DE4218142A1 - Verfahren zum Positionieren eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinander und Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinan­ der in einer Werkzeugmaschine, bei dem zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Teilen, von denen eines das Werkzeug oder das Werkstück hält, ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Fluiddruck erzeugt wird, und dann das Werkzeug und das Werkstück mit Bezug zueinan­ der positioniert werden, und eine Werkzeugmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten zum Zweck der Positionierung eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinander gegeneinander bewegbaren Teil und mit einer einen Überdruck erzeugenden Druckquelle, die mit einem Bereich zwischen den beiden Teilen verbindbar ist.

Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Vor­ richtung (EP 00 22 796 B1) ist eine Werkzeugspindel in einer sphärischen Aufnahme gehalten, die zwischen zwei Lagern mit entsprechender konkaver Sphärizität angeord­ net ist. Von den beiden Lagern ist eines beweglich und das andere fest. Druckluft kann wahlweise in den Raum zwischen den beiden Lagern geblasen werden, um das be­ wegliche Lager von der Aufnahme abzuheben und damit auch das andere Lager zu entlasten, wodurch die Aufnah­ me beweglich gemacht wird, oder sie kann von der ent­ gegengesetzten Seite das bewegliche Lager beaufschla­ gen, um eine Druckkraft auf das Lager auszuüben. Hier­ bei wird die Aufnahme zwischen den beiden Lagern einge­ klemmt. Zur Positionierung der Spindel wird Druckluft zwischen die beiden Lager eingeblasen. Die Spindel wird dann in der gewünschten Richtung ausgerichtet, übli­ cherweise mit Hilfe eines Pilotstiftes, der in ein be­ reits vorhandenes Loch im Werkstück eingeführt wird. Wenn die gewünschte Position erreicht wird, wird die Druckluft auf die andere Seite des beweglichen Lagers geleitet, wodurch die Aufnahme fixiert ist.

Die Spindel läßt sich im bekannten Fall zwar relativ leicht in die gewünschte Position bringen. Beim Fest­ stellen der Spindel in dieser Position kommt es jedoch vereinzelt zu Verschiebungen oder Bewegungen der Spin­ del aus der gewünschten Position heraus. Eine nachfol­ gende Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt dann nicht mehr exakt in der gewünschten Art und Weise, sondern mit einer kleinen Abweichung, die unerwünscht ist und die Qualität des Arbeitsergebnisses verschlechtert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Position eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinander schnell eingestellt und sicher gehalten wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß nach dem Erreichen der gewünschten Position zwischen den beiden Teilen ein gegenüber dem Umgebungsdruck verminderter Druck erzeugt wird.

Durch den Unterdruck"saugen" sich die beiden Teile an­ einander fest, d. h. der normale Umgebungsdruck preßt die beiden Teile aneinander. Da dieser Umgebungsdruck sehr gleichmäßig vorhanden ist, werden die beiden Teile auch mit hoher Gleichmäßigkeit zusammengehalten, so daß durch eine ungleichmäßige Verteilung der Kräfte keine unerwünschte Verschiebung der beiden Teile in Bezug zueinander auftreten kann. Hierdurch wird auch beim Fixieren der beiden Teile zueinander die gewünschte Position mit einer hohen Zuverlässigkeit aufrechterhal­ ten.

Bevorzugterweise werden die beiden Teile nach dem Er­ zeugen des verminderten Drucks zusätzlich mechanisch aneinander fixiert. Dies ist vor allen Dingen in sol­ chen Fällen interessant, wo der Unterdruck nicht aus­ reicht, um die Kräfte aufzunehmen, die bei einer span­ abhebenden Bearbeitung auftreten und die bei einer un­ zureichenden Fixierung dazu führen, daß sich die Posi­ tion von Werkzeug und Werkstück zueinander ändert.

Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine, die durch eine einen Unterdruck erzeugende Drucksenke und Umschaltmittel gekennzeichnet ist, die den Bereich zwi­ schen den beiden Teilen wahlweise mit der Druckquelle oder der Drucksenke verbinden.

Zur Positionierung wird der Bereich zwischen den beiden Teilen mit der Druckquelle verbunden. Es strömt dann ein Fluid, vorzugsweise Luft, in den Bereich zwischen den beiden Teilen. Die beiden Teile werden hierdurch um einen sehr kleinen Betrag in der Größenordnung von 1/100 mm voneinander abgehoben und ruhen auf einem Luftkissen, das die Reibung zwischen den beiden Teilen praktisch auf den Wert Null herabsetzt. Die beiden Tei­ le können nun gegeneinander bewegt werden. Sobald die gewünschte Position erreicht ist, treten die Umschalt­ mittel in Aktion, beispielsweise durch eine externe Betätigung, wodurch der Druck abgebaut und ein Unter­ druck zwischen den beiden Teilen erzeugt wird. Der Um­ gebungsdruck preßt nun die beiden Teile gegeneinander, wodurch eine so hohe Reibung entsteht, daß die beiden Teile aneinander fixiert sind. Die gewünschte Position ist damit eingestellt. Weil die Drucksenke das zwischen den beiden Teilen befindliche Druckfluid, in den mei­ sten Fällen Luft, absaugen, bleiben keine störenden Reste zurück, die zu einer lokalen Drucküberhöhung und damit zu einer Verungleichmäßigung der Kraftverteilung führen könnten. Die die beiden Teile zusammenhaltenden Kräfte sind relativ gleichmäßig verteilt. Diese Gleich­ verteilung ist aber nicht nur an den beiden zusammen­ gehaltenen Teilen zu beobachten, sie ergibt sich auch bereits während des Fixierens der Position. Auch der Kraftaufbau erfolgt also sehr gleichmäßig.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die beiden Teile Berührungsflächen auf, die flächig aneinander anliegen, wobei ein Überdruckpfad und ein Unter­ druckpfad inmitten eines Berührungsbereichs der beiden Berührungsflächen münden. Über den Überdruckpfad kann Überdruck von der Druckquelle in den Bereich zwischen den beiden Teilen gebracht werden. Über den Unter­ druckpfad kann ein Unterdruck zwischen den beiden Tei­ len erzeugt werden, d. h. zwischen den beiden Teilen befindliches Fluid wird über diesen Pfad abgesaugt. Dadurch, daß die beiden Teile mit Berührungsflächen flächig aneinander anliegen, reicht verhältnismäßig wenig Fluid aus, um ein Abheben der beiden Teile von­ einander zu bewirken, um die gewünschte Reibungsvermin­ derung zu erzielen. In gleicher Art und Weise muß auch nur relativ wenig Fluid zwischen den beiden Teilen ent­ fernt werden, um den gewünschten Unterdruck zu etablie­ ren.

Vorteilhafterweise sind der Überdruckpfad und der Un­ terdruckpfad in einem gemeinsamen Kanal geführt, der mit den Umschaltmitteln verbunden ist. Die Druckerhö­ hung und die Druckabsenkung innerhalb des Berührungs­ bereichs kann an der gleichen Stelle erfolgen. Der Bau­ raum kann klein gehalten werden. Die Umschaltmittel können an eine Stelle verlegt werden wo ausreichend Platz zur Verfügung steht.

Bevorzugterweise münden die Pfade in eine in einer der Berührungsflächen angeordneten Nut. Diese Nut bildet einen Strömungspfad für das zu- bzw. abströmende Fluid, so daß sich Überdruck und Unterdruck im Berührungsbe­ reich schnell und gleichmäßig ausbreiten können.

Bevorzugterweise ist die Nut ringförmig geschlossen. Mit einer einzigen Speisestelle lassen sich dann schnell und gleichmäßig relativ große Bereiche der Be­ rührungsflächen erreichen.

Mit Vorteil ist eine Mehrzahl von Mündungsstellen in dem Berührungsbereich vorgesehen. Auch auf diese Art und Weise läßt sich eine gleichmäßige Druckbeaufschla­ gung und Druckabsenkung zwischen den beiden Teilen er­ reichen. Die Mündungsstellen können auch in gegebenen­ falls untereinander verbundenen Nuten vorgesehen sein.

Mit Vorteil ist von den zueinander bewegbaren Teilen eines ortsfest und eines beweglich, wobei die Pfade im ortsfesten Teil angeordnet sind. Die Leitungsführung und die Versorgung der Pfade wird damit vereinfacht.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zu­ sätzlich zur Drucksenke Spannmittel vorgesehen, die eine Klemmkraft auf die beiden gegeneinander bewegbaren Teile ausüben. Diese Klemmkraft wird natürlich nur dann aufgebracht, wenn die beiden Teile in der gewünschten Position bereits zueinander fixiert worden sind. Eine derartige zusätzliche Klemmkraft erlaubt es, mit der Werkzeugmaschine auch Bearbeitungen vorzunehmen, die eine relativ große Gegenkraft erfordern, beispielsweise eine spanabhebende Werkstückbearbeitung, mit relativ großem Vorschub, wie Bohren großer Löcher oder Fräsen größerer Breiten. In diesen Fällen kann vereinzelt die durch den Unterdruck im Berührungsbereich der beiden Teile aufgebrachte Kraft nicht mehr ausreichen, um die beiden Teile sicher in der eingestellten Position zu halten.

Hierzu ist bevorzugterweise am ersten Teil im wesentli­ chen parallel zu seiner Berührungsfläche eine Klemmflä­ che angeordnet, gegen die ein Klemmteil bewegbar ist, das mit dem zweiten Teil verbunden ist. Da die Klemm­ fläche parallel zur Berührungsfläche angeordnet ist, ist die Klemmcharakteristik im gesamten Bewegungsbe­ reich der beiden Teile zueinander im wesentlichen gleich. Das Klemmteil behindert die Bewegung der beiden Teile zueinander nicht. Die vom Klemmteil auf das erste Teil ausgeübte Kraft wird unabhängig von der Position der beiden Teile zueinander stets nach der gleichen Bewegung des Klemmteils erreicht.

Mit Vorteil münden im Bereich der Klemmfläche ein Über­ druckpfad und/oder ein Unterdruckpfad. Damit kann auch zwischen dem ersten Teil und dem Klemmteil eine Fluid­ abstützung erreicht werden, so daß zwischen dem Klemm­ teil und dem ersten Teil die gleiche Reibungsverminde­ rung wie zwischen dem ersten und dem zweiten Teil er­ reicht werden kann. Die Einstellbarkeit der gewünschten Position wird damit trotz Vorhandensein des Klemmteils stark erleichtert. Darüber hinaus läßt sich durch Auf­ bringen eines Unterdrucks, was im Falle des Klemmteils allerdings nicht immer notwendig ist, eine Vor-Fixie­ rung des Klemmteils am ersten Teil erreichen. Die Bewe­ gung des Klemmteils an das erste Teil heran wird also im wesentlichen durch den Unterdruck bewirkt. Ein ande­ rer mechanischer Antrieb des Klemmteils dient dann im wesentlichen zur Aufbringung einer Klemmkraft.

Bevorzugterweise weisen die Spannmittel hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Arbeitselemente auf. Mit Hilfe dieser Arbeitselemente kann ein zusätzlicher Druck auf die beiden aneinander zu fixierenden Teile ausgeübt werden, der zu einer Erhöhung der Klemmkraft beiträgt. Die Arbeitselemente sind einfach zu betätigen und wirken relativ schnell.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Arbeitselemente einen Ringkolben aufweisen. Mit Hilfe dieses Ringkolbens läßt sich eine relativ gleichmäßige Druckaufbringung in Um­ fangsrichtung um eine Werkzeugspindel herum erzeugen. Der Ringkolben kann beispielsweise durch einen in eine Nut eingelegten Schlauch gebildet werden, der sich bei Druckbeaufschlagung ausdehnt.

Zur Erzeugung der Klemmkraft ist in einer anderen Aus­ gestaltung bevorzugterweise eine Getriebeeinrichtung vorgesehen, die mindestens eine Gewindeanordnung mit einem mit einem Innengewinde zusammenwirkenden Außen­ gewinde aufweist, wobei beim Verdrehen von Innengewinde und Außengewinde gegeneinander der Abstand zwischen dem Klemmteil und dem zweiten Teil veränderbar ist. Durch das Verdrehen von Innengewinde und Außengewinde gegen­ einander läßt sich also das Klemmteil auf das zweite Teil zu oder von diesem wegbewegen. Bei der Bewegung auf das zweite Teil zu wird das erste Teil dann zwi­ schen dem zweiten Teil und dem Klemmteil eingeklemmt. Sobald das Klemmteil am ersten Teil zur Anlage gekommen ist, ist natürlich eine weitere Bewegung nur noch in dem Maße möglich, wie es die Elastizität der beteilig­ ten Teile erlaubt. Eine weitere Verdrehung von Innenge­ winde und Außengewinde gegeneinander führt dann zu ei­ ner Erhöhung der Klemmkraft. Die Verwendung einer Ge­ windeanordnung hat den Vorteil einer relativ großen Übersetzung, d. h. es lassen sich mit relativ geringen Antriebskräften relativ hohe Klemmkräfte erzeugen. Au­ ßerdem läßt sich durch die große Übersetzung eine sehr feinfühlige Bewegungssteuerung vornehmen.

Vorteilhafterweise ist eines der beiden Gewinde an ei­ nem undrehbaren und das andere an einem drehbaren Teil angeordnet, wobei das drehbare Teil auf dem Umfang eine Außenverzahnung aufweist. An dieser Außenverzahnung können Antriebsorgane angreifen um die Drehung zu be­ wirken.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß ein Kette zum ge­ meinsamen Antrieb mehrerer drehbarer Teile vorgesehen ist. Die Kette kann natürlich auch durch einen Zahnrie­ men oder etwas ähnliches ersetzt werden. Alle drehbaren Teile werden dann gleichsinnig bewegt, was eine relativ gleichmäßige Erzeugung der Klemmkraft sicherstellt.

Vorteilhafterweise ist das drehbare Teil an einem fe­ dergestützten Anschlag zur Anlage bringbar. Hierdurch kann die Klemmkraft sehr feinfühlig eingestellt werden. Je nach dem, wie weit die den Anschlag stützenden Fe­ dern zusammengepreßt werden, stellt sich die entspre­ chende Gegenkraft als Klemmkraft ein.

Hierbei ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der An­ schlag durch zwei Federelemente abgestützt ist, von denen eines weicher und das andere härter ausgebildet ist. Das weichere Federelement dient dann dazu, daß Klemmteil permanent unter leichtem Druck gegen das er­ ste Teil zu spannen. Dieser leichte Druck ist aber durch die Druckerzeugungseinrichtung ohne weiteres überwindbar. Hierdurch ist sichergestellt, daß das er­ ste Teil und das zweite Teil nahezu spielfrei aneinan­ der anliegen. Zum Festspannen der beiden Teile gegen­ einander werden die Gewinde so weit verdreht, daß die weichere Feder praktisch keine Wirkung mehr zeigt, son­ dern die Federcharakteristik durch das härtere Feder­ element bestimmt wird, daß nun für die zum Festspannen erforderliche Klemmkraft sorgt.

Mit Vorteil weist das zweite Teile eine sphärisch kon­ vexe Fläche, die einen Teil der Oberfläche einer Kugel bildet, und das erste Teil eine sphärisch konkave Flä­ che auf, die einen Teil der Innenfläche einer Hohlkugel mit dem gleichen Radius wie den der Kugel bildet auf. Hierdurch wird eine Schwenkbarkeit der beiden Teile zueinander ermöglicht, so daß das Werkzeug in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich praktisch alle Winkel­ stellungen einnehmen kann.

Vorteilhafterweise weist das erste Teil als Klemmfläche eine sphärisch konvexe Oberfläche, die einen Teil der Oberfläche einer Kugel mit größerem Radius bildet, und das Klemmteil eine entsprechend sphärisch konkave Oberfläche auf. Das Klemmteil kann dann in allen Win­ kelstellungen des Werkzeugs, d. h. in allen möglichen Positionen von erstem und zweiten Teil zueinander die Klemmkraft aufbringen.

Hierbei ist bevorzugt, daß die die Flächen des ersten Teiles bestimmenden Kugeln im wesentlichen den gleichen Mittelpunkt aufweisen. Das erste Teil, das zweite Teil und das Klemmteil bilden dann konzentrische Kugelscha­ len oder Kugelschalenabschnitte, die sich ineinander bewegen können.

In einer anderen Ausgestaltung sind die Berührungsflä­ chen und/oder die Klemmflächen im wesentlichen als ebe­ ne Flächen ausgebildet. Hierdurch läßt sich eine Ver­ schiebung des Werkzeugs in einer Ebene im Raum bewir­ ken.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das erste Teil mit ebenen Berührungsflächen an einen Träger abge­ stützt ist und eine sphärische Berührungsfläche für das zweite Teil aufweist. In diesem Fall läßt sich das Werkzeug in Bezug zum Werkstück sowohl translatorisch als auch rotatorisch bewegen, wodurch die Einstellmög­ lichkeiten des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück sehr vielseitig werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Spindel einer Werkzeugmaschine mit ihrer Lagerung,

Fig. 2 einen Maschinentisch im Schnitt II-II nach Fig. 3 und

Fig. 3 den Maschinentisch im Schnitt III-III nach Fig. 2.

Eine Werkzeugmaschine weist eine Spindel 1 auf. In die Spindel 1 ist ein Pilotstift 2 eingesetzt, mit dessen Hilfe die Spindel gegenüber einer Bohrung 3 in einem Werkstück 4 ausgerichtet werden soll. Nach dem Ausrich­ ten und Fixieren der Spindel 1 wird der Pilotstift 2 durch ein nicht dargestelltes Werkzeug ersetzt, um eine weitere Bearbeitung des Werkstücks 4 vornehmen zu kön­ nen. Beispielsweise kann das Werkstück 4 ein Teil einer Verbrennungskraftmaschine sein, dessen Ventilsitze nachbearbeitet werden müssen.

Das Werkstück 4 ist auf einer Basisplatte 5 befestigt, die auf einem Maschinentisch 6 (Fig. 2) aufliegt und dort fixiert werden kann.

Der Maschinentisch 6 ist mit einem Ständer 7 verbunden. Auf dem Ständer 7 liegt ein erstes Teil 8 einer Spin­ delaufnahme 9 auf. Das erste Teil weist hierzu an sei­ ner Unterseite eine ebene Berührungsfläche 10 auf, die auf einer ebenfalls ebenen Berührungsfläche 11 des Ständers 7 aufliegt. In der Berührungsfläche 11 des Ständers 7 ist eine Nut 12 eingebracht, die mit einer Druckquelle 13 und einer Drucksenke 14 in Verbindung gebracht werden kann, wobei Umschaltmittel 15 vorgese­ hen sind, die wahlweise die Druckquelle 13 mit der Nut 12 oder die Drucksenke 14 mit der Nut 12 in Verbin­ dung bringen. Wenn die Druckquelle 13 mit der Nut 12 in Verbindung steht, wird ein Fluid, beispielsweise Luft, unter Druck in die Nut 12 geleitet. Sie tritt dann zwi­ schen den beiden ebenen Berührungsflächen 10 und 11 aus. Das erste Teil 8 wird dadurch geringfügig vom Ständer 7 abgehoben. Es schwebt auf einem Luftkissen. Hierdurch wird die Reibung zwischen den beiden Tei­ len 7, 8 sehr stark vermindert. Sie wird praktisch auf den Wert Null herabgesetzt. Das erste Teil 8 läßt sich damit gegenüber dem Ständer 7 sehr leicht und genau in eine gewünschte Position verschieben. Wenn diese Posi­ tion erreicht ist, werden die Umschaltmittel 15 umge­ schaltet und die Nut 12 mit der Drucksenke 14 verbun­ den. Die Drucksenke saugt nun die Luft aus dem Zwi­ schenraum zwischen den beiden Berührungsflächen 10, 11 heraus und erzeugt in dem Berührungsbereich der beiden Berührungsflächen 10, 11 einen Unterdruck. Dieser Un­ terdruck führt dazu, daß der Umgebungsdruck die beiden Flächen 10, 11 und damit das erste Teil 8 und den Stän­ der 7 so stark zusammenpressen, daß eine ausreichend hohe Reibungskraft entsteht, die eine weitere Bewegung des ersten Teiles 8 gegenüber dem Ständer 7 verhindert.

Ferner ist eine Klemmplatte 16 vorgesehen, die auf eine Klemmfläche 17 des ersten Teiles 8 absenkbar ist. In der Klemmplatte 16 ist ebenfalls eine Nut 18 vorgese­ hen, die in nicht dargestellter Weise mit der Druck­ quelle 13 bzw. der Drucksenke 14 in Verbindung gebracht werden kann. Die Klemmfläche 17 verläuft parallel zur ebenen Berührungsfläche 10 des ersten Teiles 8. Die Klemmplatte 16 ist nur in Richtung auf das erste Teil 8 hin oder von ihm weg bewegbar. Das erste Teil 8 kann also zwischen dem Träger 7 und der Klemmplatte 16 ein­ geklemmt werden.

Um diese Klemmung zu bewirken, sind im Ständer 7 mehre­ re Gewindebolzen 19 befestigt, von denen einer gezeigt ist. Die Gewindebolzen 19 sind im Ständer 7 undrehbar. Die Gewindebolzen 19 sind durch das erste Teil 8 und durch die Klemmplatte 16 hindurchgeführt. Sie ragen mit einem Teil ihrer Länge nach oben aus der Klemmplatte 16 heraus. Auf den Gewindebolzen 19 ist eine Gewindemut­ ter 20 aufgeschraubt, die an ihrem Außenumfang Zähne 21 aufweist. Diese Zähne stehen mit einer nicht darge­ stellten Kette bzw. einem Zahnriemen in Verbindung. Diese Kette bzw. der Zahnriemen steht mit allen Gewin­ demuttern 20 in Eingriff, so daß bei einem Antrieb der Kette alle Gewindemuttern gleichförmig verdreht werden.

Die Gewindemutter 20 wirkt über eine aus zwei Federele­ menten 22, 23 gebildete Federanordnung auf die Klemm­ platte 16. Die Federelemente 22, 23 sind hier als Tel­ lerfedern ausgebildet. Das obere Federelement 22 hat eine weichere Charakteristik als das untere Federele­ ment 23. Das obere Federelement 22 stellt sicher, daß die Klemmplatte 16 immer unter einem leichten Druck auf das erste Teil 8 wirkt, es also zwischen dem Ständer 7 und der Klemmplatte 16 eingeklemmt wird. Wenn nun die Gewindemutter 20 hineingedreht wird, wird das weichere Federelement 22 zunächst zusammengedrückt, bis es prak­ tisch nicht mehr nachgeben kann. Hierauf wird das här­ tere Federelement 23 zusammengepreßt, das dann die Klemmkraft bestimmt, mit der das erste Teil 8 zwischen dem Ständer 7 und der Klemmplatte 16 eingeklemmt wird.

Die Berührungsfläche 10 und die Klemmfläche 17 des er­ sten Teiles 8 sind auf einem umlaufenden Flansch 24 angeordnet, der einen sphärischen Teil 25 des ersten Teiles 8 umgibt. Der sphärische Teil 25 weist eine sphärische konkave Fläche 26 auf, die einen Teil der Innenoberfläche einer Hohlkugel bildet. Ferner weist der sphärische Teil 25 eine sphärisch konvexe Fläche 27 auf, die einen Teil der Oberfläche einer Kugel bildet. Der Mittelpunkt, der die sphärisch konkave Fläche be­ stimmenden Hohlkugel und der Mittelpunkt der die sphä­ risch konvexe Fläche der Kugel bestimmt, sind deckungs­ gleich. Somit sind die beiden Flächen 26 und 27 paral­ lel.

Die sphärisch konkave Fläche 26 bildet eine Berührungs­ fläche für ein zweites Teil 28, das seinerseits als Berührungsfläche eine sphärisch konvexe Fläche 29 auf­ weist. Die sphärisch konvexe Fläche 29 bildet einen Teil der Oberfläche einer Kugel, deren Radius mit dem der Hohlkugel übereinstimmt. Die sphärisch konvexe Flä­ che 27 des ersten Teiles 8 liegt einer Klemmfläche 30 gegenüber, die sphärisch konkav ausgebildet ist und Teil der Oberfläche einer Hohlkugel bildet, deren Radi­ us mit dem der die Fläche 27 bestimmenden Kugel über­ einstimmt. Die Klemmfläche 30 ist an einem Klemmteil 31 vorgesehen, das am zweiten Teil 28 beweglich befestigt ist. Das Klemmteil 31 läßt sich in Richtung auf das zweite Teil 28 bzw. von diesem weg verschieben. Hierzu ist eine weitere Gewindeanordnung 32 vorgesehen, die mehrere in das Klemmteil 31 eingeschraubte Gewindebol­ zen 33, von denen einer dargestellt ist, umfaßt. Auf den Gewindebolzen 33 ist eine Gewindemutter 34 aufge­ schraubt, die, wie die Gewindemutter 20 auch, am Außen­ umfang Zähne 35 aufweist. Alle Gewindemuttern 34 können von der gleichen, nicht dargestellten Kette, gleichzei­ tig und gleichmäßig angetrieben werden. Die Gewindemut­ ter 34 wirkt gegen eine Federanordnung 36, die genau wie die aus den Federelementen 22, 23 gebildete Feder­ anordnung aus zwei Federn bestehen kann, von denen eine eine weichere und die andere eine härtere Charakteri­ stik aufweist. Auch die Federanordnung 36 ist hier durch zwei Tellerfedern gebildet. Die Federanordnung 36 ist in einem umlaufenden Ring angeordnet, der mit dem zweiten Teil 28 fest verbunden ist. Werden nun die Ge­ windemuttern 34 auf den Gewindebolzen 33 nach unten gedreht, gelangen sie zur Anlage an die Federanordnung 36 und drücken im folgenden die Gewindebolzen 33 und damit das mit diesen verbundene Klemmteil 31 nach oben, so daß das erste Teil 8 zwischen dem zweiten Teil 28 und dem Klemmteil 31 eingeklemmt wird. Werden die Ge­ windemuttern 34 in die umgekehrte Richtung gedreht, löst sich das Klemmteil 31 wieder von ersten Teil 8.

In der sphärisch konkaven Fläche 26 des ersten Teiles 8 ist eine umlaufende Nut 38 vorgesehen, die über einen im ersten Teil 8 befindlichen Kanal 39 mit der Druck­ quelle 13 bzw. der Drucksenke 14 verbindbar ist. In gleicher Weise ist in der Klemmfläche 30 des Klemm­ teils 31 eine umlaufende Nut vorgesehen, die in nicht dargestellter Weise mit der Druckquelle 13 bzw. der Drucksenke 14 verbindbar ist.

In der Fläche des Maschinentisches 6, auf der die Ba­ sisplatte 5 aufliegt, sind ebenfalls Nuten 41 vorgese­ hen, die mit der Druckquelle 13 und der Drucksenke 14 verbindbar sind. In nicht dargestellter Weise können weitere Klemmittel vorgesehen sein, um die Basisplat­ te 15 am Maschinentisch 6 festzuspannen.

Die Position der Spindel 1 kann nun nach dem Fixieren des Werkstücks 4 auf der Basisplatte 5 wie folgt einge­ stellt werden:

Zunächst machen die Umschaltmittel 15 die Druckquel­ le 13 wirksam. Durch den Kanal 39 wird dann ein Druckpfad gebildet, der im Berührungsbereich der Berüh­ rungsfläche 26, 29 mündet. In gleicher Weise werden die Nuten 12, 18, 40 und 41 mit Druckluft versorgt, so daß sich das erste Teil 8 vom Ständer 7, das Klemmteil 16 vom ersten Teil 8, das zweite Teil 28 vom ersten Teil 8, das Klemmteil 31 vom ersten Teil 8 und die Ba­ sisplatte 5 vom Maschinentisch 6 geringfügig abhebt. Es entsteht ein sehr kleiner Spalt in der Größenordnung von 1/100 mm. Dieser Spalt ist durch ein Luftkissen gefüllt, auf dem die einzelnen Teile nahezu reibungs­ frei aneinander gleiten können.

Der in die Spindel 1 eingesetzte Pilotstift 2 wird nun in die Bohrung 3 des Werkstücks 4 abgesenkt. Durch die hierbei auftretenden seitlichen Führungskräfte des Pi­ lotstifts 2 in der Bohrung 3 wird das Werkstück und die Spindel 1 gegeneinander ausgerichtet. Weil hier nur sehr kleine Kräfte erforderlich sind, reichen relativ dünne Pilotstifte 2. Beispielsweise können diese einen Durchmesser von nur 4 mm oder weniger aufweisen. Da nur sehr geringe Reibungskräfte zu überwinden sind, kann die Absenkung des Piloten 2 in die Bohrung 3 auch rela­ tiv schnell erfolgen, so daß die gewünschte Position der Spindel 1 gegenüber dem Werkstück 4 sehr rasch er­ reicht werden kann.

Sobald die Spindel 1 und das Werkstück 4 die gewünschte Lage zueinander eingenommen haben, schalten die Um­ schaltmittel 15 um, wodurch die Drucksenke 14 wirksam wird. Diese kann beispielsweise durch eine in die umge­ kehrte Richtung arbeitende Pumpe gebildet werden. Die Drucksenke 14 erzeugt nun in den Nuten 12, 18, 38, 40 und 41 einen Unterdruck, so daß die betreffenden Teile, nämlich erstens Teil 8 und Ständer 7, erstes Teil 8 und Klemmplatte 16, erstes Teil 8 und zweites Teil 28, er­ stes Teil 8 und Klemmteil 31 und Maschinentisch 6 und Basisplatte 5 aneinander festgesaugt werden. Durch das Saugen wird praktisch alle Luft zwischen diesen Teilen entfernt. Die genannten Teile werden nun im wesentli­ chen durch den Umgebungsdruck, d. h. den Atmosphären­ druck, zusammengehalten. Dieser reicht aus, um eine Reibungskraft zwischen den Teilen zu erzeugen, die eine weitere Bewegung oder Verschiebung der Teile gegenein­ ander nur unter Aufbringung sehr hoher Kräfte zuläßt. Diese Kräfte sind aber beim Einstellen nicht mehr zu erwarten. Wenn die Spindel 1 gegenüber dem Ständer 7 und das Werkstück 4 gegenüber dem Maschinentisch 6 auf diese Art und Weise fixiert worden sind, können die Gewindemuttern 20 und 34 verdreht werden, so daß die Klemmteile 16 und 31 das erste Teil 8 zwischen dem Ständer 7 bzw. dem zweiten Teil 28 und den Klemmteilen 16, 31 festklemmen. Dieses Festklemmen bewirkt keine Bewegung der einzelnen Teile 7, 8, 16, 28, 31 mehr ge­ geneinander, sondern nur noch eine Erhöhung der Rei­ bungskraft zwischen den einzelnen Teilen, diese Reibungskraft wird schließlich so hoch, daß, wenn der Pilotstift 2 durch ein spanabhebendes Werkzeug ersetzt worden ist, auch eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks 4 möglich ist, ohne daß das Werkstück 4 bzw. die Spindel 1 die eingestellte Position verlassen kön­ nen.

Nach dem Abschluß der Bearbeitung des Werkstücks 4 kön­ nen die Klemmeinrichtungen gelöst werden. Die Nuten 12, 18, 38, 40, 41 können mit normalem Umgebungsdruck in Verbindung gebracht werden, so daß eine gewisse Entla­ stung der Bauteile eintritt. Die Reibungskräfte werden nun im wesentlichen durch die Schwerkraft bestimmt.

Erst für eine erneute Einstellung der Position der Spindel 1 bzw. des Werkstücks 4 ist die Aufbringung von Druck erforderlich.

Dargestellt ist eine Druckquelle 13 und eine Drucksenke 14 sowie Umschaltmittel. Es ist jedoch selbstverständ­ lich, daß diese Kombination auch ersetzt werden kann durch eine einzige Pumpe, die wahlweise in zwei Rich­ tungen betrieben werden kann, also in einer Betriebs­ weise Druck in den Nuten 12, 18, 38, 40, 41 erzeugt und in einer anderen Betriebsweise in den gleichen Nuten Unterdruck.

Statt die zusätzlichen Klemmkräfte mit Hilfe von gegen­ einander verdrehbaren Gewinden zu erzeugen, können auch pneumatische oder hydraulische Arbeitselemente verwen­ det werden. Insbesondere können Ringkolben verwendet werden, um auch die zusätzlichen Klemmkräfte gleichmä­ ßig zu verteilen.

Claims (24)

1. Verfahren zum Positionieren eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinander in einer Werk­ zeugmaschine, bei dem zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Teilen, von denen eines das Werkzeug oder das Werkstück hält, ein gegenüber einem Umge­ bungsdruck erhöhter Fluiddruck erzeugt wird und dann das Werkzeug und das Werkstück mit Bezug zu­ einander positioniert werden, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Erreichen der gewünschten Posi­ tion zwischen den beiden Teilen ein gegenüber dem Umgebungsdruck verminderter Druck erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile nach dem Erzeugen des vermin­ derten Drucks zusätzlich mechanisch aneinander fi­ xiert werden.

3. Werkzeugmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten zum Zweck der Positionierung eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Bezug zueinander gegeneinander bewegbaren Teil und mit einer einen Überdruck erzeugenden Druckquelle, die mit einem Bereich zwischen den beiden Teilen verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine einen Unterdruck erzeu­ gende Drucksenke (14) und Umschaltmittel (15), die den Bereich zwischen den beiden Teilen (7, 8; 8, 28; 5, 6) wahlweise mit der Druckquelle (13) oder der Drucksenke (14) verbinden.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Teile (7, 8; 8, 28; 5, 6) Berührungsflächen (10, 11; 26, 29) aufweisen, die flächig aneinander anliegen, wobei ein Über­ druckpfad und ein Unterdruckpfad inmitten eines Berührungsbereichs der beiden Berührungsflächen münden.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überdruckpfad und der Unter­ druckpfad in einem gemeinsamen Kanal (39), der mit der Druckquelle (13) und der Drucksenke (14) ver­ bunden ist, geführt sind.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfade in eine in einer der Berührungsflächen (11, 26) angeordneten Nut (12; 38) münden.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nut (12, 38) ringförmig ge­ schlossen ist.

8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Mün­ dungsstellen (Fig. 2) in dem Berührungsbereich vor­ gesehen ist.

9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den zueinander be­ wegbaren Teilen (7, 8; 8, 28; 5, 6) eines ortsfest (6, 7) und eines beweglich (8, 5) ist, wobei die Pfade im ortsfesten Teil angeordnet sind.

10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Druck­ senke (14) Spannmittel (19, 20, 33, 34) vorgesehen sind, die eine Klemmkraft auf die beiden gegenein­ ander bewegbaren Teile ausüben.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am ersten Teil (8) im wesentlichen parallel zu seiner Berührungsfläche (11, 26) eine Klemmfläche (17, 30) angeordnet ist, gegen die ein Klemmteil (16, 31) bewegbar ist, das mit dem zwei­ ten Teil (7, 28) verbunden ist.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Klemmfläche (17, 30) ein Überdruckpfad und/oder ein Unterdruckpfad mün­ den.

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Arbeitselemente auf­ weisen.

14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arbeitselemente einen Ringkolben aufweisen.

15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Klemmkraft eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, die minde­ stens eine Gewindeanordnung (32) mit einem mit ei­ nem Innengewinde zusammenwirkenden Außengewinde aufweist, wobei beim Verdrehen von Innengewinde und Außengewinde gegeneinander der Abstand zwischen dem Klemmteil (16, 31) und dem zweiten Teil (7, 28) veränderbar ist.

16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der beiden Gewinde an einem undrehbaren (19, 33) und das andere an einem dreh­ baren Teil (20, 34) angeordnet ist, wobei das dreh­ bare Teil (20, 34) auf dem Umfang einer Außenver­ zahnung (21, 35) aufweist.

17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kette zum gemeinsamen Antrieb mehrerer drehbarer Teile (20, 34) vorgesehen ist.

18. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (20, 34) an einem federgestützten Anschlag (22, 23; 35) zur Anlage bringbar ist.

19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag durch zwei Federelemente (22, 23) abgestützt ist, von denen eines weicher und das andere härter ausgebildet ist.

20. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (28) eine sphärisch konvexe Fläche (29), die einen Teil der Oberfläche einer Kugel bildet, und das erste Teil (8) eine sphärisch konkave Fläche (26) auf­ weist, die einen Teil der Innenfläche einer Hohlku­ gel mit dem gleichen Radius wie dem der Kugel bil­ det.

21. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (8) als Klemmfläche eine sphärisch konvexe Fläche (27), die einen Teil der Oberfläche einer Kugel mit grö­ ßerem Radius bildet, und das Klemmteil (31) eine entsprechend sphärisch konkave Oberfläche (30) auf­ weist.

22. Werkzeugmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Flächen des ersten Teils (8) bestimmenden Kugeln im wesentlichen den gleichen Mittelpunkt aufweisen.

23. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen (10, 11) und/oder die Klemmflächen (17) im wesent­ lichen als ebene Flächen ausgebildet sind.

24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Teil (8, 9) mit ebenen Be­ rührungsflächen (10, 11) an einem Träger (7) abge­ stützt ist und eine sphärische Berührungsflä­ che (26) für das zweite Teil (28) aufweist.