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DE2705200A1 - Verfahren und einrichtung zum ausgerichteten spannen eines werkstueckes - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum ausgerichteten spannen eines werkstueckes

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DE2705200A1
DE2705200A1 DE19772705200 DE2705200A DE2705200A1 DE 2705200 A1 DE2705200 A1 DE 2705200A1 DE 19772705200 DE19772705200 DE 19772705200 DE 2705200 A DE2705200 A DE 2705200A DE 2705200 A1 DE2705200 A1 DE 2705200A1
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DE
Germany
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axis
platform
workpiece
deviation
clamping
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DE19772705200
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Rudolf Dipl Ing Pavlovsky
Heinz Wueest
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Georg Fischer AG
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Georg Fischer AG
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Publication date
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    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

197-/SM
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 8201 Schaffhausen
Verfahren und Einrichtung zum ausgerichteten Spannen eines Werkstückes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum ausgerichteten Spannen eines Werkstückes zwecks Bearbeitung, insbesondere für die mechanische Rohgussbearbeitung.
Es ist bekannt, Werkstücke zwecks mechanischer Bearbeitung in Vorrichtungen aufzunehmen, in welchen sie durch Anschläge bzw. Fixierstifte in eine ausgerichtete Lage gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug gebracht und gespannt werden. Nachteilig hierbei ist, dass für unterschiedliche Werkstückformen auch unterschiedliche Vorrichtungen verwendet werden müssen, was hohe Kosten und lange UmrUstzeiten bei stark wechselnden Serien verursacht.
Um Teilungsgrate und Speiser- bzw. Anschnittreste bei Rohrgussteilen durch mechanische Bearbeitung bei einer Aufspannung zu beseitigen, sollten möglichst fünf Seiten des Werkstückes durch das Werkzeug zugänglich sein, was bei der Verwendung von Vorrichtungen zur Fixierung der Werkstücklage nur selten möglich ist.
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Im Weiteren ist durch die DT-AS 2 0}2 775 ein Werkstückspannmittel für BearbeitungsZentren und Transferstrassen zu einer positionsgerechten Werkstückaufnahme mittels eines Spannrahmens bekannt, bei welchem ein oder mehrere Werkstücke über dünne stegartige Materialbrücken mit dem Spannrahmen verbunden sind. Eine Fixierung der Werkstücke erfolgt durch den auch bei unterschiedlichen Werkstücken gleichbleibenden Spannrahmen. Eine derartige Einrichtung ist für das Entgraten von Rohgussteilen nicht geeignet, da durch die erforderlichen Materialbrücken zwischen Werkstück und Spannrahmen eine vollständige Entgratung nicht möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit welchem unterschiedliche Werkstücke ohne zusätzliche werkstückabhängige Einrichtungen festgespannt und bezüglich dem Bearbeitungswerkzeug automatisch ausgerichtet werden. Die dafür erforderliche Einrichtung soll zusätzlich eine derartige Zugänglichkeit des Werkstückes durch das Bearbeitungswerkzeug gewährleisten, damit das Entfernen von Angüssen und Teilungsgraten von Rohgussteilen bei nur einer Aufspannung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Werkstück in ungefährer Lage auf einer beweglichen Plattform aufgespannt wird, und dass an mindestens einem Paar von ausgewählten Punkten des Werkstückes dessen Abweichung von der Soll-Lage ausgemessen und anschliessend die Lageabweichung durch Bewegung der Plattform mit dem festgespannten Werkstück korrigiert wird.
Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Einrichtung besteht erfindungsgemäss aus einer Plattform, welche um eine parallel zur Aufspannfläche der Plattform verlaufende erste Achse, um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse und um eine senkrecht zur zweiten Achse verlaufende dritte Achse schwenkbar angeordnet ist, wobei deren Schwenkantriebe mit eine» Messfühler aufweisenden,Messeinrichtung wirkverbunden sind.
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- G'
Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie I - I von Fig. 3 einer Einrichtung zum ausgerichteten Spannen eines Werkstückes in schematischer Darstellung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II - II von Fig. 3 der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine Draufsicht in schematischer Darstellung von Fig. 1,
Fig. 4 Teilquerschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 1 in vergrösserter Darstellung,
Fig. 5 eine Ausführungsvariante der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 6 eine Einrichtung nach Fig. 1 bei horizontal gestellter u. 7 Plattform zum Ausrichten der oberen Fläche eines Werkstückes in schematischer Darstellung,
Fig. 8 eine Einrichtung nach Fig. 1 bei vertikaler gestellter u. 9 Plattform zum Ausrichten der Umfangseiten eines Werkstückes in schematischer Darstellung.
Die in den Figuren 1 bis 3 schematisch gezeigte Einrichtung zum ausgerichteten Spannen für Werkstücke besteht aus einer Plattform 1 welche um die Achsen 3* ^ und 5 schwenkbar ist. Die Plattform 1 ist durch die Stege 21 fest mit der ersten Achse 3 verbunden, welche unterhalb und parallel zur Aufspannfläche 2 der Plattform 1 verläuft. Die Achse 3 ist in den Lagern 22 und 23, welche in dem inneren topfförmigen Gehäuse 9 angeordnet sind, schwenkbar gelagert und mit dem Schwenkantrieb 7 direkt verbunden.
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Das innere Gehäuse 9 ist mittels des am oberen Rand J>2 angeordneten ringförmigen Lagers 10 in dem äusseren topfförmigen Gehäuse 11 um die zweite Achse 4 schwenkbar gelagert. Die Achse 4 ist mit dem am Boden des äusseren Gehäuses 11 angeordneten Schwenkantrieb 8 direkt verbunden.
Das äussere Gehäuse 11 ist mittels der beidseitig angeordneten Arme 12 mit der Achse 5 verbunden, welche in den beiden Lagern 24 und 25 des nicht näher dargestellten Gestell 20 schwenkbar gelagert ist. Die Achsen 3, 4 und 5 stehen jeweils zueinander senkrecht, wobei die Achse 5 in dem gezeigten Beispiel horizontal verläuft. Selbstverständlich ist auch zum Beispiel eine senkrechte Lage der Achse 5 möglich. Der Antrieb der Achse 5 erfolgt mit dem direkt am Gestell 20 angeordneten Schwenkantrieb 6. Die Schwenkantriebe 6, 7 und 8 sind vorzugsweise hydraulische Drehantriebe, wobei auch andere Arten von hydraulischen, elektrischen oder pneumatischen Stellantrieben verwendbar sind. PUr eine Rückmeldung der Schwenklage sind an den Achsen 3, 4 und 5 die Drehmelder 17» 18 und 19 angeordnet.
Eine Variante für den Schwenkantrieb der ersten Achse 3 zeigt Fig. 5. An der Plattform 1 greift exzentrisch zur Achse JJ ein Linear-Stellantrieb JO1 zum Beispiel ein Hydraulikzylinder an, welcher am Gestell 20 schwenkbar angeordnet und mit einem Lineargeber ^l wirkverbunden ist. Durch eine Schwenkbewegung des Stellantriebes 30 kann deren Verbindung mit der Plattform 1 gelöst werden, damit diese durch Schwenken um die dritte Achse 5 auch in eine vertikale Stellung gebracht werden kann.
Der hier beschriebene Stellantrieb kann in einer weiter nicht gezeigten Variante bei vertikal gestellter Plattform 1 auch für deren Fein-Verstellung um die zweite Achse 4 zusätzlich zum zur Grobverstellung wirkenden Schwenkantrieb 8 verwendet werden.
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Die Lager 22, 23, 24 und 25 und das ringförmige Lager 10 sind als spieleinstellbare Dreipunkt-Gleitlager ausgebildet.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Lager 24 und 25 wobei die übrigen Lager gleichartig ausgebildet sind.
Die mit dem Arm 12 fest verbundene Achse 5 ist in einer mit drei um 120 versetzte Auflageflächen 27 versehenen und in dem Gestell 20 angeordneten Lagerbüchse 26 gelagert. Das Gestell 20 ist im Bereich der Lagerbüchse 26 mit einem Zylinder 28 versehen, in dem ein Kolben 29 angeordnet ist, der in radialer Richtung im Bereich einer der Auflageflächen 27 auf den Aussendurchmesser der Lagerbüchse 26 drückt. Während der Schwenkbewegung wird der Kolben 29 mit einem niederen Hydraulik-Druck beaufschlagt, durch welchen eine derartige Verformung der Lagerbüchse 26 erreicht wird, dass sich die Achse 5 darin spielfrei bewegen lässt. Für die Bearbeitung des Werkstückes ist es erforderlich, dass die Plattform 1 in der eingestellten Lage geklemmt ist. Dies erfolgt durch Beaufschlagung des Kolbens 29 mit einem höheren Druck, wodurch die Achse 5 in der Lagerbüchse 26 festgeklemmt wird.
Das Gleiche gilt für die Achse 4 in den Lagern 22 und 23« In dem ringförmigen Lager 10 des inneren Gehäuses 9 bestehen die Auflageflächen 27* wie in Fig. 3 dargestellt aus an dem äusseren Gehäuse 11 angeordneten drei Lagerteilen 33» v°n welchen eines mittels des in dem Zylinder 28' angeordneten Kolben 29' zur spielfreien Einstellung bzw. zur Klemmung des inneren Gehäuse 9 radial zur Achse 4 verschiebbar ist.
Für Werkstücke 14 mit unterschiedlichen Auflage-Ebenen ist die Plattform 1 mit drei Auflagestutzen 15 versehen. Das Werkstück 14 wird mittels einer an der Plattform 1 angeordneten und nicht näher dargestellten Spanneinrichtung und deren SpannstUck 16 von oben gegen die Auflagestutzen gedrückt und somit gespannt. Ebene Werkstücke können direkt auf die Plattform 1 aufgelegt werden, wobei dann eine magnetische Aufspannung aufgrund der dabei voll zugänglichen zu bearbeitenden Flächen von Vorteil ist.
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Die für das Verfahren zum ausgerichteten Spannen eines Werkstückes kennzeichnende Arbeitsweise der hier beschriebenen Einrichtung ist wie folgt.
Die zu bearbeitenden Werkstücke 14 - vorzugsweise Rohgussteile deren nach vorherigem Abschlagen gebliebenen Steiger bzw. Anschnittreste und Teilungsgrate durch mechanische Bearbeitung entfernt werden müssen - werden einzeln in unausgerichteter Lage auf die Auflagestutzen 15 der Plattform 1 gelegt und mittels des Spannstückes 16 der Spanneinrichtung festgespannt. Anschliessend wird die Ist-Lage des Werkstückes 14 mittels eines oder mehrerer Messfühler 13 einer Messeinrichtung an mindestens einem Paar von ausgewählten Punkten bestimmt und die Lageabweichung durch Schwenken der Plattform 1 um die Achsen 3» ^ und 5 korrigiert. Wird nur ein Messfühler 13 verwendet, so ist dieser neben der Zustellrichtung in der Z-Achse auch in Richtung der X- und Y-Achsen verstellbar anzuordnen, damit die festgelegten Messpunkte angefahren werden können.
Vorteilhafterweise wird der Messfühler IJ zusammen mit dem Bearbeitungswerkzeug zum Beispiel auf einem verschiebbaren Kreuzschlitten angeordnet wobei die Zustellbewegung in der Z-Achse ebenfalls durch die Verstellelemente für die Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges erfolgen kann. Es können auch mehrere auf die Messpunkte eingestellte Messfühler verwendet werden. Die Messung der Lageabweichung erfolgt durch berührungslose Messfühler, vorzugsweise induktiv, wobei auch andere Messverfahren möglich sind.
Um die Fläche B des Werkstückes 14 bearbeiten zu können, muss diese senkrecht zur Werkzeugachse gestellt werden. Dies geschieht, wie ebenfalls in den Figuren 6 und 7 gezeigt, dadurch, dass zuerst die Messpunkte M1 und Mg in der X-Richtung abgetastet werden. Die gemessene Differenz in der Z-Achse (Z, - Zp) -AZ wird mittels der
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- r-
Messpunkte-Distanz a in einem Rechner in den Winkel ^*" für die erste Achse 3 umgerechnet. Dieser Wert wird mittels einer elektrisch-hydraulischen Servosteuerung und dem Schwenkantrieb 7 in eine Schwenkbewegung der ersten Achse 3 umgewandelt und durch den Drehmelder 17 rückgemeldet.
Anschliessend werden die Messpunkte M, und M^ in der Y-Achse abgetastet und die Lagekorrektur nach dem bereits beschriebenen Verfahren durch Schwenken der Plattform 1 um die dritte Achse 5 entsprechend dem Korrekturwinkel β durchgeführt.
Nach der Lagekorrektur wird das definitive Mass der Werkstückoberfläche B von einem Fixpunkt in der Z-Achse durch den Messfühler 13 bestimmt und das Bearbeiten bei diesem jetzt konstanten Mass durchgeführt.
Zum Bearbeiten der Umfangseiten C, D, E, P des Werkstückes 14 (siehe Fig. 8 und 9) erfolgt die Lagekorrektur bei vertikal gestellter Plattform, wozu diese um die dritte Achse 5 ausgehend von der Null-Lage um 90 geschwenkt wird. Das Ausrichten und die direkt nachfolgende Bearbeitung erfolgt für jede Umfangseite getrennt, wobei die Umfangseiten D, E, F nacheinander durch Schwenken der Plattform 1 um die zweite Achse 4 um jeweils 90 in die Ausricht- und Arbeitslage gebracht werden. Das Ausmessen der Ist-Lage Jeder der Umfangseiten erfolgt wie bereits beschrieben und in Fig. 8 und 9 dargestellt, zuerst an zwei Messpunkten M, und Mp entlang der X-Achse mit nachfolgender Lagekorrektur durch Schwenken der Plattform 1 um die zweite Achse 4 entsprechend dem Winkel cC und anschliessend durch Messen an zwei Messpunkten M, und Ml entlang der Y-Achse mit nachfolgender Lagekorrektur durch Schwenken um die dritte Achse 5 entsprechend dem Winkel
Für die Entfernung der Teilungsgrate und Speiser- bzw. Angussteile von Rohgussteilen durch mechanische Bearbeitung ist das bisher beschriebene Verfahren zum Ausrichten der Werkstücke in den meisten Fällen ausreichend.
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--er.
Zum Fräsen oder Schleifen von Konturen, Absätzen usw. und zum Anbringen von Bohrungen ist Jedoch eine vollständige Lagekorrektur des Werkstückes erforderlich. Diese erfolgt zum Beispiel bei horizontal gestellter Plattform 1 neben dem bereits beschriebenen Ausrichten der Bearbeitungsfläche senkrecht zur Präsachse zusätzlich durch Drehen der Plattform um die zweite Achse 4 und Verschieben der Plattform in der X- und Y-Achse, was die Anordnung der beschriebenen Einrichtung auf einem Kreuzschlitten mit entsprechenden Stelltrieben und Lagemeldern erfordert.
Ist das Bearbeitungswerkzeug auf einem Kreuzschlitten angeordnet, so kann auch die Korrektur in der X- und Y-Achse durch Verschieben der Werkzeug-Ausgangslage in den genannten Richtungen entsprechend der gemessenen Differenz zwischen der Soll-Lage und der Ist-Lage des Werkstückes erfolgen.
Zur Peststellung der Ist-Lage des Werkstückes sind zusätzlich mindestens zwei Messfühler so anzuordnen, dass das Werkstück an zwei benachbarten Umfangseiten in Richtung der X- und Y-Achse abgetastet werden kann. Der Schwenkwinkel (t für die zweite Achse 4 wird hierbei wieder aus der Differenz zweier an einer Umfangseite gemessenen Werte und der Distanz der Messpunkte mittels eines Rechners ermittelt.
Durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens mit der hier beschriebenen Einrichtung werden neben der erforderlichen Lagekorrektur wegen ungenauen Auflegens der Werkstücke auf die Plattform gleichzeitig auch Massfehler der Werkstücke - hervorgerufen durch Modellfehler, unterschiedliche Schwindung« Verziehen durch Glühen usw. - und auch Fehler durch ungenaue Bearbeitungsmaschinen korrigiert.
Zudem ist es mit der Einrichtung möglich, nur solche Lagekorrekturen durchzuführen, die für die Jeweilige Bearbeitung erforderlich sind, wodurch Zeit und Kosten gespart werden können, wobei aber trotzdem die Einrichtung universell - insbesondere für unterschiedli ->e Werkstücke - anwendbar ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum ausgerichteten Spannen eines Werkstückes zwecks Bearbeitung, insbesondere für die mechanische Rohgussbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in ungefährer Lage auf einer beweglichen Plattform aufgespannt wird, und dass an mindestens einem Paar von ausgewählten Punkten des Werkstückes dessen Abweichung von der Soll-Lage ausgemessen und anschliessend die Lageabweichung durch Bewegung der Plattform mit dem festgespannten Werkstück korrigiert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Werkstückes von der Soll-Lage durch rotatorische Bewegungen der Plattform um drei verschiedene Achsen korrigiert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung von der Soll-Lage bei horizontal gestellter Plattform ausgemessen und korrigiert wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung von der Soll-Lage einmal bei horizontal gestellter und einmal bei vertikal gestellter Plattform ausgemessen und korrigiert wird.
    5« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung von der Soll-Lage durch berührungslose Fühler, vorzugsweise induktiv gemessen wird.
    6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plattform (1) um eine parallel zur Aufspannfläche (2) der Plattform verlaufende erste Achse (3) um eine senkrecht dazu verlaufende zweite Achse
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    ORIGINAL INSPECTED
    und um eine senkrechte zur zweiten Achse (4) verlaufende dritte Achse (5) schwenkbar angeordnet ist, wobei deren Schwenkantriebe (6, 7, 8, 30) mit einer, ein oder mehrere Messfühler aufweisenden, Messeinrichtung wirkverbunden sind.
    7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Achse (5) horizontal verläuft.
    8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (3) an der der Aufspannfläche (2) abgewandten Seite der Plattform (1) angeordnet ist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Achse (5) bei horizontal gestellter Plattform (1) oberhalb der Aufspannfläche (2) angeordnet ist.
    10. Einrichtung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (1) um die erste Achse (3) schwenkbar in einem inneren topfförmigen Gehäuse (9) gelagert ist, welches mit einem am Umfang des Gehäuses (9) angeordneten Rand (32) in einem mittels Schwenkarmen (12) um die dritte Achse (5) schwenkbaren äusseren topfförmigen Gehäuse (11) um die zweite Achse (4) drehbar gelagert ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkantriebe (6,7, 8) direkt an den Schwenkachsen (3, 4, 5) angeordnete hydraulische Drehantriebe sind.
    12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkantrieb für die erste Achse (3) ein an der Plattform (1) exzentrisch angreifender Linear-Stellantrieb (30) ist.
    13. Einrichtung nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (1), das topfförmige Gehäuse (9) und die
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    Schwenkarme (12) in spieleinstellbaren Dreipunktgleitlagern (10, 22, 23, 24, 25) gelagert sind, die jeweils mit einer Klemmeinrichtung wirkverbunden sind.
    14. Einrichtung nach Anspruch 6 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreipunktgleitlager (10, 22, 23, 24, 25) mit einem hydraulischen Druckkolben (29, 29') versehen sind, welcher bei niederem Druck als Spieleinstelleinrichtung und bei hohem Druck als Klemmeinrichtung wirkt.
    GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT
    26.Jan.1977
    3556Li-bg
    709836/0640
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