DE102009015272B4

DE102009015272B4 - Verfahren zum Positionieren von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE102009015272B4
Application number: DE200910015272
Authority: DE
Inventors: Jochen Staudenmayer
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: DE102009015272A1

Abstract

Verfahren zum Positionieren von Werkstücken (2) in einer Werkzeugmaschine (1) mit einem Maschinenkoordinatensystem, mit einer Messeinrichtung (3), mit einer Zuführeinrichtung (4), mit einer Positioniereinrichtung (5) und mit einer Planspannvorrichtung (6) mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Selbsttätiges Zuführen eines Werkstückes (2) in den Wirkbereich der Planspannvorrichtung (6) durch die Zuführeinrichtung (4)
b) Zentrieren des Werkstücks (2) mit der Positioniereinrichtung (5)
c) Aufnehmen und Fixieren des Werkstückes (2) in der Planspannvorrichtung (6)
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
d) Abtasten mindestens eines Bezugspunktes des Werkstückes (2) durch die Messeinrichtung (3)
e) Ermitteln von Lageabweichungen des Werkstücks (2) relativ zu einem Referenzpunkt durch Vergleich der ermittelten Messwerte mit vorbestimmten Sollwerten
f) Ablegen des Werkstücks (2) in der Positioniereinrichtung (5)
g) Korrektur der Lageabweichungen durch Bewegen der Planspannvorrichtung (6) und der Positioniereinrichtung (5) relativ zueinander
h) Aufnehmen und Fixieren des Werkstückes (2) in der Planspannvorrichtung (6)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Positionieren von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Nichtrotationsförmige oder verformungsempfindliche Werkstücke werden zur Bearbeitung in Werkzeugmaschinen häufig in sogenannten Planspannfuttern fixiert. Sie werden dabei mit Spannfingern gegen eine plane Fläche gepresst. Das Zentrieren der Werkstücke innerhalb der Planspannvorrichtung ist meist sehr aufwändig, besonders dann, wenn die für die Zentrierung maßgeblichen Referenzflächen am Werkstück bearbeitet werden sollen. Aus der DE 103 35 294 A1 ist ein Planspannfutter für dünne ringförmige Teile mit pneumatischer Zentrierung bekannt. Dabei wird ein scheibenförmiges Zentrierteil im Innern einer Werkstückbohrung angeordnet. Zur Zentrierung wird Druckluft in den Ringspalt zwischen Werkstück und Zentrierteil geblasen. Gleichzeitig wird das Werkstück kraftschlüssig gespannt. Das Zentrierteil ist axial beweglich und muss zur Innenbearbeitung zurückgezogen werden. Seine Dimensionierung muss außerdem an die Werkstückform angepasst werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zentrierung von Werkstücken in Planspannfuttern anzugeben. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, nach dem Spannen die Position der Werkstücke in der Planspannvorrichtung mit einer Messeinrichtung zu kontrollieren und bei Bedarf zu korrigieren. Falls die Messeinrichtung eine nicht tolerierbare Lageabweichung erkennt, wird das Werkstück wieder abgelegt und die Lageabweichungen durch Bewegen der Planspannvorrichtung und der Positioniereinrichtung relativ zueinander korrigiert. Sodann wird das Werkstück erneut von der Planspannvorrichtung aufgenommen. Dieses Verfahren ermöglicht eine besonders hohe Fertigungsqualität, da Maßabweichungen bei Chargenwechsel oder als Folge von Temperaturschwankungen kompensiert werden können. In der Serienfertigung können die Messzyklen variabel programmiert werden, beispielsweise abhängig von der Dauer eines Maschinenstillstands. Ebenso kann festgelegt werden, dass lediglich bei einer gewünschten Anzahl von Werkstücken Messungen erfolgen oder bei störungsfreiem Produktionsverlauf die Messungen ganz unterbleiben. Bei der Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens sind die Werkstücke auf Paletten montiert und werden mit Hilfe eines Laders in eine Zentrierposition gebracht und dort zentriert. Als Zentriervorrichtung ist ein Nullpunkt-Spannsystem mit Einzugsring und Spannbolzen vorgesehen. Der Einzugsring ist am Maschinengestell in Richtung der Y-Achse gesteuert verfahrbar und die Paletten sind mit Spannbolzen versehen.
Bei der Zentrierung wird der Einzugsring angehoben, bis er den Spannbolzen umfasst und gleichzeitig auch die Palette mit dem Werkstück anhebt, so dass keine Verbindung zwischen Lader und Palette besteht. Dadurch ist das Werkstück in Richtung der X-, Y-Achsen des Maschinenkoordinatensystem zentriert. Zusätzlich ist auch seine Höhenposition in Richtung der Z-Achse zur hochpräzisen Übergabe an das Planspannfutter festgelegt. Durch Verfahren des Planspannfutters in Richtung der X-Achse und Verfahren der Positioniereinrichtung in Richtung der Y-Achse sind beliebige Lageabweichungen innerhalb der X-Y-Ebene kompensierbar. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine Werkzeugmaschine in der Vorderansicht, teilweise im Schnitt
2 Die Werkzeugmaschine nach 1 in der Seitenansicht
1 zeigt eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung. Nicht erfindungswesentliche Details der Werkstückzuführung, der Steuerung und des Gehäuses sind nicht dargestellt. Das Maschinengestell 12 trägt an der Oberseite Führungen 13 für den Schlitten 14. An diesem ist der Werkstückträger 15 vertikal beweglich geführt. An der Unterseite des Werkstückträgers 15 ist das Planspannfutter 6 mit den Spannfingern 16 zur Aufnahme von Werkstücken 2 angeordnet. Die unbearbeiteten Werkstücke 2 sind in der Bereitstellposition 7 auf Paletten 11 dargestellt. Die Zuführeinrichtung 4 ist als Förderband ausgeführt und transportiert die Werkstücke 2 in die Zentrierposition 8. Sie werden dort von der Positioniereinrichtung 5 zentriert. Die Zentrierung erfolgt mit einem sogenannten Nullpunktspannsystem. Der dazugehörige Einzugsring 9 ist über einen Konsolschlitten 17 am Maschinengestell 12 über einen Kugelrollspindelantrieb 19 in vertikaler Richtung auf Schienen 18 verfahrbar. Bei der Zentrierung wird der Einzugsring 9 angehoben, so dass er den Spannbolzen 10 an der Palette 11 umfasst. Mit dem Fixieren der Palette 11 im Einzugsring 9 wird das Werkstück 2 exakt positioniert und kann von der Planspannvorrichtung 6 aufgenommen werden. Sodann bewegt sich der Schlitten 14 mit dem Werkstückträger 15 zur Messeinrichtung 3 (Siehe 2). Dort wird die Position des Werkstücks 2 innerhalb der Planspannvorrichtung 6 überprüft. Falls die Messeinrichtung 3 eine nicht tolerierbare Lageabweichung erkennt, wird das Werkstück 2 wieder auf der Palette 5 abgelegt und die Lageabweichungen werden durch Bewegen der Planspannvorrichtung 6 in Richtung der X-Achse und Bewegen der Positioniereinrichtung 5 in Richtung der Y-Achse korrigiert. Dazu ist der Einzugsring 9 auf dem Konsolschlitten 17 über den Stellantrieb 20 in Y-Richtung verfahrbar. Nach dieser Positionskorrektur wird das Werkstück 2 erneut in der Planspannvorrichtung 6 aufgenommen. Bei Bedarf können der Mess- und Positioniervorgang mehrmals wiederholt werden, bis die verbleibenden Lageabweichungen innerhalb vorbestimmter Toleranzen liegen. Nach erfolgter Bearbeitung werden die Werkstücke 2' auf die Zuführeinrichtung 4 abgelegt. 2 zeigt die Werkzeugmaschine 1 in der Seitenansicht. Diese Ansicht zeigt die Planspannvorrichtung 6 im geschlossenen Zustand. Dabei wird das Werkstück 2 von den Spannfingern 16 kraftschlüssig gehalten. Auf der linken Seite ist ein Werkzeugträger 21 mit Werkzeugen 22 ortsfest am Maschinengestell 12 angeordnet. Mit den Werkzeugen 22 werden die Werkstücke 2 durch Drehen, Fräsen, Schleifen, Bohren usw. bearbeitet.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
2 2': Werkstück
3: Messeinrichtung
4: Zuführeinrichtung
5: Positioniereinrichtung
6: Planspannvorrichtung
7: Bereitstellposition
8: Zentrierposition
9: Einzugsring
10: Spannbolzen
11: Palette
12: Maschinengestell
13: Führungen
14: Schlitten
15: Werkstückträger
16: Spannfinger
17: Konsolschlitten
18: Schienen
19: Kugelrollspindelantrieb
20: Stellantrieb
21: Werkzeugträger
22: Werkzeuge

Claims

Verfahren zum Positionieren von Werkstücken (2) in einer Werkzeugmaschine (1) mit einem Maschinenkoordinatensystem, mit einer Messeinrichtung (3), mit einer Zuführeinrichtung (4), mit einer Positioniereinrichtung (5) und mit einer Planspannvorrichtung (6) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Selbsttätiges Zuführen eines Werkstückes (2) in den Wirkbereich der Planspannvorrichtung (6) durch die Zuführeinrichtung (4) b) Zentrieren des Werkstücks (2) mit der Positioniereinrichtung (5) c) Aufnehmen und Fixieren des Werkstückes (2) in der Planspannvorrichtung (6) gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: d) Abtasten mindestens eines Bezugspunktes des Werkstückes (2) durch die Messeinrichtung (3) e) Ermitteln von Lageabweichungen des Werkstücks (2) relativ zu einem Referenzpunkt durch Vergleich der ermittelten Messwerte mit vorbestimmten Sollwerten f) Ablegen des Werkstücks (2) in der Positioniereinrichtung (5) g) Korrektur der Lageabweichungen durch Bewegen der Planspannvorrichtung (6) und der Positioniereinrichtung (5) relativ zueinander h) Aufnehmen und Fixieren des Werkstückes (2) in der Planspannvorrichtung (6)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte g) und h) wiederholt werden, bis die Lageabweichungen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt e) die Lageabweichungen in Richtung der X- Achse und der Y-Achse des Maschinenkoordinatensystems ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt g) die Planspannvorrichtung (6) in Richtung der X-Achse und die Positioniereinrichtung (5) zusammen mit dem Werkstück (2) in Richtung der Y-Achse bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer hängend angeordneten Planspannvorrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Werkstück (2) unterhalb der Planspannvorrichtung (6) angeordnet wird.
Werkzeugmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Maschinenkoordinatensystem, mit einer Messeinrichtung (3), mit einer Zuführeinrichtung (4) und mit einer Planspannvorrichtung (6), wobei die Zuführeinrichtung (4) die Werkstücke (2) aus einer Bereitstellposition (7) in eine Zentrierposition (8) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniereinrichtung (5) zum Zentrieren der Werkstücke (2) relativ zu einem Referenzpunkt vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (5) am Maschinengestell in Richtung der Y-Achse gesteuert beweglich geführt ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach dem Spannen des Werkstücks (2) in der Planspannvorrichtung (6) die Werkstückposition relativ zu einem Referenzpunkt überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Lageabweichungen eine Messeinrichtung (3) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (5) als Nullpunkt-Spannsystem mit einem Einzugsring (9) und einem Spannbolzen (10) ausgeführt ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 9, wobei die Werkstücke (2) auf Paletten (11) transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Paletten (11) jeweils einen Spannbolzen (10) aufweisen und dass der Einzugsring (9) am Maschinengestell in Richtung der Y-Achse gesteuert beweglich geführt ist.