EP3651937A1 - Aufspannvorrichtung mit aushubfunktion - Google Patents

Aufspannvorrichtung mit aushubfunktion

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Publication number
EP3651937A1
EP3651937A1 EP18740589.9A EP18740589A EP3651937A1 EP 3651937 A1 EP3651937 A1 EP 3651937A1 EP 18740589 A EP18740589 A EP 18740589A EP 3651937 A1 EP3651937 A1 EP 3651937A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
receiving portion
receiving
processing
clamping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18740589.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Gringel
Bernhard Doll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Homag GmbH
Original Assignee
Homag GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Homag GmbH filed Critical Homag GmbH
Publication of EP3651937A1 publication Critical patent/EP3651937A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B11/00—Work holders not covered by any preceding group in the subclass, e.g. magnetic work holders, vacuum work holders
    • B25B11/005—Vacuum work holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/03—Stationary work or tool supports
    • B23Q1/035—Stationary work or tool supports with an array of longitudinally movable rods defining a reconfigurable support surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/062—Work-clamping means adapted for holding workpieces having a special form or being made from a special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/08—Work-clamping means other than mechanically-actuated
    • B23Q3/088—Work-clamping means other than mechanically-actuated using vacuum means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2703/00—Work clamping
    • B23Q2703/02—Work clamping means
    • B23Q2703/04—Work clamping means using fluid means or a vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a clamping device for a machining device, in particular for clamping a workpiece with one or more curved surfaces or free-form surfaces, which preferably consists for example of composite material, such as fiber composite material, wood, wood-based materials, or the like. Furthermore, the present invention relates to a method for clamping a workpiece with one or more free-form surfaces, in particular using the AufSpannvorraum invention.
  • the device and the method of the present invention are used in particular in the field of processing of lightweight components and in particular the processing of fiber composite components on CNC processing devices.
  • the named workpieces are preferably 3D components such as body parts, trim parts, structural components or furniture parts.
  • the holding device described in the published patent application DE 198 02 320 A1 for workpieces with free-form surfaces in which the workpiece is clamped between adjacent clamping pins on the workpiece.
  • These dowel pins are slidably mounted in a housing and protrude more or less far out of the housing. In this way, the spatial shape of the workpiece can be scanned or rest on the free ends of the dowel pins on the spatially curved surface of the workpiece.
  • a counter-holder with which the workpiece is pressed against the free ends of the dowel pins and held there to provide. A gripping of the recorded workpieces so that they can be handled, is not possible with this device.
  • the gripping and holding device described in the published patent application DE 10 2007 020 898 A1 goes one step further in this respect.
  • the device described has a housing and one or more protruding from the housing plunger, wherein the plunger are guided displaceably and at their protruding from the housing end suction points, which are connected to a vacuum source.
  • the workpiece abuts against the rams regardless of which contour or spatial shape the workpiece has.
  • the free ends of the plunger suction points with which the workpiece is sucked.
  • the lightweight components described above can be produced by means of the RTM process (Resin Transfer Molding). These parts have a border area, which arises during the RTM process and must be separated. Accordingly, after the production of the workpiece in the RTM method, the execution of an outer contour machining or
  • machining operations such as holes, cutouts and notches on the component are also often required, which are advantageously produced on a CNC machining device by machining.
  • clamping templates which have a negative shape of the component surface (outer contour or clamping surface).
  • These clamping templates which are specially made for the workpiece, usually have vacuum surfaces / vacuum fields, which are located on the
  • Spann stencil surface are distributed and supplied via appropriate vacuum connections with vacuum and thus allow an extremely stable clamping of the workpiece.
  • clamping templates described have the disadvantage that the accessibility of the clamped workpiece is significantly limited for further processing steps.
  • processing steps such as cleaning, Fräskantennachbearbeitung, quality assurance by measuring, Sealing the Fräskanten and the like, for example, processing space on the workpiece bottom
  • the aim of the present invention is therefore to provide a simplified, flexible and cost-effective clamping device for clamping a workpiece on a
  • the object is achieved by a clamping device for clamping a workpiece on a machining device according to claim 1 and a method according to claim 14. Furthermore, the present invention relates to a
  • One of the ideas of the present invention is to provide a clamping device for clamping a workpiece on a machining device, which has a first receiving section for receiving the workpiece and a second receiving section for receiving the workpiece wherein one of the receiving portions is movable relative to the other receiving portion, in particular is relatively movable, that the first receiving portion is spaced from the second receiving portion, wherein the two are preferably spaced in a receiving direction of the workpiece to each other.
  • the proposed jig has the advantage that the accessibility of the clamped workpiece can be improved, in particular the accessibility during post-processing.
  • a workpiece to be picked up for a first processing eg a main processing
  • a second processing e.g., post-processing
  • lower process forces are applied to the workpiece as in the first processing, only by means of a receiving portion.
  • the present invention provides a clamping device for clamping a workpiece, preferably on a processing device, in particular for clamping a workpiece with one or more curved surfaces or free-form surfaces, which preferably at least partially made of fiber composite material, ready, comprising: a first receiving portion for at least partially Receiving a workpiece, which preferably at least partially has a first negative mold to the male workpiece, a second receiving portion for at least partially receiving the workpiece, which preferably at least partially a second negative mold to the male workpiece, wherein one of the receiving portions, in particular in a recording direction of the Workpiece, starting from a first position (eg receiving position) relative to the other receiving portion in a second position (eg post-processing position) is movable and can be returned to, and wherein at least one of the receiving portions having one or more clamping devices.
  • both the first receiving portion and the second receiving portion have at least one clamping device, preferably a plurality of clamping devices.
  • the one receiving section from the first position which is preferably a receiving position
  • in the second position which is preferably a post-processing position, raised and / or lowered, in particular can be raised and / or lowered, that a free space can be created.
  • the picking position is an initial or inoperative position of the tensioning device.
  • the first and the second receiving portion are at the start of AufSpannvorraum in the
  • the two receiving portions are in the receiving position in such a position, in particular in such a relative position to each other, that the two receiving portions a can record to machined workpiece, in particular can record at the same time.
  • the term "negative mold” is to be understood as meaning that a specific region of the clamping device, in particular the receiving sections, corresponds to a male workpiece section, ie is complementary thereto, ie if a workpiece section has a circular bulge
  • the support surface of the receiving portion is shaped corresponding to an outer surface of the workpiece to be received.
  • Main focus is on the process forces to be included and that accessibility is secondary. Further, a second position, in particular raised or lowered position is provided, in which the workpiece is received and held only by means of a receiving portion, which on the one hand lower process forces can be absorbed, but on the other hand, the accessibility can be increased. This is particularly advantageous in the case of reworking.
  • a multi-sided machining in particular a six-sided machining without re-clamping of the workpiece to be machined can be performed, whereby the machining time is shortened and the machining quality, in particular the machining accuracy (compliance with tolerances), can be increased.
  • the clamping system provided by the clamping device a very efficient machining sequence can be realized, since non-productive time for workpiece handling in connection with the usually necessary workpiece clamping can be reduced to a minimum.
  • the AufSpannvoriques further comprises a base body on which the first receiving portion is formed or releasably secured, wherein the base body preferably has a base plate with which the base body on a machine table of a processing device / processing ⁇ machine is fastened.
  • the clamping device it is possible to attach the clamping device to a movable element, such as an articulated arm robot, so that the machining aggregate or tool can be stationary, at least during machining.
  • a movable element such as an articulated arm robot
  • clamping devices as vacuum surfaces and / or as suction elements, in particular suction plates and / or suction grippers.
  • first chucks of the plurality of chucks provided on the first chuck portion are supplied with negative pressure (vacuum) separately from second chucks of the plurality of chucks provided on the second chuck portion. In this way, it is possible to provide only one of the two receiving sections with negative pressure and thus to hold or clamp the workpiece only on the basis of the supplied with negative pressure receiving section.
  • an at least partially negative mold to the male workpiece of the first receiving portion and / or the second receiving portion may be formed by the clamping devices and / or a receiving profile and / or position pins, wherein the receiving profile preferably made of aluminum, plastic or rubber (Hard rubber) can be formed.
  • the vacuum surfaces or the clamping devices may also be designed in the form of a receiving profile.
  • a recording profile is a component to understand that can accommodate at least a portion or part of the male workpiece.
  • the receiving profile may be formed from a solid material and / or in the form of a support structure, wherein the support structure has only certain areas, which serve as receiving areas of the workpiece.
  • the vacuum surfaces or the receiving profile on the surface facing the workpiece bores (suction holes), which can be supplied via vacuum channels with negative pressure.
  • the surface facing the workpiece is provided with a surface contour that is complementary to the workpiece to be picked up, in particular the workpiece area to be picked up.
  • the clamping devices or a part of the clamping devices are designed as suction devices, in particular suction plates, it is necessary to arrange the suction devices in such a way that they also form at least sections a negative mold to the workpiece. This can be advantageous, in particular, for the clamping devices (suction elements) which are attached to the
  • Clamping portion are provided, which is important for the post-processing of the workpiece, in which usually no large process forces occur as in the main processing of the workpiece, and thus the fixing or clamping forces that can be achieved by the suction elements are sufficient.
  • first and / or the second receiving portion is / are movable (liftable or lowerable) steplessly or stepwise relative to the other receiving portion, wherein the first and / or the second receiving portion preferably in the vertical direction, perpendicular to a Base plate of a main body of
  • At least one further receiving portion is provided, which is movable from a first position (or receiving position) relative to the first and / or second receiving portion to a second position (or post-processing position), in particular in the raised second position and / or lowered and can be returned to the first position (or receiving position), wherein the at least one further receiving portion having one or more clamping devices.
  • first and / or the second receiving portion and / or the at least one further receiving portion a drive and / or drives is / are provided to the first and / or the second receiving portion and / or the at least one other To be able to move recording section, in particular to raise and lower can.
  • the drive or the drives in the form of a pneumatic or hydraulic lifting cylinder, an electric Hubspindelantriebs or a linear motor. In this way, a synchronous-mechanical drive can be provided.
  • the first receiving portion is arranged radially outside of the second receiving portion.
  • the first receiving portion which is important for the first processing (or main processing), arranged radially outward, whereby its rigidity, in particular with respect to bending moments, is increased.
  • process forces that are applied to the workpiece during the first processing (or main processing) can be recorded specifically.
  • first and / or the second receiving portion and / or for the at least one further receiving portion to provide a locking device to the first and / or the second receiving portion and / or the at least one further receiving portion in a Position, especially in a machining position to lock.
  • the locking device On the basis of the locking device, it is possible to fix the respective receiving section in a processing position, which may be the first position (or receiving position) and / or the second position (or post-processing position), in particular in the direction of the displacement direction fix. In this way, the rigidity of the jig can be further increased.
  • a vacuum source or a vacuum connection by means of which the one or more clamping devices can be supplied with negative pressure.
  • a compressed air source or a compressed air connection can be provided, which is correspondingly connected to a vacuum channel or a compressed air channel of a clamping device.
  • a vacuum source and a compressed air source these can be integrated in a machine table of a processing device.
  • Air in this sense means any kind of gaseous fluid.
  • a vacuum source may be provided by a Venturi-based device, a vacuum compressor, a rotary vane pump, a diaphragm pump, or a scroll compressor.
  • a negative pressure is used to clamp a workpiece on a respective clamping device (vacuum surface and / or suction cup).
  • Compressed air is used inter alia to facilitate a cleaning process and / or to safely remove a workpiece from the suction plate.
  • the present invention relates to a method for clamping a workpiece, preferably on a processing device, in particular for clamping a workpiece with one or more curved surfaces or free-form surfaces, preferably at least partially made of fiber composite material, preferably using the above-described jig, comprising the steps:
  • first and / or a second receiving portion Placing a workpiece in the region of a first and / or a second receiving portion, wherein the first and / or second receiving portion preferably at least partially has a negative mold to the male workpiece,
  • clamping devices which is / are provided on the first and / or the second receiving portion and is in contact with the workpiece
  • Receiving sections is / are provided
  • the method described further comprises the step:
  • the workpiece is released from the one or more chucks of the other receiving portion.
  • the method additionally has the following steps: relative movement of the receiving section located in the second position to the other
  • the present invention relates to a machining device for machining a workpiece, in particular a workpiece with one or more curved surfaces or free-form surfaces, which preferably at least in sections consists of fiber composite material having a Aufspannvorraum according to one of the preceding aspects.
  • the processing device has one or more processing units in order to be able to process the workpiece.
  • the processing unit can be a milling unit, a drilling unit, a sealing unit, a printer, such as a printer for an additive method (so-called 3D printer), etc.
  • the machining device can preferably have at least one unit which can be moved relative to the clamping device, in particular a boom, a gantry or an articulated-arm robot, which is the movable unit
  • Processing unit receives.
  • Processing device further comprises a fastening device, by means of which a main body of AufSpannvoriques is attachable to a machine table of the processing device, wherein the fastening device preferably has a supply interface, by means of which the receiving device can be supplied with energy and / or vacuum and / or compressed air.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the clamping device of the present invention in which both receiving portions are formed as vacuum surfaces;
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of the clamping device shown in FIG. 1, with the workpiece being placed on the second receiving section.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of the clamping device shown in FIG. 1, with the workpiece being placed on the second receiving section.
  • FIG. 3 is a sectional view of the embodiment of the clamping device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, which is in the receiving position;
  • FIG. 3 is a sectional view of the embodiment of the clamping device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, which is in the receiving position;
  • FIG. 4 shows a sectional view of an alternative embodiment of the clamping device of the present invention, in which the first receiving portion as vacuum surfaces and the second receiving portion are formed as a suction cup,
  • FIG. 5 is a sectional view of the embodiment of the clamping device shown in FIG. 4, with the clamping device in the receiving position, FIG.
  • FIG. 6 shows a spatial representation of the embodiment of the clamping device shown in FIG. 5,
  • Fig. 7 is a sectional view of another alternative embodiment of the clamping device of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of another embodiment of the clamping device of the present invention.
  • FIG. 9 shows a flowchart of an embodiment of a method for clamping a workpiece with free-form surfaces of the present invention, preferably using the mounting device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a clamping device 10, which comprises a base body 11.
  • a clamping device 10 for receiving a workpiece 2 made of fiber composite material, which has, for example, as shown in Fig. 1, a U-shaped profile shape.
  • a first receiving section 12 is formed. 1, the first receiving portion 12 faces the male workpiece 2.
  • the illustrated tensioning device 10 is also shown in a raised position to enhance clarity. This will be discussed in detail later.
  • the first receiving portion 12 is formed on the entire top of the main body 11, which is not absolutely necessary. Further, the upper side of the main body 11 and thus the first receiving portion is formed such that it has a so-called negative mold to the male workpiece 2.
  • the base body 11 in a longitudinal direction of the base body 11, which corresponds to a longitudinal direction of the workpiece 2, and is in the Y-axis, the base body 11 at a front (in Fig. 1 left front) formed lower than at its rear side. Furthermore, two central regions are formed at the two ends of the first receiving portion 12, which are adapted in shape to the outer contour of the workpiece.
  • the main body 11 has spacers IIb extending, for example, in the X-axis and serving to expand the first receiving portion 12 in order to securely receive the workpiece 2 along the X axis in accordance with the extent of the workpiece 2.
  • the main body 11 has a recess 15 in which a second receiving portion 13 is formed.
  • a second receiving portion 13 in which a second receiving portion 13 is formed.
  • both lifting bodies 30 are accommodated.
  • both receiving sections 12, 13 are formed as vacuum surfaces. That is, the coming into contact with the workpiece 2 surfaces of the base body 11 and the lifting body 30 are provided with holes 31 which can be supplied via vacuum channels 32 with negative pressure or vacuum.
  • the lifting bodies 30 furthermore each have a U-shaped recess on the upper side, which extends in the longitudinal direction of the main body 11. In this way, the workpiece 2 can be laterally partially encompassed by the surfaces of the lifting body 30, whereby the workpiece 2 can be safely received.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of the embodiment of the clamping device 10 of the present invention shown in FIG. 1, wherein the workpiece 2 is placed on the second receiving section 13 and the On tensioner 10 is in the raised position.
  • the workpiece 2 is laterally supported by the U-shape of the two lifting bodies 30, whereby the workpiece 2 can be safely received. 2, the workpiece 2 does not lie on the first receiving portion 12.
  • FIG. 3 there is shown a cross-sectional view of the embodiments of the tensioning apparatus 10 of the present invention shown in Figures 1 and 2, which is also in the receiving position.
  • the workpiece 2 is additionally received by the first receiving portion 12, whereby the workpiece 2 can be more firmly received by the clamping device 10, in particular can absorb larger process forces that may be present during a main machining of the workpiece 2 , 3
  • the two lifting bodies 30 each have two guide shafts 34, by means of which the lifting bodies 30 are accommodated in the base body 11 and are displaceable in the vertical direction (Z direction).
  • the guide shafts 34 also have vacuum channels 32, by means of which the holes 31 can be supplied with negative pressure.
  • FIG. 4 shows a sectional view of an alternative embodiment of the tensioning device 10 of the present invention in which the first receiving portion 12 is formed as a vacuum surface 20a and the second receiving portion 13 as a suction cup 33 with the tensioning device 10 in a raised position in which the Workpiece 2 is received and tensioned only by the second receiving portion 13. 4, it is possible, based on the raised position, to create a free space 40 under the picked-up workpiece 2, with which it is possible to machine the workpiece 2 at least partially from below, without the workpiece 2 being encompassed have to. 4, the bores 31 and vacuum channels 32 of the vacuum regions 20a of the first receiving section 12 and the suction plates 33 of the second receiving section 13 are also easy to remove.
  • the main body 11 is provided with a vacuum port 11c, by means of which the vacuum regions 20a can be supplied with negative pressure.
  • the bores 31 and / or the suction plates 33 it may be advantageous to be able to supply these separately or at least in groups with negative pressure. This offers the advantage that in turn, if necessary, different workpieces 2 with the same
  • the formation of the clamping devices as a suction cup 33 has the advantage that over the embodiment as a vacuum surface 20a larger tolerance ranges can be covered. That is, in the vacuum surfaces 20a, which are usually formed of materials with a low degree of elasticity, relatively high demands are placed on the tolerance / dimensional stability, since otherwise no negative pressure between the workpiece 2 and vacuum surface 20a can be formed, which, however, necessary is to suck the workpiece 2 to the vacuum surface 20a and thereby fix or tension.
  • suction elements in particular suction plates 33, they have a certain deformability or deflectability, with which the suction plates 33 can adapt to the shape of the workpiece 2.
  • this offers the advantage that the workpiece 2 and / or the second receiving section 13 need not or must not be subject to such high tolerance requirements, but on the other hand it also offers the advantage that, if appropriate, different workpieces 2, which are at least approximately have similar outer contour, by means of same clamping device 10 can be held. In this way it is possible to reduce the setup effort.
  • a combination of vacuum surfaces 20a and suction plates 33 for the first receiving portion 12 and / or the second receiving portion 13 is conceivable.
  • suction cups 33 are used.
  • Fig. 5 shows a sectional view of the embodiment of the clamping device 10 shown in Fig. 4, wherein the clamping device 10 is in the receiving position. That is, the workpiece 2 is received by both receiving portions 12 and 13 and tensioned. Accordingly, the two lifting bodies 30, which have the second receiving portion 13, are lowered relative to the raised position shown in Fig. 4, whereby they were brought into the receiving position. In the receiving position surfaces of the lifting body 30 are located approximately at the same height as the surface of the base body 11, whereby the male component, at the same time by both receiving portions 12, 13 can be received, and by all coming into contact with the workpiece 2 clamping devices (vacuum surfaces 20a and suction cup 33) can be stretched. In this way, a maximum clamping force can be exerted on the workpiece 2, whereby the largest process forces can be absorbed by the clamping device 10.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of the embodiment of the clamping device 10 of the present invention shown in FIG. 5, wherein the workpiece 2 is not shown. 6, the individual suction cups 33 of the second receiving portion 13, which are attached to the upper side of the two lifting bodies 30, and the vacuum regions 20a, in particular the holes 31 of Vacuum areas 20 a, the first receiving portion 12 are removed.
  • Fig. 7 shows a sectional view of another alternative embodiment of the clamping device 10 of the present invention, wherein a third lifting body 30 is provided, on the surface of a third receiving portion 14 is provided.
  • the third receiving section 14 also has suction plates 33.
  • the third main body 30 is positioned slightly offset from the other two lifting bodies 30. That is, in the state shown, only the two previously known lifting bodies 30, in particular their suction plates 33, are in contact with the workpiece 2, whereas the third receiving section 14, in particular its suction plates 33, is not in contact with the workpiece 2. Accordingly, a clearance 41 is created between the third receiving portion 14 and the workpiece 2, which allows machining of the workpiece 2 from below.
  • the workpiece 2 can first be received and clamped by the third receiving portion 13 and then, for example, a contact between the front (in Fig. 7 left represented) second receiving portion 13 and the workpiece are released and the foremost (in Fig. 7 left) lifting body 30 are lowered.
  • FIG. 8 is a perspective view of another embodiment of the chuck 10 of the present invention. As can be seen from FIG. 8, the tensioning device 10 is shown in FIG.
  • two second receiving portion 13 are provided, which are in the form of two separate clamping units, which are accommodated in the base body 11.
  • the two clamping units each have a plurality of positioning pins 50, which are arranged in a circle around a suction device 51, in particular a suction gripper, wherein the suction device 51 is arranged in the center of the positioning pins 50.
  • Positioning pins 50 are set up so that they can scan the outer contour of the male workpiece 2 and thus can emulate. In this way, it is possible to form a negative mold of the workpiece 2 based on the positioning pins 50. After forming the negative mold by the positioning pins 50, these can be fixed.
  • a negative pressure is applied to the suction device 51, in particular the suction gripper, which is in contact with the workpiece 2 after placing the workpiece 2, whereby the workpiece 2 is sucked in and counteracted Positioning pins 50 is pressed. In this way it is possible to clamp the workpiece 2 in the two clamping units and thus to fix.
  • the tensioning device 10 is exemplified in the post-processing position. That is, the first receiving portion 12 which is formed on the base body 11, and the two second receiving portions 13 which are formed by the two clamping units are spaced from each other, in particular in the vertical direction from each other. It is advantageous if the base body 11 from the receiving position (first position) in the post-processing position (second position) is lowered, ie, the first receiving portion 12 is lowered down. In this way it is possible without that Workpiece 2 to move, a space below the
  • FIG. 9 there is shown a flow diagram of one embodiment of a method of clamping a workpiece having curved surfaces or free-form surfaces of the present invention, preferably using the mounting apparatus of the present invention.
  • step 1 a workpiece 2 to be processed is placed in the clamping device 10, which is in a receiving position. That is, the workpiece 2 is brought into contact with the first receiving portion 12 and the second receiving portion 13, in particular, with tensioning means 20a, 20b of the two receiving portions 12, 13.
  • step 2 negative pressure is applied to the plurality of chucks 20a, 20b provided on the first and second receiving portions, whereby a negative pressure is built up between the chucks 20a, 20b and the workpiece 2, thus holding the workpiece 2 ,
  • a main processing on the recorded and tensioned workpiece 2 can then be made.
  • a main processing is understood as a processing or a processing process in which maximum process forces can be exerted on the workpiece 2. That is, it is a very good and safe recording of the workpiece 2 in the AufSpannvorraum 10 necessary, which can be ensured by the holding force of the two receiving portions 12 and 13.
  • the main machining can be a machining, in particular milling, drilling, grinding or sawing.
  • step 5 the two lifting bodies 30 of the clamping device 10 are raised, in particular raised to a desired raised position.
  • the workpiece 2 which is also received and tensioned in the second receiving portion 13, brought into a raised position, whereby a space below and optionally laterally of the workpiece 2 can be created.
  • a post-processing of the workpiece 2 can then take place. If desired, several, different from each other, post-processing can take place.
  • a post-processing is understood as a processing in which lower process forces are exerted on the workpiece 2, as in the case of the main processing. For this reason, despite the reduced holding force provided only by the second receiving portion, the workpiece 2 can be sufficiently held and fixed.
  • the post-processing can be, for example, deburring, grinding, polishing, sealing, painting and the like.
  • the second receiving portion 13 may be partially replaced by the third receiving portion 14 as described in FIG. 7 to provide clearance below or laterally at another location of the workpiece 2.
  • step 7 after completion of all reworking, the workpiece 2 is released from the second clamping devices 20b of the second receiving section, by also reducing the negative pressure as already described in step 4.
  • the finished workpiece 2 can be removed from the clamping device 10 in step 8 and the clamping device 10 may again be inserted into the clamping device 10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufspannvorrichtung (10) und ein Verfahren zur Aufspannung eines Werkstücks (2), bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Aufspannung eines Werkstücks (2) mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, aufweisend: einen ersten Aufnahmeabschnitt (12) zur Aufnahme eines Werkstücks (2), welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine erste Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück (2) aufweist, einen zweiten Aufnahmeabschnitt (13) zur Aufnahme des Werkstücks (2), welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine zweite Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück (2) aufweist, wobei einer der Aufnahmeabschnitt (12, 13) aus einer ersten Position relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt (12, 13) in eine zweite Position bewegbar ist, und eine oder mehrere Spanneinrichtungen (20a, 20b) an dem ersten Aufnahmeabschnitt (12) und/oder dem zweiten Aufnahmeabschnitt (13) vorgesehen ist/sind.

Description

AufSpannvorrichtung mit Aushubfunktion
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine AufSpannvorrichtung für eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Aufspannung eines Werkstücks mit einer oder mehrerer gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, das bevorzugt beispielsweise aus Verbundmaterial, wie Faserverbundmaterial, Holz, Holzwerkstoffen, oder ähnlichem besteht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufspannung eines Werkstücks mit einer oder mehrerer Freiformflächen, insbesondere unter Verwendung der erfindungsgemäßen AufSpannvorrichtung .
Die Vorrichtung sowie das Verfahren der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere im Bereich der Bearbeitung von Leichtbauteilen und insbesondere der Bearbeitung von Faserverbundbauteilen auf CNC-Bearbeitungsvorrichtungen zum Einsatz. Bei den genannten Werkstücken (Leichtbauteilen) handelt es sich bevorzugt um 3D-Bauteile wie Karosserieteile, Verkleidungsteile, Strukturbauteile oder Möbelteile.
Stand der Technik
Als ein Beispiel einer bekannten Aufnahmerichtung für ein Werkstück mit einer oder mehreren Freiformflächen ist die in der Offenlegungsschrift DE 198 02 320 AI beschriebene Haltevorrichtung für Werkstücke mit Freiformflächen zu nennen, bei der das Werkstück zwischen am Werkstück anliegenden Spannstiften gespannt wird. Diese Spannstifte sind in einem Gehäuse verschieblich gelagert und ragen mehr oder weniger weit aus dem Gehäuse heraus. Auf diese Weise kann die Raumform des Werkstücks abgetastet werden beziehungsweise liegen die freien Enden der Spannstifte an der räumlich gekrümmten Oberfläche des Werkstücks an. Bei der beschriebenen Ausgestaltung ist es jedoch weiterhin notwendig, einen Gegenhalter, mit dem das Werkstück an die freien Enden der Spannstifte angedrückt und dort gehalten werden, vorzusehen. Ein Greifen der aufgenommenen Werkstücke, so dass diese gehandhabt werden können, ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
Die in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 020 898 AI beschriebene Greif- und Haltevorrichtung geht diesbezüglich einen Schritt weiter. Die beschriebene Vorrichtung weist ein Gehäuse und einen oder mehrere aus dem Gehäuse herausragende Stößel auf, wobei die Stößel verschieblich geführt sind und an ihren aus dem Gehäuse herausragenden Ende Saugstellen aufweisen, die mit einer Unterdruckquelle verbunden sind. Das Werkstück liegt an den Stößeln an und zwar unabhängig davon, welche Kontur beziehungsweise Raumform das Werkstück aufweist. Um nun das Werkstück einseitig halten zu können, besitzen die freien Enden der Stößel Saugstellen, mit denen das Werkstück angesaugt wird.
Die oben beschriebenen Leichtbauteile können mittels dem RTM- Verfahren (Resin Transfer Moulding) hergestellt. Diese Teile weisen einen Randbereich auf, welcher beim RTM-Verfahren entsteht und abgetrennt werden muss. Entsprechend ist nach der Herstellung des Werkstücks im RTM-Verfahren die Durchführung einer Außenkonturbearbeitung bzw.
Formatbearbeitung notwendig. Hierbei werden weiterhin oftmals Bearbeitungen wie Bohrungen, Ausbrüche und Ausklinkungen am Bauteil erforderlich, welche vorteilhaft an einer CNC- Bearbeitungsvorrichtung durch spanende Bearbeitung hergestellt werden.
Hinsichtlich der Bearbeitung von Leichtbauteilen, insbesondere Faserverbundbauteilen, zeichnet sich derzeitig ein Trend zur spanenden Bearbeitung mittels speziellen Fräs- Bohrwerkzeugen an 5-Achs-CNC-Fräsvorrichtungen ab. Die hierbei hergestellten Bauteil-Schmalflächen unterliegen oftmals besonderen Qualitätsansprüchen, wie zum Beispiel geringen Form-Lagetoleranzen, geringer Delamination, geringer Leitfähigkeit sowie hoher Standfestigkeit gegen Feuchtigkeitseintritt in die Matrix des Verbundmaterials. Dies erfordert nach dem Fräsen oftmals zusätzliche Bearbeitungsschritte wie beispielsweise den Einsatz eines Versiegelungsaggregates zur Schmalflächenversiegelung der Bauteile .
Bei den notwendigen Fräsarbeiten entstehen hohe Zerspannungskräfte, welche in dem Bauteil zu hohen Belastungen und Verformungen führen können. Aus diesem Grund ist es notwendig, die auf das Werkstück einwirkenden Zerspannungskräfte durch die Werkstückaufnahme sicher aufzunehmen. Zur Erzielung einer hohen Bearbeitungsqualität sind deshalb eine hohe Steifigkeit und eine geringe Schwingungsneigung der AufSpannvorrichtung notwendig.
Die beiden oben beschriebenen AufSpannvorrichtungen können diesen Anforderungen nicht gerecht werden, da diese eine zu geringe Steifigkeit und somit zu geringe Bearbeitungsqualität (Toleranzhaltigkeit ) ermöglichen. Um insbesondere der Anforderung hinsichtlich der hohen Steifigkeit gerecht zu werden, wird der Einsatz von Spannschablonen vorgeschlagen, welche eine Negativform der Bauteiloberfläche (Außenkontur bzw. Spannfläche) aufweisen. Diese eigens für das Werkstück hergestellten Spannschablonen weisen in der Regel Vakuumflächen/Vakuumfelder auf, die auf der
Spannschablonenoberfläche verteilt sind und über entsprechende Vakuumanschlüsse mit Vakuum versorgt werden und so eine äußerst stabile Aufspannung des Werkstücks ermöglichen .
Die beschriebenen Spannschablonen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Zugänglichkeit des aufgespannten Werkstücks für weitere Bearbeitungsschritte wesentlich eingeschränkt ist. Derartige Bearbeitungsschritte, wie zum Beispiel Reinigen, Fräskantennachbearbeitung, Qualitätssicherung durch Messen, Versiegelung der Fräskanten und dergleichen, können zum Beispiel Bearbeitungsfreiräume an der Werkstückunterseite
(Umgreifen der Schmalkante des Werkstücks) erfordern. Ferner treten typischerweise bei den genannten
Nachbearbeitungsschritten deutlich geringere Prozesskräfte
(z.B. keine Zerspannungskräfte) auf, womit diese in der Regel keine Auswirkung auf die Bauteilqualität haben.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vereinfachte, flexible und kostengünstige AufSpannvorrichtung zur Aufspannung eines Werkstücks an einer
Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Steifigkeit und eine geringe Neigung zum Schwingen aufweist oder die Schwingungsneigung vermindert.
Des Weiteren soll ein Verfahren zur Aufspannung eines Werkstücks, insbesondere unter Verwendung der erfindungsgemäßen AufSpannvorrichtung, bereitgestellt werden, welche ebenfalls die vorgenannten Anforderungen erfüllt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine AufSpannvorrichtung zur Aufspannung eines Werkstücks an einer Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 14. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine
Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 17. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben, wobei der Gegenstand der die Vorrichtung (en) betreffenden abhängigen Ansprüche im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommen kann, und umgekehrt.
Einer der Gedanken der vorliegenden Erfindung ist es, eine AufSpannvorrichtung zur Aufspannung eines Werkstücks an einer Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die einen ersten Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Werkstücks und einen zweiten Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Werkstücks aufweist, wobei einer der Aufnahmeabschnitte relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt verfahrbar ist, insbesondere so relativ verfahrbar ist, dass der erste Aufnahmeabschnitt zu dem zweiten Aufnahmeabschnitt beabstandet ist, wobei die beiden bevorzugt in einer Aufnahmerichtung des Werkstücks zueinander beabstandet sind.
Die vorgeschlagene Aufspannvorrichtung hat den Vorteil, dass die Zugänglichkeit des aufgespannten Werkstücks verbessert werden kann, insbesondere die Zugänglichkeit während einer Nachbearbeitung .
Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung bzw. dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, ein aufzunehmendes Werkstück für eine erste Bearbeitung (z.B. eine Hauptbearbeitung) , die bevorzugt von oberhalb des Werkstücks erfolgt, mittels zwei Aufnahmeabschnitte aufzunehmen und zu spannen, wodurch die Steifigkeit der Aufspannvorrichtung selbst sowie die Einspannkräfte, die auf das aufgenommene Werkstück wirken, erhöht werden können. Andererseits ist es möglich, das Werkstück für eine zweite Bearbeitung (z.B. Nachbearbeitung) , bei welcher geringere Prozesskräfte auf das Werkstück ausgeübt werden, wie bei der ersten Bearbeitung , das Werkstück lediglich anhand eines Aufnahmeabschnitts aufzunehmen und zu spannen. Hierdurch kann die Zugänglichkeit des Werkstücks für die zweite Bearbeitung, insbesondere eine Nachbearbeitung, verbessert werden. Auf diese Weise kann den geforderten Ansprüchen an die die Bearbeitungsqualität des Werkstücks sowie die Zugänglichkeit Rechnung getragen werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Aufspannvorrichtung zur Aufspannung eines Werkstücks, bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Aufspannung eines Werkstücks mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Faserverbundmaterial besteht, bereit, aufweisend: einen ersten Aufnahmeabschnitt zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme eines Werkstücks, welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine erste Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück aufweist, einen zweiten Aufnahmeabschnitt zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks, welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine zweite Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück aufweist, wobei einer der Aufnahmeabschnitte, insbesondere in einer Aufnahmerichtung des Werkstücks, ausgehend von einer ersten Position (z.B. Aufnahmestellung) relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt in eine zweite Position (z.B. Nachbearbeitungsposition) bewegbar ist und in die zurückgeführt werden kann, und wobei zumindest einer der Aufnahmeabschnitte eine oder mehrere Spanneinrichtungen aufweist. Bevorzugt weisen beide, der erste Aufnahmeabschnitt und der zweite Aufnahmeabschnitt zumindest eine Spanneinrichtung, bevorzugt mehrere Spanneinrichtungen, auf.
Ferner ist es bevorzugt, dass der eine Aufnahmeabschnitt aus der ersten Position, welche bevorzugt eine Aufnahmestellung ist, in die zweite Position, die bevorzugt eine Nachbearbeitungsposition ist, angehoben und/oder abgesenkt werden kann, insbesondere so angehoben und/oder abgesenkt werden kann, dass ein Freiraum geschaffen werden kann.
Die Aufnahmestellung ist eine Ausgangs- oder Ruhestellung der AufSpannvorrichtung . In einer bevorzugten Variante befinden sich der erste und der zweite Aufnahmeabschnitt bei Inbetriebnahme der AufSpannvorrichtung in der
Aufnahmestellung . Darüber hinaus kann es in einer weiter bevorzugten Variante vorgesehen sein, dass beide Aufnahmeabschnitte beim Ausschalten der
Bearbeitungsvorrichtung bzw. der AufSpannvorrichtung in die Aufnahmestellung zurückkehren. Ferner befinden sich die beiden Aufnahmeabschnitte in der Aufnahmestellung in einer derartigen Position, insbesondere in einer solchen relativen Position zueinander, dass die beiden Aufnahmeabschnitte ein zu bearbeitendes Werkstück aufnehmen können, insbesondere gleichzeitig aufnehmen können.
Ferner ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Negativform" zu verstehen, dass ein bestimmter Bereich der AufSpannvorrichtung, insbesondere der Aufnahmeabschnitte, einem aufzunehmenden Werkstückabschnitt, entspricht, d.h., zu diesem komplementär ist. Weist also zum Beispiel ein Werkstückabschnitt eine kreisförmige Ausbuchtung auf, weist der zugehörige Bereich des Aufnahmeabschnitts eine entsprechend komplementär ausgebildete Ausnehmung auf. Bei der Negativform ist folglich die Auflagefläche des Aufnahmeabschnitts entsprechend einer aufzunehmenden Außenfläche des Werkstücks geformt.
Durch die beschriebene AufSpannvorrichtung ist es u.a. möglich, wie oben bereits angedeutet, in einer ersten Position, insbesondere einer Aufnahmestellung, in der das aufgenommene Werkstück durch zwei oder auch mehrere Aufnahmeabschnitte aufgenommen und gehalten wird, eine Hauptbearbeitung durchzuführen, wobei bei der
Hauptbearbeitung die aufzunehmenden Prozesskräfte im Vordergrund stehen, und die Zugänglichkeit eher zweitrangig ist. Ferner wird eine zweite Position, insbesondere angehobene oder abgesenkte Position bereitgestellt, in welcher das Werkstück lediglich anhand eines Aufnahmeabschnitts aufgenommen und gehalten wird, wodurch zwar einerseits geringere Prozesskräfte aufgenommen werden können, andererseits jedoch die Zugänglichkeit erhöht werden kann. Dies ist insbesondere im Falle einer Nachbearbeitung vorteilhaft .
Ferner kann eine mehrseitige Bearbeitung, insbesondere eine sechsseitige Bearbeitung ohne Umspannen des zu bearbeitenden Werkstücks durchgeführt werden, wodurch die Bearbeitungszeit verkürzt und die Bearbeitungsqualität, insbesondere die Bearbeitungsgenauigkeit (Einhaltung von Toleranzen) , gesteigert werden kann. Mit der durch die AufSpannvorrichtung bereitgestellten Spannsystematik kann somit ein sehr effizienter Bearbeitungsablauf realisiert werden, da Nebenzeiten für das Werkstückhandling im Zusammenhang mit der für gewöhnlich notwendigen Werkstückumspannung auf ein Minimum reduziert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die AufSpannvorrichtung ferner einen Grundkörper auf, auf dem der erste Aufnahmeabschnitt ausgebildet oder lösbar befestigt ist, wobei der Grundkörper bevorzugt eine Grundplatte aufweist, mit welcher der Grundkörper auf einem Maschinentisch einer Bearbeitungsvorrichtung/Bearbeitungs¬ maschine befestigbar ist.
Alternativ ist es möglich, die AufSpannvorrichtung an einem beweglichen Element, wie einem Gelenkarmroboter, anzubringen, sodass das bearbeitende Aggregat oder Werkzeug, zumindest während der Bearbeitung, feststehend sein kann.
Auf diese Weise kann eine kompakte, auswechselbare AufSpannvorrichtung geschaffen werden, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn für eine Vielzahl von verschiedenen Werkstücken mehrere unterschiedliche AufSpannvorrichtungen notwendig sind. In diesem Fall kann die AufSpannvorrichtung einfach und schnell gewechselt werden.
Ferner ist es bevorzugt, die Spanneinrichtungen als Vakuumflächen und/oder als Saugelemente, insbesondere Saugteller und/oder Sauggreifer, auszubilden.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner bevorzugt, dass erste Spanneinrichtungen der mehreren Spanneinrichtungen, die an dem ersten Aufnahmeabschnitt vorgesehen sind, getrennt von zweiten Spanneinrichtungen der mehreren Spanneinrichtungen, die an dem zweiten Aufnahmeabschnitt vorgesehen sind, mit Unterdruck (Vakuum) versorgbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, lediglich einen der beiden Aufnahmeabschnitte mit Unterdruck zu versorgen und somit das Werkstück lediglich anhand des mit Unterdruck versorgten Aufnahmeabschnitts zu halten bzw. zu spannen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine zumindest abschnittsweise Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück des ersten Aufnahmeabschnitts und/oder des zweiten Aufnahmeabschnitts durch die Spanneinrichtungen und/oder ein Aufnahmeprofil und/oder Positionsstifte ausgebildet sein, wobei das Aufnahmeprofil bevorzugt aus Aluminium, Kunststoff oder Gummi (Hartgummi) ausgebildet sein kann.
In dem Fall, dass die Spanneinrichtungen als Vakuumflächen ausgebildet sind, können die Vakuumflächen bzw. die Spanneinrichtungen auch in Form eines Aufnahmeprofils ausgebildet sein. Unter einem Aufnahmeprofil ist ein Bauteil zu verstehen, das zumindest einen Abschnitt oder Teil des aufzunehmenden Werkstücks aufnehmen kann. Hierzu kann das Aufnahmeprofil aus einem Vollmaterial und/oder in Form einer Stützstruktur ausgebildet sein, wobei die Stützstruktur lediglich bestimmte Bereiche aufweist, die als Aufnahmebereiche des Werkstücks dienen. Ferner weisen die Vakuumflächen bzw. das Aufnahmeprofil an der dem Werkstück zugewandten Fläche Bohrungen (Saugbohrungen) auf, die über Unterdruckkanäle mit Unterdruck versorgt werden können. Um nun die Negativform auszubilden, wird die dem Werkstück zugewandte Oberfläche mit einer Oberflächenkontur versehen, die zu dem aufzunehmenden Werkstück, insbesondere dem aufzunehmenden Werkstückbereich, komplementär ist.
Werden hingegen die Spanneinrichtungen oder ein Teil der Spanneinrichtungen als Saugeinrichtungen, insbesondere Saugteller, ausgebildet, ist es notwendig, die Saugeinrichtungen so anzuordnen, dass sie ebenfalls zumindest abschnittsweise eine Negativform zu dem Werkstück ausbilden. Dies kann insbesondere für die Spanneinrichtungen (Saugelemente) vorteilhaft sein, die an dem
Aufspannabschnitt vorgesehen sind, der für die Nachbearbeitung des Werkstücks wichtig ist, bei der in der Regel keine so großen Prozesskräfte auftreten wie bei der Hauptbearbeitung des Werkstücks, und somit die Fixier- oder Spannkräfte, die durch die Saugelemente erzielbar sind, ausreichend sind.
Ferner ist es bevorzugt, dass der erste und/oder der zweite Aufnahmeabschnitt stufenlos oder schrittweise relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt verfahrbar (anhebbar bzw. absenkbar) ist/sind, wobei der erste und/oder der zweite Aufnahmeabschnitt bevorzugt in vertikaler Richtung, senkrecht zu einer Grundplatte eines Grundkörpers der
AufSpannvorrichtung, verfahrbar ist/sind.
Auf diese Weise ist es möglich, den ersten und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt lediglich soweit zu verfahren, dass ein ausreichender Freiraum für eine nachgeschaltete Bearbeitung, insbesondere Nachbearbeitung, geschaffen werden kann. Somit kann vermieden werden, dass der erste und/oder der zweite Aufnahmeabschnitt unnötig weit verfahren bzw. von dem anderen Aufnahmeabschnitt beabstandet wird, womit eine unnötige Reduzierung der Steifigkeit der AufSpannvorrichtung vermieden werden kann.
Gemäß einer weiteren Modifikation ist es bevorzugt, dass mindestens ein weiterer Aufnahmeabschnitt vorgesehen ist, welcher aus einer ersten Position (bzw. Aufnahmestellung) relativ zu dem ersten und/oder zweiten Aufnahmeabschnitt in eine zweite Position (bzw. Nachbearbeitungsposition) bewegbar ist, insbesondere in die zweite Position angehoben und/oder abgesenkt und in die erste Position (bzw. Aufnahmestellung) zurückgeführt werden kann, wobei der mindestens eine weitere Aufnahmeabschnitt eine oder mehrere Spanneinrichtungen aufweist . Auf diese Weise kann die Möglichkeit geschaffen werden, entsprechend einer geforderten zweiten Bearbeitung, insbesondere Nachbearbeitung, und dem dadurch erforderlichen Freiraum, unterhalb oder seitlich des aufgenommenen Werkstücks, Aufnahmeabschnitte auszuwählen, anhand deren das Werkstück in der zweiten Position (bzw. angehobenen oder abgesenkten Position) gehalten werden sollen. Somit ist es unter anderem möglich, das Werkstück zuerst an einem definierten Bereich, der vorerst nicht bearbeitet wird, aufzunehmen und zu halten, und eine Bearbeitung an freigelegten Bereichen des Werkstücks durchzuführen, und anschließend die Aufnahmeabschnitte zu wechseln, womit das Werkstück an einer Stelle bearbeitet werden kann, an welcher zuvor das Werkstück gehalten wurde.
Ferner ist es bevorzugt, dass für den ersten und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt und/oder den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt ein Antrieb und/oder Antriebe vorgesehen ist/sind, um den ersten und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt und/oder den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt bewegen zu können, insbesondere anheben und absenken zu können.
Weiterhin ist es bevorzugt, den Antrieb oder die Antriebe in Form eines pneumatischen oder hydraulischen Hubzylinders, eines elektrischen Hubspindelantriebs oder eines Linearmotors auszubilden. Auf diese Weise kann ein synchron-mechanischer Antrieb bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Aufnahmeabschnitt radial außerhalb des zweiten Aufnahmeabschnitts angeordnet.
Auf diese Weise ist der erste Aufnahmeabschnitt, welcher für die erste Bearbeitung (bzw. Hauptbearbeitung) wichtig ist, radial außen angeordnet, womit dessen Steifigkeit, insbesondere hinsichtlich Biegemomente, erhöht ist. Hiermit können insbesondere Prozesskräfte, die während der ersten Bearbeitung (bzw. Hauptbearbeitung) auf das Werkstück aufgebracht werden, gezielt aufgenommen werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, für den ersten und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt und/oder für den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, um den ersten und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt und/oder den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt in einer Position, insbesondere in einer Bearbeitungsposition, verriegeln zu können.
Anhand der Verriegelungseinrichtung ist es möglich, den jeweiligen Aufnahmeabschnitt in einer Bearbeitungsposition, bei welcher es sich um die erste Position (bzw. Aufnahmestellung) und/oder die zweite Position (bzw. Nachbearbeitungsposition) handeln kann, zu fixieren, insbesondere in Richtung der Verschieberichtung zu fixieren. Auf diese Weise kann die Steifigkeit der Aufspanneinrichtung weiter gesteigert werden.
Ferner ist es bevorzugt, eine Unterdruckquelle oder einen Unterdruckanschluss vorzusehen, anhand der/dem die eine oder die mehreren Spanneinrichtungen mit Unterdruck versorgbar ist/sind. Des Weiteren kann eine Druckluftquelle oder ein Druckluftanschluss vorgesehen sein, die entsprechend mit einem Unterdruckkanal oder einem Druckluftkanal einer Spanneinrichtung verbunden ist. Dabei können im Falle einer Unterdruckquelle und einer Druckluftquelle diese in einem Maschinentisch einer Bearbeitungsvorrichtung integriert sein. „Luft" bedeutet in diesem Sinne jegliche Art eines gasförmigen Fluids.
Eine Unterdruckquelle kann durch eine Vorrichtung basierend auf dem Venturi-Prinzip, einen Vakuumkompressor, eine Drehschieberpumpe, Membranpumpe oder einen Scrollverdichter bereitgestellt werden. Ein Unterdruck (Vakuum) wird eingesetzt, um ein Werkstück an einer jeweiligen Spanneinrichtung (Vakuumfläche und/oder Saugteller) zu spannen. Druckluft hingegen wird u.a. verwendet, um einen Reinigungsvorgang zu erleichtern und/oder ein Werkstück sicher vom Saugteller zu entfernen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufspannung eines Werkstücks, bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Aufspannung eines Werkstücks mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Faserverbundmaterial besteht, bevorzugt unter Verwendung oben beschriebenen Aufspannvorrichtung, aufweisend die Schritte:
Auflegen eines Werkstücks im Bereich eines ersten und/oder eines zweiten Aufnahmeabschnitts , wobei der erste und/oder zweite Aufnahmeabschnitt bevorzugt zumindest abschnittsweise eine Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück aufweist,
Halten des Werkstücks mittels einer oder mehreren Spanneinrichtungen, die an dem ersten und/oder dem zweiten Aufnahmeabschnitt vorgesehen ist/sind und mit dem Werkstück in Kontakt ist/sind,
Durchführung einer ersten Bearbeitung an dem gehaltenen Werkstück, wobei es sich bei der ersten Bearbeitung bevorzugt um eine Hauptbearbeitung handelt,
Gegebenenfalls Lösen des Werkstücks von einer oder mehreren Spanneinrichtung (en) , die an einem der
Aufnahmeabschnitte vorgesehen ist/sind,
Bewegen eines der Aufnahmeabschnitte aus einer ersten Position (z.B. Aufnahmestellung) in eine zweite Position (z.B. Nachbearbeitungsposition) , und Durchführen einer zweiten Bearbeitung an dem gehaltenen Werkstück, wobei es sich bei der zweiten Bearbeitung bevorzugt um eine Nachbearbeitung handelt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das beschriebene Verfahren ferner den Schritt auf:
Verriegeln des bewegten, insbesondere angehobenen oder abgesenkten, Aufnahmeabschnitts in der zweiten, insbesondere angehobenen oder abgesenkten, Position, insbesondere durch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren vor dem Bewegen eines der Aufnahmeabschnitte in die zweite Position (z.B. Nachbearbeitungsposition) das Werkstück von der einen oder den mehreren Spanneinrichtungen des anderen Aufnahmeabschnitts gelöst wird.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zusätzlich die nachfolgenden Schritte aufweist: relatives Bewegen des sich in der zweiten Position befindenden Aufnahmeabschnitts zu dem anderen
Aufnahmeabschnitt in die erste Position, insbesondere Aufnahmestellung, zurück
Lösen des Werkstücks von der einen oder den mehreren Spanneinrichtungen, die an dem zurückbewegten (bzw. angehobenen oder abgesenkten) Aufnahmeabschnitt vorgesehen sind (d.h., die noch nicht gelöste (n) Spanneinrichtung (en) , und
Herausnehmen des Werkstücks aus der Aufnahmeeinrichtung .
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines Werkstücks mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Faserverbundmaterial besteht, welche eine AufSpannvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Aspekte aufweist.
Die Bearbeitungsvorrichtung weist ein oder mehrere Bearbeitungsaggregate auf, um das Werkstück bearbeiten zu können. Bei dem Bearbeitungsaggregat kann es sich um ein Fräsaggregat, ein Bohraggregat, ein Versiegelungsaggregat, einen Drucker, wie beispielsweise einen Drucker für ein additives Verfahren (sogenannter 3D-Drucker) , usw. handeln.
Ferner kann die Bearbeitungsvorrichtung bevorzugt mindestens eine relativ zur AufSpannvorrichtung bewegbare Einheit aufweisen, insbesondere einen Ausleger, ein Portal oder ein Gelenkarmroboter, welche bewegbare Einheit das
Bearbeitungsaggregat aufnimmt.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die
Bearbeitungsvorrichtung ferner eine Befestigungsvorrichtung aufweist, mittels der ein Grundkörper der AufSpannvorrichtung an einem Maschinentisch der Bearbeitungsvorrichtung befestigbar ist, wobei die Befestigungsvorrichtung bevorzugt eine Versorgungsschnittstelle aufweist, mittels der die Aufnahmeeinrichtung mit Energie und/oder Unterdruck und/oder Druckluft versorgt werden kann.
Auf diese Weise ist es wie oben bereits erwähnt möglich, eine kompakte und autarke AufSpannvorrichtung zu schaffen, welche einfach und schnell gewechselt werden kann. Unter Wechseln ist hierbei zu verstehen, dass eine auf einem Maschinentisch angebrachte AufSpannvorrichtung einfach gelöst werden kann, wobei eine bevorzugt mechanische Verriegelung zwischen AufSpannvorrichtung und Maschinentisch gelöst wird, und durch Abnehmen der AufSpannvorrichtung von dem Maschinentisch automatisch eine Versorgungsschnittstelle getrennt und geschlossen wird und in gleicher Weise eine neue AufSpannvorrichtung auf dem Maschinentisch angebracht und befestigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine räumliche Darstellung einer Ausführungsform der AufSpannvorrichtung der vorliegenden Erfindung, bei der beide Aufnahmeabschnitte als Vakuumflächen ausgebildet sind,
Fig. 2 zeigt eine räumliche Darstellung der in Fig. 1 gezeigten AufSpannvorrichtung, wobei das Werkstück auf den zweiten Aufnahmeabschnitt aufgelegt ist,
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche sich in der Aufnahmestellung befindet,
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der AufSpannvorrichtung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der erste Aufnahmeabschnitt als Vakuumflächen und der zweite Aufnahmeabschnitt als Saugteller ausgebildet sind,
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung, wobei sich die AufSpannvorrichtung in der Aufnahmestellung befindet,
Fig. 6 zeigt eine räumliche Darstellung der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung,
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der AufSpannvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 zeigt eine räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der AufSpannvorrichtung der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Aufspannung eines Werkstücks mit Freiformflächen der vorliegenden Erfindung bevorzugt unter Verwendung der erfindungsgemäßen AufSpannvorrichtung . Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden .
In Fig. 1 wird eine AufSpannvorrichtung 10 dargestellt, welche einen Grundköper 11 umfasst. Im Rahmen der beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine AufSpannvorrichtung 10 zur Aufnahme eines Werkstücks 2 aus Faserverbundmaterial, das beispielsweise wie in Fig. 1 gezeigt eine U-förmige Profilform aufweist. An dem Grundköper 11, der dazu dient, die AufSpannvorrichtung 10 an einem Maschinentisch (nicht dargestellt) einer
Bearbeitungsvorrichtung befestigen zu können, ist ein erster Aufnahmeabschnitt 12 ausgebildet. Wie der Fig. 1 weiter entnommen werden kann, ist der erste Aufnahmeabschnitt 12 dem aufzunehmenden Werkstück 2 zugewandt. Zur Verbesserung der Anschaulichkeit wurde das Werkstück 2 oberhalb der AufSpannvorrichtung 10 dargestellt, also in einem noch nicht durch die AufSpannvorrichtung 10 aufgenommenen Zustand. Ferner ist die dargestellte AufSpannvorrichtung 10 ebenfalls zur Verbesserung der Anschaulichkeit in einer angehobenen Position dargestellt. Darauf wird später im Detail eingegangen .
Wie Fig. 1 ebenfalls zeigt, ist der erste Aufnahmeabschnitt 12 auf der kompletten Oberseite des Grundkörpers 11 ausgebildet, wobei dies nicht zwingend notwendig ist. Ferner ist die Oberseite des Grundkörpers 11 und somit der erste Aufnahmeabschnitt derart ausgebildet, dass sie eine sogenannte Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück 2 aufweist. Hierzu ist in einer Längsrichtung des Grundkörpers 11, die einer Längsrichtung des Werkstücks 2 entspricht, und in der Y-Achse liegt, der Grundkörper 11 an einer Vorderseite (in Fig. 1 links vorne) niedriger ausgebildet als an seiner Hinterseite. Ferner sind zwei zentrale Bereich an den beiden Enden des ersten Aufnahmeabschnitts 12 ausgebildet, die formenmäßig an die Außenkontur des Werkstücks angepasst sind. Ferner weist der Grundkörper 11 Verbreiterungen IIb auf, die sich beispielhaft in der X-Achse erstrecken und dazu dienen, den ersten Aufnahmebereich 12 zu erweitern, um das Werkstück 2 entsprechend der Ausdehnung des Werkstücks 2 entlang der X- Achse sicher aufnehmen zu können.
Des Weiteren weist der Grundkörper 11 eine Ausnehmung 15 auf, in der ein zweiter Aufnahmeabschnitt 13 ausgebildet ist. In der Ausnehmung 15, insbesondere in einem vorderen und einem hinteren Bereich der Ausnehmung 15, sind zwei Hubkörper 30 aufgenommen. An Oberseiten der beiden Hubkörper 30, welche wiederum dem aufzunehmenden Werkstück 2 zugewandt sind, ist jeweils ein Teil des zweiten Aufnahmeabschnitts 13 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 sind beide Aufnahmeabschnitte 12, 13 als Vakuumflächen ausgebildet. D.h., die mit dem Werkstück 2 in Kontakt kommenden Oberflächen des Grundkörpers 11 sowie der Hubkörper 30 sind mit Bohrungen 31 versehen, die über Unterdruckkanäle 32 mit Unterdruck bzw. Vakuum versorgt werden können.
Die Hubkörper 30 weisen ferner jeweils an der Oberseite eine U-förmige Vertiefung auf, die sich in Längsrichtung des Grundkörpers 11 erstreckt. Auf diese Weise kann das Werkstück 2 durch die Oberflächen der Hubkörper 30 seitlich teilweise umgriffen werden, womit das Werkstück 2 sicher aufgenommen werden kann.
Fig. 2 zeigt eine räumliche Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung, wobei das Werkstück 2 auf den zweiten Aufnahmeabschnitt 13 aufgelegt ist und die AufSpannvorrichtung 10 sich in der angehobenen Position befindet. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, wird das Werkstück 2 durch die U-Form der beiden Hubkörper 30 seitlich gestützt, wodurch das Werkstück 2 sicher aufgenommen werden kann. Wie der Fig. 2 weiter entnommen werden kann, liegt das Werkstück 2 nicht auf dem ersten Aufnahmeabschnitt 12 auf.
In Fig. 3 ist eine Schnittansicht der in den Fig. 1 und z dargestellten Ausführungsformen der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche sich ebenfalls in der Aufnahmestellung befindet. Im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 ist jedoch das Werkstück 2 zusätzlich durch den ersten Aufnahmeabschnitt 12 aufgenommen, wodurch das Werkstück 2 durch die AufSpannvorrichtung 10 fester aufgenommen werden kann, insbesondere größere Prozesskräfte aufnehmen kann, die während einer Hauptbearbeitung des Werkstücks 2 vorliegen können. Wie der Fig. 3 weiter entnommen werden kann, weisen die beiden Hubkörper 30 jeweils zwei Führungswellen 34 auf, mittels der die Hubkörper 30 in dem Grundkörper 11 aufgenommen sind und in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verschiebbar sind. Die Führungswellen 34 weisen ebenfalls Unterdruckkanäle 32 auf, mittels der die Bohrungen 31 mit Unterdruck versorgt werden können.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung, bei welcher der erste Aufnahmeabschnitt 12 als Vakuumflächen 20a und der zweite Aufnahmeabschnitt 13 als Saugteller 33 ausgebildet sind, wobei sich die AufSpannvorrichtung 10 in einer angehobenen Position befindet, in der das Werkstück 2 lediglich durch den zweiten Aufnahmeabschnitt 13 aufgenommen und gespannt wird. Wie der Fig. 4 gut entnommen werden kann, ist es anhand der angehobenen Position möglich, unter dem aufgenommenen Werkstück 2 einen Freiraum 40 zu schaffen, womit es möglich ist, das Werkstück 2 zumindest teilweise von unten zu bearbeiten, ohne das Werkstück 2 umspannen zu müssen. Der Fig. 4 sind ferner die Bohrungen 31 und Unterdruckkanäle 32 der Vakuumbereiche 20a des ersten Aufnahmeabschnitts 12 sowie die Saugteller 33 des zweiten Aufnahmeabschnitts 13 gut zu entnehmen. Wie der Fig. 4 ebenfalls zu entnehmen ist, ist der Grundkörper 11 mit einem Unterdruckanschluss 11c versehen, mittels dem die Vakuumbereiche 20a mit Unterdruck versorgt werden können. Hinsichtlich der Bohrungen 31 und/oder der Saugteller 33 kann es vorteilhaft sein, diese separat oder zumindest in Gruppen mit Unterdruck versorgen zu können. Dies bietet den Vorteil, dass wiederum gegebenenfalls verschiedene Werkstücke 2 mit der gleichen
AufSpannvorrichtung 10 aufgenommen werden können, da Bohrungen 31 und/oder Saugteller 33, die nicht mit dem aufzunehmenden Werkstück 2 in Kontakt kommen, getrennt werden können, womit keine unnötige Umluft angesaugt wird.
Ferner bietet die Ausbildung der Spanneinrichtungen als Saugteller 33 den Vorteil, dass gegenüber der Ausführung als Vakuumfläche 20a größere Toleranzbereiche abgedeckt werden können. D.h., bei den Vakuumflächen 20a, die in der Regel aus Materialien mit einem geringen Maß an Elastizität ausgebildet sind, sind relativ hohe Anforderungen an die Toleranz/Maßhaltigkeit gegeben, da ansonsten kein Unterdruck zwischen Werkstück 2 und Vakuumfläche 20a ausgebildet werden kann, welcher jedoch notwendig ist, um das Werkstück 2 an die Vakuumfläche 20a anzusaugen und dadurch zu fixieren bzw. zu spannen. Hingegen weisen bei der Verwendung von Saugelementen, insbesondere Saugtellern 33, diese eine bestimmte Verformbarkeit beziehungsweise Auslenkbarkeit auf, womit die Saugteller 33 sich der Form des Werkstücks 2 anpassen können. Dies bietet einerseits den Vorteil, dass an das Werkstück 2 und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt 13 keine so hohen Anforderungen hinsichtlich der Toleranzhaltigkeit gestellt werden muss bzw. müssen, und bietet andererseits aber auch den Vorteil, dass gegebenenfalls verschiedene Werkstücke 2, die eine zumindest annähernd ähnliche Außenkontur aufweisen, mittels der gleichen AufSpannvorrichtung 10 gehalten werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den Rüstaufwand zu reduzieren. Hierbei ist auch eine Kombination von Vakuumflächen 20a und Saugtellern 33 für den ersten Aufnahmeabschnitt 12 und/oder den zweiten Aufnahmeabschnitt 13 denkbar. Somit könnte in Bereichen, in denen verschiedene Werkstücke 2 eine gleiche Außenkontur aufweisen, Vakuumflächen 20a vorgesehen werden, und in Bereichen, in denen sich die Außenkonturen der einzelnen Werkstücke 2 geringfügig voneinander unterscheiden, Saugteller 33 verwendet werden.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10, wobei sich die AufSpannvorrichtung 10 in der Aufnahmestellung befindet. D.h., das Werkstück 2 wird durch beide Aufnahmeabschnitte 12 und 13 aufgenommen und gespannt. Entsprechend sind die beiden Hubkörper 30, die den zweiten Aufnahmeabschnitt 13 aufweisen, gegenüber der in Fig. 4 gezeigten angehobenen Position abgesenkt, womit sie in die Aufnahmestellung gebracht wurden. In der Aufnahmestellung befinden sich Oberflächen der Hubkörper 30 in etwa auf gleicher Höhe wie die Oberfläche des Grundkörpers 11, womit das aufzunehmende Bauteil, gleichzeitig durch beide Aufnahmeabschnitte 12, 13 aufgenommen werden kann, und durch alle mit dem Werkstück 2 in Kontakt kommenden Spanneinrichtungen (Vakuumflächen 20a und Saugteller 33) gespannt werden kann. Auf diese Weise kann eine maximale Spannkraft auf das Werkstück 2 ausgeübt werden, womit größte Prozesskräfte durch die AufSpannvorrichtung 10 aufgenommen werden können.
Fig. 6 zeigt eine räumliche Darstellung der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung, wobei das Werkstück 2 nicht dargestellt ist. Der Fig. 6 können die einzelnen Saugteller 33 des zweiten Aufnahmeabschnitts 13, die an der Oberseite der beiden Hubkörper 30 angebracht sind, sowie die Vakuumbereiche 20a, insbesondere die Bohrungen 31 der Vakuumbereiche 20a, des ersten Aufnahmeabschnitts 12 entnommen werden.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung, wobei ein dritter Hubkörper 30 vorgesehen ist, auf dessen Oberfläche ein dritter Aufnahmeabschnitt 14 vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform weist der dritte Aufnahmeabschnitt 14 ebenfalls Saugteller 33 auf. Wie der Fig. 7 ferner entnommen werden kann, ist der dritte Hauptkörper 30 gegenüber den anderen beiden Hubkörpern 30 etwas nach unten versetzt positioniert. D.h., in dem gezeigten Zustand sind lediglich die beiden bereits bekannten Hubkörper 30, insbesondere deren Saugteller 33 mit dem Werkstück 2 in Kontakt, wohingegen der dritte Aufnahmeabschnitt 14, insbesondere dessen Saugteller 33, nicht mit dem Werkstück 2 in Kontakt ist. Entsprechend ist zwischen dem dritten Aufnahmeabschnitt 14 und dem Werkstück 2 ein Freiraum 41 geschaffen, welcher eine Bearbeitung des Werkstücks 2 von unten ermöglicht. Soll nun das Werkstück an Bereich der Unterseite bearbeitet werden, in dem es bisher von dem zweiten Aufnahmeabschnitt 13 gehalten wurde, kann das Werkstück 2 zuerst von dem dritten Aufnahmeabschnitt 13 aufgenommen und aufgespannt werden und anschließend beispielsweise ein Kontakt zwischen dem vorderen (in Fig. 7 links dargestelltem) zweiten Aufnahmeabschnitt 13 und dem Werkstück gelöst werden und der vorderste (in Fig. 7 links dargestellte) Hubkörper 30 abgesenkt werden.
Ferner zeigt Fig. 8 eine räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der AufSpannvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Wie der Fig. 8 entnommen werden kann, weist die AufSpannvorrichtung 10 gemäß der dargestellten
Ausführungsform einen Grundkörper 11 auf, an dessen Oberseite eine der Kontur des zu aufnehmenden Werkstücks 2 entsprechende Negativform ausgebildet ist, wobei die Negativform einen ersten Aufnahmeabschnitt 12 ausbildet. Wie der Fig. 8 ebenfalls entnommen werden kann, sind zwei zweite Aufnahmeabschnitt 13 vorgesehen, die in Form von zwei separaten Spanneinheiten ausgebildet sind, die in dem Grundkörper 11 aufgenommen sind.
Die beiden Spanneinheiten weisen jeweils mehrere Positionierstifte 50 auf, die kreisförmig um eine Ansaugeinrichtung 51, insbesondere einen Sauggreifer, angeordnet sind, wobei die Ansaugeinrichtung 51 im Zentrum der Positionierstifte 50 angeordnet ist. Die
Positionierstifte 50 sind dazu eingerichtet, dass sie die Außenkontur des aufzunehmenden Werkstücks 2 abtasten und damit nachbilden können. Auf diese Weise ist es möglich, anhand der Positionierstifte 50 eine Negativform des Werkstücks 2 auszubilden. Nach Ausbildung der Negativform durch die Positionierstifte 50 können diese fixiert werden.
Damit ein aufzunehmendes Werkstück 2 durch die Spanneinheiten aufgenommen und gespannt werden kann, wird nach Auflegen des Werkstücks 2 ein Unterdruck an der Ansaugeinrichtung 51, insbesondere den Sauggreifer, die mit dem Werkstück 2 in Kontakt ist, angelegt, wodurch das Werkstück 2 angesaugt und gegen die Positionierstifte 50 gepresst wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Werkstück 2 in den beiden Spanneinheiten zu spannen und somit zu fixieren.
In Fig. 8 ist die AufSpannvorrichtung 10 beispielhaft in der Nachbearbeitungsposition dargestellt. D.h. der erste Aufnahmeabschnitt 12, welcher auf dem Grundkörper 11 ausgebildet ist, und die beiden zweiten Aufnahmeabschnitte 13, die durch die beiden Spanneinheiten ausgebildet sind, sind voneinander beabstandet, insbesondere in vertikaler Richtung voneinander beabstandet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper 11 aus der Aufnahmestellung (erste Position) in die Nachbearbeitungsposition (zweite Position) absenkbar ist, d.h., der erste Aufnahmeabschnitt 12 nach unten absenkbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, ohne das Werkstück 2 zu bewegen, einen Freiraum unterhalb des
Werkstücks 2 für eine Nachbearbeitung zu schaffen. Dies ist insbesondere in Hinsicht auf Bearbeitungstoleranzen vorteilhaft .
In Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Aufspannung eines Werkstücks mit gekrümmten Flächen oder Freiformflächen der vorliegenden Erfindung bevorzugt unter Verwendung der erfindungsgemäßen AufSpannvorrichtung gezeigt.
In Schritt 1 wird ein zu bearbeitendes Werkstück 2 in die AufSpannvorrichtung 10 eingelegt, die sich in einer Aufnahmestellung befindet. D.h., das Werkstück 2 wird mit dem ersten Aufnahmeabschnitt 12 und dem zweiten Aufnahmeabschnitt 13, insbesondere mit Spanneinrichtungen 20a, 20b der beiden Aufnahmeabschnitte 12, 13, in Kontakt gebracht.
In Schritt 2 wird an der Vielzahl von Spanneinrichtungen 20a, 20b, die an dem ersten und an dem zweiten Aufnahmeabschnitt vorgesehen sind, Unterdruck angelegt, wodurch zwischen den Spanneinrichtungen 20a, 20b und dem Werkstück 2 ein Unterdruck aufgebaut wird und somit das Werkstück 2 gehalten wird .
Im darauf folgenden Schritt 3 kann dann eine Hauptbearbeitung an dem aufgenommenen und gespannten Werkstück 2 vorgenommen werden. Hierbei wird unter einer Hauptbearbeitung eine Bearbeitung oder ein Bearbeitungsprozess verstanden, bei der maximale Prozesskräfte auf das Werkstück 2 ausgeübt werden können. D.h., es ist eine äußert gute und sichere Aufnahme des Werkstücks 2 in der AufSpannvorrichtung 10 notwendig, welche durch die Haltekraft der beiden Aufnahmeabschnitte 12 und 13 sichergestellt werden kann. Bei der Hauptbearbeitung kann es sich unter anderem um eine spanende Bearbeitung, insbesondere Fräs-, Bohr-, Schleif- oder Sägebearbeitung handeln . Nach abgeschlossener Hauptbearbeitung wird in Schritt 4 das Werkstück 2 von ersten Spanneinrichtungen 20a des ersten Aufnahmeabschnitts 12 gelöst. Hierzu wird die Versorgung der ersten Spanneinrichtungen 20a mit Unterdruck gestoppt. Gegebenenfalls kann eine Druckluftvorrichtung vorgesehen sein, welche den Abbau des Unterdrucks beschleunigt.
Nach dem das Werkstück 2 von den ersten Spanneinrichtungen 20a gelöst ist, werden in Schritt 5 die beiden Hubkörper 30 der AufSpannvorrichtung 10 angehoben, insbesondere in eine gewünschte angehobene Position angehoben. Dadurch wird das Werkstück 2, welches weiterhin in dem zweiten Aufnahmeabschnitt 13 aufgenommen und gespannt ist, in eine angehobene Position gebracht, wodurch ein Freiraum unterhalb und gegebenenfalls seitlich von dem Werkstück 2 geschaffen werden kann.
In Schritt 6 kann dann eine Nachbearbeitung des Werkstücks 2 erfolgen. Falls gewünscht können auch mehrere, voneinander unterschiedliche, Nachbearbeitung erfolgen. Hierbei wird unter einer Nachbearbeitung eine Bearbeitung verstanden, bei welcher geringere Prozesskräfte wie bei der Hauptbearbeitung auf das Werkstück 2 ausgeübt werden. Aus diesem Grund kann trotz verringerter Haltekraft, welche lediglich durch den zweiten Aufnahmeabschnitt bereitgestellt wird, das Werkstück 2 ausreichend gehalten und fixiert werden.
Bei der Nachbearbeitung kann es sich beispielsweise um ein Entgraten, Schleifen, Polieren, Versiegeln, Lackieren und dergleichen handeln.
Falls es erforderlich ist, kann der zweite Aufnahmeabschnitt 13 teilweise durch den dritten Aufnahmeabschnitt 14 gemäß der Beschreibung zu Fig. 7 ersetzt werden, um einen Freiraum unterhalb oder seitlich an einer anderen Stelle des Werkstücks 2 zu schaffen. In Schritt 7, nach Abschluss sämtlicher Nacharbeiten, wird das Werkstück 2 von den zweiten Spanneinrichtungen 20b des zweiten Aufnahmeabschnitts gelöst, indem ebenfalls der Unterdruck wie bereits unter Schritt 4 beschrieben abgebaut wird .
Nachdem der Unterdruck zwischen dem Werkstück 2 und den zweiten Spanneinrichtungen 20b vollständig abgebaut ist, kann in Schritt 8 das fertig bearbeitete Werkstück 2 aus der Aufspanneinrichtung 10 entnommen werden und die Aufspanneinrichtung 10 gegebenenfalls wieder in die
Aufnahmestellung zurückgebracht werden.

Claims

Patentansprüche
1. AufSpannvorrichtung (10) zur Aufspannung eines Werkstücks (2), bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung,
insbesondere zur Aufspannung eines Werkstücks (2) mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder
Freiformflächen, umfassend: einen ersten Aufnahmeabschnitt (12) zur zumindest
abschnittsweisen Aufnahme eines Werkstücks (2), welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine erste
Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück (2) aufweist, einen zweiten Aufnahmeabschnitt (13) zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks (2), welcher bevorzugt zumindest abschnittsweise eine zweite
Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück (2) aufweist, wobei einer der Aufnahmeabschnitte (12, 13) aus einer ersten Position relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt (12, 13) in eine zweite Position bewegbar ist, und wobei zumindest einer der Aufnahmeabschnitte (12, 13) eine oder mehrere Spanneinrichtungen (20a, 20b) aufweist.
2. AufSpannvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der
eine Aufnahmeabschnitt (12, 13) aus der ersten Position, welche bevorzugt eine Aufnahmestellung ist, in die zweite Position, die bevorzugt eine Nachbearbeitungsposition ist, angehoben und/oder abgesenkt werden kann,
insbesondere so angehoben und/oder abgesenkt werden kann, dass ein Freiraum geschaffen werden kann.
3. AufSpannvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, die
ferner einen Grundkörper (11) umfasst, auf dem der erste Aufnahmeabschnitt (12) ausgebildet oder lösbar befestigt ist, wobei der Grundkörper (11) bevorzugt eine
Grundplatte (IIa) aufweist, mit welcher der Grundkörper (11) auf einem Maschinentisch einer
Bearbeitungsvorrichtung befestigbar ist.
AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spanneinrichtung (20a, 20b) als Vakuumfläche (20a) und/oder als Saugelement (20b), insbesondere Saugteller (33) und/oder Sauggreifer (51), ausgebildet ist.
AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der erste Spanneinrichtungen (20a) , die an dem ersten Aufnahmeabschnitt (12) vorgesehen sind, getrennt von zweiten Spanneinrichtungen (20b) die an dem zweiten Aufnahmeabschnitt (13) vorgesehen sind, mit Unterdruck versorgbar sind.
AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine zumindest abschnittsweise
Negativform zu dem aufzunehmenden Werkstück (2) des ersten Aufnahmeabschnitts (12) und/oder des zweiten
Aufnahmeabschnitts (13) durch die Spanneinrichtungen (20a, 20b) und/oder ein Aufnahmeprofil und/oder
Positionierstifte (50) ausgebildet ist, wobei das
Aufnahmeprofil bevorzugt aus Aluminium, Kunststoff oder Gummi ausgebildet ist.
AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste und/oder der zweite Aufnahmeabschnitt (12, 13) stufenlos oder schrittweise relativ zu dem anderen Aufnahmeabschnitt (12) verfahrbar ist, wobei der erste und/oder der zweite
Aufnahmeabschnitt (13) bevorzugt in vertikaler Richtung, senkrecht zu einer Grundplatte (IIa) eines Grundkörpers (11) der AufSpannvorrichtung (10), verfahrbar ist/sind.
8. AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mindestens einen weiteren
Aufnahmeabschnitt (14) aufweist, welcher aus einer ersten Position relativ zu dem ersten und/oder zweiten
Aufnahmeabschnitt (12, 13) in eine zweite Position bewegbar ist, wobei der mindestens eine weitere
Aufnahmeabschnitt (14) bevorzugt eine oder mehrere
Spanneinrichtungen (20a, 20b) aufweist.
9. AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher für den ersten und/oder zweiten Aufnahmeabschnitt (12, 13) und/oder den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt (14) ein Antrieb und/oder Antriebe vorgesehen ist/sind, um den ersten und/oder zweiten Aufnahmeabschnitt (12, 13) und/oder den
mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt (14) bewegen zu können, insbesondere anheben und absenken zu können.
10. AufSpannvorrichtung (10) nach Anspruch 9, bei welcher der Antrieb oder die Antriebe in Form eines pneumatischen oder hydraulischen Hubzylinders, eines elektrischen
Hubspindelantriebs oder eines Linearmotors ausgebildet ist/sind .
11. AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste Aufnahmeabschnitt (12) radial außerhalb des zweiten Aufnahmeabschnitts (13) angeordnet ist.
12. AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner für den ersten und/oder zweiten Aufnahmeabschnitt (12, 13) und/oder für den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt (14) eine
Verriegelungseinrichtung aufweist, um den ersten und/oder zweiten Aufnahmeabschnitt (12, 13) und/oder den mindestens einen weiteren Aufnahmeabschnitt (14) in einer Position verriegeln zu können.
13. AufSpannvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Unterdruckquelle oder einen Unterdruckanschluss (11c) aufweist, anhand der/dem die eine oder die mehreren Spanneinrichtungen (20a, 20b) mit Unterdruck versorgbar ist/sind.
14. Verfahren zur Aufspannung eines Werkstücks (2), bevorzugt an einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur
Aufspannung eines Werkstücks (2) mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, bevorzugt unter Verwendung der AufSpannvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
Auflegen eines Werkstücks im Bereich eines ersten
und/oder eines zweiten Aufnahmeabschnitts (12, 13), wobei der erste und/oder der zweite Aufnahmeabschnitt bevorzugt zumindest abschnittsweise eine Negativform zu dem
aufzunehmenden Werkstück aufweist,
Halten des Werkstücks (2) mittels einer oder mehreren Spanneinrichtungen (20a, 20b), die an dem ersten und/oder dem zweiten Aufnahmeabschnitt (12, 13) vorgesehen und mit dem Werkstück (2) in Kontakt ist/sind,
Durchführung einer ersten Bearbeitung an dem gehaltenen Werkstück (2), wobei es sich bei der ersten Bearbeitung bevorzugt um eine Hauptbearbeitung handelt,
Bewegen eines der Aufnahmeabschnitte (12, 13) aus einer ersten Position in eine zweite Position , und
Durchführen einer zweiten Bearbeitung an dem gehaltenen Werkstück (2), wobei es sich bei der zweiten Bearbeitung bevorzugt um eine Nachbearbeitung handelt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt:
Verriegeln des bewegten, insbesondere angehobenen oder abgesenkten, Aufnahmeabschnitts (12, 13) in der zweiten Position, insbesondere durch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei vor dem Bewegen eines der Aufnahmeabschnitte (12, 13) in die zweite
Position das Werkstück (2) von der einen oder den
mehreren Spanneinrichtungen (20a, 20b) des anderen
Aufnahmeabschnitts (12, 13) gelöst wird, und wobei das Verfahren bevorzugt die weiteren Schritte umfasst: relatives Bewegen des sich in der zweiten Position befindenden Aufnahmeabschnitts (12, 13) in die erste Position, insbesondere Aufnahmestellung, zurück,
Lösen des Werkstücks (2) von der einen oder den mehreren Spanneinrichtungen (20a, 20b) , die an dem zurückbewegten Aufnahmeabschnitt (12, 13) vorgesehen sind, und
Herausnehmen des Werkstücks (2) aus der
Aufnahmeeinrichtung (10).
17. Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks (2), insbesondere eines Werkstücks (2) mit einer oder mehreren gekrümmten Flächen oder Freiformflächen, mit einer AufSpannvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 sowie einem Bearbeitungsaggregat, bevorzugt mehreren Bearbeitungsaggregaten, zum Bearbeiten des
Werkstücks (2), wobei die
Bearbeitungsvorrichtung ferner bevorzugt umfasst: eine relativ zur AufSpannvorrichtung (10) bewegbare Einheit, insbesondere einen Ausleger, ein Portal oder ein Gelenkarmroboter, wobei die bewegbare Einheit das
Bearbeitungsaggregat aufnimmt.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17, ferner
umfassend : eine Befestigungsvorrichtung, mittels der ein Grundkörper (11) der AufSpannvorrichtung (10) an einem Maschinentisch der Bearbeitungsvorrichtung befestigbar ist, wobei die Befestigungsvorrichtung bevorzugt eine
Versorgungsschnittstelle aufweist, mittels der die
Aufnahmeeinrichtung (10) mit Energie und/oder Unterdruck und/oder Druckluft versorgt werden kann.
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