DE102015113583B4

DE102015113583B4 - Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE102015113583B4
Application number: DE102015113583.3A
Authority: DE
Inventors: Norman Rost; Manuel Hauber; Roland Koblinger; Thomas Schinagel
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: DE102015113583A1

Abstract

Positioniereinrichtung mit einem Grundkörper (1), der eine zentrale Längsachse (X) definiert und ortsfest insbesondere an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine festlegbar ist, einem Ausrichtkörper (3), der an dem Grundkörper (1) bewegbar angeordnet ist, und Stellmitteln, um den Ausrichtkörper (3) relativ zu dem Grundkörper (1) zu verstellen, wobei der Ausrichtkörper (3) an einer Oberseite des Grundkörpers (1) positioniert und entlang einer definierten Verstellebene, die insbesondere senkrecht zu der Längsachse (X) ausgerichtet ist, gegenüber dem Grundkörper (1) bewegbar und mittels der Stellmittel verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Stellmitteln Spannmittel (14) vorgesehen sind, um den Ausrichtkörper (3) in einer gewünschten Position an dem Grundkörper (1) magnetisch festzuspannen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung mit einem Grundkörper, der eine zentrale Längsachse definiert und ortsfest insbesondere an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine festlegbar ist, einem Ausrichtkörper, der an dem Grundkörper bewegbar angeordnet ist, und Stellmitteln, um den Ausrichtkörper relativ zu dem Grundkörper zu verstellen, wobei der Ausrichtkörper an einer Oberseite des Grundkörpers positioniert und entlang einer definierten Verstellebene, die insbesondere senkrecht zu der Längsachse ausgerichtet ist, gegenüber dem Grundkörper bewegbar und mittels der Stellmittel verstellbar ist.
Spanneinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und dienen insbesondere dazu, ein Werkzeug oder ein Werkstück an der Arbeitsspindel oder dem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder eines Bearbeitungszentrums festzuspannen. Stetig wachsende Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit führen auch zu dem Erfordernis, die zu bearbeitenden Werkstücke und die eingesetzten Werkzeuge hochgenau an der jeweiligen Bearbeitungsmaschine zu spannen. Aus diesem Grund werden Maßnahmen getroffen, um Werkzeuge und Werkstücke nach dem Fixieren in einer Spanneinrichtung auszurichten. In der DE 10 2007 020 633 B4 wird beispielsweise vorgeschlagen, an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine eine Positioniervorrichtung vorzusehen, über welche ein Werkzeughalter an der Arbeitsspindel ausgerichtet werden kann. Hierzu sind einerseits Exzenter-Aktoren vorgesehen, über welche die Spanneinrichtung bzw. der Werkzeughalter senkrecht zur Längsachse der Arbeitsspindel durch elastisches Verformen eines Verbindungselements verstellt werden kann. Des Weiteren sind Neige-Aktoren vorgesehen, die dazu dienen, die Spanneinrichtung in ihrer Neigung zu verstellen.
Bei der bekannten Anordnung wird als nachteilig angesehen, dass die Exzenter-Aktoren und Neige-Aktoren zum Ausrichten des Werkzeugs während der Bearbeitung eines Werkstücks aktiv bleiben müssen, um die Werkzeugausrichtung beizubehalten. Entsprechend müssen die Aktoren ausgebildet sein, um hohe Haltekräfte zu erzeugen.
Aus DE 10 2012 111 548 A1 ist ferner eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher eine Spanneinrichtung gegenüber einem ortsfest an einem Maschinentisch befestigbaren Grundkörper durch Einstellschrauben verstellbar gehalten wird. Die Fixierung der Spanneinrichtung an einem Grundkörper erfolgt durch Befestigungsschrauben. Eine ähnliche Ausgestaltung ist aus der DE 2000503 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positioniereinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine einfache und zuverlässige Ausrichtung eines Werkstücks oder Werkzeugs bei einfachem Aufbau der Positioniereinrichtung möglich ist. Insbesondere soll es möglich sein, ein Werkstück auf einfache Weise positionsgenau an dem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine festzuspannen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Spanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zusätzlich zu den Stellmitteln Spannmittel vorgesehen sind, um den Ausrichtkörper in einer gewünschten Position an dem Grundkörper magnetisch festzuspannen.
Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung umfasst somit einen Grundkörper, der ortsfest beispielsweise an einem Maschinentisch oder der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigbar ist. Der Grundkörper definiert an seiner Vorder- oder Oberseite eine Verstellebene, die in der Regel senkrecht zu der Längsachse der Positioniereinrichtung verläuft und entlang der ein Ausrichtkörper in der Positioniereinrichtung bewegbar angeordnet ist. Ferner sind Stellmittel vorgesehen, um den Ausrichtkörper relativ zu dem Grundkörper entlang der Verstellebene zu bewegen und so auszurichten. Erfindungsgemäß sind zusätzlich Spannmittel vorgesehen, um den Ausrichtkörper in einer gewünschten Position an dem Grundkörper festzuspannen. Auf diese Weise können die Stellmittel nach dem Ausrichten und dem Festspannen des Ausrichtkörpers an dem Grundkörper deaktiviert werden, so dass sie während der Bearbeitung keine Haltekräfte mehr auf den Ausrichtkörper auszuüben brauchen. Entsprechend können die Stellmittel vergleichsweise klein ausgebildet sein, da sie nur in der Lage sein müssen, den Ausrichtkörper und ggf. ein daran fixiertes Werkstück während des Ausrichtvorgangs zu bewegen.
Die Spannmittel sind dabei ausgebildet, um den Ausrichtkörper magnetisch, insbesondere elektromagnetisch an dem Grundkörper festzuspannen. Die elektromagnetische Spannung, die auch bei Magnetspannfuttern zum Einsatz kommt, siehe insbesondere die EP 2 105 226 B1 , bietet den Vorteil, dass hohe Spannkräfte erzeugt werden können. Zudem besteht die Möglichkeit, durch eine elektrische Umpolung der elektromagnetischen Spannmittel den Ausrichtkörper zur Stick-Slip freien Ausrichtung in einen Schwebezustand zu versetzen, so dass der Ausrichtkörper über die Stellmittel leicht bewegt werden kann. Hierdurch gestaltet sich der Ausrichtvorgang des Ausrichtkörpers einfach.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Spannmittel ausgebildet, um den Ausrichtkörper in der Richtung der Längsachse an dem Grundkörper festzuspannen, wobei die Spannmittel insbesondere als Flächenspannvorrichtung ausgebildet sind..
Die elektromagnetischen Spannmittel können eine elektromagnetische Spannplatte aufweisen, die insbesondere an dem Grundkörper fixiert ist. Dabei kann die Spannplatte kreisförmig oder kreisringförmig ausgebildet sein, wobei sie dann zweckmäßigerweise konzentrisch zu der Längsachse in der Positioniereinrichtung positioniert ist. Alternativ können mehrere elektromagnetische Spannplattenelemente vorgesehen sein, die bevorzugt an einem Grundkörper fixiert sind und zweckmäßigerweise entlang des Umfangs eines zu der Längsachse konzentrischen Kreises angeordnet sind.
In Weiterbildung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Spannplatte/Spannplattenelemente zwischen dem Grundkörper und dem Ausrichtkörper positioniert und insbesondere an der Oberseite des Grundköpers angeordnet ist/sind. Dann kann die Spannplatte bzw. können die Spannplatteelemente eine Aufstellfläche für den Ausrichtkörper definieren, welcher in der Verstellebene, entlang welcher der Ausrichtkörper bewegbar ist, liegt oder diese definiert.
Die Stellmittel können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, solang sie geeignet sind, den Ausrichtkörper in der gewünschten Weise zu bewegen, insbesondere geradlinig zu verschieben und/oder um eine sich parallel zu der Längsachse erstreckende Rotationsachse zu drehen. Dabei können die Stellmittel manuell oder automatisch betätigt werden.
Die Stellmittel umfassen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mehrere Stelleinrichtungen, die entlang des Umfangs des Ausrichtkörpers verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Dabei können die Stelleinrichtungen jeweils einen Basiskörper aufweisen, der mit dem Grundkörper verbunden ist, und ein Stellglied besitzen, das gegenüber dem Basiskörper insbesondere geradlinig und bevorzugt manuell verstellbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind insgesamt drei Stelleinrichtungen vorgesehen und mit jeweils 120° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Stelleinrichtungen ausgebildet und/oder angeordnet, um den Ausrichtkörper entlang der Verstellebene in zwei orthogonal zueinanderstehenden Richtungen zu verstellen. Beispielsweise können insgesamt zwei mit 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung angeordnete Stelleinrichtungen vorgesehen sein, deren bewegbare Stellglieder mit dem Ausrichtkörper verbunden sind, so dass der Ausrichtkörper durch die Betätigung der Stelleinrichtungen jeweils geradlinig in der entsprechenden Richtung hin und her bewegbar ist. Alternativ ist es möglich, insgesamt zwei Stelleinrichtungen vorzusehen, die mit 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse angeordnet sind, wobei die Stellglieder radial zu der Längsachse geradlinig bewegbar und mit ihrem freien Ende an dem Ausrichtkörper in Anlage bringbar sind, so dass sie jeweils in der Lage sind, den Ausrichtkörper in eine Richtung geradlinig zu bewegen. In diesem Fall sind in den Stelleinrichtungen jeweils elastische Rückstellmittel zugeordnet, die den Stelleinrichtungen bezüglich der Längsachse diametral gegenüberliegen und sich zwischen dem Grundkörper und dem Ausrichtkörper abstützen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass nur zwei Stelleinrichtungen vorgesehen zu sein brauchen, durch die jeweils der Ausrichtkörper in einer Richtung entgegen der Rückstellkraft des zugeordneten Rückstellmittels geradlinig bewegbar ist. Wenn eine Stelleinrichtung deaktiviert wird, wird entsprechend der Ausrichtkörper durch die Rückstellkraft des ihr zugeordneten elastischen Rückstellmittels in seine Ausgangslage zurückbewegt.
Ebenso ist es möglich, insgesamt vier Stelleinrichtungen vorzusehen, die mit jeweils 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse angeordnet sind. In diesem Fall sind die Stellglieder der Stelleinrichtungen jeweils radial zu der Längsachse geradlinig bewegbar und liegen mit ihrem freien Ende an dem Ausrichtkörper an bzw. können an diesem in Anlage gebracht werden. Dabei wirken jeweils zwei einander diametral bezüglich der Längsachse gegenüberliegende Stelleinrichtungen paarweise zusammen, um den Ausrichtkörper in einer Richtung hin und her zu bewegen.
Die Ausgestaltungen mit zwei, drei oder vier Stelleinrichtungen sind bevorzugt. Es ist aber möglich, die Anzahl der Stelleinrichtungen auch größer zu wählen. Insbesondere können auch drei oder mehr Paare von einander diametral gegenüberliegenden Stelleinrichtungen vorgesehen sein.
Die Stellmittel und insbesondere die Stellglieder der Stelleinrichtungen können beliebig betätigbar sein. In Frage kommen beispielsweise motorische und insbesondere elektromotorische Stelleinrichtungen oder pneumatische oder hydraulische Stellmittel bzw. Stelleinrichtungen.
Wenn die Stellglieder der Stelleinrichtungen hydraulisch betätigbar sind, können die Stelleinrichtungen konstruktiv in der Weise ausgebildet sein, dass die Stellglieder der Stelleinrichtungen jeweils eine zu dem Ausrichtkörper weisende Seitenfläche des zugehörigen Basiskörpers überspannen, so dass zwischen der Seitenfläche des Basiskörpers und dem Stellglied eine Druckkammer gebildet wird, die über wenigstens einen in dem Basiskörper ausgebildeten Fluidkanal mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei die Wandung des Stellglieds derart elastisch ausgebildet ist, dass eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer dazu führt, dass das Stellglied zumindest in seinem mit dem Ausrichtkörper in Kontakt kommenden zentralen Bereich rein radial gegen den Ausrichtkörper gedrückt wird.
Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die radial zu der Längsachse gerichtete Stellbewegung zu bewirken, indem das Stellglied in der Weise elastisch verformt wird, dass ein zentraler Bereich des Stellglieds eine rein axial gerichtete Bewegung ausführt. Die elastische Verformung findet dabei statt, ohne dass Reibkräfte wirksam werden, so dass die problembehafteten Stick-Slip-Effekte vermieden werden. Auf diese Weise können auch sehr kleine Stellwege mit hoher Wiederholgenauigkeit realisiert werden. Die elastische Verformung wird dabei erreicht, indem die Druckkammer, welche zwischen der seitlichen Stirnfläche des Basiskörpers und dem elastischen Stellglied ausgebildet ist, hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagt wird.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellglied kappenartig ausgebildet ist, wobei es einen die seitliche Stirnfläche definierenden Abschnitt des Basiskörpers umgreift und auf diesen insbesondere aufgeschraubt ist. Dabei ist ein Ringspalt zwischen dem kappenartigen Stellglied und der Umfangswandung des Basiskörpers vorzugsweise abgedichtet. Die kappenartige Ausbildung des Stellglieds erlaubt eine einfache Befestigung an dem Grundkörper und insbesondere die Fixierung mittels der Schraubverbindung. Alternativ kann das Stellglied an dem Basiskörper festgelötet sein. Ebenso ist es möglich, den Basiskörper und das Stellglied einstückig durch ein generatives Fertigungsverfahren herzustellen.
Das Stellglied ist bevorzugt symmetrisch zur Längsachse der Stelleinrichtung, d. h. zur Radialrichtung der Positioniereinrichtung, ausgebildet, wodurch eine sehr gleichmäßige Verformung erzielbar ist, und ferner besteht das Stellglied vorzugsweise aus Stahl.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal in die Druckkammer an zentraler Stelle mündet und sich insbesondere in radialer Richtung zentral durch den Basiskörper erstreckt.
Diese Ausgestaltung einer Stelleinrichtung mit einem elastischen Stellglied ist aus der DE 20 2013 003 488 U1 der Anmelderin bekannt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Basiskörper an seiner dem Stellglied gegenüberliegenden Stirnfläche einen insbesondere zylindrischen Zapfen trägt, der in eine korrespondierende Ausnehmung des Grundkörpers oder eines an dem Grundkörper gehaltenen Bauteils eingreift, wobei in der Umfangsfläche des Zapfens eine Ringnut ausgebildet ist, die über wenigstens einen Versorgungskanalabschnitt mit dem Fluidkanal verbunden ist, und der zwischen dem Zapfen und der Ausnehmung gebildete Ringspalt beidseitig der Ringnut gegen einen Fluidaustritt abgedichtet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Versorgung des Stellglieds mit einem Druckmittel über die Ringnut an dem Zapfen erfolgen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, in dem Grundkörper bzw. einem an dem Grundkörper vorgesehenen Bauteil einen entsprechenden Zuführkanal auszubilden, der in die Ringnut mündet, wobei dem Zuführkanal Stellmittel zugeordnet sind, um den Hydraulikdruck zu erhöhen oder zu verringern. Hierzu kann das von außen zugängliche, offene Ende des Zuführkanals durch eine Stellschraube verschlossen sein, so dass durch Verdrehen der Stellschraube der Druck in der Druckkammer erhöht oder verringert werden kann.
Die Stelleinrichtungen können grundsätzlich an dem Ausrichtkörper außenseitig angreifen. In bevorzugter Weise ist jedoch vorgesehen, dass der Ausrichtkörper eine zylindrische Grundform besitzt und an seiner Oberseite durch eine Stirnplatte zumindest im wesentlichen geschlossen ist, und die Stellmittel, insbesondere die bewegbaren Stellglieder der Stelleinrichtungen, innenseitig von dem Ausrichtkörper positioniert sind und an der inneren Umfangsfläche des Ausrichtkörpers angreifen. Dabei kann der Basiskörper der Stelleinrichtungen an einem zentralen Zentrierzapfen des Grundkörpers, welcher über die Verstellebene des Ausrichtkörpers nach oben/vorne vorsteht, gehalten und positioniert sein.
Um ein Bauteil an dem Ausrichtkörper zu fixieren, kann zweckmäßigerweise an der Oberseite des Ausrichtkörpers, insbesondere an der Oberseite der Stirnplatte eine Aufstellfläche für das Bauteil ausgebildet sein. Ferner kann an dem Ausrichtkörper ein zentraler Zentrierdorn vorgesehen sein, der von der Aufstellfläche nach oben bzw. vorne vorsteht, um ein Werkstück an dem Ausrichtkörper zentriert zu positionieren. Schließlich können Befestigungsmittel vorgesehen sein, um ein Werkstück an dem Ausrichtkörper zu befestigen, insbesondere festzuspannen. Diese können beispielsweise Spannpratzen besitzen, die an dem Ausrichtkörper schwenkbar gehalten sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung mit einem daran fixierten Werkstück im Längsschnitt und
2 die Positioniereinrichtung in perspektivischer Darstellung, wobei der Ausrichtkörper der Positioniereinrichtung und das Werkstück nur angedeutet dargestellt sind.
In der Zeichnung ist eine Positioniereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese umfasst einen Grundkörper 1, der eine zentrale Längsachse X der Positioniereinrichtung definiert und ortsfest beispielsweise an dem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine fixierbar ist. Hierzu weist der Grundkörper 1 an seinem radial äußeren Randbereich einen Befestigungsflansch mit vier jeweils um 90° zueinander versetzten Durchgangsbohrungen 2 auf, über welche der Grundkörper 1 an dem Maschinentisch festgeschraubt werden kann. Der Grundkörper 1 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus einer kreisringförmigen Grundplatte 1a, die mit ihrer Unter- bzw. Rückseite auf dem Maschinentisch aufstellbar ist und welcher den Befestigungsflansch mit den Durchgangsbohrungen 2 aufweist, und einem hülsenförmigen Zentrierzapfen 1b, der an zentraler Position von der Grundplatte 1a nach oben abragt und koaxial zu der Längsachse X ausgerichtet ist.
Weiterhin umfasst die Positioniereinrichtung einen Ausrichtkörper 3, der an der Oberseite des Grundkörpers 1 angeordnet ist. Der Ausrichtkörper 3 ist in der Form eines Zylinders ausgebildet, der an seiner zur Grundplatte 1a weisenden Unterseite offen ausgebildet ist, jedoch an seiner Oberseite durch eine Stirnplatte 3a teilweise verschlossen ist. In der Stirnplatte 3a ist lediglich eine zentrale Öffnung 3b vorgesehen, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des hülsenförmigen Zentrierzapfens 1b und der Grundplatte 1a des Grundkörpers 1 entspricht. Dabei bildet die Stirnplatte 3a des Ausrichtkörpers 3 eine Aufstellfläche für ein zu fixierendes Werkstück W. Desweiteren ist an der Oberseite der Stirnplatte 3a ein zentraler hülsenförmig ausgebildeter Zentrierdorn 4 vorgesehen, der von der Aufstellfläche nach oben vorsteht, um das Werkstück W an dem Ausrichtkörper 3 zentriert zu positionieren. Der Innendurchmesser des Zentrierdorns 4 entspricht ebenfalls dem Innendurchmesser des Zentrierzapfens 1b. Ferner sind Befestigungsmittel 5 vorgesehen, die dazu dienen, das Werkstück W an dem Ausrichtkörper 3 zu fixieren. Die Befestigungsmittel 5 weisen hier Spannpratzen 5a auf, die an dem Ausrichtkörper 3 schwenkbar gehalten sind.
Der Grundkörper 1 und der Ausrichtkörper 3 definieren einen Innenraum der Positioniervorrichtung, in welchen Stellmittel in der Form von vier Stelleinrichtungen 6 positioniert sind, die mit jeweils 90° Versatz zueinander um die Längsachse X verteilt angeordnet sind. Die Stelleinrichtungen 6 dienen dazu, den Ausrichtkörper 3 in zwei orthogonal zueinander stehenden Richtungen in einer Verstellebene, die sich senkrecht zu der Längsachse X erstreckt, zu verstellen. Die Stelleinrichtungen 6 umfassen jeweils einen Basiskörper 6a und ein an dem Basiskörper 6a gehaltenes Stellglied 6b, das an der Innenmantelfläche des Ausrichtkörpers 3 in Anlage kommt und relativ zu dem Basiskörper 6a radial nach außen bewegbar ist, um den Ausrichtkörper 3 gegenüber dem Grundkörper 1 zu verstellen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Basiskörper 6a etwa zylindrisch ausgebildet, wobei sich ihre Längsachsen radial zu der Längsachse X der Positioniereinrichtung erstrecken. Dabei sind die radial nach innen weisenden Enden der Basiskörper 6a an dem Grundkörper 1 fixiert. Konkret sind die radial inneren Enden der Basiskörper 6a an einem Halteelement 7 gehalten, welches auf den Zentrierzapfen 1b des Grundkörpers 1 von oben aufgesetzt und an diesem positioniert gehalten wird. Zur Halterung der Basiskörper 6a an dem Halteelement 7 tragen diese einen von ihrer nach innen weisenden Stirn- bzw. Seitenfläche radial nach innen ragenden zylindrischen Zapfen 8, der in eine korrespondierende kreisrunde Ausnehmung 9 des Halteelements 7 eingreift.
Die Stellglieder 6b der Stelleinrichtungen sind am radial äußeren Endbereich der zugehörigen Basiskörper 6a gehalten und überspannen die radial äußere Stirn- bzw. Seitenfläche der Basiskörper 6a, so dass jeweils zwischen der nach außen weisenden Stirnfläche des Basiskörpers 6a und dem Stellglied 6b eine Druckkammer 10 gebildet wird, die über einen in dem Basiskörper ausgebildeten Fluidkanal 11 mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Stellglieder 6b kappenförmig ausgebildet, wobei sie den zugehörigen Basiskörper 6a an dessen Umfangsfläche umgreifen und an der Umfangsfläche befestigt sind. Konkret sind die kappenartigen Stellglied 6b auf den Basiskörper 6a aufgeschraubt, und dazu weist der Basiskörper 6a ein Außengewinde und das Stellglied 6b ein korrespondierendes Innengewinde auf. Alternativ kann das Stellglied 6b an dem Basiskörper 6a festgelötet sein. Ebenso ist es möglich, den Basiskörper 6a und das Stellglied 6b in einem generativen Fertigungsverfahren einteilig herzustellen.
Die Druckkammer 10 kann über den Fluidkanal 11, welcher zentral in die Druckkammer 10 mündet, hydraulisch oder pneumatisch mit einem Druck beaufschlagt werden, um einen unmittelbar vor dem Fluidkanal 11 liegenden zentralen Bereich des Stellglieds 6b durch elastische Verformung des kappenartigen Stellglieds 6b radial nach außen zu verstellen. Entsprechend ist die Wandung des Stellglieds 6b in den benachbart zu dem zentralen Bereich liegenden Bereichen derart elastisch ausgebildet, dass eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer 10 dazu führt, dass das Stellglied 6b elastisch verformt wird mit der Folge, dass der zentrale Bereich des Stellglieds 6b rein axial von der äußeren Stirnfläche des Basiskörpers 6a weg bewegt wird. Hierzu ist die Wandung des Stellglieds 6b ausgehend von ihrem zentralen Bereich gebogen, wobei die Wandung sich mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Bereich zunächst der Stirnfläche des Basiskörpers 6a nähert und dann wieder von dieser entfernt. Im Bereich der Biegung weist die Wandung eine im Wesentlichen gleichbleibende, dünne Wandstärke auf, wobei sie am Ende dieser Biegung eine geringere Wandstärke, d. h. noch mal eine Verdünnung, besitzt, so dass sie in diesem verdünnten Bereich besonders leicht bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer verbogen wird. Aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung des Stellglieds 6a in Bezug auf die Längsachse des Basiskörpers 6a erfolgt die Aufbiegung derart gleichmäßig, dass der zentrale Bereich eine reine radiale Bewegung erfährt.
Der Fluidkanal 11 erstreckt sich zentral in der Längsrichtung des Basiskörpers 6a, d. h. in der Radialrichtung der Positioniervorrichtung. Wie die 1 erkennen lässt, erstreckt sich der Fluidkanal 11 dabei bis in den Bereich des Zapfens 8, und ist dort über zwei Versorgungskanalabschnitte 12 mit einer Ringnut 13 verbunden, welche in der Umfangsfläche des Zapfens 8 ausgebildet ist. In diese Ringnut 13 mündet ein in der Zeichnung nicht dargestellter Zuführkanal, der in dem Halteelement 7 ausgebildet ist und dazu dient, die Versorgungskanalabschnitte 12, den Fluidkanal 11 und die Druckkammer 10 von außen mit einem Druck zu beaufschlagen. Hierzu ist in an sich bekannter Weise das von außen zugängliche, offene Ende des Versorgungskanals durch eine Stellschraube verschlossen, die in den Versorgungskanal eingedreht werden kann, um den Druck in der Druckkammer 10 zu erhöhen, und aus dem Versorgungskanal herausgedreht wird, um den Druck zu verringern.
Durch eine Betätigung der Stelleinrichtungen 6 kann der Ausrichtkörper 3 gegenüber dem Grundkörper 1 verstellt und damit in eine gewünschte Position gebracht werden, in welcher das Werkstück W exakt zu der Längsachse X zentriert ausgerichtet ist. Um den Ausrichtkörper 3 in dieser Position zu fixieren, weist die Positioniervorrichtung ein elektromagnetisches Spannmittel 14 auf, das betätigbar ist, um den Ausrichtkörper 3 axial, d. h. in Richtung der Längsachse X an dem Grundkörper 1 festzuspannen. Das elektromagnetische Spannmittel 14 umfasst eine ringförmige elektromagnetische Spannplatte 14a, die zwischen der oberen Stirnfläche und der Grundplatte 1a des Grundkörpers 1 und der unteren Stirnfläche des Ausrichtkörpers 3 koaxial zu der Längsachse X positioniert und an der Grundplatte 1a gehalten ist. Dazu weist die Grundplatte 1a an ihrer Oberseite eine entsprechende Vertiefung 15 auf, in welche die Spannplatte 14a eingesetzt ist. Damit bildet die Spannplatte 14a eine Aufstellfläche für den Ausrichtkörper 3, welche in der Verstellebene liegt und entlang welcher der Ausrichtkörper 3 bewegbar ist.
Im Betrieb wird die Positioniereinrichtung an dem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine fixiert, nämlich festgeschraubt. Anschließend wird ein zu bearbeitendes Werkstück W an der Oberseite des Ausrichtkörpers 3 angebracht, indem das Werkstück W über den Zentrierdorn 4 positioniert und mittels der Befestigungsmittel 5 fixiert wird.
Im Anschluss wird die elektromagnetische Spannplatte 14a derart gepolt, dass der Ausrichtkörper 3 von der Spannplatte 14a abgestoßen und somit in eine Art Schwebezustand versetzt wird, so dass er leicht verschoben werden kann. Nun werden die Stelleinrichtungen 6 betätigt, d. h. die Druckkammern 10 werden hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagt, um den Ausrichtkörper 3 mit dem daran angebrachten Werkstück W entlang der Spannplatte 14a gegenüber dem Grundköper 1 zu verstellen und so in eine gewünschte Position zu bringen. Dieser Vorgang kann automatisch erfolgen. In diesem Fall müssen entsprechende Sensoren vorgesehen sein, welche die Position und/oder die Ausrichtung des Ausrichtkörpers 3 bzw. des zu bearbeitenden Werkstücks W überwachen und entsprechende Signale an eine Steuerungseinrichtung weitergeben, an welche auch die Stelleinrichtungen 6 angeschlossen sind, um diese automatisch zu betätigen. Alternativ kann die Betätigung auch manuell erfolgen.
Wenn der Ausrichtkörper 3 in eine gewünschte Position gebracht ist, wird die elektromagnetische Spannplatte 14a umgepolt, so dass der Ausrichtkörper 3 magnetisch gegen die Spannplatte 14a und damit den Grundkörper 1 gespannt wird. Nach Durchführung des Spannvorgangs können die Stelleinrichtungen 6 wieder druckentlastet werden, da ihre Funktion nicht mehr benötigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
1a: Grundplatte
1b: Zentrierzapfen
2: Durchgangsbohrungen
3: Ausrichtkörper
3a: Stirnplatte
3b: Öffnung
4: Zentrierdorn
5: Befestigungsmittel
5a: Spannpratzen
6: Stelleinrichtungen
6a: Basiskörper
6b: Stellglied
7: Halteelement
8: Zapfen
9: Ausnehmung
10: Druckkammer
11: Fluidkanal
12: Versorgungskanalabschnitte
13: Ringnut
14: Spannmittel
14a: Spannplatte
15: Vertiefung
X: Längsachse
W: Werkstück

Claims

Positioniereinrichtung mit einem Grundkörper (1), der eine zentrale Längsachse (X) definiert und ortsfest insbesondere an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine festlegbar ist, einem Ausrichtkörper (3), der an dem Grundkörper (1) bewegbar angeordnet ist, und Stellmitteln, um den Ausrichtkörper (3) relativ zu dem Grundkörper (1) zu verstellen, wobei der Ausrichtkörper (3) an einer Oberseite des Grundkörpers (1) positioniert und entlang einer definierten Verstellebene, die insbesondere senkrecht zu der Längsachse (X) ausgerichtet ist, gegenüber dem Grundkörper (1) bewegbar und mittels der Stellmittel verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Stellmitteln Spannmittel (14) vorgesehen sind, um den Ausrichtkörper (3) in einer gewünschten Position an dem Grundkörper (1) magnetisch festzuspannen.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (14) ausgebildet sind, um den Ausrichtkörper (3) in der Richtung der Längsachse (X) an dem Grundkörper (1) festzuspannen, wobei die Spannmittel (14) insbesondere als Flächenspannvorrichtung ausgebildet sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel ausgebildet sind, um den Ausrichtkörper (3) elektromagnetisch an dem Grundkörper (1) festzuspannen.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (14) eine elektromagnetische Spannplatte (14a) aufweisen, die insbesondere an dem Grundkörper (1) fixiert ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (14a) kreisförmig oder kreisringförmig ausgebildet und insbesondere konzentrisch zu der Längsachse (X) positioniert ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (14) mehrere elektromagnetische Spannplattenelemente umfassen, die insbesondere an dem Grundkörper (1) fixiert sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplattenelemente entlang des Umfangs eines zu der Längsachse (X) konzentrischen Kreises angeordnet und insbesondere an dem Grundkörper (1) fixiert sind.
Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (14a) oder die Spannplattenelemente zwischen dem Grundkörper (1) und dem Ausrichtkörper (3) positioniert und insbesondere an der Oberseite des Grundkörpers (1) angeordnet ist/sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (14a) oder die Spannplattenelemente eine Aufstellfläche für den Ausrichtkörper (3) definiert/definieren, welche in der Verstellebene liegt und entlang welcher der Ausrichtkörper (3) bewegbar ist.
Positioniereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel mehrere Stelleinrichtungen (6) umfassen, die entlang des Umfangs des Ausrichtkörpers (3) verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (6) einen Basiskörper (6a) aufweisen, der mit dem Grundkörper (1) verbunden ist, und ein Stellglied (6b) besitzen, das gegenüber dem Basiskörper (6a) insbesondere geradlinig verstellbar und bevorzugt manuell betätigbar ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Stelleinrichtungen (6) vorgesehen und mit jeweils 120° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse (X) angeordnet sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (6) ausgebildet sind, um den Ausrichtkörper (3) entlang der Verstellebene in zwei orthogonal zueinander stehenden Richtungen zu verstellen.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei um 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung angeordnete Stelleinrichtungen (6) vorgesehen sind, deren bewegbare Stellglieder (6b) mit dem Ausrichtkörper (3) verbunden sind, so dass der Ausrichtkörper (3) durch Betätigung einer Stelleinrichtung (6) geradlinig hin und her bewegbar ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei Stelleinrichtungen (6) vorgesehen sind, die mit 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse (X) angeordnet sind, wobei die Stellglieder (6b) radial zu der Längsachse (X) geradlinig bewegbar und mit ihrem freien Ende an dem Ausrichtkörper (3) in Anlage bringbar sind, und dass den Stelleinrichtungen (6) jeweils elastische Rückstellmittel zugeordnet sind, die den Stelleinrichtungen (6) bezüglich der Längsachse (X) diametral gegenüberliegen und sich zwischen dem Grundkörper (1) und dem Ausrichtkörper (3) abstützen.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier Stelleinrichtungen (6) vorgesehen sind, die mit jeweils 90° Versatz zueinander in der Umfangsrichtung verteilt um die zentrale Längsachse (X) angeordnet sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (6b) der Stelleinrichtungen (6) radial zu der Längsachse (X) geradlinig bewegbar und mit ihrem freien Ende an dem Ausrichtkörper (3) in Anlage bringbar sind.
Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (6b) der Stelleinrichtungen (6) motorisch betätigbar sind.
Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (6b) der Stelleinrichtungen (6) hydraulisch betätigbar sind.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (6b) der Stelleinrichtungen (6) jeweils eine zu dem Ausrichtkörper (3) weisende Seitenfläche des zugehörigen Basiskörpers (6a) überspannen, so dass zwischen der Seitenfläche des Basiskörpers (6a) und dem Stellglied (6b) eine Druckkammer (10) gebildet wird, die über wenigstens einen in dem Basiskörper (6a) ausgebildeten Fluidkanal (11) mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei die Wandung des Stellglieds (6b) derart elastisch ausgebildet ist, dass eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer (10) dazu führt, dass das Stellglied (6b) zumindest in seinem mit dem Ausrichtkörper (3) in Kontakt kommenden zentralen Bereich rein radial gegen den Ausrichtkörper (3) gedrückt wird.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (6b) kappenartig ausgebildet ist, wobei es einen die seitliche Stirnfläche definierenden Abschnitt des Basiskörpers (6a) umgreift und auf diesen insbesondere aufgeschraubt ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (6b) aus Stahl besteht.
Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (11) in die Druckkammer (10) an zentraler Stelle mündet und sich insbesondere in radialer Richtung zentral durch den Basiskörper (6a) erstreckt.
Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (6a) an seiner dem Stellglied (6b) gegenüberliegenden Stirnfläche einen insbesondere zylindrischen Zapfen (8) trägt, der in eine korrespondierende Ausnehmung (9) des Grundkörpers (1) oder eines an dem Grundkörper (1) gehaltenen Bauteils (7) eingreift, wobei in der Umfangsfläche des Zapfens (8) eine Ringnut (13) ausgebildet ist, die über wenigstens einen Versorgungskanalabschnitt (12) mit dem Fluidkanal (11) verbunden ist, und der zwischen dem Zapfen (8) und der Ausnehmung (9) gebildete Ringspalt beidseitig der Ringnut (13) gegen einen Fluidaustritt abgedichtet ist.
Positioniereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtkörper (3) eine zylindrische Grundform besitzt und an seiner Oberseite durch eine Stirnplatte (3a) zumindest im wesentlichen geschlossen ist, und dass die Stellmittel, insbesondere die bewegbaren Stellglieder (6b) der Stelleinrichtungen (6), innenseitig von dem Ausrichtkörper (3) positioniert sind und an der inneren Umfangsfläche des Ausrichtkörpers (3) angreifen.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (6a) der Stelleinrichtungen (6) an einem zentralen Zentrierzapfen des Grundkörpers (1), welcher über die Verstellebene des Ausrichtkörpers (3) nach oben vorsteht, gehalten sind.
Positioniereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Ausrichtkörpers (3), insbesondere an der Oberseite der Stirnplatte (3a) des Ausrichtkörpers (3), eine Aufstellfläche für ein zu fixierendes Werkstück (W) ausgebildet ist.
Positioniereinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausrichtkörper (3) ein zentraler Zentrierdorn (4) ausgebildet ist, der von der Aufstellfläche nach oben vorsteht, um ein Werkstück (W) an dem Ausrichtkörper (3) zentriert zu positionieren.
Positioniereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsmittel (5) vorgesehen sind, um ein Werkstück (W) an dem Ausrichtkörper (3) zu befestigen, insbesondere festzuspannen.