JP2021020311A - 工作物パレット及び加工システム - Google Patents

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Abstract

【課題】組み合わされた溶着プロセスと除去プロセスとを施すときに改善された作業経過を得ることができる、工作物パレット及び加工システムを提供する。【解決手段】工作物の付加加工及び除去加工に使用するための工作物パレット7において、支持ウェブ17が、保持プレート16の下面22に対して平行に配向された横断面平面内に、保持プレートの下面の面積の15%未満、好適には10%未満、特に好適には5%未満、特に1%未満である横断面積を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、工作物の付加加工及び除去加工に使用するための工作物パレットに関する。さらに本発明は、本発明に係る工作物パレットが使用される加工システムに関する。
独国特許出願公開第102013224649号明細書において、工作機械が知られており、この工作機械は、機械制御部と、機械フレームと、工作物テーブルと、工具保持部と、工作物テーブルと工具保持部との間の相対位置を調整するための複数の並進軸線及び/又は回転軸線と、1つ又は複数の材料除去工具、特に切削工具のための工具マガジンと、工具保持部と工具マガジンの間で工具を自動的に移すための工具交換機構と、工具保持部内に挿入可能な肉盛溶接ヘッドと、を備え、工作機械は、工作物温度調整装置を有し、温度調整装置は、工作物製造中、肉盛溶接に際して工作物テーブルと工作物との間に挿入されていて、工作機械は、加熱部を有し、この場合、工作物テーブルに対して加熱部を断熱するための絶縁層及び場合によっては冷却装置も設けることができ、この場合、加熱部は、250℃超の温度に工作物を加熱するように設計されている。
独国特許出願公開第102013224649号明細書
本発明の課題は、組み合わされた溶着プロセス(工作物の付加加工)と除去プロセス(工作物の除去加工)とを施すときに改善された作業経過を得ることができる、工作物パレット及び加工システムを提供することにある。
本発明の課題は、請求項1の特徴を有する、冒頭で述べた形態の工作物パレットにおいて解決される。この場合、工作物パレットは、緊締プレートであって、緊締プレートは、第1のインタフェースを有し、第1のインタフェースは、加工機械の加工テーブルに形状結合により固定されるように構成されている、緊締プレートと、工作物を固定するための第2のインタフェースを有する、工作物を固定するための保持プレートと、を備え、緊締プレートと保持プレートとが、相互に間隔を置いて配置されていて、緊締プレートの上面と保持プレートの下面との間の結合間隙内に、支持ウェブが配置されていて、支持ウェブは、緊締プレートの上面と保持プレートの下面とに結合されている、工作物パレットにおいて、支持ウェブが、保持プレートの下面に対して平行に配向された横断面平面内に、保持プレートの下面の面積の15%未満、好適には10%未満、特に好適には5%未満、特に1%未満である横断面積を有する。
好適には、加工機械の加工テーブルに工作物パレットを固定するように構成された緊締プレートが、少なくとも実質的に平面平行板として構成されていることが想定されている。緊締プレートが平面平行板として構成されているとき、緊締プレートの両方の最大の表面が、それぞれ、相互に平行に配向された平面内に位置することが前提となっていて、この場合、両方の最大の表面は、必ずしも完全に平坦に構成されていなくてよい。そのように緊締プレートが構成されているとき、緊締プレートの、保持プレートから離反する側の下面は、加工テーブルの、通常は平坦に構成された表面上に面状に載置し、これにより、工作物パレットと加工テーブルとの間の有利な力伝達を保証することができる。さらに、緊締プレートの上面は、保持プレートに面していて、かつ支持ウェブに特に一体に結合されている。緊締プレートの第1の材料の厚さは、緊締プレートの両方の最大の表面、つまり下面と上面との間の距離に相当する。
さらに、緊締プレートから離反する側の上面を工作物の保持に用いることができる保持プレートが、少なくとも実質的に平面平行板として構成されており、この場合、工作物を上面に例えば直接にねじ嵌めることができる、又は例えば手動で操作可能な緊締爪などの緊締要素を用いて保持プレートの表面に固定することができることが想定され得る。さらに、保持プレートの下面は、緊締プレートに面していて、かつ支持ウェブに、特に一体に結合されている。保持プレートの第2の材料の厚さは、保持プレートの両方の最大の表面、つまり下面と上面との間の距離に相当する。
緊締プレートと保持プレートの、耐荷重性のある機械的な連結と、保持プレートからの緊締プレートの熱的な分離との間の好適な折り合いを達成するために、緊締プレートと保持プレートとは、相互に間隔を置いて配置されていて、かつ支持ウェブでもって相互に結合されている。支持ウェブは、緊締プレートと保持プレートとの間の結合間隙内に配置されていて、かつ緊締プレートの、保持プレートに面する側の上面と、保持プレートの、緊締プレートに面する側の下面とに機械的に結合されている。好適には、支持ウェブの最大の表面が、緊締プレートの上面に対して横方向に、かつ保持プレートの下面に対して横方向に配向されていることが想定されている。さらに好適には、支持ウェブの横断面積が、保持プレートの下面に対して平行に配向された横断面平面内で、保持プレートの下面の面積の15%未満、好適には10%未満、特に好適には5%未満、特に1%未満であることが想定されている。
保持プレートの下面の面積は、例えば、緊締プレートに面する、保持プレートの総面積である。好適には、保持プレートの下面の面積は、支持ウェブの面積も特定される横断面平面に対する保持プレートの下面の投影によって特定することができる面積である。横断面平面への保持プレートの下面の面の投影による保持プレートの下面の面積の特定は、特に、保持プレートの下面の面が起伏して構成されていて、例えばそれぞれ異なる平面内に配置された複数の部分面を有するときに適用することができる。
支持ウェブの前述の構成によって、緊締プレートと保持プレートとの間のわずかな熱的な結合が保証されるので、保持プレートと、これに保持された工作物のとの加温は、わずかな範囲でしか緊締プレートの加温をもたらさない。これにより、保持プレートが加温されていても、工作物パレットが、工作物パレット上に保持された工作物の精密加工を脅かし得る、加工テーブルに対する位置公差を有しないことが達成される。
さらに好適には、緊締プレートの上面と保持プレートの下面との間の距離であって、緊締プレートと保持プレートとの間の結合間隙の間隙幅とも称され得る距離が、少なくとも、緊締プレートの第1の材料厚さ及び/又は保持プレートの第2の材料厚さに相当することが想定され得る。特に好適には、結合間隙の幅は、第1の材料厚さ及び/又は第2の材料の厚さの1.5倍〜3倍である。
本発明の有利な改良形態は、従属請求項の対象である。
合目的的には、緊締プレートは、第1の熱膨張係数を有する第1の金属材料から作製されていて、保持プレートは、第2の熱膨張係数を有する第2の金属材料から作製されていて、第1の熱膨張係数は、第2の熱膨張係数よりも大きく、第2の熱膨張係数は、16/1000000[1/K]未満である。このような手段によって、工作物パレットの形状のずれ、及び形状のずれの結果として生じる、工作物パレット上に保持された工作物の位置のずれを招き得る、工作物パレットの歪みは、最小限に抑えられるべきである。この場合、保持プレートが、これに固定された工作物を加工するために、300℃〜550℃の範囲の温度へ、好適には400℃の温度へ加温されることが想定されている。支持ウェブによる機械的な結合と十分な熱的な分離とによって実現される、保持プレートからの緊締プレートの離間によって、この場合、緊締プレートは、はるかに低い、例えば50℃〜150℃の範囲の温度へ加温される。
緊締プレートと保持プレートとに対して同一の金属材料が選択されると、緊締プレートと保持プレートとの間の大きな温度差に基づき、工作物パレット内で、緊締プレートの熱膨張と保持プレートの熱膨張との極めて大きな差が生じ、これは、緊締プレートと保持プレートとにおいてはっきりとした内部応力を生じさせ、しかも特に支持ウェブにおいて極めて大きな内部応力を生じさせ、その結果、工作物パレットの弾性変形又は場合によっては塑性変形を招いてしまう。
これに対して、緊締プレートと保持プレートとに対してそれぞれ異なる金属材料が選択され、その際、緊締プレートの第1の熱膨張係数が保持プレートの第2の熱膨張係数よりも大きいとき、材料選択が適切な場合、緊締プレートと保持プレートとの間の約200℃〜400℃の温度差にもかかわらず、緊締プレート、支持プレート及び支持ウェブにおいてわずかな内部応力しか形成されない。これにより、工作物パレットの、特に支持ウェブの所望されない弾性変形又は場合によっては塑性変形を回避することができる。
好適には、支持ウェブは、緊締プレート及び保持プレートとともに、特に閉鎖した少なくとも1つの中空室を画定する、かつ/又は支持ウェブは、30W/mK未満、特に20W/mK未満の比熱伝導率及び/又は16/1000000[1/K]未満、特に14/1000000[1/K]未満の熱膨張係数を有する金属材料から作製されていることが想定されている。
単なる例として、緊締プレートが、16/1000000[1/K]〜18/1000000[1/K]の範囲の熱膨張係数を有することが想定され得る。
好適には、支持ウェブは、緊締プレート及び保持プレートの端部領域の付近で延在するように、緊締プレートと保持プレートとの間の結合間隙内に配置されている。好適には、緊締プレート及び保持プレートが、緊締プレートと保持プレートとの間の間隔に対して横方向に、かつ緊締プレート及び保持プレートの最大の表面に対して平行に配向された横断面平面内で、それぞれ少なくとも実質的に同一の、例えば円形の又は正方形の又は長方形の横断面を有することが想定されている。さらに好適には、支持ウェブが、それぞれ少なくとも部分的に、特に完全に、緊締プレート又は保持プレートの周方向に延びる外縁に沿って延在することが想定されている。したがって、これにより形成された、緊締プレートの上面と保持プレートの下面と支持ウェブの内向きの最大の表面とによって形成される中空室は、少なくともほぼ完全に結合間隙に相当する。特に好適には、中空室が閉鎖して構成されていることが想定されている。というのも、これにより、はるかにより高温の保持プレートと、これに対してより低温の緊締プレートとの間の熱伝達を好適な形で制御することができるからである。
これは、特に、中空室内に、気体、液体、固体の群から成る少なくとも1つの絶縁材料が収容されている、かつ/又は中空室が真空化されている場合に該当する。好適には、中空室が、有利には断熱作用を有する固体によって充填されていることが想定されている。そのために、例えばガラス繊維マット又はセラミック繊維マットなどの材料を用いることができる。補足的に又は代替的に、中空室を真空化し、これにより、空気又は中空室内に含まれる他の気体による保持プレートから緊締プレートへの放射熱の伝達を最小限に抑えることが想定され得る。
さらに、保持プレートと緊締プレートとの間の熱伝達は、支持ウェブにとって適切な材料選択によって制限される。好適には、支持ウェブを作製する材料の比熱伝導率が30W/mK未満、特に20W/mK未満であることが想定されている。
補足的に又は代替的に、支持ウェブが、16/1000000[1/K]未満、特に14/1000000[1/K]未満の熱膨張係数を有する金属材料から作製されていることが想定され得る。これにより、支持ウェブの熱膨張がわずかであること、及び保持プレートから緊締プレートへの支持ウェブを介する熱伝達がわずかであることが保証される。
本発明の別の構成では、緊締プレートに、又は保持プレートに、又は支持ウェブに、補償弁が取り付けられており、補償弁は、中空室と工作物パレットの周辺部との間の差圧を制限するために、中空室と工作物パレットの周辺部との間を設定可能な形で流体連通するように構成されていることが想定されている。補償弁は、中空室と工作物パレットの周辺部との間の圧力差を回避するために設けることができる。というのも、そうでない場合には、工作物パレットの使用時、保持プレートの想定された加温に基づき、所望されない流体膨張、特に気体膨脹が発生し得るからである。好適には、補償弁は、中空室内に、周辺部に対する設定可能な圧力差を有する正圧が存在するときでも、周辺部に対する設定可能な圧力差を有する負圧が存在するときでも、中空室からの流体、特に気体の流出又は中空室内への周囲空気の流入を可能にするように構成されている。簡素化された構造形態では、補償弁は、中空室内に周辺部に対して設定可能な圧力差を有する正圧が存在するとき、流体、特に気体が中空室から流出することを可能にする逃し弁として構成されている。単なる例として、補償弁は、この場合、ばね付勢された逆止弁として構成され得る。
有利には、支持ウェブは、保持プレートと一体に構成されていて、かつ保持プレートの、緊締プレートに面する側の下面から緊締プレートへ向かって突出し、かつ緊締プレートの、保持プレートに面する側の上面に、固定手段を用いて固定されている。これにより、支持ウェブと保持プレートとの確実な機械的な結合が保証される。この場合、工作物パレットを使用するとき、保持プレートが、300℃〜550℃の範囲の温度へ、好適には400℃の温度へ加温され、その際、極めて大きな熱膨張が生じることを考慮しなければならない。支持ウェブと保持プレートとの一体の構成によって、支持ウェブと保持プレートの下面との間の均一な力の流れ及び均一な温度分布を実現することができる。これは、例えば保持プレートの下面に支持ウェブがねじ固定されているときには実現することができない、又は極めて煩雑な形でしか実現することができない。さらに、支持ウェブと保持プレートとの一体の構成によって、保持プレートの下面に支持ウェブがねじ固定されているときにはねじ結合部の不意の緩み及び/又はねじ結合部の過負荷に関連して発生し得るような危険性をはらんだ問題発生が回避される。好適には、支持ウェブの、保持プレートから離反する側の端部領域が、緊締プレートの、保持プレートに面する側の上面で、緊締プレートに、固定手段を用いて固定されている。例えば、支持ウェブのこの端部領域が、側方で、緊締プレートの、周方向に延びる縁面に、例えばねじ固定によって取り付けられていることが想定され得る。工作物パレットの代替的な構成では、支持ウェブは、保持プレート及び緊締プレートの両方とともに構成されていることが想定されている。
この種の工作物パレットは、特に、独国特許出願公開第102007017759号明細書に記載されたコールドガススプレーのような工作物の生成加工法/付加加工法で製造することができる。この場合、特に、緊締プレートと保持プレートとに対してそれぞれ異なる材料選択を実現することもできる。補足的に、支持ウェブが、第1の材料から作製された緊締プレートと第2の材料から作製された保持プレートとの間の延伸部に、材料の変化を有し、つまり第1の材料と第2の材料との間の合金の変化が実現され、これにより、緊締プレート及び保持プレートの熱膨張係数に対する特に有利な適合が実現されることが想定され得る。
好適には、支持ウェブは、緊締プレートと保持プレートとの間を間隔軸線に沿って延在する円環として構成されていて、円環は、半径方向に、特に外方へ延在するリングカラーとして構成された固定領域を有し、固定領域を、緊締プレートの上面に配置された固定手段が貫通する。これにより、工作物パレットを使用するとき、支持ウェブに均一な応力分布を得ることができる。好適には、緊締プレート及び/又は保持プレートの最大の表面が円形に形成されていることが想定されている。さらに、円環状に形成された支持ウェブが、好適には円筒形に形成された緊締プレート及び/又は保持プレートに対して同軸に配置されていることが想定され得る。固定領域によって、特に一体に保持プレートに成形された支持ウェブを緊締プレートの上面に固定することが可能である。そのために、固定領域は、支持ウェブの円筒形の外側表面から出発して、好適には半径方向外方へ延在する。好適には、リングカラーとして構成された固定領域を、ねじを保持するために用いることができる空所が貫通し、ねじによって、固定領域を緊締プレートの上面に固定することができることが想定されている。
合目的的には、結合間隙内に、支持ウェブに対して同軸に、支持リングが配置されていて、支持リングは、緊締プレートの上面と保持プレートの下面とに、特に緊密に結合されている。支持リングは、円環状に形成された支持ウェブよりも小さな直径を有し、かつ支持ウェブに対して同軸に配置されている。好適には、支持ウェブの内側表面と支持リングの外側表面とが、緊締プレートの上面及び保持プレートの下面とともに、この場合は円環状に形成された結合間隙を画定する。例えば、支持リングは、差込コネクタを保持するために用いることができ、差込コネクタは、工作物パレットと、加工機械の、相応に仕上げ加工が施された加工テーブルとの電気的な連結のために構成されていて、これにより、例えば電力を工作物パレットに供給することができる、かつ/又は電気的なセンサ信号を工作物パレットから加工機械へ伝送することができる。この場合、支持リングは、一方ではコネクタに対する支持部として用いることができ、他方では給電ケーブル及び/又はセンサケーブルに対する保護フィードスルーとして用いることができる。支持リングが、円環状に形成された支持ウェブよりも小さな直径を有し、支持ウェブの材料厚さが、支持リングの材料厚さに対してせいぜい同一であり、好適にはより小さいので、支持リングは、結果として、支持ウェブと同等の機械的剛性を有し、これにより、工作物パレット内の不均一な変形を少なくとも十分に回避することができる。好適には、保持プレートと緊締プレートとの間の間隔に対して横方向に配向された横断面平面内の支持リングの横断面積が、支持ウェブの横断面積の30%以下、好適には10%以下、特に好適には5%以下であることが想定されている。
本発明の有利な改良形態では、保持プレートには、少なくとも1つの加熱装置が対応付けられていて、加熱装置は、保持プレートを温度調整するように構成されていることが想定されている。保持プレートに設けられた適切な空所に配置された、特に、複数の電気抵抗加熱部のアセンブリであり得る加熱装置によって、保持プレートの的確な温度調整を行うことができる。好適には、保持プレートに、少なくとも1つの加熱装置に対して付加的に、少なくとも1つのセンサ装置、特に温度センサが対応付けられていて、このセンサ装置によって、保持プレートの温度が特定され、電気的なセンサ信号に変換することができることが想定されている。特に好適には、工作物パレットが、これに配置された加熱装置と、場合によっては設けられるセンサ装置とともに、制御装置に電気的に接続されていることが想定されている。制御装置は、例えば、加工機械に対応付けられ得、加熱装置への電流の供給を可能にする。例えば、制御装置が、センサ装置のセンサ信号に基づき、温度に依存する電流供給に関する保持プレートの温度の調整を実現することが想定されている。
本発明の別の構成では、第1のインタフェースは、少なくとも2つのロックピンを有し、ロックピンは、緊締プレートの、保持プレートから離反する側の、基準平面を形成する下面から突出し、ロックピンの、相互に平行でかつ基準平面に対して横方向に配向された縦軸線が、保持プレートの組付け方向を決定し、少なくとも2つのロックピンは、それぞれ縦軸線に関して少なくとも1つのアンダカットを有することが想定されている。加工機械の加工テーブル内に設けられた適切なロック装置に保持されるように構成されたロックピンによって、加工テーブルにおける工作物パレットの迅速で精密に再現可能な固定を実現することができる。この場合、各々のアンダカットは、そのために位置変化可能なロック手段を装着することができる加工テーブルにロックピンを形状結合によりロックするために用いられる。
本発明の有利な改良形態では、緊締プレートの下面に、電気機械式の差込コネクタが配置されていて、差込コネクタは、組付け方向に対して平行に配向された差込運動による差込接続のため、かつ加工機械の加工テーブルに配置された差込保持部と工作物パレットに対応付けられた少なくとも1つの電気負荷及び/又は工作物パレットに対応付けられた少なくとも1つのセンサ装置との間の電気的な連結のために構成されていることが想定されている。
有利には、差込コネクタは、少なくとも部分的に、緊締プレートの空所に保持されていて、空所は、部分的に支持ウェブによって縁取られている。
好適には、緊締プレートの第1の材料厚さが、保持プレートの第2の材料厚さに対して30パーセント未満、好適には20パーセント未満、特に10パーセント未満の値だけ異なることが想定されている。これにより、緊締プレートと保持プレートとのそれぞれ異なる熱膨張係数とを組み合わせて、工作物パレットにおける可能な限りわずかなレベルの内部機械的応力を実現することができる。
本発明の課題は、本発明の第2の側面によれば、工作物を加工するための加工システムにおいて、機械ベッドと、機械ベッドに取り付けられた加工テーブルと、機械ベッドに配置された溶着ヘッドとを有する加工機械を備え、機械ベッドには、加工テーブルと溶着ヘッドとの間の相対移動のための作動装置が対応付けられていて、溶着ヘッドは、加工テーブルへ向かって金属粒子の粒子流れを放出するように構成されていて、加工テーブルは、ロックピンを保持するかつ固定するためのインタフェース保持部と、加工テーブルに固定可能な、先行する請求項のいずれか1項に記載の工作物パレットを保持するための差込保持部とを有する、加工システムによって解決される。
この場合、加工機械は、例えばHermle Maschinenbau GmbHによって開発されたMPAプロセス(金属粉末溶着法)又はレーザ焼結などのレーザ溶着法による、工作物の付加加工のために構成されていることが想定されている。
そのために、加工機械は、機械架台とも称される機械ベッドと、機械ベッドに取り付けられた、特に位置調整可能に支持された加工テーブルとを有する。さらに機械ベッドには、工作物に材料の溶着を施すように構成された溶着ヘッドが対応付けられている。さらに、加工テーブルと溶着ヘッドとの間の相対移動のための作動装置が設けられており、作動装置は、例えば、1つ又は複数の電気機械式又は液圧式のリニアアクチュエータを有することができる。
加工テーブルは、工作物パレットのロックピンを保持するかつ固定するためのインタフェース保持部を有する。さらに、加工テーブルが、加工機械と工作物パレットとの間の電気的な連結のための、工作物パレットに付属する差込コネクタを保持するための差込保持部を有することが想定されている。
有利には、機械ベッドには、工作物パレット上に固定可能な工作物を切削加工するための除去ヘッド、特にフライスヘッド又はフライス回転ヘッドが対応付けられていて、作動装置は、加工テーブルと除去ヘッドとの間の相対移動のために構成されている、かつ/又は加工機械に対して付加的に、加温プロセス中に工作物パレットを一時的に収容するように構成された加熱チャンバが設けられている。
好適には、加工機械に対して付加的に、マシニングセンタが設けられていて、マシニングセンタは、工作物パレット上に固定可能な工作物を切削加工するための少なくとも1つの除去ヘッド、特にフライスヘッドを有し、マシニングセンタの加工テーブルが、ロックピンを保持するかつ固定するためのインタフェース保持部と、本発明に係る工作物パレットを保持するための差込保持部とを有することが想定されている。例えば、1つ又は複数の工作物パレットが、自動の操作機器(工作物交換器)、特に産業用ロボットによって、溶着加工ステップと除去加工ステップとの交互の順序のために、加工機械とマシニングセンタとの間で交換されることが想定され得る。この場合、有利には、加工機械の加工テーブルと、特にフライス旋削センタであり得るマシニングセンタの加工テーブルとの両方が、同一のインタフェース保持部を有し、インタフェース保持部によって、各々の加工テーブルにおける各々の工作物パレットの迅速な固定又は解放を高い繰返し精度で達成することができる。
本発明の有利な実施形態が図示されている。
機械ベッドと加工テーブルと溶着ヘッドと除去ヘッドと工作物パレットと工作物とを有する、工作物の付加加工及び除去加工のための加工システムの単なる概略図を示す。 図1による工作物パレットの断面図を示す。 図1による加工テーブルの断面図を示す。
図1に単に概略的に示された加工システム1は、単なる例として、工作物の付加加工及び工作物の除去加工を施すように構成されている。例えば、加工システムは、フライスプロセス(工作物の除去加工)を施すために、旋削プロセス(工作物の除去加工)を施すために、かつHermle Maschinenbau GmbHによって開発されたMPA法(工作物の付加加工)を施すように構成されたマシニングセンタであるが、この場合、本発明は、他の加工法、特に他の付加製造法にも利用可能である。
単なる例として、加工システム1が、機械ベッド2を有し、機械ベッド2上に機械ハウジング3が装着されていることが想定されている。機械ハウジング3は、略示されたにすぎない空間容積を画定する。その空間容積内で、加工システム1によって実行可能な加工プロセスが実施される。例えば、機械ベッド2に、加工テーブル4、溶着ヘッド5及び除去ヘッド6が配置されている。加工システムの、詳細には図示されていない変化形態では、溶着ヘッドが除去ヘッドと組み合わされている、又は溶着ヘッドと除去ヘッドとがそれぞれ異なる加工機械に配置されていることが想定されている。
単なる例として、加工テーブル4、溶着ヘッド5及び除去ヘッド6に、それぞれ詳細には図示されていない作動装置、特に電気機械的なアクチュエータが対応付けられていることが想定されている。したがって、溶着ヘッド5及び除去ヘッド6は、相互に直交する少なくとも2つの空間方向で機械ベッド2に対して相対移動することができる。さらに、例えば、溶着ヘッド5及び除去ヘッド6が、詳細には図示されていない形で、付加的に図1の図平面に対して垂直に移動することができることが想定され得る。加工テーブル4は、機械ベッド2に対して相対的に、2つの空間方向に回転運動させることができる。特に、加工テーブル4は、工作物パレット7の中心軸線11を中心に回動させることができ、これにより、旋削加工が可能となる。
単なる例としてプレート状に構成された加工テーブル4上に、工作物パレット7が配置されており、工作物パレット7は、図2及び図3においてより詳細に示された固定手段(ロックピン62,63;ロック要素71,72)により加工テーブル4に固定されていて、工作物パレット7自体は、溶着ヘッド5及び除去ヘッド6を用いて加工されるべき工作物8を支持する。
例えば工作物8にフライスプロセスを施すためのフライスヘッドであり得る除去ヘッド6による工作物8の加工は、たとえば20℃の工作物温度で可能であるが、他の、特により高い工作物温度でも実施することができる。
これに対して、工作物の付加加工では、はるかに高い工作物温度が前提となっている。これは、例えば、MPA法を施すために、約350℃〜450℃の範囲内にある温度へ工作物8を加温する必要があることに起因する。この場合、工作物パレット7を部分的に加熱することによる工作物8の加温が想定されている。部分的に加熱された工作物パレット7及び加熱された工作物8から放出される熱に基づき、機械ハウジング3によって囲繞された空間容積が少なくともある程度加温される。
加工システム1の残りの構成要素の加温を可能な限りわずかに保つために、例えば工作物パレット7からの熱伝達を制限するための手段を講じる必要がある。そのために、工作物パレット7が、詳細に後述されるように構成されている。さらに、例えば中間冷却を伴う空気循環によって、工作物パレット7及び工作物8から機械ハウジング3に放出された熱を適切な形で機械ハウジング3から導出することが想定され得る。
すでに図1の単なる概略図から看取することができるように、工作物パレット7は、第1の金属材料、特に鋼から作製された緊締プレート15と、緊締プレート15から間隔を置いて配置された、第2の金属材料、特に鋼から作製された保持プレート16と、緊締プレート15と保持プレート16との間に延在する支持ウェブ17とを有する。
例えば、緊締プレート15が、図2に詳細に示された下面20でもって、加工テーブル4の、実質的に平坦に構成された表面9上に載置することが想定されている。この場合、実質的に平坦に構成された下面20は、工作物パレット7の第1のインタフェースを形成する。
さらに、支持ウェブ17が、緊締プレート15の上面21と保持プレート16の下面22との間に延在することが想定され得る。さらに、工作物8が、単なる例として平坦に構成された、工作物パレット7の第2のインタフェースとして用いられる、保持プレート16の上面23上に、例えば緊締爪10によって固定されていることが想定されている。
単なる概略図であって縮尺通りではない図2の描画から看取することができるように、支持ウェブ17は、保持プレート16と一体に構成されていて、かつ保持プレート16の下面22から、工作物パレット7の中心軸線11に沿って、緊締プレート15の上面21へ向かって延在する。支持ウェブ17は、単なる例として、保持プレート16と同一の金属材料から作製されている。さらに、単なる例として、緊締プレート15及び保持プレート16が、それぞれ中心軸線11に対して同軸に配置された、それぞれ円筒形の平面平行板として構成されていることが想定されている。
さらに、単なる例として、緊締プレートの第1の材料厚さ25と保持プレートの第2の材料厚さ26とが、実質的に同一に構成されていることが想定されている。これに対して、支持ウェブ17の第3の材料厚さ27は、第1の材料厚さ25及び第2の材料厚さ26よりもはるかに小さく選択されている。例えば、第1の材料厚さ25及び第2の材料厚さ26は、それぞれ約30mmである一方、第3の材料厚さは、約1mmである。
保持プレート16の下面22と、緊締プレート15の上面21と、支持ウェブ17の内側表面24とが、中空室30を画定する。単なる例として、中空室30は、付加的に、中心軸線11に対して同軸に配置された支持リング31の外側表面32によって画定される。この場合、支持リング31及び支持ウェブ17の両方は、中心軸線11に沿って延在する円筒形のスリーブとして構成されていて、かつ相互に同軸に配置されている。さらに、支持リング31の第4の材料厚さ28が、単なる例として0.5mmであることが想定されている。これに関する図2の描画は、縮尺通りではない。
第1の材料厚さ25及び第2の材料厚さ26よりもはるかに薄い第3の材料厚さ27及び第4の材料厚さ28の選択によって、保持プレート16と緊締プレート15との間の高い熱伝達抵抗を実現することができ、これにより、保持プレート16と緊締プレート15との間の熱伝達が制限される。
図1及び図2の描画から看取されるように、緊締プレート15の下面20と保持プレート16の上面23との間に延在する結合間隙18の間隙幅は、第1の材料厚さ25及び第2の材料厚さ26よりも大きく選択されていて、例えば第1の材料厚さ25の1.6倍である。
例えば、円筒形のスリーブとして中心軸線11に沿って延在する支持リング31が、それぞれ端部側で、固定領域として用いられるリングカラー42,43を有することが想定されている。例えば、リングカラー42が、軸方向に配向された端面でもって、保持プレート16の下面22に接し、かつ詳細には図示されていない固定手段、例えばねじによって、保持プレート16に緊密に結合されていることが想定されている。同様に、リングカラー43は、軸方向に配向された端面でもって、緊締プレート15の上面21に接し、かつそこでやはり詳細には図示されていない固定手段、特にねじによって、緊密に固定されている。
保持プレート16に一体に成形された支持ウェブ17には、保持プレート16から離反する側の端部領域に、リングカラー44が設けられている。このリングカラー44は、軸方向に配向された端面でもって、緊締プレート15の上面21に接し、詳細には図示されていない固定手段、特にねじによって、緊締プレート15に緊密に固定されている。
単なる例として、各々のリングカラー42,43,44と支持リング31又は支持ウェブ17との間の移行部が、それぞれ湾曲部45,46,47によって構成されていることが想定されている。湾曲部45,46,47は、各々の材料厚さ27,28と、支持リング31又は支持ウェブ17を作製する金属材料の特性とを考慮して、支持リング31又は支持ウェブ17のこれらの領域が固体ジョイントとしてある程度の範囲で弾性変形することができるように設定されている。これにより、熱に起因して工作物パレット7が膨張するときに起こり得るような、緊締プレート15と保持プレート16との間の相対移動が可能となる。
例えば、円筒形の平面平行板として構成された保持プレート16に、それぞれ中心軸線11から出発して半径方向外方へ延在する複数の軸方向孔が加工されていて、これらの軸方向孔が、中心軸線11に対して横方向に配向された図示されていない横断面平面内で、例えば中心軸線11に関して同一の角度ピッチで配置されていることが想定されている。軸方向孔33は、それぞれ円筒形に第1の直径34を有して構成されていて、それぞれ端部側で、第2の直径35への拡径部を有し、かつ保持プレート16の円環状の外側表面36で開口する。軸方向孔33内に、それぞれ詳細には図示されていない、円筒形に成形された加熱カートリッジ37が収容されており、加熱カートリッジ37は、それぞれ詳細には図示されていない形で軸方向孔33内にねじ込まれた栓38によって、各々の軸方向孔33内に固定されている。加熱カートリッジ37の各々は、給電ライン39を介して、プリント回路40に接続されている。プリント回路40は、緊締プレート15内に配置された差込コネクタ54に付属する。
単なる例として、保持プレート16の下面22に、2つの温度センサ50,51が配置されていて、温度センサ50,51は、センサライン52,53を介して、プリント回路40に電気的に接続されている。プリント回路40自体は、詳細には図示されていない形で、緊締プレート15に対応付けられた電気機械的な差込コネクタ54のコンタクトピン55に接続されている。差込コネクタ54は、単なる例として、中心軸線11に対して回転対称に構成されたコネクタハウジング56を有し、コネクタハウジング56は、半径方向に突出するリングカラー57でもって、緊締プレート15内に設けられた、例えば段付き孔として構成されたの空所58に保持されている。緊締プレート15における差込コネクタ54の固定を保証するために、センタリングジャック60が、差込コネクタのリングカラー57を緊締プレート15に形状結合により固定する空所58に保持されている。センタリングジャック60の内側表面61は、部分的に部分円錐状に形成されていて、これにより、加工テーブル4に対して工作物パレット7をセンタリングするのに役立つ。
加工テーブル4には、図3の描画によれば、中央に配置されたセンタリングピン65が設けられており、センタリングピン65の、少なくとも部分的に部分円錐状に形成された外側表面66が、センタリングジャック60の内側表面61に適合されていて、これにより、工作物パレット7と加工テーブル4との間の形状結合によるセンタリングが保証される。
加工テーブル4に工作物パレット7をロックするために、加工テーブル4は、単なる例として、それぞれ円筒形に形成された少なくとも2つの貫通孔67,68を有し、貫通孔67,68は、それぞれ加工テーブル4の、平坦に構成された表面9に対して垂直に配向されている。各々の貫通孔67,68に作動部材69,70が対応付けられており、作動部材69,70は、例えば液圧シリンダとして構成され得、かつそれぞれ対応付けられたロック要素71,72を直線的に移動させるように設けられている。ロック要素71,72によって、各々の貫通孔67,68に保持されるべき、緊締プレート15の下面20に配置されたロックピン62,63の形状結合による固定が想定され得る。そのために、各々のロックピン62,63に、リング溝として構成された空所64が設けられており、空所64は、軸方向に中心軸線11に沿ってアンダカットを形成し、かつ作動部材69,70のロック要素71,72が各々の空所64に係合するとき、加工テーブル4から工作物パレット7が取り外されるのを阻止する。
センタリングピン65の中央の空所73に、差込ジャック74が配置されていて、差込ジャック74は、差込コネクタ54との電気機械的な連結のために設けられていて、かつコンタクトピン55に適合された、詳細には図示されていない差込スリーブを有し、差込スリーブ自体は、詳細には図示されていない形で、電気線路アセンブリに接続されている。電気線路アセンブリは、空所73を貫通し、かつやはり詳細には図示されていない形で、加工システム1の機械制御部に接続され得る。
図2からさらに看取することができるように、中空室30には、単なる例として、ガラス繊維マットから形成された絶縁材料48が収容されており、絶縁材料48は、放射熱による保持プレート16と緊締プレート15との間の熱伝達を少なくとも十分に排除する。したがって、保持プレート16と緊締プレート15との間の熱伝達は、支持ウェブ17と支持リング31とによるこれら2つの構成要素の熱的な結合だけに十分に制限される。
前述の説明によれば、支持リング31及び支持ウェブ17の両方が、それぞれ緊締プレート15及び保持プレート16の両方に緊密に結合されているので、中空室30は、密封されていて、特に気密に構成されている。保持プレート16の加温中の中空室30内のガスの膨張と、これに伴う中空室30内の圧力上昇とを、工作物パレット7の損傷が生じ得ないレベルに制限するために、緊締プレート15内に、流体チャネル12が形成されている。流体チャネル12は、中空室30と工作物パレット7の周辺部との間に延在するとともに、単なる例として、緊締プレート15の外周面49で開口する。流体チャネル12には、単なる例として、ばね付勢された逆止弁14が配置されており、逆止弁14は、中空室30内の圧力と周囲圧力との間に設定可能な圧力差が存在すると開き、これにより、中空室30からガスを逃がすことが可能であるように構成されている。
加工システム1の機能形式は、以下のように説明することができる。
まず、工作物パレット7に、加工システム1から離れた適切な作業場所で、工作物8が備え付けられ、工作物8が、センタリング手段として用いられるセンタリングジャック60に対して精密に位置合わせされ、その位置で、緊締爪10によって、保持プレート16の上面23に固定される。
続いて、工作物8を備え付けられた工作物パレット7が、やはり図示されていない加熱キャビネット内に導入され、加熱キャビネット内では、例えば、緊締プレート15に対して、加工システム1内での後続の加工に際して、保持プレート16及びこれに取り付けられた工作物8の加熱に基づきいずれにせよ生じるような温度が作用する。この加熱キャビネット内で、差込コネクタ54の電気的なコンタクトが行われるので、保持プレート16内に設けられた加熱カートリッジ37に電気エネルギを供給することができ、設定可能な目標温度、特に400℃までの、保持プレート16及びこれに取り付けられた工作物8の加温を行うことができる。
工作物8に対する目標温度に達すると、工作物パレット7を、加工システム1の開放時に加工システム1内に移送し、そこで加工テーブル4上に載置することができる。この載置プロセスは、中心軸線11に沿って工作物パレット7を下向きに降下させる過程で行われ、これにより、ロックピン62,63が、貫通孔67,68に係合する。さらに、センタリングジャック60とセンタリングピン65との間の機械的な相互作用によって、加工テーブル4に対する工作物パレット7の精密で機械的な位置合わせが保証される。これに続いて、アクチュエータ69,70が作動するので、ロック要素71,72が、ロックピン62,63の空所64内に進入し、これにより、加工テーブル4における工作物パレット7の全空間方向の形状結合によるロックが保証されている。
工作物パレット7の幾何学的な中心点が、センタリングジャック60とセンタリングピン65の外側表面66との間のセンタリング作用を介して、加工テーブル4に対して遊びなく固定される。好適には、これら2つの構成要素だけが、加工テーブル4に対する工作物パレット7のセンタリングに関与する一方、例えばロックピン62,63などの他のすべての構成要素は、専ら加工テーブル4に工作物パレット7を固定するのに用いられ、中心軸線11に対するセンタリングには用いられない。
加工テーブル4に工作物パレット7が取り付けられる過程で、差込コネクタ54と差込ジャック74との間の電気的な接続も形成されるので、その時点から、保持プレート16内に設けられた加熱カートリッジ37への電気エネルギのさらなる供給を行うこともでき、これにより、保持プレート16及びこれに取り付けられた工作物8の温度を引き続き維持することができる。この場合、図示されていない機械制御部によって、温度センサ50,51を用いて、保持プレート16の温度の監視を行うことができ、工作物8に対する目標温度に応じて必要とされる、加熱カートリッジ37へのエネルギ供給を行うことができる。
これに続いて、加工テーブル4の相対移動及び溶着ヘッド5又は除去ヘッド6の適切な相対移動を行うことができ、これにより、工作物8の付加加工又は除去加工が施される。工作物8における加工ステップが終了すると、作動部材69,70の適切な駆動制御によって工作物パレット7のロック解除が行われるので、工作物パレット7は、これに保持された工作物8とともに、加工システムから取り出すことができる。
1 加工システム
2 機械ベッド
3 機械ハウジング
4 加工テーブル
5 溶着ヘッド
6 除去ヘッド
7 工作物パレット
8 工作物
9 表面
10 緊締爪
11 中心軸線
12 流体チャネル
14 逆止弁
15 緊締プレート
16 保持プレート
17 支持ウェブ
18 結合間隙
20 下面
21 上面
22 下面
23 上面
24 内側表面
25 第1の材料厚さ
26 第2の材料厚さ
27 第3の材料厚さ
28 第4の材料厚さ
30 中空室
31 支持リング
32 外側表面
33 軸方向孔
34 第1の直径
35 第2の直径
36 外側表面
37 加熱カートリッジ
38 栓
39 給電ライン
40 プリント回路
42 リングカラー
43 リングカラー
44 リングカラー
45 湾曲部
46 湾曲部
47 湾曲部
48 絶縁材料
49 外周面
50 温度センサ
51 温度センサ
52 センサライン
53 センサライン
54 差込コネクタ
55 コンタクトピン
56 コネクタハウジング
57 リングカラー
58 空所
60 センタリングジャック
61 内側表面
62 ロックピン
63 ロックピン
64 空所
65 センタリングピン
66 外側表面
67 貫通孔
68 貫通孔
69 作動部材
70 作動部材
71 ロック要素
72 ロック要素
73 空所
74 差込ジャック

Claims (16)

  1. 工作物の付加加工及び除去加工に使用するための工作物パレット(7)であって、
    緊締プレート(15)であって、該緊締プレート(15)は、第1のインタフェース(20)を有し、該第1のインタフェース(20)は、加工機械(1)の加工テーブル(4)に形状結合により固定されるように構成されている、緊締プレート(15)と、
    工作物(8)を固定するための第2のインタフェース(23)を有する、前記工作物(8)を固定するための保持プレート(16)と、を備え、
    前記緊締プレート(15)と前記保持プレート(16)とが、相互に間隔を置いて配置されていて、前記緊締プレート(15)の上面(21)と前記保持プレート(16)の下面(22)との間の結合間隙(18)内に、支持ウェブ(17)が配置されていて、該支持ウェブ(17)は、前記緊締プレート(15)の前記上面(21)と前記保持プレート(16)の前記下面(22)とに結合されている、工作物パレット(7)において、
    前記支持ウェブ(17)が、前記保持プレート(16)の前記下面に対して平行に配向された横断面平面内に、前記保持プレート(16)の前記下面の面積の15%未満、好適には10%未満、特に好適には5%未満、特に1%未満である横断面積を有することを特徴とする、工作物パレット(7)。
  2. 前記緊締プレート(15)は、第1の熱膨張係数を有する第1の金属材料から作製されていて、前記保持プレート(16)は、第2の熱膨張係数を有する第2の金属材料から作製されていて、前記第1の熱膨張係数は、前記第2の熱膨張係数よりも大きく、前記第2の熱膨張係数は、16/1000000[1/K]未満であることを特徴とする、請求項1に記載の工作物パレット(7)。
  3. 前記支持ウェブ(17)は、前記緊締プレート(15)及び前記保持プレート(16)とともに、特に閉鎖した少なくとも1つの中空室(30)を画定する、かつ/又は前記支持ウェブ(17)は、30W/mK未満、特に20W/mK未満の比熱伝導率及び/又は16/1000000[1/K]未満、特に14/1000000[1/K]未満の熱膨張係数を有する金属材料から作製されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の工作物パレット(7)。
  4. 前記中空室(30)内に、気体、液体、固体の群から成る少なくとも1つの絶縁材料(48)が収容されている、かつ/又は前記中空室(30)が真空化されていることを特徴とする、請求項3に記載の工作物パレット(7)。
  5. 前記緊締プレート(15)に、又は前記保持プレート(16)に、又は前記支持ウェブ(17)に、補償弁(14)が取り付けられており、該補償弁(14)は、前記中空室(30)と前記工作物パレット(7)の周辺部との間の差圧を制限するために、前記中空室(30)と前記工作物パレット(7)の周辺部との間を設定可能な形で流体連通するように構成されていることを特徴とする、請求項3又は4に記載の工作物パレット(7)。
  6. 前記支持ウェブ(17)は、前記保持プレート(16)と一体に構成されていて、かつ前記保持プレート(16)の、前記緊締プレート(15)に面する側の下面(22)から前記緊締プレート(15)へ向かって突出し、かつ前記緊締プレート(15)の、前記保持プレート(16)に面する側の上面(21)に、固定手段を用いて固定されていることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)。
  7. 前記支持ウェブ(17)は、前記緊締プレート(15)と前記保持プレート(16)との間を間隔軸線(11)に沿って延在する円環として構成されていて、該円環は、半径方向に、特に外方へ延在するリングカラー(44)として構成された固定領域を有し、該固定領域を、前記緊締プレート(15)の前記上面(21)に配置された固定手段が貫通することを特徴とする、請求項6に記載の工作物パレット(7)。
  8. 前記結合間隙(18)内に、前記支持ウェブ(17)に対して同軸に、支持リング(31)が配置されていて、該支持リング(31)は、前記緊締プレート(15)の前記上面と前記保持プレート(16)の前記下面とに、特に緊密に結合されていることを特徴とする、請求項6又は7に記載の工作物パレット(7)。
  9. 前記保持プレート(16)には、少なくとも1つの加熱装置(37)が対応付けられていて、該加熱装置(37)は、前記保持プレート(16)を温度調整するように構成されていることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)。
  10. 前記第1のインタフェースは、少なくとも2つのロックピン(62,63)を有し、該ロックピン(62,63)は、前記緊締プレート(15)の、前記保持プレート(16)から離反する側の、基準平面を形成する下面(20)から突出し、前記ロックピン(62,63)の、相互に平行でかつ前記基準平面に対して横方向に配向された縦軸線が、前記保持プレート(16)の組付け方向を決定し、少なくとも2つの前記ロックピン(62,63)は、それぞれ前記縦軸線に関して少なくとも1つのアンダカット(64)を有することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)。
  11. 前記緊締プレート(15)の前記下面(20)に、電気機械式の差込コネクタ(54)が配置されていて、該差込コネクタ(54)は、組付け方向に対して平行に配向された差込運動による差込接続のため、かつ加工機械(1)の加工テーブル(4)に配置された差込保持部(74)と前記工作物パレット(7)に対応付けられた少なくとも1つの電気負荷(37)及び/又は前記工作物パレット(7)に対応付けられた少なくとも1つのセンサ装置(50)との間の電気的な連結のために構成されていることを特徴とする、請求項10に記載の工作物パレット(7)。
  12. 前記差込コネクタ(54)は、少なくとも部分的に、前記緊締プレート(15)の空所(58)に保持されていて、該空所(58)は、部分的に前記支持ウェブ(17)によって縁取られていることを特徴とする、請求項11に記載の工作物パレット(7)。
  13. 前記緊締プレート(15)の第1の材料厚さ(25)が、前記保持プレート(16)の第2の材料厚さ(26)に対して30パーセント未満、好適には20パーセント未満、特に10パーセント未満の値だけ異なることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)。
  14. 工作物を加工するための加工システム(1)において、
    機械ベッド(2)と、該機械ベッド(2)に取り付けられた加工テーブル(4)と、前記機械ベッド(2)に配置された溶着ヘッド(5)とを有する加工機械を備え、前記機械ベッド(2)には、前記加工テーブル(4)と前記溶着ヘッド(5)との間の相対移動のための作動装置が対応付けられていて、前記溶着ヘッド(5)は、前記加工テーブル(4)へ向かって金属粒子の粒子流れを放出するように構成されていて、前記加工テーブル(4)は、ロックピン(62,63)を保持するかつ固定するためのインタフェース保持部(67,68)と、前記加工テーブル(4)に固定可能な、請求項1から13までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)を保持するための差込保持部(74)とを有する、加工システム(1)。
  15. 前記機械ベッド(2)には、前記工作物パレット(7)上に固定可能な工作物(8)を切削加工するための除去ヘッド(6)、特にフライスヘッドが対応付けられていて、前記作動装置は、前記加工テーブル(4)と前記除去ヘッド(6)との間の相対移動のために構成されている、かつ/又は前記加工機械に対して付加的に、加温プロセス中に前記工作物パレット(7)を一時的に収容するように構成された加熱チャンバが設けられていることを特徴とする、請求項14に記載の加工システム(1)。
  16. 前記加工機械に対して付加的に、マシニングセンタが設けられていて、該マシニングセンタは、前記工作物パレット(7)上に固定可能な工作物(8)を切削加工するための少なくとも1つの除去ヘッド(6)、特にフライスヘッドを有し、前記マシニングセンタの加工テーブル(4)が、前記ロックピン(62,63)を保持するかつ固定するためのインタフェース保持部(67,68)と、前記加工テーブル(4)に固定可能な、請求項1から13までのいずれか1項に記載の工作物パレット(7)を保持するための差込保持部(74)とを有することを特徴とする、請求項14又は15に記載の加工システム(1)。
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