Also, of course more complex machining operations possible, where the delivery movements not only in one direction run and also the feed movements three-dimensional or at least two-dimensional are.

Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn erstens die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mehrere Freiheitsgrade hat, die Idealerweise in etwa den mit den Zustellbewegungen parallel verlaufen und zweitens diese Freiheitsgrade bei Bedarf einzeln freigegeben oder gesperrt werden können. Dadurch ist es möglich, auch beispielsweise Kanten einer quadratischen Schneidplatte nacheinander mit einer Fase zu versehen, wobei jeweils nur ein Freiheitsgrad freigegeben ist und die Vorrichtung in den anderen Raumesrichtungen starr ist, so dass die gewünschte Vorschubbewegung direkt auf das Werkstück übertragen wird. Anhand der 4 bis 6 wird ein Ausführungsbeispiel eines Gelenks mit einem einstellbaren Freiheitsgrad erläutert.It may be advantageous if, firstly, the device according to the invention 1 has several degrees of freedom, ideally in about the same with the Delivery movements run parallel and secondly, these degrees of freedom can be released or locked individually if necessary. This makes it possible, for example, edges of a square cutting plate sequentially provided with a chamfer, in each case only one degree of freedom is released and the device is rigid in the other spatial directions, so that the desired feed motion is transmitted directly to the workpiece. Based on 4 to 6 an embodiment of a joint with an adjustable degree of freedom is explained.

In der 4a ist eine Ansicht von vorne auf ein Gelenk 27 dargestellt. Das Gelenk 27 besteht aus einer oberen Platte 29 und aus einer unteren Platte 31, die über Bolzen 33 drehbar miteinander verbunden sind. Die Bolzen 33 sind in Bohrungen von Befestigungslaschen 35 und 37 drehbar gelagert. Die Befestigungslaschen 35 sind an der oberen Platte 29 befestigt, während die Befestigungslaschen 37 an der unteren Platte 31 befestigt sind. Da die untere Platte 31 relativ zu der oberen Platte 29 nur um die Drehachse 39 gedreht werden kann, hat das Gelenk 27 einen Freiheitsgrad. Die Richtung dieses Freiheitsgrads hängt von der Richtung einer Drehachse 39 ab.In the 4a is a front view of a joint 27 shown. The joint 27 consists of an upper plate 29 and from a lower plate 31 that about bolts 33 are rotatably connected to each other. Bolts 33 are in holes of mounting straps 35 and 37 rotatably mounted. The fastening straps 35 are at the top plate 29 fastened while the attachment tabs 37 at the bottom plate 31 are attached. Because the bottom plate 31 relative to the top plate 29 only around the axis of rotation 39 can be turned, has the joint 27 a degree of freedom. The direction of this degree of freedom depends on the direction of a rotation axis 39 from.

Sowohl die obere Platte 29 als auch die untere Platte 31 weist eine Bohrung 41.Both the top plate 29 as well as the lower plate 31 has a hole 41 ,

In 4b ist das zuvor beschriebene Gelenk 27 in einer Seitenansicht dargestellt.In 4b is the joint described above 27 shown in a side view.

In der 5 ist ein Kardangelenk 42 dargestellt. Das Kardangelenk 41 verbindet einen oberen Zapfen 43 mit einem unteren Zapfen 45, so dass die Zapfen 43 und 45 nicht in Richtung ihrer Längsachsen relativ zueinander verdreht werden können. Auch der Abstand in axialer Richtung zwischen dem oberen Zapfen 43 und dem unteren Zapfen 45 wird durch das Kardangelenk 42 konstant gehalten. Allerdings kann der untere Zapfen 45 relativ zum oberen Zapfen 43 in Richtung der x-Achse und in Richtung der y-Achse werden. Dies bedeutet, dass das Kardangelenk 42 zwei Freiheitsgrade aufweist, mit deren Hilfe der untere Zapfen 45 in der von der x-Achse und der y-Achse aufgespannten Ebene relativ zum oberen Zapfen 43 bewegbar ist. Der konstruktive Aufbau des Kardangelenk 41 wird nicht näher erläutert, da Kardangelenke seit Jahrzehnten zum Stand der Technik gehören.In the 5 is a universal joint 42 shown. The universal joint 41 connects an upper pin 43 with a lower pin 45 so the pins 43 and 45 can not be rotated in the direction of their longitudinal axes relative to each other. Also, the distance in the axial direction between the upper pin 43 and the lower pin 45 is through the universal joint 42 kept constant. However, the lower pin can 45 relative to the upper pin 43 in the direction of the x-axis and in the direction of the y-axis. This means that the universal joint 42 has two degrees of freedom, with the help of the lower pin 45 in the plane defined by the x-axis and the y-axis relative to the upper pin 43 is movable. The structural design of the universal joint 41 is not explained in more detail, since universal joints have been part of the state of the art for decades.

Im oberen Zapfen 43 und dem unteren Zapfen 45 ist jeweils eine Nut 47 eingestochen, die zur Aufnahme eines Seeger-Rings (nicht dargestellt) dienen.In the upper cone 43 and the lower pin 45 is each a groove 47 stabbed, which serve to receive a Seeger ring (not shown).

Wenn man nun das Kardangelenk 42 in die Bohrung 41 des Gelenks 27 schiebt und so positioniert, dass die Drehachse 39 des Gelenks 27 mit dem Drehpunkt des Kardangelenk zusammenfällt, dann sperrt das Gelenk 27 einen der beiden Freiheitsgrade des Kardangelenks 42. Das solchermaßen zusammengesetzte Gelenk hat nur noch einen Freiheitsgrad, der durch die Lage der Drehachse 39 bestimmt wird.Now if you have the universal joint 42 into the hole 41 of the joint 27 pushes and positions so that the axis of rotation 39 of the joint 27 coincides with the pivot point of the universal joint, then locks the joint 27 one of the two degrees of freedom of the universal joint 42 , The thus assembled joint has only one degree of freedom, by the position of the axis of rotation 39 is determined.

Wenn nun das Gelenk 27 relativ zu dem oberen Zapfen 43 und dem unteren Zapfen 45 des Kardangelenks 42 verdreht wird, ändert sich somit auch die Richtung des verbleibenden Freiheitsgrades des in 6 dargestellten zusammengesetzten Gelenks. Dies bedeutet, dass durch einfaches Verdrehen des Gelenks 27 relativ zu dem Kardangelenk 42 die Richt des verbleibenden Freiheitsgrades frei gewählt und eingestellt werden kann.If now the joint 27 relative to the upper pin 43 and the lower pin 45 of the universal joint 42 Thus, the direction of the remaining degree of freedom of the in 6 illustrated composite joint. This means that by simply twisting the joint 27 relative to the universal joint 42 the direction of the remaining degree of freedom can be freely selected and adjusted.

Wenn nun der obere Zapfen 43 Teil des Verbindungselements 7 und der untere Zapfen 45 Teil der Aufnahme 3 ist, dann ist eine Vorrichtung verfügbar, die einen Freiheitsgrad aufweist, wobei dieser Freiheitsgrad innerhalb der von der x-Achse und der y-Achse aufgespannten Ebene frei gewählt und eingestellt werden kann.If now the top pin 43 Part of the connecting element 7 and the lower pin 45 Part of the recording 3 is, then a device is available, which has a degree of freedom, this degree of freedom can be freely selected and adjusted within the plane defined by the x-axis and the y-axis plane.

Damit sich das Gelenk 27 nicht relativ zu dem Kardangelenk 42 verschieben kann, werden oberhalb der oberen Platte 29 und unterhalb der unteren Platte 31 Segelringe 49 in die Nuten 47 der Zapfen 43 und 45 eingelegt. Dabei ist genauso wie bei der Passung zwischen dem Zapfen 43 und 45 und einerseits und der Bohrung 41 andererseits darauf zu achten, dass die Verdrehbarkeit des Gelenks 27 relativ zum Kardangelenk 42 gewährleistet ist.So that the joint 27 not relative to the universal joint 42 can move above the top plate 29 and below the lower plate 31 sailing rings 49 into the grooves 47 the pin 43 and 45 inserted. It is just like the fit between the pin 43 and 45 and on the one hand and the bore 41 on the other hand, pay attention to the rotatability of the joint 27 relative to the cardan joint 42 is guaranteed.

In der 6 ist das eigentliche Kardangelenk 42 von den Befestigungslaschen 35 und 37 verdeckt und somit nicht sichtbar.In the 6 is the real cardan joint 42 from the fastening straps 35 and 37 hidden and therefore not visible.

Claims

Device for clamping a workpiece ( 5 ) with a recording ( 3 ) for the workpiece to be machined ( 5 ), with a connecting element ( 7 ) for connecting the device ( 1 ) with a handling means or a machine tool, characterized in that the receptacle ( 3 ) for the workpiece to be machined ( 5 ) relative to the connecting element ( 7 ) has at least one degree of freedom (x-direction).

Device for clamping a machining tool with a recording for the machining tool, with a connector for connecting the device with a handling means or a machine tool, characterized in that the receptacle for the machining tool at least one degree of freedom relative to the connecting element having.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the receptacle ( 3 ) for the workpiece to be machined ( 5 ) or the machining tool relative to the connecting element ( 7 ) has at least one rotational degree of freedom.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 3 ) for the workpiece to be machined ( 5 ) or the machining tool relative to the connecting element ( 7 ) has at least one translational degree of freedom.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the direction of the at least one degree of freedom is adjustable.

Device according to claim 5, characterized in that the receptacle ( 3 ) on the connecting element ( 7 ) is attached by means of a gimbal, in particular a universal joint (14), that in addition a pivotable relative to the receptacle joint (16) with a degree of freedom between recording ( 3 ) and the connecting element ( 7 ), and that an axis of rotation (16) of the hinge (12) coincides with the pivot point of the gimbal (16).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that means ( 13 ) are provided, which on the recording ( 3 ) exert a force acting in the direction of the at least one degree of freedom (X direction).

Apparatus according to claim 4, characterized in that the force of gravity on the receptacle ( 3 ) acts in the direction of the at least one degree of freedom.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that on the receptacle ( 3 ) acts in the direction of the at least one degree of freedom, an electrical force, in particular an electromagnetic force.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that on the receptacle ( 3 ) acts in the direction of at least one degree of freedom, a pneumatic or hydraulic force.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that on the receptacle ( 3 ) in the direction of the at least one degree of freedom, the force of a spring ( 13 ) acts.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one degree of freedom of the reception in one direction by stop means ( 15 ) is limited.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the degrees of freedom can be locked or released, and that only one degree of freedom is present. Method for processing machining of workpieces characterized by the following method steps: clamping a workpiece ( 5 ) into a recording ( 3 ), Approaching the workpiece ( 5 ) to a machining tool, advancing the workpiece ( 5 ) until the workpiece ( 5 ) is pressed with a defined force on the machining tool, and machining the workpiece ( 5 ) by the machining tool, the material removal depending on the workpiece ( 5 ) is applied to the machining tool force and controlled in response to the feed rate.

Method according to claim 11, characterized in that that the machining tool is a machining with geometric undefined cutting edge, in particular grinding, lapping or polishing, performs.

Method for processing machining of workpieces characterized by the following method steps: clamping a machining tool into a receptacle ( 3 ), Approaching the machining tool to a workpiece to be machined, advancing the machining tool to the workpiece ( 5 ) is pressed with a defined force on the machining tool, and machining the workpiece ( 5 ) by the machining tool, the material removal depending on the workpiece ( 5 ) is applied to the machining tool force and controlled in response to the feed rate.