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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkstückhaltereinheit
für Werkzeugmaschinen.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Werkstückhaltereinheit, durch welche
ein Werkstück,
das zum Beispiel als ein flacher Körper oder eine Platte erscheint,
aufgenommen und in einer im wesentlichen horizontalen Position gesichert
werden kann, dann einer Bearbeitungsstation einer Werkzeugmaschine
zugeführt
und in einer im wesentlichen vertikalen Position an der Station
selbst angeordnet wird.
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Das
Werkstück
wird in einer vertikalen Position aufgrund der Tatsache bearbeitet,
dass, wenn es aufrecht angeordnet ist, die Späne leicht durch Schwerkraft
entfernt werden können,
und zwar zusammen mit den verwendeten Kühl- und/oder Schneidflüssigkeiten,
und ausserdem ist heute die aufrechte Position generell durch die
platzsparende vertikale Auslegung der modernen Werkzeugmaschinen
vorgegeben. Tatsächlich
werden beachtlich grosse Mengen an Spänen erzeugt, wenn aus den zu bearbeitenden
Werkstücken
Teile hergestellt werden sollen, die verhältnismässig dünn aussehen, aber von komplexer
Geometrie sind, wie Flügelteile
für Flugzeuge.
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Der
heutige Stand der Technik umfasst Werkstückhaltereinheiten, ausgestattet
mit einem im wesentlichen rechteckigen Tisch, der an einer Welle montiert
ist, von welcher die Achse horizontal angeordnet ist und die sich
gegenüberliegenden
Enden durch Auflagen getragen sind.
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Der
Tisch ist in der Lage, eine Winkelbewegung um die horizontale Welle
auszuführen,
ausgelöst
durch die jeweiligen Antriebsmittel, und zwar zwischen einer im
wesentlichen horizontalen Position, in welcher das Werkstück auf der
oberen Fläche
angeordnet und eingespannt wird, und einer vertikalen Position,
in welcher die obere Fläche
der vorgenannten Bearbeitungsstation zugewandt ist.
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In
dieser letzten Position wird der Tisch gesichert und wird starr
durch einen feststehenden Rahmen getragen, der ihn umgibt, wobei
dieser wenigstens die obere Längskante
des Tisches greift, und wobei er ein Fenster aufweist, durch welches
die Werkzeuge auf die zu bearbeitende Fläche des Werkstückes insgesamt
geführt
werden können.
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Es
ist offensichtlich, dass die Abmessungen des Tisches wie auch die
des feststehenden Rahmens durch die Abmessungen der zu bearbeitenden Platte
vorgegeben sind.
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Im
Falle von verhältnismässig kleinen
Werkstücken
wird die Auslegung dieser herkömmlichen Werkstückhaltereinheiten
allgemein als ausreichend geeignet betrachtet, um mit dem Tisch
in der vertikalen Position eine solche Steifheit zu gewährleisten, die
es erlaubt, das Werkstück
mit ausgesprochener Präzision
zu bearbeiten.
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Dort
wo das zu bearbeitende Werkstück
von verhältnismässig grossen
Abmessungen ist, wie im Falle von Flügelteilen, bieten die oben
kurz beschriebenen Werkstückhaltereinheiten
keine ausreichende Steifheit mit dem Tisch in vertikaler Position,
um die gleiche hohe Präzision
bei den Bearbeitungsabläufen
zu gewährleisten.
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Zum
Beispiel kann eine bekannte Einheit, auf welche der Oberbegriff
des Patentanspruches 1 gestützt
ist, in
EP 1 080 828 gesehen
werden. In diesem Dokument wird eine Palettenschwenkvorrichtung
beschrieben. Die Palettenschwenkvorrichtung enthält: bogenförmige Führungselemente, die mit ihrer
mit der Achse übereinstimmenden
Bogenmitte in einer Ebene lotrecht zu der Achse angeordnet sind;
ein Paar von Rahmen, welche die Führungselemente tragen; eine
mit den Führungselementen
verbundene bewegliche Auflage, beweglich entlang den Führungselementen
zum Tragen der Palette; und Antriebsmittel für den Antrieb der beweglichen
Auflage, um die bewegliche Auflage entlang den Führungselementen zu bewegen.
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Ein
anderes Beispiel kann in
EP 1
004 392 gesehen werden. In diesem Dokument wird ein Schwenktisch
für eine
Werkzeugmaschine beschrieben. Er enthält eine Einspannplatte, schwenkbar
angebracht an einer Seite des Grundrahmens durch Bolzen, und im
Inneren des Rahmens ist ein Getriebemotor mit einer Welle montiert,
die sich parallel zu der Schwenkachse der Platte erstreckt. Ritzel
greifen in Zahnsegmente, angebracht an dem gerippten Teil der Platte.
Sich gegenüberliegende
und parallel zu den Zahnsegmenten erstreckende Haltebügel sind an
dem gerippten Teil befestigt, wobei für diese Bügel Vertiefungen in dem Rahmen
vorgesehen sind. Ein Halteblock, welcher die Gegenfläche für die Bügel bildet,
ist an dem Rahmen befestigt.
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Demgemäss ist der
Zweck der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu
beseitigen, indem eine Werkstückhaltereinheit
für Werkzeugmaschinen
vorgesehen wird, der eine grössere
Steifheit bietet, wenn er sich in einer aufrechten Bearbeitungsposition
befindet.
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Der
gewünschte
Zweck ist realisiert nach der vorliegenden Erfindung durch eine
Werkstückhaltereinheit
für Werkzeugmaschinen,
deren kennzeichnende Merkmale in Patentanspruch 1 angeführt sind.
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Die
Erfindung wird nun durch ein Beispiel im Detail beschrieben, und
zwar mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
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1 und 2 eine
Werkstückhaltereinheit
nach der vorliegenden Erfindung zeigen, die einer Werkzeugmaschine
zugeordnet ist, gesehen schematisch in einer seitlichen Erhebung,
mit bestimmten Teilen ausgelassen und gezeigt in zwei unterschiedlichen
Arbeitspositionen;
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3 ist
eine zerlegte perspektivische Darstellung der Werkstückhaltereinheit
nach der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Planansicht, welche zwei einer Werkzeugmaschinezugeordnete Werkstückhaltereinheite
n zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 sind
mit den Nummern 1 und 2 jeweils eine Werkstückhaltereinheit
und eine Werkzeugmaschine bezeichnet, die zusammen eine Anlage 3 bilden,
auf welcher ein von der Werkstückhaltereinheit 1 getragenes
Werkstück 4 bearbeitet
wird.
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Insbesondere
enthält
die Werkstückhaltereinheit 1 einen
schwenkbaren Werkstückaufspanntisch 5,
in der Lage, um eine Drehachse A zwischen zwei Arbeitspositionen
zu schwenken, wie im Laufe der Beschreibung besser verdeutlicht
wird.
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Der
Tisch 5 weist im Querschnitt gesehen einen im wesentlichen
rechteckigen trapezförmigen Umriss
auf, normal zu der Drehachse A, und enthält eine Plattform 6,
die mit der grösseren
Basis des Trapezes übereinstimmt,
parallelflach in der Form und mit einer vorherrschenden Längsachse
B, die sich parallel zu der Drehachse A erstreckt. Zusätzlich zu der
Plattform 6, welche dazu dient, ein Werkstück 4 aufzunehmen
und zu halten, das in dem dargestellten Beispiel als ein flacher
Körper
oder eine Platte 7 erscheint, enthält der Tisch 5 ein
Trägerelement 8, das
starr der Plattform 6 zugeordnet ist.
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Die
Nummer 9 bezeichnet ein Bett, oben abgegrenzt durch eine
konkave Oberfläche 9' von zylindrischer
Geometrie und zentriert auf eine Achse, die mit der Drehachse A übereinstimmt,
und die durch einen Radius R von vorgegebenem Wert begrenzt wird.
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Das
Bett 9 steht direkt auf dem Boden und trägt den Tisch 5 mit
Hilfe von Kupplungsmitteln, bestehend aus Schlitten- und Führungsmitteln,
in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Solche Kupplungsmittel 10 enthalten
eine Anzahl von Kupplungsvorrichtungen 11, die, wie in
dem Beispiel in 3 gezeigt ist, in einer Richtung
parallel zu der Drehachse A ausgerichtet und mit Abständen voneinander
entlang der Längenausdehnung
des Trägerelementes 8 angeordnet
sind.
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Jede
Vorrichtung 11 enthält
eine Schlittenführung 12,
aufgewiesen von der konkaven Oberfläche 9', und einen Schuh 13,
der starr dem Trägerelement 8 zugeordnet
ist.
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Praktisch
ist die konkave Oberfläche 9' eine Gerüstoberfläche, durchsetzt
von einer Anzahl von Vertiefungen 9'' die
abwechselnd mit den Schlittenführungen 12 entlang
ihrer Längenausdehnung
angeordnet sind, und zwar aus Gründen,
die im taufe der Beschreibung deutlicher gemacht werden.
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Genauer
gesagt besteht jede Schlittenführung 12 aus
einer Anzahl von diskreten kanalförmigen Abschnitten 14,
angeordnet entlang einem Kreisbogen 15 und eine Schiene 16 bildend,
in der Lage, die Gleitbewegung eines zylindrischen Randes 17 aufzunehmen,
aufgewiesen von einem scheibenförmigen
Element 18, welches denselben Radius R hat wie die konkave
Oberfläche 9' und auf die
Drehachse A zentriert ist, wann immer der Werkstückhaltertisch 5 um
diese selbe Achse A geschwenkt wird. Das scheibenförmige Element 18 bildet
somit den vorgenannten Schuh 13.
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Jedes
scheibenförmige
Element 18 weist zwei zueinander lotrechte Seiten 18a und 18b auf, die
zwei lotrechten Flächen
des Tisches 5 angepasst werden können, jeweils bezeichnet mit 19 und 20; praktisch
wird das scheibenförmige
Element 18 eines jeden Schuhs 13 so ausgelegt,
dass es mit einem bestimmten radialen Abstand über die beiden zueinander lotrechten
Flächen 19 und 20 des
Tisches 5 hervorsteht.
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Die
Verbindung zwischen dem Werkstückaufspanntisch 5 und
dem Bett 9 besteht aus einer Anzahl der vorgenannten Kupplungsvorrichtungen 11, angeordnet
entlang der vollen Länge
des Trägerelementes 8,
welche durch das Einwirken von Antriebsmitteln, angedeutet schematisch
in 4 durch mit 21 bezeichnete Blöcke, zwischen
den beiden vorgenannten Arbeitspositionen schwenken können, nämlich einer
in 1 dargestellten Ladeposition, in welcher das Werkstück 4 auf
der Plattform 6 positioniert und aufgespannt wird, horizontal
angeordnet, und einer in 2 darge-stellten Bearbeitungsposition,
mit der Plattform 6 im wesentlichen vertikal angeordnet,
so dass das Werkstück 4 durch
die Werkzeugmaschine 2 erfasst werden kann.
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Der
Werkstückhaltertisch 5 kann
durch mit 22 bezeichnete Feststellmittel gesichert werden,
und zwar in beiden beschriebenen Arbeitspositionen. Solche Feststellmittel 22 enthalten
eine Anzahl von Auflage- und Hubbegrenzungselementen, bezeichnet mit 23,
die mit dem Tisch 5 zusammenwirken und an der von der Werkzeugmaschine 2 entfernten
Seite der Drehachse A positioniert und entlang einer Richtung parallel
zu derselben Achse A ausgerichtet sind.
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Jedes
Auflage- und Hubbegrenzungselement 23 enthält einen
Schlitten 24, montiert an jeweiligen feststehenden Haltemitteln 25 und
in der Lage, eine durch die Antriebsmittel (nicht gezeigt) ausgelöste Bewegung
in einer Richtung quer zu der Drehachse A auszuführen, und zwar zwischen einer
ersten Position und einer zweiten Position, aus Gründen, die
im Laufe der Beschreibung klar werden.
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Die
vorgenannten Befestigungsmittel 22 enthalten erste Anschlagelemente 26,
jedes dazu bestimmt, mit einem jeweiligen Auflage- und Hubbegrenzungselement 23 mit
dem Zweck zusammenzuarbeiten, den Tisch 5, wenn ein Werkstück 4 geladen ist,
in der eingenommenen Position zu blockieren.
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Solche
ersten Anschlagelemente 26 haben die Form von im wesentlichen
zylindrischen Blöcken, angeordnet
mit den Achsen in rechten Winkeln zu der durch die Plattform 6 belegten
Ebene und befestigt an der Fläche 27 des
Tisches 5, entgegengesetzt von der vorgenannten, mit 19 bezeichneten
Fläche.
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Die
Feststellmittel 22 enthalten ebenfalls zweite Anschlagmittel 28,
jedes dazu bestimmt, mit einem jeweiligen Auflage- und Hubbegrenzungselement 23 mit
dem Zweck zusammenzuarbeiten, den Tisch 5, wenn ein Werkstück 4 bearbeitet
wird, in der eingenommenen vertikalen Position zu blockieren.
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Solche
zweiten Anschlagmittel 28 haben die Form von im wesentlichen
trapezförmigen
Blöcken, befestigt
an der mit 20 bezeichneten Fläche des Tisches 5,
und jeder mit einer aktiven Oberfläche 28a dieselbe Ebene
belegend angeordnet wie die mit 19 bezeichnete Fläche.
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Unter
Bezugnahme anfangs auf die 1, ist der
Werkstückhaltertisch 5 im
Betrieb horizontal angeordnet, um das Laden eines Werkstückes 4 zu erlauben,
mit den ersten Anschlagelementen 26 in der ersten Arbeitsposition
mit den jeweiligen Auflage- und Hubbegrenzungselementen 23 im
Kontakt und dem Schlitten 24 in der entsprechenden ersten
Position in dichter Nähe
des Bettes 9. In dieser Position belegen die zweiten Anschlagelemente 28 die entsprechenden,
von dem Bett 9 aufgewiesenen Vertiefungen 9''.
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Sobald
das Werkstück 4 an
der Plattform 6 durch hier nicht gezeigte Aufspannmittel
gesichert worden ist, werden die vorgenannten Antriebsmittel 21 betätigt, um
eine Drehbewegung des Tisches 5 in Richtung des mit F1
bezeichneten Pfeils zu bewirken, in Uhrzeigerrichtung wie in 1 zu
sehen ist. Gleichzeitig bewegt sich der Schlitten 24 in
Richtung des mit F2 bezeichneten Pfeils, fort von dem Bett 9, wobei
er die vorgenannte zweite Position einnimmt, dargestellt durch Strichlinien
in 1, und den Durchlauf der zweiten Anschlagelemente 28 erlaubt.
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Wie
durch Strichlinien in 2 gezeigt ist, wird der Werkstückhaltertisch 5 um
einen Bogen gedreht, der grösser
ist als 90°,
so dass jeder Kontakt zwischen dem Schlitten 24, der sich
nun in der mit F3 bezeichneten Richtung bewegt, um wieder seine
vorherige Position in der Nähe
des Bettes 9 einzunehmen, und den zweiten Anschlagelementen 28,
die aus den Vertiefungen 9'' des Bettes 9 austreten,
vermieden wird.
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An
diesem Punkt wird durch die Antriebsmittel 21 die umgekehrte
Umdrehung des Tisches 5 in die mit F4 bezeichnete Richtung
bewirkt, bis die aktive Oberfläche 28a eines
jeden zweiten Anschlagelementes 28 in Kontakt mit dem entsprechenden
Schlitten 24 gebracht worden ist. Dies hat die Wirkung,
die Plattform 6 des Tisches 5 leichter in die vertikale
Position zu bringen, woraufhin die Werkzeugköpfe 29 der Werkzeugmaschine 2 das
Werkstück 4 bearbeiten
können.
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Um
die Stabilität
der Einheit 1 während
der Bearbeitungsabläufe
an dem Werkstück 4 zu
verbessern, kann der Schwerpunkt P des Werkstückhaltertisches 5,
wenn er die im wesentlichen vertikale Position belegt, in welcher
das Werkstück 4 bearbeitet wird,
vorteilhafterweise zwischen der Drehachse A und den Auflage- und
Hubbegrenzungselementen 23 angeordnet sein.
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Wichtig
ist, wann immer der Tisch 5 in der einen Richtung oder
in der anderen gedreht wird, dass die Schuhe 13 in den
Schienen 16 gleiten, die von den entlang dem Kreisbogen 15 angeordneten
kanalförmigen
Abschnitten 14 aufgewiesen sind, so dass das Gewicht des
Tisches ständig
von dem Boden aufgenommen wird. Ebenfalls entlang dem Kreisbogen 15 sind
Bremsmittel 30 installiert, dazu bestimmt, auf jeden jeweiligen
Schuh 13 zu wirken und somit den Drehimpuls des Tisches 5 zu
kontrollieren.
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Mit 31 ist
ein Behälter
bezeichnet, der dazu dient, die Späne aufzufangen, die durch die
an dem Werkstück 4 ausgeführten Bearbeitungsabläufe erzeugt
wurden, sowie die Kühl-
und/oder Schmierflüssigkeiten,
die während
derselben Abläufe
verwendet werden.