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PLANETRON AG
CH-4554 Etziken
AUFSPANNVORRICHTUNG FUER WERKZEUGMASCHINEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufspannvorrichtung
für Werkzeugmaschinen, mit einem auf einem Maschinentisch
zu montierenden, festen ersten Grundkörper, und damit auswechselbar verbindenden, zweiten Grundkörper, der
mit einem Lagerzapfen in einer Aufnahmebohrung im ersten Grundkörper gehalten ist. Aufspannvorrichtung dieser Art
sind bekannt als sogenannte Palettiersysteme. Die heute
üblichen Bearbeitungszentren sind äusserst kostspielige Werkzeugmaschinen, die nur rentabel sind, wenn die sogenannten
Stillstandszeiten auf ein Minimum reduziert werden
können. Als Beitrag zur Reduktion der Stillstandszeiten
von Bearbeitungszentren wurden sogenannte Palettiersysteme
entwickelt. Die Grundidee eines Palettiersystems besteht
darin, dass die Aufspannvorrichtung zum Aufspannen der zu
bearbeitenden Werkstücke zweigeteilt ist. Der erste Grundkörper ist auf einem Maschinentisch an der korrekten
Stelle fest montiert, während das zu bearbeitende Werk-
stück auf einen zweiten Grundkörper in der korrekten Lage
aufgespannt wird. Einem ersten Grundkörper können mehrere zweite Grundkörper zugeordnet sein. Während ein zweiter
Grundkörper somit im Bearbeitungszentrum verwendet wird, kann auf einem weiteren zweiten Grundkörper ein neues
Werkstück bereits aufspannt werden. Das Auswechseln des zweiten Grundkörpers mit dem aufgespannten Werkstück erfolgt
in sekundenschnelle. Die eigentliche Stillstandszeit
der Werkzeugmaschine ist daher verschwindend klein.
Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Grundkörper erfolgt durch Formschlussmittel und die Sicherung
durch entsprechenden Kraftschluss. Hierzu dient ein Lagerzapfen am zweiten Grundkörper, der in einer
Aufnahmebohrung im ersten Grundkörper gehalten ist. Arretiersysteme dieser Art sind beispielsweise von der
Firma Erowa AG in 6233 Büron/Schweiz auf den Markt
gebracht. Die beiden Grundkörper lassen sich bei den bekannten Systemen mit 90° Indexierung - in vier
verschiedenen Positionen miteinander verbinden.
Dies ist für eine fünfseitige Bearbeitung erforderlich.
Bei einem bekannten System wird dies dadurch erreicht, dass vier Positionierelemente vorhanden sind und ein zentral
gelagertes kraftschlüssiges Halteglied. Bei einem
zweiten bekannten System wird mit vier Haltezapfen gearbeitet, die mit pneumatisch betätigbaren Sperrgliedern
versehen sind. Beide bekannte hier beschriebenen Lösungen
sind höchst diffizil, aufwendig in der Mechanik und entsprechend kostspielig. Zudem verlangt die Drehung der beiden
Grundkörper zueinander um 90° die vollständige Trennung der beiden Grundkörper, wobei der zweite Grundkörper
mit dem zu bearbeitenden Werkstück abgehoben und um 90°
gedreht werden muss, bevor er wieder mit dem ersten Grundkörper verbunden werden kann, falls dies die Konstruktion
überhaupt zulässt.
Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufspannvorrichtung der eingangs genannten Art derart
zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile behoben
sind.
Diese Aufgabe löst eine Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen
mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen gehen aus den
abhängigen Ansprüchen hervor und sind in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt und insbesondere dessen Funktion in der nachfolgenden Beschreibung anhand
den Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen achsialen Längsschnitt durch den Lagerzapfen im Verbindungsbereich beider Grundkörper und
Fig. 2 einen radialen Querschnitt durch denselben Lagerzapfen
entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Mit einer Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen wird
prinzipiell die Verbindung zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und der Werkzeugmaschine, insbesondere dem Maschinentisch
hergestellt. Bei der erfindungsgemässen Aufspannvorrichtung
erfolgt dies mittelbar über zwei Bauteile, nämlich einem ersten Grundkörper 2, der auf dem
Maschinentisch 1 befestigt ist und einem zweiten Grundkörper
3, der leicht austauschbar im ersten Grundkörper 2 gelagert und gehalten ist. Der erste Grundkörper 2 kann,
wie dies in Figur 1 dargestellt ist, als einfache Montageplatte konzipiert sein, die horizontal direkt auf dem
Maschinentisch befestigt sein kann. Diese Befestigung
kann zum Beispiel auf herkömmlich Art mittels entsprechender
Schraubung oder Klemmung erfolgen. Bekanntlich hat der Maschinentisch ensprechende Nuten mit darin verstellbaren
Nutensteinen. Eine Aufspannvorrichtung mit einem
ersten Grundkörper gemäss der Fig. 1 ist insbesondere für Werkzeugmaschinen geeignet, die eine vertikale Antriebsspindel für das Werkzeug aufweist. Hat die Werkzeugmaschine
jedoch eine horizontal angeordnete Werkzeugantriebsspindel,
so ist es sinnvoll, wenn der erste Grundkörper 2 einen Vertikai aufbau 21 aufweist, der fest mit
einer horizontalen Grundplatte 20 verbunden ist, die wiederum mittels Befestigungsmittel 22 auf den Maschinentisch
1 oder einer Palette montiert werden kann. Diese Ausführungsform ist in der Figur 2 dargestellt.
In beiden Fällen ist im ersten Grundkörper 2 eine Aufnahmebohrung 4 vorhanden, die senkrecht zur Auflagefläche V
des ersten Grundkörpers 2 verläuft. In dieser zylindrischen Aufnahmebohrung 4 des ersten Grundkörpers 2 findet
ein Lagerzapfen 5 eines zweiten Grundkörpers 3 Aufnahme. Der zweite Grundkörper 3 hat die Gestalt eines einbeinigen
Tisches mit einer Aufspannfläche 3' und dem bereits erwähnten
Lagerzapfen 5. Der gesamte zweite Grundkörper 3 ist einstückig gefertigt. Der Lagerzapfen 5 hat einen
ersten zylindrischen Teil 5', dessen Durchmesser auf dem
Durchmesser der Aufnahmebohrung 4 im ersten Grundkörper 2 angepasst ist. Hierdurch erfolgt eine exaktive Positionie-
rung des zweiten Grundkörpers 3 bezüglich dem ersten Grundkörper 3 in der X- und Y-Achse. Unterhalb dem zylindrischen
Teil 5' folgt eine ebenfalls zylindrische Einschnürung 7 und danach ein Kopf 6, der einen quadratischen
Querschnitt aufweist. Die Seitenlänge dieses quadratischen
Querschnittes ist grosser als der Durchmesser der zylindrischen
Einschnürung 7. Die Einschnürung 7 wirkt folglich gleich einem Hals zwischen dem ersten zylindrischen Teil
51 und dem Kopf 6 des Lagerzapfens 5. Die zur zylindrischen
Einschnürung 7 gerichteten Kanten des quaderförmigen
Kopfes 6 sind exakt geschliffen. Diese Auf 1 aufkanten 9 wirken mit Exzenterbolzen 8 zusammen. Die Exzenterbolzen 8
durchsetzen den ersten Grundkörper 2 senkrecht zur Verlauf sr i chtung der Aufnahmebohrung 4. Dabei sind die Exzenterbolzen
8 so angeordnet, dass sie zueinander parallel verlaufen und symmetrisch zur Aufnahmebohrung 4 diese
beidseitig sekantiell schneiden. Der Durchmesser der beiden gleichgrossen Exzenterbolzen ist so bemessen, dass die
Exzenterbo1zen in der Einschnürung 7 gerade noch Aufnahme
finden. Parallel zu ihrer Längsachse sind die beiden Exzenterbolzen
mindestens in ihrem in die Aufnahmebohrung 4 hineinragenden Bereich einseitig flachgeschliffen. Die so
entstandene Ausnehmung 8' ist so bemessen, dass sie eine Durchführung des Kopfes 6 zwischen den beiden Exzenterbol-
zen 8 hindurch erlaubt. In dieser sogenannten Nullage sind die plangeschliffenen Flächen der Ausnehmungen 8' parallel
zu den ebenfalls flachgeschliffenen Seitenflächen des
Kopfes 6. Wie man in der Zeichnung deutlich erkennt, sind die Exzenterbolzen 8 in jenem Bereich, der in die Aufnahmebohrung
5 hineinragt, mit einer exzentrisch geschliffenen Auf 1 auff1äche versehen. Diese exzentrisch geschliffene
Auf1 auff1äche 10 gleitet bei einer Drehung des Exzenterbolzens
8 auf die Auf1 aufkanten 9 des Lagerzapfens 5 auf.
Dadurch wird der zweite Grundkörper 3 in die Aufnahmebohrung 4 des ersten Grundkörpers 2 gezogen, und somit wird
dieser auch in der Z-Achse ausgerichtet und gegen Verdrehung gesichert. Ein eventuell vorhandenes geringfügiges
Spiel in der X- oder Y-Achse kann mit den Exzenterbolzen 8
ebenfalls noch ausgeglichen werden.
Wurde das aufgespannte Werkstück nun von der einen gewünschten Seite fertig bearbeitet, so dreht man die beiden
Exzenterbolzen 8 aus den Positionen I in die Position II. In dieser Situation ist der Lagerbolzen 5 in der Aufnahmebohrung
4 frei drehbar. Gleichzeitig ist aber auch der zweite Grundkörper 3 gegenüber dem ersten Grundkörper
2 in der Z-Richtung, d.h. bezüglich einem Herausziehen des Lagerbolzens 5 aus der Aufnahmebohrung 4 gesichert. Erfolgte
die Drehung des zweiten Grundkörpers 3 zum ersten Grundkörper 2 um 90° bzw. um ein Vielfaches von 90°, so
können nun wieder die beiden Exzenterbolzen 8 in die Posi-
tionen I gedreht werden. Durch diese Drehbewegung schieben die Exzenterbolzen 8 automatisch auch den zweiten Grundkörper
3 in die korrekte Winkellage zum ersten Grundkörper 2. Es erfolgt somit immer eine exakt indexierte Einstellung
des Werkstückes in vier verschiedenen Winkelpositionen.
Ist das Werkstück von allen gewünschten Seiten bearbeitet, schwenkt man die Exzenterbolzen 8 wiederum in
die Grundstellung 0, und der zweite Grundkörper 3 lässt
sich mit dem darauf gespannten Werkstück aus dem ersten Grundkörper 2 herausnehmen. Mit weniger Handgriffen ist
somit ein Werkstück ausgespannt und mit genau so wenigen Handgriffen kann ein zweites Werkstück, welches zwischenzeitlich
auf einem weiteren zweiten Grundkörper 3 aufgespannt wurde, auf den auf dem Maschinentisch 1 verbleibenden
ersten Grundkörper 2 aufgespannt werden.
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist die erfindungsgemässe
Aufspannvorrichtung besonders einfach im Aufbau,
robust in der Verwendung und preisgünstig in der Fertigung. Die Exzenterbolzen können entweder je mit einem
Schwenkhebel oder einem Drehgriff zur Betätigung versehen sein. Es wäre selbstverständlich auch möglich, die beiden
Exzenterbolzen über miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern synchron miteinander zu betätigen, wobei dies
wiederum manuell aber auch mittels entsprechenden An-
triebsmittel &eegr; möglich wäre. Letzteres käme insbesondere
bei der vollautomatischen Fliessfertigung in Frage. Der
Programmablauf des Bearbeitungszentrums könnte so auch die
Betätigung der Exzenterbolzen steuern sowie einen Antriebsmechanismus,
der mittel- oder unmittelbar auf den Lagerbolzen 5 wirkt und die Schwenkbewegung des zweiten
Grundkörpers 3 im ersten Grundkörper 2 bewirkt.
Die vereinfachte Darstellung wurde lediglich gewählt, um die bereits bekannten konventionellen, hier ebenfalls verwendeten
Aufspannmittel für die Befestigung des Werkstückes
auf den zweiten Grundkörper, und die Befestigung des ersten Grundkörpers auf den Maschinentisch 1, nicht
nochmals im Detail darstellen zu müssen und damit die Zeichnung unnötigerweise mit bereits längstens bekannten
Maschinenbauelementen zu belasten.
Das vorliegende Kupplungssystem kann auch äusserst universell
im allgemeinen Maschinenbau als sehr wiederholgenaues
Werkzeugkupplungssystem oder als Takttisch für die Fertigung
und Montage auf Bearbeitungszentren als Palettenspeicher
oder Palettenbahnhof eingesetzt werden. Dies verlangt jedoch eine automatische Betätigung der Aufspannvorrichtung.
Für diesen Zweck wird man vorteilhaft die beiden Exzenter bo Izen 8 mittels einem Zwischengetriebe miteinander
in Wirkverbindung setzen und mindestens einen Exzenterbolzen
mit Kupplungsmittel versehen, um das ganze elektromechanisch,
hydraulisch oder pneumatisch zu betätigen.
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PRUECH E
1. Aufspannvorrichtung für Werkzeugmaschinen und Fertigungsanlagen,
mit einem auf einem Maschinentisch (1) zu
montierenden, festen ersten Grundkörper (2) und damit auswechselbar zu verbindenden zweiten Grundkörper (3),
der mit einem Lagerzapfen (5) in einer Aufnahmebohrung (4) im ersten Grundkörper (2) gehalten ist, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Grundkörper (2) von zwei zueinander parallelen, die Aufnahmebohrung (4)
sekantiell und symmetrisch zur Achse der Bohrung schneidenden Exzenterbolzen (8) durchsetzt ist, und
dass der Lagerzapfen (5) eine Einschnürung (7) hat und einen daran anschliessenden Kopf (6) mit quadratischem
Querschnitt, der mit zur Einschnürung (7) gerichteten Auf1 aufkanten (9) versehen ist und dessen Seitenlänge
kleiner als der grösste Abstand zwischen den beiden Exzenterbolzen (8) ist.