DE9108068U1 - Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem Maschinentisch - Google Patents
Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem MaschinentischInfo
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- B27C—PLANING, DRILLING, MILLING, TURNING OR UNIVERSAL MACHINES FOR WOOD OR SIMILAR MATERIAL
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- B27C5/02—Machines with table
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B25B5/06—Arrangements for positively actuating jaws
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- B25B5/16—Details, e.g. jaws, jaw attachments
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Claims (17)
1. Zweck
Bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Holz und Kunststoff auf CNC-Fräsmaschinen bzw. -Bearbeitungszentren (Figur 3) werden diese
häufig durch Vakuumvorrichtungen gespannt. Das ermöglicht die Bearbeitung von 5 Flächen eines Quaders in einer Aufspannung, in
vielen praktischen Fällen sogar eine Komplettbearbeitung in einer Aufspannung. Bei kleinen, schmalen oder porösen Werkstücken ist
diese Spanntechnik häufig allein nicht anwendbar, weil dann die Gesetze der Physik, wirksam durch Reibung, Unterdruck und
Eigenschaften der Vakuumdichtung, nur eine geringe Haltekraft zulassen. Dann könnte das Werkstück durch die Bearbeitungskräfte
verschoben werden, dies ist aus Sicherheitsgründen unzulässig. Deshalb werden dann zusätzliche Spannsysteme eingesetzt.
Zweck der Erfindung ist es, eine zusätzliche Spannkraft auf das Werkstück aufzubringen, um damit auch kleine, schmale oder poröse
Werkstücke auf den genannten Maschinen bearbeiten zu können.
2. Stand der Technik der zusätzlichen Spannsysteme 2.1 In den Maschinentisch eingebaute Spannsysteme
-- Kniehebelspanner
Handelsübliche Kniehebelspanner, hand- oder pneumatisch betätigt, können zusätzlich auf dem Maschinentisch aufgebaut
werden und das Werkstück spannen.
-- Schwenkspanner
Ein Schwenkspanner besteht im Wesentlichen aus einem senkrecht in den Maschinentisch eingelassenen Pneumatikzylinder, dessen
Kolbenstange drehbar ist. Im Ruhezustand ist der Schwenkspanner im Maschinentisch versenkt. Zum Spannen fährt die Kolbenstange
aus, dreht sich um 90 Grad und zieht mit einem an ihrem Ende angebrachten Haken das Werkstück auf der Unterlage fest.
-- vakuumbetätigte Spannpratze (Deckelschablone)
Neben dem Werkstück befindet sich eine zusätzliche Vakuumvorrichtung, deren Auflagefläche auf der gleichen Ebene
wie die Werkstückoberseite liegt. Ein separater Deckel mit einer Auskragung wird auf dieser Vorrichtung durch Vakuum
festgespannt, wobei die Auskragung als Spannpratze das Werkstück festspannt.
Diese Lösungen haben folgende Nachteile:
-- Die Spannsysteme müssen für jedes Werkstück speziell von Hand positioniert und montiert werden.
-- Für die Komplettbearbeitung auf 5 Seiten sind mehrere Spanner erforderlich, die nacheinander mit bestimmter zeitlicher
überdeckung aktiviert werden. Dies erfordert eine spezielle Steuerung. Bei Programmierfehlern zerstört eine Kollision
zwischen Werkzeug und Spannelement beide.
— Mit der Deckelschablone ist eine 5-Seiten-Komplettbearbeitung
nicht möglich. 2 Flächen des Quaders sind durch Deckel und Abstützung blockiert, so daß nur eine 3-Seiten Bearbeitung
möglich ist. Der Deckel muß für jedes Werkstück von Hand positioniert werden. Da Deckel und Vorrichtung i.A. aus Holz
gebaut werden, zerstört eine Kollision meist nur die Vorrichtung.
2.2 Spanner am Bearbeitungsaggregat
-- Rollenspanner.
An der Unterseite des Bearbeitungsaggregates sind mindestens 2
waagerechte Rollen angebracht, zwischen denen das Werkzeug herausragt und sich in Achsrichtung der Rollen bewegt. Bei der
Bearbeitung werden zuerst die Rollen auf das darunterliegende Werkstück abgesenkt, dann bewegen sich gleichzeitig das
Werkzeug und der Maschinentisch in zueinander senkrechten Achsrichtungen. Während der Bearbeitung rollt das
Bearbeitungsaggregat quasi auf dem Werkstück ab.
-- Luftkissen
An der Unterseite des Bearbeitungsaggregates, nahe dem Werkzeug, ist eine ebene Fläche mit Luftaustrittsdüsen
angebracht. Diese wird auf das Werkstück abgesenkt und gleitet während der Bearbeitung auf der Werkstückoberseite.
Diese Lösungen haben folgende Nachteile:
-- Sie sind nur für ebene Werkstücke geeignet.
-- Rollenspanner sind nur für bestimmte Maschinenbauformen
einsetzbar, weil der Rollenspanner und das Werkzeug nicht am gleichen Führungsschlitten befestigt sein dürfen.
-- Die Spannkraft eines Luftkissens hängt wie beim Vakuum von der Größe des Werkstücks ab, außerdem verbraucht es viel Platz am
Bearbeitungsaggregat eines Bearbeitungszentrums.
3. Aufgabenstellung
Das Spannelement soll folgende Eigenschaften haben:
1. Kein Einfluß auf die Rüstzeiten bei der Montage der Vorrichtungen.
2. Kein Einfluß auf die Nebenzeiten beim Werkstückwechsel
3. keine Festlegung der Werkstückpositionierung durch im Maschinentisch fest eingebaute Bauelemente.
4. keine oder nur geringe Kollisionsgefahr.
5. Für alle Werkstückarten und -formen geeignet.
6. Rundumbearbeitung möglich
7. Für alle Bauformen der Maschinen geeignet.
8. Geringe Baugröße; geringer Platzbedarf am Bearbeitungsaggregat eines Bearbeitungszentrums.
4. Lösung
4.1 Prinzip (Figur 1)
Ein Führungsschlitten 1 ist mit zum Werkzeug 2 paralleler Achse am
Bearbeitungsaggregat 3 befestigt, entweder direkt an diesem oder am Vorlegeschlitten 4 des Werkzeugs, der wiederum am
Bearbeitungsaggregat 3 geführt ist. Der Schlitten 1 wird durch einen Zylinder mit Regelventil 5 (pneumatisch oder hydraulisch)
angetrieben. Fest verbunden mit dem Schlitten 1 ist das Lager An diesem drehbar gelagert ist der Schwenkarm 7. In das Lager 6
eingebaut ist eine Zentriervorrichtung 8 bestehend aus einer Spiralfeder und einem Schnäpper. Die Zentriervorrichtung 8 hält
den Schwenkarm 7 im Ruhezustand in einer vorgegebenen Startwinkelstellung . Am anderen Ende des Schwenkarms ist mit
Hilfe des Lagers 9 der Schwenkarm 10 angelenkt. Das Lager 9 ist mit Lager 6 identisch. Es ist ebenfalls mit der
Zentriervorrichtung 8 ausgerüstet. Am anderen Ende des Schwenkarms 10 ist das Druckstück mit Lager 11 drehbar gelagert. Das Lager
enthält keine Zentriervorrichtung. Beide Schwenkarme 7 und 10 sind unabhängig voneinander um mindestens 360 Grad drehbar. Der
Kollisionsschutz 12 ist als fest montierte, zylindrische Hülse ausgeführt und verhindert den Kontakt zwischen Werkzeug 2 und dem
Druckstück 11 bzw. den Schwenkarmen 7 und 10, falls durch einen Programmierfehler das Werkzeug 2 zu nahe an diese Bauelemente
heranfährt. Der Kollisionsschutz wird so dimensioniert, daß seine Unterkante während der Bearbeitung zwischen der Oberkante des
Lagers 11 und der Oberkante des Werkstücks 13 liegt.
4.2 Arbeitsablauf (Figuren 1 u. 2)
1. Bearbeitungsaggregat 3 in x-y-z-Warteposition außerhalb des
Arbeitsbereichs 15; beide Schwenkarme 7 und 10 in vorgegebener Startwinkelstellung 16 zentriert, Schlitten 1
in oberer Endstellung.
2. Rüsten und Positionieren des Werkstücks 13 auf Maschinentisch 14
3. Eilgang des Bearbeitungsaggregates 3 in x-y-Richtung, bis das Druckstück 11 senkrecht über dem zu spannenden Punkt des
Werkstücks 13 steht; Schwenkarme 7 und 10 bleiben in Startwinkelstellung 16.
4. Vorschieben des Zylinders 5, so daß das Druckstück 11 auf das Werkstück 13 mit der durch das Regelventil 5 vorgegebenen
Kraft drückt.
5. Verfahren des Bearbeitungaggregates 3 in x-y-Richtung, so daß das Werkzeug 2 in der x-y-Ebene am Start des
Bearbeitungszyklus steht.
6. Vorlegen des Werkzeugs 2
7. Bearbeiten des Werkstücks 13: Verfahren zuerst in z-Richtung,
danach auch in x-y-Richtung, die Spannkraft wird durch das Regelventil 5 konstant gehalten, als letzte Operation
Verfahren in z-Richtung in z-Warteposition.
8. Zurücklegen des Werkzeugs 2.
9. Per Eilgang Bearbeitungsaggregat Werkzeugträger 3 in die gleiche Position wie Schritt Nr 3.
10. Zurückziehen des Zylinders 5 in obere Endstellung.
11. Eilgang des Bearbeitungsaggregates 3 in x-y-Warteposition.
12. Ende des Zyklus.
4.3 Arbeitsbereich (Figur 2)
Der Arbeitsbereich 15 des Spanners ist durch die Abmessungen folgender Bauelemente bestimmt:
-- Abstand des Lagers 6 von der Werkzeugachse 2 -- Länge der Schwenkarme 7 und 10
-- Breite der Schwenkarme 7 und 10
-- Durchmesser des Druckstückes 11
— Durchmesser des Kollisionsschutzes 12
Figur 2 zeigt den Arbeitsbereich 15 des Spanners, wenn Schritt Nr,
5 des Arbeitsablaufs in die positive y-Richtung führt. Soll auch
der nicht zugängliche Teil der gegenüberliegenden Werkstückkante bearbeitet werden, so folgt auf Schritt Nr. 9 ein weiterer Zyklus
am gleichen Werkstück, nur daß das Bearbeitungsaggregat zuerst in die negative y-Richtung fährt. Der Arbeitsbereich ist dann an der
x-Achse zu spiegeln.
4.4 Erweiterung des Arbeitsbereichs (Figur 4)
Das beschriebene Spannelement gestattet die Rundumbearbeitung eines Werkstücks mit folgenden Einschränkungen:
-- eine Rundumbearbeitung in einem Zug, ohne Unterbrechung,, ist
nicht möglich,
-- je nach Geometrie des Werkstücks kann es vorkommen, daß auch einzelne Kanten begrenzter Länge z. B. eines rechteckigen Werkstücks nur mit einer Unterbrechung und neuem Einsetzen des Werkzeugs bearbeitet werden können.
-- je nach Geometrie des Werkstücks kann es vorkommen, daß auch einzelne Kanten begrenzter Länge z. B. eines rechteckigen Werkstücks nur mit einer Unterbrechung und neuem Einsetzen des Werkzeugs bearbeitet werden können.
Für bestimmte Anwendungen ist der Spanner deshalb entweder:
ungünstig, z.B. kann sich beim Feinfräsen der Neuansatz des Werkzeugs auf einer Kante markieren, oder
ungeeignet, z.B. kann das Kantenanleimen nur an 2 fest durch die Werkstückgeometrie vorgegebenen Punkten begonnen und
unterbrochen werden. Liegt der Startpunkt nur im rechten, der Endpunkt nur im linken (an der x-Achse gespiegelten)
Arbeitsbereich, so ist eine Bearbeitung durch Kantenanleimen nicht möglich.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß das Lager 6 nicht relativ zum Bearbeitungsaggregat fest angeordnet wird, sondern in
der x-y-Ebene beweglich. Die Bewegung kann erfolgen:
— auf einer linearen, geraden Bahn oder -- auf einer gekrümmten Bahn
Fig. 4 zeigt den rechten Arbeitsbereich 15 bei fixer Position der Achse 6. (s. Fig. 2)
Verschiebt man die Achse 6 auf der Geraden 17 in die Position 18, so verändert sich der Arbeitsbereich in die gestrichelt
gezeichnete Form 19. Bei einer Verschiebung in die entgegengesetzte Richtung und/oder Spiegelung des Arbeitsbereiches
an der x-Achse ergeben sich jeweils andere, neue Formen des Arbeitsbereichs. Damit können rechteckige Werkstücke ohne
Unterbrechung von einer Ecke zur anderen bearbeitet werden.
Verschiebt man die Achse 6 auf einem Kreis 20 mit der Achse 2 als Mittelpunkt, so dreht sich der Arbeitsbereich um diesen
Mittelpunkt, ohne daß sich seine Form ändert. Damit kann eine Rundumbearbeitung von Werkstücken ohne Unterbrechung durchgeführt
werden.
4.5 Kollisionsschutz
Während der Bearbeitung wird eine Kollision zwischen Werkzeug und Spanner durch den Kollisionsschutz 12 verhindert. Bei
Programmierfehlern wird lediglich das Druckstück 11 auf der Oberseite des Werkstückes 13 verschoben, wenn die Schwenkarme 7
bzw. 10 oder das Druckstück 11 des Spanners am Kollisionsschutz anlaufen. Bei Bedarf könnte ein Sensor diesen Fall kontrollieren
und ggfls. die Maschine abschalten. Lediglich bei Schritt 6 des Arbeitsablaufs ist eine Kollision möglich, diese könnte bei
geeigneten Programmiersystemen über eine logische Verriegelung ausgeschlossen werden.
5. Vorteile
Alle Forderungen It. Pkt. "3. Aufgabenstellung" der Beschreibung
werden erfüllt. Dabei ist besonders wichtig, daß für eine flexible Beschickung mit unterschiedlichen Werkstücken in beliebiger
Reihenfolge durch die Anwendung des Spanners keinerlei
Restriktionen für eine Automatisierung der Beschickung verbleiben.
Eine automatische Beschickung unterschiedlicher Werkstücke in beliebiger Reihenfolge ist bei den im Maschinentisch eingebauten
Spannsystemen It. Pkt. 2.1 praktisch nicht möglich. Diese Tatsache
wird durch die Forderungen 1-3 ausgedrückt. Die Erweiterung des Arbeitsbereichs nach Punkt 4.4 ermöglicht die Bearbeitung langer
Werkstückkanten in einem Zug, sogar die Rundumbearbeitung in einem Zug.
Damit eröffnet dieser Spanner Automatisierungsmöglichkeiten, die bei der bisherigen Spanntechnik nicht gegeben sind.
Schutzansprüche
Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem Maschinentisch
1. Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem
Maschinentisch, z.B einer CNC-Oberfräsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanner sich am Bearbeitungsaggregat (3)
abstützt und Maschinentisch (14) und Bearbeitungsaggregat (3) relativ zueinander in 3 translatorischen Koordinaten x-y-z
beweglich sind.
2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Schlitten (1) mit geregeltem Antrieb (pneumatisch oder hydraulisch) (5) am Bearbeitungsaggregat (3) geführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Führung (1) vertikal zum Maschinentisch (14) (in z-Richtung)
verläuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Führungsschlitten (1) ein Schwenkarm (7) mit senkrechter Achse
(6) angelenkt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkachse (6) einen bestimmten Abstand von der Werkzeugachse (2)
hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende des Schwenkarms (7) ein zweiter Schwenkarm (10) mit
ebenfalls senkrechter Achse (9) angelenkt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende des Schwenkarms (10) ein drehbares Druckstück (11)
angelenkt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwenkarme (7) und (10) sich unabhängig voneinander um mindestens
360 Grad drehen können.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentriervorrichtung bestehend aus Spiralfeder und Schnäpper beide
Schwenkarme (7) und (10) im Ruhezustand in vorgegebenen Startwinkelstellungen (16) zentriert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollisionsschutz (12) das sich drehende Werkzeug (2) teilweise
abdeckt und den Kontakt zwischen dem Werkzeug (2) und den Bauelementen des Spanners verhindert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Größe
und Lage des Arbeitsbereichs (15) von den Abständen und den Abmessungen der Bauelemente abhängen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Umkehr der Bewegungsrichtung beim Start der Arbeitsbereich (15) an der x-Achse gespiegelt werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkraft durch das Regelventil (5) unabhängig von der Bewegung
des Bearbeitungsaggregates konstant gehalten wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (6) unter Beibehaltung ihrer Richtung in der x-y-Ebene
beweglich ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (6) auf einer Geraden in y-Richtung beweglich ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (6) auf einem Kreisbogen um eine zur z-Achse parallele Achse
beweglich ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (6) auf einer anderen definierten Bahn in der x-y-Ebene
beweglich ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9108068U DE9108068U1 (de) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem Maschinentisch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9108068U DE9108068U1 (de) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem Maschinentisch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9108068U1 true DE9108068U1 (de) | 1992-10-29 |
Family
ID=6868831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9108068U Expired - Lifetime DE9108068U1 (de) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf einem Maschinentisch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9108068U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0683021A1 (de) * | 1994-05-18 | 1995-11-22 | Schweizerische Unfallversicherungsanstalt Suva | Arbeitsvorrichtung für Fräsmaschinen |
WO2007014647A1 (de) * | 2005-07-30 | 2007-02-08 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Andruckvorrichtung für ein spannsystem |
-
1991
- 1991-07-01 DE DE9108068U patent/DE9108068U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0683021A1 (de) * | 1994-05-18 | 1995-11-22 | Schweizerische Unfallversicherungsanstalt Suva | Arbeitsvorrichtung für Fräsmaschinen |
WO2007014647A1 (de) * | 2005-07-30 | 2007-02-08 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Andruckvorrichtung für ein spannsystem |
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