DE1477605C3 - Vorrichtung zum Positionieren und Festspannen einer Werkstückplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren in zwei ebenen Koordinatenrichtungen und Festspannen in einer hierzu senkrechten Richtung einer ein Werkstück tragenden Palette an einem relativ zum Werkzeug bewegbaren Maschinenteil einer Werkzeugmaschine, bei der die Palette mittels einer zwischen ihr und dem Maschinenteil ausgebildeten Führung zunächst in eine Näherungslage bezüglich der vorgegebenen Endlage bewegbar ist, und bei der eine die Palette in die genaue Endlage in den ebenen Koordinatenrichtungen fein verschiebende Ausrichteinrichtung vorgesehen ist und bei Erreichen der Endlage durch Signalgabe einer elektrischen Prüfeinrichtung die Spannvorrichtung zum Anklemmen der Palette an einer Bezugsfläche des Maschinenteils tätig ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (USA.-Patentschrift 3 054 333) besteht die Ausrichteinrichtung aus am Maschinenteil angeordneten kegeligen Indexbolzen, denen an der Palette vorgesehene Indexbüchsen zugeordnet sind. Hat die Palette ihre Näherungslage erreicht, so wird die Palette durch die zunächst mit einem niedrigen Druck beaufschlagte Spannvorrichtung gegen die Indexbolzen gezogen, die darauf in die Indexbüchsen einrasten. Hierdurch wird die Palette in den beiden ebenen Koordinatenrichtungen ausgerichtet. Hat die Palette ihre Endlage

ίο erreicht, so gibt die aus einem Endschalter bestehende Prüfeinrichtung ein Signal ab, das die volle Druckbeaufschlagung der Spanneinrichtung zum Festspannen der Palette einleitet.

Die Indexbolzen und Indexbüchsen nützen sich im Laufe der Zeit ab, so daß die Gefahr besteht, daß die Einstellgenauigkeit verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Einstellgenauigkeit der Ausrichteinrichtung auch bei längerer Benutzung erhalten bleibt.

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Ausrichteinrichtung aus drei einzeln und in Abhängigkeit dreier an sich bekannter elektromagnetischer Fühler drehbaren exzentrischen Rollen besteht, die in zwei den Koordinatenrichtungen zugeordnete Nuten der Palette eingreifen.

Es ist bereits bekannt, die Einstell- bzw. Ver-Schiebebewegungen eines ein Werkstück tragenden Kreuzschiittens in den beiden Koordinaten richtungen in Abhängigkeit von elektromagnetischen Fühlern zu steuern. Hierbei sind die elektromagnetischen Fühler als Einrichtung zum genauen Ausrichten der Schlittenteile und damit des Werkstückes z. B. gegenüber dem Werkzeug so beschaffen, daß der Unterschlitten und das Bett eine elektromagnetische Spule mit E-förmigem Kern tragen und am Oberschlitten und am Unterschlitten aus magnetischem Material bestehende Stopfen angeordnet sind, die bei relativer Verschiebung der Schlitten untereinander bzw. gegenüber dem Bett bei Erreichen der gewünschten Solllage des Werkstücks ein entsprechendes Signal erzeugen.

Beim Gegenstand der Erfindung wird zur Verschiebung allein der Palette in den beiden Koordinateneinrichtungen zwar von demselben Prinzip des freien Bewegens eines Teils gegenüber einer Grundplatte Gebrauch gemacht wie im Fall der USA.-Patentschrift. Die erfindungsgemäße Einrichtung verlangt jedoch zum Verbringen der Palette in ihre Näherungslage keine Führungen von dem Genauigkeitsgrad, wie sie bei der Einrichtung nach der USA.-Patentschrift erforderlich sind, weil bei dieser zum Einrasten der Indexbolzen eine der Endlage bereits weitgehend entsprechende Annäherungslage der Palette sichergestellt sein muß. Die Erfindung ermöglicht daher die Herstellung der Endlage auch bei einem wesentlich gröberen Annäherungszustand der Palette als im bekannten Falle.

Von besonderem Vorteil ist, daß die Einstellgenauigkeit der erfindungsgemäßen Ausrichteinrichtung nicht durch die Abnutzung irgendwelcher Maschinenteile beeinträchtigt werden kann, da die Endlage der Palette allein durch die Fühler bestimmt wird. Darüber hinaus, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung das Lösen der Palette erleichtert, da ein Verklemmen der festgespannten Teile, wie es bei Ver-

wendung von kegeligen Indexbolzen auftreten kann, nicht möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar stellt dar

Fig. 1 einen Träger an einer Werkzeugmaschine,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite eines Maschinenteils, das an dem Träger nach Fig. 1 befestigt ist,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des Maschinenteils nach F i g. 2 von vorn,

F i g. 4 die Rückansicht einer Palette,

F i g. 5 und 6 Querschnitte entlang der Linie V-V bzw. entlang der Linie VI-VI in F i g. 3 mit aufgesetzter Palette nach F i g. 4 und

F i g. 7 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Kontrolleinrichtung.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung mit einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine zum Bohren oder Fräsen, deren Spindel oder Spindeln für die Werkzeuge horizontal sind. Der Träger nach F i g. 1 wird, wie dargestellt, in einer vertikalen Lage in der Werkzeugmaschine montiert, wobei an seinem vorderen Ende das Maschinenteil nach F i g. 2 und 3 befestigt ist; jedes der zu bearbeitenden Werkstücke wird von einer Palette nach F i g. 4 getragen, die wiederum an dem Maschinenteil gehalten wird. Bewegungen des Werkstückes während der Bearbeitung werden durch Bewegen des Trägers nach F i g. 1 als Ganzes erzielt, wobei er das Maschinenteil und die Palette mit sich trägt.

Der in Fig. 1 dargestellte Träger ist ein Gußteil mit Innenrippen, zwischen denen verschiedene Teile an der Rückseite des Maschinenteils nach F i g. 2 zu liegen kommen.

Das in F i g. 2 und 3 dargestellte Maschinenteil 1 trägt eine Anzahl von Elementen, die über seine Vorderseite hinausragen, um in die Rückseite einer werkstücktragenden Palette2 (Fig. 4) einzugreifen. Diese Elemente befinden sich in drei übereinanderliegenden Reihen; in einer unteren Reihe befinden sich zwei Spannelemente 3 und zwei Rollen 4; in einer Zwischenreihe ist eine Rolle 5, und in einer oberen Reihe sind zwei Spannelemente 6 und vier Antriebsrollen 8 vorgesehen.

Die Lage der Reihen von Rollen und Spannelementen entspricht der der drei horizontalen Nuten an der Rückseite der Palette nach F i g. 4. Diese bestehen aus einer unteren Nut 9 und einer oberen Nut 10, die beide einen T-Querschnitt aufweisen, und aus einer Zwischennut 11 von rechteckigem Querschnitt.

Die Rollen 4 und 5 sind an ihrer jeweiligen Welle sämtlich exzentrisch gelagert und haben jeweils einen eigenen Antrieb, bestehend aus kleinen Elektromotoren 12 mit Untersetzungsgetrieben 13, die an der Rückseite des Maschinenteils 1 befestigt sind. Die Spannelemente 3 und 6 greifen in die T-förmigen Nuten 9 und 10 ein. An der Rückseite des Maschinenteils 1 (Fig. 2) sind vier hydraulische Spannkolben 14 für die Spannelemente 3 und 6 vorgesehen.

Die Rollen 8 sind auf Wellen angeordnet, die durch das Maschinenteil 1 hindurchgehen und an ihren hinteren Enden mit Klauen 7 versehen sind. Wenn das Maschinenteil 1 an dem Träger (F i g. 1) montiert ist, greifen die Klauen 7 in entsprechende Gegenklauen 7 A auf Wellen, die mittels Ketten 7 b an einen gemeinsamen Antrieb Ic angeschlossen sind. Wenn eine Palette eingeführt wird, bewirken die Antriebsrollen 8, die in die obere Nut 10 eingreifen, die Weiterbewegung der Palette bis in eine Näherungslage.

Die Vorderseite der Maschinenteile 1 hat Längsnuten 15 und dazwischenliegende Rippen 16. Letztere bilden die Bezugsfläche, an der die Palette mittels der Spannkolben 14 befestigt wird. Die Nuten 15 nehmen Feilspäne und andere Fremdkörper auf, die zwischen der Vorderseite des Maschinenteils 1 und/ oder der Rückseite der Palette vorkommen können.

Sicherheitshalber ist für das Feststellen einer nicht planen Anlage der Palette an dem Maschinenteil eine Kontrolleinrichtung vorgesehen. Dazu hat das Maschinenteil nahe den vier Enden Bohrungen 17, die durch die Palette abgedeckt werden. Die vier Bohrungen sind an einer Druckluftquelle angeschlossen, die gleichzeitig mit den Spannkolben 14 arbeitet. Innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 17 a ist eine kleine Luftöffnung 18 angeordnet, die an der Rückseite des Maschinenteils mit der Atmosphäre verbunden ist.

Die Druckluftquelle ist über Druckminder- und Strömungsregulierventile mit einer Abzweigkammer verbunden, von der getrennte Leitungen zu jeder Bohrung 17 führen. In jeder Leitung ist ein Nadelventil V (Fig. 6) angeordnet, so daß der Leitungsteil zwischen ihm und der Bohrung als Meßkammer dient. Zwischen diesen zwei Kammern ist ein druckempfindlicher ElektroschalterS (Fig. 2) angeordnet. Der Schalter bleibt in der Normalstellung, wenn der Druck in der damit verbundenen Kammer gerade der Druck ist, der vorhanden ist, wenn Luft nur durch das Loch 18 entweichen kann. Dagegen nimmt der Schalter die andere Stellung ein, wenn unrichtige Anlage der Palette die Luft seitlich ausströmen läßt, so daß der Kammerdruck niedriger ist.

Wenn also eine Palette 2 genau an dem Teil 1 festgespannt ist, wird aus allen Bohrungen Luft lediglich durch die Bohrungen 18 ausströmen können, wobei der in den Meßkammern entstehende Druck die Schalter in der Normallage hält. Wenn aber die Luft von irgendeiner Bohrung daneben ausströmen kann, so werden die Drücke nicht ausgeglichen sein, und der entsprechende Schalter bewegt sich aus der Normalstellung.

Die druckempfindlichen Schalter müssen alle in der Normalstellung sein (demnach muß die Palette richtig an das Teil 1 gespannt sein), ehe die Maschine mit Strom versorgt werden kann. Wenn dagegen irgendein Schalter nicht in der Normalstellung ist, fließt der Strom in irgendeine Signal- oder Anzeigevorrichtung, um die Bedienungsperson darauf aufmerksam zu machen, daß die Palette nicht richtig sitzt, und/oder es wird eine Einrichtung zum Beseitigen des Fehlers betätigt (z. B. kann die Spannvorrichtung gelöst und Luft durch den Spalt zwischen Teil 1 und Palette 1 geblasen werden, um die dazwischenliegenden Fremdkörper zu entfernen).

Der Maschinenteil 1 trägt drei Fühler 20, 21 und 22. Jeder besteht wie an sich bekannt, aus einem magnetischen E-förmigen Kern, dessen Spitzen mit Abständen voneinander in einer Ebene mit der Vorderfläche des Teils 1 liegen. Die Palette hat drei Einsätze 23 in ihrer Rückseite, die symmetrisch über

den Polspitzen der Fühler 20, 21 und 22 liegen, wenn die Ausrichtlage der Palette auf dem Teil 1 erreicht ist. Jeder Einsatz 23 (F i g. 7) besteht aus einer Messingbuchse 23 α und einer Ferritscheibe 23 b, die mit ihrer Oberfläche mit der Oberfläche der Palette bündig ist. Die Scheiben 23 b sind gerade groß genug, um die Polspitzen der zugehörigen Fühler abzudecken. Jede geringe Versetzung derPalette in irgendeiner zu der Palettenoberfläche parallelen Richtung bewirkt, daß ein Teil der Messingbuchse 23 α anstatt der Ferritscheibe über irgendeiner Polspitze erscheint. Wenn ein Einsatz in seiner symmetrischen Lage über den entsprechenden Polstücken ist, so ist die Reduktanz des magnetischen Stromkreises des E-förmigen Kerns durch die Ferritscheibe niedrig. Wenn aber die Scheibe in einer Richtung parallel zum senkrechten Schenkel des E-förmigen Kerns versetzt ist, ist die Reluktanz wesentlich vergrößert. Die Reluktanzänderungen an jedem Fühler werden zum Steuern der Drehung jeder zugehörigen Rolle 4, 5 verwendet. Die Palette wird hierbei mit ihrem Einsatz 23 parallel zum senkrechten Schenkel des E-förmigen Kerns der Fühler bewegt.

Die Rollen 4 und 5 sind exzentrische Rollen. Wenn sie gedreht werden, bewirken sie kleine Änderungen in der Lage der Palette auf dem Maschinenteil 1. Beide Rollen 4 greifen in eine Nut 9 in der Palette ein und bewirken vertikale Bewegungen derselben. Die Rolle 5 bewirkt ein horizontales Einstellen der Palette, obwohl die Nut 11, in der die Rolle S läuft, parallel zur Nut 9 verläuft, denn die Nut 11 besitzt eine kurze vertikal abgezweigte Quernut 24, in die die Rolle 5 eintritt, wenn die Palette sich ihrer richtigen Spannstellung nähert. Um die nötige vertikale Bewegung der Rolle 5 mit ihrem Antriebsmotor 12 und Getriebe 13 zu gewährleisten, sind diese Teile nicht am Maschinenteil starr befestigt, sondern an einem Schlitten 25, der zwischen Führungen 26 auf dem Maschinenteil 1 vertikal gleitbar gelagert ist. Eine zwischen dem Schlitten 25 und dem Maschinenteil 1 befestigte Solenoidgruppe 27 bewirkt eine vertikale Bewegung des Schlittens 25 mit seiner Rolle 5. Der Schlitten 25 mit seiner Rolle 5 ist mittels Federn etwas aus der zugehörigen Nut 11 nach oben verschoben. Die Rolle 5 kann aber trotzdem einlaufen, weil die Nut 11 endseitig Schrägen 28 aufweist. Die beim Durchlaufen der Schräge 28 der Nut 11 resultierende Abwärtsbewegung der Rolle 5 dient dazu, einen Mikroschalter 19 zu betätigen und die Solenoidgruppe 27 zu betätigen. Wenn die Palette eine Lage erreicht hat, in der die Rolle 5 in die Quernut 24 einlaufen kann, wird über den Mikroschalter ein Solenoid in der Solenoidgruppe 27 betätigt, um den Schlitten 25 samt Rolle 5 in die Quernut 24 einzufahren. In dieser Lage bewirkt die Drehung der

ίο Rolle 5 ein horizontales Verstellen der Palette.

In dieser Lage ist die Palette bereits nahe der gewünschten Endlage, die nun durch Drehen der Rollen 4 und 5 nach Maßgabe der Fühler 20 bis 22 erreicht werden kann. Nach Einlaufen der Rolle 5 in die Quernut 24 schließt sich ein nicht dargestellter Mikroschalter, und die drei Motoren 12, die die zwei Rollen 4 und die Rolle 5 antreiben, werden gespeist, gleichzeitig oder nacheinander, wie bevorzugt. Jeder Motor wird abgeschaltet von seinem zugehörigen Fühler, wenn dieser meldet, daß der Einsatz 23 in der symmetrischen Stellung ist. Der Motor kann wieder anlaufen, wenn diese Stellung durch die Arbeit der anderen Rollen gestört wird. Wenn die entsprechenden Einsätze 23 in ihren symmetrischen Stellungen sind, ist ein weiteres Arbeiten der drei Motoren 12 verhindert, und die Spannvorrichtungen werden betätigt, damit die Palette in ihrer erreichten Endlage befestigt wird. Vor und nach dem Spannvorgang kann eine Stellungskontrolle mit den Fühlern durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß alle Fühler die richtige Lage der Palette angeben.

Mit Schaltern X können, falls gewünscht, überflüssige Arbeitsvorgänge wie das Antreiben der Rollen 8 in der Spannlage der Palette verhindert werden, während Schalter Y zum Zurückdrehen der exzentrischen Rollen 4 in ihre Ausgangslage dienen. Mit einem vom Nocken 5 a der Rolle 5 beaufschlagten Schalter Z kann ein fehlerhaftes übermäßiges seitliches Verstellen der Palette angezeigt werden.

Infolge der Bewegung der Rolle 5, durch das Solenoid 27 hervorgerufen, benötigt die Welle der besagten Rolle 5 einen Schlitz in der Platte 1. Um das Durchdringen von Fremdkörpern hinter die Platte 1 zu verhindern, sind zwei schwenkbar gelagerte, sich überlappende Platten 5 b vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Positionieren in zwei ebenen Koordinatenrichtungen und Festspannen in einer hierzu senkrechten Richtung einer ein Werkstück tragenden Palette an einem relativ zum Werkzeug bewegbaren Maschinenteil einer Werkzeugmaschine, bei der die Palette mittels einer zwischen ihr und dem Maschinenteil ausgebildeten Führung zunächst in eine Näherungslage bezüglich der vorgegebenen Endlage bewegbar ist, und bei der eine die Palette in genaue Endlage in den ebenen Koordinatenrichtungen fein verschiebende Ausrichteinrichtung vorgesehen ist und bei Erreichen der Endlage durch Signalgabe einer elektrischen Prüfeinrichtung die Spannvorrichtung zum Anklemmen der Palette an einer Bezugsfläche des Maschinenteils tätig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinrichtung aus drei einzeln und in Abhängigkeit dreier an sich bekannter elektromagnetischer Fühler (20, 21, 22, 23) drehbaren exzentrischen Rollen (4, 5) besteht, die in den zwei Koordinatenrichtungen zugeordnete Nuten (9,11, 24) der Palette (2) eingreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Rolle (5) an einem Schlitten (25) befestigt ist, der relativ zu dem Maschinenteil (1) verschiebbar angeordnet ist, um die dritte Rolle in die Quernut (24) bewegen zu können.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Abhängigkeit von der Spannvorrichtung (3, 6) betätigbare Kontrolleinrichtung (17, 18, S) zum Feststellen, ob die Palette (2) an der Bezugsfläche (16) spielfrei anliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung mindestens eine in der Bezugsfläche gebildete, mit Druckluft speisbare Öffnung (17), die durch Anlage der Palette (2) an der Bezugsfläche verschließbar ist, und wenigstens einen auf Druckänderungen der durch die Öffnung strömenden Luft ansprechenden Schalter (5) aufweist.