WO2012034910A1 - Vorrichtung zur positionsdefinierten aufspannung eines gegenstandes - Google Patents

Vorrichtung zur positionsdefinierten aufspannung eines gegenstandes Download PDF

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clamping
centering
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plane
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Josef Celik
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Parotec Ag
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/18—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for positioning only
    • B23Q3/183—Centering devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/107—Retention by laterally-acting detents, e.g. pins, screws, wedges; Retention by loose elements, e.g. balls
    • B23B31/1071—Retention by balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
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    • B23B2270/025—Hydraulics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/12—Centering of two components relative to one another

Definitions

  • the invention relates to a device for positionally defined clamping of an object, in particular a tool, clamping means or a workpiece on a machine table, a machine spindle, a clamping device or a clamping means.
  • a tensioning device with a chuck and a releasably fixable thereto
  • Workpiece carrier is known from EP-A-1952922.
  • the chuck is provided with a clamping mechanism for fixing the workpiece carrier, wherein the
  • Clamping mechanism includes a variety of clamping elements, which as
  • Slider elements are formed, which are transverse to the longitudinal axis of an opening of the
  • the workpiece carrier has one, along its
  • a device for positionally defined clamping of a workpiece according to DE-A-4314629 has three linear straightening element pairs for determining a position in an x-y coordinate plane. For positioning in the z-axis are each other
  • two clamping members are provided at the base of the device.
  • a chuck with raised reference surfaces in the form of prismatic pins for fixing a workpiece or workpiece carrier is shown in US-A-20020027329 and US-A-6160236.
  • a clamping device for a tool or workpiece disclosed in EP-A-0818270 has a coupling element facing the part to be clamped and a stationary clamping element.
  • the coupling element has grooves for fine centering
  • a clamping bolt with clamping balls is still arranged on the clamping element, wherein the clamping balls engage during clamping in a corresponding recess of the coupling element.
  • abutment surfaces are provided with bores through which compressed air can flow out in order to clean adjacent surfaces during the clamping process. These abutment surfaces should be the essential organs for fine centering with the centering. In order to achieve a determination in the z-direction on the stop surfaces, the first must be generated by an undercut in the grooves
  • a support member of the coupling element is provided on its inner side with a sealing ring which externally applies to the clamping element.
  • a clamping device is provided with a device for measuring a distance between a chuck and a tool or workpiece holder, wherein the measuring devices are optical interferometers in cooperation with piezoactive elements which are coupled to an electronic evaluation system.
  • the chuck has posts with alignment surfaces for alignment and
  • a spindle head of a machine tool is provided with a coupling for clamping a workpiece carrier, wherein the workpiece carrier is connected to a tie rod and a bolt whose rear end is screwed to the collet can be coupled to the tie rod.
  • the bolt has on, with a profile on the tie rod cooperating Kugeigesperre on.
  • the bolt has pressure medium channels which open into a z-reference.
  • Comparable clamping devices with such bolts with Kugeigesperre are z. See, for example, US-A-4855558 or US-A-6160236. Achsialterrorismen carried out by means of compressed air, which is supplied via channels and control valves (US6160236).
  • the invention is based on the object, a device for positionally defined clamping of an object, in particular a tool, clamping means or a workpiece on a machine table, a machine spindle, a
  • bearing surfaces are provided on two levels, wherein in the upper or higher level of different sized or wide centering lugs for fixing a counterpart in the x-y plane are arranged combined, while the lower level comprises pads for fixing in the z-direction.
  • a subtask also consists in a simple device for monitoring the tensioning process in an aforementioned device for position-defined
  • Fig. 1 a plan view of a centering unit
  • Fig. 3 a switching valve of the centering unit in a sectional view.
  • Fig. 4 is a sectional view of the centering unit
  • Fig. 5 an overall view of the device.
  • a centering unit 1 of a device for positionally defined clamping of a counterpart, not shown, of the clamping device comprises a base element 2, for example, for use in an erosion machine (not shown) and a central piston 3 of a reversing valve 22.
  • centering plane On the centering plane four prismatic centering lugs 5 are arranged on a circular line, whose longitudinal axis or narrow side is aligned with a central axis 6.
  • the top surfaces of the centering 5 are slightly chamfered and the corners are rounded.
  • narrow noses 7 are additionally arranged on the narrow sides on the top surface with a free space for supporting a counterpart, not shown.
  • a first base plane 8 is arranged, whose top surface is at the same height as the top surface of the centering 5.
  • Centering 5 and base level 8 form a first and upper level.
  • a further base plane 9 is arranged in the radial direction to the outside or inside.
  • the base planes 9 form a second plane of centering, the height of which lies clearly below the first plane.
  • This arrangement allows a simple way of safe centering of
  • the centering unit 1 further comprises spring packs 10, an associated one
  • a seal 15 allows an airtight connection between centering unit 1 and base element 2 of the device.
  • the switching valve 22 is arranged parallel to the axis 6 in the centering unit and comprises the aforementioned piston 3 with a changeover valve cover (21), a compression spring 23, an air duct and a plurality of radially arranged sealing rings 24 in the form of O-rings.
  • a first channel 16 for a dynamic pressure I of a fluid
  • a second channel 17 for a dynamic pressure II of the fluid
  • the monitoring unit is customarily connected to the machine control.
  • the piston 3 is at least one sensor 12 and a magnet 13 for safe
  • the sensor 12 is arranged parallel to and along the axis 6 so that it detects at least three measuring points, d. H. one each for positions 31 (clamping released) and 32/33 (clamping).
  • This voltage and solution operations of the switching valve influenced by the clamping means can. Counterparts are easily recorded and evaluated.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines Gegenstandes, insbesondere eines Werkzeuges, Spannmittels oder eines Werkstücks auf einem Maschinentisch oder einem Spannmittel, die einen universelleren Einsatz von Spannmitteln ermöglichen soll. Dies erfolgt dadurch, dass die Vorrichtung zumindest eine Zentriereinheit mit einem Mittel zum Spannen und Lösen des Gegenstandes auf der Zentrierelemente angeordnet sind um den Gegenstand zumindest in zwei Achsrichtungen festzulegen umfasst, wobei die Zentrierelemente in Form von Zentriernasen (5, 7) und Basisebenen (8, 9) in zwei Ebenen höhenverschieden und voneinander beabstandet angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines
Gegenstandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines Gegenstandes, insbesondere eines Werkzeuges, Spannmittels oder eines Werkstücks auf einem Maschinentisch, einer Maschinenspindel, einer Spannvorrichtung oder einem Spannmittel.
Eine Spanneinrichtung mit einem Spannfutter und einem lösbar daran fixierbaren
Werkstückträger ist aus der EP-A-1952922 bekannt. Das Spannfutter ist mit einem Spannmechanismus zum Fixieren des Werkstückträgers versehen, wobei der
Spannmechanismus eine Vielzahl von Spannelementen umfasst, die als
Schieberelemente ausgebildet sind, die quer zur Längsachse einer Öffnung des
Spannfutters verschiebbar sind. Der Werkstückträger weist eine, entlang seiner
Mantelfläche verlaufende Spannfläche in Form einer Ringnut auf, an der sich die
Schieberelemente beim Festspannen anlegen, resp. in die Ringnut eingreifen.
Eine Einrichtung zum positionsdefinierten Aufspannen eines Werkstücks gemäss der DE- A-4314629 weist zur Festlegung einer Position in einer x-y-Koordinatenebene drei lineare Richtelementenpaare auf. Zur Positionierung in der z-Achse sind einander
gegenüberstehende Anschlagflächen gegeben. Zum Spannen eines Werkstückträgers sind am Untersatz der Einrichtung zwei Spannorgane vorgesehen.
Ein Spannfutter mit erhöhten Referenzflächen in Form prismatischer Stifte zur Festlegung eines Werkstücks oder Werkstückträgers zeigen die US-A-20020027329 und US-A- 6160236.
Eine, in der EP-A-0818270 offenbarte Aufspannvorrichtung für ein Werkzeug oder Werkstück weist ein dem zu spannenden Teil zugewandtes Kupplungselement und ein ortsfestes Spannelement auf. Das Kupplungselement weist Nuten zur Feinzentrierung
- ι - und zur Lagebestimmung in der x-y-Ebene auf, die mit Zentrierzapfen am Spannelement zusammenwirken. Für das gegenseitige Fixieren beider Elemente ist am Spannelement noch ein Spannbolzen mit Spannkugeln angeordnet, wobei die Spannkugeln beim Spannen in eine korrespondierende Vertiefung des Kupplungselements eingreifen.
Weitere Anschlagflächen sind mit Bohrungen versehen, durch die Druckluft ausströmen kann um beim Spannvorgang aneinander zu liegen kommende Flächen zu reinigen. Diese Anschlagflächen sollen mit den Zentrierzapfen die wesentlichen Organe für die Feinzentrierung sein. Um eine Festlegung in z-Richtung auf den Anschlagflächen zu erreichen, muss zunächst die durch einen Hinterschnitt in den Nuten erzeugbare
Federkraft durch jeden Zentrierzapfen überwunden wurden. Ein Abstützorgan des Kupplungselements ist auf seiner Innenseite mit einem Dichtring versehen, der sich aussen am Spannelement anlegt.
Eine Spannvorrichtung gemäss der EP-B-1849556 ist mit einer Einrichtung zur Messung einer Distanz zwischen einem Spannfutter und einem Werkzeug- oder Werkstückhalter versehen, wobei die Messeinrichtungen optische Interferometer im Zusammenwirken mit piezoaktiven Elementen sind, die mit einem elektronischen Auswertesystem gekoppelt sind. Das Spannfutter weist Pfosten mit Anlageflächen zur Ausrichtung und
Lagefestlegung in der x-y-Ebene auf.
Nach der EP-A-1075887 ist ein Spindelkopf einer Werkzeugmaschine mit einer Kupplung zum Anspannen eines Werkstückträgers versehen, wobei der Werkstückträger mit einem Zuganker verbunden ist und ein Bolzen, dessen hinteres Ende mit der Spannzange verschraubt ist, mit dem Zuganker koppelbar ist. Der Bolzen weist ein, mit einem Profil am Zuganker zusammenwirkendes Kugeigesperre auf. Der Bolzen weist Druckmediumkanäle auf, die in eine z-Referenz münden.
Jegliche Kopplungselemente sind so aufeinander abgestimmt, dass andere, im Design der Referenzflächen abweichende Spannmittel nicht verwendbar sind, was Kosten und Lagerhaltung von Spannmitteln erhöht.
Vergleichbare Spanneinrichtungen mit derartigen Bolzen mit Kugeigesperre sind z. B. aus den US-A-4855558 oder US-A-6160236 ersichtlich. Achsialbewegungen erfolgen mittels Druckluft, die über Kanäle und Steuerventile zugeführt wird (US6160236). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines Gegenstandes, insbesondere eines Werkzeuges, Spannmittels oder eines Werkstücks auf einem Maschinentisch, einer Maschinenspindel, einer
Spannvorrichtung oder einem Spannmittel zu schaffen, die die geschilderten Nachteile des Standes der Technik meidet und einen universelleren Einsatz von Spannmitteln ermöglicht.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Durch die einfache Anordnung von Referenzflächen in zwei Ebenen einer Zentriereinheit können Spannmittel unterschiedlicher Anbieter kombiniert angewendet werden, wodurch Anschaffung und Lagerhaltung deutlich reduzierbar sind. Bevorzugt sind Auflageflächen auf zwei Ebenen vorgesehen, wobei in der oberen bzw. höheren Ebene unterschiedlich grosse bzw. breite Zentriernasen zur Festlegung eines Gegenstücks in der x-y-Ebene kombiniert angeordnet sind, während die untere Ebene Auflagen zur Festlegung in z-Richtung umfasst. Eine Teilaufgabe besteht zudem darin, eine einfache Einrichtung zur Überwachung des Spannvorganges bei einer vorgenannten Vorrichtung zur positionsdefinierten
Aufspannung eines Gegenstandes zu schaffen, die eine einfache und sichere
Überwachung des Staudrucks und Steuerung von Spann- und Entspannvorgängen ermöglicht.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die Spanndrucküberwachung eines Umschaltventils erfolgt mit mechanisch wirkenden
Mitteln, mechanisch-hydraulisch oder mechanisch-pneumatisch wirkenden Mitteln. Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1 : eine Draufsicht auf eine Zentriereinheit
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung der Zentriereinheit
Fig. 3: ein Umschaltventil der Zentriereinheit in Schnittdarstellung. Fig. 4: eine geschnittene Darstellung der Zentriereinheit
Fig. 5: eine Gesamtansicht der Vorrichtung.
Eine Zentriereinheit 1 einer Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines, nicht dargestellten Gegenstücks des Spannmittels umfasst ein Basiselement 2 beispielgemäss zum Einsatz in eine nicht dargestellte Erodiermaschine und einen zentralen Kolben 3 eines Umschaltventils 22.
Auf der Zentrierebene sind auf einer Kreislinie vier prismenartige Zentriernasen 5 angeordnet, deren Längsachse bzw. Schmalseite auf eine zentrale Achse 6 ausgerichtet ist. Die Deckflächen der Zentriernasen 5 sind leicht angefast und die Ecken sind gerundet. In Richtung der Längsachse sind an den Schmalseiten auf der Deckfläche zusätzlich schmale Nasen 7 angeordnet mit einem freien Zwischenraum zur Auflage eines nicht dargestellten Gegenstücks.
Gleichmässig beabstandet zwischen den Zentriernasen 5 ist eine erste Basisebene 8 angeordnet, deren Deckfläche auf gleicher Höhe wie die Deckfläche der Zentriernasen 5 liegt. Zentriernasen 5 und Basisebene 8 bilden eine erste bzw. obere Ebene. Hinter vor jeder Basisebene 8 ist in radialer Richtung nach aussen bzw. innen gerichtet eine weitere Basisebene 9 angeordnet. Die Basisebenen 9 bilden eine zweite Ebene der Zentrierung, deren Höhe deutlich unterhalb der ersten Ebene zu liegen kommt.
Diese Anordnung ermöglicht in einfacher Weise eine sichere Zentrierung von
Spannmitteln verschiedener Ausgestaltung. Zwecks Sauberhaltung weisen die Elemente der Basisebenen 8, 9 Düsen 1 1 auf, die mit einem Druckluftanschluss verbunden sind. Die Zentriereinheit 1 weist weiterhin Federpakete 10, einen zugeordneten
Kugeldruckbereich 19 mit Kugeln 20 und entsprechenden Ausnehmungen in der
Zentriereinheit 1 . Eine Dichtung 15 ermöglicht eine luftdichte Verbindung zwischen Zentriereinheit 1 und Basiselement 2 der Vorrichtung.
Das Umschaltventil 22 ist parallel zur Achse 6 in der Zentriereinheit angeordnet und umfasst den bereits genannten Kolben 3 mit einem Umschaltventildeckel (21 ), einer Druckfeder 23, einem Luftkanal und mehreren, radial angeordneten Dichtringen 24 in Form von O-Ringen. Im Grundkörper 2 der Zentriereinheit ist zudem radial ein erster Kanal 16 (für einen Staudruck I eines Fluids) sowie ein zweiter Kanal 17 (für eines Staudruck II des Fluids) angeordnet, ggf. eine mechanisch-pneumatische Überwachungseinheit des Staudrucks. Die Überwachungseinheit ist fachüblich mit der Maschinensteuerung verbunden. Dem Kolben 3 ist mindestens ein Sensor 12 und ein Magnet 13 zur sicheren
Positionsbestimmung zugeordnet, wobei der Sensor 12 mit der Maschinensteuerung verbunden ist.
Der Sensor 12 ist parallel zur und längs der Achse 6 so angeordnet, dass er zumindest drei Messpunkte erfasst, d. h. je einer für die Positionen 31 (Klemmung gelöst) und 32/33 (Klemmung).
Damit können Spannungs- und Lösungsvorgänge der vom Umschaltventil beeinflussten Spannmittel resp. Gegenstücke einfach erfasst und bewertet werden.
Bezugszeichen
1 Zentriereinheit
2 Basiselement
3 Kolben
4 Kugelkäfig
5 Zentriernase
6 Achse
7 Nase
8 Basisebene
9 Basisebene
0 Federpaket
1 Düse
2 Sensor
3 Magnet
4 Spannschraube 5 Dichtung
6 Kanal
7 Kanal
8 Dichtung
9 Kugeldruckbereich 0 Kugel
1 Umschaltventildeckel 2 Umschaltventil 3 Druckfeder
4 Dichtring
1 Position
2 Position
3 Position

Claims

Patentansprüche 1 . Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines Gegenstandes, insbesondere eines Werkzeuges, Spannmittels oder eines Werkstücks auf einem Maschinentisch oder einem Spannmittel, umfassend eine Zentriereinheit mit einem Mittel zum Spannen und Lösen des Gegenstandes auf der Zentrierelemente angeordnet sind um den Gegenstand zumindest in zwei Achsrichtungen festzulegen,
dadurch gekennzeichnet, dass Zentrierelemente in Form von Zentriernasen (5, 7) und Basisebenen (8, 9) auf zwei Ebenen höhenverschieden und voneinander beabstandet angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente auf Kreislinien um eine Achse (6) der Zentriereinheit (1 ) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (5, 7) eine erste, obere Ebene zur Auflage eines Gegenstückes bilden, wobei bevorzugt die Nasen (5) prismenartig und abwechselnd mit einer ersten Basisebene (8) auf einer Kreislinie angeordnet sind, und wobei weiterhin die Nasen (5) in Längsrichtung auf die Achse (6) ausgerichtet sind.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (7) mit einer zweiten Basisebene (9) korrespondieren.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisebene (9) eine zweite, niedriger gelegene Ebene als die erste Basisebene (8) bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisebenen (8, 9) auf Kreislinien voneinander beabstandet angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt je vier Nasen (5, 7) und Basisebenen (8, 9) vorgesehen sind.
8. Umschaltventil einer Vorrichtung zur positionsdefinierten Aufspannung eines
Gegenstandes umfassend eine Druckfeder (23), einen druckmittelbetätigten Kolben (3) und einen Umschaltventildeckel (21 ), wobei der Kolben (3) in einem Basiselement (2) der Vorrichtung vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (3) mindestens ein Magnet (13) und ein Sensor (12) zwecks Überwachung von Positionen (31 -33) zugeordnet sind.
9. Umschaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Basiselement (2) zwei Kanäle (16, 17) zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium vorgesehen sind.
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