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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspannen von Werkstücken sowie
ein Verfahren zum Bearbeiten von zwei Werkstücken in dieser Vorrichtung.
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Die
Bearbeitung großer
Werkstücke,
insbesondere die Oberflächenbearbeitung
gestaltet sich aufgrund der Größe mancher
Werkstücke
recht aufwändig
und ist daher meist sehr kostenintensiv.
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Beispielsweise
werden in Formrahmen zur Verformung von Werkstücken, wie beispielsweise Rohren,
Einsätze
oder Ba cken benötigt,
die in dem Formrahmen angeordnet werden. Um die Herstellung kostengünstiger
zu gestalten, werden in einem Formrahmen eine Vielzahl von Einsätzen oder
Backen angeordnet. Letztendlich ergeben jedoch die Einsätze oder
Backen die gesamte Form, die für
die Herstellung eines größeren Werkstückes, beispielsweise
eines Rohres oder eines Karosserieteiles für ein Kraftfahrzeug, erforderlich
sind.
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Die
Anordnung von einzelnen Einsätzen oder
Backen hat den Vorteil, dass nicht die gesamte Werkstückfläche in einem
ausgebildet werden muss, sondern die Werkstückfläche von mehreren Einsätzen gebildet
wird. Diese kleineren Einsätze
sind einfacher in der Herstellung und damit wesentlich kostengünstiger.
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Problematisch
bei diesen Einsätzen
ist jedoch, den Übergang
zwischen den einzelnen Einsätzen
passgenau zu fertigen. Zum einen müssen die aneinander stoßenden Seitenflächen sehr
genau angepasst sein, damit keine Spalte zwischen den Einsätzen entstehen.
Darüber
hinaus muss die Höhenanpassung
der einzelnen Einsätze
ebenfalls sehr exakt sein.
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Bei
den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren
besteht darüber
hinaus das Problem, dass einzelne Backen lediglich mit einem großen Aufwand ausgetauscht
werden können.
Mit der gemäß dem Stand
der Technik möglichen
Genauigkeit sitzen die Stöße nach
dem Austausch nicht passgenau, so dass ein hohes Maß an Handarbeit
zur Nachbearbeitung der Stöße erforderlich
ist.
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Gemäß dem Stand
der Technik wird zumindest bei der Anpassung der Höhe eine
Nachbearbeitung vorgenommen, wenn die Einsätze in dem Formrahmen angeordnet
sind. Das heißt,
die gesamte Fläche
wird dann noch einmal überarbeitet.
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Gemäß dem Stand
der Technik (
DE 100
13 975 C2 ) ist es bekannt, ein adaptives Werkstück-, Spann-
und Handlingsystem mit mehreren Spannflächen zu versehen. Die Spannflächen und
damit die auf den Spannflächen
angeordneten Werkstücke sind
um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert. Darüber hinaus
ist jede Spannfläche
und damit jedes Werkstück
um eine eigene Längsachse
drehbar gelagert. Dieses zum Stand der Technik gehörende System
hat den Nachteil, dass jede Spannfläche und damit jedes Werkstück unabhängig von
den anderen Werkstücken
drehbar gelagert ist, so dass sich Winkelfehler, die sich beim Drehen
der Werkstücke ergeben,
bei der Bearbeitung der Werkstückoberflächen negativ
auswirken.
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Zum
Stand der Technik (
DE
198 40 942 C1 ) gehört
darüber
hinaus eine Mehrfachspannvorrichtung. Auf jeder Aufspannfläche sind
wenigstens zwei Drehtische in einer Reihe nebeneinander angeordnet.
Die Drehtische sind über
ein Zahnradsystem derart miteinander verbunden, dass die Drehtische
gemeinsam um vorbestimmte Winkelwerte verdrehbar sind. Diese zum
Stand der Technik gehörende
Vorrichtung hat den Nachteil, dass durch die Verbindungszahnräder beim
Verdrehen der einzelnen Drehtische Winkelfehler auftreten. Die Zahnräder sind
in Reihe geschaltet, so dass das Spiel, das zwischen zwei Zahnrädern immer
vorhanden ist, sich bis zum letzten Drehtisch aufsummiert und somit
nicht unerhebliche Winkelfehler auftreten. Darüber hinaus ist diese Vorrichtung
durch die Zahnradkonstruktion sehr aufwändig und verschleißanfällig.
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Zum
Stand der Technik (
DE 202 12
865.2 ) gehört
eine Aufspannvorrichtung, die zwei Spannvorrichtungen aufweist.
Auch bei dieser Spannvorrichtung treten Winkelfehler auf, da die
beiden Spannvorrichtungen unabhängig
voneinander drehbar sind.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin,
eine Vorrichtung zum Aufspannen von Werkstücken anzugeben, mit der es möglich ist,
eine hohe Passgenauigkeit von zwei Werkstücken, die gemäß ihrem
Verwendungszweck nebeneinander liegend angeordnet werden sollen,
zu erreichen. Darüber
hinaus soll ein Verfahren zum Bearbeiten von zwei Werkstücken angegeben
werden, welches eine sehr hohe Passgenauigkeit erreicht.
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Dieses
technische Problem wird durch eine Vorrichtung zum Aufspannen von
Werkstücken
mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch
1 gelöst
sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 5.
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Dadurch,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
zwei Spannvorrichtungen aufweist und dadurch, dass in den zwei Spannvorrichtungen
jeweils ein Werkstück
einspannbar ist, derart, dass in der Vorrichtung zwei Werkstücke gleichzeitig
eingespannt sind, und dadurch, dass die Spannvorrichtungen radial
um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind und dadurch, dass die
zwei Spannvorrichtungen zusätzlich
um eine zweite Drehachse senkrecht zur ersten Drehachse drehbar
gelagert sind, derart, dass die Drehbewegung der beiden Spannvorrichtungen gekoppelt
ist, so dass die Spannvorrichtungen um gleiche Winkelbeträge drehbar
sind, ist es möglich, die
beiden Werkstücke
in dieser einen Aufspannung zu bearbeiten. Es können beispielsweise die späteren Stoßflä chen der
beiden Werkstücke
nacheinander bearbeitet werden. Hierdurch ist es möglich, eine Genauigkeit
von unter einem hundertstel Millimeter zu erreichen, während bei
den zum Stand der Technik gehörenden
Bearbeitungsmaschinen lediglich zwei hundertstel oder drei hundertstel
Millimeter erreichbar sind. Vorteilhaft sind beide Spannvorrichtungen
auf ein und derselben Drehachse fest angeordnet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Vorrichtung als Werkstückträger einer NC-Bearbeitungsmaschine
(Numeric Control) ausgebildet. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in einem Grundbett der NC-Bearbeitungsmaschine integriert. Die NC-Bearbeitungsmaschine
weist vorteilhaft ein in den drei Koordinatenachsen verfahrbares
Fräswerkzeug
auf. Die Oberflächen
der zwei Werkstücke
werden nacheinander in einer Aufspannung bearbeitet.
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Dadurch,
dass die in Richtung Bearbeitungsmaschine angeordneten Flächen der
Werkstücke
in ein und derselben Aufspannung bearbeitet werden, werden die Winkelfehler
des Drehtisches eliminiert. Die Werkstücke sind exakt zueinander ausgerichtet, so
dass sie nach der Bearbeitung passgenau zueinander, das heißt formschlüssig ausgestaltet
sind. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die Werkstücke exakt
einspannt, zueinander in einer Aufspannung fixiert und um exakt
gleiche Winkelbeträge dreht,
ist ein geringerer Teilungsfehler vorhanden, so dass beispielsweise
das komplette Überfräsen, wie es
bei großen
Formen zum Stand der Technik gehört, wegfällt, was
einen erheblichen Zeit und Kosten einsparenden Vorteil darstellt.
Die Kostenminimierung liegt bei circa 25 bis 30 Prozent.
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Auch
eine Nachbearbeitung des Stoßes
benachbarter Werkstücke
fällt weg.
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Besonders
vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar,
wenn die Stöße von zwei
benachbarten Werkstücken,
beispielsweise Einsätzen
im Formenbau, nicht orthogonal zu der Werkstückoberfläche ausgebildet sind, sondern
als schiefwinklige Stöße ausgebildet
werden. Auch hierbei ist eine sehr exakte Bearbeitung möglich, und
die Stöße passen
nach der Bearbeitung innerhalb des oben genannten Genauigkeitsbereiches
zusammen.
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Ist
es erforderlich, einzelne Backen der Form auszutauschen, weil diese
sich beispielsweise abgenutzt haben und einen Defekt aufweisen,
können
die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Backen relativ einfach ausgetauscht werden, da sehr
schnell und mit wenig Aufwand die erforderliche Genauigkeit wiederhergestellt
werden kann.
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Da
von Anfang an mit einer sehr hohen Genauigkeit gearbeitet wird,
ist es möglich,
Ersatzteile mit einem minimalen Aufwand an Handarbeit einzusetzen.
Die sich gemäß dem Stand
der Technik bis zum letzten Backen addierenden Fehler können bei der
Neuherstellung eines Ersatzteiles nicht berücksichtigt werden, da diese
in der CNC-Maschine nicht erfasst sind. Das bedeutet, dass die Stöße beim
Einsetzen eines Ersatzteilbackens in einem relativ großen Fehlerbereich
nicht passen, und dass ein sehr hohes Maß an Nachbearbeitung mit der
Hand erforderlich ist, bis die Stöße wieder passgenau sitzen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist jedoch eine sehr hohe Genauigkeit bei einem geringen Aufwand,
das heißt
mit angemessenen Kosten, erzielbar.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist nicht nur bei Einsätzen
oder Backen im Formenbau einsetzbar, sondern bei jeder Anwendung,
bei der das Zusammenfügen
von zwei Bauteilen eine hohe Genauigkeit erfordert, das heißt, wenn
genaue Passungen erzielt werden sollen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es möglich,
eine getrennte Fertigung vorzunehmen, das heißt, beispielsweise einzelne
Einsätze
zu fertigen, was wesentlich günstiger
ist im Vergleich zur vollständigen
Fertigung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch bei der Herstellung von Matrizen und Stempeln, wie sie
auch im Formenbau verwendet werden, eingesetzt werden. Die Werkstücke für die Matrize
und den Stempel werden gleichzeitig in die beiden Spannvorrichtungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingespannt, und die Matrize und der Stempel werden nacheinander
gefräst.
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Auf
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in perspektivischer Ansicht;
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in Draufsicht;
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3 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in Seitenansicht;
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4 eine
Formrahmenhälfte
mit Einsätzen in
Draufsicht;
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5 einen
Schnitt nach der Linie V-V der 4.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine NC-Bearbeitungsmaschine (1) mit einem Grundbett (2).
An dem Grundbett (2) ist eine Vorrichtung (3)
zum Aufspannen von Werkstücken
(4, 5) vorgesehen. Die Vorrichtung (3)
weist Spannvorrichtungen (6, 7) auf, die die Werkstücke (4, 5)
aufnehmen. Die Spannvorrichtungen (6, 7) und damit
die Werkstücke
(4, 5) sind um die Achse (10) in Y-Richtung
drehbar gelagert. Darüber
hinaus sind die Spannvorrichtungen (6, 7) und damit
die Werkstücke
(4, 5) um die Achse (10) in X-Richtung
drehbar gelagert, so dass die jeweiligen zu bearbeitenden Werkstückoberflächen (8, 9)
vertikal ausgerichtet werden können,
so dass die NC-Bearbeitungsmaschine (1) diese bearbeiten,
beispielsweise fräsen
kann.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, weisen die Spannvorrichtungen
(6, 7) eine gemeinsame starre Drehachse (20)
auf. Die Spannvorrichtungen (6, 7) sind über diese
gemeinsame Drehachse fest miteinander verbunden, so dass die Spannvorrichtungen (6, 7)
jeweils um die exakt gleichen Winkelbeträge gedreht werden.
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Die
zu bearbeitenden Werkstückoberflächen (8, 9)
der Werkstücke
(4, 5) werden auf der NC-Bearbeitungsmaschine
(1) gemeinsam erzeugt, wobei die NC-Bearbeitungsmaschine (1)
die Linearachsen (X, Y, Z) aufweist. An dem Grundbett (2)
ist die Vorrichtung (3) angeordnet.
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Während der
Bearbeitung der Funktionsflächen
(8, 9) werden die Maschinenachsen der Vorrichtung
(1) in X- und Y-Richtung
nicht verstellt. Die Winkelpositionsfehler dieser Achsen haben daher
für beide
Werkstücke
(4, 5) die gleiche Größe und unterscheiden sich lediglich
in deren Vorzeichen.
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Nach
dem Bearbeiten und beim Fügen
der Werkstücke
(4, 5) mit den Funktionsflächen (8, 9)
zueinander addieren sich folglich die Winkelpositionsfehler der
Maschinenachsen der Vorrichtung (3) und ergeben daher immer
Null.
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Dadurch,
dass die Spannvorrichtungen (6, 7) und damit die
Werkstücke
(4, 5) immer um die exakt gleichen Winkelbeträge gedreht
werden durch die gemeinsame, starre Drehachse (20), kann
ein Winkel für
die Bearbeitung der Oberfläche
eingestellt werden. Ist dieser Winkel nicht hundertprozentig exakt eingestellt,
das heißt,
sind beispielsweise statt 90° lediglich
89° eingestellt,
so liegen dennoch die Oberflächen
beider Werkstücke
so zueinander, dass durch die Bearbeitung die Winkelfehler sich
wie oben beschrieben beim Zusammensetzen der Werkstücke zu Null
addieren.
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4 zeigt
eine Formrahmenhälfte
(12) mit Einsätzen
(4, 5, 13, 14, 15, 16).
Die Einsätze
(4, 5) entsprechen den Werkstücken (4, 5),
die gemäß den 1 bis 3 überarbeitet
wurden. Die Einsätze (4, 5, 13, 14, 15, 16)
bilden eine Rinne (17) aus, in der ein Rohr ausgeformt
werden soll.
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Die
Formstücke
(4, 5) müssen
an ihren Stoßflächen (18, 19)
passgenau aneinander stoßen.
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Wie
gemäß 5 dargestellt
ist, sind die Einsätze
(4, 5, 13, 14, 15, 16)
auch höhenmäßig exakt
angepasst, derart, dass keine Stufen zwischen den Einsätzen (4, 5, 13, 14, 15, 16)
entstehen.
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Die
Bearbeitung der Werkstücke
(4, 5) in der NC-Maschine (1) erfolgt
folgendermaßen:
Die
Werkstücke
(3, 4) werden von den Spannvorrichtungen (6, 7)
aufgenommen und können
um die Achse (10) wie auch um die Drehachse (11)
gedreht werden. Hierdurch ist es möglich, mit einer Aufspannung mehrere
Seitenflächen
der Werkstücke
(4, 5) nacheinander zu bearbeiten. Es werden benachbarte
Fügeflächen immer
in einer Aufspannung bearbeitet, und zwar nacheinander. Zwischen
diesen Bearbeitungsschritten werden die Vorrichtungen (6, 7)
weder um die Achse (10) noch um die Achse (11)
gedreht. Damit ist es mit der Vorrichtung (3) möglich, sämtliche Fügeflächen (8, 9)
nacheinander in einer Aufspannung zu bearbeiten.
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- 1
- NC-Maschine
- 2
- Grundbett
- 3
- Vorrichtung
- 4
- Werkstück
- 5
- Werkstück
- 6
- Spannvorrichtung
- 7
- Spannvorrichtung
- 8
- Werkstückoberfläche
- 9
- Werkstückoberfläche
- 10
- Drehachse
- 11
- Drehachse
- 12
- Formrahmenhälfte
- 13
- Einsatz
- 14
- Einsatz
- 15
- Einsatz
- 16
- Einsatz
- 17
- Rinne
- 18
- Stoßfläche
- 19
- Stoßfläche
- 20
- starre
Achse
- X
- Linearachse
- Y
- Linearachse
- Z
- Linearachse