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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Herstellung zumindest eines Werkstücks, vorzugsweise
einer Platine für eine Uhr, aus einem flächigen
Rohling geringer Wandstärke.
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Derartige
Verfahren und Vorrichtungen, bei denen aus einem flächigen,
dünnen Rohling ein Werkstück hergestellt wird,
sind bekannt. Unter flächigen, dünnen Rohlingen
werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung solche Werkstücke
verstanden, deren Querabmaße mindestens zehnmal so groß sind
wie deren Dicke bzw. Wandstärke.
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Besondere
Probleme bereitet die Herstellung derartiger Werkstücke
deshalb, weil die Rohlinge extrem eben sein müssen bzw.
extrem eben eingespannt werden müssen, damit sie sich bei
der spangebenden Herstellung nicht verziehen oder verbiegen.
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Dieses
Problem tritt insbesondere bei der Herstellung von Platinen für
die Uhrenindustrie auf, denn diese Platinen weisen bei einem Durchmesser von
beispielsweise 30 oder 40 mm eine Enddicke von ca. 1 bis 2 mm auf
und werden aus runden Rohlingen mit einer Wandstärke von
ca. 3 mm gefertigt.
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Dieser
Rohling wird in der üblichen Weise in eine Vorrichtung
eingespannt, wobei dann die Taschen, Aussparungen, Bohrungen etc.
eingefräst oder sonst wie eingearbeitet werden, um die
einzelnen Teile der Uhr aufzunehmen. Die Platine muss dabei von
beiden Seiten sowie zumindest teilweise auch noch an ihrer umlaufenden
Stirnseite bearbeitet werden, die beispielsweise eine Stärke
von 1,5 mm aufweist.
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Ein
Beispiel für die Bearbeitung derartiger Platinen ist in
der
US 4,969,577 beschrieben,
wo mehrere Platinen übereinander mit einer Bodenplatte und
einer Deckelplatte zu einem Stapel verschraubt und dann bearbeitet
werden.
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Bei
anderen, der Anmelderin aus Anwendungen bei ihren Abnehmern bekannten
Vorrichtungen werden einzelne Ronden, also die kreisförmigen Rohlinge,
oder Rechtecke eingespannt, an der Oberseite bearbeitet, umgespannt
und an der Unterseite bearbeitet.
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Damit
der Rohling nach dem Wenden wieder lagerichtig in die bekannte Vorrichtung
eingespannt wird, sind in der Vorrichtung Passstifte und in dem Rohling
Referenzbohrungen vorgesehen. Auf diese Weise soll sichergestellt
werden, dass die auf der Vorderseite und der Oberseite der Platine
zu fertigenden Taschen und Aussparungen passgenau zueinander ausgerichtet
sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass durch dieses Umspannen
der Rohlinge gewisse Genauigkeitsprobleme auftreten, wenn die Passstifte
und Bohrungen nicht exakt symmetrisch zueinander angeordnet sind
und auf Umschlag zueinander passen.
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Die
Ronde weist dabei einen größeren Durchmesser auf
als die endgültige Platine, die nach der Beendigung des
Bearbeitungsvorganges noch über wenige Stege mit der außen
stehengebliebenen Ronde verbunden sind.
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Nachdem
diese Ronde mit der innen noch gehaltenen Platine fertig bearbeitet
und aus der Vorrichtung entnommen wurde, müssen die Platinen noch
aus dem stehen gebliebenen ringförmigen Rand herausgebrochen
werden, wobei die Bruchstellen dann noch nachzubearbeiten sind.
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Die
Bearbeitung derartiger flächiger Rohlinge mit geringer
Wandstärke zu Werkstücken erfolgt in Werkzeugmaschinen üblicher
Bauart, also beispielsweise in Fahrständermaschinen, wie
sie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind. Es ist bekannt,
dass in derartigen Werkzeugmaschinen sogenannte Vorrichtungen auf
die Werkstücktische aufgespannt werden, wobei diese Vorrichtungen
dann zum Einspannen der zu den Werkstücken zu bearbeitenden
Rohlinge dienen.
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Es
ist auch bekannt, statt eines Werkstücktisches eine sogenannte
Wiegenvorrichtung zu verwenden, die beispielsweise eine Wiegenplatte
aufweist, auf der unterschiedliche Vorrichtungen aufgeschraubt werden
können. Diese Wiegenvorrichtung stellt eine weitere Bearbeitungsachse
dar, sie ermöglicht das Schwenken der Vorrichtung und somit
des gehaltenen Rohlings um eine Längsachse, die üblicherweise
parallel zur x- oder y-Achse der Werkzeugmaschine ausgerichtet ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
mit der flächige Rohlinge geringer Wandstärke
auf schnelle und hochgenaue Weise zu Werkstücken verarbeitet
werden können.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art, die ein Unterteil, das eine erste plane Auflagefläche für
den Rohling und eine von der ersten Auflagefläche weg weisende
erste Außenseite aufweist, sowie ein auf das Unterteil
aufsetzbares und an diesem festlegbares Oberteil umfasst, das eine
zweite plane Auflagefläche für den Rohling und
eine von der zweiten Auflagefläche weg weisende zweite
Außenseite aufweist, wobei Oberteil und Unterteil den Rohling sandwichartig
zwischen der ersten und der zweiten Auflagefläche aufnehmen,
in dem Oberteil und/oder dem Unterteil eine sich von dessen Außenseite
zu dessen Auflagefläche erstreckende Arbeitsöffnung vorgesehen
ist, und die Arbeitsöffnung einen flächigen Bereich
eines aufgenommenen Rohlings zur Bearbeitung freigibt, und der Bereich
in seinen flächigen Abmaßen zumindest denen des
zu fertigenden Werkstücks entspricht.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen
gelöst.
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Durch
das sandwichartige Einspannen des Rohlings zwischen Oberteil und
Unterteil wird nämlich dafür gesorgt, dass auch
ein nicht ganz ebenere Rohling ”glattgezogen” wird,
so dass beim Ausdünnen des Rohlings zu dem Werkstück
ein ebenes Werkstück produziert werden kann.
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Durch
die Arbeitsöffnung hindurch kann das Werkstück
dann entweder durch das Oberteil oder durch das Unterteil hindurch
bearbeitet werden. Da die Arbeitsöffnung etwa der Größe
des zu fertigenden Werkstücks entspricht, wird der Rohling überall dort
eingespannt, wo er nicht bearbeitet werden muss. Dies gewährleistet
eine hochgenaue Bearbeitung.
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Üblicherweise
wird die Arbeitsöffnung geringfügig größer
sein als das zu fertigende Werkstück in seinen flächigen
Abmaßen, damit in derselben Aufspannung das Werkstück
auch bis auf einige wenige Stege bereits von dem Rohling getrennt,
also auch umfänglich bearbeitet werden kann.
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Das
Oberteil kann dabei entweder unmittelbar über bspw. Vorsprünge
oder Kante oder aber mittelbar über bspw. Referenz- oder
Passstifte an dem Unterteil festgelegt werden.
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Wenn
das Werkstück sowohl an der Unterseite als auch an der
Oberseite bearbeitet werden muss, ist es bevorzugt, wenn in dem
Unterteil eine erste Arbeitsöffnung und in dem Oberteil
eine zweite Arbeitsöffnung vorgesehen ist.
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Hier
ist von Vorteil, dass der Rohling nicht aus der Vorrichtung entnommen
und umgespannt werden muss, vielmehr muss lediglich die Vorrichtung
gewendet werden, was beispielsweise über eine Wiegenvorrichtung
erfolgen kann.
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Durch
den sandwichartigen Verbund zwischen Rohling, Oberteil und Unterteil
ergibt sich ein stabiler Verbund, der den Rohling gegen Durchbiegung
und Verschiebung schützt.
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Auf
diese Weise ist eine hochgenaue und schnelle Bearbeitung von flächigen,
dünnen Rohlingen zu noch dünneren Werkstücken
möglich, wie es aus dem Stand der Technik bisher nicht
bekannt war.
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Dabei
ist es nach Erkenntnis der Erfinder der vorliegenden Anmeldung möglich,
aus einem derartigen flächigen, dünnwandigen Rohling
mehrere Werkstücke, vorzugsweise Platinen, in einer Aufspannung zu
fertigen. Durch diese „Mehrfachspannung” werden
Werkzeugwechselzeiten eingespart, da mit einem Werkzeug mehrere
Werkstücke nacheinander bearbeitet werden können,
bevor das Werkzeug gewechselt werden muss.
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In
einem Ausführungsbeispiel werden dabei aus einem Rohling
vier Platinen gefertigt, die in einer Einspannung in die Vorrichtung
an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite sowie größtenteils
auch an ihrer Stirnfläche bearbeitet werden können.
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Da
der Rohling selbst an seiner Außenseite nicht bearbeitet
wird, ist mit der neuen Vorrichtung eine vollautomatisierte Fertigung
der Platinen möglich, denn der Rohling kann zunächst
mittels einer üblichen Greifervorrichtung auf das Unterteil
aufgelegt werden, woraufhin dann das Oberteil auf das den Rohling
tragende Unterteil aufgesetzt und an diesem festgelegt wird. Danach
erfolgt die beschriebene Bearbeitung des Rohlings zu mehreren Platinen.
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Nach
Beendigung dieser Bearbeitung wird zunächst das Oberteil
von dem Unterteil entfernt und dann der Rohling mittels der Werkstückwechselvorrichtung
(also des Greifers) wieder so ergriffen, wie bei dem Einlegen des
Rohlings.
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Der
Rohling kann dann beispielsweise auf einer Palette abgelegt werden.
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In
einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn an dem Unterteil erste
Haltemittel vorgesehen sind, um den Rohling auf der ersten planen
Auflagefläche an dem Unterteil festzulegen, wobei zusätzlich
oder alternativ an dem Oberteil zweite Haltemittel vorgesehen sein
können, um den Rohling auf der zweiten planen Auflagefläche
an dem Oberteil festzulegen.
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Durch
diese Maßnahme werden die Bearbeitungsgeschwindigkeit und
die Bearbeitungsgenauigkeit noch einmal erhöht, denn der
Rohling wird schon nach dem Auflegen auf das Unterteil so festgelegt, dass
er nicht verrutschen kann. Nach dem Aufsetzen des Unterteils bildet
sich dann ein sandwichartiger Verbund, bei dem zwischen Oberteil
und Rohling sowie zwischen Rohling und Unterteil jeweils eine haltende
Verbindung hergestellt ist.
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Zusätzlich
zur Orientierung und Ausrichtung über die ersten und zweiten
Haltemittel können an dem Oberteil und/oder Unterteil noch
Passstifte vorgesehen sein, die für eine passgenaue Lage
des Rohlings sowie von Oberteil und Unterteil zueinander sorgen.
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Da
der Rohling jetzt jedoch nicht mehr umgespannt werden muss, sind
die mit Passstiften und Umspannen üblicherweise verbundenen
Probleme beseitigt.
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Dabei
ist es weiter bevorzugt, wenn die ersten und/oder zweiten Haltemittel
Unterdruck erzeugende Ansaugmittel sind, die den Rohling an die
erste bzw. zweite Auflagefläche ansaugen.
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Bei
dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass der Rohling durch
die Ansaugmittel flächig auf den beiden Auflageflächen
festgelegt wird, was dafür sorgt, dass der Rohling sehr
eben ausgerichtet wird, so dass eine hochgenaue Bearbeitung von
dessen Oberseite und Unterseite gewährleistet ist.
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In
einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn die ersten Ansaugmittel
einen zur ersten Auflagefläche offenen ersten Unterdruckkanal
aufweisen, der die erste Arbeitsöffnung zumindest teilweise,
vorzugsweise vollständig umschließt, und/oder
wenn die zweiten Ansaugmittel einen zur zweiten Auflagefläche
offenen zweiten Unterdruckkanal aufweisen, der die zweite Arbeitsöffnung
zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umschließt.
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Durch
den oder jeden Unterdruckkanal wird auf einfache Weise ein vollflächiges
Ansaugen des Rohlings an die erste bzw. zweite Auflagefläche
gewährleistet, so dass auf technisch einfache Weise für eine
gute und zuverlässige Festlegung des Rohlings zwischen
Oberteil und Unterteil gesorgt wird.
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Die
Unterdruckkanäle können dabei ganz oder teilweise
als Taschen ausgebildet sein, die für ein großflächiges
Ansaugen der Rohlinge auf die Auflageflächen sorgen.
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Allgemein
ist es dabei bevorzugt, wenn bei aufgenommenem Rohling der erste
und der zweite Unterdruckkanal einander etwa gegenüberliegen.
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Bei
dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass sich sozusagen ein
geschlossener Kraftfluss ergibt, der Rohling wird in den selben
Bereichen sowohl gegen die erste als auch gegen die zweite Auflagefläche
gesogen, so dass der Rohling durch die Ausübung des Unterdruckes
nicht verzogen sondern hocheben ausgerichtet wird.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn der erste und/oder der zweite Unterdruckkanal
durch Dichtmittel zumindest gegenüber der entsprechenden
Arbeitsöffnung abgedichtet ist, wobei die Dichtmittel vorzugsweise
Dichtringe oder Dichtbänder umfassen, wobei weiter vorzugsweise
der erste und/oder der zweite Unterdruckkanal von zwei Dichtringen oder
Dichtbändern eingefasst ist.
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Bei
diesen Maßnahmen ist von Vorteil, dass das Ansaugen des
Rohlings an die Auflageflächen noch effizienter erfolgt,
weil durch die Dichtringe bzw. Dichtbänder verhindert wird,
dass Luft durch die Arbeitsöffnung bzw. von außen
nachströmt, was die dichtende Anlage beeinträchtigen
könnte. Die Dichtbänder lassen sich dabei an Unterdrucktaschen
verschiedener Konturen anpassen.
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Allgemein
ist es noch bevorzugt, wenn die erste und/oder zweite Arbeitsöffnung
sich von der jeweiligen Auflagefläche ausgehend konisch
zu der jeweiligen Außenseite hin erweitert.
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Diese
Maßnahme ist im Hinblick auf eine hochgenaue und schnelle
Bearbeitung von Vorteil, denn sie ermöglicht die Verwendung
von sehr kurz eingespannten Werkzeugen. Bei der Bearbeitung von
Platinen für die Uhrenherstellung sind – wie bereits
gesagt – die fertig bearbeiteten Werkstücke nur ca.
1 bis 2 mm dick und weisen einen Durchmesser von beispielsweise
ca. 30 oder 40 mm auf, so dass die Bearbeitungswerkzeuge selbst
Durchmesser im Bereich von 1 mm aufweisen müssen.
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Um
mit diesen Werkzeugen hochgenau und schnell arbeiten zu können,
müssen sie sehr kurz eingespannt werden, so dass die Gefahr
besteht, dass die Stirnseite des Werkzeughalters, in den die Werkzeuge
eingespannt sind, mit dem Oberteil bzw. Unterteil kollidiert. Durch
die sich konisch öffnende Arbeitsöffnung wird
erfindungsgemäß Platz für das Eintauchen
des Werkzeughalters in die Arbeitsöffnung geschaffen, wobei
andererseits die Arbeitsöffnung im Bereich des Rohlings
einen geringeren Durchmesser aufweist, so dass dort der Rohling
mit maximaler Flächenabdeckung zwischen dem Oberteil und
dem Unterteil eingespannt werden kann.
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Allgemein
ist es noch bevorzugt, wenn das Unterteil an einer Wiegenvorrichtung
befestigt ist, wobei das Unterteil vorzugsweise auf einer Wiegenplatte
der Wiegenvorrichtung befestigt ist, und wobei in der Wiegenplatte
zumindest ein Durchlass vorgesehen ist, der größere
Querabmaße aufweist als die erste Arbeitsöffnung
in der ersten Außenseite.
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Durch
diese Maßnahme, also die Aufnahme des Rohlings in einer
4. Achse, wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit und Bearbeitungsgenauigkeit noch
einmal erhöht, denn die Vorrichtung selbst muss nicht umgespannt
werden, sondern wird nach der Bearbeitung der einen Seite über
die Wiegenvorrichtung lediglich um 180° geschwenkt, so
dass dann die andere Seite des Rohlings bzw. des Werkstücks, also
der Platine, bearbeitet werden kann. Damit ermöglicht diese
Maßnahme die Bearbeitung des Rohlings an vier Seiten in
einer einzigen Aufspannung.
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Bei
dem Einrichten einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von flächigen
Rohlingen mit Hilfe der neuen Vorrichtung ist es somit nur einmal
erforderlich, die Achsen hochgenau zueinander auszurichten. Durch
das Schwenken der Vorrichtung werden dann keine zusätzlichen
Ungenauigkeiten hervorgerufen, wie sie beim Umspannen der Vorrichtung,
erst recht aber beim Umspannen des Rohlings, zwangsweise auftreten.
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Der
in der Wiegenplatte vorgesehene Durchlass mit größeren
Querabmaßen als die Arbeitsöffnung in der Außenseite
des Unterteils verhindert die Kollision des Werkzeughalters mit
der Wiegenplatte, so dass auch hier mit kurz eingespannten Werkzeugen
gearbeitet werden kann.
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Allgemein
ist es dann noch bevorzugt, wenn das Oberteil einen umlaufenden
Rand aufweist, der das Unterteil übergreift.
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Auch
diese Maßnahme erhöht das sichere Einspannen des
Rohlings zwischen Oberteil und Unterteil, denn der umlaufende Rand
orientiert das Oberteil zusätzlich gegenüber dem
Unterteil. Auf diese Weise wird beispielsweise dafür gesorgt,
dass die erste und die zweite Arbeitsöffnung einander unmittelbar
gegenüberliegen, wobei zusätzlich dafür
gesorgt wird, dass auch die Unterdruckkanäle einander gegenüberliegen,
so dass auf einen eingespannten Rohling in den gleichen Flächenbereichen
Kraft nach oben und nach unten ausgeübt wird. Der Kraftfluss
ist also geschlossen, was ein Verbiegen des Rohlings verhindert.
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Der
umlaufende Rand erhöht dabei die Biegesteifigkeit des Oberteils,
was ebenfalls dazu beiträgt, dass der Rohling sich beim
Einspannen nicht verbiegt oder verzieht.
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Wenn
ein Oberteil mit das Unterteil übergreifendem, umlaufenden
Rand verwendet wird, ist es nicht zwingend erforderlich, zusätzliche
Passstifte zu verwenden, um Oberteil, Unterteil und Rohling bei der
ersten Aufspannung zueinander auszurichten, wobei dies die Genauigkeit
weiter erhöhen kann.
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In
einer Weiterbildung ist es dann noch bevorzugt, wenn in dem Rand
zumindest eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die einen
Randbereich eines aufgenommenen Rohlings zur Bearbeitung freigibt.
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Bei
dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass der Rand des Werkstücks,
also der Platine, nicht nur ausgefräst sondern stirnseitig
auch in großen Umfangsbereichen bearbeitet werden kann,
sowie auch zwei oder mehr gegenüberliegende Durchgangsöffnungen
vorgesehen sein können.
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Wenn
die Werkzeugmaschine einen Schwenkkopf aufweist, lassen sich in
diese Stirnseite des umlaufenden Randes der Platine auch schräge Bohrungen
und Taschen einbringen.
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Allgemein
ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung zur Herstellung von vier
Platinen aus einem Rohling verwendet wird, wobei in dem Oberteil und/oder
dem Unterteil dazu vier nebeneinander liegende Arbeitsöffnungen
vorgesehen sind.
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Vor
dem Hintergrund der obigen Ausführungen betrifft die vorliegende
Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines
Werkstücks, vorzugsweise einer Platine für eine
Uhr, aus einem flächigen Rohling geringer Wandstärke,
mittels der neuen Vorrichtung, mit den Schritten:
- – Auflegen
des Rohlings auf das Unterteil,
- – Festlegen des Rohlings auf dem Unterteil,
- – Aufsetzen des Oberteils auf das den Rohling tragende
Unterteil,
- – Festlegen des Rohlings an dem Oberteil,
- – Bearbeiten einer ersten Seite des Rohlings durch
die zumindest eine Arbeitsöffnung, wobei die Vorrichtung
in Grundstellung ist,
- – Umspannen von Rohling oder Vorrichtung oder Schwenken
der Vorrichtung aus der Grundstellung, vorzugsweise um 180°,
- – Bearbeiten einer zweiten Seite des Rohlings durch
die zumindest eine oder die andere Arbeitsöffnung,
- – Freigeben des Rohlings von dem Oberteil und/oder
dem Unterteil, Auseinandernehmen von Oberteil und Unterteil, Entnehmen
des Rohlings mit dem darin noch über Stege gehaltenen Werkstück
von dem Unterteil oder dem Oberteil.
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Bei
diesen Fertigungsverfahren sind die oben bereits diskutierten Vorteile
realisiert. Der Rohling wird zwischen Oberteil und Unterteil eingespannt,
woraufhin die erste Seite des Rohlings durch eine Arbeitsöffnung
im Oberteil oder Unterteil bearbeitet wird. Danach wird entweder
der Rohling oder die Vorrichtung umgespannt, wobei bei Verwendung einer
Wiegenvorrichtung die Vorrichtung lediglich aus der Grundstellung
um 180° zu schwenken ist, bevor die zweite Seite des Rohlings
durch eine Arbeitsöffnung hindurch bearbeitet werden kann.
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Danach
wird der Rohling von dem Oberteil oder dem Unterteil freigegeben,
bevor Oberteil und Unterteil voneinander getrennt werden. Der Rohling wird
dabei entweder an dem Oberteil oder dem Unterteil gehalten und kann
anschließend entnommen werden.
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Bei
diesem Verfahren ist es bevorzugt, wenn der Rohling durch Anlegen
von Unterdruck an dem Unterteil und/oder dem Oberteil festgelegt
wird.
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Wie
bereits erwähnt, weist diese Maßnahme den Vorteil
auf, dass der Rohling extrem eben angelegt wird, so dass eine hochgenaue
Bearbeitung möglich ist.
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An
die Unterdruckkanäle kann bei der Entnahme des Rohlings Überdruck
angelegt werden, so dass der Rohling leicht von den Auflageflächen
abgehoben wird, was die Entnahme erleichtert und ein Verbiegen des
fertig bearbeiteten Werkstücks verhindert, das sonst ggf.
an den Auflageflächen „festkleben” könnte.
Im Zusammenhang mit dem Freigeben des Rohlings wird daher vorzugsweise Überdruck eingesetzt,
der Rohling wird also durch Anlegen von Überdruck von dem
Unterteil und/oder dem Oberteil freigegeben.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung gegenüber der Grundstellung
um 90° geschwenkt und das Werkstück an seiner
dessen erste und zweite Seite verbindenden Stirnseite bearbeitet
wird.
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Bei
dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass der Rohling nicht
nur auf seinen flächigen Ober- und Unterseiten sondern
ebenfalls an der Stirnseite bearbeitet werden kann, so dass eine
Nachbearbeitung des Werkstücks nach dem Ausbrechen aus
dem Rohling nahezu vollständig vermieden werden kann, es
müssen lediglich noch die Bruchstellen der Stege nachgeschliffen
werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils
angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 in
schematischer Vorderansicht eine Prinzipskizze einer Werkzeugmaschine
mit einer Wiegenvorrichtung, auf der die neue Vorrichtung aufgespannt
ist;
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2 in
einer schematischen Explosionszeichnung die neue Vorrichtung aus 1 mit
zwischen Oberteil und Unterteil liegendem Rohling, in einem Schnitt
längs der Linie II-II aus 3;
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3 eine
Draufsicht auf das Oberteil aus 2, gesehen
in Richtung der Pfeile III-III aus 2;
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4 eine
Draufsicht auf ein Oberteil zur Herstellung von vier Platinen aus
einem Rohling, gesehen längs der Pfeile IV-IV aus 2;
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5 eine
Draufsicht auf einen Rohling mit vier bearbeiteten Platinen, die
noch über Stege an dem Rohling gehalten sind;
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6 in
einer Ansicht wie in 3 eine ausschnittsweise Darstellung
eines zweiten Ausführungsbeispieles des Oberteiles; und
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7 in
einer Ansicht wie in 3 eine ausschnittsweise Darstellung
eines dritten Ausführungsbeispieles des Oberteiles.
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In 1 ist
mit 10 eine Werkzeugmaschine bezeichnet, die lediglich
schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt ist.
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Die
Werkzeugmaschine 10 weist einen Spindelkopf 11 auf,
in dem eine Arbeitsspindel 12 gelagert ist, die einen Werkzeughalter 14 trägt,
in den in der üblichen Weise ein Werkzeug 15 eingespannt
ist.
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Die
Werkzeugmaschine 10 ist eine Fahrständermaschine,
bei der der Spindelkopf 11 gegenüber einem bei 16 angedeuteten
Werkstücktisch oder Untergestell in den drei Koordinaten
x, y und z verfahrbar ist, wie dies durch ein Koordinatensystem 17 angedeutet
ist. Hier sind also alle drei Achsen im Werkzeug angeordnet.
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Es
kann jedoch auch eine andere Aufteilung der Achsen zwischen Werkstück
und Werkzeug gewählt werden, wie es bspw. in einer Kreuztischmaschine
der Fall ist, wo zwei Achsen im Werkstück und eine Achse
im Werkzeug angeordnet sind.
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Im
vorliegenden Fall ist auf dem Untergestell 16 eine Wiegenvorrichtung 18 angeordnet,
die zwei Böcke 19 umfasst, an denen um die x-Achse schwenkbar
eine Wiegenplatte 21 befestigt ist. Die Schwenkbarkeit
wird durch einen Pfeil 22 in 1 angedeutet.
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Auf
der Wiegenplatte 21 ist eine Vorrichtung 23 befestigt,
die zur Bearbeitung von flächigen Werkstücken
geringer Wandstärke ausgelegt ist.
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In
an sich bekannter Weise ist der Spindelkopf 11 als Schwenkkopf
ausgestaltet, er kann um die y-Achse geschwenkt werden, was durch
einen Pfeil 24 angedeutet ist.
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Durch
die gewählte Konstruktion kann mit dem Werkzeug 15 an
verschiedenen Stellen eines in die Vorrichtung 23 in noch
zu beschreibender Weise eingespannten Rohlings eine spanabhebende
Bearbeitung, beispielsweise ein Fräsen oder Bohren, durchgeführt
werden, wobei aufgrund des Schwenkkopfes auch schräge Bohrungen
möglich sind.
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Da
die Vorrichtung an einer Wiegenvorrichtung 18 befestigt
ist, lässt sich durch Schwenken der Wiegenplatte 21 auch
eine Rückseitenbearbeitung durchführen, wozu in
der Wiegenplatte 21 ein bei 25 angedeuteter Durchlass
vorgesehen ist, durch den das Werkzeug 15 hindurch den
Rohling 34 bearbeiten kann, wie dies jetzt im Detail im
Zusammenhang mit der 2 beschrieben wird.
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In 2 ist
die Vorrichtung 23 in einer Explosionsdarstellung gezeigt,
wobei die Vorrichtung längs der Linie II-II aus 3 geschnitten
dargestellt ist.
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Die
Vorrichtung 23 umfasst ein auf der Wiegenplatte 21 befestigtes
Unterteil 26 sowie ein darüber dargestelltes Oberteil 27,
das einen das Oberteil 27 versteifenden, umlaufenden Rand 28 aufweist, der
beim Aufsetzen des Oberteils 27 auf das Unterteil 26 dieses übergreift.
An dem Oberteil 27 sind zwei schwenkbare Riegel 29 vorgese hen,
die nach dem Aufsetzen des Oberteils 27 auf das Unterteil 26 in entsprechende
Ausnehmungen 31 eingreifen, die am Unterteil 26 vorgesehen
sind.
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Auf
dem Unterteil 26 sind noch zwei Passstifte 32 zu
erkennen, die in entsprechende Bohrungen 33 innen im Oberteil 27 eingreifen.
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Auf
diese Weise können Unterteil 26 und Oberteil 27 passgenau
zueinander angeordnet und miteinander verriegelt werden.
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Zwischen
Oberteil 27 und Unterteil 26 ist schematisch ein
flächiger Rohling 34 geringer Dicke zu erkennen,
aus dem ein bei 35 angedeutetes Werkstück gefertigt
wurde, das über Stege 36 noch mit dem Rohling 34 verbunden
ist.
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In
dem Rohling 34 sind zwei Durchgangsbohrungen 37 zu
erkennen, über die der Rohling 34 über
die Passstifte 32 auf dem Unterteil 26 orientiert wird.
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Beim
Auflegen auf das Unterteil 26 kommt der Rohling 34 auf
einer Auflagefläche 38 des Unterteils 26 zu
liegen. Mit seiner von der Auflagefläche 38 weg
weisenden Außenseite 39 liegt das Unterteil 26 auf
der Wiegenplatte 21 auf und ist dort in geeigneter Weise
befestigt.
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Wenn
der Rohling 34 auf das Unterteil 26 aufgelegt
wurde, wird das Oberteil 27 aufgesetzt, wodurch das Oberteil 27 mit
seiner Auflagefläche 41 auf dem Rohling 34 zu
liegen kommt. Mit seiner von der Auflagefläche 41 weg
weisenden Außenseite 42 weist das Unterteil 26 dann
nach oben.
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In
dem Unterteil 26 ist eine Arbeitsöffnung 43 vorgesehen,
die sich von der Auflagefläche 38 zur Außenseite 39 hin
zunächst konisch erweitert und dann in einen zylindrischen
Abschnitt 44 übergeht, der in der Ebene der Außenseite 39 eine
geringere Fläche aufweist als der Durchlass 25 in
der Wiegenplatte 21.
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In
entsprechender Weise ist in dem Oberteil 27 eine Arbeitsöffnung 45 vorgesehen,
die sich von der Auflagefläche 41 zu der Außenseite 42 erstreckt und
sich zur Außenseite 42 hin konisch erweitert.
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In
der Auflagefläche 38 bzw. 41 weisen die Arbeitsöffnungen 43 bzw. 45 einen
Durchmesser 46 bzw. 47 auf, der größer
ist als der Durchmesser 48 des Werkstücks 35.
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Auf
diese Weise geben die Arbeitsöffnungen 43 und 45 einen
flächigen Bereich des Rohlings 34 frei, aus dem
das Werkstück 35 gearbeitet werden kann.
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Wegen
der konischen Ausgestaltung der Arbeitsöffnungen 43 und 45 kann
der Werkzeughalter 14 teilweise in die Arbeitsöffnungen 43 und 45 eindringen,
so dass das Werkzeug 15 den Rohling 34 über
den gesamten Durchmesser 46 bzw. 47 bearbeiten
kann, ohne dass die Gefahr der Kollision zwischen Unterteil 26 bzw.
Oberteil 27 und Werkzeughalter 14 besteht, auch
wenn das Werkzeug 15 sehr kurz eingespannt ist.
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Nachdem
der Rohling 34 beispielsweise durch die Arbeitsöffnung 45 hindurch
an seiner ersten Seite 49 bearbeitet wurde, wird die gesamte
Vorrichtung 23 mit dem sandwichartig eingespannten Rohling 34 um
180° verschwenkt, so dass der Rohling 34 jetzt
an seiner zweiten Seite 51 durch die Arbeitsöffnung 43 hindurch
bearbeitet werden kann. In 2 ist zu
erkennen, dass der Durchlass 25 in der Wiegenplatte 21 größer
ist als die Arbeitsöffnung 43 in der Außenseite 39.
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Damit
der Rohling 34 bzw. das Werkstück 35 auch
an seiner die erste und die zweite Seite 49 und 51 verbindenden
Stirnseite 52 bearbeitet werden kann, ist in dem umlaufenden
Rand 28 des Oberteils 27 eine Durchgangsöffnung 53 vorgesehen,
durch die das Werkzeug 15 hindurch den eingespannten Rohling 34 bearbeiten
kann, wenn die Vorrichtung 23 um 90° aus der in 2 gezeigten
Grundstellung verschwenkt wird.
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Um
den Rohling 34 plan und fest auf den Auflageflächen 38 und 41 festzulegen,
sind in dem Unterteil 26 sowie dem Oberteil 27 Haltemittel 54 und 55 vorgesehen,
die jeweils auf den Rohling 34 einen Unterdruck ausüben,
ihn also an die Auflagefläche 38 bzw. 41 ansaugen.
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Diese
Haltemittel oder auch Ansaugmittel 54, 55 umfassen
jeweils einen Unterdruckkanal 56 bzw. 57, der
die jeweilige Arbeitsöffnung 43 bzw. 45 umschließt.
Von den Unterdruckkanälen 56 bzw. 57 gehen
Anschlusskanäle 58 bzw. 59 zu Oliven 61 bzw. 62,
die am Oberteil 27 bzw. Unterteil 26 angeordnet sind
und dem Anschluss der Unterdruckkanäle 56 bzw. 57 an
eine geeignete Unterdruck- oder Vakuumquelle dienen.
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Die
Unterdruckkanäle 56 und 57 sind jeweils von
zwei umlaufenden Dichtringen 63 bzw. 64 eingefasst,
so dass bei Anlegung eines entsprechenden Unterdrucks der Rohling 34 sowohl
auf die Auflagefläche 38 als auch auf die Auflagefläche 41 gesogen und
dort festgehalten wird.
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Auf
diese Weise ergibt sich eine passgenaue Anordnung des Rohlings 34 auf
Unterteil 26 und Oberteil 27, wobei ebenfalls
für eine plane Anlage von Oberteil 27, Rohling 34 und
Unterteil 26 nach Art eines Sandwichs gesorgt wird. Dieser
Verbund gibt dem Rohling 34 eine hohe Stabilität
und sorgt für eine ebene Plananlage, so dass aus großflächigen
aber dünnen Rohlingen 34 noch dünnere
Werkstücke 35 gefertigt werden können,
die hocheben sind.
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Die
Anordnung ist dabei so getroffen, dass die beiden Unterdruckkanäle 56 und 57 einander
gegenüberliegen, so dass eine Art geschlossener Kraftschluss
entsteht, wenn der Rohling 34 sandwichartig zwischen Unterteil 26 und
Oberteil 27 aufgenommen wird. Auch dies sorgt dafür,
dass der Rohling 34 nicht verbogen sondern eben gehalten
wird.
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In 3 ist
eine Ansicht des Oberteils 27 aus Richtung der Pfeile III-III
in 2 gezeigt.
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Es
ist zu erkennen, dass die Dichtringe 64 sowie der Unterdruckkanal 57 die
Arbeitsöffnung 45 vollständig umgeben,
sodass der Unterdruckkanal 57 sowohl zur Arbeitsöffnung 45 hin
als auch zur Auflagefläche 41 hin abgedichtet
ist.
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Ferner
ist in 3 zu erkennen, dass in dem Rand 28 zwei
Durchgangsöffnungen 53 vorgesehen sind, so dass
ein Werkzeug durch die Durchgangsöffnung 53 hindurch
ein Werkstück 35 von zwei Stirnseiten her bearbeiten
kann.
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Der
gesamte Bearbeitungsvorgang erfolgt jetzt so, dass zunächst
ein Rohling 34 auf die Passstifte 32 aufgefädelt
und auf die Auflagefläche 38 des Unterteils 26 aufgelegt
wird. Daraufhin wird der Rohling 34 dort durch Anlegen
von Unterdruck an die Olive 61 an die Auflagefläche 38 angesaugt.
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Danach
wird das Oberteil 27 aufgesetzt und verriegelt, woraufhin
Unterdruck an die Olive 62 angelegt wird, so dass Oberteil 27,
Werkstück 35 und Unterteil 26 einen festen
Verbund bilden, der das Werkstück 35 plan ausgerichtet
hält.
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Der
Rohling 34 wird dann an seiner ersten Seite 49 bearbeitet.
Daraufhin wird die Vorrichtung 23 um 180° geschwenkt,
und der Rohling 34 wird an seiner zweiten Seite 51 bearbeitet.
Daraufhin wird der Rohling um 90° geschwenkt, so dass durch
die erste Durchgangsöffnung 53 hindurch ein Teil
der Stirnseite 52 des Rohlings 34 bearbeitet werden
kann. Nach erneutem Schwenken um 180° lässt sich
dann durch die gegenüberliegende Durchgangsöffnung 53 ein weiterer
Randbereich des Rohlings 34 bzw. des Werkstücks 35 bearbeiten.
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Danach
wird die Vorrichtung 23 noch einmal um 90° geschwenkt,
woraufhin zunächst das Oberteil 27 und dann der
Rohling 34 mit bearbeitetem Werkstück 35 entnommen
werden. Um den so bearbeiteten Rohling 34 mit den nun sehr
filigranen Werkstücken 35 schonend, also ohne
Gefahr der Verbiegung, von den Auflageflächen 38, 41 abheben
zu können, wird durch die Oliven 61, 62 Luft
eingeblasen und dadurch ein geringer Unterdruck ausgeübt,
der den Rohling 34 anhebt.
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In
die Oliven 61, 62 eingeblasene Luft dient auch
zur Reinigung der diversen Kanäle.
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In
den 2 und 3 ist ein Oberteil 27 zur Bearbeitung
von lediglich einem Werkstück 35 aus einem Rohling 34 gezeigt,
es ist aber auch möglich, aus einem Rohling 34 mehrere
Werkstücke 35 gleichzeitig zu bearbeiten, wozu
in dem Oberteil 27 dann beispielsweise vier Arbeitsöffnungen 45 nebeneinander
angeordnet sind, wie dies schematisch in 4 gezeigt
ist. Selbstverständlich sind in einem entsprechenden Unterteil 26 dann
auch vier Arbeitsöffnungen 43 vorgesehen, wobei
die Wiegenplatte 21 dann ebenfalls vier Durchlässe 25 benötigt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dies nicht
gezeigt.
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Ein
mit einer derartigen Vorrichtung 23 bearbeiteter Rohling 34 ist
schematisch in 5 dargestellt. Es ist zu erkennen,
dass aus dem Rohling 34 insgesamt fünf Werkstücke 35 bearbeitet
wurden, die beispielsweise Platinen für Uhren sein können.
Die Werkstücke 35 sind auch an ihrer Umfangsseite
bereits bearbeitet, sie sind lediglich noch über einige Stege 36 mit
dem Rohling 34 verbunden.
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Obwohl
die Werkstücke 35 jetzt filigran bearbeitet wurden,
was durch die Ausnehmungen, Durchgangsöffnungen und Einschnitte
in 5 lediglich angedeutet ist, kann der Rohling 34 selbst
außen über einen bei 65 angedeuteten
Greifer erfasst werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die bearbeiteten
Werkstücke 35 beschädigt werden.
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Auf
diese Weise ist es möglich, einen Rohling 34 zunächst
mit Hilfe des Greifers 65 automatisch auf ein Unterteil 26 aufzusetzen
und ihn nach Bearbeitung auch automatisch wieder zu entfernen.
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Die
Fläche des in 3 gezeigten Unterdruckkanals 57 ist
ggf. zu gering, um den Rohling 34 auf der Anlagefläche 41 mit
hinreichender Kraft halten zu können, weshalb die Unterdruckkanäle 57 auch
mit oder als Taschen ausgebildet sein können, die eine
größere Fläche bereitstellen, über
die auf den Rohling Unterdruck ausgeübt werden kann.
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In
den 6 und 7 sind zwei Ausführungsbeispiele
für Oberteile 27 in der Ansicht der 3 ausschnittsweise
dargestellt.
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In
dem Beispiel gemäß 6 sind Unterdrucktaschen 66 vorgesehen,
die außen von Dichtbändern 67 umgeben
sind und zwischen den Arbeitsöffnungen 45 liegen,
die sie teilweise umschließen. Die Arbeitsöffnungen 45 benötigen
hier keine eigenen Dichtringe. Die Unterdrucktaschen 66 weisen eine
geringe Breite zwischen den Rändern 28 auf, sie sind
als in dieser Richtung schmal ausgebildet.
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In
dem Beispiel gemäß 7 ist eine
Unterdrucktasche 68 vorgesehen, die zwei oder mehr Arbeitsöffnungen 45 vollständig
umgibt und außen von einem Dichtband 69 umgeben
ist. Die Arbeitsöffnungen 45 sind hier wieder
je von einem Dichtring 64 umgeben. Die Unterdrucktasche 68 bietet
eine noch größere Fläche für
die Ausübung des Unterdrucks erfordert aber zwischen den
Rändern 28 mehr Raum, ist also breiter.
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Entsprechende
Unterdrucktaschen 66, 68 können auch
in dem Unterteil 26 vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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