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Die Erfindung betrifft eine Ausmittelungsvorrichtung zur Mittenausrichtung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es ist bekannt, vorgefertigte Werkstücke, etwa Schweißgruppen, vollautomatisch einer Station einer Fertigungsstraße oder einem Bearbeitungszentrum zuzuführen und dort durch spanabhebende Bearbeitung, etwa Fräsen, auf ein Fertigmaß zu fräsen. insbesondere bei trägerartigen Fahrwerksbauteilen mit dünnwandigen Seitenplatten ist es dabei erforderlich, an den gegenüberliegenden Seitenplatten etwa zu gleichen Anteilen Material abzutragen. Werden nämlich die Seitenplatten eines solchen Fahrwerksbauteils überfräst, ohne das Werkstück auszumitteln, so kann sich bei ungünstiger Toleranzsituation eine Seitenplattenrestdicke einstellen, die die Festigkeitsanforderungen nicht mehr erfüllt.
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Aus diesem Grunde können vorgefertigte Werkstücke vor einer Weiterbearbeitung mit Hilfe einer gattungsgemäßen Ausmittelungsvorrichtung, wie sie in der
DE 40 37 813 A1 offenbart ist, gegenüber einer Vorrichtungsmitte der Bearbeitungsvorrichtung zentriert bzw. vermittelt werden. Hierzu weist die Ausmittelungsvorrichtung Zentrierelemente auf, die zueinander symmetrisch in entgegengesetzten Richtungen in Anlage mit den jeweiligen Werkstückseiten verstellbar sind und so das Werkstück entsprechend verschieben bzw. gegenüber der Vorrichtungsmitte der Bearbeitungsvorrichtung vermitteln.
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Bei diesem Zentriervorgang werden die als Zahnstangen ausgebildeten Zentrierelemente symmetrisch aufeinander zu bewegt. Dadurch kommen die innenseitigen Oberflächen der Zentrierelemente mit den jeweiligen Enden des Werkstücks, d. h. den Rohrenden, in Anlage und kann das Werkstück in seiner Längsposition zentriert werden. Anschließend legen die Zentrierelemente das Werkstück auf einem Zuführförderer ab, der das Werkstück in die Bearbeitungsvorrichtung, d. h. eine Abkantmaschine, transportiert, in der das Rohr mittels Klemmeinrichtungen ortsfest gehalten bzw. eingespannt wird.
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Das Werkstück wird daher in aufwendiger Weise mit speziellen Ausmittelungselementen und zusätzlichen Einspannelementen in zwei voneinander getrennten Arbeitsschritten ausgemittelt und dann zur Weiterbearbeitung eingespannt.
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Aus der
DE 10 2004 009 023 A1 ist eine gattungsgemäße Ausmittelungsvorrichtung bekannt, bei der eine Zentrierung bzw. Einspannung im unteren Bereich eines Kolbens vorgenommen werden kann. Hierzu wird ein Grundkörper vorgesehen, auf der der Hohlkolben aufgesetzt ist. Im Grundkörper sind horizontal verschiebbare Stößel verschiebbar gelagert, die über innere Schrägflächen mit einem Spreizelement in Gleitkontakt sind. Bei Betätigung des Spreizelementes nach oben können die Stößel radial nach außen gegen die Innenwandung des Hohlkolbens gedrückt werden.
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Die über die schräg gestellten Gleitflächen der Stößel sowie des Spreizelementes bewerkstelligte Bewegungsübertragung kann nur mit größerem Kraftaufwand erfolgen, um beispielsweise eine Haftreibung zu überwinden. Zudem müssen die schräg gestellten Gleitflächen mit aufwändigen Dichtungsmaßnahmen vor fertigungsbedingt anfallenden Spänen bzw. Schmutz oder Kühlmittel geschützt werden.
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Aus der
GB 939 912 ist allgemein ein Watt'schen Gestänges bekannt, das zum Antrieb eines Spannbackens verwendet wird, der ein Werkstück einspannen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ausmittelungsvorrichtung, eine Bearbeitungsvorrichtung oder ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes bereitzustellen, bei dem in einfacher und zeitsparender Weise das Werkstück einer Weiterbearbeitung unterworfen werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 werden die Zentrierelemente nach erfolgter Ausmittelung des Werkstücks gegenüber einem Bezugspunkt, etwa einer Bearbeitungsvorrichtungsmitte, nicht von diesem entfernt, sondern wird zusätzlich das Werkstück mittels der Zentrierelemente für die Weiterbearbeitung eingespannt. Der Einspannvorgang erfolgt somit nahezu zeitgleich bzw. unmittelbar nach der Ausmittelung des Werkstücks automatisch durch die Zentrierelemente, wodurch Fertigungszeit eingespart werden kann.
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Vorzugsweise kann jedem der Zentrierelemente ein Federelement zugeordnet sein, das das Zentrierelement zum Einspannen des Werkstücks gegen die jeweilige Werkstückseite drückt. Von Bedeutung ist dabei die Größe der Federkraft bzw. Federkonstanten des Federelements. Bei einer zu geringen Federkraft des Federelements besteht die Gefahr, dass die Federkraft eine Haftreibung des auf einem Bearbeitungstisch liegenden Werkstückes nicht überwinden kann. Eine Mittenausrichtung könnte hier nicht erfolgen. Die Federkraft des Federelements ist daher so zu dimensionieren, dass sich das jeweilige Zentrierelement bei dem Ausmittelungsvorgang im wesentlichen wie ein starrer Körper verhält und dass das Zentrierelement beim Einspannvorgang das Werkstück trotzdem sicher einspannt. Hierzu begrenzt das Federelement des Zentrierelements während des Einspannvorgangs eine maximal, von dem Zentrierelement auf das Werkstück ausgeübte Einspannkraft. Beschädigungen des Werkstücks durch übermäßig hohe Einspannkräfte werden somit zuverlässig verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann jedes Zentrierelement jeweils zumindest zweiteilig mit einem Zentrierkopf ausgebildet sein, der vorzugsweise mittels des Federelements beim Werkstück-Einspannvorgang gegen das Werkstück gedrückt werden kann. Um eine stabile Lagerung des Zentrierkopfes in dem Zentrierelement zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Zentrierkopf teleskopartig in Längsrichtung verschiebbar in dem Zentrierelement gehaltert ist.
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Eine zueinander symmetrische Bewegung der gegenüberliegenden, gleich langen Zentrierelemente in entgegensetzten Richtungen wird erreicht, wenn die Zentrierelemente als ein Teil eines Watt'schen Gestänges ausgebildet sind. Ein solches Gestänge weist eine Drehscheibe mit exzentrisch angeordneten Lagerstellen auf, an denen die Zentrierelemente jeweils angelenkt sein können. Die Zentrierelemente können dabei unmittelbar oder über zusätzliche Gestängeteile mit der Drehscheibe verbunden sein. Bevorzugt ist es, wenn die vorzugsweise zwei gegenüberliegenden Zentrierelemente in einer Buchse längsgeführt im wesentlichen senkrecht zu den Werkstückseiten verstellbar sind und über zusätzliche Gestängeteile mit der Drehscheibe verbunden sind.
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Um eine betriebssichere Bedienung des Watt'schen Gestänges zu ermöglichen, sind der Drehscheibe zwei Drehanschläge zugeordnet, die jeweils eine Drehposition der Drehscheibe bestimmen. In einer ersten Drehposition der Drehscheibe können die Zentrierelemente in ihrer Ausgangslage angeordnet sein, in der sie sich in einem eingefahrenen Zustand befinden. In diesem Fall kann das Werkstück in einfacher Weise in die Ausmittelungsvorrichtung eingelegt werden. In einer zweiten Drehposition der Drehscheibe können die Zentrierelemente in ihrer Betriebslage angeordnet sein, in der das Werkstück fest zwischen den Zentrierelementen eingespannt ist. Dabei ist dem Gestänge ein Federelement zugeordnet, das als eine Übertotpunktfeder die Drehscheibe in die erste oder in die zweite Drehposition drückt. Somit kann die Drehscheibe die Zentrierelemente in der ersten und zweiten Drehposition jeweils in einer stabilen Übertotpunktlage halten.
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Bevorzugt ist es, wenn die Zentrierelemente zum Ausmitteln und/oder Einspannen des Werkstücks sich auseinander bewegen. Auf diese Weise können die Zentrierelemente jeweils an Innenseiten des Werkstücks mit entsprechenden Zentrierflächen in Anlage gebracht werden. Die entsprechenden, den Zentrierelementen zugeordneten Zentrierflächen bzw. Einspannflächen des Werkstücks befinden sich somit innenseitig. Erfolgt in diesem Fall außenseitige Bearbeitung des Werkstücks, d. h. befinden sich die Bearbeitungsflächen des Werkstücks an der Werkstückaußenseite, so können die Zentrierelemente das Werkstück betriebssicher einspannen, ohne die außenseitigen Bearbeitungsflächen des Werkstücks zu beeinträchtigen. Darüber hinaus können die gegen die werkstücksinnenseitigen Zentrierflächen drückenden Zentrierelemente das Werkstück gegen das außenseitig angreifende Bearbeitungswerkzeug zusätzlich abstützen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung des Werkstücks können die zueinander symmetrisch verstellbaren Zentrierelemente das Werkstück gegenüber der Bearbeitungsvorrichtung zunächst ausmitteln. Nach der erfolgten Ausmittelung des Werkstücks können erfindungsgemäß die Zentrierelemente mit einer vorgegebenen Druckkraft gegen das Werkstück gedrückt werden und so das Werkstück einspannen, damit es mittels der Bearbeitungsvorrichtung weiter bearbeitet werden kann. Während eines Schwenkvorgangs der Drehscheibe des Watt'schen Gestänges von der ersten Drehposition in die zweite Drehposition erfolgt somit, ohne Durchführung zusätzlicher Arbeitsschritte, die Ausmittelung des Werkstücks und anschließend nahezu zeitgleich das Einspannen des Werkstücks.
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Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschreiben.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem zu bearbeitenden Werkstück;
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2 in einer schematischen Seitenansicht eine Ausmittelungsvorrichtung;
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3 in einer vergrößerten Seitenansicht im Teilschnitt ein Zentrierelement der Ausmittelungsvorrichtung;
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4 die Ausmittelungsvorrichtung in ihrer Ausgangslage;
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5 die Ausmittelungsvorrichtung in ihrer Betriebslage; und
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6 in einer schematischen Teilansicht die Ausmittelungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist ein Bearbeitungszentrum 1 mit einem um seine Hochachse schwenkbaren Maschinentisch 3 gezeigt. Auf dem Maschinentisch 3 liegt zur Bearbeitung ein Werkstück 5, das gemäß der 1 als ein als Schweißgruppe vorgefertigtes langgestrecktes trägerartiges Fahrwerksbauteil ausgebildet ist. Das Fahrwerksbauteil 5 ist stirnseitig mit dünnen Platten 7 ausgebildet. Es weist in seinem vorgefertigten Zustand eine toleranzbehaftete Gesamtlänge L ± Tol.roh sowie an seinen Seitenplatten 7 eine Plattendicke Sroh auf. Mittels einer angedeuteten Frässpindel 9 wird das Fahrwerksbauteil 5 außenseitig an den Platten 7 auf ein Fertigmaß gefräst, d. h auf eine Gesamtlänge L ± Tol.fertig und auf eine Plattendicke Sfertig. Das Fahrwerksbauteil 5 liegt dabei über Auflagesockel 6 auf dem Maschinentisch 3. Damit eine Mindestplattenrestdicke erreicht wird, ist es erforderlich, dass beim Fräsvorgang an den beiden gegenüberliegenden Platten 7 des Fahrwerksbauteils 5 jeweils annähernd dieselbe Materialstärke abgetragen wird.
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Um dies zu gewährleisten, weist die Bearbeitungsvorrichtung gemäß der 1 eine Ausmittelungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf, wie sie in den 2 bis 5 dargestellt ist. Gemäß der 2 ist die Ausmittelungsvorrichtung nach dem Prinzip eines Watt'schen Gestänges mit einer ortsfest oberhalb des Maschinentisches 3 mittig angeordneten Drehscheibe 11 ausgebildet. Die Drehscheibe 11 ist um eine zur Vorrichtungsmittelachse 12 rechtwinklig angeordnete Drehachse 10 drehbar gelagert und an ihrem Außenumfang mit einem Drehanschlag 13 ausgebildet. Dieser kann mit entsprechenden Gegenanschlägen 15 in Anlage kommen, die in der 2 einen Drehwinkel φ der Drehscheibe 11 festlegen. Die Drehscheibe 11 weist an ihrer Stirnseite exzentrisch angeordnete Lagerstellen 17 auf, an denen jeweils einander gegenüberliegende Zentriergestänge 19 angelenkt sind. Jedes der Zentriergestänge 19 ist in der 2 in Anlage mit der Innenseite der gegenüberliegenden Platten 7 des Fahrwerksbauteils 5 dargestellt.
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In der 3 ist eines der Zentriergestänge 19 vergrößert dargestellt. Demzufolge ist das Zentriergestänge 19 mit einem Hebel 21 ausgebildet, der an seinen Enden jeweils mit einer der Lagerstellen 17 und einem Zentrierelement 23 verbunden ist. Dabei ist gemäß der 3 die Stange 21 über einen Drehzapfen 25 sowie eine Ringfeder 27 drehbar mit einem Anschlussstück 29 des Zentrierelements 23 in Verbindung. Das Anschlussstück 29 ist bis zu seinem Mittelflansch 31 in das hohlzylindrisch ausgebildete Zylinderelement 23 eingeschraubt. Dabei stützt sich das Zentrierelement 23 mittels des Mittelflansches 31 des Anschlussstückes 29 über eine Rückholfeder 33 an einer ortsfest vorgesehenen Lagerbuchse 34 ab.
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In der Lagerbuchse 34 ist das Zentrierelement 23 in Längsrichtung verschiebbar gehaltert. Ein Hubweg des Zentrierelements 23 ist begrenzt durch die zwischen den Anschlägen 15 zugelassene Drehbewegung der Drehscheibe 11. Durch den Mittelflansch 31 des Anschlussstücks 29 sowie durch einen Endflansch 35, der auf der gegenüberliegenden Seite am Zylinderelement 23 ausgebildet ist, ist das Zentrierelement 23 unverlierbar in der Lagerbuchse 34 gehaltert.
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Innerhalb des hohlzylindrischen Zentrierelements 23 ist gemäß der 3 ein langgestreckt ausgebildeter Zentrierkopf 37 in Längsrichtung verschiebbar gehaltert. Der Zentrierkopf 37 ist mit einer werkstücksinnenseitigen Zentrierfläche 42 und einem Ringanschlag 39 ausgebildet, der in einem Zylinderhohlraum des Zentrierelements 23 in Längsrichtung bewegbar ist. Der Ringanschlag 39 des Zentrierkopfs 37 wird in einer hier nicht dargestellten Ruhelage mittels einer Druckfeder 41 gegen eine innere Stirnseite 38 bzw. Schulter des Zylinderhohlraums des Zentrierelements gedrückt. In der 3 ist dagegen bereits der Einspannzustand gezeigt, in dem sich der Zentrierkopf 37 in Druckanlage mit der Seitenplatte 7 des Fahrwerksbauteils 5 befindet. In diesem Zustand ist der Zentrierkopf 37 in das Zentrierelement 23 gedrückt und der Ringanschlag um einen Abstand a von der inneren Stirnseite des Zentrierelements 23 beabstandet.
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Die innenseitigen Zentrierflächen 42 des Werkstücks liegen den Bearbeitungsflächen 44 an den Außenseiten der Seitenplatten 7 unmittelbar gegenüber. Dadurch stützen die Zentrierelemente 23 die Seitenwände 7 gegen ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug, z. B. die Frässpindel 9, ab.
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In der schematischen Darstellung gemäß der 4 ist die Ausmittelungsvorrichtung in ihrem Grund- bzw. Ruhezustand gezeigt. Demgemäß drückt die in der 4 nicht dargestellte Rückholfeder 33 als eine Übertotpunktfeder die Drehscheibe 11 mit ihrem Drehanschlag 13 gegen den unteren Gegenanschlag 15. In diesem Fall befinden sich die symmetrisch zueinander angeordneten, gleich langen Gestänge 19 in ihrem eingefahrenen Zustand. Im eingefahrenen Zustand kann beispielsweise das zu bearbeitende Werkstück 5 bzw. das Fahrwerksbauteil mit seinen in der 4 angedeuteten Seitenplatten 7 auf den Maschinentisch 3 abgelegt werden.
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Für einen Zentrier- und Einspannvorgang wird die Drehscheibe 11 gemäß der 4 in eine Arbeitsrichtung A im Uhrzeigersinn von ihrer ersten Drehposition I gemäß der 4 in ihre zweite Drehposition II gemäß der 5, und zwar entgegen der Rückholfederkraft der Rückholfeder 33, um einen Drehwinkel φ von ca. 35° verdreht. Der Antrieb hierzu kann manuell oder gesteuert mit Hilfe eines Drehantriebmotors erfolgen.
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Bei der Drehbewegung der Drehscheibe 11 in der Arbeitsrichtung A kommen zunächst die beiden gegenüberliegenden Zentrierköpfe 37 in Anlage mit den Innenseiten der Platten 7 des Fahrwerksbauteils 5. Dadurch wird das Fahrwerksbauteil 5 in seiner Längsrichtung gegenüber der Mittelachse 12 der Bearbeitungsvorrichtung 1 ausgerichtet. Die Druckfeder 41, die jeden der Zentrierköpfe 37 jeweils gegen die Innenseite der Platten 7 drückt, ist dabei mit einer derart hohen Federkonstante ausgebildet, dass der Zentrierkopf 37 beim Ausmitteln nahezu starr mit dem Zentrierelement 23 in Verbindung ist.
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Nach der erfolgten Ausmittelung des Fahrwerksbauteils 5 bewegt sich die Drehscheibe 11 weiter in der Arbeitsrichtung A, bis deren Drehanschlag 13 in Anlage mit dem oberen Gegenanschlag 15 kommt, wie in der 5 gezeigt ist. In diesem Zustand ist jeder der Zentrierköpfe 37 der Gestänge 19 gegen die jeweilige Platte 7 des Fahrwerksbauteils 5 gedrückt. Die Zentrierköpfe 37 sind in dem Einspannzustand um den Abstand a gemäß der 3 in das Zentrierelement 23 eingefahren.
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In der 6 ist die Ausmittelungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die symmetrische Gegenbewegung der beiden gegenüberliegenden Zentrierelemente 23 nicht mit Hilfe eines Watt'schen Gestänges, sondern über eine Zahnstangen-Ritzel-Koppelung. So ist jedes der Zentrierelemente 23 an seiner dem jeweiligen Zentrierkopf 37 gegenüberliegenden Ende mit einem Zahnstangenabschnitt 43 ausgebildet. Jeder der Zahnstangenabschnitte 43 ist umfangsseitig in Eingriff mit einem Ritzel 45, das über einen Antriebsmotor bzw. manuell angetrieben werden kann. So werden die beiden gegenüberliegenden Zentrierelemente 23 bei einem Antrieb des Ritzels 45 im Gegenuhrzeigersinn in ihre Ruhelage verbracht. Bei einem Antrieb des Ritzels im Uhrzeigersinn werden die Zentrierelemente 23 in Druckanlage mit dem jeweiligen Werkstück 5 gebracht. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfolgt zunächst eine Ausmittelung des Werkstücks 5 und bei einem weiteren Antrieb des Ritzels 45 im Gegenuhrzeigersinn das Einspannen des Werkstücks mittels der Zentrierelemente 23.