DE60004391T2

DE60004391T2 - Werkstückhalter und verfahren zum halten eines werkstückes

Info

Publication number: DE60004391T2
Application number: DE60004391T
Authority: DE
Inventors: Paul Stephen Preston HELM; Arthur Brian Nelson HOGGATT; Brian Preston MOORE
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: DE60004391D1; AU1041601A; GB9925610D0; ES2203525T3; WO2001030540A1; EP1235665B1; US20010020762A1; EP1235665A1; JP2003512190A; US6598866B2; JP3638556B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkstückhalter zur Halterung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (vergleiche z.B. US-A-5249785 ) und insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf einen Werkstückhalter zur Halterung eines Werkstücks während einer spanabhebenden Bearbeitung oder einer Schneidbearbeitung. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halters für ein Werkstück oder eine Anzahl von Werkstücken unterschiedlicher Profile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Es gibt zahlreiche Anwendungen, wo es erforderlich ist, ein Werkstück oder eine Reihe von Werkstücken unterschiedlichen Profils während einer spanabhebenden Bearbeitung oder einer Schneidbearbeitung zu haltern. Beispielsweise besteht die Außenhaut der Vorderkante eines typischen kommerziellen Flugzeugtragflügels aus ungefähr einem Dutzend Abschnitten, die eine gleiche allgemeine Form haben, aber ein unterschiedliches detailliertes Profil. Bei einem bestehenden Vorschlag wird ein Blechelement einer Streckverformung über einer Streckform ausgesetzt, die das erforderliche dreidimensionale Profil aufweist. Nach dieser anfänglichen Verformung wird die Komponente, d. h. das zu fertigende Teil, aus der streckverformten Blechaußenhaut ausgeschnitten. Die Streckverformung und das Ausschneiden umfassen sechs unterschiedliche Stufen, wie dies in den 1(a) bis 1(f) der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist. Zunächst werden die Ränder 12 der Außenhaut 10 in den Backen einer Streckformmaschine eingespannt und dann um das Profil herum streckverformt, um die erforderliche Form zu erzeugen. Obgleich in dieser Herstellungsstufe das Gesamtprofil der Außenhaut bereits hergestellt ist, muss die Komponente selbst noch aus der streckverformten Außenhaut ausgeschnitten werden, wobei z.B. eine CNC-Schneidmaschine benutzt wird. Dabei ist es wichtig, dass die Außenhaut genau an Ort und Stelle fixiert wird, bevor die Schneidbearbeitung durchgeführt wird. Demgemäß wird während des Schrittes 2 der streckverformte Überschuss entfernt, und es werden Hilfslöcher 14 in den gegenüberliegenden Rändern des Werkstücks 10 eingebohrt, die dann vergrößert werden, um Lagebestimmungsmittel oder Klemmlöcher für die Komponente zu bilden. In den Schritten 3 und 4 wird das getrimmte Werkstück 10 einer Schneidmontagevorrichtung 16 zugeführt, die eine Reihe von manuell betätigbaren Kniehebelklemmen 18 aufweist, die in die Klemmlöcher 14 der Komponente eingreifen und das Werkstück genau ausgerichtet auf der Schneidmontagevorrichtung 16 festklemmen. Dann wird das Profil ausgeschnitten, wobei an den Schnittstellen Verbindungsstege 20 verbleiben. Im Schritt 5 wird das Werkstück 10 aus der Schneidmontagevorrichtung 16 entnommen, und im Schritt 6 wird die Komponente völlig ausgeschnitten und am Werkstück 10 werden die Ansätze der Verbindungsstege abgetrennt, und es erfolgt eine Entgratung.
Dieses bekannte Verfahren weist verschiedene Nachteile auf. Es erfordert eine getrennte speziell angepasste Montagevorrichtung und manuell zu bedienende Klemmen für jeden der verschiedenen Profilabschnitte des Flugzeugtragflügels. Bei einem typischen Beispiel können dreizehn unterschiedliche Profile für jeden Tragflügel erforderlich sein. Dies ergibt insgesamt sechsundzwanzig symmetrische und gegenüberliegende Schneidmontagevorrichtungen. Dies erfordert einen beträchtlichen Kapitalaufwand für jede Montagevorrichtung und beträchtliche Probleme bezüglich der Lagerhaltung.
Nach der Streckverformung werden zwei Werkzeuglöcher eingebohrt, und der Klemmrand 12 oder die "Flansche" müssen entfernt werden, bevor die spanabhebende Endbearbeitung erfolgen kann. Um das Festklemmen und die genaue Lage des Werkstücks zu unterstützen, müssen zahlreiche Komponenten-Klemmlöcher in jede der gegenüberliegenden Seitenränder des Werkstücks eingebohrt werden. Weil das Werkstück 10 auf der Schneidmontagevorrichtung 16 durch eine nicht selektive Befestigung gehalten wird (d.h. durch die Knebelklemmen 18), ist es notwendig, über den Umfang der Komponente Verbindungsstege zu belassen, um die Komponente in der richtigen Orientierung zu halten und um die Klemmkräfte, die auf die Komponente wirken, aufrecht zu erhalten. Dann müssen die Verbindungsstege durch Handfräsen entfernt werden, was zu den Verfahrensschritten hinzu kommt.
Die EP-A-0179957 beschreibt eine Vorrichtung zur Halterung konturierter Werkstücke, die eine Gitteranordnung von Federstreifen aufweist, von denen jeder eine Reihe von Saugnäpfen trägt, die von den Streifen vorstehen, um das Werkstück durch Unterdruck zu haltern. Bei dieser Anordnung wird das Werkstück in einem Abstand von den Gitterstreifen getragen, was bedeutet, dass das Werkstück nicht gesondert von den Saugnäpfen getragen wird. Diese Halterung mit nur im Abstand angeordneten Punktbereichen kann während der spanabhebenden Bearbeitung eine unzureichende Abstützung bewirken, was zu einer Vibration und zu Ungenauigkeiten der spanabhebenden Bearbeitung führt. Auch ist die Gitterstruktur im Wesentlichen permanent und es gibt offensichtlich keine Möglichkeit, um leicht die einzelnen Teile davon zu entfernen. Demgemäß können Änderungen im Profil auftreten, indem das Gitter zu einer anderen Konfiguration durch Stöße an den im Abstand liegenden Punkten ausgelenkt wird. Dies bedeutet, dass die Konfiguration nur annähernd der erforderlichen Gestalt entspricht.
Demgemäß schafft die Erfindung gemäß einem Merkmal einen Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks, um diesem ein bestimmtes Profil zu verleihen, wie dies im Anspruch 1 definiert ist.
Bei dieser Anordnung bewirken die Positions-Rahmenelemente eine Abstützung über einen ausgedehnten Bereich, im typischen Fall über einen Linienkontakt oder eine Berührung, längs eines schmalen Streifens kontinuierlicher oder unterbrochener Form, die sich über einen Abschnitt des Werkstücks erstrecken. Dies ergibt eine sichere Abstützung für das Werkstück. Zusätzlich sind die Rahmenelemente auswechselbar. Indem der Werkstückhalter aus einer Reihe von im Abstand zueinander angeordneten auswechselbaren Positions-Rahmenelementen besteht, statt in Form einer einzelnen integralen Schneidmontagevorrichtung ausgebildet zu sein, ist es möglich, eine Halterung für einen weiten Bereich unterschiedlich profilierter Werkstücke zu schaffen, indem ein Lager unterschiedlich profilierter Positions-Rahmenelemente geschaffen wird, von der die erforderlichen Positions-Rahmenelemente für ein spezielles Werkstückprofil ausgewählt und auf der Basis verankert werden können. Wenn außerdem die Werkstücke spiegelbildlich symmetrisch sind, beispielsweise die Vorderkanten-Außenabschnitte eines Flugzeugs oder die linken und rechten Körperteile eines Fahrzeugs, dann können die Werkstückhalter zwischen den symmetrischen Paaren einfach erneut konfiguriert werden, indem jedes der Rahmenelemente entnommen und um 180° gedreht und wieder an der Basis verankert wird. Außerdem können die auf Lager befindlichen Rahmenelemente in kompakter Weise nebeneinander gestapelt werden, wodurch der erforderliche Stauraum gegenüber bekannten Montagevorrichtungen beträchtlich vermindert wird. Dies führt zu einer entsprechenden Verminderung der Ausrichtzeit und zu einer Verminderung des Budgets für die Werkzeughalterung.
Obgleich die Befestigungsmittel zur Festlegung des Werkstücks auf dem Werkstückhalter unterschiedlich ausgebildet sein können, so ist es doch zu bevorzugen, zur Festlegung Unterdruckmittel vorzusehen. Die Unterdruckmittel können zweckmäßigerweise aus einer Reihe von Saugnäpfen aus elastisch deformierbarem Material bestehen, die auf den Rahmenelementen im Abstand zueinander liegen und bei der Benutzung gegen die Unterseite des Werkstückes gerichtet sind und das Werkstück auf das Rahmenelement herunter ziehen.
Ein wichtiger Vorteil der Benutzung von Saugnäpfen oder anderen örtlich angeordneten Saugvorrichtungen besteht darin, dass die Saugwirkung sowohl lokalisiert werden kann als auch unabhängig von der Saugwirkung an anderen Stellen ist. Bei einem gegebenen Abstand der Rahmenelemente und der Saugnäpfe ist es möglich, den Schneidvorgang über den gesamten Umfang der Komponente durchzuführen, ohne dass, wie bisher, Verbindungsstege belassen werden müssen. In anderen Worten ausgedrückt heisst das: da die Komponente und der Abfall individuell und unabhängig durch die Saugnäpfe festgeklemmt werden, ergibt sich, wenn überhaupt, nur eine ganz geringe Versetzung der Komponente relativ zu dem Abfall, wenn der Umfang ausgeschnitten wird. Dies ergibt einen wichtigen Vorteil, weil dies bedeutet, dass ein manuelles Abknipsen der Verbindungsstege nicht mehr erforderlich ist.
Wenn das Werkstück ein konvexes oder konkaves Profil hat, sind die Befestigungsmittel vorzugsweise an einem Maximalpunkt oder einem Minimalpunkt des Profils oder in der Nähe davon angeordnet und außerdem an einer oder mehreren Flanken der Rahmenelemente auf beiden Seiten.
Wenigstens eines der Rahmenelemente weist Lokalisierungsmittel auf, um im Gebrauch mit entsprechenden Lokalisierungsmitteln am Werkstück zusammenzuwirken und das Werkstück relativ zum Werkstückträger auszurichten. Zweckmäßigerweise können die beiden äußersten Rahmenelemente jeweils derartige Lokalisierungsmittel aufweisen. Die Lokalisierungsmittel können im typischen Fall aus einem Stift oder einem Zapfen an den Rahmenelementen bestehen, die in Passlöcher des Werkstücks einstehen.
Da die Rahmenelemente zur Bildung der Lokalisierungsmittel herangezogen werden, wodurch das Werkstück ausgerichtet wird, werden die bei früheren Vorschlägen erforderlichen Maßnahmen des Beschneidens nach der Streckverformung überflüssig und es brauchen auch keine Lochreihen als Klemmlöcher in den gegenüberliegenden Seiten des streckverformten Werkstücks eingebohrt werden. Hierdurch werden wiederum einige Verfahrensschritte und demgemäß Kosten eingespart.
Vorzugsweise bestehen die Verankerungsmittel aus Klemmen, die lösbar die Rahmenelemente an der Basis festlegen. Die Klemmen schaffen vorzugsweise die Möglichkeit, dass die Rahmenelemente in beiden um 180° gedrehten Stellungen festgeklemmt werden. Die Klemmen können hydraulisch betätigt werden.
Vorzugsweise sind die Verankerungsmittel in gleichen Abständen angeordnet.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Werkzeugmaschinen, die einen Werkzeughalter gemäß der Erfindung aufweisen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Herstellung einer Halterung für ein Werkstück oder eine Anzahl von Werkstücken mit unterschiedlichem Profil, wie dies in Anspruch 12 definiert ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: die 1(a) bis 1(f) veranschaulichen schematisch die Schritte, die bei der Erzeugung der Vorderkantenkomponente der Außenhaut nach der Streckverformung bei dem Stande der Technik erforderlich sind;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Werkstückhalters gemäß der Erfindung; und
3 zeigt die Schritte, die bei der Erzeugung einer Vorderkanten-Außenhautkomponente nach der Streckverformung gemäß der Erfindung erforderlich sind.
Gemäß 2 besteht der Werkstückhalter 30 aus einer Basis 32, die eine Anzahl von Stationen definiert, wobei in diesem Fall sieben Stationen vorgesehen sind. Jede Station weist einen hydraulisch betätigten Klemmblock 34 auf, der den Fuß 36 eines Positions-Rahmenelementes 38 aufnimmt und festklemmt. Die Füße 36 haben eine Standardgeometrie, die reversibel ist, so dass das Rahmenelement in dem Klemmblock 34 in jeweils zwei Lagen festgeklemmt werden kann. Der Rest des Rahmenelementes ist gemäß dem Profil des zu halternden Werkstücks profiliert. Das System umfasst ein Lager unterschiedlich geformter Rahmenelemente für jedes abzustützende Werkstück, obgleich einige der Rahmenelemente bei verschiedenen Werkstücken gleich sein können.
Jedes Rahmenelement umfasst bei diesem Beispiel sechs Saugnäpfe 40, und zwar einen am Scheitel eines jeden Rahmenelementes und drei über den Flanken hiervon. Die Absaugung wird über die Saugnäpfe 40 durch nicht dargestellte Saugleitungen bewirkt, die an einem Standardverbinder (nicht dargestellt) enden, der die entsprechenden Saugverbinder auf der Basis 32 verbindet, die über nicht dargestellte Rohre an ein Saugsteuerventil 42 angeschlossen sind. Das Saugsteuerventil 42 steuert den Unterdruck nach dem Saugnapf 40 am Scheitel unabhängig von den Saugnäpfen 40 an den Flanken des Rahmenelementes.
All diese Stationen umfassen Rahmenelemente und eine Saugsteuerung, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Das erste und letzte Rahmenelement weist außerdem eine Spannvorrichtung 43 auf, die ein Registrierbezugsglied für das Werkstück bildet, wenn dieses am Träger festgelegt wird. In diesem Fall besteht das Bezugsglied aus einem Passstift 44, der in einem Loch des streckverformten Bleches einsteht. Die Spannvorrichtung 43 kann ein permanenter Teil des zugeordneten Rahmenelementes sein oder kann entnehmbar ausgebildet sein, so dass eine Übertragung zwischen Rahmenelementen möglich wird.
Nunmehr wird auf 3 Bezug genommen. Hier sind die Herstellungsschritte dargestellt, die der Streckverformung folgen, der eine Außenhauttafel einer Vorderkante ausgesetzt war. Im ersten Schritt (3a) wird die Außenhaut 10 auf einem Streckformwerkzeug streckverformt, und es werden zwei Werkzeuglöcher an beiden Enden der Außenhaut eingebohrt, wobei die Klemmränder oder Flansche 12 verbleiben. Im Schritt 2 werden die Rahmenelemente 38, die speziell an dem Vorderkantenabschnitt spanabhebend bearbeitet sind, auf der gemeinsamen Basisplatte 32 angeordnet und an Ort und Stelle mit den hydraulisch betätigten Klemmblöcken 34 festgelegt, um einen Werkstückhalter der Type gemäß 2 zu erzeugen. Die streckverformte Außenhaut mit zwei Bezugslöchern darin wird auf den Werkstückhalter aufgelegt, und in die Passlöcher in der Außenhaut greifen die Passstifte 44 an den äußeren Rahmenelementen 38 ein. Dann wird ein Unterdruck an jedes Rahmenelement 38 in zwei Schritten angelegt. Im ersten Schritt wird der Unterdruck den Saugnäpfen 40 am Scheitel zugeführt, um den Vorderabschnitt der streckverformten Außenhaut 10 auf die Rahmenelemente 58 zu ziehen. Danach wird der Unterdruck den verbleibenden Saugnäpfen 40 zugeführt, um die Seiten in Eingriff mit den Rahmenelementen 38 zu bringen.
Dann schneidet ein Schneidgerät (nicht dargestellt) aus dem Werkstück über den Umfang der herzustellenden Komponente diese Komponente aus (ohne dass hierbei Verbindungsstege belassen werden). Dann wird der Unterdruck abgestellt, damit von der Komponente überstehende Teile entfernt und eine Entgratung vorgenommen werden kann.
An dieser Stelle ist es erwünscht, das entsprechende Profil für den entsprechenden Abschnitt des anderen Tragflügels (d.h. den spiegelbildlichen Abschnitt) herzustellen, und dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass jedes Rahmenelement gelöst, um eine vertikale Achse um 180° gedreht und die Rahmenelemente dann wieder festgeklemmt werden, um einen spiegelbildlichen Werkzeughalter zur Verfügung zu haben.

Claims

Werkstückhalter (30) zur Halterung eines Werkstücks mit gegebenem Profil, der im Betrieb rekonfigurierbar ist, um ein Werkstück (10) mit unterschiedlichem Profil zu haltern, wobei der Werkstückhalter (30) die folgenden Teile aufweist: Basismittel (32) mit mehreren Verankerungsgliedern (34), die im Abstand zueinander angeordnet sind; mehrere Positions-Rahmenelemente (38), die auswechselbar an den Verankerungsgliedern (34) gesichert sind, um einen Träger für ein gegebenes Werkstück (10) über einen ausgedehnten Bereich von im Abstand zueinander angeordneten Positionen zu schaffen, und Befestigungsmittel (40), die jedem Positions-Rahmenelement (38) zugeordnet sind und im Betrieb das Werkstück (10) am Werkstückhalter (30) sichern, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Positions-Rahmenelement (38) auswechselbar an den Basismitteln (32) durch Sicherungsmittel (34) gesichert ist, die eine Sicherung des Positions-Rahmenelementes (38) an den Basismitteln in einer von zwei unterschiedlichen Orientierungen ermöglichen.
Werkstückhalter (30) nach Anspruch 1, bei welchem die Befestigungsmittel (40) aus Saugmitteln (40) bestehen.
Werkstückhalter (30) nach Anspruch 2, bei welchem die Befestigungsmittel (40) mehrere Saugteller (40) aus elastisch deformierbarem Material aufweisen.
Werkstückhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens ein Positions-Rahmenelement (38) ein konvexes oder konkaves Außenprofil aufweist und die Befestigungsmittel am Höchstwert oder Tiefstwert des Profils angeordnet sind und ein oder mehrere Befestigungsmittel an den Flanken des Profils auf beiden Seiten hiervon angeordnet sind.
Werkstückhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens eines der Positions-Rahmenelemente (38) Lokalisierungsmittel (44) aufweist, um mit entsprechenden Lokalisierungsmitteln am Werkstück (10) zusammenzuwirken und um das Werkstück (10) relativ zum Werkstückhalter (30) zu positionieren.
Werkstückhalter (30) nach Anspruch 5, bei welchem die beiden äußeren Positions-Rahmenelemente Lokalisierungsmittel (44) aufweisen.
Werkstückhalter (30) nach den Ansprüchen 5 oder 6, bei welchem die Lokalisierungsmittel (44) Passstifte oder Passzapfen aufweisen.
Werkstückhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Sicherungsmittel (34) Klemmglieder (34) aufweisen, um auswechselbar das Positions-Rahmenelement (38) auf den Basismitteln (32) festzuklemmen.
Werkstückhalter (30) nach Anspruch 8, bei welchem die Klemmglieder (34) hydraulisch betätigte Klemmglieder (34) sind.
Werkstückhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Verankerungsmittel (34) in allgemein regulären Abständen angeordnet sind.
Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Halterung eines Werkstücks von einer Anzahl von Werkstücken mit unterschiedlichem Profil, welches die folgenden Schritte aufweist: es werden Basismittel (32) vorgesehen, die an im Abstand angeordneten Positionen Verankerungsglieder (34) aufweisen; es werden mehrere Positions-Rahmenelemente (38) entsprechend den Profilen der Werkstücke an den im Abstand zueinander angeordneten Positionen angebracht; es werden für ein gegebenes Werkstück die Positions-Rahmenelemente (38) entsprechend den Profilen an den Positionen ausgewählt; es werden die Positions-Rahmenelemente (38) an den Basismitteln (32) gesichert, um einen rekonfigurierbaren Werkstückhalter zu definieren; es wird das Werkstück (10) am Werkstückhalter auswechselbar gesichert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Werkstücke Profile haben, die ein allgemein symmetrisches Paar bilden und dass die gleichen Rahmenelemente für jedes Paar benutzt werden, wobei die Orientierung der Positions-Rahmenelemente für das jeweils andere Werkstück des Paares umgekehrt wird.