DE102006004932A1 - Niederhalter für eine Werzeugmaschine - Google Patents

Niederhalter für eine Werzeugmaschine Download PDF

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Abstract

Es wird ein Niederhalter vorgeschlagen, der das gleichzeitige Anpressen von Werkstücken während der Bearbeitung erlaubt, und eine Relativbewegung, die in einer Ebene, die senkrecht zur Anpresskraft verläuft, erlaubt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für eine Werkzeugmaschine.
  • Im Folgenden wir stets von einer Werkzeugmaschine oder beispielhaft von einer Fräsmaschine gesprochen. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf Fräsmaschinen beschränkt ist. Insbesondere werden unter einer Werkzeugmaschine auch Holzbearbeitungsmaschinen, CNC-gesteuerte Oberfräsen und CNC-gesteuerte Nippelmaschinen subsumiert.
  • Wenn man aus einem plattenförmigen Halbzeug, wie beispielsweise einer Platte aus Metall, insbesondere Aluminium, Kunststoff, Holz oder Holzverbundwerkstoff, Werkstücke durch spanende Bearbeitung mit Hilfe eines Fingerfräsers ausschneiden will, ist es üblich, die Platte mit Spannpratzen an dem Maschinentisch festzuspannen.
  • In diesem Zustand können aus der Platte zum Beispiel mit einem Fingerfräser beliebig geformte Werkstücke ausgeschnitten werden. Damit das eigentliche Werkstück von dem Verschnitt, dass heißt dem übrig gebliebenen Rest der Platte getrennt werden kann, muss der Fingerfräser eine geschlossene Bahn abfahren. Dies bedeutet nichts anderes, als das die Verbindung zwischen dem herausgeschnittenen Werkstück und dem Rest der Platte verloren geht. In Folge dessen wird das Werkstück auch nicht mehr durch die Spannpratzen gehalten.
  • Damit das Werkstück dabei nicht beschädigt wird, ist es bekannt, die Kontur des Werkstücks nahezu vollständig mit Hilfe eines Fingerfräsers auszuschneiden und an verschiedenen Stellen Stege stehen zu lassen. Diese Stege dienen dazu, die Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Rest der Platte zu erhalten.
  • In 1 ist beispielhaft und zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems eine Platte 1 in einer Draufsicht dargestellt aus der zwei Werkstücke, nämlich eine kreisrunde Scheibe 3 und ein gleichschenkliges Dreieck 5, mit Hilfe eines Fingerfräsers herausgefräst werden sollen.
  • In dem in 1 dargestellten Stadium der Bearbeitung der Platte 1 sind die Kontur der kreisrunden Scheibe 3 und die Kontur des gleichschenkligen Dreiecks 5 nahezu vollständig fertiggestellt. Die Nuten, welche von einem nicht dargestellten Fingerfräser in die Platte 1 gefräst wurden, um die kreisrunde Scheibe 3 und das gleichschenklige Dreieck 5 aus der Platte 1 auszuschneiden, sind in 1 mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Zwischen den Nuten 7 sind Stege 9 stehen geblieben, die dafür sorgen, dass sich die Werkstücke 3 und 5 nicht relativ zu der Platte 1 bewegen und verschieben können.
  • Die anhand der 1 skizzierte Problematik wird noch verstärkt, wenn man aus Gründen der rationellen Fertigung mehrere Platten 1 übereinander stapelt (nicht dargestellt) und in einer Aufspannung mit dem Fingerfräser aus allen übereinander gestapelten Platten 1 Werkstücke 3 und 5 herausfräsen will. Dann ist sicherzustellen, dass die unten liegenden Platten und die daraus herausgefrästen Werkstücke 3 und 5 nicht durch den Fräser beschädigt werden können.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die nachfolgend als Niederhalter bezeichnet wird, mit welcher es möglich ist, die Stege 9 aus der Platte 1 zu entfernen, ohne dass sich die Werkstücke 3 und 5 relativ zu der Platte 1 verschieben können. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, bei mehreren übereinander gestapelten Platten die übereinander liegenden Stege in einem Arbeitsgang entfernen zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Niederhalter für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine, mit einer Grundplatte, mit einer Niederhalterplatte und mit Mitteln zum Übertragen von Druckkräften von der Grundplatte auf die Niederhalterplatte, wobei die Grundplatte und die Niederhalterplatte jeweils eine Bearbeitungsöffnung aufweisen, und wobei die Niederhalterplatte in einer Ebene, die senkrecht zu den von der Grundplatte auf die Niederhalterplatte übertragenen Druckkräften verläuft, relativ zu der Grundplatte verschiebbar ist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Niederhalters ist es einerseits möglich, über die Grundplatte und die Niederhalterplatte die zu bearbeitenden Platten auf den Maschinentisch zu pressen, indem Druckkräfte von der Grundplatte über die Niederhalterplatte auf die Platten bzw. die Werkstücke aufgebracht werden. Dadurch wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Niederhalter das Fräswerkzeug, welches durch die Bearbeitungsöffnung ragt, allseitig umgibt.
  • In Folge dessen ist gewährleistet, dass sowohl das Werkstück als auch der Rest der zu bearbeitenden Platte in dem Bereich in dem sich der Steg befindet, der gerade entfernt wird, auf den Maschinentisch gepresst und fixiert wird.
  • Bei dem erfindungemäßen Niederhalter ist es jedoch möglich, die Niederhalterplatte relativ zur Grundplatte zu verschieben, so dass gleichzeitig Druckkräfte von der Grundplatte über die Niederhalterplatte in die Platte und die Werkstücke eingeleitet werden können und die erforderlichen Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der Grundplatte ausführt werden können. Dadurch ist es möglich, die Grundplatte an der Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, bevorzugt einer Fräsmaschine, stark zu befestigen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Übertragen von Druckkräften, Kugeln, insbesondere Kugeln aus gehärtetem Stahl, umfassen, wobei die Kugeln bevorzugt in einem Käfig fixiert sind. Mit Hilfe der Kugeln, die handelsübliche Kugellagerkugeln sein können, ist es möglich, einerseits die Druckkräfte von der Grundplatte auf die Niederhalterplatte zu übertragen und trotzdem die Grundplatte relativ zur Niederhalterplatte zu verschieben. Da die Kugeln einen sehr geringen Rollwiderstand haben und außerdem keinen Slipstickeffekt aufweisen, ist diese Art der Kraftübertragung besonders gut für den erfindungsgemäßen Niederhalter geeignet.
  • Um die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Niederhalters zu erhöhen, ist weiter vorgesehen, dass die Mittel zum Übertragen von Druckkräften einen ersten Lagerring umfassen und dass der erste Lagerring in der Grundplatte angeordnet ist. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der erste Lagerring die erste Bearbeitungsöffnung umschließt.
  • Die gleichen Vorteile werden erzielt, wenn die Mittel zum Übertragen von Druckkräften einen zweiten Lagerring umfassen und der zweite Lagerring in der Niederhalterplatte angeordnet ist. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn der zweite Lagerring die Bearbeitungsöffnung umschließt.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl der erste als auch der zweite Lagerring aus einem harten und druckfesten Werkstoff, bevorzugt gehärteten Stahl, hergestellt werden.
  • Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn die Grundplatte mit mindestens einer Linearführung an einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine befestigt ist. Dadurch ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Niederhalter bei Bedarf an der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine festgeschraubt wird und somit der erfindungsgemäße Niederhalter immer automatisch mit dem in der Werkzeugspindel eingespannten Werkzeug mitgeführt wird. Dabei wird keine zusätzliche Antriebsachse für den erfindungsgemäßen Niederhalter benötigt, so dass der erfindungsgemäße Niederhalter auch als Nachrüstteil an bereits vorhandenen Fräsmaschinen eingesetzt werden kann.
  • Die Innendruchmesser und die Außendurchmesser des ersten Lagerrings und des zweiten Lagerrings sind vorteilhafter Weise so gewählt, dass eine gewünschte radiale Verschiebung der Niederhalterplatte relativ zur Grundplatte ermöglicht wird, ohne dass die Kugeln über einen der beiden Lagerringe hinausrollen.
  • Die Linearführung soll eine Relativbewegung zwischen dem Niederhalter und der Werkzeugspindel ermöglichen. Diese Relativbewegung verläuft in der gleichen Richtung in der die Druckkräfte von der Grundplatte über die Niederhalterplatte in die Werkstücke eingeleitet werden. Dies ist, wenn als Werkzeugmaschine eine Fräsmaschine mit einem Fingerfräser eingesetzt wird, die Z-Achse der Werkzeugmaschine. In anderen Worten: Die Linearführung ermöglicht eine Relativbewegung zwischen dem Niederhalter und der Werkzeugspindel in Richtung der Z-Achse.
  • Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft zwischen Grundplatte und Niederhalterplatte vorgesehen sind, und dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft sich einenends mindestens mittelbar an der Werkzeugspindel abstützen, und dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft sich anderenends mindestens mittelbar and der Grundplatte des Niederhalters abstützen.
  • Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die zum Fixieren der Werkstücke auf dem Maschinentisch erforderlichen Druckkräfte aufzubringen.
  • Eine von der Funktion her besonders gute und konstruktiv sehr einfache Lösung besteht darin, dass zwischen der Grundplatte und der Werkzeugspindel eine oder mehrere Druckfedern eingespannt sind, die eine Druckkraft auf die Grundplatte ausüben, sobald die Werkzeugspindel in der Z-Achse auf den Maschinentisch zubewegt wird und die Niederhalterplatte auf der Platte aufliegt. Mit zunehmender Annäherung der Werkzeugspindel an den Maschinentisch und damit auch der Werkstücke steigt die von der Druckfeder auf die Grundplatte ausgeübte Druckkraft. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Druckkraft beginnt, bevor das Fräswerkzeug in die zu bearbeitenden Werkstücke eintaucht. Über den Federweg und die Federrate sowie die Zahl der Druckfedern kann die Druckkraft in weiten Grenzen und auf einfache Weise an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden.
  • Wenn die erfindungsgemäße Linearführung als Zylinderrundführung ausgebildet ist, können die Druckfedern um die Rundführung herum angeordnet werden. Dadurch ergibt sich ein besonders platzsparender und einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Niederhalters.
  • Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, einen aktiven Linearantrieb wie beispielsweise einen oder mehrere pneumatische oder hydraulische Zylinder oder einen Gewindespindelantrieb vorzusehen, wobei sich jeweils ein Ende des Linearantriebs mindestens mittelbar an der Werkzeugspindel abstützt und das andere Ende des Linearantriebs sich gegen die Grundplatte abstützt. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Grundplatte relativ zur Werkzeugspindel aktiv anzuheben oder abzusenken und auch die auf die Werkstücke bzw. die Platte ausgeübte Druckkraft unabhängig von der Position der Werkzeugspindel in Richtung der Z-Achse zu gestalten. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der genannten Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft zwischen Grundplatte und Niederhalterplatte möglich. Grundsätzlich sind alle Linearantriebe zum Einsatz bei einem erfindungsgemäßen Niederhalter geeignet.
  • Um zu gewährleisten, dass die Bearbeitungsöffnung der Niederhalterplatte relativ immer zentriert zu der Bearbeitungsöffnung der Grundplatte ist, sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung Mittel zum Zentrieren der Bearbeitungsöffnung der Grundplatte vorgesehen. Entsprechendes gilt auch für das Zentrieren des Käfigs relativ zur Bearbeitungsöffnung der Grundplatte und/oder der Niederhalterplatte.
  • In beiden Fällen ist es möglich, dass die Mittel zum Zentrieren der Niederhalterplatte und/oder des Käfigs mehrere im wesentlichen radial zu der Bearbeitungsöffnung der Grundplatte angeordneten Druckfedern umfassen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Mittel zum Zentrieren der Niederhalterplatte und/oder des Käfigs einen Federring oder eine Federhülse umfassen, wobei der Federring oder die Federhülse in radialer Richtung federnd ausgebildet sind.
  • Um zu gewährleisten, dass auch bei unebenen Werkstücken, die von dem Niederhalter auf das oder die Werkstücke ausgeübte Druckkraft ausreichend groß ist, sind bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an einer dem Werkstück zugewandten Seite der Niederhalterplatte eine oder mehrere Druckstücke vorgesehen, wobei das oder die Druckstücke in Richtung des Werkstücks über die Niederhalterplatte hinausragen.
  • Besonders bevorzugt sind das oder die Druckstücke federnd an der Niederhalterplatte befestigt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Niederhalterplatte um die Z-Achse relativ zu der Werkzeugspindel drehbar. Dadurch kann gewährleistet werden, dass immer mindestens ein Druckstück auf das Werkstück wirkt und somit das Werkstück sicher gespannt wird, auch wenn die Platte uneben sein sollte.
  • Um diese Relativdrehung zu erreichen, kann alternativ vorgesehen sein., dass die Niederhalterplatte relativ zu der Grundplatte drehbar ist oder, dass die Grundplatte – und mit ihr die Niederhalterplatte – relativ zu der Werkzeugspindel drehbar ist.
  • Das verdrehen der Niederhalterplatte relativ zu der Werkzeugspindel kann automatisiert von der Maschinensteuerung vorgenommen werden, wenn für diese Drehung eine eigene CNC-Achse vorgesehen ist. Dazu sind unter anderem ein Drehantrieb und eine Positionssensor, insbesondere ein Drehwinkelsensor, zur Erfassung der Position der Niederhalterplatte relativ zu der Werkzeugspindel erforderlich.
  • 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 beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 eine Platte mit zwei nahezu vollständig ausgeschnittenen Werkstücken;
  • 2 eine isometrische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederhalters;
  • 3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederhalters;
  • 4 eine Schnittdarstellung des Niederhalters gemäß 3;
  • 5 eine isometrische Darstellung entsprechend der 2, wobei die in dieser Darstellung der Grundplatte aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde und;
  • 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federrings.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben.
  • In 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 11 versehener erfindungsgemäßer Niederhalter in einer Isometrie dargestellt. Eine Werkzeugspindel 13 an welcher der erfindungsgemäße Niederhalter 11 befestigt wird, ist in 2 ebenfalls dargestellt. Da die Werkzeugmaschine an der der erfindungsgemäße Niederhalter 11 befestigt wird, nicht Teil der Erfindung ist, sind wesentliche Teile der Werkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Maschinengestell oder ein Werkstückaufspanntisch nicht dargestellt.
  • Die Werkzeugspindel 13 stellt die Schnittstelle zwischen dem erfindungsgemäßen Niederhalter 11 und der Werkzeugmaschine dar. An dem in 1 unteren Teil der Werkzeugspindel 13 ist eine Werkzeugaufnahme 15 vorgesehen, die sich durch eine Bearbeitungsöffnung 17 einer Grundplatte 19 des Niederhalters 11 erstreckt. Unterhalb der Grundplatte 19 ist ein Gehäuse 21 angeordnet. Das Gehäuse 21 ist mit der Grundplatte 19 verschraubt. An der Oberseite der Grundplatte 19 sind zwei als Rundführungen ausgebildete Linearführungen 23 angeordnet.
  • Die Linearführungen 23 bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel aus je einem Führungselement 25, welches mit der Werkzeugspindel 13 verschraubt ist und einem Führungszylinder 27, der an seinem unteren Ende mit der Grundplatte 19 verbunden ist und durch das zugehörige Führungselement 25 geführt wird. Gleichzeitig erlaubt die Linearführung 23 eine relativ Bewegung der Grundplatte relativ zum Werkzeugspindel 13 in Richtung einer Z-Achse.
  • Zwischen dem Führungselementen 25 und der Grundplatte 19 sind Druckfedern 28 vorgesehen, welche auf den Niederhalter 11 ein in 2 nach unten wirkende Kraft ausüben.
  • Am oberen Ende der Führungszylinder 27 sind Endanschläge 29 vorgesehen, die verhindern, dass die Führungszylinder 27 und mit ihr der erfindungsgemäße Niederhalter 19 nach unten aus den Führungselementen 25 herausgleiten können.
  • In dem Gehäuse 21 ist eine radial angeordnete Druckfeder 31 erkennbar, deren Funktion nachfolgend im Zusammenhang mit den 4 und 5 näher erläutert.
  • In 2 ist eine Z-Achse eingezeichnet. Durch einen Doppelpfeil 32 soll angedeutet werden, dass der Niederhalter 11 um die Z-Achse relativ zu der Werkzeugspindel 13 drehbar ist. Diese Relativdrehung ist bevorzugt als eigene CNC-Achse ausgebildet. Die konstruktive Ausgestaltung diese CNC-Achse ist in 2 nicht dargestellt. Prinzipiell ist es jedoch möglich, entweder die Niederhalterplatte 31 relativ zu der drehfest mit der Werkzeugspindel 13 verbundenen Grundplatte 19 zu verdrehen oder den erfindungsgemäßen Niederhalter 11 relativ zu der Werkzeugspindel 13 zu verdrehen
  • In 3 ist das Ausführungsbeispiel gemäß 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich 2 Gesagte entsprechend. In 3 ist deutlich zu erkennen, dass die Führungselemente 25 mit der Werkzeugspindel 13 verbunden sind. In der Regel werden die Führungselemente 25 durch Schrauben (nicht dargestellt) an der Werkzeugspindel 13 befestigt. Bevorzugt ist auf jeden Fall eine lösbare Verbindung zwischen Führungselementen 25 und der Werkzeugspindel 13.
  • In 3 sind die radial angeordneten Federelemente 31 gut zu erkennen, die teilweise aus dem Gehäuse 21 herausragen. Aufbau und Funktion der Federelemente 31 werden nachfolgend im Zusammenhang mit 5 im Detail erläutert.
  • Unterhalb des Gehäuses 21 sind mehrere Platten 1 auf einem Werkstückaufspanntisch 33 übereinander gestapelt angeordnet. Diese Platten 1 werden durch die von den Druckfedern 28 auf den Niederhalter 11 ausgeübte Druckkraft gegen den Werkstückaufspanntisch 33 gepresst und dadurch festgespannt und fixiert. In diesem festgespannten Zustand der Platten 1 können die Stege 9 (siehe 1) mit einem Fingerfräser 35 entfernt werden.
  • Der Fingerfräser 35 ist in die Werkzeugaufnahme 15 eingespannt und taucht in die drei Platten 1 ein. Selbstverständlich berührt er den Werkzeugaufspanntisch 33 nicht. Falls erforderlich, kann zwischen der untersten Platte 1 und dem Werkstückaufspanntisch 33 eine Kunststoff- oder Holzplatte vorgesehen werden, die dazu dient, den Werkstückaufspanntisch 33 zu schonen und andererseits sicherzustellen, dass der Fingerfräser 35 durch alle Platten 1 hindurchtaucht. Diese zusätzliche Platte ist in 3 nicht dargestellt.
  • Der Werkstückaufspanntisch 33 ist durch eine Bahnsteuerung der Werkzeugmaschine in der X-Y-Ebene verfahrbar. Durch Verfahren des Werkstückaufspanntisches 33 in der X-Y-Ebene können die Stege 9 (siehe 1) in den Platten 1 unabhängig von deren Ausrichtung entfernt werden.
  • Wie aus 3 ersichtlicht, liegt das Gehäuse 21 nicht auf den Platten 1 auf. Vielmehr ist zwischen der Grundplatte 19 und den Platten 1 noch eine Niederhalteplatte 37 angeordnet, welche von dem Gehäuse 21 weitestgehend umschlossen wird. Deshalb ist in 3 nur ein kleiner Teil der Niederhalterplatte 37 sichtbar.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der den Platten 1 zugewandten Seite der Niederhalterplatte 37 ein Druckstück 38 vorgesehen, welches über die Niederhalterplatte 37 hinausragt. Dieses Druckstück 38 wird durch Verdrehen der Niederhalterplatte 37 relativ zu der Werkzeugspindel 13 so positioniert, dass es auf dem Werkstück und nicht auf dem Verschnitt der Platte 1 aufliegt.
  • Die von den Druckfedern 28 in den Niederhalter 11 eingeleiteten und in Richtung der Z-Achse gerichteten Druckkräfte werden über die Niederhalterplatte 37 und – falls vorhanden – das Druckstück 38 auf die Platten 1 und den Werkstückaufspanntisch 33 übertragen. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Platten 1 in unmittelbarer Nähe des Fingerfräsers 35 einerseits zusammengepresst und andererseits gegen den Werkstückaufspanntisch 33 gepresst werden.
  • Durch das Druckstück 38 wird gewährleistet, dass selbst bei unebenen Platten 1 immer eine definierte Druckkraft auf das Werkstück ausgeübt wird. Wenn die Platten 1 ausreichend eben sind, kann auf das Druckstück 38 verzichtet werden.
  • Um die Stege 9 (siehe 1) mit Hilfe des Fingerfräsers 35 zu entfernen, muss eine Relativbewegung zwischen den Platten 1 und dem Werkstückaufspanntisch 33 einerseits und der Werkzeugspindel 13 beziehungsweise dem Fingerfräser 35 andererseits stattfinden. Dabei ist es unerheblich, ob die Bewegung von der Werkzeugspindel 13 oder vom Werkstückaufspanntisch 33 ausgeführt wird.
  • Die Grundplatte 19 des Niederhalters 11 ist in Richtung der X-Y-Ebene durch die Linearführung 23 starr mit der Werkzeugspindel 13 verbunden. In dem in 3 dargestellten Zustand ist die Niederhalterplatte 37 kraftschlüssig mit den Platten 1 und dem Werkstückaufspanntisch 33 verbunden.
  • Um die o. g. Relativbewegung zwischen den Platten 1 und dem Fingerfräser 35 zu ermöglich, ist zwischen der Grundplatte 19 und der Niederhalterplatte 37 ebenfalls ein Freiheitsgrad in Richtung der X-Y-Ebene vorhanden. Die konstruktive Ausgestaltung dieses Freiheitsgrades ist in 4 erläutert.
  • In der 4 ist die Ansicht gemäß 3 geschnitten und vergrößert dargestellt. Auch hier gilt: gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich der vorangegangenen Figuren entsprechend. Das Druckstück 38 (siege 3) ist bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht vorhanden.
  • In 4 sind die Platten 1 und der Werkstückaufspanntisch 33 nicht dargestellt.
  • Aus 4 wird deutlich, dass das Gehäuse 21 die Niederhalterplatte 37 an ihrem Außendurchmesser umschließt und in Richtung der Z-Achse gegen herunterfallen sichert. Gleichzeitig ist zwischen dem Gehäuse 21 und der Niederhalterplatte 37 in radialer Richtung ein Abstand vorhanden, so dass die Niederhalterplatte 37 in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse 21 und zur Grundplatte 19 verschiebbar ist. Die radiale Verschiebung der Niederhalterplatte 37 wird durch einen Abstand a zwischen der Niederhalterplatte 37 und dem Gehäuse 21 begrenzt.
  • Die von den Druckfedern 28 in die Grundplatte 19 eingeleiteten Kräfte werden entlang der gestrichelten Linien 39 durch die Grundplatte 19 hindurch in die Niederhalterplatte 37 eingeleitet. In der Niederhalterplatte 37 ist eine Bearbeitungsöffnung 41 vorgesehen, die konzentrisch zur Bearbeitungsöffnung 17 in der Grundplatte 19 angeordnet ist. Durch die Bearbeitungsöffnungen 17 und 41 kann der Fingerfräser 35 in die Werkstücke (nicht dargestellt in 4) eintauchen, wie dies in 3 dargestellt ist.
  • In der Grundplatte 19 ist konzentrisch zu der Bearbeitungsöffnung 17 ein erster Lagerring 41 angeordnet. Dieser erste Lagerring umschließt die Bearbeitungsöffnung 17 vollständig und besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl.
  • In der Niederhalterplatte 37 ist ein zweiter Lagerring 45 konzentrisch zur Bearbeitungsöffnung 41 angeordnet. Sowohl der erste Lagerring 42 als auch der zweite Lagerring 45 sind in Ringnuten (ohne Bezugszeichen) der Grundplatte 19 beziehungsweise der Niederhalterplatte 37 teilweise eingelassen. Zwischen dem ersten Lagerring 43 und dem zweiten Lagerring 45 sind mehrere Kugeln 47 angeordnet. Diese Kugeln 47 sind herkömmliche Kugellagerkugeln und übertragen die Druckkraft von dem ersten Lagerring 43 auf den zweiten Lagerring 47 der Niederhalterplatte 37.
  • Damit die Kugeln 47 immer in einer definierten Position sind, sind sie von einem Käfig 49 gehalten. Der Käfig 49 und die Kugeln 47 können Teil eines handelsüblichen Axialkugellagers sein.
  • Das durch den ersten Lagerring 43, die Kugeln 47 mit ihrem Käfig 49 und dem zweiten Lagerring 45 gebildete Axiallager weist gegenüber handelsüblichen Axiallagern die Besonderheit auf, dass der erste Lagerring 43 und der zweite Lagerring 45 in Richtung der X-Y-Ebene zueinander verschiebbar sind. Da das Gehäuse 21 die Niederhalteplatte 37 nur fixiert, nicht aber klemmt, kann während des Fräsvorgangs einerseits die Druckkraft von den Druckfedern 28 über das Axiallager 43, 45 und 47 auf die Niederhalterplatte 37 und damit auch auf die Werkstücke übertragen werden. Dabei bewegt sich die Niederhalterplatte 37 relativ zu den Werkstücken 1 (siehe 3) nicht, obwohl sich der Fingerfräser 35 und mit ihm die Grundplatte 19 relativ zu den Platten 1 bewegen.
  • Sobald die Werkzeugspindel 13 wieder nach oben bewegt wird und somit der Fingerfräser 35 aus den Werkstücken austaucht, entspannen sich die Druckfedern 28 und die Führungszylinder 27, und die Endanschläge 29 der Führungszylinder 27 kommen in Anlage an die Führungselemente 25.
  • In dieser Position verschwindet der Fingerfräser 35 in der Niederhalterplatte 37 und es finden keine Bearbeitung der Werkstücke mehr statt. Die Niederhalterplatte 37 hat in diesem Zustand keinen Kontakt mehr zu den Werkstücken 1.
  • Damit in diesem Zustand gewährleistet ist, dass der Käfig 49 und mit ihm die Kugeln 57 konzentrisch zu der Niederhalterplatte 37 beziehungsweise der Bearbeitungsbohrung 41 der Niederhalterplatte 37 sind, sind in einem ersten Ringraum 51 Federelemente (nicht dargestellt) vorgesehen, welche den Käfig 49 in der Niederhalterplatte 37 zentrieren. Des weiteren sind in einem zweiten Ringraum 53 ebenfalls nicht dargestellte Federelemente vorgesehen, welche die Niederhalterplatte 37 relativ zum Gehäuse 21 zentrieren und damit auch zur Bearbeitungsbohrung 17 der Grundplatte 19 zentrieren.
  • In 5 ist der erfindungsgemäße Niederhalter 11 in. einer isometrischen Darstellung ohne die Grundplatte 19 dargestellt. In dieser Ansicht sind der erste Ringraum 51 und der zweite Ringraum 53 gut zu erkennen. Des weiteren ist zu erkennen, dass in dem ersten Ringraum 51 mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Federelemente 55 vorgesehen sind, die sich einenends gegen die Niederhalteplatte 37 und anderenends gegen den Käfig 47 abstützen. Dadurch ist gewährleistet, dass der Käfig 49 relativ zu der Niederhalterplatte 37 zentriert wird, wenn der erfindungsgemäße Niederhalter 11 nicht gegen ein Werkstück gepresst wird.
  • Eine ähnliche Konstruktion findet sich in dem zweiten Ringraum 52. In diesen ragen die bereits aus der 2 bekannten Federelemente 31, wie aus 5 ersichtlich, und zentrieren die Niederhalterplatte 37 relativ zum Gehäuse 21.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Federelemente 55 und 31 beschränkt. Es wäre alternativ auch denkbar, in den ersten Ringraum 51 und/oder in den zweiten Federraum 53 einen Federring 57 einzulegen, wie. er in 6 dargestellt ist. Dieser Federring kann aus Federdraht oder aus einem Streifen von Federstahl gebogen werden.
  • Selbstverständlich kann auch noch andere Geometrie eingesetzt werden, wichtig ist, dass der Federring 57 den Käfig 47 relativ zur Niederhalterplatte 37 zentriert beziehungsweise die Niederhalterplatte 37 relativ zum Gehäuse 21 zentriert.
  • Alternativ ist es auch möglich, und in 6 durch gestrichelte Linien angedeutet, mehrere Zylinder oder Federelemente 31 radial im Gehäuse 21 anzuordnen, wobei die Federelemente 31 die Niederhalterplatte 37 zentrieren.

Claims (25)

  1. Niederhalter für eine Werkzeugmaschine, mit einer Grundplatte (19), mit einer Niederhalterplatte (37), und mit Mitteln zum Übertragen von Druckkräften (47, 43, 45) von der Grundplatte (19) auf die Niederhalterplatte (37), wobei die Grundplatte (19) und die Niederhalterplatte (37) eine Bearbeitungsöffnung (17, 41) aufweisen, wobei die Niederhalterplatte (37) in einer Ebene (X-Y-Ebene), die senkrecht zu der Hauptrichtung (X-Achse) der von der Grundplatte (19) auf die Niederhalterplatte (37) übertragenen Druckkräften verläuft, relativ zu der Grundplatte (19) verschiebbar ist.
  2. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen von Druckkräften Kugeln (47), insbesondere Kugeln aus gehärtetem Stahl, umfassen.
  3. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (47) in einem Käfig (49) fixiert sind.
  4. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen von Druckkräften einen ersten Lagerring (43) umfassen, und dass der erste Lagerring (43) in der Grundplatte (19) angeordnet ist.
  5. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (43) die Bearbeitungsöffnung (17) umschließt.
  6. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen von Druckkräften einen zweiten Lagerring (45) umfassen, und dass der zweite Lagerring (45) in der Niederhalterplatte (37) angeordnet ist.
  7. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (45) die Bearbeitungsöffnung (41) umschließt.
  8. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalterplatte (37) an der Grundplatte (19) verschiebbar befestigt ist.
  9. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (19) mit mindestens einer Linearführung (27, 25) an einer Werkzeugspindel (13) einer Werkzeugmaschine befestigt ist.
  10. Niederhalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (27, 25) eine Relativbewegung zwischen dem Niederhalter (11) und der Werkzeugspindel (13) ermöglicht.
  11. Niederhalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft (28) zwischen Grundplatte (19) und Niederhalterplatte (37) vorgesehen sind, dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft (28) sich einenends mindestens mittelbar an der Werkzeugspindel (13) abstützen, und dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft (28) sich anderenends mindestens mittelbar an der Grundplatte (19) des Niederhalters (11) abstützen.
  12. Niederhalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft zwischen Grundplatte (19) und Niederhalterplatte (37) mindestens eine Druckfeder (28) umfassen.
  13. Niederhalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckkraft zwischen Grundplatte (19) und Niederhalterplatte (37) mindestens einen Linearantrieb, insbesondere einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder oder einen Gewindespindelantrieb, umfassen.
  14. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Zentrieren (55, 31) der Bearbeitungsöffnung (41) der Niederhalterplatte (37) relativ zu der Bearbeitungsöffnung (17) der Grundplatte (19) vorgesehen sind.
  15. Niederhalter nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Zentrieren (55, 57) des Käfigs (49) relativ zu der Bearbeitungsöffnung (17, 41) der Grundplatte (19) und/oder der Niederhalterplatte (37) vorgesehen sind.
  16. Niederhalter nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zentrieren der Niederhalterplatte (19) und/oder des Käfigs (49) mehrere im Wesentlichen radial zu der Bearbeitungsöffnung (17) der Grundplatte (19) angeordnete Druckfedern (55) umfassen.
  17. Niederhalter nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zentrieren der Niederhalterplatte (37) und/oder des Käfigs (49) einen Federring (57) umfassen, wobei der Federring (57) in radialer Richtung federnd ausgebildet ist.
  18. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Werkstück (19 zugewandten Seite der Niederhalterplatte (37) eine oder mehrere Druckstücke (38) vorgesehen sind, und dass das oder die Druckstücke (38) in Richtung des Werkstücks (1) über die Niederhalterplatte (37) hinausragen.
  19. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Druckstücke (38) federnd an der Niederhalterplatte (37) befestigt sind.
  20. Niederhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalterplatte (37) um die Z-Achse relativ zu der Werkzeugspindel (13) drehbar ist.
  21. Niederhalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalterplatte (37) relativ zu der Grundplatte (19) um die Z-Achse drehbar ist.
  22. Niederhalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (19) um die Z-Achse relativ zu der Werkzeugspindel (13) drehbar ist.
  23. Niederhalter nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb zum Drehen der Niederhalterplatte (37) relativ zu der Werkzeugspindel (13) vorgesehen ist.
  24. Niederhalter nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor, insbesondere ein Drehwinkelsensor, zur Erfassung der Position der Niederhalterplatte (37) relativ zu der Werkzeugspindel (13) vorgesehen ist.
  25. Niederhalter nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb und der Sensor Teil einer CNC-Achse sind, und dass die CNC-Achse von einer Steuerung der Werkzeugmaschine angesteuert wird.
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