DE3801654A1

DE3801654A1 - Ausrichtsystem

Info

Publication number: DE3801654A1
Application number: DE3801654A
Authority: DE
Inventors: Herbert Clauss
Original assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Current assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1988-01-21
Publication date: 1989-07-27

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Ausrichtsystem mit mindestens zwei Ausrichtbolzen zum Gegeneinanderausrichten zweier Tei le.

STAND DER TECHNIK

Ausrichtprobleme treten bei vielen Anwendungsfällen auf, bei denen zwei Teile eine möglichst genaue gegenseitige Zuord nung zueinander aufweisen sollen. Dies Erfordernis besteht insbesondere bei optischen Systemen und an Bearbeitungsma schinen, z. B. NC-Fertigungsmaschinen. Im folgenden wird fast ausschließlich von Beispielen für Maschinen der letztge nannten Art ausgegangen. Dies ändert nichts an der Tatsache, daß die Erfindung zum Gegeneinanderausrichten beliebiger Teile geeignet ist.

Zum Zentrieren von Vorrichtungsplatten auf Arbeitstischen von NC-Fertigungsmaschinen werden häufig starre Bolzen einge setzt, welche die aufzuspannende Vorrichtung mit dem Arbeits tisch verbinden. Das hierbei generell auftretende Passungs spiel führt zu einer ungenauen Ausrichtung der Vorrichtungs platte in bezug auf den Arbeitstisch, insbesondere zu unge nauer Zentrierung zur Maschinenachse. Dies ist in Fig. 1 ver anschaulicht. Diese zeigt in Draufsicht einen Maschinentisch 1 mit einer Vorrichtungsplatte 2, die in bezug auf die Koor dinaten x, y des Maschinentisches möglichst genau ausgerich tet werden muß. Jede Fehlausrichtung bewirkt Fertigungsfeh ler.

Das Ausrichten erfolgt herkömmlicherweise mittels eines Zen trierbolzens 3 und eines Fixierbolzens 8. Am Nullpunkt des x, y-Koordinatensystems befindet sich im Maschinentisch 1 eine konische Bohrung 4, in die der Zentrierbolzen 3 einge setzt ist. Dazu weist dieser einen konischen Bereich 5 auf. Mit einem zylindrischen Bereich 7 ragt der Zentrierbolzen 3 über die Ebene des Maschinentisches 1 hoch. Dieser zylindri sche Bereich greift mit kleinem Spiel s in eine Bohrung 6 in der Vorrichtungsplatte 2, wie dies aus Fig. 2 deutlich erkennbar ist. Die Vorrichtungsplatte 2 kann zunächst noch um den Zentrierbolzen 3 verdreht werden. Um diesen Verdre hungs-Freiheitsgrad zu fixieren, um also die Vorrichtungs platte 2 genau in bezug auf den Maschinentisch 1 auszurich ten, ist in der Vorrichtungsplatte 2 eine weitere Bohrung 9 vorhanden, durch die der Fixierbolzen 8 hindurchgeschoben werden kann. Dieser weist, wie aus Fig. 3 erkennbar, einen unteren Bereich auf, der geringeren Durchmesser aufweist als der obere Bereich. Ist die Vorrichtungsplatte 2 entsprechend verdreht, dringt der Fixierbolzen 8 mit seinem unteren Be reich in eine Nut 11 im Maschinentisch 1 ein. Zwischen dem oberen Bereich des Fixierbolzens 8 und der Wand der Bohrung 9 sowie zwischen seinem unteren Bereich und der Wand der Nut 11 besteht jeweils ein Spiel s.

Aufgrund der genannten Passungsspiele, ist die Vorrichtungs platte 2 nicht exakt in bezug auf den Maschinentisch 1 aus richtbar, sondern es ist, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Verdrehung der Koordinatenachsen x′, y′ der Vorrichtungs platte 2 gegenüber den Koordinaten x, y des Maschinentisches 1 möglich. Um eine solche Verdrehung und/oder einen Versatz aufzuheben, muß sich an die Grobjustierung mit Hilfe der Bolzen noch eine Feinjustierung mit Hilfe von Meßuhren oder optischer Einrichtungen anschließen, oder das Ausmaß der Abweichung muß genau gemessen werden und die Abweichung muß durch das die Maschine steuernde Programm kompensiert wer den. Alle diese Maßnahmen sind aufwendig.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ein erfindungsgemäßes Ausrichtsystem zeichnet sich durch min destens zwei Ausrichtbolzen aus, bei denen jeweils ein Be reich als Dehnspannbereich und ein anderer Bereich als koni scher Zapfen oder ebenfalls als Dehnspannbereich ausgebildet ist.

Aus der Dehnspanntechnik zum Spannen von Werkstücken oder Werkzeugen ist es seit langem bekannt, daß Ausrichtgenau igkeiten im Mikrometerbereich problemlos möglich sind. Diese altbekannte Erkenntnis wird in der Erfindung genutzt. Durch Einsetzen der Bolzen mit Dehnbereichen in Bohrungen in den miteinander zu verbindenden Teilen und anschließendes Druck beaufschlagen der Bolzen zum Dehnen der Bereiche wird jedes Spiel zwischen den Bohrungen und den Bolzen vermieden. Da durch lassen sich zwei miteinander zu verbindende Teile mit Hilfe zweier derartiger Bolzen exakt gegeneinander ausrich ten. Sind mehr als nur zwei Teile miteinander zu verbinden, sind also drei oder mehr Teile in einem Stapel exakt gegen einander auszurichten, ist es auch möglich, Bolzen mit mehr als zwei Bereichen zu verwenden. Die patentgemäße Lehre gilt dann jeweils für zwei gegeneinander ausgerichtete Teile.

Die höchste Ausrichtgenauigkeit ergibt sich dann, wenn alle Bereiche jedes Bolzens des Ausrichtsystems als Dehnbereich ausgebildet sind. Können in der Genauigkeit geringe Einbußen hingenommen werden, ist es aus Kostengründen vorteilhaft, einen der Bereiche als konischen Zapfen auszubilden. Koni sche Zapfen lassen sich mit höherer Genauigkeit in konischen Bohrungen anordnen als zylindrische Zapfen in zylindrischen Bohrungen, jedoch nicht so genau wie Zapfen mit zylindri schen Dehnbereichen in zylindrischen Bohrungen oder, bezogen auf nur eine Achse, Zapfen mit zwei zueinander parallelen Dehnbereichen in Nuten.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 Draufsicht auf einen Maschinentisch und eine Vor richtungsplatte mit Ausrichtung nach einem bekann ten Ausrichtsystem;

Fig. 2 Querschnitt durch die Platten gemäß Fig. 1 durch deren Mittelpunkt zum Darstellen der Mittenzentrie rung;

Fig. 3 Querschnitt durch die Platten gemäß Fig. 1 am Ort eines Fixierbolzens;

Fig. 4 Draufsicht gemäß Fig. 1, jedoch auf Platten, die durch ein Ausrichtsystem mit Bolzen mit Dehnberei chen gegeneinander ausgerichtet sind;

Fig. 5 bis 7 Querschnitte durch einen Maschinentisch und eine Vorrichtungsplatte am Ort eines Zentrierbolzens, wobei in den drei Figuren drei unterschiedliche Zentrierbolzen vorhanden sind, die jedoch jeweils einen konischen Zapfen als unteren Bereich aufwei sen;

Fig. 8 und 9 Querschnitt durch bzw. Draufsicht auf den in der Anordnung gemäß Fig. 5 verwendeten Bolzen;

Fig. 10 und 11 Querschnitte gemäß den Fig. 5 bis 7, jedoch mit Zentrierbolzen mit zylindrischen Dehnbereichen als jeweiligem unterem Bereich;

Fig. 12 und 13 Querschnitte durch einen Maschinentisch und eine Vorrichtungsplatte am Ort eines Fixierbolzens, wo bei in den Anordnungen gemäß den Fig. 12 und 13 zwei unterschiedliche Fixierbolzen vorhanden sind; und

Fig. 14 und 15 Querschnitt durch bzw. Ansicht von unten ab der Schnittebene 15-15 von Fig. 14 auf den Fixier bolzen wie er in der Anordnung gemäß Fig. 12 vor handen ist.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Eine Vorrichtungsplatte 2 ist gemäß Fig. 4 gegenüber einem Maschinentisch 1 einer NC-Fertigungsmaschine mit Hilfe eines Zentrierbolzens 13 und eines Fixierbolzens 14 ausgerichtet und mit Hilfe von Nutsteinen 10, die in Nuten 11 eingesetzt sind, fest verbunden.

Ausführungsformen von Zentrierbolzen 13 sind in den Fig. 5 bis 11 dargestellt. Dabei verfügen die Zentrierbolzen 13 gemäß den Fig. 5 bis 9 über einen unteren Bereich mit einem kegelförmigen Zapfen 5, der in eine Bohrung 4 im Ma schinentisch 1 eingreift und über einen oberen zylindrischen Bereich, der in eine Bohrung 6 in der Vorrichtungsplatte 2 eingreift und der eine Dehnbüchse 16 aufweist, die mit Druck von einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird, die in einer Druckkammer 15 vorhanden ist. Außer den genannten beiden Bereichen ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 noch ein oberster zylindrischer Zapfen vorhanden, der über die Vorrichtungsplatte 2 herausragt. Dieser Zapfen kann dazu verwendet werden, weitere Teile zumindest grob auszurichten. Der Zentrierzapfen 13 gemäß Fig. 7 weist zwischen dem unte ren und dem oberen Bereich noch einen mittleren Bereich mit einer (nicht dargestellten) Spannschraube auf, die über eine Spannbohrung 17 in der Vorrichtungsplatte 2 zugänglich ist und der Erzeugung von Druck im Kammersystem dient.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Details des Zentrierbolzens 13 gemäß der Anordnung von Fig. 5. Ein durch eine Spannschraube 20 verschiebbarer Spannkolben 21 drückt über einen Dicht stopfen 22 auf Hydraulikflüssigkeit in einem Kammersystem 25, das über Kapillaren mit der bereits genannten Dehnkammer 15 in Verbindung steht. Wird die Spannschraube 20 angezogen, wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Kammersystem 25 in die Dehnkammer 15 gedrückt, wodurch sich die Dehnbüchse 16 aus dehnt. Wie es von Dehnspanndornen her seit langem bekannt ist, erfolgt dieses Ausdehnen mit außerordentlich hoher Ge nauigkeit in bezug auf die Rotationssymmetrie zur Achse der Büchse. Zur Entlüftung des Kammersystems 25 sind noch eine Kugel 23 und ein Gewindestift 24 vorhanden.

Die Krafteinleitung in den Zentrierbolzen 13 mit Dehnbüchse 15, oder auch in einen Fixierbolzen 14 mit Dehnbüchse 15, muß nicht notwendigerweise über eine Spannschraube 20 erfol gen. Vielmehr können auch andere mechanische Mittel vorhan den sein, oder der erforderliche Spanndruck wird mit Hilfe zugeführter Hydraulikflüssigkeit erzeugt. Die Krafteinlei tungsrichtung ist in den Fig. 5 bis 14 jeweils durch einen Pfeil 27 gekennzeichnet. Handelt es sich um einen Bol zen mit Spannschraube, ist die Drehrichtung durch einen Pfeil 28 gekennzeichnet.

Beim Zentrierbolzen 13 gemäß Fig. 5 liegt die Spannschraube in der Längsachse des Bolzens. Dadurch besteht beim Anspan nen in Drehrichtung des Pfeiles 28 die Möglichkeit, daß sich der gesamte Bolzen 13 verdreht. Er muß dann mit Hilfsmitteln gehalten werden. Diese Möglichkeit ist bei der Ausführungs form gemäß Fig. 7 vermieden, bei dem die (nicht dargestell te) Spannschraube im mittleren Bund mit ihrer Längsachse rechtwinklig zur Längsachse des Zentrierbolzens 13 angeord net ist. Erfolgt nun ein Verdrehen der Schraube in Drehrich tung des Pfeiles 28, dreht sich der Zentrierbolzen 13 nicht mit, sondern seine Dehnbüchse 16 erfährt aufgrund des Anspan nens der Schraube eine Ausdehnung.

Die Zentrierbolzen 13 gemäß den Fig. 10 und 11 verfügen jeweils im oberen Bereich über eine Dehnbüchse 16 a und eine Dehnkammer 15 a und im unteren Bereich entsprechend über eine Dehnbüchse 16 b und eine Dehnkammer 15 b. Die Kammer 15 b im unteren Bereich ist mit der Dehnkammer 15 a im oberen Bereich verbunden, so daß in beiden derselbe Druck herrscht, wenn Druck von der Richtung des Pfeiles 27 her eingeleitet wird, z. B. durch eine (nicht dargestellte) Spannschraube charakte risiert durch einen Drehrichtungspfeil 28. Bei Versuchs-Aus führungsbeispielen wurde die Wandstärke der Dehnbüchse 16 b im unteren Bereich geringer gewählt als die Wandstärke der Dehnbüchse 16 a im oberen Bereich. Dies hat beim langsamen Erhöhen des Druckes in den Dehnkammern 15 a und 15 b zur Fol ge, daß sich die untere Dehnbüchse 16 b zunächst stärker aus dehnt als die obere Dehnbüchse 16 a. Dadurch kann der Zen trierbolzen 13 zunächst verdrehfest und spielfrei im Maschi nentisch 1 fixiert werden. Dann wird die Vorrichtungsplatte 2 so aufgesetzt, daß der obere Bereich des Zentrierbolzens 13 in eine mittig angebrachte Bohrung 6 eingreift. Nun wird durch weiteres Anziehen der Schraube der Druck der hydrau lischen Flüssigkeit so weit erhöht, daß kein Spiel mehr zwischen der Außenwand der oberen Dehnbüchse 16 a und der Innenwand der Bohrung 6 besteht, daß sich jedoch die Vorrich tungsplatte 2 noch um den Maschinentisch 1 drehen läßt. Mit Hilfe des Fixierbolzens 14 wird dann in weiter unten be schriebener Weise der Drehwinkel fixiert und abschließend wird die Spannschraube 20 bis zu ihrem Anschlag gedreht, der so an den Anwendungsfall angepaßt ist, daß dann die beiden genannten Teile an der Stelle des Zentrierbolzens 13 fest zusammenhalten.

Der Fixierbolzen 14 gemäß den Fig. 12, 14 und 15 und der Fixierbolzen 14 gemäß Fig. 13 weisen in ihrem oberen Bereich jeweils eine Dehnbüchse 16 a und eine Dehnkammer 15 a und in ihrem unteren Bereich zwei zueinander parallele ebene Dehn wände 16 b mit je einer Dehnkammer 15 b auf, wobei die beiden Dehnkammern miteinander verbunden sind, so daß in beiden je weils derselbe Druck herrscht. Die Ausführungsform gemäß Fig. 13 unterscheidet sich von der gemäß den Fig. 12, 14 und 15 dadurch, daß ein überstehender Bund 29 vorhanden ist, mit einer (nicht dargestellten) Spannschraube, deren Längs achse rechtwinklig zur Längsachse des Fixierbolzens 14 steht. Der Bund 29 dient jedoch nicht nur zur Aufnahme der Spannschraube, sondern er erleichtert es auch, den Fixierbol zen 14 in die zu verbindenden Teile einzusetzen und aus die sen wieder herauszunehmen.

Der genaue Aufbau des in der Anordnung gemäß Fig. 12 verwen deten Fixierbolzens 14 ist aus den Fig. 14 und 15 erkenn bar. Das hydraulische System innerhalb des Fixierbolzens 14 ist ähnlich aufgebaut wie das hydraulische System im Inneren des Zentrierbolzens 13. Dabei steht jedoch nicht nur eine einzelne Dehnkammer mit dem Kammersystem 25 in Verbindung, sondern sowohl die obere Dehnkammer 15 a wie auch die unteren Dehnkammern 15 b sind mit dem Kammersystem 25 über Kapillaren 26 verbunden. In bezug auf Details wird auf die Beschreibung zu Fig. 8 verwiesen.

Bei den Fixierbolzen 14 gemäß den Fig. 12 bis 15 unter scheiden sich die Ausführungen der Dehnbereiche im oberen Bereich von denen im unteren Bereich dadurch, daß oben zylindrische Dehnbüchsen 16 a vorhanden sind, während die Dehnwände 16 b im unteren Bereich eben und zueinander paral lel ausgebildet sind. Letzteres, weil die Fixierbolzen 14 bei der Anordnung gemäß Fig. 4 in Nuten 11 im Maschinentisch 1 eingreifen. Wären statt Nuten Bohrungen vorhanden, so könnten zylindrische Dehnbüchsen für zylindrische Bohrungen Verwendung finden oder kegelige Zapfen für kegelige Bohrun gen, entsprechend wie dies für die Zentrierbolzen 13 be schrieben wurde.

Wie bereits weiter oben kurz angeschnitten, wird ein Fixier bolzen 14 in die zu verbindenden Teile eingesetzt, sobald diese mit Hilfe eines Zentrierbolzens 13 im wesentlichen zu einander zentriert wurden und der Drehwinkel zwischen den beiden Teilen so genau eingestellt wurde, daß der Fixierbol zen 14 durch Bohrungen in beiden Teilen geschoben werden kann. Dann wird der Druck im Hydrauliksystem des Zentrierbol zens 14 erhöht, und zwar zunächst so weit, daß wiederum zu nächst der untere Bereich festspannt und erst danach der obere. Abschließend wird die Vorrichtungsplatte 2 gegenüber dem Maschinentisch 1 noch durch das Anziehen von Nutenstei nen 10 fixiert.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung liegt darin, mit Hil fe von Dehnanordnungen ein spielfreies Ausrichten von Teilen zueinander zu gewährleisten. Von der Dehnspanntechnik her ist es bekannt, daß für Spannzwecke sowohl Dehnspanndorne wie auch Dehnspannfutter verwendet werden können. Entspre chend können zum spielfreien Ausrichten nicht nur Bolzen, wie hier beschrieben, sondern auch Dehnfutter verwendet werden. In letzterem Fall sind in Ausnehmungen in den mitein ander zu verbindenden Teilen Dehnbüchsen oder Dehnwände ein gesetzt. Als Bolzen werden einfache zylindrische Bolzen ver wendet. Das spielfreie Fixieren eines Bolzens in einer Aus nehmung erfolgt dann nicht durch Weiten einer Dehnanordnung eines Bolzens, sondern durch Verengen der Dehnanordnung der Bohrung. Für die praktische Anwendung ist es jedoch in den meisten Fällen vorteilhafter, die Dehnanordnung an Bolzen auszubilden.

Dehnanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung können aus denselben Materialien und mit denselben Techniken herge stellt sein wie bekannte Dehnspanndorne bzw. Dehnspann futter. Es ist jedoch auch möglich, Kunststoff zu verwenden, da die mechanischen Beanspruchungen an Ausrichtbolzen gerin ger sind als die mechanischen Beanspruchungen an Spannwerk zeugen.

Claims

1. Ausrichtsystem mit mindestens zwei Ausrichtbolzen zum Gegeneinanderausrichten zweier Teile, wozu jeder Ausrichtbol zen einen unteren Bereich zum Lagern im einen Teil und einen oberen Bereich zum Lagern im anderen Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bereich jedes der Bolzen (13, 14) als Dehnbe reich und ein anderer Bereich als konischer Zapfen oder ebenfalls als Dehnbereich ausgebildet ist, und an jedem Bol zen eine Krafteinleitung (20) zum Erzeugen des Spanndruckes für die Dehnbereiche vorhanden ist.

2. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Bolzen ein Zentrierbolzen (13) ist, mit einem koni schen unteren Bereich.

3. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Bolzen ein Fixierbolzen (14) ist, bei dem beide Bereiche als Dehnbereiche ausgebildet sind.

4. Ausrichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich ein Dehnbereich mit zwei zueinander parallelen, ebenen Dehnflächen ist.

5. Ausrichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle mehrerer Dehnbereiche (15 a, 15 b) ein gemeinsames Hydrauliksystem vorhanden ist und die Wandstärken der Dehn anordnungen so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Aufbrin gen von Druck an die Hydraulikflüssigkeit die Dehnung in vor gegebener Folge stattfindet.