DE19739460C1

DE19739460C1 - Schnell-Paß-System für Bauteile von Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE19739460C1
Application number: DE19739460A
Authority: DE
Inventors: Michael Franzki; Horst Bodenschatz
Original assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Current assignee: Hohenstein Vorrichtungsbau und Spannsysteme GmbH
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: EP0900628B1; ATE233637T1; DE59807363D1; EP0900628A2; EP0900628A3

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand aus.

Für ein paßgenaues wiederholbares Fügen von mindestens zwei, mit jeweils einer ebenen Fläche plan aneinanderliegenden Bauteilen von Werkzeugmaschinen oder Werkstücken in definierter Lage zueinander angeordnet, sind mindestens jeweils zwei in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnete Paßsystembolzen in mindestens zwei adäquat parallel angeordnete und gleichdimensionierte Paßbohrungen oder Paßbuchsen ragend, eingepaßt und von mindestens einem dritten Systembolzen in der eingepaßten Fügeposition miteinander befestigt.

Verbreitet ist als Anwendungsbereich die Positionierung von Werkstückeinspannvorrichtungen auf Paletten von Bohr-Fräs-Bearbeitungszentren.

Der gattungsbildende Stand der Technik ist durch genormte Lösungen bestimmt.

So werden nach DIN 6348 bei schnellspannenden Bohrvorrichtungen Auflageplatten für die Werkstücke auf den Vorrichtungskörpern der Bohrvorrichtungen mittels Stiftaufnahmen genau positioniert und auf dem Vorrichtungskörper verschraubt. Dafür stehen jeweils ein runder Paß stift und ein abgeflachter Paßstift zur Verfügung. Die Bohrplatten der gleichen Bohrvorrichtun gen werden von den Führungssäulen aufgenommen und bewegt. Dafür stehen zwei Führungs säulen zur Verfügung, eine runde Führungssäulenaufnahme und eine abgeflachte Führungs säulenaufnahme. Der abgeflachte Paßstift ermöglicht ebenso wie die abgeflachte Führungs säulenaufnahme einen eng begrenzten Ausgleich unterschiedlicher Abstandsmaße der Bohrungen in der Auflageplatte und in der Bohrplatte gegenüber dem Bolzenabstandsmaß bzw. dem Führungssäulenabstandsmaß der Bohrvorrichtung. Der runde Bolzen und die runde Führungssäulenaufnahme sichern gleichzeitig eine mittengenaue Plattenjustierung in den zugeordneten Bohrungen.

Nach DIN 55 201 sind Paletten für Werkzeugmaschinen genormt, deren mittengenaue Aufnah me auf den Palettenträgern der Bohr-Fräs-Bearbeitungszentren über einen als Rundbolzen ausgeführten Mittenbolzen realisiert wird. Die Ausrichtung der Paletten auf den Palettenträgern erfolgt über einen abgeflachten Richtbolzen. Auch bei dieser Lösung ist ein bestimmter eng begrenzter Ausgleich unterschiedlicher Abstandsmaße der Bohrungen im Palettenträger zu den Abständen zwischen Mitten- und Richtbolzen an den Paletten möglich. Dabei bedingen aber die Toleranzüberschneidungen oder die Toleranzüberschreitungen beider Abstandsmaße Situationen, die ein paßgenaues wiederholbares Fügen erschweren und verzögern oder ent sprechende Nachjustierungen erforderlich werden lassen. Kennzeichnend für diese genormten Lösungen ist, daß eine Verschraubung der vorher positionierten gefügten Bauteile Stand der Technik ist.

Lösungen zur Vermeidung der Nachteile, die sich unter Fertigungsbedingungen ergebenden Abstandsmaßunterschiede zwischen Paßbolzen und entsprechenden Bohrungsaufnahmen und zur Optimierung der Fügeprozesse durch Realisierung paßgenauer Verbindungen sind aus den Patenten DE 41 35 418 A1, DE 39 19 077 C1 und DE 43 07 342 A1 bekannt. Rund bolzen werden über ihre Einführungsfasen und über Einführungsrillen in backenartigen Klemm- und Spannwerkzeuge eingeführt, umfaßt und in diesen gespannt oder verriegelt. Durch mecha nische und hydraulische Antriebsprinzipien erfolgt die Betätigung von Verriegelungselementen und damit die Spannung oder Verriegelung. Gleichartig erfolgt die Entspannung durch die Frei gabe der Paßbolzen. Die Klemm- und Spannwerkzeuge sind zu Spannrahmen zusammenstell bar, mit denen abstandsgenau drei oder vier Paßbolzen gleichzeitig mitten- und paßgenau ver riegelt sind. Dieser Spannrahmen ist eine zusätzliche Baugruppe, die zwischen den oberen oder vorderen Bauteil oder Werkstück und dem unteren oder hinteren Bauteil anzuordnen ist, um beide Bauteile paßgenau wiederholbar fügen zu können.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein paß genau wiederholbares Fügen durchzuführen, wobei bestimmte geringe Abstandsmaßunter schiede zwischen den Paßbolzen des zu fügen den oberen oder vorderen Bauteiles oder Werk stückes und den Aufnahmebohrungen im unteren oder hinteren Bauteil ausgleichbar sind, ohne daß zusätzlich Spannrahmen mit gesonderten Klemm- und Spannwerkzeugen für Paßbolzen erforderlich sind.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nach einer paßge nauen Fügung, einerseits dem Paßsystembolzen A eine genaue Mittenjustierung und dem Paß systembolzen B eine genaue Umfangsjustierung und andererseits durch an beiden an deren Umfang angeordnete Justierelemente Abstandsmaßunterschiede ausgleichbar sind. Das Justierprinzip ist als eine Linear-Weg-Druckeinstellung ausgebildet, die körperlich in die Paßsystembolzen A und B integriert ist. Die Spannung der gefügten, miteinander verbundenen Bauteile erfolgt durch Systembolzen C.

Weitergehende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angege ben. Diese weitergehenden Ausgestaltungen ergänzen die dargestellten Vorteile der erfinde rischen Lösung bezüglich

- einer Optimierung beim Ausgleich etwas größerer Abstandsmaßunterschiede der Paßbolzen gegenüber den Aufnahmebohrungen der zu fügenden Bauteile
- einer ergänzenden Nutzung der Paßsystembolzen als Klemm- oder Spannbolzen
- einer Optimierung der Positionierung der Paßsystembolzen, in dem die Flächen- oder Linienan lage der Paßführungsstege durch eine Punktanlage in den Aufnahmebohrungen der zu fügen den Bauteile ersetzbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren weitere Ausgestaltungen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:

Es zeigen

Fig. 1 einen gefügten Paßsystembolzen A oder B mit Paßbuchsen, im Mittenschnitt,

Fig. 2 einen gefügten Paßsystembolzen A oder B,

Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung A des Paßsystembolzens A,

Fig. 4 eine Seitenansicht in Richtung A des Paßsystembolzens B

Fig. 5 einen Paßsystembolzen mit auswölbenden Buchsenteil, im Mittenschnitt

Fig. 6 einen Paßsystembolzen mit mehreren Druckkammern im auswölbenden Buchsenteil, im Mittenschnitt,

Fig. 7 eine paßgenaue Fügung mittels Schnell-Paß-System, in der Draufsicht,

Fig. 8 eine paßgenaue Fügung einer Grundplatte einer Werkstückeinspannvorrichtung auf einer Palette eines Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrums, im Teilschnitt,

Fig. 9 eine paßgenaue Fügung von Spannplatten beidseitig an der Mittenwand eines Auf spannkörpers einer Werkstückspannvorrichtung, in vereinfachter Darstellung.

Der in Fig. 1 in eingepaßter und gefügter Stellung dargestellte Paßsystembolzen A oder B, 3 oder 4, besteht im wesentlichen aus dem Vorpositionierdorn 6, mit einer kegelstumpfartigen Anfasung ausgestattet, aus dem halsartigen ersten Positionierschaft 7, aus einem zweiten Positionierschaft 9, sowie aus einem Kopfteil 10 und ist in den Paßbuchsen 11 und 13 aufge nommen. Am Umfang des Positionierschaftes 9 ist mindestens ein expandierendes Justierele ment 8, als radialbewegliche Kugel 17 ausgebildet, angeordnet. Am Umfang der Positionier schäfte 7 und 9 sind zwei oder ein axialgerichtet verlaufende Paßführungsstege 15, der radial beweglichen Kugel 17 symmetrisch gegenüberliegend, angeordnet. Der erste Positionierschaft 7 der Paßsystembolzen A oder B, 3 oder 4, ist als Klemmschaft ausgebildet. Die radialbewegli chen Druckkugeln 17 liegen in axialversetzten Spannschrägen 26 der Paßbuchse 13 an, wobei durch den geringen Anlagewinkel eine Niederzugspannung erzeugt ist. Axialgerichtet ist in den Paßsystembolzen A und B, 3 und 4, eine Linear-Weg-Druckeinstellung aufgenommen. Sie besteht aus den stirnseitig aneinanderliegenden Einzelelementen, einen schraubbetätigten Linearantrieb 20, einem Koppelglied 21, kegelförmigen Ablenkgliedern 22, entgegengerichtet beweglich und aus einer Entspannungs-Druckfeder 23.

Durch die Linear-Weg-Druckeinstellung bedingt, liegen die Druckkugeln 17 an den Innenwan dungen der Paßbuchsen 13 ebenso wie die Paßführungsstege 15 in Passungsstellung an, so daß sie durch Punkt-, Linien- und Flächenpressungen justiert sind. Dabei ist der Paßsystem bolzen A oder B, 3 oder 4, über sein Kopfteil 10 mit einem stiftartigen Verdrehsicherungsele ment 16 in der vorgegebenen Position im Schnell-Paß-System gegen Verdrehung gesichert. Die Paßführungsstege 15 sind als je zwei erhabene Führungs- und Anlagepunkte, in jeder der Paßbuchsen 11 und 13 ragend, ausgebildet. Mittels der Paßsystembolzen A und B, 3 und 4, ist das obere und vordere Bauteil 1 mit dem unteren und hinteren Bauteil 2 paßgenau gefügt und fest verbunden.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Paßsystembolzen A und B, 3 und 4, in den Paßbohrungen 12 und 14 der Bauteile 1 und 2 aufgenommen, justiert, gefügt und fest verbunden.

Kennzeichnend für den in Fig. 3 dargestellten Paßsystembolzen A, 3, sind zwei am Umfang be findliche achsparallele Paßführungsstege 15, die, annähernd einen rechten Winkel um die Mit tenachse zueinander bildend, symmetrisch der Druckkugel 17 gegenüberliegen.

Am Umfang des in Fig. 4 dargestellten Paßsystembolzen B, 4, ist ein Paßführungssteg 15 achsparallel angeordnet. Dieser liegt der Druckkugel 17 gegenüber.

In Fig. 5 und 6 ist ein Paßsystembolzen A dargestellt dessen expandierendes Justierelement als eine hohlzylindrische Druckkammer 19, in Fig. 5 dargestellt, oder als eine hohlzylindrische dreiteilige Druckkammer 19, in Fig. 6 dargestellt, ausgebildet ist. Die Druckkammer 19 ist mit Spannknete verfüllt. Mittels des im Vorpositionierdorn 6 aufgenommenen, als Schraube ausge bildeten Linearantriebes 20 wird das Volumen der Druckkammer über einen linearbewegten Teller verkleinert. Dies bewirkt eine Auswölbung des dünnwandigen Buchsenteiles 18 im ersten Positionierschaft 7. Dies führt zu einer Justierung und Spannung des Paßsystembolzens A in der Innenwand der Paßbuchse 13. Der Paßsystembolzen A ist mit dem zweiten Positio nierschaft 9 im oberen und vorderen Bauteil 1 aufgenommen und verankert.

Das in Fig. 7 beispielhaft dargestellte Schnell-Paß-System besteht aus einem Paßsystembol zen A, 3, einem Paßsystembolzen B, 4, und zwei Systembolzen C, 5, zum Spannen der ge fügten Bauteile 1 und 2, in Dreieckslagen einander zugeordnet. Der Paßsystembolzen A, 3, ist zum Paßsystembolzen B, 4, so ausgerichtet, daß die zwei Paßführungsstege 15 am Paßsys tembolzen A, 3, einen rechten Winkel um dessen Mittenachse bildend, symmetrisch zur Ver bindungslinie 14 angeordnet sind. Der Paßführungssteg 15 am Paßsystembolzen B, 4, ist im rechten Winkel zur Verbindungslinie 24 angeordnet.

In Fig. 8 ist beispielhaft eine mittels Paßsystembolzen A und B, 3 und 4 und Systembolzen C, 5, paßgenau gefügte und durch Spannung verbundene Kombination einer Grundplatte einer Werkstückeinspannvorrichtung 27 mit einer Palette 28 eines Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrums dargestellt. In die Grundplatte 27 sind Paßbuchsen 11 und in die Palette 28 sind Paßbuchsen 13 dafür eingebracht.

Die in Fig. 9 vereinfacht beispielhaft dargestellte Werkstückspannvorrichtung besteht aus einem als doppelwinkelförmigen Aufspannkörper ausgebildeten Bauteil 1, in dessen Spannwand als Spannplatten ausgebildete Bauteile 2 paßgenau gefügt und gespannt sind. Die Paßsystem bolzen A und B, 3 und 4, sind länger dimensioniert als die Wandstärke der Spannwand und verfügen an beiden Enden über Vorpositionierdorne 6, Positionierschäfte 7 mit radialgerichteten Justierelementen 8. Die Spannung der zwei Spannplatten an der Spannwand erfolgt mittels Systembolzen C, 5.

Bezugszeichenliste

1

oberes oder vorderes Bauteil

2

unteres oder hinteres Bauteil

3

Paßsystembolzen A

4

Paßsystembolzen B

5

Systembolzen C

6

Vorpositionierdorn

7

erster Positionierschaft

8

expandierendes Justierelement

9

zweiter Positionierschaft

10

Kopfteil

11

(obere oder vordere) Paßbuchse

12

(obere oder vordere) Paßbohrung

13

(untere oder hintern) Paßbuchse

14

(untere oder hintere) Paßbohrung

15

Paßführungssteg

16

Verdrehsicherungselement

17

Druckkugel

18

Buchsenteil

19

Druckkammer

20

Linearantrieb

21

Koppelglied

22

Ablenkglied

23

Entspannungs-Druckfeder

24

Verbindungslinie (zwischen Paßsystembolzen A und B)

25

Klemmschaft (an Paßbolzen A und B)

26

Spannschrägen

27

Grundplatte einer Werkstückeinspannvorrichtung

28

Palette

Claims

1. Schnell-Paß-System für ein paßgenaues wiederholbares Fügen von mindestens zwei mit jeweils einer ebenen Fläche plan aneinanderliegenden Bauteilen von Werkzeugmaschinen oder Werkstücken, beispielsweise für Werkstückeinspannvorrichtungen und eine Palette eines Bohr-Fräs-Bearbei tungszentrums, mit mindestens zwei in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneten Paßsystembolzen und mit zugehörigen in den Bauteilen oder Werkstücken angeordneten Paßbohrungen, in die Paßbuchsen eingepaßt sein können, dadurch gekennzeichnet,
daß der Paßsystembolzen (A, B; 3, 4)
einen Vorpositionierdorn (6) mit kegelstumpfartiger Anfasung, einen ersten und zweiten Positionierschaft (7, 9) mit mindestens einem Paßführungssteg (15) und einen Kopfteil (10) größeren Durchmesser mit einem Verdrehsicherungselement (16) aufweist, und
daß vom Paßsystembolzen (A, B; 3, 4) eine Linear-Weg-Druckeinstellung aufgenommen wird mit
einem Schraub- und/oder hydraulisch betätigten Linearantrieb (20),
einem Koppelglied (21),
einem kugel- oder kegelförmigen Ablenkglied (22)
einem radial expandierenden, den Paßführungsstegen gegenüberliegenden, Justierelement (8) und
einer Entspannungs-Druckfeder (23).

2. Schnell-Paß-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierelement (8) des Paßsystembolzen A, B; 3, 4) als Kugel, als auswölbender Buchsenteil (18) aus flexiblen, leicht verformbaren Werkstoff oder aus einer mit Spannknete gefüllten zylindrischen Druckkammer (19) ausgebildet ist.

3. Schnell-Paß-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paßsystembolzen A (3) mit zwei Paßführungsstegen (15) und ein Paßsystembolzen B (4), mit einem Paßführungssteg (15) ausgestattet sind und gemeinsam mit jeweils einem Systembolzen C (5) in einer Dreieckslage zueinander angeordnet sind, wobei die zwei Paßfüh rungsstege (15) am Paßsystembolzen A (3), einen rechten Winkel um die Mittenachse des Paßsystembolzens A (3) bildend und symmetrisch zur Verbindungslinie (24) beider Paßsystem bolzen A und B (3 und 4) angeordnet sind, und
daß der Paßführungssteg (15) am Paßsystembolzen B (4) im rechten Winkel zur Verbindungslinie (24) beider Verbindungsbolzen A und B (3 und 4) angeordnet ist (siehe Fig. 7).

4. Schnell-Paß-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paßsystembolzen (A, B; 3, 4) mit einem Klemmschaft (25) einstückig verbunden ist, und mit mindestens einer radial beweglichen Druckkugel (23) in entsprechenden Spann schrägen (26) an der Innenwand der Paßbuchse (13) anliegend, aufgenommen ist.

5. Schnell-Paß-System nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schraub- und/oder hydraulisch betätigte Linearantrieb (20) mit einer der Paßbuchsen (11 oder 13) beweglich verbunden ist.

6. Schnell-Paß-System nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßführungsstege (15) als erhabene Führungs- und Anlagepunkte ausgebildet sind, wobei vorzugsweise je zwei Führungs- und Anlagepunkte an den Innenwandungen jeder Paß bohrung (12, 14) oder jeder Paßbuchse (11, 13) anliegen.