DE102017103776B3

DE102017103776B3 - Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten

Info

Publication number: DE102017103776B3
Application number: DE102017103776.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Mühlmann; Thomas Schlemmbach
Original assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Current assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-02-24

Abstract

Gegenüber den für die direkte Mehrfach-Positionierung von Werkstücken (22) genutzten Positioniersystemen, die als• Raster paralleler sich kreuzender T-Nuten,• Bohrungsraster und• Gewindebohrungs-Raster mit großen Positionierstellen-Abständen an Werkzeugmaschinentischen und an modularen Vorrichtungssystemen für zu fügende Werkstück-Spannkomponenten sowie für spezifische Werkstück-Ausbildungen ausgebildet sind, gilt es mit• flexibler Elementennutzung und• geringen Positionierstellen-Abständen in• mehreren Positionierebenen (18) die Toleranzgenauigkeit sowie die Wiederholgenauigkeit der erreichbaren Bearbeitungsstellen der fixierten Werkstücke (22) am Werkzeug von Bearbeitungsmaschinen zu erhöhen.Die Ausbildung eines Steckbohrungssystems mit einer Reihenanordnung von maximal drei Positionshalte-Bohrungen (9) für drei Steckbolzen (11, 12, 13) und die koordinierbare Nutzung eines Rasters engbeabstandeter Positionsbohrungen (14) für einen weiteren Steckstift (16) gewährleistet flexible Positionierungen und Positionsänderungen von Werkstück-Spannkomponenten (21), in den Werkstücke (22) in mehreren horizontalen Positionierebenen (18) aufgenommen und fixiert sind, mit geringstem Zeitaufwand und engtolerierter Wiederholgenauigkeit.

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten aus, wobei die in und mit diesen fixierten Werkstücke während ihrer maschinellen Bearbeitung in einer gleichbleibenden Bearbeitungsstellung am Werkzeug der Bearbeitungsmaschine wiederholgenau zu positionieren sind.
Bekannter Stand der Technik ist, dass der Tisch einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eines Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrums, auf seiner oberen planen Fläche, auch als Aufspannfläche bezeichnet, mit parallelen T-Nuten oder mit einem Gewindelochraster ausgestattet ist, mit deren Hilfe mittels Spannschrauben Werkstück-Spannkomponenten abhängig von der Lage der T-Nuten und den Gewindelöchern direkt auf der Aufspannfläche fixiert und positioniert werden können.
Eine derartige Tisch-Baugruppe ist, als Palette für Werkzeugmaschinen bezeichnet, nach DIN 55201 Teil 1: 1985-09 und DIN 55201 Teil 2: 1987-12 genormt. Als Werkstück-Spannkomponente kommen beispielsweise Maschinen-Schraubstöcke in einer Ausbildung, wie in DIN 6370: 1957-02 genormte oder zentrierende Spannfutter in einer Ausbildung der Drehfutter handbetätigt mit nicht einzelnen verstellbaren Spannbacken, nach DIN 6350 Teil 2: 2010-05 genormt, zum Einsatz.
Die Befestigung und Positionierung dieser Werkstück-Spannkomponenten auf den genannten Paletten für Werkzeugmaschinen erfolgt in der Regel mittels Zylinderschrauben mit Innensechskant nach EN ISO 4762: 2004 (D).
Die Positioniergenauigkeit dieser Werkstück-Spannsysteme bestimmt sich daher durch eine mögliche Addition der Gewinde- und der Abstandstoleranzen der Gewindelöcher in der Tischebene der Paletten für Werkzeugmaschinen. Eine zusätzliche Positionierung der fixierten Werkstücke in einer wiederholgenauen Bearbeitungsstellung am Werkzeug der Bearbeitungsmaschine ist nicht vorgesehen.
Stand der Technik sind weiterhin modulare Vorrichtungssysteme, die sowohl über Elemente-Verbindungen wie auch über Positioniersysteme verfügen, um mittels spezifischen Positionierelementen und Aufbau-Systemkörpern Werkstück-Spannkomponenten für spezifische Werkstück-Ausbildungen zusammenzustellen und fügen zu können.
Beispielhaft für andere Erfindungsbeschreibungen sind in

• DD 221 107 A1
• DE 100 21902 A1 und in
• DE 23 56 343 B2

Rasteranordnungen paralleler gleichbeabstandeter und sich kreuzender T-Nuten auf Spannpaletten beschrieben, wobei als Positionierelemente Nutensteine vorgeschlagen wurden, die in ihren Ausbildungen auch losen Nuten Steinen nach DIN 6823: 2002-10 entsprechen können und eine zeitaufwendige An- und Einbringung in die T-Nuten der entsprechend ausgestatteten System-Komponenten erfordern. Als Basis- und Bezugspunkte für Positionierungen sind nur die Kreuzungsstellen der T-Nuten nutzbar.
Rasteranordnungen von gleichbeabstandeten Bohrungen, Bohrungen mit Einsatzbuchsen und von Gewindebohrungen auf Maschinentischen und Spannpaletten sind unter anderen in

Nachteilig an den genannten Rasteranordnungen ist, dass die für die Positionierung benötigten Basis- und Bezugspunkte auf der jeweiligen Positionierebene sehr weit voneinander beabstandet sind und damit auch große Positionierstellen-Abstände an den Werkstück-Spannkomponenten erfordern, wie beispielhaft in

• DE 195 36 341 A1 dargestellt und in
• EP 0237 490 B1 als Maßangabe benannt.

Diese großen Positionierstellen-Abstände und die Nutzung von Gewinde-Elementen als Positionierelemente bedingen auch größere Maß-Tolerierungen an den Positionierstellen selbst.
Der Stand der Technik ist auf getrennte oder doppelte Positionierungen der Werkstück-Spannkomponenten und/oder der Werkstücke ausgerichtet. Damit stellt sich die Aufgabe, ein Positioniersystem zu schaffen, mit dem es gelingt, durch eine

• flexible Elementenutzung und
• geringe Positionierstellen-Abstände die Toleranzgenauigkeit an den Positionierstellen zu erhöhen und
• die Positionierung der Werkstück-Spannkomponenten so auszubilden, dass eine wiederholgenaue Lagebestimmung in einer gleichbleibenden Bearbeitungsstellung gewährleistet wird.

Diese Problemstellung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Das Positioniersystem umfasst einen Positionier-Grundkörper und einen Positionier-Aufbaukörper, die die Positionierebenen bildend einzeln oder vollflächig übereinanderliegend angeordnet sind und in der Bearbeitungsstellung auf Bohr- und Fräs-Bearbeitungszentren jeweils mindestens eine Werkstück-Spannkomponente, das Werkstück für die maschinelle Bearbeitung fixierend, die mit einem Steckbohrungssystem unter Verwendung von Steckbolzen und Steckstiften ergänzend positioniert ist.
Dabei besteht ein Positionier-Grundkörper jeweils aus einer auf der Tischebene angeordneten Positionshalte-Palette, mit der eine aufliegende Positionier-Grundplatte verbunden ist. Ein Positionier-Aufbaukörper besteht aus einem Positionshalte-Körper und einer aufliegenden Positionier-Auflageplatte, die ebenfalls miteinander verbunden sind. Kennzeichnend für das Steckbohrungssystem sind

• zwei und drei in einer Reihe und gleichbeabstandet, nach unten gerichtet und in Positionshalte-Bohrungen der Positionshalte-Palette sowie des Positionshalte-Körpers ragende Steckbolzen. Diese Steckbolzen in ihrer Anwendung für zentrierende Mittenlagen, für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen und für ergänzendes Ausrichten sind in den Positionshalte-Bohrungen lagegesichert arretiert, gehalten und positioniert, und
• ein Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen und ein Steckstift für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen, nach unten gerichtet in den Positionshalte-Körper ragend, in einer Positionshalte-Bohrung und in einer Positionsbohrung des Steckbohrungssystems in der Positionier-Auflageplatte positioniert.

Ergänzende Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 benannt. Sie betreffen

• die Verhältnisse der Abstands- und der Durchmessermaße von Positionshalte-Bohrungen und Positionsbohrungen für Steckbolzen und Steckstifte,
• die Raster-Anordnung der Positionsbohrungen und ihre Eignung, hohlzylindrische Buchsen aufzunehmen,
• die körperliche Ausbildung der zum Positioniersystem gehörenden Funktionskomponenten sowie
• eine Direktpositionierung von Werkstücken.

Die Erfindung ist in den Figuren vereinfacht dargestellt und als ein Ausführungsbeispiel im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert.
Gezeigt wird in

1 eine 3D-Ansicht der Funktionskomponenten für die Positionierung eines rechtkantig und gehäuseförmig ausgebildeten Werkstückes,
2a bis 2c: eine Darstellung der drei wesentlichsten Steckbolzen- und Steckstift-Anordnungen des Positioniersystems,
3 eine Ansicht der Unterseite eines als Kegelstumpf ausgebildeten Positionshalte-Körpers, mit einer Steckbolzen- und Steckstift-Anordnung.

In 1 sind, abgesehen von den nicht dargestellten Steckbolzen und Steckstiften, alle funktionswesentlichen Komponenten des Positioniersystems, auf der Tischebene 20 angeordnet, dargestellt.
Das sind der Positionier-Grundkörper 1, der aus der unteren Positionshalte-Palette 2 und der aufliegenden, mit Verbindungsschrauben 7 befestigten, Positionier-Grundplatte 3 besteht, und der Positionier-Aufbaukörper 4, der aus dem unteren Positionshalte-Körper 5 und der aufliegenden, ebenso befestigten Positionier-Auflageplatte 6 besteht, die gemeinsam vollflächig übereinanderliegend zwei Positionierebenen 18 bilden. Sichtbar an einer der Stirnseiten, der auf der Tischebene 20 angeordneten Positionierhalte-Palette 2 und des Positionierhalte-Körpers 5 sind, vereinfacht dargestellt, Medium-Zuführstellen 8, die über nicht dargestellte, als Luftkanäle genutzte tieflochgebohrte Leitungen mit den Steckbolzen-Halte-und-Löse-Elementen 17 verbunden sind. Dabei erfolgt ein Entriegeln der vorher in die Positionshalte-Bohrungen 9 eingesteckten und dabei federnd arretierten zwei Steckbolzen 11 und 12 für ein Herausheben des maschinell fertig bearbeiteten Werkstückes 22 aus dessen Positionierstellung in der Bearbeitungsebene 19 sowie in der Positionierebene 18 aus den zwei Positionshalte-Bohrungen 9 in dem Positionierhalte-Körper 5 des Positionier-Aufbaukörpers 4.
Die Positionshalte-Palette 2 des Positionier-Grundkörpers 1 hat eine Außenkontur und ein Gewindebohrungsraster wie die Paletten für Werkzeugmaschinen nach DIN 55201 Teil1: 1985-09 und nach DIN 55201 Teil 2: 1987-12. Die auf der Positionshalte-Palette 2 mit Verbindungsschrauben 7 befestigte Positionier-Grundplatte 3 hat die Form einer kreisrunden und beidseitig abgeflachten Platte.
Der Positionshalte-Körper 5 des Positionier-Aufbaukörpers 4 hat eine prismatische, an seinen beiden Enden abgerundete, Form mit schräggestellten Stirnseiten.
Die Außenkontur der mit Verbindungsschrauben 7 auf dem Positionshalte-Körper 5 befestigten Positionier-Auflageplatte 6 ist ebenso ausgebildet.
Die als Adaptivplatten ausgebildeten Funktionskomponenten Positionier-Grundplatte 3 und Positionier-Auflageplatte 6 sind die Trägerelemente des als Steckbohrungssystem, mit einem quadratischen Raster angeordneten gleich- und engbeabstandeten kleinen Positionsbohrungen 14, ausgebildeten Positioniersystems für mindestens einen Steckstift 16.
Dieses Steckbohrungssystem ergänzt die Reihenanordnung der drei Positionshalte-Bohrungen 9, von denen zwei für einen Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen 11 und für einen Steckbolzen für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen 12 als arretierbare Unterseitenpositionierung des Werkstückes 22 auf dem Positionier-Aufbaukörper 4 genutzt werden.
Ausgehend von dem einheitlich bestimmten Basismaß 150 mm des Steckbohrungssystems betragen:

• das Abstandsmaß der drei Positionshalte-Bohrungen 9 für Steckbolzen 11, 12 und 13 = 150 mm
• das Abstandsmaß von zwei benachbarten Positionsbohrungen 14 für Steckstifte 16 = 20 mm und
• das Durchmessermaß der drei Positionshalte-Bohrungen 9 für Steckbolzen 11, 12 und 13 = 40 mm
• das Durchmessermaß aller Positionsbohrungen 14 im Steckbohrungs-Lochraster für Steckstifte 16 = 10 mm.

Die Darstellung der drei wesentlichsten Steckbolzen- und Steckstift-Anordnungen des Steckbohrungssystems wird in den 2a bis 2c gezeigt.
Gegenstand in 2a ist die Positionierung einer als Spannfutter mit einem gespannten Werkstück 22 ausgebildeten Werkstück-Spannkomponente 21 auf dem Positionier-Aufbaukörper 4. Dazu ist der am Spannfutter befestigte Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen 11, durch eine Freihalte-Bohrung 10 in der Positionier-Auflageplatte 6 hindurchragend, in einer Positionshalte-Bohrung 9 im Positionshalte-Körper 5 arretiert, gehalten und positioniert. Mit einem Steckstift 16 für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen 12 erfolgt eine zweite Positionierung in einer Positionierbohrung des hier nicht dargestellten Steckbohrungsrasters in der Positionier-Auflageplatte 6.
Die in 2b dargestellte Positionierung eines rechtkantigen Werkstückes 22 mittels eines Steckbolzens für zentrierende Mittenlagen 11 und eines Steckbolzens für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen 12 in zwei von drei vorhandenen Positionshalte-Bohrungen 9 im Positionshalte-Körper 5 mittels Steckbolzen-Halte-und-Löse-Elementen 17 entspricht der dargestellten Positionierung in 1.
Wie in 2b dargestellt, ist auch in 2c die Positionier-Auflageplatte 6 nur als Adapter für eine wiederholgenaue Höhenpositionierung der hier als Maschinenschraubstock ausgebildeten Werkstück-Spannkomponente 21 in der Bearbeitungsebene gegenüber der Tischebene 20 genutzt. Der Maschinenschraubstock hat eine Längen- und Breiten-Dimensionierung, die eine Positionierung mittels Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen 11, Steckbolzen für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen 12 und Steckbolzen für ergänzendes Ausrichten 13, in gereihten drei Positionshalte-Bohrungen 9 mittels Steckbolzen-Halte-und-Löse-Elementen 17 ermöglicht, wobei diese in dem Positionshalte-Körper 5 arretiert, gehalten und positioniert sind. Der aus der Positionshalte-Palette 2 und der Positionier-Grundplatte 3 bestehende Positionier-Grundkörper 1 wird ergänzend als Adapter für die wiederholgenaue Höhenpositionierung der Werkstück-Spannkomponente 21 über der Bearbeitungsebene benötigt und verwendet.
Die Sicht auf die Unterseite eines kreisrunden Positionshalte-Körpers 5, auf dem eine Positionier-Auflageplatte 6 angeordnet ist, nach 3 zeigt, dass in dieser Positionierebene 18 wahlweise eine Positionierung mit drei Steckbolzen, die in den Positionshalte-Bohrungen 9 dann durch eine axialgerichtete Verschraubung gehalten sind, erfolgt oder eine Positionierung mittels eines Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen 11 und einem Steckstift 16 eines nicht dargestellten Steckbohrungssystems zur Anwendung kommt.
Mit diesem Steckbohrungssystem, welches ein Lochraster gleich- und engbeabstandeter kleindimensionierter Positionierbohrungen 14 für mindestens einen aufzunehmenden Steckstift 16 und eine Reihenanordnung von drei Positionshalte-Bohrungen 9 für maximal drei aufzunehmende Steckbolzen 11, 12 und 13 umfasst, gelingt es flexibel unterschiedliche Positionierungen und Positionsänderungen der Werkstück-Spannkomponenten 21 mit geringstem Zeitaufwand und eine engtolerierte Wiederholgenauigkeit der Bearbeitungsstellungen 19 der Werkstücke 22 am Werkzeug zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1	Positionier-Grundkörper
2	Positionshalte-Palette
3	Positionier-Grundplatte
4	Positionier-Aufbaukörper
5	Positionshalte-Körper
6	Positionier-Auflageplatte
7	Verbindungsschrauben	für 2 mit 3 und für 4 mit 5
8	Medium-Zuführstellen	an 2 und 4
9	Positionshalte-Bohrungen	für 11, 12, 13 in 2 und 4
10	Freihalte-Bohrung	in 2 und 4
11	Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen
12	Steckbolzen für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen
13	Steckbolzen für ergänzendes Ausrichten
14	Positionierbohrungen
15	Buchsen
16	Steckstift(e) für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen
17	Steckbolzen-Halte-und-Löse-Elemente
18	Positionierebene(n)
19	Bearbeitungsstellung
20	Tischebene
21	Werkstück-Spannkomponente
22	Werkstück

Claims

Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten (21), um in und mit diesen fixierte Werkstücke (22) während ihrer maschinellen Bearbeitung in einer gleichbleibenden Bearbeitungsstellung (19) am Werkzeug von Bearbeitungsmaschinen wiederholgenau zu positionieren, wobei jeweils • ein Positionier-Grundkörper (1), aus einer, auf einer Tischebene (20) angeordneten, Positionshalte-Palette (2) und einer aufliegenden Positionier-Grundplatte (3) bestehend, miteinander verbunden und • ein Positionier-Aufbaukörper (4), aus einem Positionshalte-Körper (5) und einer aufliegenden Positionier-Auflageplatte (6) bestehend, miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese • vollflächig übereinanderliegend angeordnet, maßgenaue Positionierebenen (18) bilden und in der jeweiligen Bearbeitungsstellung (19) jeweils mindestens eine Werkstück-Spannkomponente (21) und ein Werkstück (22) fixierend mit einer Vielzahl von Positionsbohrungen (14) ergänzend positioniert sind, wobei • zusätzlich zu dem Steckbohrungssystem genau zwei oder drei Positionshalte-Bohrungen (9) einer Positionshalte-Palette (2) sowie in dem Positionshalte-Körper (5) vorgesehen sind und • innerhalb einer Positionierebene (18) genau zwei oder drei in einer Reihe oder gleich beabstandet, nach unten gerichtet und in die Positionshalte-Bohrungen (9) einer Positionshalte-Palette (2) sowie des Positionshalte-Körper (5) ragende Steckbolzen mit der Funktion - Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen (11), - Steckbolzen für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen (12) und - Steckbolzen für ergänzendes Ausrichten (13) vorgesehen sind und - innerhalb zumindestens einer Positionsebene (18) ein Steckbolzen für zentrierende Mittenlagen (11) nach unten gerichtet und in die Positionshalte-Bohrung (9) des Positionshalte-Körpers (5) und - ein Steckstift für ausrichtende Schwenk- und Winkellagen (16), nach unten gerichtet und in eine Positionshalte-Bohrung (9) des Positionshalte-Körpers (5) sowie nach unten gerichtet in eine der Positionsbohrungen (14) eines Steckbohrungssystems in einer Positionier-Auflageplatte (6) ragend, fixiert, gehalten und positioniert sind.
Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten (21) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Basismaß 150 mm • das Verhältnis der Abstandsmaße von zwei Positionsbohrungen (14) und Positionshalte-Bohrungen (9) für Steckbolzen (11, 12, 13) und von zwei Positionsbohrungen (14) des Steckbohrungssystems für Steckstifte (16) 1:0,133 und • das Verhältnis der Durchmessermaße der Positionsbohrungen (14) und Positionshalte-Bohrungen (9) für Steckbolzen (11, 12,13) und der Positionsbohrungen (14) für Steckstifte (16) 0,267:0,067 beträgt.
Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten (21) nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionier-Grundplatte (3) und die Positionier-Auflageplatte (6) die Trägerelemente des Steckbohrungssystems von in einem quadratischen Raster angeordneten, gleichbeabstandeten Positionsbohrungen (14) und sowohl als Adapter wie auch als Einzelplatten anordenbar und mittels Verbindungsschrauben (7) auf der Tischebene (20) befestigt, gehalten und positioniert sind und dass in die Positionierbohrungen (14) hohlzylindrische Buchsen (15) mit kleineren Positionsbohrungen einsteck- und einklebbar sind.
Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten (21) nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionshalte-Palette (2) in ihren drei senkrecht verlaufenden Positionshalte-Bohrungen (9) mit Steckbolzen-Halte-und-Löse-Elementen (17) ausgestattet und über tieflochgebohrte Leitungen mit stirnseitig an den Außenwandungen angeordneten Medium-Zuführstellen (8) verbunden ist, dass eine Positionier-Grundplatte (3) wahlweise als rechteckige, kreisrunde oder kreissegmentförmige Platte und dass ein Positionshalte-Körper (5) eines Positionier-Aufbaukörpers (4) wahlweise als ein • zylindrischer • rechtkantiger oder • prismatischer Körper mit einer senkrechten oder schräggestellten stirnseitigen Außenkontur und Dimensionierung, der aufgebaut angeordneten Werkstück-Spannkomponente (21) angepasst, ausgebildet ist.
Positioniersystem für Werkstück-Spannkomponenten (21) nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise mindestens ein Werkstück (22), unmittelbar auf einem Positionier-Grundkörper (1) oder auf einem Positionier-Aufbaukörper (4) aufliegen, gehalten und mit Steckstiften (16) positioniert ist.