DE19537968A1 - Harness for non uniform work pieces - Google Patents

Harness for non uniform work pieces

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Abstract

The harness (1) contains a hydraulic tension element (6a) which presses the work piece (5) against an opposing tension element (6b). The applied pressure of the work piece's receiver (2) is significantly less than that of these elements (6a,6b). The receiver is composed of many individual parts (2a,2b,2c,2d) to fix the work piece in a defined plane. The tension elements exert simultaneous force, and must be adjustable hydraulic tension cylinders on at least one of the two sides.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung für zu bear­ beitende Werkstücke unregelmäßiger Kontur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a jig for bear Machining workpieces with an irregular contour according to the generic term of claim 1.

Voraussetzung für eine maßgerechte Bearbeitung, beispielsweise durch spanende Bearbeitung, ist eine positionsgenaue Einspannung des Werk­ stückes. Dabei darf sich das Werkstück insbesondere während des Bear­ beitungsvorganges aus seiner Einspannung nicht lösen. So muß die Einspannvorrichtung sicher Kräfte aufnehmen können, die während der Bearbeitung auf das Werkstück einwirken. Daher ist eine Kontaktierung des Werkstücks durch die Einspannmittel mit hoher Einspannkraft er­ forderlich. Bei Werkstücken mit relativ komplexer Kontur, wie bei­ spielsweise bei Schaufeln von Strömungsmaschinen bereitet die kraft­ volle und konturnahe Einspannung wegen der räumlichen Formgebung und Empfindlichkeit des Werkstücks Probleme. So ist aus der DE-PS 41 30 953 bekannt, das Werkstück in eine formschlüssige Einfassung aus einem Kunststoff oder Metall mit niedriger Schmelztemperatur einzu­ gießen. Über parallele Einspannflächen läßt sich das Werkstück dann leicht mit bekannten, konventionellen Einspannmitteln festlegen. Ungünstig ist jedoch der Zeit- und Energieaufwand für das Eingießen und anschließende Entformen der Einfassung. Desweiteren sind un­ brauchbar gewordene Reste der Einspannung zu entsorgen.Precondition for a correct processing, for example by machining, is a precise clamping of the work piece. The workpiece may move during the bear Do not release the machining process from its clamping. So it has to Jig can safely absorb forces during the Act machining on the workpiece. Therefore, contacting of the workpiece by the clamping means with high clamping force conducive. For workpieces with a relatively complex contour, such as For example, in the case of blades of turbomachines, the force provides full and close fitting because of the spatial shape and Sensitivity of the workpiece problems. So is from DE-PS 41 30th 953 known, the workpiece in a form-fitting enclosure a plastic or metal with a low melting temperature  to water. The workpiece can then be clamped in parallel easy to fix with known, conventional clamping devices. However, the time and energy required for pouring is unfavorable and then demolding the bezel. Furthermore are un to dispose of residues of the clamping that have become usable.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung eine gattungs­ gemäße Einspannvorrichtung anzugeben, die eine präzise und werkstückschonende Einspannung bei geringem Rüstaufwand ge­ währleistet.Proceeding from this, it is an object of the invention to specify appropriate clamping device that is precise and workpiece-friendly clamping with low set-up effort ensures.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved by the features of the kenn Drawing part of claim 1 solved.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die funktionelle Aufteilung der Einspannvorrichtung in eine Werkstückaufnahme, die eine exakte Positionierung des Werkstücks gewährleistet, sowie in gegeneinander wirkende Spannelemente zur kraftvollen Festlegung des Werkstückes, eine lagesichere Einspannung auch während der Bearbeitung ge­ währleistet ist. Somit können auch anspruchsvolle Fertigungs­ toleranzen eingehalten werden. Durch eine Variation in der Anzahl der Spannelemente kann eine gebrauchsgerechte Auslegung der Einspannvor­ richtung entsprechend der räumlichen Komplexität oder Empfindlichkeit der einzuspannenden Werkstücke ermöglicht werden. Durch die Verwen­ dung hydraulischer Spannelemente wird eine konturnahe Kontaktierung des Werkstücks durch alle Spannelemente gewährleistet, da der aufge­ brachte Hydraulikdruck unabhängig vom Spannweg der Spannelemente jeweils gleich bleibt.The invention has the advantage that the functional division the clamping device in a workpiece holder, which is an exact Positioning of the workpiece guaranteed, as well as in against each other acting clamping elements for powerful fixing of the workpiece, a secure fixation even during machining is guaranteed. This allows even demanding manufacturing tolerances are observed. By a variation in the number of Clamping elements can provide a user-friendly design of the clamping device direction according to spatial complexity or sensitivity  of the workpieces to be clamped. By use Hydraulic clamping elements becomes a close contact of the workpiece guaranteed by all clamping elements, as the brought hydraulic pressure regardless of the clamping path of the clamping elements always remains the same.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 11.Further advantageous embodiments of the invention result by the features of claims 2 to 11.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment of the invention is as follows explained with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 den Querschnitt einer Einspannvorrichtung mit einge­ spanntem Schaufelblatt als Werkstück gem. Schnitt I-I, Fig. 1 shows the cross section of a jig with clamped airfoil as a workpiece. Section II,

Fig. 2 eine Draufsicht der Einspannvorrichtung mit ge­ strichelter Darstellung eines eingespannten Schaufelblattes und Fig. 2 is a plan view of the jig with a dashed line illustration of a clamped airfoil and

Fig. 3 eine Seitenansicht der Einspannvorrichtung mit einge­ spanntem Schaufelblatt. Fig. 3 is a side view of the jig with the airfoil clamped.

Die in Fig. 1 gezeigte Einspannvorrichtung 1 weist eine Werkstück­ aufnahme 2 sowie zwei relativ zueinander bewegbare Spannköpfe 3 und 4 zur Einspannung eines Werkstückes 5 auf. Das im eingespannten Zu­ stand gezeigte Werkstück 5, vorliegend der Schaufelrohling für eine Strömungsmaschine, liegt auf den zur Werkstückaufnahme 2 gehörenden Aufnahmestellen 2a auf, wobei das Werkstück 5 über die zum oberen Spannkopf 3 der der Werkstückaufnahme 2 leicht angedrückt wird. Die Kraftübertragung erfolgt über drei Spannelemente 6a. Dabei übt jedes Spannelement 6a eine Kraft von ca. 40 N auf das Werkstück 5 bzw. die Werkstückaufnahme 2 aus. Auf der Gegenseite des Werkstückes 5, also aufnahmeseitig, wirkt der untere Spannkopf 4 mit ebenfalls drei Spann­ elementen 6b auf das Werkstück 5, wodurch dieses zwischen den Spann­ elemente 6a des oberen Spannkopfes 3 und den Spannelementen 6b des unteren Spannkopfes 4 geklemmt wird. Um ein Abheben des Werkstückes 5 von den Aufnahmestellen 2a zu vermeiden, werden die Spannelemente 6a des oberen Spannkopfes 3 mit einem hohen Druck von etwa 47 MPa hy­ draulisch abgeklemmt, während die Spannelemente 6b des unteren Spann­ kopfes 4 mit einem gegenüber den oberen Spannelementen 6a um ca. 6 MPa reduzierten Anpreßdruck gegen das Werkstück 5 zu wirken. Für eine gleichmäßige Spannkraftverteilung sind die Spannelemente 6 jeweils mit einem Formstück 7 versehen, deren Kontaktierungsseite entspre­ chend des einzuspannenden Oberflächenabschnitts des Werkstückes kon­ turgetreu ausgebildet ist. Zum Ausgleich von Toleranzunterschieden am Werkstück ist eine Ankoppelung der Formstücke 7 an die Spannelemente 6a, b mittels gelenkig an den Spannelementen angebrachter Teller 8 vorgesehen.The jig 1 shown in FIG. 1 has a workpiece holder 2, and two relatively movable clamping heads 3 and 4 for clamping a workpiece to 5. The workpiece 5 shown in the clamped state, in the present case the blade blank for a turbomachine, lies on the receiving points 2 a belonging to the workpiece holder 2 , the workpiece 5 being slightly pressed onto the upper clamping head 3 of the workpiece holder 2 . The power is transmitted via three clamping elements 6 a. Each clamping element 6 a exerts a force of approximately 40 N on the workpiece 5 or the workpiece holder 2 . On the opposite side of the workpiece 5 , that is to say on the receiving side, the lower clamping head 4 also acts with three clamping elements 6 b on the workpiece 5 , as a result of which this is clamped between the clamping elements 6 a of the upper clamping head 3 and the clamping elements 6 b of the lower clamping head 4 . To avoid lifting the workpiece 5 from the receiving points 2 a, the clamping elements 6 a of the upper clamping head 3 are drastically clamped hy with a high pressure of about 47 MPa, while the clamping elements 6 b of the lower clamping head 4 with one compared to the upper Clamping elements 6 a to reduce the contact pressure against the workpiece 5 by approximately 6 MPa. For a uniform clamping force distribution, the clamping elements 6 are each provided with a shaped piece 7 , the contacting side of which is designed to conform to the surface section of the workpiece to be clamped. To compensate for differences in tolerance on the workpiece, a coupling of the shaped pieces 7 to the clamping elements 6 a, b is provided by means of plates 8 which are articulated on the clamping elements.

Die hydraulisch betätigten Spannelemente 6a und 6b setzen sich aus einem zylindrischen Gehäuse 9 mit Außengewinde 10 sowie aus dem per Öldruck betätigten Kolben 11 zusammen. Die Einschraubbauform der Spannelemente 6a, 6b erlaubt einen direkten Einbau der Spannelemente 6a, b in die Spannköpfe 3 und 4. In Grundstellung sind die Kolben 11 in eingefahrener Position. Das Ausfahren der Kolben 11 der oberen Spannelemente 6a wird durch Öldruck ausgelöst, wobei sich das Form­ stück 7, durch den Kolben 11 bewegt, mit Federkraft des Spannelements 6a an das Werkstück 5 anlegt. Im anliegenden Zustand ist dann der Kolben durch Öldruck gegen Rücklauf gesichert. Im Unterschied hier­ zu, erfolgt die Spannung des Werkstückes 5 durch die aufnahme­ seitigen Spannelemente 6b, deren Formstücke 7 über den Kolben 11 durch den Öldruck gegen das Werkstück 5 gepreßt werden. Zur gleich­ mäßigen Druckbeaufschlagung und gleichzeitigen Betätigung der Spannelemente 6a und 6b sind diese seitenweise an eine separate Öldruckleitung 12a bzw. 12b angeschlossen.The hydraulically operated clamping elements 6 a and 6 b are composed of a cylindrical housing 9 with an external thread 10 and of the piston 11 actuated by oil pressure. The screw-in design of the clamping elements 6 a, 6 b allows the clamping elements 6 a, b to be installed directly in the clamping heads 3 and 4 . In the basic position, the pistons 11 are in the retracted position. The extension of the piston 11 of the upper clamping elements 6 a is triggered by oil pressure, the shaped piece 7 moving through the piston 11 applying spring force 6 a to the workpiece 5 . When in contact, the piston is then secured against return by oil pressure. In contrast to this, the workpiece 5 is clamped by the receiving-side clamping elements 6 b, the fittings 7 of which are pressed against the workpiece 5 by the piston 11 by the oil pressure. For uniform pressurization and simultaneous actuation of the clamping elements 6 a and 6 b, these are connected side by side to a separate oil pressure line 12 a or 12 b.

Für eine optimale Ankoppelung der aufnahmeseitigen Formstücke 7b sind diese aus einem elastischen Kunststoff (z. B. Delrin) gefertigt. Hinge­ gen sind die Formstücke 7a der gegenüberliegenden Seite aus einem Werkstoff deutlich geringerer Elastizität gefertigt, um ein Abheben des Werkstückes 5 von der Werkstückaufnahme 2 aufgrund Verformung zu vermeiden.For an optimal coupling of the receiving-side fittings 7 b, these are made of an elastic plastic (e.g. Delrin). Hinge conditions, the fittings 7 a of the opposite side are made of a material of significantly lower elasticity to avoid lifting the workpiece 5 from the workpiece holder 2 due to deformation.

Für eine maßhaltige Bearbeitung des Werkstückes 5 ist eine exakte Positionierung des Werkstückes 5 in der Einspannvorrichtung 1 erfor­ derlich. Hierzu dient die Werkstückaufnahme 2. Beim Einlegen des Werkstückes 5 in die Einspannvorrichtung 1 liegt das Werkstück 5 bereits auf den drei Aufnahmestellen 2a und 2b wie in Fig. 2 ersicht­ lich auf. Hierdurch wird bereits die Höhenlage sowie die räumliche Winkellage des Werkstückes bezüglich der Einspannvorrichtung 1 fest­ gelegt. Wie weiter in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, dienen die Auf­ nahmestellen 2c und 2d zur Festlegung des Werkstückes in der durch die drei Aufnahmestellen 2a und 2b definierten Ablageebene. Dabei ist die Aufnahmestelle 2c als Anschlag ausgebildet um im Zusammenwirken mit dem abklappbaren Klemmhebel 13 das Werkstück 5 bis zur hy­ draulischen Festlegung durch die Spannköpfe 3 in der durch die Auf­ nahmestellen 2a, b und c definierten Stellung festzulegen. Der Klemm­ hebel 13 kann zum Be- und Entstücken der Einspannvorrichtung 1 an bzw. abgeklappt werden. Bei dem in diesem Ausführungsbeispiel darge­ stellten Werkstück 5, einem Schaufelrohling 5′, ist es für die maß­ haltige Bearbeitung des Schaufelfußes 14 erforderlich, daß die Auffä­ delachse 15 der Schaufel 5′ räumlich präzise ausgerichtet ist. Hierzu ist an der Schaufel 5′ ein zur Auffädelachse 15 koaxialer Zapfen 16 ausgebildet, der durch die achslagerartig ausgebildete Aufnahmestelle 2d in radialer Richtung festgelegt ist. Demgegenüber sind die Aufnah­ mestellen 2a, b, c im Kontaktbereich zum Werkstück 5 kugelkopfförmig ausgebildet.For a dimensionally accurate machining of the workpiece 5 , an exact positioning of the workpiece 5 in the clamping device 1 is necessary. The workpiece holder 2 is used for this . When inserting the workpiece 5 in the chuck 1, the workpiece 5 is already on the three receiving points 2 a and 2 b in FIG. 2 ersicht Lich on. As a result, the height and the spatial angular position of the workpiece with respect to the clamping device 1 are already fixed. As can also be seen in FIGS . 2 and 3, the pick-up points 2 c and 2 d serve to fix the workpiece in the storage plane defined by the three pick-up points 2 a and 2 b. The receiving point 2 c is designed as a stop in cooperation with the foldable clamping lever 13 to fix the workpiece 5 to the hy draulic fixing by the clamping heads 3 in the position defined by the receiving points 2 a, b and c. The clamping lever 13 can be folded or unfolded for mounting and dismounting the jig 1 . In the Darge presented in this embodiment workpiece 5 , a blade blank 5 ', it is necessary for the dimensional processing of the blade root 14 that the Auffä delachse 15 of the blade 5 ' is spatially precisely aligned. For this purpose, a coaxially to the threading axis 15 is formed on the blade 5 'pin 16 , which is defined by the axially bearing-like receiving point 2 d in the radial direction. In contrast, the Aufnah mestellen 2 a, b, c are formed in the contact area to the workpiece 5 spherical.

Claims (11)

1. Einspannvorrichtung für zu bearbeitende Werkstücke (5) unregel­ mäßiger Kontur, insbesondere für Schaufeln (5′) von Strömungs­ maschinen, mit an gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes (5) vorgesehenen hydraulischen Spannelementen (6a, 6b), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) auf einer Seite eine Anzahl verstellbarer Spannelemente (6a) aufweist, die das Werkstück (5) gegen eine gegenüber angeordnete Werkstückaufnahme (2) andrücken und so das Werkstück (5) in einer definierten Position festlegen, sowie aufnahmeseitig zumindest ein Spannelement (6b) aufweist, welches das Werkstück (5) mit der für die Bearbeitung notwendigen Spannkraft gegen die Spannelemente (6a) preßt.1. clamping device for workpieces to be machined ( 5 ) irregular contour, in particular for blades ( 5 ') of flow machines, with on opposite sides of the workpiece ( 5 ) provided hydraulic clamping elements ( 6 a, 6 b), characterized in that the device ( 1 ) has on one side a number of adjustable clamping elements ( 6 a) which press the workpiece ( 5 ) against an oppositely arranged workpiece holder ( 2 ) and thus fix the workpiece ( 5 ) in a defined position, and at least one on the receiving side Has clamping element ( 6 b), which presses the workpiece ( 5 ) with the clamping force necessary for machining against the clamping elements ( 6 a). 2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (2) mehrere punktförmige Aufnahmestellen (2a, b, c, d) zur Festlegung des Werkstücks (5) in einer definierten Ebene aufweist.2. Clamping device according to claim 1, characterized in that the workpiece holder ( 2 ) has a plurality of point-shaped receiving points ( 2 a, b, c, d) for fixing the workpiece ( 5 ) in a defined plane. 3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannelemente (6a, b) zumindest einer Seite als hydraulisch verstellbare Spannzylinder ausgeführt sind.3. Clamping device according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping elements ( 6 a, b) at least one side are designed as hydraulically adjustable clamping cylinders. 4. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6a, b) einer Seite gleichmäßig druckbeaufschlagt sind. 4. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 a, b) are pressurized evenly on one side. 5. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) durch die Spannele­ mente (6a, b) zumindest auf einer Seite über gelenkig an den Spann­ elementen (6a, b) angebrachte Teller (8) kontaktiert wird.5. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece ( 5 ) through the Spannele elements ( 6 a, b) at least on one side via articulated to the clamping elements ( 6 a, b) attached plate ( 8 ) contacted becomes. 6. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6a, b) zumindest einer Seite zur konturgetreuen Kontaktierung des Werkstückes (5) entsprechend ausgebildete Formstücke (7a, b) aufweist.6. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 a, b) have at least one side for conforming contact of the workpiece ( 5 ) with correspondingly shaped pieces ( 7 a, b). 7. Einspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten Spannelemente (6, b) mit Formstücken (7a, b) vorgesehen sind, wobei die Formstücke (7b) der aufnahmeseitigen Spannelemente (6b) elastisch verformbarer sind als die der an­ deren, gegenüberliegenden Seite.7. Clamping device according to claim 6, characterized in that clamping elements ( 6 , b) with shaped pieces ( 7 a, b) are provided on both sides, the shaped pieces ( 7 b) of the receiving-side clamping elements ( 6 b) being elastically deformable than that the one on the opposite side. 8. Einspannvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Formstücke (7b) der aufnahmeseitigen Spann­ elemente (6b) aus einem elastischen Kunststoff gebildet sind.8. Clamping device according to claim 6 or 7, characterized in that the shaped pieces ( 7 b) of the receiving-side clamping elements ( 6 b) are formed from an elastic plastic. 9. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) über die aufnah­ meseitigen Spannelemente (6b) mit einem geringeren Druck beauf­ schlagt wird als durch die Spannelemente (6a) der gegenüber­ liegenden Seite.9. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece ( 5 ) on the receiving meseiten clamping elements ( 6 b) is impacted with a lower pressure than by the clamping elements ( 6 a) of the opposite side. 10. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6a, b) jeweils einer Seite in einem Spannkopf (3 bzw. 4) befestigt sind und dieser zur Grobverstellung bewegbar ist.10. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 a, b) are each attached to one side in a clamping head ( 3 or 4 ) and this is movable for rough adjustment. 11. Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6a, b) an eine auto­ matische Steuereinrichtung angeschlossen sind.11. Clamping device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 a, b) are connected to an automatic control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1321236A1 (en) * 2001-11-27 2003-06-25 Techspace Aero S.A. Method of clamping a workpiece in a static position according to the six point location principle
CN102109427A (en) * 2010-12-20 2011-06-29 周立富 Multifunctional hydraulic clamping device for round and square billet samples

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