Verfahren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Befestigung eines Werkstückes auf einer fahrbaren Werkstückpalette

Abstract

 Für die Befestigung eines Werkstückes auf einer fahrbaren Palette dient eine hydraulische Aufspannvorrichtung, verbunden mit einer hydraulischen Spanneinheit (1 bis 18). Die Spanneinheit (1 bis 18) wird außerhalb der Bearbeitungszone mit einem separaten hydraulischen Ladegerät gekuppelt und geladen und nach der Ladung wieder abgekuppelt. Die hydraulische Spanneinheit (1 bis 18) ist so konstruiert, daß sie die Halterung des Werkstückes für eine Grobbearbeitung, eine Zwischenentspannung des Werkstückes und eine erneute Halterung mit geringerem Ladedruck für eine Feinbearbeitung des Werkstückes ermöglicht, ohne daß die Werkstückpalette die Bearbeitungszone verläßt, und ohne daß das hydraulische Ladegerät in der Bearbeitungszone anzuschließen wäre. Die so vorbereitete Werkstückpalette wird bis zur Demontage des Werkstückes von der NC-gesteuerten Werkzeugmaschine übernommen, wobei auch die erforderlichen Manipulationen an der Spanneinheit für die Halterung des Werkstückes mit unterschiedlichen Druckkräften durch die Werkzeugmaschine ausgeführt werden. Während dieser Zeit sind die Arbeitskraft und das hydraulische Ladegerät für die Befestigung weiterer Werkstücke auf weiteren Paletten oder für die Demontage fertig bearbeiteter Werkstücke einsetzbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Befestigung eines Werkstückes auf einer fahrbaren Werkstückpalette einer aus mehreren, schrittweise der Bearbeitungsstation zuführbaren Werkstückpaletten bestehenden Palettiereinrichtung einer NC-gesteuerten Werkzeugmaschine.

[0002] Solche Befestigungseinrichtungen für Werkstücke finden insbesondere bei Palettiereinrichtungen von NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen oder für Fertigungsstrassen Verwendung, bei welchen die Werkstücke ausserhalb der Bearbeitungszone in stets gleicher Aufspannung auf fahrbaren Werkstückpaletten aufgebracht und anschliessend nacheinander zur Bearbeitung der Bearbeitungsstation zugeführt werden. Bei solchen Befestigungseinrichtungen ist vor allem eine möglichst wirtschaftliche und zeitsparende Aufspannung bei stets wiederholbarer Genauigkeit erwünscht.

[0003] Mit der DE-OS 28 00 207 ist eine Spanneinrichtung für Werkstücke, insbesondere für die mehrseitige Bearbeitung von Rohgussteilen bekanntgeworden, bei welcher ein schwenkbarer und teleskopartig in radialer Richtung verschiebbarer Spannhebel an einer ausserhalb der Bearbeitungsplattform angeordneten Säule drehbar gelagert ist. Das Werkstück selbst wird auf drei auf der Plattform einsteckbaren Auflagestützen abgesetzt und durch einen möglichst mittig zu den drei Auflagestützen positionierten Spannstift des Spannhebels von oben gehalten. Der Spannhebel wird dabei an der seitlich angeordneten Säule vorerst von Hand in eine richtige Höhenlage eingerastet um anschliessend durch zwei hydraulische Spannzylinder, zum Festspannen und zum Bearbeiten der ersten Umfangseite des Werkstückes, mit hohem Druck auf das Werkstück zu drücken. Für die Bearbeitung einer weiteren Umfangseite des Werkstückes werden die Spannzylinder mit einem niederen Druck beaufschlagt, um die Plattform um 90° oder 180° zu drehen. Bei dieser Manipulation bleibt der Spannstift fest auf dem ursprünglichen Fixpunkt des Werkstückes stehen, während die radiale und eine eventuelle achsiale Verschiebung durch den um die Säule schwenkbar angeordneten und teleskopisch ausziehbaren Spannhebel ermöglicht werden.

[0004] Mit dieser Spanneinrichtung ist es nicht möglich, während der Bearbeitung eines Werkstückes ein oder mehrere weitere Werkstücke für die Bearbeitung auf weiteren Plattformen so vorzubereiten, dass sie von der Werkzeugmaschine taktweise übernommen werden können. Ein zweites Werkstück kann direkt an der Werkzeugmaschine erst dann aufgespannt werden, wenn das erste Werkstück fertig bearbeitet die Bearbeitungsplattform verlassen hat. Ein weiterer Nachteil dieser Spanneinrichtung liegt darin, dass für die wechselweise Beaufschlagung der Spannzylinder mit hohem Druck für die Bearbeitung des Werkstückes und mit geringerem Druck für jede Drehung der Plattform ein ständig angeschlossenes hydraulisches Ladegerät erforderlich ist.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur hydraulischen Befestigung eines Werkstückes auf einer fahrbaren Werkstückpalette vorzuschlagen, mittels welchen eine Vielzahl von Werkstücken auf einer Vielzahl von Werkstückpaletten mit einem einzigen, unabhängigen Hydraulik-Ladegerät ausserhalb der Bearbeitungszone befestigbar sind, wobei in der Bearbeitungszone für die Grobbearbeitung und die Feinbearbeitung unterschiedliche Spannkräfte und zwischen diesen beiden Bearbeitungsphasen eine teilentspannte Erholungsphase möglich sind, ohne dass das Werkstück den Bearbeitungsplatz verlassen muss oder dazu ein hydraulisches Ladegerät erforderlich ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.

[0007] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass jedes Werkstück ausserhalb der Bearbeitungszone auf einer Werkstückpalette definitiv befestigbar ist, dass jedes Werkstück bei praktisch gleicher Aufspannung an mindestens vier Seiten nacheinander geschruppt und nach einer Zwischenentspannung geschlichtet bzw. fertig bearbeitet werden kann, und dass in der mit Kühlmitteln, Schmiermitteln und Bearbeitungsrückständen verschmutzten Bearbeitungszone keine Anschlüsse an eine hydraulische Ladestation erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Werkstückpaletten nach der Befestigung eines Werkstückes während des Transportes auf der Palettiereinrichtung weder eine hydraulische noch eine elektrische flexible Zuleitung benötigen.

[0008] Auf beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Hydraulikschema über eine hydraulische Spanneinheit,

Fig. 2 einen Aufriss der hydraulischen Spanneinheit,

Fig. 3 einen Seitenriss der hydraulischen Spanneinheit und

Fig. 4 eine Ansicht einer Aufspannvorrichtung mit aufgespanntem Werkstück.

[0009] In der Fig. 1 ist mit 1 ein 2/3-Wege-Handsteuerventil und mit 2 und 3 je ein 2/2-Wege-Steuerventil bezeichnet. Zwei weitere 2/2-Wege-Steuerventile erhalten die Ziffern 4 und 5. Zwischen einer Pumpen-Zuleitung 23 und dem Handsteuerventil 1 sind ein Druckfilter 6 und ein Rückschlagventil 7 zwischengeschaltet. Als Verbindung zwischen der Pumpen-Zuleitung 23 und einer nicht dargestellten Pumpe dient ein Kupplungsanschluss 25. Zwischen einer Tankableitung 24 mit einem Kupplungsanschluss 26 und den Steuerventilen 4, 5 sind ein 5bar-Druckbegrenzungsventil 16, ein 70bar-Druckbegrenzungsventil 17 und ein Volumen-Ausgleichszylinder 18 angeordnet. Zwischen mindestens einem Spannzylinder 20 und dem Handsteuerventil 1 ist ein Manometer 14 und ein Drossel-Rückschlagventil 15 angeordnet, wobei die Steuerzylinder 20 durch einen Kupplungsanschluss 22 abtrennbar sind. Zwischen dem Steuerventil 2 und einem Stützzylinder 19 sind ein Drossel-Rückschlagventil 8, ein Minimessanschluss 10 und ein mit einem Gasdruck von 120 bar vorgespannter Speicher 9 zwischengeschaltet, wobei der Stützzylinder 19 durch einen Kupplungsanschluss 21 ebenfalls abtrennbar ist. Dem Steuerventil 3 ist ein Drossel-Rückschlagventil 11, ein Minimessanschluss 13 und ein mit einem Gasdruck von 40 bar vorgespannter Speicher 12 zugeordnet.

[0010] Die Spanneinheit gemäss den Fig. 2 und 3 besteht aus einer Anzahl in Sandwichbauart zusammengestellter und auf einem Ventilblock 27 aufgebauter Hydraulikteile, mit der Zuleitung 23, mit dem Kupplungsanschluss 25 für den Anschluss an die Pumpe eines nicht dargestellten hydraulischen Ladegerätes, der Ableitung 24 mit dem Kupplungsanschluss 26 für den Anschluss an den Tank des hydraulischen Ladegerätes, dem Kupplungsanschluss 21 für den Stützzylinder 19 und dem Kupplungsanschluss 22 für die Spannzylinder 20. In der Zuleitung 23 ist der Druckfilter 6 und das Rückschlagventil 7 eingebaut. Sie mündet eingangsseitig in das 2/3-Wege-Handhebelventil 1. Die Ableitung 24 ist je ausgangsseitig mit dem Anschluss des Handhebelventils 1 und den zwei Druckbegrenzungsventilen 16, 17, sowie mit dem Volumen-Ausgleichszylinder 18 verbunden. Die Druckbegrenzungsventile 16, 17 sind eingangsseitig je mit dem Ausgang der 2/2-Wege-Steuerventile 4, 5 verbunden. Der zweite ausgangsseitige Anschluss des Handhebelventils 1 ist mit dem Eingang des Drossel-Rückschlagventils 15 verbunden. Ausgangsseitig ist das Drossel-Rückschlagventil 15 mit dem Kupplungsanschluss 22 für die Spannzylinder 20 verbunden. An der Verbindungsleitung zwischen dem Handhebelventil 1 und dem Drossel-Rückschlagventil 15 sind das Manometer 14, mit einer Anzeigeskala von 0-250 bar, die Eingangsleitungen der beiden Steuerventile 4, 5, sowie die Eingangsleitung der beiden weiteren 2/2-Wege-Steuerventile 2, 3 angeschlossen. Ausgangsseitig sind die Steuerventile 2, 3 je mit dem Eingang eines der Drossel-Rückschlagventile 8, 11 verbunden. Das eine Drossel--Rückschlagventil ist ausgangsseitig mit dem Speicher 12, mit einer Gas-Vorspannung von 40 bar, verbunden. An der Verbindungsleitung ist zusätzlich der Minimessanschluss 13 angeordnet. Das andere Dros sel-Rückschlagventil 8 ist ausgangsseitig mit dem eine Gas-Vorspannung von 120 bar aufweisenden Speicher 9 verbunden. In die Verbindungsleitung münden der Minimessanschluss 10 und die Leitung zum Kupplungsanschluss 21 für den Stützzylinder 19. Das unabhängige, ausserhalb der Palettiereinheit aufgestellte, nicht dargestellte hydraulische Ladegerät wird durch zwei Leitungen an den Kupplungsanschlüssen 25, 26 mit der Spanneinheit verbunden. Eine zum Umschalten der Steuerventile 2, 3, 4, 5 dienende Betätigungsgabel 42, der nicht dargestellten Werkzeugmaschine, ist strichpunktiert angedeutet.

[0011] Mit der gemäss Fig. 4 auf einer Grundplatte 30 einer Palettiereinheit aufgesetzten Aufspannvorrichtung wird ein Werkstück 41 für die Bearbeitung auf der NC-gesteuerten Werkzeugmaschine gehalten. Dabei liegt das Werkstück 41 auf vier Auflagen auf, von denen drei mit einem Auflagebolzen 32.1 und einem Anschlagstift 32.2 ausgerüsteten Auflagen 32 an das zu bearbeitende Werkstück 41 angepasst, fest montiert sind und die vierte als ein Stützzylinder 19 mit einem Auflagebolzen 19.1 hydraulisch einstellbar ist. An den vier Ecken der Grundplatte 30 ist je ein Halter 31 befestigt, auf welchem mit einer Stiftschraube 36, einer Kugelpfanne 38, einer Kugelscheibe 39 und einer Feder 37 eine Spannklaue 33 gelagert ist. An den beiden Enden der Spannklaue 33 sind ein Gewindestift 40 und eine Aussparung 33.1 für die Aufnahme eines Bolzens 20.1 des Spannzylinders 20 angeordnet. In der Grundplatte 30 sind ein Nutenstein 35 und ein Zentrierstift 34 befestigt. Die hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen der Spanneinheit und der Aufspannvorrichtung werden am Kupplungsanschluss 21 für die Spannzylinder 20 und am Kupplungsanschluss 22 für den Stützzylinder 19 angeschlossen.

[0012] Das Werkstück 41 wird auf die Auflagebolzen 32.1 der fest montierten Auflagen 32 aufgestellt und der Stützzylinder 19 und die Spannklauen 33 mit den Spannzylindern 20 an den für die Bearbeitung vorteilhaftesten Stellen angeordnet. Nach diesem Aufbau wird das an den Kupplungsanschlüssen 25, 26 angeschlossene hydraulische Ladegerät in Betrieb genommen und die Spanneinheit geladen, bis das Manometer 14 einen vorbestimmten Druck von beispielsweise 200 bar anzeigt. Dann wird das hydraulische Ladegerät ausgeschaltet und von der Spanneinheit wieder abgekuppelt, wobei durch den erfindungsgemässen Aufbau der Spanneinheit der Haltedruck erhalten bleibt. Das Werkstück 41 wird durch die bleibende Spannkraft von 200 bar im Stützzylinder 19 und in den Spannzylindern 20 gehalten und zusammen mit der Werkstückpalette der Palettiereinrichtung übergeben.

[0013] Während der Arbeiter weitere Werkstückpaletten mit Werkstücken ausrüstet, übernimmt die NC-gesteuerte Werkzeugmaschine taktweise eine Palette nach der anderen und führt an jedem Werkstück 41 die vorprogrammierte Bearbeitung aus. Dabei wird jedes Werkstück in der soeben beschriebenen Aufspannung an den vorbestimmten Seiten geschruppt. Nach Abschluss der Schruppbearbeitung wird das Schruppwerkzeug der Werkzeugmaschine automatisch ausgewechselt und durch die Betätigungsgabel 41 für die Betätigung der Steuerventile der Spanneinheit ersetzt. Die Steuerventile 2, 3 und 4 der Spanneinheit werden nacheinander durch einen Druck von der Betätigungsgabel auf den Steuerzapfen jedes einzelnen Steuerventiles 2, 3, 4 von der Stellung A auf die Stellung B geschaltet. Dabei sinkt der Druck im System der Spannzylinder auf den dem Druckbegrenzungsventil 16 vorgegebenen Druck von beispielsweise 5 bar ab. Das Werkstück wird bei dieser Manipulation, ohne dass es seine eingestellte Position verändert, entspannt. Während die vier Spannzylinder 20 ihre Spannkraft von 16000 N auf 400 N verringern, bleibt der Druck von 200 bar im System des Stützzylinders 19 erhalten. Als Vorbereitung für die weitere Bearbeitung des Werkstückes wird durch die Betätigungsgabel der Werkzeugmaschine das Steuerventil 5 der Spanneinheit von der Stellung A auf Stellung B und nach ca. 3 Sekunden das Steuerventil 4 von der Stellung B wieder auf die Stellung A geschaltet. Durch die weitere Betätigung des Steuerventils 3 von der Stellung B auf die Stellung A und nach ca. 15 Sekunden des Steuerventils 5 von der Stellung B auf Stellung A wird die Spanneinheit wieder geladen, und zwar durch den Druck des Speichers 12 mit dem gleichen, dem Druckbegrenzungsventil 17 vorgegebenen Druck von beispielsweise 70 bar. Diese Spannung genügt für die Halterung des Werkstückes, um am Werkstück alle ebenfalls vorprogrammierten Fertigbearbeitungen, wie Schlichten, Bohren, Gewindeschneiden etc. durchzuführen. Nach Abschluss dieser Operationen wird die Spanneinheit automatisch für die Demontage des Werkstückes ausserhalb der Bearbeitungszone bzw. ausserhalb der Palettiereinrichtung vorbereitet, indem wieder die Betätigungsgabel der Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt und durch einen Druck auf den Steuerzapfen des Steuerventils 2, das Steuerventil 2 von der Stellung B in die Stellung A verschiebt. Ausserhalb der Palettiereinrichtung wird die Spanneinheit von Hand wieder an das hydraulische Ladegerät angekuppelt und das Handhebelventil 1 durch Betätigung des Steuerhebels von Hand von der Stellung B in die Stellung A geschaltet, wobei sich die Spanneinheit entspannt und das Manometer auf 0 bar absinkt. Das fertig bearbeitete Werkstück wird von der Werkstückpalette entnommen; die Werkstückpalette ist für den Aufbau zur Bearbeitung eines neuen Werkstückes frei.

Ansprüche

1. Verfahren zur Befestigung eines Werkstückes (41) auf einer fahrbaren Werkstückpalette einer aus mehreren, schrittweise der Bearbeitungsstation zuführbaren Werkstückpaletten bestehenden Palettiereinrichtung einer NC-gesteuerten Werkzeugmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück (41) ausserhalb der Palettiereinrichtung mit einer durch ein unabhängiges, separates hydraulisches Ladegerät mit einem für eine Grobbearbeitung festgelegten Druck aufgeladenen hydraulischen Spanneinheit auf einer aus der Palettiereinrichtung ausgefahrenen Werkstückpalette befestigt und zusammen mit der Werkstückpalette der Palettiereinrichtung übergeben, von der Werkzeugmaschine taktweise übernommen und nach Ausführung der Grobbearbeitung durch die Betätigung der hydraulischen Spanneinheit durch eine Betätigungsgabel (42) der Werkzeugmaschine teilentspannt und für eine Feinbearbeitung von der mit einem reduzierten Druck wieder beaufschlagten Spanneinheit gehalten und nach Beendigung der Feinbearbeitung für die Demontage ausserhalb der Palettiereinrichtung durch die Betätigung der Spanneinheit mit der Betätigungsgabel (42) der Werkzeugmaschine vorbereitet und zusammen mit der Werkstückpalette der Palettiereinrichtung übergeben, aus der Palettiereinrichtung ausgefahren und nach dem Ankuppeln der hydraulischen Spanneinheit an das hydraulische Ladegerät und nach der Betätigung eines Hand-Steuerventils (1) der Spanneinheit entspannt und demontiert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein unabhängiges, an sich bekanntes, hydraulisches Ladegerät und mindestens eine mit einer mit dem Ladegerät kuppelbaren hydraulischen Spanneinheit ausgerüsteten fahrbaren Werkstückpalette einer Palettiereinrichtung, wobei die hydraulische Spanneinheit einen zum Laden eines Stützzylinders (19) vorgesehenen ersten Leitungszweig und einen zum Laden mindestens eines Spannzylinders (20) vorgesehenen, eine Einrichtung für eine Teilentspannung und eine Einrichtung für eine reduzierte Wiederaufladung aufweisenden zweiten Leitungszweig besitzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung für die Teilentspannung ein Zweiweg-Steuerventil (4), ein Druckbegrenzungsventil (16) und ein Volumen-Ausgleichszylinder (18) aufweist, wobei das Zweiweg-Steuerventil (4) eingangsseitig mit der Druckleitung der Spannzylinder (20) und ausgangsseitig mit dem Eingang des Druckbegrenzungsventils (16) und der Ausgang des Druckbegrenzungsventils (16) mit dem Volumen-Ausgleichszylinder (18) verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung für die reduzierte Wiederaufladung ein Speicher (12) mit einer Gasvorspannung, ein Zweiweg-Steuerventil (5), ein Druckbegrenzungsventil (17) und ein Volumen-Ausgleichszylinder (18) aufweist, wobei der Speicher (12) über ein Drossel-Rückschlagventil (11) und ein zusätzliches Zweiweg-Steuerventil (3) mit der Druckleitung der Spannzylinder (20), der Eingang des Zweiweg-Steuerventils (5) ebenfalls mit der Druckleitung der Spannzylinder (20), der Ausgang des Zweiweg-Steuerventils (5) mit dem Eingang des Druckbegrenzungsventils (17) und das Druckbegrenzungsventil (17) ausgangsseitig mit dem Volumen-Ausgleichszylinder (18) verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Leitungszweig der hydraulischen Spanneinheit ein Speicher (9) mit einer Gasvorspannung, ein Drossel-Rückschlagventil (8) und ein Zweiweg-Steuerventil (2) aufweist, wobei das Zweiweg-Steuerventil (2) eingangsseitig mit der Druckleitung der Spannzylinder (20) und ausgangsseitig mit dem Eingang des Drossel-Rückschlagventiles (8) und das Drossel-Rückschlagventil (8) ausgangsseitig mit der Druckleitung des Stützzylinders (19) und dem Speicher (9) verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladedruck der hydraulischen Spanneinheit 200 bar ist, und dass das Druckbegrenzungsventil (16) für die Teilentspannung einen eingestellten Druck von 5 bar aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckbegrenzungsventil (17) für die reduzierte Wiederaufladung einen eingestellten Druck von 70 bar aufweist und die Gas-Vorspannung des zugehörigen Speichers (12) 40 bar ist.

Zeichnung