DE4202989C2 - Flexible device system in a modular design - Google Patents

Flexible device system in a modular design

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DE4202989C2 DE19924202989 DE4202989A DE4202989C2 DE 4202989 C2 DE4202989 C2 DE 4202989C2 DE 19924202989 DE19924202989 DE 19924202989 DE 4202989 A DE4202989 A DE 4202989A DE 4202989 C2 DE4202989 C2 DE 4202989C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Vorrichtungssystem in modularer Bauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a flexible device system in modular design according to the preamble of claim 1.
Dieses dient zur Werkstückbearbeitung, vorzugsweise für automatische Fertigungseinrichtungen der metallverarbeitenden Industrie.This is used for workpiece machining, preferably for automatic manufacturing facilities metalworking industry.
Bekannt ist nach D. Mengemann (wt- Z. ind. Fertigung 71, 1981, Nr. 9, S. 581-582) ein Vorrichtungssystem zum verzugsfreien Spannen, bei dem das Bestimmen der Werkstücke und das Spannen über abgeflachte, beweglich gelagerte Kugeln erfolgt. In Sonderheit können die abgeflachten Kugeln mit einem Fixierstift bzw. einer Paßschraube versehen sein, um quer zur Spannrichtung ein weiteres Bestimmen zu ermöglichen.According to D. Mengemann (wt- Z. ind. Manufacturing 71, 1981, No. 9, pp. 581-582) a device system for distortion-free Clamping, in which the determination of the workpieces and clamping via flattened, movably mounted balls. In The flattened balls can be special with a fixing pin or a fitting screw to be transverse to the clamping direction to allow further determination.
Diese Lösung hat den Nachteil, daß nur ein genaues Bestimmen von Werkstücken mit ebenen Außenkonturen erfolgen kann. Bei Einsatz von zusätzlichen Positionierstiften in die abgeflachten Kugeln muß die Überbestimmung über Längs- und Querschieber ausgeglichen werden, zudem ist die Positionierung nicht spielfrei und störempfindlich gegen Querkräfte beim Spannen.This solution has the disadvantage that only an exact determination of Workpieces with flat outer contours can be made. When in use of additional positioning pins in the flattened balls the overdetermination must be compensated for by longitudinal and transverse slides the positioning is not free of play and sensitive to lateral forces when tensioning.
In der DD 2 69 342 wird ein Verfahren und in der DD 2 73 591 eine Vorrichtung zum lagegenauen Spannen eben aufsetzbarer Bauteile beschrieben, wobei in der ersten Aufspannung eine Bearbeitung der Grundfläche und zwei paralleler Seitenflächen des Bauteils erfolgt und danach Formelemente als invers geformte Bauteiltaschen parallel zu entsprechend geformten Spannbacken in die Seitenflächen eingearbeitet werden.In DD 2 69 342 a procedure and in DD 2 73 591 one Device for precise clamping of components that can be placed on top described, with processing in the first setting the base area and two parallel side faces of the component takes place and then shaped elements as inversely shaped Component pockets parallel to correspondingly shaped jaws in the side surfaces are incorporated.
Diese Lösungen sind überhaupt nur für größere Bauteilabmessungen realisierbar. Bevor in einer zweiten Aufspannung die Vorzüge der Spanntaschen genutzt werden können, müssen in der ersten Aufspannung mindestens drei Seiten bearbeitet und noch zusätzlich von mindestens zwei Seiten die Formelemente eingearbeitet werden. Dieser Aufwand ist in den wenigsten Fällen vertretbar, aufwendig und ein weiterer Nachteil ist, daß mittels zusätzlicher Positionierbacken in Spannrichtung vorpositioniert werden muß. Kostenaufwendig sind außerdem die Sonderwerkzeuge zum Einbringen der Formelemente.These solutions are only for larger component dimensions realizable. Before the advantages of the Clamping bags can be used in the first Clamping worked on at least three sides and still the form elements additionally from at least two sides be incorporated. This effort is rare justifiable, expensive and another disadvantage is that by means of additional positioning jaws pre-positioned in the clamping direction  must become. The special tools are also expensive for introducing the form elements.
Weiterhin ist eine Baueinheit aus zwei in eine Relativlage zu positionierenden Bauteilen nach DE 25 37 146 A1 und die Anwendung einer Positioniereinrichtung nach DE 26 32 922 C2 bekannt, bei denen die Flächen zu fügender Bauteile jeweils mindestens zwei Positionierausnehmungen aufweisen, die im Zusammenwirken mit entsprechend gestalteten Positionierelementen die Bauteile auf einen definierten Fügespalt positionieren. Infolge einer Fügekraft erfahren die Positionierelemente eine derartige elastische Deformation, daß der Fügespalt aufgehoben wird. Diese Art der Positionierung hat den Nachteil, daß die zu fügenden Bauteile sehr genaue planparallele Fügeflächen und sehr genau gefertigte Positionierausnehmungen aufweisen müssen, denn die mögliche elastische Verformung der Positionierelemente hebt den Fügespalt auf und definiert somit die Zentriertiefe der Positionierausnehmungen. Der sehr eng tolerierte Fügespalt sowie mögliche Verschmutzungen, Späne und Kühlmittel verhindern ein genaues Fügen, wenn eines der Bauteile ein beliebiges Werkstück sein soll.Furthermore, an assembly of two is in a relative position positioning components according to DE 25 37 146 A1 and the application a positioning device according to DE 26 32 922 C2 known, at which the surfaces of components to be joined each have at least two Have positioning recesses that interact with correspondingly designed positioning elements on the components position a defined joint gap. As a result The positioning elements experience such force elastic deformation that the joint gap is canceled. This type of positioning has the disadvantage that the joining components very precise plane-parallel joining surfaces and very must have precisely manufactured positioning recesses, because raises the possible elastic deformation of the positioning elements the joint gap and thus defines the centering depth of the Positioning recesses. The very tightly tolerated joining gap as well possible contamination, chips and coolant prevent exact joining if one of the components is any workpiece should be.
Es ist weiterhin eine Lösung nach DE 34 00 676 C2 bekannt, bei welcher Spitzenspannblöcke für das Spannen der Werkstücke auf Werkzeugmaschinen Anwendung finden. Dabei werden systematisch angeordnete Spitzen zum Spannen und Fixieren der verschiedenen Bearbeitungsebenen benutzt, die in entsprechende, am Werkstück angeordnete Zentrierbohrungen nach DIN 332 (Winkel 60°) eingreifen. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß Zentrierspitzen und -bohrungen selbst bei genauester Fertigung nie eine ausreichende Übereinstimmung im Realfall erreichen. Damit ergibt sich beim Positionieren und Bestimmen eine nicht definierbare Kantenpressung und eine asymmetrische und nicht mehr konzentrische Kontaktzone zwischen Spitze und Zentrierbohrung. Diese sich willkürlich einstellende Kontaktzone wird durch die Wirkung der Spannkraft noch verstärkt, so daß die tatsächlich wirkende Kontaktfläche orthogonal zur Wirkungsachse asymmetrisch ist. Damit ist eine genaue, reproduzierbare Bestimmlage nicht gegeben.A solution according to DE 34 00 676 C2 is also known for which tip clamping blocks for clamping the workpieces Find machine tools application. Doing so will be systematic arranged tips for tensioning and fixing the different Machining planes used in corresponding, on the workpiece arranged center holes according to DIN 332 (angle 60 °) intervention. The disadvantage of this solution is that Centering tips and bores even with the most precise production never achieve a sufficient match in the real case. This does not result in positioning and determination definable edge pressure and an asymmetrical and not more concentric contact zone between tip and center hole. This contact zone that arises arbitrarily intensified by the action of the resilience, so that the Actual contact surface orthogonal to the axis of action is asymmetrical. This is accurate, reproducible Determination not given.
Mit Ausnahme von zentrisch bzw. konzentrisch spannenden Vorrichtungen haben alle anderen bekannten Spannvorrichtungen den entscheidenden Nachteil, daß die Spannkraft eine elastische Verformung der Bestimmelemente hervorruf t, gegen die die Spannkraft wirkt. Diese elastische Verformung führt zu einer Verfälschung der ursprünglich beabsichtigten Bestimmlage. Die Ursache dafür liegt darin begründet, daß die Spannkraft zur Sicherung der Bestimmlage erst nach dem Positionieren und Bestimmen aufgebracht wird.With the exception of centric or concentrically exciting Devices have all other known jigs the decisive disadvantage that the clamping force is elastic Deformation of the elements against which the Tension works. This elastic deformation leads to a Falsification of the originally intended destination. The The reason for this is that the resilience to Securing the determination position only after positioning and Determine is applied.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Vorrichtungssystem in modularer Bauweise zu entwickeln, welches mit geringem technischem Aufwand ein funktionssicheres Bestimmen und Spannen von Werkstücken beliebigen geometrischen und fertigungstechnischen Zustandes, insbesondere von Rohteilen, ermöglicht und dabei gleichzeitig eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit gewährleistet, und welches die elastische Verformung der Bestimmelemente infolge der Spannkraft so kompensiert, daß keine Verfälschung der Bestimmlage wirksam wird.The invention has for its object a flexible To develop a modular system of fixtures, which is functionally reliable with little technical effort Determination and clamping of workpieces of any geometric and technical condition, especially of raw parts, enables and at the same time a high positioning and Repeatability guaranteed, and which the elastic Deformation of the determination elements due to the resilience  compensates that no falsification of the destination is effective becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Unter Anwendung einheitlicher mechanischer Schnittstellen werden zwischen Vorrichtung und Werkstück, in das Werkstück Formelemente als künstliche Fertigungsbasen zum Positionieren, Bestimmen und Spannen an- bzw. eingebracht. Die Formelemente sind vorzugsweise als konische Zentrieröffnungen ausgebildet. Jeweils einer konischen Zentrieröffnung ist vorrichtungsseitig ein Positionier-Bestimm-Spann-Element (im weiteren PBS-Element genannt) zugeordnet, welches in seinem Kontaktbereich KB mit der konischen Zentrieröffnung eine sphärisch gekrümmte Oberfläche aufweist. Je nach der Anzahl der zu fixierenden Freiheitsgrade sind am Werkstück eine oder mehrere konische Zentrieröffnungen systemgerecht klassifiziert in einer oder mehreren Ebenen eingebracht. In die konischen Zentrieröffnungen dringen die jeweils zugehörigen PBS-Elemente durch eine Relativbewegung ein. Dabei erfolgt durch dessen sphärisch gekrümmte Oberfläche im Kontaktbereich KB mit der konischen Zentrieröffnung eine Selbstzentrierung des Werkstückes und damit das Bestimmen und Spannen, welches gleichzeitig beendet wird. Da sowohl das Bestimmen als auch das Spannen mit ein und demselben Baukastenelement, dem PBS-Element erfolgt, führt die als Folge der Spannkraft auftretenden elastischen Verformungen im Kontaktbereich KB der konischen Zentrieröffnungen zu einer veränderten Bestimmlage des Werkstückes. Mit Beendigung des Spannvorganges wird zugleich die endgültige Bestimmlage des Werkstückes eingenommen. Demzufolge weicht die tatsächlich erzeugte Bestimmlage des Werkstückes nicht von der ursprünglich beabsichtigten Sollposition ab. Damit wird der Spannvorgang sehr gut reproduzierbar, sehr genau und das Werkstück spielfrei mit Toleranzausgleich bei mehreren Wirkpaarungen positioniert, bestimmt und gespannt, wobei zugleich durch die Gesamtheit aller konischen Zentrieröffnungen und ihrer zugeordneten PBS-Elemente die Werkstücklage zur Vorrichtung und diese zur Fertigungseinrichtung eindeutig und mit NC-Genauigkeit vorgegeben und für eine NC-Programmierung anwendbar. Beim Bestimmen und Spannen wird gleichzeitig eine gesicherte Bestimmlage durch das Werkstück eingenommen und ein Werkstückkoordinatensystem identisch mit dem Vorrichtungskoordinatensystem begründet, welches die Grundlage für die spätere NC-Fertigung bilden kann.Using more uniform mechanical interfaces between the device and workpiece, into the workpiece shaped elements as artificial Manufacturing bases for positioning, determining and clamping or introduced. The shaped elements are preferably as conical centering openings formed. One conical centering opening is on the device side Positioning-determining-clamping element (in the further PBS element assigned), which in its contact area KB with the conical centering opening is spherically curved Surface. Depending on the number of to be fixed Degrees of freedom are one or more conical on the workpiece Centering openings systematically classified in one or introduced on several levels. In the conical centering openings penetrate the associated PBS elements through a Relative motion. It takes place through its spherical curved surface in the contact area KB with the conical Centering a self-centering of the workpiece and thus determining and tensioning, which is ended at the same time. There both determining and tensioning with one and the same The modular element, which is the PBS element, performs this as a result the elastic deformation occurring in the Contact area KB of the conical centering openings to one changed position of the workpiece. Upon completion of the Clamping process becomes the final destination of the Workpiece. As a result, it actually gives way Determined position of the workpiece not from the original intended target position. This makes the tensioning process very much easily reproducible, very precise and the workpiece free of play Tolerance compensation positioned for several effective pairs, determined and excited, while at the same time through the entirety of all conical centering openings and their associated PBS elements the workpiece position to the device and this Manufacturing facility clear and with NC accuracy specified and applicable for NC programming. At the Determining and tensioning is simultaneously a secured one  Determined position occupied by the workpiece and on Workpiece coordinate system identical to that Device coordinate system establishes which is the basis can form for later NC production.
Einen wesentlichen Vorteil begründet die Integration einer beweglich gelagerten Kugel am PBS-Element, die in die konische Zentrieröffnung eingreift. Durch die beweglich gelagerte Kugel kann eine selbstschmierende Wirkung erreicht werden, wodurch eine Selbstzentrierung des Werkstücks erfolgt, zugleich wird das Verschleißverhalten günstiger und insgesamt die Zuverlässigkeit des Vorrichtungssystems erhöht. Außerdem können Werkstücke auf vertikal angeordneten PBS-Elementen abrollen, wodurch eine Integration in eine Transportbewegung möglich wird, durch Selbstzentrierung mittels der PBS-Elemente in der konischen Zentrieröffnungen genutzt werden kann. Die Genauigkeit der Bestimmlage und die wirksame Spannkraft können werkstückabhängig angepaßt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch zusätzliche PBS-Elemente mit Kugel möglich, eine Kombination mit konventionellen Baukastenelementen ist ebenfalls möglich, insbesondere der Einsatz von Stützelementen, die vorzugsweise mittels Sensoren angesteuert werden. Das Problem einer immer erforderlichen Erstaufspannung der Werkstücke wird auf die Einarbeitung der konischen Zentrieröffnungen als künstliche Basen reduziert, die infolge ihrer Beschaffenheit nur geringe Schnittkräfte und Spindelwerkzeuge zu ihrer Herstellung benötigen, wodurch die Handhabe-Transport-Einrichtung der Werkstücke, vorzugsweise die Roboterbeschickung, als Erstaufspannung genutzt werden kann. Die konischen Zentrieröffnungen sind dabei vorteilhafterweise als 90°-Senkung ausgebildet. Das flexible Vorrichtungssystem ermöglicht eine Mehrseitenbearbeitung von Werkstücken mit beliebigem geometrischem und fertigungstechnischem Zustand, insbesondere gleichermaßen für Rohteile, Halbzeuge oder angearbeitete Werkstücke, gleichermaßen für prismatische, rotations­ symmetrische oder hebelförmige Werkstücke sowie für Massiv- oder Hohlteile.The integration of a has a significant advantage Movable ball on the PBS element, which in the conical Centering hole engages. Through the movably mounted ball a self-lubricating effect can be achieved, whereby the workpiece is self-centered, at the same time it will Wear behavior cheaper and overall reliability of the device system increased. Workpieces can also be placed on roll vertically arranged PBS elements, creating a Integration into a transport movement becomes possible through Self-centering using the PBS elements in the conical Centering openings can be used. The accuracy of the Determination position and the effective clamping force can depend on the workpiece be adjusted. According to the invention, this is achieved by additional PBS elements with ball possible, a combination with conventional modular elements are also possible, in particular the use of support elements, preferably controlled by sensors. The problem one always required initial clamping of the workpieces is carried out on the Incorporation of the conical centering openings as artificial Bases reduced, due to their nature only minor Cutting forces and spindle tools for their manufacture need, which makes the handle transport facility of the Workpieces, preferably robot loading, as Initial setup can be used. The conical Centering openings are advantageously a 90 ° reduction educated. The flexible device system enables one Multi-sided machining of workpieces with any geometric and technical production condition, in particular equally for raw parts, semi-finished products or processed Workpieces, equally for prismatic, rotary symmetrical or lever-shaped workpieces as well as for solid or Hollow parts.
Mit der Erfindung wird ein in der gesamten metallverarbeitenden Industrie universell einsatzbares, neuartiges, flexibles Vorrichtungssystem in Kugel-Positionier-Bestimm-Spann-Technik und modularer Baukastenbauweise geschaffen, welches durch seine große Positionier- und Wiederholgenauigkeit bekannte Lösungen übertrifft und deshalb für die Automatisierung der Fertigung, die NC-Fertigung, insbesondere unter CIM-Aspekten besonders geeignet ist.With the invention is a metalworking in the whole Industry universally applicable, new, flexible  Fixture system using ball positioning, clamping technology and modular construction, which is characterized by its great positioning and repeat accuracy known solutions surpasses and therefore for the automation of production, NC manufacturing, especially with regard to CIM aspects suitable is.
Die sehr große Flexibilität des Vorrichtungssystems ermöglicht es, durch Umrüsten bzw. Umstellen weniger modularer Baukastenvorrichtungen eine sehr große Teilevielfalt von Werkstücken beliebigen geometrischen und fertigungstechnischen Zustandes für die Werkstückbearbeitung aufzunehmen. Die geringe Umbauung des Werkstückes durch Vorrichtungselemente begründet eine Mehrseitenbearbeitung.The very great flexibility of the fixture system enables it, by converting or converting less modular Modular devices a very large variety of parts Workpieces of any geometric and manufacturing technology State for workpiece processing. The minor Conversion of the workpiece justified by device elements a multi-page processing.
Die Realisierung des Vorrichtungssystems ist kostengünstig möglich, daThe implementation of the device system is inexpensive possible because
  • - zum Einbringen der konischen Zentrieröffnungen nur billige Spindelwerkzeuge, z. B. Spiralbohrer, erforderlich sind und dazu außerdem einfache Vorrichtungen, insbesondere Handhabeeinrichtungen bzw. Robotergreifer als Erstaufspannung genutzt werden können,- only cheap to introduce the conical centering openings Spindle tools, e.g. B. twist drills are required and also simple devices, in particular Handling devices or robot grippers as initial set-up can be used
  • - die Verfügbarkeit dieser Vorrichtungen weitaus größer ist, als es alle anderen bekannten Lösungen zulassen,- The availability of these devices is far greater than All other known solutions allow
  • - die große Flexibilität nur einen geringen Vorrichtungsbedarf für das gesamte Teilespektrum erfordern,- The great flexibility only a small device requirement require for the entire range of parts,
  • - eine gute Anpassung an eine zunehmende Fertigungs­ automatisierung möglich wird durch Integration von Antrieben, Sensoren und eine Kombination mit konventioneller Vorrichtungstechnik und- a good adaptation to an increasing production automation becomes possible through the integration of Drives, sensors and a combination with conventional ones Device technology and
  • - die durchgängige Beibehaltung des Koordinatensystems von der Werkstückkonstruktion bis zur NC-Fertigung zusätzliche Kostenersparnisse bringt.- the consistent maintenance of the coordinate system from the Workpiece design up to NC manufacturing additional Brings cost savings.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be based on an embodiment be explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels zweier gleichgerichteter aktiver Positionier- Bestimm-Spann-Elemente 5 gegen einen konventionellen Festanschlag 7, 8, Fig. 1 Position-determining-clamping a workpiece 1 by means of two rectified active positioning-limited hours clamping elements 5, against a conventional fixed stop 7, 8
Fig. 2 Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5 der Vorrichtung im Kontakt mit der konischen Zentrieröffnung 2 des Werkstückes 1, Fig. 2 Positioning-limited hours clamping elements 5 of the apparatus in contact with the conical centering opening 2 of the workpiece 1,
Fig. 3 Entstehung des Koordinatensystems 11 von Werkstück 1 und Vorrichtung 3, Fig. 3 origin of the coordinate system 11 of workpiece 1 and device 3,
Fig. 4 Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels zweier ausgleichender Positionier-Bestimm-Spann- Elemente 5 gegen einen Festanschlag 7, 8, Fig. 4 Position-determining-clamping a workpiece 1 by means of two balancing limited hours positioning-clamping elements 5, against a fixed stop 7, 8
Fig. 5 zentrisches Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 zur Bindung von sechs Freiheitsgraden, Fig. 5 centric positioning-determining-clamping a workpiece 1 for binding of six degrees of freedom,
Fig. 6 Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels eines aktiven Positionier-Bestimm-Spann- Elementes 5 gegen einen zentrierenden Festanschlag 7, 8, Fig. 6 Position-determining-clamping a workpiece 1 by means of an active positioning-limited hours clamping member 5, against a centering fixed stop 7, 8
Fig. 7 konzentrisches Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 von außen bei Bindung von sechs Freiheitsgraden, Fig. 7 concentric positioning-determining-clamping a workpiece 1 from the outside during binding of six degrees of freedom,
Fig. 8 Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels vertikaler Spannkraft F und passiver Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5, Fig. 8 Position-determining-clamping a workpiece 1 by means of vertical tension force F and passive limited hours positioning-clamping elements 5,
Fig. 9 zentrisches Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels zweier gegengerichteter Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5 zur Bindung von fünf Freiheitsgraden, Fig. 9 centric positioning-determining-clamping a workpiece 1 by means of two oppositely directed positioning limited hours Take-up members 5 for the binding of five degrees of freedom,
Fig. 10 doppelt zentrisches Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 von außen gesteuert über NC-Achsen, Fig. 10 twice centric positioning-determining-clamping a workpiece 1 from the outside is controlled by NC-axis,
Fig. 11 zentrisches Positionieren-Bestimmen-Spannen eines Werkstückes 1 mittels zweier gegengerichteter und einem in einer orthogonalen Ebene dazu angeordneten Positionier-Bestimm-Spann-Elementes 5 zur Bindung von sechs Freiheitsgraden. Fig. 11 centric positioning-determining-clamping a workpiece 1 by means of two oppositely directed and arranged in a plane orthogonal to positioning limited hours Take-up member 5 for the binding of six degrees of freedom.
Fig. 1 zeigt eine modulare Baukastenvorrichtung mit einem Werkstück 1, in welches bereits in der Erstaufspannung einer Vorrichtung, vorzugsweise unter Nutzung der Handhabe-Transport- Aufspannung, z. B. im Greifer eines Beschickungsroboters, die künstlichen Basen als konische Zentrieröffnungen 2 mittels Spiralbohrer mit 90°-Spitzenwinkel eingebracht werden. Fig. 1 shows a modular device with a workpiece 1 , in which already in the first clamping of a device, preferably using the handle-transport clamping, z. B. in the gripper of a loading robot, the artificial bases are introduced as conical centering openings 2 by means of twist drills with a 90 ° tip angle.
Nachfolgend wird dieses Werkstück 1 manuell oder vorzugsweise mit der als Erstaufspannung genutzten Greifeinrichtung eines Beschickungsroboters mittels Einlegehilfen so in die Vorrichtung nach Fig. 1 eingelegt, daß die Kugeln 6 der Positionier-Bestimm- Spann-Elemente 5 des durch eine Kraft F bewegten Positionier- Bestimm-Spann-Moduls 4 in den Öffnungsbereich der konischen Zentrieröffnung 2 eine Positionierung des Werkstückes 1 gegen ein Bestimmelement 8 des Bestimmoduls 7 erfolgt, spätestens nach Beendigung der Positionierbewegung die Kugeln 6 in den Kontaktbereich KB der konischen Zentrieröffnung 2 eintreten und damit das Werkstück 1 in eine definierte und reproduzierbare Bestimmlage in der Ebene y-z bringen, wobei eine elastische Verformung im Kontaktbereich KB in Abhängigkeit der wirksamen Spannkraft F erfolgt und somit erst mit dem Abschluß des Spannens auch das Bestimmen beendet wird.Subsequently, this workpiece 1 is inserted manually or preferably with the gripping device of a loading robot used as the initial clamping by means of insertion aids in the device according to FIG. 1 in such a way that the balls 6 of the positioning-determining clamping elements 5 of the positioning determining moved by a force F. Clamping module 4 into the opening area of the conical centering opening 2, the workpiece 1 is positioned against a determining element 8 of the determining module 7 , at the latest after the positioning movement has ended, the balls 6 enter the contact area KB of the conical centering opening 2 and thus the workpiece 1 into a Bring defined and reproducible position in the plane yz, with an elastic deformation in the contact area KB depending on the effective clamping force F and thus the determination is only ended when the clamping is complete.
Die rotationssymmetrische Form der konischen Zentrieröffnung 2 bewirkt in Verbindung mit der Kugel 6 des Positionier-Bestimm- Spann-Elementes 5 eine Selbstzentrierung des Werkstückes 1, wobei die elastische Verformung im Kontaktbereich KB einen spielfreien Sitz der Kugeln 6 in den konischen Zentrieröffnungen 2 gewährleisten. Bei mehreren konischen Zentrieröffnungen 2 innerhalb einer Ebene y-z erfolgt mit den elastischen Verformungen zugleich ein Toleranzausgleich der fertigungs­ bedingten Abweichungen vom Rasternennmaß der konischen Zentrieröffnungen 2 voneinander.The rotationally symmetrical shape of the conical centering opening 2 , in conjunction with the ball 6 of the positioning-determining-clamping element 5, causes the workpiece 1 to self-center, the elastic deformation in the contact area KB ensuring that the balls 6 fit tightly in the conical centering openings 2 . In the case of a plurality of conical centering openings 2 within a plane yz, the elastic deformations simultaneously compensate for tolerances in the manufacturing-related deviations from the nominal grid dimension of the conical centering openings 2 from one another.
Beim Einlegen des Werkstückes 1 in die Vorrichtung nach Fig. 1 erfolgt das Ausrichten des Werkstückes 1 auf die z-Koordinate durch Einlegehilfen oder vorzugsweise über die Steuerung der Handhabe-Transport-Einrichtung. Zur Vorpositionierung in der y- Koordinate wurden die Bestimmelemente 8 auf den Abstand yw der konischen Zentrieröffnungen 2 von der Auflagefläche des Werkstückes 1 eingestellt, welches zugleich der Koordinate der Bestimmebene ABC des Werkstückes 1 nach Fig. 3 entspricht. Nach dem erfolgten Spannen des Werkstückes 1 in der Vorrichtung nach Fig. 1 können erforderlichenfalls zur Erhöhung der Steife des Werkstückes 1 für eine nachfolgende Bearbeitung Stützelemente 10, als Bestandteil eines Stützmoduls 6, am Basismodul 3 zum Einsatz gebracht werden, die vorzugsweise selbsteinstellend oder sensorgesteuert eine Werkstück­ unterstützung gewährleisten.When the workpiece 1 is inserted into the device according to FIG. 1, the workpiece 1 is aligned with the z-coordinate by inserting aids or preferably via the control of the handle transport device. For prepositioning in the y coordinate, the determining elements 8 were set to the distance y w of the conical centering openings 2 from the contact surface of the workpiece 1 , which at the same time corresponds to the coordinate of the determining plane ABC of the workpiece 1 according to FIG. 3. After the workpiece 1 has been clamped in the device according to FIG. 1, support elements 10 , as part of a support module 6 , can be used on the base module 3 , if necessary to increase the stiffness of the workpiece 1, for subsequent machining, which preferably are self-adjusting or sensor-controlled Ensure workpiece support.
Fig. 2 zeigt die Kugel 6 eines Positionier-Bestimm-Spann- Elementes 5 im spielfreien Sitz in der konischen Zentrieröffnung 2 des Werkstückes 1, der nach dem Positionieren mit dem Bestimmen im Kontaktbereich KB infolge der Kraft F erreicht wird. 6 Fig. 2 shows the ball of a positioning-limited hours clamping element 5 in the play-free seat in the conical centering opening 2 of the workpiece 1, which is reached after the positioning by determining in the contact area due to the force F KB.
In Fig. 3 ist das für die Konstruktion des Werkstückes 1 und die Vorrichtung nach Fig. 1 gleichermaßen relevante Koordinatensystem 11 in x, y, z dargestellt, welches sich nach erfolgtem Positionieren, Bestimmen und Spannen des Werkstückes 1 mit der Vorrichtung nach Fig. 1 einstellt und die Grundlage für die NC-Fertigung bildet. FIG. 3 shows the coordinate system 11 , which is equally relevant for the construction of the workpiece 1 and the device according to FIG. 1, in x, y, z, which after the positioning, determination and clamping of the workpiece 1 with the device according to FIG. 1 has taken place sets and forms the basis for NC manufacturing.
Eine Vorrichtung mit Festanschlag und Zentrierung auf eine Mittelebene zeigt Fig. 4. Diese Vorrichtung ist besonders für Werkstücke 1 mit großen Grundflächen und/oder mit großen Oberflächenabweichungen geeignet bzw. wo erwartungsgemäß große Zerspanungskräfte bzw. große dynamische Belastungen auftreten können.A device with a fixed stop and centering on a central plane is shown in FIG. 4. This device is particularly suitable for workpieces 1 with large base areas and / or with large surface deviations or where, as expected, large cutting forces or large dynamic loads can occur.
Die zentrisch auf zwei Mittelebenen wirkende Vorrichtung gemäß Fig. 5 bewirkt unter anderem einen Ausgleich der Fertigungs- bzw. Rohteilaufmaße.The device acting centrally on two central planes according to FIG. 5 inter alia compensates for the manufacturing or blank dimensions.
Auch für Werkstücke 1 mit einer ausgeprägten Koordinatenrichtung, z. B. hebelförmige Teile, die nicht allseitig durch symmetrisch gekrümmte Flächen begrenzt sind, können sicher positioniert und gespannt werden (siehe Fig. 6). Des weiteren ist in Fig. 7 eine konzentrisch wirkende Vorrichtung dargestellt, bei der zwei Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5 angeordnet sind. Diese Anordnung wird vorzugsweise durch Einsatz von NC-gesteuerten Achsen realisiert. Also for workpieces 1 with a pronounced coordinate direction, e.g. B. lever-shaped parts that are not limited on all sides by symmetrically curved surfaces can be securely positioned and clamped (see Fig. 6). Furthermore, a concentrically acting device is shown in FIG. 7, in which two positioning-determining-clamping elements 5 are arranged. This arrangement is preferably implemented using NC-controlled axes.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist in Fig. 8 dargestellt, bei der die Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5 passiv sind und die Kraft F durch zusätzliche konventionelle Vorrichtungs­ elemente erzeugt wird. Diese Anordnung ermöglicht ein automatisches Beschicken mit Werkstücken 1 in der Ebene y-z, wobei das Werkstück 1 über die Kugeln 6 abrollt und aufgrund der konischen Zentrieröffnungen 2 an der Auflagefläche sich selbst zentriert bzw. infolge des Eigengewichtes sich selbst positioniert und nachfolgend durch die Kraft F bestimmt und gespannt wird.Another possible application is shown in Fig. 8, in which the positioning-determining clamping elements 5 are passive and the force F is generated by additional conventional device elements. This arrangement enables automatic loading of workpieces 1 in the plane yz, the workpiece 1 rolling over the balls 6 and centering itself due to the conical centering openings 2 on the support surface or being positioned itself due to its own weight and subsequently determined by the force F. and is excited.
Fig. 9 zeigt eine in zwei Koordinatenrichtungen zentrisch jeweils auf eine Mittelebene wirkende Vorrichtung mittels zweier gegengerichteter Positionier-Bestimm-Spann-Elemente 5, die fünf Freiheitsgrade binden. Fig. 9 is a centrally acting respectively in two coordinate directions to a central plane device by means of two oppositely directed positioning-limited hours clamping elements 5, which bind five degrees of freedom.
Eine weitere konstruktive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung in Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit vier Positionier- Bestimm-Spann-Elementen 5, von denen jeweils zwei paarweise gegengerichtet angeordnet sind. Für Werkstücke 1 mit symmetrischer Form zur Ebene y-z werden die Elemente 5 paarweise synchron durch die Kraft F bewegt, während asymmetrische Werkstücke 1 einseitig durch zwei passive Elemente 5 aufgenommen werden, während zwei aktive Elemente 5 mittels der Kraft F dagegen wirken. Derartige Vorrichtungen sind günstig mit NC- gesteuerten Achsen zu realisieren und besonders für große, plattenförmige Werkstücke 1 geeignet.Another constructive embodiment of the solution according to the invention in FIG. 10 shows an arrangement with four positioning-determining-clamping elements 5 , two of which are arranged in opposite directions in pairs. For workpieces 1 with a symmetrical shape to the plane yz, the elements 5 are moved in pairs synchronously by the force F, while asymmetrical workpieces 1 are received on one side by two passive elements 5 , while two active elements 5 act against them by means of the force F. Such devices are inexpensive to implement with NC-controlled axes and are particularly suitable for large, plate-shaped workpieces 1 .
Fig. 11 stellt eine Erweiterung der Vorrichtung nach Fig. 9 dar, indem durch ein weiteres Positionier-Bestimm-Spann-Element 5 der letzte noch mögliche Freiheitsgrad gebunden wird. Im vorliegenden Fall wurde die Anordnung dieses Elementes 5 in einer orthogonalen Ebene zur Kraft F gewählt. FIG. 11 shows an extension of the device according to FIG. 9 in that the last possible degree of freedom is bound by a further positioning-determining-clamping element 5 . In the present case, the arrangement of this element 5 in an orthogonal plane to the force F was chosen.
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
 1 Werkstück
 2 konische Zentrieröffnung
 3 Basismodul der Vorrichtung
 4 Positionier-Bestimm-Spann-Modul
 5 Positionier-Bestimm-Spann-Element
 6 Kugel
 7 Bestimmodul
 8 Bestimmelement
 9 Stützmodul
10 Stützelement
11 Koordinatensystem x, y, z von Werkstück und Vorrichtung
F resultierende Kraft zum Positionieren, Bestimmen, Spannen
A Ursprung von 11
B; C Mittelpunkt von KB
KB Kontaktbereich zwischen 2 und 6
yw Koordinate der Bestimmebene ABC von 1
1 workpiece
2 conical centering opening
3 basic module of the device
4 Positioning-determination-clamping module
5 Positioning, clamping element
6 bullet
7 determination module
8 determination element
9 support module
10 support element
11 Coordinate system x, y, z of workpiece and fixture
F resulting force for positioning, determining, tensioning
A origin of 11
B; C center of KB
KB contact area between 2 and 6
y w Coordinate of the determination plane ABC of 1

Claims (5)

1. Flexibles Vorrichtungssystem in modularer Bauweise unter An- bzw. Einbringung von Formelementen in das Werkstück zum Positionieren, Bestimmen und/oder zum nachfolgenden Spannen, wobei die Formelemente vorzugsweise als konische Zentrieröffnungen ausgebildet sind, und jeweils einer konischen Zentrieröffnung ein Fixierelement zugeordnet ist und daß in Abhängigkeit von der Zahl der zu fixierenden Freiheitsgrade eine oder mehrere Zentrieröffnungen in einer oder mehreren Ebenen am Werkstück eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierelemente als Positionier-Bestimm-Spann-Elemente (5) ausgebildet sind, deren Oberfläche im Kontaktbereich (KB) mit der konischen Zentrieröffnung (2) sphärisch gekrümmt ist, und daß die über die Positionier-Bestimm-Spann-Elemente (5) übertragenen Spannkräfte elastische Verformung in den konischen Zentrieröffnungen (2) bewirken, welche ein Werkstückkoordinatensystem (11) endgültig definiert, welches identisch mit dem Vorrichtungskoordinatensystem (11) ist, das durch die Positionier-Bestimm-Spann-Elemente (5) gebildet wird.1.Flexible device system in a modular design with the application or introduction of shaped elements into the workpiece for positioning, determination and / or subsequent clamping, the shaped elements preferably being designed as conical centering openings, and a conical centering opening being assigned a fixing element and that Depending on the number of degrees of freedom to be fixed, one or more centering openings are made in one or more planes on the workpiece, characterized in that the fixing elements are designed as positioning-determining clamping elements ( 5 ), the surface of which is in the contact area (KB). is spherically curved with the conical centering opening ( 2 ), and that the clamping forces transmitted via the positioning-determining clamping elements ( 5 ) cause elastic deformation in the conical centering openings ( 2 ), which finally defines a workpiece coordinate system ( 11 ) which is identical with the device directional coordinate system ( 11 ), which is formed by the positioning-determination-clamping elements ( 5 ).
2. Flexibles Vorrichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärisch gekrümmte Oberfläche des Positionier-Bestimm-Spann-Elementes (5) durch die Oberfläche einer an diesem angeordneten, vorzugsweise beweglich gelagerten Kugel (6) gebildet wird.2. Flexible device system according to claim 1, characterized in that the spherically curved surface of the positioning-determining-clamping element ( 5 ) is formed by the surface of an arranged on this, preferably movably mounted ball ( 6 ).
3. Flexibles Vorrichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Zentrieröffnungen (2) vorzugsweise als 90°-Senkung ausgebildet sind. 3. Flexible device system according to claim 1 or 2, characterized in that the conical centering openings ( 2 ) are preferably designed as a 90 ° reduction.
4. Flexibles Vorrichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) eine beliebige Geometrie und fertigungstechnischen Zustand, insbesondere den eines Rohteils aufweist.4. Flexible device system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the workpiece ( 1 ) has any geometry and manufacturing state, in particular that of a blank.
5. Flexibles Vorrichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Steife des Werkstücks Stützelemente (10) integrierbar sind.5. Flexible device system according to one of claims 1 to 4, characterized in that support elements ( 10 ) can be integrated to increase the rigidity of the workpiece.
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