DE3901254C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufspannen flächiger instabiler Teile zur anschließenden spanabhebenden Bearbeitung, wobei das zu bearbeitende Werk­ stück in zentrierter, horizontal ausgerichteter Lage radial und gegen die Auflage einer vorzugsweise rotierend angetriebenen Aufspannvorrichtung axial festge­ legt wird.

Es sind allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum Spannen flächiger instabiler Teile bei spanabhebender Planbearbeitung bekannt, bei denen das zu bearbeitende Werkstück zentriert, radial fixiert und gegen die Auflage der Aufspannvorrichtung axial festgelegt wird. Bei diesen allgemein bekannten Verfahren erfolgt die axiale Festlegung durch großflächig wirkende Vakuumsaugvorrichtungen oder magnetische Vorrichtungen. Die dabei auftretenden Zugkräfte sind indessen so groß, daß sie die Biegefestigkeit der insta­ bilen Teile übersteigen können. Ist die Fläche der Werkstück­ unterseite uneben, wird das Werkstück beim Anziehen gegen die topographisch nicht damit übereinstimmende Auflagefläche der Aufspannvorrichtung elastisch verformt. Wird nach erfolgter Planbearbeitung der Oberseite des elastisch verformten Werk­ stückes die Zugkraft weggenommen, entspannt sich das Werk­ stück und nimmt im wesentlichen seine Form wieder an, welche es vor der elastischen Verformung hatte. Das hat zur Folge, daß die vorher geplante Fläche wieder uneben ist. Dieser Vorgang wiederholt sich bei den anschließenden Bearbeitungsstufen in ähnlicher Weise, so daß zur Planbearbeitung beide Werkstück­ seiten mehrfach bearbeitet werden müssen.

Aus der DE 35 14 741 C2 ist eine Vorrichtung zum Feinbearbei­ ten ebener Flächen von scheibenförmigen Werkstücken mit unbe­ arbeiteter Auflageseite und geringer Wanddicke mit einem vor­ zugsweise rotierend angetriebenen Futter zur Aufnahme des Werkstücks bekannt, bei dem das Werkstück durch drei über dem Umfang verteilte, ggf. höhenver­ stellbare, fest Anschlagstifte und zusätzlich durch ein oder mehrere weitere, abstützend festlegbare Auflageelemente kleinflächig abgestützt ist. Hier­ bei wird das Werkstück nicht axial gegen die Auflagen festgelegt, sondern lediglich durch das Bearbeitungswerkzeug gegen die Auflagen gedrückt.

Demzufolge besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs umris­ senen Art anzugeben, mit welcher eine axiale Fixierung insta­ biler flächiger Werkstücke ohne deren elastische Verformung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück nach seiner radialen Zentrierung auf der der zu bearbeitenden Fläche abgewandten Fläche an einer Vielzahl von Stellen kleinflächig bzw. punktförmig abge­ stützt wird und daß in dieser axial abgestützten Lage des Werk­ stücks an mindestens einem kleinflächigen Abschnitt der abgestützten Fläche eine Zugkraft in Richtung auf die Aufspannvorrichtung aufge­ bracht wird, die das Werkstück gegen die Abstützungen zieht und axial festlegt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zeichnet sich gemäß Anspruch 4 dadurch aus, daß eine vorzugsweise rotierend angetriebene Aufspannvorrich­ tung eine Vielzahl axial bewegbarer Bolzen und kleinflächig wirkender Einrichtungen zur Aufbringung von Zugkraft auf die der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks abgewandte Fläche aufweist, wobei während der Bearbeitung des Werkstücks die jeweils von diesem abgedeckten Bolzen vollzählig zur Abstützung an die abstützende Fläche des Werkstücks angelegt und in dieser formschlüssi­ gen Lage fixiert sind und mindestens eine Zugeinrichtung zur axialen Fixierung des Werkstücks mit diesem kleinflächig im Eingriff steht.

Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich verfahrenstechnisch aus den Ansprüchen 2, 3 und vorrichtungstechnisch aus den Ansprüchen 5 bis 13.

Die kleinflächige Abstützung an mehreren Stellen paßt sich in vorteilhafter Weise auch an die Unebenheiten der Werkstückunterseite so an, daß das Werkstück in seiner gegebenen Form stabil abgestützt ist. Außerdem wird durch die kleinflächig wirkenden, die axiale Fixierung des Werkstücks sicherstellenden Zugkräfte insgesamt keine so große Zugkraft auf das Werkstück aufge­ bracht, daß die Biegefestigkeit des Werkstückes überschrit­ ten und das Werkstück verformt würde.

Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung die beidseitige Planbearbeitung flächiger instabiler Werkstücke in nur zwei Aufspannungen bei minimalem Abspan­ volumen ermöglicht. Durch die Mechanisierung aller Spann­ funktionen ist ein schnelles und wenig aufwendiges Arbeiten ebenso wie ein einfaches Umrüsten möglich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle Hilfskräfteeinrichtungen bzw. -zuführungen im Zentralschaft der Aufspannvorrichtung unter­ gebracht, so daß sich eine kompakte Bauweise ergibt, die zu­ dem ohne Zuhilfenahme technisch aufwendiger Mittel ermöglicht wird. Schließlich ist die Bearbeitung sowohl runder, ovaler als auch polygonaler flächiger Werkstücke möglich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläu­ terung der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht einer Aufspannvor­ richtung entsprechend der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Richtung X in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Zentralschafts der Auf­ spannvorrichtung in teilweise geschnittener Form.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, werden zum Aufspannen eines flächigen, instabilen Werkstücks 2 auf einer Aufspannvor­ richtung 1 an drei der Außenkante des Werkstücks 2 nächstliegenden Vakuumeinrichtungen 4 die vorhandenen kurzen Bolzen 10 mit glatten Köpfen 8 herausgedreht und durch lange Bolzen 7 ersetzt, und zwar so, daß deren ballige Kuppen 9 horizontal in einer Ebene liegen. Hat das Werkstück 2 eine Zentralbohrung oder -ausnehmung, wird eine mit einem Führungsbolzen einstückige Zentrierscheibe 35, die im Durchmesser der Bohrung oder Aus­ nehmung im Werkstück angepaßt ist, aufgesetzt. Das Werkstück 2 wird auf­ gelegt und ist durch die drei balligen Kuppen 9 der langen Bolzen 7 sta­ bil in horizontaler Lage abgestützt sowie durch die Zentrier­ scheibe 35 zentriert und radial fixiert. Fehlt eine Zentral­ bohrung oder -ausnehmung im Werkstück, wird das Werkstück 2 durch nicht dargestellte, in die Aufspannvorrichtung 1 einschraubbare Bolzen radial zentriert und radial fixiert.

Alle durch das Werk­ stück 2 nicht abgedeckten, axial beweglichen Bolzen 14 werden mit Verschlußdeckeln 15 abgedeckt. Durch Aktivierung eines Druckluftsystems baut sich über Druckluftkanäle 31, 31′ in Druckluftkammern 33 ein Druck auf, der die durch das Werkstück 2 abgedeckten, axial beweglichen Bolzen 13 an die der zu bearbeitenden Werkstückfläche abgewandte Fläche 3 anlegt, ohne dabei einen solchen Druck auf das Werkstück 2 auszuüben, durch den es aus seiner Lage bewegt oder verformt werden könnte.

Danach wird das System evakuiert, damit die durch das Ein­ schrauben der drei langen Bolzen 7 aktivierten Vakuumein­ richtungen 4 das Werkstück 2 anziehen und axial fixieren.

Die Aktivierung der Vakuumeinrichtung 4 wird im einzelnen dadurch bewirkt, daß beim Lösen des kurzen Bolzens 10 ein Zylinder 11 freige­ geben wird und nach oben rückt, so daß ein zwischen dem Zylinder 11 und einem Sockel 34 befindlicher Vakuumkanal 12 nicht mehr vom Schaft des zugehörigen Saugnapfes 6 verschlossen ist. Weiterhin wird durch das Lösen des kurzen Bolzens 10 das vorher zusammen­ gepreßte elastische Material des Saugnapfes 6 entspannt, so daß sich ein Vakuumkanal 12 zwischen dem eingeschraubten langen Bolzen 7 und der inneren Schaftwandung des Saugnapfes 6 bilden kann. Die zum Werkstück 2 gerichteten Kanalöffnungen werden durch den eingeschraubten lan­ gen Bolzen 7 ebenfalls freigelassen.

Danach werden die Bolzen 13 durch Klemmbuchsen 17 festgesetzt, die hydraulisch angepreßt werden. Das wird dadurch bewirkt, daß der mechanische Druck, der über die Druckluftkanalwan­ dung 29 auf eine Vorrichtung 22 zum Spannen und Entspannen einer Hydraulik-Einrichtung 16 und damit auf einen Hydraulik­ kolben 23 zum Zusammendrücken eines Federpakets 24 wirkt, soweit reduziert wird, daß sich das Federpaket 24 ausdehnen kann, aber ohne daß eine Pinole 28 von einem Konus 30 gelöst wird, d. h. ohne daß der Druckluftkanal 31 aufgetrennt wird. Das sich ausdehnende Federpaket 24 drückt den Hydrau­ likkolben 23 in eine Hydraulikhauptkammer 19 und spannt Hy­ draulikflüssigkeit 20 auf beispielsweise 45 bar, die über einen Hydraulikkanal 21 auf die Hydraulik-Einrichtung 16 wirkt und über Hydraulikkammern 18 das Anpressen der Klemm­ buchsen 17 an die Bolzen 13 und damit das Festlegen der Bolzen 13 bewirkt. Der Hydraulikdruck kann über eine Schraube 26, die sich ge­ gen eine Anschlagscheibe 27 abstützt, dadurch verändert wer­ den, daß ein mit einem Innengewinde versehener Federteller 25 entsprechend eingestellt wird. Danach wird die Druckluft abgesperrt und die Pinole 28 vom Konus 30 gelöst. An beiden Elementen 28, 30 installierte Magnetventile (nicht dargestellt) ver­ schließen beim Lösen der Pinole 28 vom Konus 30 den Druckluftkanal 31 so, daß keine Luft in eine Vakuumkammer 32 entweichen kann.

Das Werkstück 2 ist aufgespannt, d.h., es ist zentriert und sowohl radial als auch axial fixiert. Die Vakuumeinrichtungen 4 wirken dabei nur auf relativ kleine Abschnitte der Flä­ che 3 am Werkstück 2 entsprechend der Größe des Kopfes der Saugnäpfe 6, wobei die Abschnitte außerdem in der Flächenmitte durch die balligen Kuppen 9 der langen Bolzen 7 punktförmig abgestützt werden, so daß das Werkstück 2 nicht verformt wird. Auch die übrigen Abschnitte der Fläche 3 am Werkstück 2 werden durch die form­ schlüssig angelegten Bolzen 13 axial so engmaschig punkt­ förmig abgestützt, daß weder durch die Ansaugung noch durch den in Richtung der Aufspannvorrichtung 1 wirkenden Druck des Bearbeitungswerkzeuges eine Biegung des Werkstücks 2 erfolgt. Die engmaschige punktförmige Abstützung paßt sich dabei auch an Unebenheiten der Fläche 3 formschlüssig an. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die bearbeitete Fläche eben wird und auch nach Lösen der Aufspannung eben bleibt.

Zur Bearbeitung kann die Aufspannvorrichtung 1 rotieren, die hydraulische Festlegung der Klemmbuchsen 17 sowie die Va­ kuumansaugung des Werkstücks 2 bleiben bei der Rotation aktiv.

Zum Lösen der Aufspannung wird zunächst das Vakuum durch Be­ lüftung des Systems aufgehoben und dann das Werkstück 2 abgenommen. Danach wird das Hydrauliksystem 16 durch Aufbringen mechanischen Drucks über die Druckluftkanalwandung 29 und den Hydraulik­ kolben 23 auf das Federpaket 24 entspannt. Die Bolzen 13 sin­ ken nach unten, und die Aufspannvorrichtung 1 ist für eine neue Aufspannung bereit.

Das Werkstück 2 wird dann mit der bearbeiteten Fläche auf die Auf­ spannvorrichtung 1 gelegt, und alle vorbeschriebenen Tätigkei­ ten bzw. Vorgänge werden zur Aufspannung des Werkstücks und Bearbeitung der zweiten Werk­ stückfläche wiederholt. Auf diese Weise wird die beidseitige Planbearbeitung instabiler flächiger Teile in nur zwei Auf­ spannschritten ermöglicht. Durch die Vermeidung elastischer Verformungen des Werkstücks 2 wird dabei auch das Abspanvolumen minimiert.

Schrauben 39 fixieren Hülsen 41, in denen die Zylinder 11 gleiten. Schrauben 40 dienen dem Zusammenhalten des oberen und des unteren Teils der Aufspannvorrichtung 1. Mittels Schrauben 38 wird die Aufspannvorrichtung 1 auf einem Träger 42 befestigt. Ein Pfeil 37 (Fig. 1) zeigt die Wirkungsrichtung der mechanischen Kraft an, mit der über die Druckluftkanalwan­ dung 29 und den Hydraulikkolben 23 das Federpaket 24 zusam­ mengedrückt wird.

In Fig. 2 ist Lage und Ausbildung der Saugnäpfe 5, 6 und ihrer zentralen Bolzen 7, 10 der axial beweglichen Bolzen 13, 14, der Zentrierscheibe 35 und der Schrauben 38 an der Oberfläche der Aufspannvorrichtung 1 dargestellt.

In Fig. 3 ist die Lage und der Verlauf der Vakuumkanäle 12, der Hydraulikkanäle 21 und der Druckluftkanäle 31′ in der Fläche entsprechend Schnitt A-A in Fig. 1 zu erkennen. Außerdem sind die axial beweglichen Bolzen 13, 14 und die Schrauben 39, 40, 43 dargestellt.

In Fig. 4 sind der Druckluftanschluß und der Vakuumanschluß am Zentral­ schaft der Aufspannvorrichtung 1 gezeigt.

Die Aufspannung eines Werkstücks wurde vorstehend für eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. nach einer bevorzugten Verfahrensart beschrieben. Andere Ausge­ staltungen, z.B. axiales Fixieren durch magnetische Zugein­ richtungen 4, durch weniger oder mehr als drei Zugeinrich­ tungen 4 oder das Festlegen der axial beweglichen Bolzen 13 durch andere als hydraulische Vorrichtungen, werden eben­ falls durch die Erfindung abgedeckt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Aufspannen flächiger instabiler Teile zur anschließenden spanabhebenden Bearbeitung, bei dem das zu bearbeitende Werkstück in zentrierter, horizontal ausge­ richteter Lage radial und gegen die Auflage einer vorzugsweise rotierend angetriebenen Aufspannvor­ richtung axial festgelegt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück (2) nach seiner radialen Zen­ trierung auf der der zu bearbeitenden Fläche abgewandten Flä­ che (3) an einer Vielzahl von Stellen kleinflächig bzw. punkt­ förmig abgestützt wird und daß in dieser axial abgestützten Lage des Werkstücks an mindestens einem kleinflächigen Ab­ schnitt der abgestützten Fläche eine Zugkraft in Richtung auf die Aufspann­ vorrichtung (1) aufgebracht wird, die das Werkstück gegen die Ab­ stützungen zieht und axial festlegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützen des Werkstücks (2) an mindestens drei Stellen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft an Abschnitten in der Nähe peripherer Abstützstellen für das Werkstück (2) aufgebracht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise rotierend angetriebene Aufspannvorrichtung (1) eine Vielzahl axial beweg­ barer Bolzen (13, 14) und kleinflächig wirkender Einrichtungen (4) zur Aufbringung von Zugkraft auf die der zu bearbeiten­ den Fläche des Werkstücks (2) abgewandte Fläche (3) auf­ weist, wobei während der Bearbeitung des Werkstücks (2) die jeweils von diesem abgedeckten Bolzen (13) vollzählig zur Abstützung an die abzustützende Fläche (3) des Werkstücks (2) angelegt und in dieser formschlüssigen Lage fixiert sind und mindestens eine Zugeinrichtung (4) zur axialen Fixierung des Werkstücks (2) mit diesem kleinflächig im Eingriff steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pneumatik-Einrichtung (31, 31′, 33) zum axialen Bewegen der Bolzen (13, 14) bis zur Anlage an die abzustützende Fläche (3) des Werk­ stücks (2) eine Hydraulik-Einrichtung (16) für das Fixieren der am Werkstück (2) anliegenden Bolzen (13) und eine Vakuum­ einrichtung (4) mit kleinflächigen Saugnäpfen (5; 6) für das axiale Festlegen des Werkstücks (2) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydraulik-Einrichtung (16) und die Vakuum­ einrichtung (4) bei Rotation der Aufspannvorrichtung (1) während der Bearbeitung des Werkstücks wirksam bleiben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bolzen (14), die nicht vom Werk­ stück (2) abgedeckt sind, Verschlußdeckel (15) zum Blockieren ihrer Bewegung in Richtung zum Werkstück (2) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Saugnäpfe (5; 6) Bolzen (7; 10) unterschiedlicher Länge vorgesehen sind, von denen die kurzen Bolzen (10) die Saugnäpfe (5) nach unten und zusammen drücken, so daß diese Saugnäpfe (5) Vakuumkanäle (12) verschließen, und von denen die lan­ gen Bolzen (7) die zugehörigen Saugnäpfe (6) entspannt und die zugehörige Vakuumka­ näle (12) offen lassen und mit ihren balligen Kuppen (9) eine punktförmige Auflage für das Werkstück (2) bilden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Einrichtung (16) die am Werkstück (2) anliegenden Bolzen (13) umgebende Klemmbuchsen (17), diese umschließende Ringkammern (18), eine Hydraulikhauptkammer (19), Ring- und Hauptkammern verbindende Hydraulikkanäle (21) und eine Vorrichtung (22) zum Spannen und Entspannen der Hydraulik-Einrichtung (16) aufweist, daß die Vorrichtung (22) einen Hydraulikkolben (23), ein Feder­ paket (24), einen Federteller (25) und eine Schraube (26) um­ faßt, über die der Federteller (25) an einer Anschlagscheibe (27) abgestützt und der Kammerdruck einstellbar ist, wobei die Hydraulik-Einrichtung (16) mittels mechanischer Kraft, die über eine Pinole (28) und eine Druckluftkanalwandung (29) auf den Hydraulikkolben (23) aufgebracht wird und das Federpaket (24) zusammendrückt, entspannbar und umgekehrt spannbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druck mindestens 25 bar, vorzugsweise etwa 45 bar beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckluftkanal (31) mittels Konus (30) und Pinole (28) trennbar ist und daß der Druckluftkanal (31) bei der Trennung durch Magnetventile gegen eine Vakuumkammer (32) verschließbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zum radialen Festlegen von Werkstücken (2) mit Zentralbohrung bzw. -ausnehmung der Aufspannvorrichtung (1) ein wechselbarer Führungsbolzen mit integrierter Zentrier­ scheibe (35) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum radialen Festlegen von Werkstücken ohne Zentralbohrung bzw. -ausnehmung in die Aufspannvorrichtung Bolzen einschraubbar sind, durch die das Werkstück radial zentrierbar ist.