DE19514512C2

DE19514512C2 - Einrichtung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstückes

Info

Publication number: DE19514512C2
Application number: DE1995114512
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl Ing Anker
Original assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: DE19514512A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstückes auf einem Bearbeitungstisch einer Werkzeugmaschine, mit einem auf dem Bearbeitungstisch zu fixierenden Palettenunterteil und einem auf das Palettenunterteil aufsetzbaren und mit diesem verspannbaren und von diesem lösbaren Palettenoberteil, auf dem das Werkstück angeord net ist, wobei die definierte Position des Palettenoberteils zum Paletten unterteil in der Z-Achse durch Anlageflächen und in der X-Y-Ebene durch Zentrierausnehmungen und Positionierelemente herstellbar ist.

Aus der DE 41 16 103 C2 ist eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines Werk stückes oder eines Werkzeuges an einer Werkzeugmaschine bekannt. Diese Lösung sieht das hochgenaue Positionieren und Spannen von Paletten auf einem Palettenspanner vor.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Spanner, der mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, und einem das Werkstück oder das Werk zeug halternden Träger. Mit dem Träger fest verbunden ist ein Spannzapfen, über den der Träger kraftschlüssig mit dem Spanner kuppelbar ist.

Die Kupplungsteile von Spanner und Träger weisen in kreuzförmiger Anord nung senkrecht zueinander stehende, deckungsgleiche Nuten auf, in denen Zentrierrollen angeordnet sind. Der Träger hat im Grundriß die Form eines Quadrates, wobei die prismatischen Nuten in den Eckbereichen diagonal ver laufend angeordnet sind. Mit dieser Anordnung der Nuten soll eine hohe Präzision beim Positionieren und Spannen des Trägers erreicht werden. In den Eckbereichen des Trägers befinden sich weiterhin Anlageflächen, mit denen die axiale Positionierung der zu verbindenden Bauteile in der Z-Achse erfolgt.

Diese bekannte Vorrichtung hat mehrere Nachteile.

Der große Abstand der Anlageflächen zum Spannzapfen führt unvermeidlich zu großen Biegemomenten während des Spannvorganges. Diese wiederum bewirken Deformationen innerhalb des Trägers, wodurch die Positionier genauigkeit beeinträchtigt wird.

Andererseits haben die geringen Abmessungen der Anlageflächen eine hohe Flächenpressung an den zu verbindenden Bauteilen zur Folge.

Dementsprechend ist die Spannkraft und auch die zulässige Werkstücklast begrenzt. Für das Positionieren von Werkstücken mit großen Gewichten sowie zum Bearbeiten von Werkstücken mit großen Zerspanungsleistungen ist deshalb diese Lösung ungeeignet.

Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß am Träger ein weit auskragender Spannzapfen angeordnet ist. Dadurch sind die Möglichkeiten der Handhabung des Trägers eingeschränkt. Des weiteren ist bei der Hand habung des Trägers stets die Gefahr von Beschädigungen des Spannzapfens sowie anderer Bauteile der Vorrichtung durch ihn gegeben, wodurch die Funktionsfähigkeit der gesamten Vorrichtung unter Umständen in Frage gestellt ist.

Eine andere Lösung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstückes oder Werkzeuges auf einer Werkzeugmaschine ist aus der DE 36 25 608 A1 bekannt.

Diese Spannvorrichtung, die insbesondere an einer Senkerodiermaschine anwendbar ist, besteht im wesentlichen aus einem Spannfutter mit einer zentrischen Zugbolzenaufnahme, einem Elektrodenhalter und einem im Elek trodenhalter verankerbaren Zugbolzen. Der Elektrodenhalter besitzt eine plangeschliffene Oberfläche, in die kreuzförmig angeordnete, senkrecht zueinander stehende Nuten eingearbeitet sind.

In jeder Flanke der Nuten ist ein Einschnitt in das Material des Elektroden halters vorhanden. Die Einschnitte sollen es ermöglichen, daß das zwischen ihnen und dem benachbarten Oberflächenabschnitt verbleibende Elektroden haltermaterial die Form einer in Z-Richtung elastischen Lippe annimmt.

An der Unterseite des Spannfutters sind zwei Paare von Leisten angeordnet, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich befinden sich an der Unterseite des Spannfutters mehrere vorstehende Pfosten.

Die Positionierung des Werkzeuges in X- und Y-Richtung erfolgt bei dieser Lösung mittels der in die Nuten des Elektrodenhalters einstehenden Leisten des Spannfutters.

Mit der Anlage der Pfosten des Spannfutters an der Oberfläche des Elektrodenhalters wird eine Positionierung in Z-Richtung vorgenommen. Die Nachteile dieser Lösung bestehen im wesentlichen darin, daß durch die Ausbildung der positionsbestimmenden Elemente die Möglichkeit einer hoch genauen Positionierung in der X-Y-Ebene nicht gegeben ist.

Für die Positionierung von schweren Teilen ist diese Lösung ungeeignet, da die Anlageflächen zur Positionierung in der Z-Richtung nur klein sind und somit die Flächenpressung zu groß werden würde.

Andererseits bedingt der komplizierte Aufbau dieser Spannvorrichtung einen hohen fertigungstechnischen und Montageaufwand. Insbesondere die Her stellung der Leisten für das Spannfutter und der Nuten im Elektrodenhalter sowie deren paßgerechte Montage erfordert unter Berücksichtigung der not wendigen Genauigkeiten hohe Aufwände.

Es ist weiterhin von Nachteil, daß das Spannfutter druckluftbetätigt ist. Dieser Umstand erfordert für den Betrieb eine Druckluftquelle, mit der das Spannfutter über Druckluftleitungen verbunden werden muß. Die Hand habung des Spannfutters wird dadurch nicht nur erschwert, sondern auch die Umrüstzeiten verlängert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum positions definierten Aufspannen eines Werkstückes der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, Werkstücke mit großem Gewicht mit hoher Prä zision zu positionieren und die einen einfachen und robusten Aufbau aufweist und sich kostengünstig herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Paletten unterteil und Palettenoberteil jeweils eine innere und eine äußere Ringfläche als Anlageflächen aufweisen und mit dem Palettenunterteil und Palettenober teil je ein für beide Teile gleicher Fixierring über Stützeinrichtungen derart formschlüssig verbunden ist, daß er in mindestens drei Teilabschnitten unter Krafteinwirkung in axialer Richtung elastisch nachgiebig ist, wobei der Fixier ring innerhalb dieser Teilabschnitte an der dem anderen Teil zugewandten Fläche prismenförmige Nuten in radialer Anordnung aufweist, in denen Positionierelemente angeordnet sind, und daß jeweils zentrisch im Palettenunterteil eine Spannzange und im Palettenoberteil eine Spannbuchse angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Positio nierelemente Zylinderrollen sind.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß mit tels der Stützeinrichtungen im Fertigungsprozeß die Fixierringe gegenüber dem Palettenunterteil und Palettenoberteil in der Höhe justierbar sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Stütz einrichtungen mit dem Fixierring nach der Justage mit Gießharz formschlüssig verbunden sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen insbesondere darin, daß Werkstücke mit großem Gewicht mit hoher Genauigkeit positioniert wer den können. Das Palettenunterteil und -oberteil weisen zur Positionierung in der Z-Achse große ringförmige Auflageflächen auf, wodurch die Flächen pressung an beiden Teilen gering gehalten werden kann. Die Positionier genauigkeit in der X-Y-Ebene wird durch die Fixierringe, die mit beiden Teilen fest verbunden sind, gewährleistet. Dadurch, daß der Fixierring für das Palettenunterteil und -oberteil gleich ist, wird eine kostengünstige Fertigung der genauigkeitsbestimmenden Bauteile möglich. Die Montage des Palettenunterteiles und -oberteiles ist ebenfalls ohne großen Aufwand mög lich.

Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung zum positions definierten Aufspannen von Werkstücken durch einen einfachen und robu sten Aufbau aus.

Diese Einrichtung ist so konzipiert, daß eine handelsübliche Spanneinrichtung verwendet werden kann.

Durch das Zusammenwirken aller funktionsbestimmenden Teile wird eine hohe Steife sowohl in der Z-Achse als auch in der X-Y-Ebene erreicht.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Seitenansicht;

Fig. 2: einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3: einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2 in ungespanntem Zustand der Palette;

Fig. 4: einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2 in gespanntem Zustand der Palette.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Anordnung der erfin dungsgemäßen Einrichtung auf dem Bearbeitungstisch 3 einer Werkzeug maschine. Das Palettenunterteil 1 ist dabei mittels Schrauben 12 lösbar mit dem Bearbeitungstisch 3 verbunden. Das Palettenoberteil 2 liegt auf dem Palettenunterteil 1 auf. Das Palettenoberteil 2 trägt das nicht dargestellte Werkstück.

Das Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 haben im verspannten Zustand über ihre innere und äußere Ringfläche 4, 5 direkten Kontakt miteinander. Am Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 ist je ein Fixierring 6 befestigt. Dieser Fixierring 6 ist für beide Teile völlig gleich.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Befestigung des Fixierringes 6 am Paletten unterteil 1 und -oberteil 2 mittels der Stützeinrichtungen 7. Bei dem darge stellten bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um vier in gleicher Teilung an den Fixierringen 6 angeordnete Stützeinrichtungen 7. Erfindungs gemäß sind mindestens drei Stützeinrichtungen 7 je Fixierring 6 notwendig. Die Befestigung der Fixierringe 6 mittels der Stützeinrichtungen 7 erfolgt so, daß jeweils ein definierter Abstand zwischen dem Fixierring 6 und dem Palet tenunterteil 1 und -oberteil 2 eingehalten wird. Dadurch ist es möglich, daß die Fixierringe 6 in Teilabschnitten unter Krafteinwirkung in axialer Richtung (Z-Richtung) elastisch nachgeben können. Im Bereich dieser Teilabschnitte sind an der dem anderen Teil zugewandten Fläche des Fixierringes 6 prismenförmige Nuten 8 in radialer Richtung angeordnet. Innerhalb der pris menförmigen Nuten 8 befinden sich Positionierelemente 9. Bei dem bevor zugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Positionierelementen 9 um Zylinderrollen.

Zentrisch im Palettenunterteil 1 ist eine Spannzange 10 einer Spanneinrich tung angeordnet. Koaxial zu dieser Spannzange 10 ist am Palettenoberteil 2 eine Spannbuchse 11 befestigt.

Die in der Fig. 1 näher dargestellten Stützeinrichtungen 7 sind für das Palet tenunterteil 1 und -oberteil 2 gleich ausgeführt und einander gegenüberlie gend angeordnet. Die Fixierringe 6 sind über die Stützeinrichtungen 7 dauer haft mit dem Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 verbunden. Bei der Montage dieser Teile können die Fixierringe 6 mittels der Stützeinrichtungen 7 gegen über dem Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 in der Höhe justiert werden. Zur Höhenverstellung des Fixierringes 6 dient der Hohl-Gewindestift 15. Mit der Schraube 16 wird nach erfolgter Justage gekontert. Über die im Fixierring 6 vorhandenen Bohrungen 17 werden im weiteren Fertigungsprozeß alle Ver bindungsstellen zwischen den Fixierringen 6 und dem Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 im Bereich der Stützeinrichtungen 7 mit Gießharz 19 vergossen. Die Fixierringe 6 sind nach dem Aushärteprozeß untrennbar formschlüssig mit dem Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 verbunden, so daß die einmal vorge nommene Justage stets erhalten bleibt. Die flexiblen Dichtungen 18 gewähr leisten an den Verbindungsstellen von Fixierring 6 und Palettenunterteil 1 bzw. -oberteil 2 Stützflächen mit gleichgroßen und definierten Abmessungen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht somit eine kostengünstige Ferti gung der Fixierringe 6 als genauigkeitsbestimmende Teile, unabhängig von dem Palettenunterteil 1 und -oberteil 2. Dadurch, daß die Fixierringe 6 für das Palettenunterteil 1 und -oberteil 2 gleich sind, ist die Austauschbarkeit dieser Teile stets gegeben.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zum positionsdefi nierten Aufspannen eines Werkstückes ist folgende:

Das nicht dargestellte Werkstück wird außerhalb der Werkzeugmaschine mit dem Palettenoberteil 2 verspannt. Das Ausrichten und Verspannen des Werk stückes erfolgt auf einer Palettenstation, mit welcher eine direkte räumliche Zuordnung des Palettenoberteiles 2 zum Palettenunterteil 1 herstellbar ist. Von der Palettenstation wird das Palettenoberteil 2 mit dem darauf befind lichen Werkstück mittels einer Handhabungseinrichtung abgenommen und auf das Palettenunterteil 1, das sich auf dem Bearbeitungstisch 3 der Werk zeugmaschine befindet, aufgesetzt.

Beim Absenken des Palettenoberteiles 2 wird dieses Teil mittels geeigneter Hilfsmittel zum Palettenunterteil 1 vorzentriert. Dieses geschieht in bekannter Weise durch die am Palettenoberteil 2 befestigten Kegelbolzen 13 und die im Palettenunterteil 1 angeordneten Zylinderbuchsen 14.

Die exakte Lagezuordnung erfolgt über die im Fixierring 6 eingearbeiteten prismenförmigen Nuten 8, die über die Positionierelemente 9 in Verbindung stehen.

Die Fig. 3 zeigt das Palettenunterteil 1 mit dem -oberteil 2 im unverspannten Zustand. Durch das Eigengewicht des Palettenoberteiles 2 mit dem darauf befindlichen Werkstück wird der Kontakt zwischen dem Fixierring 6 des Palettenunterteiles 1 und dem Fixierring 6 des Palettenoberteiles 2 über die Positionierelemente 9 hergestellt. Beim Anlegen der Positionierelemente 9, vorzugsweise werden Zylinderrollen verwendet, an die Flächen der prismenförmigen Nuten 8 wird das Palettenoberteil 2 zum Palet tenunterteil 1 in der X-Y-Ebene positioniert. Die inneren und äußeren Ring flächen 4, 5 des Palettenunterteiles 1 und -oberteiles 2 haben in diesem Zustand keine Berührung.

In Fig. 4 ist das Palettenunterteil 1 mit dem -oberteil 2 im verspannten Zustand dargestellt. Das Verspannen beider Teile wird über eine handels übliche Spanneinrichtung erreicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Spannzange 10 der Spanneinrichtung zieht das Palettenoberteil 2 über die Spannbuchse 11, die mit dem Palettenoberteil 2 fest verbunden ist, gegen das Palettenunterteil 1. Während des Spannvor ganges geben die Fixierringe 6 in den Teilabschnitten zwischen den Stütz einrichtungen 7 in Richtung des Palettenunterteiles 1 und -oberteiles 2 elastisch nach, bis die inneren und äußeren Ringflächen 4, 5 des Paletten unterteiles 1 und -oberteiles 2 kontaktieren.

Die größte elastische Deformation der Fixierringe 6 tritt im Bereich der prismatischen Nuten 8 auf, innerhalb derer die Positionierelemente 9 ange ordnet sind. Die als Positionierelemente 9 verwendeten Zylinderrollen ver ändern während des Spannvorganges ihre Lage nicht. Durch die biegeelasti sche Deformation der Fixierringe 6 in Z-Richtung wird erreicht, daß die exakte Lagezuordnung des Palettenoberteiles 2 zum Palettenunterteil 1 in der X-Y-Ebene während des Spannvorganges und im gespannten Zustand erhal ten bleibt. Mit der Anlage der inneren und äußeren Ringflächen 4, 5 des Palettenunterteiles 1 und Palettenoberteiles 2 wird die exakte Position des Palettenoberteiles 2 in der Z-Achse erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Palettenunterteil

2

Palettenoberteil

3

Bearbeitungstisch

4

innere Ringfläche

5

äußere Ringfläche

6

Fixierring

7

Stützeinrichtung

8

prismenförmige Nut

9

Positionierelement

10

Spannzange

11

Spannbuchse

12

Schraube

13

Kegelbolzen

14

Zylinderbuchse

15

Hohl-Gewindestift

16

Schraube

17

Bohrung

18

flexible Dichtung

19

Gießharz

Claims

1. Einrichtung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstückes auf einem Bearbeitungstisch einer Werkzeugmaschine, mit einem auf dem Bearbeitungstisch zu fixierenden Palettenunterteil und einem auf das Palettenunterteil aufsetzbaren und mit diesem verspannbaren und von diesem lösbaren Palettenoberteil, auf dem das Werkstück angeordnet ist, wobei die definierte Position des Palettenoberteils zum Palettenunterteil in der Z-Achse durch Anlageflächen und in der X-Y-Ebene durch Zentrier ausnehmungen und Positionierelemente herstellbar ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Palettenunterteil (1) und Palettenoberteil (2) jeweils eine innere und eine äußere Ringfläche (4, 5) als Anlageflächen aufwei sen und mit dem Palettenunterteil (1) und Palettenoberteil (2) je ein für beide Teile gleicher Fixierring (6) über Stützeinrichtungen (7) derart formschlüssig verbunden ist, daß er in mindestens drei Teilabschnitten unter Krafteinwirkung in axialer Richtung elastisch nachgiebig ist, wobei der Fixierring (6) innerhalb dieser Teilabschnitte an der dem anderen Teil zugewandten Fläche prismenförmige Nuten (8) in radialer Anordnung aufweist, in denen Positionierelemente (9) angeordnet sind, und daß jeweils zentrisch im Palettenunterteil (1) eine Spannzange (10) und im Palettenoberteil (2) eine Spannbuchse (11) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positio nierelemente (9) Zylinderrollen sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Stützeinrichtungen (7) im Fertigungsprozeß die Fixierringe (6) gegenüber dem Palettenunterteil (1) und Palettenoberteil (2) in der Höhe justierbar sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtungen (7) mit dem Fixierring (6) nach der Justage mit Gießharz (19) formschlüssig verbunden sind.