[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.
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.