DE19504916C2

DE19504916C2 - Aufsatz-Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE19504916C2
Application number: DE19504916A
Authority: DE
Inventors: Herbert Wiele; Werner Gesler; Hans Gropp
Original assignee: INNOVATIVE FERTIGUNGSTECHNOLOG
Current assignee: INNOVATIVE FERTIGUNGSTECHNOLOG
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2013-11-17
Also published as: DE19504916A1; DE4339069A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufsatz-Spannvorrichtung mit einem turmartig ausgebildeten Vorrichtungsgrundkörper aus einem re aktionsharzgebundenen Material für Werkzeugmaschinen und Bear beitungszentren zur Bearbeitung von schwer spannbaren Werk stücken.

Aus dem Stand der Technik sind bereits derartige Aufsatz- Spannvorrichtungen bekannt. So ist in DE-OS 21 53 463 eine Vorrichtung zum Aufspannen von Werkstücken, Werkstoffplatten, Werkstückaufnahmen oder dergleichen, insbesondere für Werk zeugmaschinen dargestellt. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen auf dem Maschinentisch fixierbaren prismenförmigen Aufspannkörper, der auf mindestens zwei, vorzugsweise einander nicht benachbarten Seitenflächen mit in regelmäßigen Koordina tenabständen angeordneten Passbohrungen mit Gewinde sowie mit in gleicher Weise verteilten, zu einem Unterdrucksystem füh renden Bohrungen versehen ist, die in miteinander in Verbin dung stehenden zur Aufnahme von Dichtungen dienenden Nuten liegen. Dadurch können geometrisch unterschiedlich ausgeführte Spannelemente durch Passschrauben lagegenau im Aufspannkörper fixiert und zusätzlich durch Unterdruck gehalten werden. Die übrigen Seitenflächen des Aufspannkörpers sind mit herkömmli chen Spannuten ausgerüstet, wodurch in besonderen Anwendungs fällen auch konventionelle Aufspannvorrichtungen verwendet werden können bzw. Einzelteile in herkömmlicher Weise mit Pratzen gespannt werden können. Dieser Aufspannkörper soll eine hohe Wirtschaftlichkeit ermöglichen, in dem während der Bearbeitung des einen Werkstücks ein anderes gleichartiges Werkstück auf der gegenüberliegenden, der Arbeitsspindel abge wandten Seitenfläche mittels der dort befindlichen Spannele mente befestigt werden kann. Nach Beendigung des Bearbeitungs vorganges wird der Maschinentisch um 180° geschwenkt und das andere Werkstück wird bearbeitet. Bekannt ist weiterhin eine Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszen ten, die aus einem turmartigen Vorrichtungsgrundkörper mit an den Seitenflächen gegenüberliegend angeordneten Spannplatten, die ein aus T-Nuten bestehendes Raster haben, besteht. Die Spannplatten sind Stahl- oder Gusskörper, die einsatzgehärtet und geschliffen sind (Katalog der Firma Erwin Halder KG, Ach stetten-Bronnen, Halder-Norm und Technik, Vorrichtungssysteme, Seite 25, August 1990). Eine Weiterentwicklung des T-Nutenras ters der Spannplatten ist in DE 40 38 969 A1 dargestellt. Hier sind die hinterschnittenen Spannuten, insbesondere T-Nuten mit integrierten geraden kreiszylindrischen Zentrierbohrungen ver sehen, welche als Teilflächen einer geraden Kreiszylinder- Innenmantelfläche die zentrierenden Basiselemente eines Loch rasters bilden. Die Spannuten sind somit selbst die Zentrier elemente eines Lochrasters. Nachteilig ist, dass die genannten metallischen Aufsatzspannvorrichtungen einen niedrigen Dämp fungswert haben und damit keine hohen Schnittwerte bei der Werkstückbearbeitung zulassen. Weitere Nachteile bestehen im hohen Herstellungsaufwand, wodurch die Bereitstellzeiten für den Einsatz in der Fertigung lang sind und in der durch das große Vorrichtungsgewicht resultierenden schweren Handhabbar keit. Diese Nachteile werden umgangen, wenn die Aufsatzspann vorrichtung mit aus einem Mineralguss hergestellten Teilen versehen ist. Die beim Einsatz von Reaktionsharzbeton (auch als Mineralguss oder Polymerbeton bezeichnet) im Werkzeugma schinenbau erreichten Verbesserungen haben zum Vorschlag der Anwendung für den Vorrichtungsbau, insbesondere für Vorrich tungsgrundkörper, geführt (H. Wiehle, H. Gropp, U. Kahle, U. Klaeger: Vorteilhafter Vorrichtungsbau mit Reaktionsharzbeton, Werkstatt und Betrieb, 125 (92), 12, Seiten 923 bis 926). Dies ergibt bei relativ niedrigen Kosten eine wesentliche Verkür zung der Vorrichtungs-Bereitstellzeit.

Gegenüber konventionellen Vorrichtungen zeigen sich insbeson dere Verbesserungen der Oberflächenqualitäten bearbeiteter Werkstücke. Die geometrische Gestaltung der notwendigen Grund körper unterliegt praktisch keinerlei Einschränkungen. Mecha nisch stark belastete Flächen oder Krafteinleitungszonen können durch Metallteile armiert werden, die entweder sofort mit eingegossen oder insbesondere bei Baukastenvarianten nachträg lich durch Kleben bzw. Kitten eingebracht werden. Prinzipielle Gestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten bei der Nutzung von Mineralguss für Vorrichtungsgrundkörper sind bereits bekannt. So ist beispielsweise in DE 41 37 987 A1 ein System zum Aufbau von Vorrichtungen als Vorrichtungsbaukastensystem dargestellt, das die Anwendung in der Fertigungstechnik, vorrangig als Fräs-, Schleif- oder Bohrvorrichtung erleichtern und eine ex trem schnelle Bereitstellung von Vorrichtungen für unter schiedliche Bearbeitungsaufgaben bei Gewährleistung hoher Werkstückgenauigkeiten sichern soll. Das Vorrichtungssystem besteht aus einer Vielzahl geometrisch beliebig gestalteter Bauelemente aus einem kunstharzgebundenen silikatischem Werk stoff, die entsprechend dem zu fixierenden und zu spannenden Werkstück aneinandergesetzt und an den Verbindungsfugen unlös bar verklebt sind, wobei die zum Positionieren und Spannen des Werkstücks erforderlichen Elemente in einer definierten Lage als metallische Einlegeteile verwendbar sind. Einlegeteil und Bauelement sind in ihrer Lage zueinander fest und unveränder bar verbunden. Somit können nicht immer die jeweiligen werk stück- und aufspannlagenspezifischen Anforderungen, wie bei spielsweise eine veränderbare Spannkraftrichtung, insbesondere für Werkstücke komplizierter Gestalt, erfüllt werden. Das in DE 43 00 627 C2 offenbarte Verfahren zum Spannen eines Guss- oder Schmiedestückes mit komplizierter räumlicher Kontur, bei spielsweise eines Auspuffkrümmers, zur mechanischen Bearbei tung soll wirtschaftlich im Musterbau und bei der Einzelferti gung von Werkstücken und vorteilhaft bei der Realisierung von Fügeprozessen und Montagearbeiten anwendbar sein. Erreicht wird dies, in dem das zu bearbeitende Werkstück sowie ein oder mehrere Aufspannelemente für Werkstückspanner lagebestimmt in einen aushärtbaren, in der Form liegenden Formstoff einge drückt werden. Bekannt ist weiterhin ein aus einem Mineralguss hergestellter turmartiger Vorrichtungsgrundkörper für eine Aufsatz-Spannvorrichtung (Prospekt der Firma Hohenstein Vor richtungsbau und Spannsysteme GmbH, Hohenstein-Ernstthal, Hohenstein-Vorrichtungsmodule aus Mineralguss, April 1993). Dieser Mineralguss-Vorrichtungsgrundkörper ist an zwei Außen seiten mit sich gegenüberliegenden Spannplatten versehen, die in mehreren Ebenen waagerecht angeordnete T-Nutraster aufwei sen. Die Spannplatten sind mit dem Vorrichtungsgrundkörper verschraubt. Durch die Verbindung von Mineralguss und Stahl teil soll eine hohe Stabilität und Lagegenauigkeit erreichbar sein. Nachteilig ist aber, dass mit einer derartigen Ausfüh rung der Aufsatz-Spannvorrichtung keine hohen Schnittwerte bei der Werkstückbearbeitung realisierbar sind, da die massiven Spannplatten am Mineralguss-Vorrichtungsgrundkörper lediglich durch eine Schraubverbindung gefügt sind. Dies bedeutet, dass eine Fuge vorhanden ist, die die Entstehung von Schwingungen in der Aufspannung begünstigt. Des Weiteren nehmen die Spann platten die bei der Zerspanung entstehende Wärme auf, wodurch eine Verformung der Spannplatten eintritt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Aufsatz -Spannvorrichtung mit einem turmartig ausgebildeten Vorrich tungsgrundkörper aus einem reaktionsharzgebundenen Material für Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren zu schaffen, die eine hohe statische, dynamische und thermische Steife sichert, so dass hohe Schnittwerte bei der Werkstückbearbeitung reali sierbar sind.

Aufgabengemäß wird die Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Aufsatz-Spannvorrichtung mit einem geschlossenen Vorrichtungsgrundkörper ist einfach und kostengünstig herstellbar. Hierzu werden in je einer For menhälfte in horizontaler Lage die festen und/oder verstellba ren Aufnahmeelemente im Abstand positioniert eingelegt und be festigt. Die Metallschienen zur Befestigung der Aufsatz-Spann vorrichtung werden in gleicher Weise in den Formenhälften an geordnet und befestigt. Dann werden die Formenhälften mit einem reaktionsgebundenen Material so abgegossen, dass eine Materialschicht von bis zu 50 mm entsteht. Nach dem Aushärten des Materials erfolgt der Zusammenbau der Form. Hierzu sind die Formenhälften in vertikaler Lage jeweils durch Spannele mente an den sich gegenüberliegenden Aufnahmeelementen zu ver binden. Nach dem Ausrichten der Formenhälften kann die Form vollständig abgegossen werden. Der Einsatz der erfindungsge mäßen Aufsatz-Spannvorrichtung zur Bearbeitung von schwer spannbaren Werkstücken ist im Rahmen der Arbeitsplanung all gemein durch die Lösung nachstehender Aufgabenkomplexe reali sierbar:

- Bestimmen der Lagen des Werkstück am Vorrichtungskörper und im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine oder des Bearbei tungszentrums unter Berücksichtigung der am Werkstück zu bearbeitenden Formelemente
- Festlegung der Bestimm-, Spann- und Stützelemente am Werk stück in Abhängigkeit der in der Aufspannlage zu bearbei tenden Formelemente
- Aufsetzen der Spannvorrichtung auf den Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungszentrums sowie Auswahl und Anordnung der Bestimm-, Spann und Stützele mente am Vorrichtungsgrundkörper und/oder Maschinentisch
- Auflegen und Spannen des Werkstücks für die Bearbeitung

Durch die metallische Verbindung, bestehend aus festem bzw. verstellbarem Aufnahmeelement und innenliegender Spanneinheit in Form eines Zugankers, ist vorteilhafterweise eine gegensei tige Zugentlastung und Thermosymmetrie garantiert. Dies bedeu tet, dass thermisch bedingte Verformungen der Aufnahmeelemente auf ein Minimum reduziert werden. Eine weitere thermische Be einflussung der Aufnahmeelemente durch heiße Späne und Kühl schmiermittel ist durch eine entsprechende Formgestaltung des Vorrichtungsgrundkörpers, wie beispielsweise durch Ableit schrägen und Rundungen, vermeidbar. Die Vorteile der Aufsatz- Spannvorrichtung bestehen gegenüber alternativen, bekannten Aufspannlösungen im geringeren Entwicklungs- und Fertigungs aufwand, wodurch auch ein wirtschaftlicher Einsatzbereich von der Einzelfertigung bis zur Mittelserienfertigung besteht. Durch die kompakte Bauweise des Vorrichtungsgrundkörpers wird eine hohe statische, dynamische und thermische Steife der Vor richtung gesichert, und es sind hohe Schnittwerte bei der Werkstückbearbeitung realisierbar.

Die Erfindung wird näher an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Hierzu zeigen die zuge hörigen Zeichnungen in

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines turmartigen Vor richtungsgrundkörpers,

Fig. 2 einen gespannten Pumpenflansch am Vorrichtungs grundkörper in zwei Ansichten und

Fig. 3 einen für die Bearbeitung gespannten Krümmer in der Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Vorrichtungs grundkörpers 2. Es ist dargestellt, dass in sieben Ebenen ge genüberliegend feste und verstellbare metallische Aufnahme elemente 4; 5, darunter zwei Ebenen mit verstellbaren Aufnahme elementen 5, angeordnet sind. Die festen Aufnahmeelemente 4 sind als Nutleisten und die verstellbaren Aufnahmeelemente 5 sind Nutleisten mit T-Nutzylindern 11 ausgebildet. Die sich gegenüberliegenden Aufnahmeelemente 4; 5 sind durch ein Spannelement 3 verbunden. Dieses besteht aus einem Spannschloss 6, Bolzen 7; 8 und Kon termuttern 9; 10. Damit der Vorrichtungsgrundkörper 2 schnell und einfach auf den Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungszentrums aufgesetzt werden kann, hat er zwei Me tallschienen 13 mit je einer Auflage-, Klemm- und Führungsflä che zur Befestigung. Die Anordnung der Aufnahmeelemente 4; 5 in mehreren Ebenen und insbesondere der Einsatz von verstellbaren Aufnahmeelementen 5 sichert die Realisierung der jeweiligen werkstück- und aufspannlagenspezifischen Anforderungen. Fig. 2 zeigt einen gespannten Pumpenflansch 1 am Vorrich tungsgrundkörper 2 in der Draufsicht und in Seitenansicht. Erkennbar ist, dass der Pumpenflansch 1 auf die Bestimmelemente 14 aufgelegt ist. Die festen Aufnahmeelemente 4 sichern eine werkstückgerechte Positionierung der Spannbolzen 16 über je einen Nutstein 18, ein Stützelement 15 und ein Bestimmele ment 14. Durch die Spannbolzen 16 werden dann mit den Spann eisen 17 die Spannkräfte erzeugt, welche den Pumpenflansch 1 während der Bearbeitung halten. Die Spann- und Bearbeitungs kräfte werden über die festen Aufnahmeelemente 4 in den Vor richtungsgrundkörper 2 übertragen und dann über die Metall schienen 13 in das Bett der Werkzeugmaschine weiter geleitet. Der Vorrichtungsgrundkörper 2 wirkt zugleich als Schwingungs- und Wärmedämpfer. Dadurch ist eine qualitätsgerechte spanende Bearbeitung der Dichtleiste 20, der Bohrungen 21; 22 sowie der in der Draufsicht erkennbaren Zentrierung und Bohrungen am Pumpenflansch 1 möglich.

Fig. 3 zeigt einen für die Bearbeitung gespannten Krümmer 1 in der Seitenansicht. Zur spanenden Bearbeitung der Flansch flächen 23; 24 und der nicht dargestellten Befestigungsbohrun gen wird der Krümmer 1 auf verschiedene Bestimmelemente auf gelegt und danach durch die Spannbrücke 19 über den Spannbol zen 16 gespannt. Dies ist nur möglich, weil im Vorrichtungs grundkörper 2 in einer Ebene verstellbare Aufnahmeelemente 5 mit einem Gewindezylinder 12, der den Spannbolzen 16 aufnimmt, angeordnet sind. Dadurch sind die Winkelstellung des Spannbol zen 16 und demgemäß die Spannkraftrichtung einstellbar.

Bezugszeichenliste

1

Werkstück

2

Vorrichtungsgrundkörper

3

Spannelement

4

Aufnahmeelement, fest

5

Aufnahmeelement, verstellbar

6

Spannschloss

7

Beizen, Gewinde rechts

8

Bolzen, Gewinde links

9

Kontermutter

10

Kontermutter links

11

T-Nutzylinder

12

Gewindezylinder

13

Metallschiene

14

Bestimmelement

15

Stützelement

16

Spannbolzen

17

Spanneisen

18

Nutstein

19

Spannbrücke

20

Dichtleiste

21

Flansch-Bohrung

22

Flansch-Bohrung zu bearbeitende Formelemente

23

Flanschfläche

24

Flanschfläche

Claims

1. Aufsatz-Spannvorrichtung für Werkzeugmaschinen und Bearbei tungszentren zur Bearbeitung von schwer spannbaren Werk stücken, mit einem turmartig ausgebildeten Vorrichtungskör per (2) aus einem reaktionsgebundenen Material und mit an zwei seiner Außenseiten gegenüberliegend, waagerecht oder senkrecht in mehreren Ebenen angeordneten metallischen Auf nahmeelementen (4; 5), welche fest und/oder verstellbar vor gesehen und über einstellbare, innenliegende Spannelemente (3) miteinander verbunden sind.

2. Aufsatz-Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die die Aufnahmeelemente (4; 5) verbindenden Spannelemente (3) Zuganker sind.

3. Aufsatz-Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zuganker (3) aus Spannschloss (6), Bol zen (7; 8) und Kontermuttern (9; 10) bestehen.

4. Aufsatz-Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die metallischen Aufnahmeelemente (4) Nut leisten sind.

5. Aufsatz-Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die metallischen Aufnahmeelemente (5) Nut leisten mit T-Zylinder (11) und/oder Gewindezylinder (12) sind.

6. Aufsatz-Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Vorrichtungsgrundkörper (2) zur Befesti gung mindestens zwei Metallschienen (13) mit je einer Auf lage-, Klemm- und Führungsfläche hat.