EP2422932A2

EP2422932A2 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: EP2422932A2
Application number: EP11405306A
Authority: EP
Inventors: Rolf Laubscher
Original assignee: Biber Werkzeugbau AG
Current assignee: Biber Werkzeugbau AG
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-02-29
Also published as: CH703625A1

Abstract

Die Spannvorrichtung (1) zum Spannen von Werkstücken (5) für das Bearbeiten auf einem Maschinentisch (3) einer Werkzeugmaschine umfasst mindestens eine Grundplatte (9), auf der Spanntische (15) modulartig angeordnet sind. Im Spanntisch sind Bohrungen (29) für Spannbolzen ausgebildet. Zum Spannen eines Werkstücks auf dem Spanntisch (15) greifen Schieber in Einstiche an den Spannbolzen ein und ziehen das Werkstück (5) auf den Spanntisch (15). Das Spannen und das Entspannen, d.h. wieder Lösen erfolgt durch flüssige und/oder gasförmige Medien.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Auf Werkzeugmaschinen, z.B. Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder auch anderen zur Bearbeitung eines Werkstücks geeigneten Maschinen sind unterhalb des Werkzeugs Maschinentische angeordnet, in deren Oberfläche Nuten, z.B. T-Nuten oder Trapez-Nuten eingelassen sind, die in regelmässigen Abständen nebeneinander liegen. Die Nuten dienen dazu, Nutensteine aufzunehmen, in denen Gewindebohrungen eingelassen sind und in welche Spannschrauben eindrehbar sind, mit denen das Werkstück direkt oder über spezielle Spannmittel wie Spanneisen und dergleichen fest mit dem Maschinentisch verbunden werden können. Auf diesen bekannten Maschinentischen muss das Werkstück, auch bei Serienproduktion, jedesmal exakt positioniert und in der positionierten Stellung durch Festziehen der Spannmittel befestigt, d.h. unverschiebbar gehalten werden. Insbesondere bei der spanabhebenden Bearbeitung können hohe seitliche, d.h. horizontal wirkende Kräfte auf das Werkstück ausgeübt werden. Folglich müssen hohe Haltekräfte aufgenommen werden können, was nur durch hohe Spannkräfte möglich ist. Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen oder eine Wiederholbarkeit in Serienbearbeitungen, werden zusätzlich Zentrierbohrungen im Maschinentisch angebracht, um einen "Nullpunkt" festlegen zu können. Durch solche Bohrungen, an denen auch Spanndosen positionsgenau befestigt werden, können einerseits die Nuten am Maschinentisch beschädigt werden und mit der Zeit wird der gesamte Maschinentisch zerstört und muss ersetzt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Spannvorrichtung zu schaffen, mit welcher Werkstücke wiederholbar positioniert werden können, ohne dass der Maschinentisch der Werkzeugmaschine beschädigt wird und später nicht mehr benutzbar ist. Der Maschinentisch bleibt in seiner Ausbildung erhalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Spannvorrichtung derart auszugestalten, dass ein einfaches positionsgetreues Spannen, sowohl von Werkstückaufnahmen als auch Schraubstöcken oder Lehren ohne Benutzung von Werkzeugen möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Spannvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Die erfindungsgemässe Spannvorrichtung kann mit Hilfe von Spannschrauben und Nutensteinen am Maschinentisch befestigt werden und tritt an dessen Stelle. Dabei erfolgt keine Beschädigung des Maschinentisches und dessen Nuten. Der Originalmaschinentisch kann jederzeit durch Lösen der Spannvorrichtung wieder als solcher eingesetzt werden. An der Spannvorrichtung können nebst Bohrungen zum Einführen von Spannbolzen, mit denen ein Werkstück oder ein Werkstückhalter positionsgetreu gehalten wird, auch Nuten eingelassen sein, die denjenigen am Maschinentisch entsprechen und in gleicher Weise genutzt werden können. Um Werkstücke oder Werkstückaufnahmen mit Bolzen an der Spannvorrichtung halten zu können, sind in der Spannvorrichtung mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Spannelemente eingesetzt, die das werkzeuglose Spannen und nach der Bearbeitung Entspannen ermöglichen. Die beispielsweise als Schieber ausgeführten Spannelemente greifen an den Spannbolzen ein und üben auf diesen eine nach unten gerichtete, d.h. das Werkstück- oder die Werkstückeinspannvorrichtung auf die Oberfläche der Spannvorrichtung pressende Kraft auf.
Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer Spannvorrichtung aufgesetzt auf einem Maschinentisch,
Figur 2: einen Schnitt längs Linie II-II in Figur 1,
Figur 3: den vergrössert dargestellten Ausschnitt A in Figur 2,
Figur 4: einen Längsschnitt entlang Linie IV-IV in Figur 1,
Figur 5: den vergrössert dargestellten Ausschnitt B in Figur 4.

In der nur ausschnittsweisen perspektivischen Darstellung einer Spannvorrichtung 1 auf einem Maschinentisch 3 einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine ist als eingespanntes Element ein Schraubstock 5 ersichtlich. Anstelle eines Schraubstocks 5 kann auch direkt ein Werkstück in gleicher Weise befestigt sein.
Der Maschinentisch 3 weist an seiner Oberseite T-förmige erste Nuten 7 auf, die parallel nebeneinander und jeweils in gleichen Abständen ausgebildet sind. Die Ausbildungen der ersten Nuten 7 und deren gegenseitigen Abstände sind bei den meisten neueren Werkzeugmaschinen gleich. Bei älteren Werkzeugmaschinen können auch Nuten 7 mit anderen Abständen vorliegen.
Die Spannvorrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Grundplatten 9, im vorliegenden Beispiel vier, welche nebeneinander angeordnet auf dem Maschinentisch 3 aufliegen. Die Grundplatten 9 sind mit Spannschrauben 11, welche in Nutensteine 13 eingreifen, unverschiebbar am Maschinentisch 3 befestigt (Figuren 2 und 3).
Auf den Grundplatten 9 ist je ein Spanntisch 15 aufgelegt, der aus mehreren gleichartigen Tischelementen 17 aufgebaut sein kann. Die Tischelemente 17 sind vorzugsweise in Einstichen 19 an der Oberfläche der Grundplatte eingelegt. Durch seitlich der Tischelemente ausgebildete und längs verlaufende Ausnehmungen 21 werden zweite T-Nuten 23 gebildet, die den im Maschinentisch 3 vorhandenen ersten Nuten 7 entsprechen oder anders ausgebildet sein können und nicht alle über diesen verlaufen. Selbstverständlich könnte der Spanntisch 15 einteilig ausgeführt sein und die zweiten Nuten 23 in letzteren eingefräst sein.
In den Seitenflächen der zweiten Nuten 23 sind im dargestellten Beispiel zylindermantelförmige Abschnitte 25 ersichtlich, welche das Hindurchführen der Schraubenköpfe 27 der Spannschrauben 11 erlauben, wenn die Schraubenköpfe einen Durchmesser aufweisen, der grösser ist als die Breite der Nuten 23.
In den Figuren 1, 2 und 3 sind weiter Bohrungen 29 sichtbar, durch welche Spannbolzen 31 hindurchgeführt werden können. Die Spannbolzen 31 sind mittels Befestigungsschrauben 33 mit dem Werkstück 5 verbunden.
In Figur 1 sind weiter Rillen 35 sichtbar, die sich auf der Oberfläche des Spanntisches 15 parallel zu den Nuten 23 erstrecken.
Zur exakten Positionierung des Spanntisches 15 auf der Grundplatte 9 können Positionierstifte 37 eingesetzt sein. Letztere werden nicht näher beschrieben, da deren Aufbau und Funktionsweise aus Figuren 2 und 3 deutlich ersichtlich ist.
In der Schnittdarstellung gemäss Figur 4 und dem vergrösserten Ausschnitt B in Figur 5 ist ersichtlich, dass parallel zu den zweiten Nuten 23 im Spanntisch 15 innerhalb der Tischelemente 17, in denen eine Bohrung 29 für die Spannbolzen 31 ausgebildet ist, Schieber 39 eingebaut sind, welche in Einstiche 41 an den Spannbolzen 31 radial wirkend eingreifen können. Die Einstiche 41 liegen zu den Grundflächen in einem stumpfen Winkel verlaufende Flanken; die Vorderkanten der Schieber 39 sind ebenfalls an der Ober- und Unterkante angefast, d.h. die Kanten verlaufen zur vorderen Fläche in einem stumpfen Winkel. Die Schieber 39 sind in länglichen Ausnehmungen 43 geführt, die gegen aussen durch einen Stopfen 45 verschlossen sind. Die Schieber 39 können sich innerhalb der Ausnehmung wie ein Kolben in Richtung der Pfeile 47 bewegen. Am Schieber 39, der vorzugsweise in einem erweiterten Teil der Ausnehmung 43 einen zylindrischen Querschnitt aufweist, ist dort flanschartig erweitert. Dadurch entstehen in der Ausnehmung 43 ein hinterer Druckraum 49 und ein vorderer Druckraum 51. Der vordere Druckraum 51 steht über eine Verbindungsleitung 53 mit einer Druckluftspeiseleitung 55 in Verbindung. Der hintere Druckraum 49 steht in Verbindung mit einer Öldruckleitung 57. Am flanschartigen Teil des Schiebers 39 sind peripher umlaufende Dichtungen 59 eingesetzt. Im Weiteren kann in der Ausnehmung 43 im Bereich zwischen den beiden Dichtungen 59 eine Entlüftungsleitung 61 vorgesehen sein, deren Funktion später beschrieben werden wird.
Alternativ zu Öl als Druckmedium kann auch Druckluft eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Spannvorrichtung 1 näher erläutert. Die Spannvorrichtung 1 wird auf dem Maschinentisch 3 einer Werkzeugmaschine beliebigen Ursprungs aufgelegt und mit herkömmlichen Spannschrauben 11, welche in die ersten Nuten 7 des Maschinentischs 3 eingelegt worden sind, an letzterem befestigt. Die Spannvorrichtung 1 bildet nun einen "neuen" Maschinentisch und, falls die Spannvorrichtung 1 ebenfalls T- oder trapezförmige zweite Nuten 23 aufweist, die gleichen Bedingungen zum Aufspannen eines Werkstücks oder, wie in Figur 1 als Beispiel dargestellt, eines Schraubstocks 5. Im Gegensatz zum Maschinentisch 3 einer Werkzeugmaschine sind in der Spannvorrichtung 1 zusätzlich die Bohrungen 29 eingelassen, in welche die Spannbolzen 31 eingeführt werden können. Letztere sind mit ihrem oberen Ende 63 mit dem Werkstück oder - wie im Ausführungsbeispiel - mit dem Schraubstock 5 verbunden. Selbstverständlich müssen die Spannbolzen 31 exakt im Abstand der in der Spannvorrichtung 1 angebrachten Bohrungen 29 montiert sein und auch so, dass das Werkstück/der Schraubstock 5 exakt in der gewünschten Position zum Werkzeug (z.B. Bohrkopf etc.)an der Werkzeugmaschine (beide nicht dargestellt) zu liegen kommt. Nach dem Aufsetzen des Werkstücks 5, d.h. dem Einführen der Spannbolzen 31 in die Bohrungen 29, wird über eine geeignete Druckquelle Öl oder Luft über die Druckleitung 57 in den hinteren Druckraum 49 der Schieber 39 eingeleitet, so dass letztere in den Einstich 41 am Spannbolzen 31 eingreifen und diesen nach unten pressen, so dass das Werkstück 5 satt auf der Oberfläche 65 der Tischelemente 17 aufzuliegen kommt. Als Druckquelle kann ein Hydraulikaggregat eingesetzt werden oder es kann von Hand, beispielsweise über eine Spindel, Öl von einem Ölspeicher über die Öldruckleitung 57 zugeführt werden. Druckluft kann dem hausinternen Druckluftsystem entnommen werden.
Zum Lösen der Verbindung des Werkstücks 5 von der Spannvorrichtung 1 wird Druckluft aus einer Druckluftquelle in den vorderen Druckraum 51 eingeführt und, nachdem der Rücklauf des Öls durch Öffnen eines Ventils in der Öldruckleitung 57 (Ventil nicht dargestellt), ausser Eingriff mit dem Spannbolzen 31 gebracht. Danach kann das Werkstück 5 von der Spannvorrichtung abgehoben werden und ein neues, wie zuvor beschrieben, eingesetzt werden.
Um eine Vermischung von Luft und Öl sicher zu vermeiden, wird zwischen die beiden Dichtungen 59 eingedrungene Luft durch die Entlüftungsleitung 61 abgeführt.
Je nach Grösse des Werkstücks sind auch mehr als zwei Spannbolzen für dessen Befestigung auf der Spannvorrichtung notwendig.
Zu diesem Zweck ist die Spannvorrichtung 1 modulartig aufgebaut, d.h. für grosse Maschinentische für die Bearbeitung grosser Werkstücke 5 können mehrere Spannvorrichtungsmodule nebeneinander und hintereinander auf den Maschinentisch 3 aufgesetzt werden. Die Beaufschlagung der Spannvorrichtungen 1 mit Öl und Druckluft kann durch geeignete Verbindungselemente zwischen den Modulen über eine einzige Öldruckleitung 57 und eine Druckluftleitung 55 erfolgen.

Claims

Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken für die spanabhebende oder anderweitige Bearbeitung auf dem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine, welcher Maschinentisch parallel verlaufende erste T- oder Trapez-Nuten umfasst, in denen Nutsteine mit einem Befestigungsgewinde für eine Spannschraube längs verschiebbar geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannvorrichtung (1) mindestens eine Grundplatte (9) umfasst, an der eine Mehrzahl (n) erste Bohrungen (29) in einem Abstand angebracht und zum Hindurchführen von Spannschrauben (11) bestimmt sind, welche in Nutensteine (13) in den ersten Nuten (7) eingreifen und dass auf jeder Grundplatte (9) ein mit zweiten Nuten (23) versehener Spanntisch (15) befestigt ist, in welchem in geeigneten Abständen zweite Bohrungen (29) ausgebildet und dazu bestimmt sind, Spannbolzen (31) aufzunehmen, zu zentrieren und durch Spannelemente (39) festzuhalten.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Nuten (23) im Spanntisch (15) parallel zu und direkt über den ersten Nuten (7) im Maschinentisch (3) verlaufen oder dass die zweiten Nuten (23) einen von den ersten Nuten (7) unterschiedlichen gegenseitigen Abstand aufweisen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bohrungen (29) zwischen den zweiten Nuten (23) am Maschinentisch (3) liegen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (11) zum Befestigen der mindestens einen Grundplatte (9) am Maschinentisch (3) durch die zweiten Nuten (23) hindurch eindreh- und lösbar sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (39) als Schieber (39) ausgebildet sind, die in Ausnehmungen (43) in den Tischelementen (17) längs verschiebbar geführt sind und deren eine Enden in einen Einstich (41) an den Spannbolzen (31) einzugreifen bestimmt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (39) durch ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium aus einer Offenin eine Schliess- und Spannposition verschiebbar gelagert sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Spannbolzen (31) und den einen Enden der Schieber (39) schrägliegende Flächen ausgebildet sind, welche beim Einfahren der Schieber (39) in die Ausnehmung (41) der Spannbolzen (31) letztere nach unten pressen.