DE102010000579A1

DE102010000579A1 - Werkstückaufnahme zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Werkstücks

Info

Publication number: DE102010000579A1
Application number: DE102010000579A
Authority: DE
Inventors: Helmut Fuchs
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: US20110221144A1; DE102010000579B4; US8960687B2; JP5650010B2; JP2011177885A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkstückaufnahme (10) zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Werkstückaufnahme (10) als ein Ringkörper (12) mit einer zentralen Durchgangsbohrung (14) ausgebildet ist und der Ringkörper (12) mindestens einen durch eine Materialabtragung bedingten Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54, 56) sowie mindestens eine dem Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54, 56) zugeordnete, mit einem Druckfluid beaufschlagbare Druckkammer (22; 42, 44; 58, 60) aufweist Hierbei ist der mindestens eine Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54,56) derart dimensioniert und angeordnet sind, das der Ringkörper (12) in axiale und/oder radiale Richtung (a, r) elastisch verformbar ist, so dass bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer (22; 42, 44; 58, 60) der Ringkörper (12) gezielt in axiale und/oder radiale Richtung (a, r) elastisch verformbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückaufnahme zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Werkstücks gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Art.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Werkzeuge, wie z. B. Bohrer, Fräser oder Schneidmeißel, mit Hilfe sogenannter Werkzeugkorrektursysteme fein zu verstellen, um Bearbeitungstoleranzen, Verschleiß der Werkzeuge oder auch Temperatureinflüsse zu kompensieren. Mittels der bekannten Werkzeugkorrektursystemen kann ein Werkzeug mit einer Genauigkeit bis hinab in den Mikrometerbereich beispielsweise relativ zur Drehachse gekippt oder in anderer Weise fein verstellt werden. Hinsichtlich des Standes der Technik derartiger Werkzeugkorrektursysteme zur Feinverstellung eines Werkzeugs wird auf die DE 400 025 C2 , DE 42 18 46 C2 und DE 196 11 708 C2 verwiesen. Die bekannten Werkzeugkorrektursysteme ermöglichen lediglich die Verstellung des Werkzeugs. D. h. eine Verstellung des Werkstückes im Mikrometerbereich zur Kompensation von Fertigungstoleranzen sowie des Verschleißes der Werkzeuge oder zur Kompensation von temperaturbedingten Schwankungen ist mit den aus dem Stand bekannten Werkzeugkorrektursystemen nicht möglich.
Auch werden heute bei der Bearbeitung von Werkstücken in mehreren Bearbeitungsschritten neuere Konzepte betreffend Fertigungsmodule eingesetzt, wie dies z. B. in DE 20 2004 015 097 U1 offenbart ist. Diese neuen Werkzeugmaschinen weisen eine Vielzahl feststehender und unterschiedlich positionierter Werkzeugspindel und anderer Werkzeuge auf, welche beispielsweise an einem U-förmigen Rahmen angeordnet sind. Des Weiteren ist ein mehrachsig verfahrbarer Werkstückträger vorgesehen, der das Werkstück von einem Werkzeug zum nächsten verfährt. Bei diesem neuartigen Konzept der Fertigungsmodule wird nunmehr das Werkstück bzw. der Werkstückträger oder die Werkstückaufnahme verfahren, während die Werkzeuge stationär angeordnet sind. In solchen Fertigungsmodulen müssten somit die bekannten Werkzeugkorrektursysteme in hoher Zahl entsprechend der Anzahl der vorhandenen Werkzeuge eingesetzt werden. Dies ist nachteilig im Hinblick auf die Kosten wie auch im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkstückaufnahme zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücks zur Verfügung zu stellen, mit der die Position des Werkstücks äußerst fein im Mikrometerbereich korrigierbar ist, um Bearbeitungstoleranzen, wie Fertigungstoleranzen, Verschleiß und temperaturbedingte Schwankungen zu korrigieren oder zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Nach der Erfindung ist die Werkstückaufnahme zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücks als ein Ringkörper mit einer zentralen Durchgangsbohrung ausgebildet. Hierbei weist der Ringkörper mindestens einen durch eine Materialabtragung bedingten Schwächungsbereich sowie mindestens eine dem Schwächungsbereich zugeordnete, mit einem Druckfluid beaufschlagbare Druckkammer auf. Der mindestens eine Schwächungsbereich ist dabei so dimensioniert und angeordnet, dass der Ringkörper in axiale und/oder radiale Richtung elastisch verformbar ist, Dem Schwächungsbereich zugeordnete Druckkammer bedeutet, dass die Druckkammer in Bezug auf den Schwächungsbereich derart angeordnet ist, dass bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer der Ringkörper gezielt in axialer und/oder radialer Richtung elastisch verformbar ist. D. h. der das Werkstück haltende Ringkörper weist definiert geschwächte Bereiche auf, welche letztendlich als Feder wirken und dem an sich steifen Ringkörper eine gewisse Elastizität verleihen. Durch die spezielle Positionierung und Anordnung der geschwächten Bereiche sowie steifen Bereiche des Ringkörpers können gezielt vorgegebene Stellrichtungen des Ringkörpers eingestellt werden, in die sich der Ringkörper und damit das Werkstück bei Druckbeaufschlagung elastisch verstellt.
Mit der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme ist erstmals eine Werkstückaufnahme zur Verfügung gestellt, die, je nach Anordnung und Ausbildung der Schwächungsbereiche sowie der zugeordneten Druckkammer(n), eine Verstellung des Werkstücks einachsig in Axialrichtung oder auch zweiachsig in Axial- sowie einer Radialrichtung oder auch dreiachsig in Axial- sowie zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Radialrichtungen ermöglicht. Auch ist es möglich, durch eine asymmetrische Ausbildung der Schwächungsbereiche eine Kipp- oder Schwenkbewegung des Ringkörpers zu bewirken.
Somit können mit der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme in vorteilhafter Weise Schneidenverschleiß, Toleranz der Werkzeugvoreinstellung, Wendeplattentoleranz, Temperaturgang und Höhenversatz in der Werkstückaufnahme ausgeglichen werden. D. h. der für die Maßhaltigkeit in der automatisierten Fertigung erforderliche Ausgleich von Störgrößen während der Bearbeitung ist mit der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme besteht darin, dass bei gleichbleibend optimaler Fertigungsqualität die Stillstands- und Rüstzeiten der Bearbeitungsmaschine verkürzt und die Fertigungskosten gesenkt werden können. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Werkstückaufnahme in der Serienproduktion eingesetzt, wenn eine exakte Feinverstellung im Mikrometerbereich erforderlich ist.
Lediglich der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass der mindestens eine bzw. die Schwächungsbereich(e) so zu dimensionieren ist/sind, dass der Ringkörper eine ausreichende Steifigkeit aufweist, um das Werkstück während der Bearbeitung definiert und lagegenau zu positionieren. D. h., der mindestens eine bzw. die Schwächungsbereich(e) des Ringkörpers ist/sind so zu dimensionieren, dass sie unter Einwirkung von Kräften, welche bei der normalen Bearbeitung des Werkstückes durch die Werkzeuge auftreten, nicht zu einer Verformung des Ringkörpers führen dürfen. Das bedeutet jedoch andererseits, dass die Kräfte mit denen der Ringkörper definiert elastisch zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen verstellt werden soll, größer, insbesondere erheblich größer sein müssen, als die aufgrund der Bearbeitung des Werkstückes einwirkenden Kräfte. Hieraus erklärt sich, dass der aufzunehmende hydraulische Steuerdruck zur definierten gezielten Feinverstellung des Körpers beziehungsweise des Werkstückhalters durchaus Werte im Bereich von 100 bis 300 bar annehmen kann.
Wie bereits ausgeführt, weist der Ringkörper eine Durchgangsbohrung zur Befestigung der Werkstücke bzw. für die Aufnahme eines Werkzeugspannsystems auf. Vorzugsweise ist hierfür in die zentrale Durchgangsbohrung eine Hülse eingebracht, die mittels Befestigungsmittel am Ringkörper lösbar befestigt ist. Durch die Hülse kann beispielsweise ein Anzugsbolzen hindurchgeführt werden, um das Werkstück an der Werkzeugaufnahme zu befestigen. Zudem kann ein Werkstückspannsystem schwimmend am Ringkörper befestigt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist der Ringkörper in seiner äußeren Umfangsfläche zwei Schwächungsbereiche auf, nämlich eine erste Ausnehmung und eine hiervon in axiale Richtung beabstandet angeordnete zweite Ausnehmung. Die beiden Ausnehmungen sind dabei ringförmig umlaufend, nutartig radial nach innen ausgerichtet ausgebildet. Den beiden nutartigen Ausnehmungen ist eine Druckkammer zugeordnet, die in axiale Richtung betrachtet, zwischen der ersten und zweiten nutartigen Ausnehmung angeordnet ist. Entsprechend zu der ersten und zweiten Ausnehmung ist auch die Druckkammer als eine ringförmig umlaufende, nutartige Ausnehmung ausgebildet. Im Gegensatz zu der ersten und zweiten Ausnehmung ist die Druckkammer bzw. die dritte Ausnehmung jedoch ausgehend von der Durchgangsbohrung nutartig radial nach außen ausgerichtet. Zudem ist die Druckkammer bzw. die dritte Ausnehmung zur Durchgangsbohrung hin fluiddicht geschlossen. Die spezielle Anordnung und Ausbildung der Schwächungsbereiche sowie der zugeordneten Druckkammer führt dazu, dass sich bei eine Beaufschlagung der Druckkammer mit Druckfluid der Ringkörper ausschließlich in axiale Richtung ausdehnt. D. h., die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht eine axiale Feinverstellung eines mit dem Ringkörper verbundenen Werkstücks.
Vorzugsweise weisen die erste und zweite Ausnehmung in radiale Richtung betrachtet eine unterschiedliche Tiefe auf. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ein größeres Elastizitätsmoment gewährleistet, so dass im Ringkörper des Werkstückaufnahme keine extremen Spannungsspitzen auftreten.
In vorteilhafter Weise ist die dritte Ausnehmung mittels eines Füllkörpers zur Durchgangsbohrung hin fluiddicht geschlossen. Die fluiddichte Verschließung der dritten Ausnehmung mittels eines Füllkörpers erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch eine einfache Möglichkeit gegeben ist, die Größe der Druckkammer und damit die einzusetzende Fluidmenge zu reduzieren.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist der Ringkörper vier Schwächungsbereiche auf, nämlich in seiner äußeren Umfangsfläche zwei diametral gegenüberliegende, rechteckförmige Ausnehmungen sowie zwei den Ringkörper durchdringende, in Umfangsrichtung verlaufende doppel-S-förmige Einschnitte. Die Anordnung der beiden rechteckförmigen Ausnehmungen sowie der beiden doppel-S-förmigen Einschnitte ist dabei so, dass in axiale Richtung betrachtet die Einschnitte in Höhe der rechteckförmigen Ausnehmungen angeordnet sind und in Umfangsrichtung zwischen den beiden diametral gegenüberliegenden rechteckförmigen Ausnehmungen jeweils ein doppel-S-förmiger Einschnitt liegt. Den beiden rechteckförmigen Ausnehmungen ist jeweils eine Druckkammer zugeordnet. Die Druckkammern sind dabei als – in radialer Richtung betrachtet zwischen der jeweiligen rechteckförmigen Ausnehmung und der zentralen Durchgangsbohrung angeordnete – Einstiche ausgebildet. In den beiden als Einstiche ausgebildete Druckkammern ist jeweils ein mit dem Druckfluid beaufschlagbarer, in radiale Richtung verstellbarer Kolben angeordnet. Die definiert ausgebildeten geschwächten Bereiche in Form der beiden diametral gegenüberliegenden rechteckförmigen Ausnehmungen in Kombination mit den beiden doppel-S-förmigen Einschnitten, bilden vorliegend wieder eine Feder, die dem an sich steifen Ringkörper eine Elastizität in radiale Richtung verleihen, so dass sich bei einer Druckbeaufschlagung der beiden Kolben mit Druckfluid der Ringkörper gezielt radial in Richtung der Flächennormalen der rechteckförmigen Ausnehmungen auslenkt. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme gemäß der zweiten Ausführungsform eine gezielte Feinverstellung des Ringkörpers und damit eines an dem Ringkörper gehaltenen Werkstücks in radiale Richtung.
Denkbar ist selbstverständlich auch die beschriebene erste und zweite Ausführungsform zu kombinieren. D. h. der Ringkörper weist einen gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Ringkörperabschnitt und – axial beabstandet hierzu – einen gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Ringkörperabschnitt auf, so dass der Ringkörper eine gezielte Feinverstellung des Werkstücks sowohl in axiale als auch in eine radiale Richtung ermöglicht.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung weist der Ringkörper neben den bereits unter der zweiten Ausführungsform beschrieben vier Schwächungsbereichen sowie den beiden zugeordneten Druckkammern, vier weitere Schwächungsbereiche sowie zwei weitere Druckkammern auf. Die vier weiteren Schwächungsbereiche sowie die beiden weiteren Druckkammern sind dabei entsprechend zu dem oben zu der zweiten Ausführungsform dargelegten ausgebildet, jedoch in Bezug zu diesen axial beabstandet und um 90° gedreht angeordnet. Da die ersten vier Schwächungsbereiche als auch die um 90° versetzt angeordneten weiteren, vier Schwächungsbereiche wiederum jeweils als Feder wirken, weist der Ringkörper eine gewisse Elastizität in zwei senkrecht zueinander angeordnete Radialrichtungen auf. D. h. durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Kolben, ist der Ringkörper in zwei senkrecht zueinander angeordneten Radialrichtungen elastisch verstellbar, so dass eine gezielte Feinverstellung des am Ringkörper gehaltenen Werkstücks in zwei senkrecht zu einander angeordnete Radialrichtungen ermöglicht ist.
Lediglich der Vollständigkeit halber wird nochmals darauf hingewiesen, dass in Bezug auf die beschriebene zweite und dritte Ausführungsform der Erfindung unter dem Begriff Schwächungsbereich sowohl die diametral gegenüberliegenden, rechteckförmigen Ausnehmungen als auch die, z. B. mittels Draht-Erodierung, in den Ringkörper eingebrachten doppel-S-förmigen Einschnitte zu verstehen sind und die beschriebene Federwirkung aus der Kombination dieser speziellen Schwächungsbereiche resultiert.
Auch die dritte Ausführungsform ist selbstverständlich wiederum mit der ersten Ausführungsform kombinierbar. D. h. der Ringkörper weist einen gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Ringkörperabschnitt und – axial beabstandet hierzu – einen gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildeten Ringkörperabschnitt auf, so dass der Ringkörper eine gezielte Feinverstellung des Werkstücks sowohl in axiale als auch in zwei senkrecht zu einander angeordnete Radialrichtungen ermöglicht.
Denkbar ist auch, die Schwächungsbereiche asymmetrisch auszubilden. Die asymmetrische Ausbildung der Schwächungsbereiche hat den Effekt, dass die Werkzeugaufnahme um eine symmetrisch und auch asymmetrisch zur Längsachse des Ringkörpers angeordnete Kipp- oder Schwenkachse auslenkbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
In der Zeichnung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, in axiale Richtung feinverstellbaren Werkstückaufnahme;
2 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen in axiale sowie in eine radiale Richtung feinverstellbaren Werkstückaufnahme;
3 eine Seitenansicht der Werkstückaufnahme gemäß 2;
4 eine Ansicht schräg von oben auf die Werkstückaufnahme gemäß 3;
5 eine untere Draufsicht der Werkstückaufnahme gemäß 4;
6 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen in axiale sowie in zwei senkrecht zueinander angeordnete radiale Richtungen feinverstellbaren Werkstückaufnahme;
7 eine Seitenansicht der Werkstückaufnahme gemäß 6;
8 eine Ansicht schräg von oben auf die Werkstückaufnahme gemäß 7;
9 eine untere Draufsicht der Werkstückaufnahme gemäß 8, und
10 ein schematischer Aufbau eines Werkstückkorrektursystems.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten mit gleichen Bezugzeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
1 zeigt mehr oder minder schematisch in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, in axiale Richtung a fein verstellbare Werkstückaufnahme 10. Die Werkstückaufnahme 10 ist als ein Ringkörper 12 ausgebildet und weist eine zentrale Durchgangsbohrung 14 auf.
In seiner Umfangsfläche 16 weist der Ringkörper 12 zwei Schwächungsbereiche 18, 20 auf. Die beiden Schwächungsbereiche sind in axiale Richtung a betrachtet beabstandet von einander angeordnet und als nutartig, radial nach innen ausgerichtete, ringförmig umlaufende Ausnehmungen 18, 20 ausgebildet. Die in axiale Richtung a betrachtet obere erste Ausnehmung 18 weist gegenüber der unteren, zweiten Ausnehmung 20 eine in radiale Richtung r betrachtet größere Tiefe auf.
Weiterhin ist zwischen der ersten Ausnehmung 18 und der zweiten Ausnehmung 20 eine Druckkammer angeordnet, die – ausgehend von der Durchgangsbohrung 14 betrachtet – als eine nutartig radial nach außen ausgerichtete, ringförmig umlaufende dritte Ausnehmung 22 ausgebildet ist.
Zur Reduzierung der einzusetzenden Druckfluidmenge als auch zum fluiddichten Abschluss der dritten Ausnehmung 22 bzw. der Druckkammer 22 zur zentralen Durchgangsbohrung 14, ist in die dritte Ausnehmung 22 ein Füllkörper 24 eingesetzt. Wie 1 weiter zu entnehmen ist, erstreckt sich aufgrund des Füllkörpers 24 die eigentliche Druckkammer 22 in einem schmalen Bereich, der oberhalb des Nutgrundes der zweiten Ausnehmung 20 und in etwa der Mitte des Ringes der ersten Ausnehmung 18 angeordnet ist.
Zudem weist der Ringkörper 12 einen mit der Druckkammer 22 in Wirkverbindung stehenden Druckfluidkanal 26 sowie eine mit der Druckkammer in Wirkverbindung stehende Entlüftungsschraube 28 auf.
Des weiteren ist in der zentralen Durchgangsbohrung 14 des Ringkörpers 12 eine Hülse 30 mittels Schrauben 32 befestigt, durch die beispielsweise ein Anzugsbolzen hindurch geführt werden kann, um ein Werkstück an der Werkzeugaufnahme 10 zu befestigen.
Aufgrund der Positionierung und der Ausgestaltung der ersten und zweiten Ausnehmung 18, 20 wirken diese als Feder und verleihen dem an sich steifen Ringkörper 12 eine gewisse Elastizität in axiale Richtung a. Wird nun die Druckkammer 22 über den Druckfluidkanal 26 mit Druckfluid beaufschlagt, dehnt sich der Ringkörper 12 gezielt in axiale Richtung a aus, so dass ein mit der Werkstückaufnahme 10 verbundenes, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestelltes, Werkstück ebenfalls in axiale Richtung a fein verstellt wird.
Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme 10 ist in den 2 bis 5 mehr oder minder schematisch dargestellt.
Entsprechend zu der ersten Ausführungsform ist auch die Werkstückaufnahme gemäß der zweiten Ausführungsform als ein Ringkörper 12 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 14 ausgebildet, vgl. 2.
Wie 2 und insbesondere auch 3 weiter zu entnehmen ist, lässt sich der Ringkörper 12 in zwei Abschnitte einteilen, nämlich einen in axiale Richtung a betrachtet oberen Abschnitt, der entsprechend der ersten Ausführungsform ausgebildet ist und in der bereits beschriebenen Art und Weise eine axiale Verstellung des Ringkörper 12 ermöglicht, sowie einen in axiale Richtung a betrachtet unteren Abschnitt, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.
Der in axiale Richtung a betrachtet untere Abschnitt des Ringkörpers 12 weist insgesamt vier Schwächungsbereiche auf, nämlich in seiner äußeren Umfangsfläche 16 zwei diametral gegenüberliegende, rechteckförmige Ausnehmungen 34, 36 (siehe 2, als auch 3 und 4) sowie zwei den Ringkörper 12 durchdringende und in Umfangsrichtung verlaufende doppel-S-förmige Einschnitte 38, 40. Die beiden diametral gegenüberliegende rechteckförmige Ausnehmungen 34, 36 sowie die beiden doppel-S-förmigen Einschnitte 38, 40 sind dabei derart angeordnet, dass in axiale Richtung a betrachtet die Einschnitte 38, 40 in etwa in Höhe der rechteckförmigen Ausschnitte 34, 36 sind und in Umfangsrichtung zwischen den beiden rechteckförmigen Ausschnitte 34, 36 jeweils ein doppel-S-förmiger Einschnitt 38, 40 verläuft. Die doppel-S-förmigen Einschnitte 38, 40 sind beispielsweise mittels Draht-Erodierung in den Ringkörper 12 eingebracht. Die beiden rechteckförmigen Ausnehmungen 34, 36 bilden in Verbindung mit den beiden doppel-S-förmigen Einschnitten 38, 40 eine Feder, die dem an sich steifen unteren Abschnitt des Ringkörpers 12 eine gewisse Elastizität in radiale Richtung r verleihen. Die radiale Stellrichtung liegt hierbei in Richtung der Flächennormalen der gegenüberliegenden rechteckförmigen Ausnehmungen 34, 36.
Wie 2 weiter zu entnehmen ist, ist der rechteckförmigen Ausnehmung 34 als auch der rechteckförmigen Ausnehmung 36 jeweils eine Druckkammer zugeordnet. Die beiden Druckkammern sind dabei in radiale Richtung r betrachtet jeweils als zwischen den rechteckförmigen Ausnehmungen 34, 36 und der Durchgangsbohrung 14 angeordnete Einstiche 42, 44 ausgebildet. In den beiden Einstiche 42, 44 bzw. in den durch die Einstiche gebildete Druckkammern 42, 44 ist jeweils ein Kolben 46, 48 angeordnet, die durch eine entsprechende Beaufschlagung mit Druckfluid in radiale Richtung r verfahrbar sind.
Bei einer Druckbeaufschlagung der beiden Kolben 46, 48 mit Druckfluid einer hierdurch bedingten Kolbenbewegung in radiale Richtung r dehnt sich der Ringkörper 12 gezielt in radiale Richtung aus, so dass ein mit der Werkstückaufnahme 10 verbundenes, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestelltes, Werkstück ebenfalls in radiale Richtung r fein verstellt wird.
Da, wie bereits ausgeführt, der obere Abschnitt des Ringkörpers 12 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, ist mit der Werkstückaufnahme gemäß der zweiten Ausführungsform sowohl eine Verstellung des Werkstückes in axiale Richtung a (oberer Abschnitt des Ringkörpers) als auch Verstellung des Werkstückes in eine radiale Richtung r (unterer Abschnitt des Ringkörpers) möglich. In der Durchgangsbohrung 14 ist wiederum eine Hülse 30 angeordnet, welche Kanäle zur Befestigung des Werkstückes bzw. zur Durchleitung von Luft und Energie aufweist.
Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme ist in 6 bis 9 dargestellt.
Wie aus 7 und 8 ersichtlich, lässt sich der Ringkörper 12 in axiale Richtung a betrachtet wieder in einen unteren Abschnitt und einen oberen Abschnitte einteilen
Der obere Abschnitt des Ringkörpers 12 ist mit den rechteckförmigen Ausnehmungen 34, 36 sowie den beiden doppel-S-förmigen Einschnitte 38, 40 im wesentlichen gleich ausgebildet, wie der untere Abschnitt des Ringkörpers 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und ermöglicht die bereits erläuterte Verstellung des Ringkörpers in eine radiale Richtung.
Wie aus 6, 7 und 8 ersichtlich ist, weist der untere Abschnitt des Ringkörpers 12 gemäß der dritten Ausführungsform nun vier weitere Schwächungsbereiche auf, nämlich zwei weitere rechteckförmige Ausnehmungen 50, 52 sowie zwei weitere doppel-S-förmige Einschnitte 54, 56. Die weiteren Ausnehmungen 50, 52 sowie die weiteren doppel-S-förmigen Einschnitte 54, 56 sind dabei entsprechend zu dem oben zu der zweiten Ausführungsform dargelegten ausgebildet, jedoch in Bezug zu diesen axial beabstandet und um 90° gedreht angeordnet. Zudem ist den weiteren rechteckförmigen Ausnehmungen 50, 52 in bereits beschriebener Art und Weise jeweils eine als Einstich ausgebildete weitere Druckkammer 58, 60 mit Kolben 62, 64 zugeordnet. Auch die weiteren Ausnehmungen 50, 52 in Kombination mit den weiteren Einschnitte 54, 56 wirken wieder als Feder, die dem an sich steifen unteren Abschnitt des Ringkörpers 12 eine gewisse Elastizität in radiale Richtung r, nämlich in Richtung der Flächennormalen der gegenüberliegenden weiteren Ausnehmungen 50, 52 verleihen.
Durch diese Maßnahme kann die Werkstückaufnahme 10 gemäß der dritten Ausführungsform nun definiert in zwei senkrecht zueinander angeordnete Radialrichtungen verstellt werden.
Zusätzlich kann die dritte Ausführungsform um den axial verstellbaren Abschnitt gemäß der ersten Ausführungsform ergänzt werden, sodass eine Werkstückaufnahme zur Verfügung gestellt ist, welche dreiachsig, das heißt in axiale Richtung sowie in zwei senkrecht aufeinander bestehende radiale Richtungen verstellbar ist.
Ein Werkstückkorrektursystem unter Verwendung der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahme 10 ist schematisch in 10 dargestellt.
Die Werkstückaufnahme 10 wird mittels Beaufschlagung eines Druckfluids in seinem elastischen Bereich gezielt und definiert verformt. Diese Verformung führt zu einem axialen Hub des Werkstückes, welches von dem Werkstückträger 10 gehalten ist, wodurch Fertigungstoleranzen und ähnliches ausgeglichen werden können. Das System ist spielfrei und wartungsarm. Übliche Stellwege liegen im Bereich zwischen 0,1 und 0,2 mm, wobei die Positionierung bis hinab zu einem Mikrometer genau erfolgt. Wie aus 10 zu entnehmen ist, erfolgt die Ansteuerung über einen I/P-Wandler 66, der einen pneumatischen Steuerdruck von 0 bis 4 bar ausgibt. Dieser wird dann mittels eines pneumatisch-hydraulischen Druckwandlers 68 in einen entsprechend höheren hydraulischen Druck übersetzt. Alternativ kann die Ansteuerung auch über ein Hydraulik-Aggregat und ein Servo-Ventil erfolgen.
Das Steuersignal zur Einstellung des Steuerdrucks und zur Verstellung der Position des Werkstückes liefert ein Mess- und Steuerrechner 70, der vollautomatisch aus den mittels eines pneumatischen Messdorns 72 und I/P-Messumformer 74 gelieferten Eingangsdaten die Korrektur berechnet und die entsprechenden Werte zur Einstellung des Steuerdrucks ausgibt.
Das Steuersignal zur Einstellung des Steuerdrucks und zur Verstellung der Position des Werkstückes kann alternativ auch nach manueller Messung über Eingabe in einen Steuerungsrechner erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Werkstückaufnahme
12: Ringkörper
14: Durchgangsbohrung
16: Umfangsfläche des Ringkörpers
18: Schwächungsbereich/erste Ausnehmung
20: Schwächungsbereich/zweite Ausnehmung
22: Druckkammer/dritte Ausnehmung
24: Füllkörper
26: Druckfluidkanal
28: Entlüftungsschraube
30: Hülse
32: Schrauben
34: Schwächungsbereich/rechteckförmige Ausnehmung
36: Schwächungsbereich/rechteckförmige Ausnehmung
38: Schwächungsbereich/doppel-S-förmiger Einschnitt
40: Schwächungsbereich/doppel-S-förmiger Einschnitt
42: Druckkammer/Einstich
44: Druckkammer/Einstich
46: Kolben
48: Kolben
50: Schwächungsbereich/weitere rechteckförmige Ausnehmung
52: Schwächungsbereich/weitere rechteckförmige Ausnehmung
54: Schwächungsbereich/weiterer doppel-S-förmiger Einschnitt
56: Schwächungsbereich/weiterer doppel-S-förmiger Einschnitt
58: weitere Druckkammer/Einstich
60: weitere Druckkammer/Einstich
62: Kolben
64: Kolben
66: I/P-Wandler
68: Druckwandler
70: Mess- und Steuerungsrechner
72: pneumatischer Messfühler
74: I/P-Messumformer
a: Axiale Richtung
r: Radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 400025 C2 [0002]
DE 421846 C2 [0002]
DE 19611708 C2 [0002]
DE 202004015097 U1 [0003]

Claims

Werkstückaufnahme (10) zur Halterung eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Werkstückaufnahme (10) als ein Ringkörper (12) mit einer zentralen Durchgangsbohrung (14) ausgebildet ist und der Ringkörper (12) mindestens einen durch eine Materialabtragung bedingten Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54, 56) sowie mindestens eine dem Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54, 56) zugeordnete, mit einem Druckfluid beaufschlagbare Druckkammer (22; 42, 44; 58, 60) aufweist, wobei der Schwächungsbereich (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54,56) derart dimensioniert und angeordnet ist, das der Ringkörper (12) in axiale und/oder radiale Richtung (a, r) elastisch verformbar ist, so dass bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer (22; 42, 44; 58, 60) der Ringkörper (12) gezielt in axiale und/oder radiale Richtung (a, r) elastisch verformbar ist.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Durchgangsbohrung (14) eine Hülse (30) eingebracht ist, die mittels Befestigungsmittel (32) lösbar mit dem Ringkörper (12) verbunden ist.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) als Schwächungsbereiche in seiner äußeren Umfangsfläche (16) nutartig radial nach innen ausgerichtete, ringförmig umlaufend ausgebildete, in axiale Richtung (a) voneinander beabstandet angeordnete, erste und zweite Ausnehmungen (18, 20) aufweist, wobei den beiden nutartigen Ausnehmungen (18, 20) eine Druckkammer zugeordnet ist, die in axiale Richtung (a) betrachtet zwischen der ersten und zweiten nutartigen Ausnehmung (18, 20) angeordnet und ausgehend von der Durchgangsbohrung (14) als eine nutartig radial nach außen ausgerichtete, zur Durchgangsbohrung hin fluiddicht geschlossene, ringförmig umlaufende dritte Ausnehmung (22) ausgebildet ist.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ausnehmung (18, 20) in radiale Richtung (r) betrachtet eine unterschiedliche Tiefe aufweisen.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ausnehmung (22) mittels eines Füllkörpers (24) zur Durchgangsbohrung (14) hin fluiddicht geschlossen ist.
Werkstückaufnahme nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) als Schwächungsbereiche in seiner äußeren Umfangsfläche (16) zwei diametral gegenüberliegende, rechteckförmige Ausnehmungen (34, 36) sowie zwei in Umfangsrichtung betrachtet jeweils zwischen den beiden rechteckförmigen Ausnehmungen (34, 36) angeordnete, den Ringkörper (12) durchdringende und in Umfangsrichtung verlaufende doppel-S-förmige Einschnitte (38, 40) aufweist, wobei den beiden rechteckförmigen Ausnehmungen (34, 36) jeweils eine Druckkammer zugeordnet ist, die in radiale Richtung (r) betrachtet als jeweils zwischen den rechteckförmigen Ausnehmungen (34, 36) und der Durchgangsbohrung (14) angeordnete Einstiche (42, 44) ausgebildet sind, in denen jeweils ein mit dem Druckfluid beaufschlagbarer und in radiale Richtung (r) verstellbarer Kolben (46, 48) angeordnet ist.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) als Schwächungsbereiche in seiner äußeren Umfangsfläche (16) zwei weitere diametral gegenüberliegende, rechteckförmige Ausnehmungen (50, 52), und zwei weitere in Umfangsrichtung betrachtet jeweils zwischen den beiden werteren rechteckförmigen Ausnehmungen (50, 52) angeordnete, den Ringkörper (12) durchdringende und in Umfangsrichtung verlaufende doppel-S-förmige Einschnitte (54, 56) sowie zwei weitere, den beiden weiteren rechteckförmigen Ausnehmungen (50, 52) zugeordnete, in radiale Richtung (r) betrachtet jeweils zwischen den weiteren rechteckförmigen Ausnehmungen (50, 52) und der Durchgangsbohrung (14) angeordnete und als Einstiche (58, 60) ausgebildete Druckammern mit jeweils einen darin angeordneten mit dem Druckfluid beaufschlagbaren und in radiale Richtung (r) verstellbaren Kolben (62, 64) aufweist, wobei die weiteren rechteckförmigen Ausnehmungen (50, 52), die weiteren doppel-S-förmige Einschnitte (54, 56) sowie die weiteren die Druckkammern bildenden Einstiche (58, 60) in Bezug zu den rechteckförmigen Ausnehmungen (34, 36), den doppel-S-förmigen Einschnitte (38, 40) und den als die Druckkammern bildenden Einstiche (42, 44) axial beabstandet und um 90° gedreht angeordnet sind.
Werkstückaufnahme nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungsbereiche (18, 20; 34, 36, 38, 40; 50, 52, 54, 56) asymmetrisch ausgebildet sind.