| JP05106705 | TWO-DIMENSIONAL MOTION MECHANISM |
| JP06267823 | POSITIONING EQUIPMENT |
| WO/2010/006648 | MACHINE-TOOL |
JOSI, Thomas (Baumschulweg 1, Worben, CH-3252, CH)
Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken, in welchem das zu bearbeitende Werkstück auf eine Werkstückauflage (30) aufgesetzt wird, und in welchem die Werkstückauflage (30) mittels einer ersten Verstelleinheit (10) in einer ersten Verstellrichtung (X), sowie mittels einer zweiten Verstelleinheit (20) in einer zweiten, rechtwinklig zu der ersten Verstellrichtung (X) stehenden Verstellrichtung (Y) verstellt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass mittels mindestens einer Schubeinrichtung (16, 26) Kraft auf mindestens eine Fläche des Deformationskörpers (15, 25) der ersten Verstelleinheit (10) und/oder der zweiten Verstelleinheit (20) angewandt wird, und
dass der Deformationskörper (15, 25) aufgrund der angewandten Kraft deformiert wird, wobei die Werkstückauflage (30) in der ersten Verstellrichtung (X) und/oder in der zweiten Verstellrichtung (Y) verstellt wird.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der angewandten Kraft die Länge und/oder die Form des Deformationskörpers (15, 25) verändert werden.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kraft auf die mindestens eine Fläche des Deformationskörpers (15, 25) mittels einer Spannschraube (17, 27) angewandt wird.
4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Werkstückauflage (30) in der ersten Verstellrichtung (X) und/oder in der zweiten Verstellrichtung (Y) mittels einer optischen und/oder elektronischen Messeinrichtung kontrolliert wird.
5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationskörper (15, 25) aus einem Metall und/oder anderem elastischen Material gebildet wird.
6. Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken, umfassend eine Werkstückauflage (30), auf weicher das zu bearbeitende Werkstück aufsetzbar und positionierbar ist, eine erste Verstelleinheit (10), an welcher die Werkstückauflage (30) derart befestigt ist, dass die Werkstückauflage (30) mittels der ersten Verstelleinheit (10) in einer ersten Verstellrichtung (X) verstellbar ist, sowie eine zweite Verstelleinheit (20), an welcher die erste Verstelleinheit (10) derart befestigt ist, dass die erste Verstelleinheit (10) mittels der zweiten Verstelleinheit (20) in einer zweiten, rechtwinklig zu der ersten Verstellrichtung (X) stehenden Verstellrichtung (Y) ver- stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Verstelleinheit (10) und/oder die zweite Verstelleinheit (20) jeweils mindestens einen Deformationskörper (15, 25) und eine Schubeinrichtung (16, 26) umfassen, wobei mittels der Schubeinrichtung (16, 26) Kraft auf mindestens eine Fläche des Deformationskörpers (15, 25) derart anwendbar ist, dass der Deformationskörper (15, 25) aufgrund der angewandten Kraft deformierbar ist.
7. Vorrichtung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstelleinheit (10) und/oder die zweite Verstelleinheit (20) jeweils eine Spannschraube (17, 27) aufweisen, wobei mittels der Spannschraube (17, 27) Kraft auf mindestens eine Fläche des Deformationskörpers (15, 25) anwendbar ist.
8. Vorrichtung gemäss Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, eine dritte Verstelleinrichtung (50) und/oder eine vierte Verstelleinrichtung (60) vorgesehen sind, mittels welcher jeweils die erste Verstelleinheit (10) in der ers- ten Verstellrichtung (X) und/oder die zweite Verstelleinheit (20) in der zweiten Verstellrichtung (Y) grob verstellbar sind.
9. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische und/oder elektronische Messeinrichtung zur Kontrolle der Verstellung der Werkstückauflage (30) in der ersten Verstellrich- tung (X) und/oder in der zweiten Verstellrichtung (Y) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens einer der Deformationskörper (15, 25) im Wesentlichen quaderförmig gebildet ist.
11. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass jeweils mindestens einer der Deformationskörper (15, 25) eine Aushöhlung (14, 24) aufweist.
12. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens einer der Deformationskörper (15, 25) aus einem Metall und/oder anderem elastischen Material gebildet ist.
13. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschraube (17, 27) jeweils per Hand und/oder mittels einer Betätigungseinheit betätigbar ist. |
Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken und entsprechende Vorrichtung
Sachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken, und eine entsprechende Vorrichtung. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken, und die entsprechende Vorrichtung, in welchen das zu bearbeitende Werkstück auf eine Werkstückauflage aufgesetzt und positioniert wird, und die Werkstückauflage mittels einer ersten Verstelleinheit in einer ersten Verstellrichtung, sowie mittels einer zweiten Verstelleinheit in einer zweiten, rechtwinklig zu der ersten Verstellrichtung stehenden Verstellrichtung verstellt wird.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Bearbeitung von sehr kleinen Werkstücken, beispielsweise bei der Herstellung von so genannten Fein- oder Mikrobohrern, ist es äusserst wichtig, das zu bearbeitende Werkstück sehr genau in seine Bearbeitungsstellung positionieren und befestigen zu können.
In den herkömmlichen Bearbeitungsvorrichtungen (auch unter dem Namen Werkzeugmaschinen bekannt) werden eine exakte Positionierung und/oder Befestigung des zu bearbeitenden Werkstücks durch eine Reihe von nacheinander ausgeführten translatorischen Bewegungen bewirkt. Dazu umfassen diese herkömmlichen Bearbeitungsvorrichtungen grundsätzlich eine oder mehrere Linearführungen, welche dazu dienen, diese translatorischen Bewegungen exakt auf einen Freiheitsgrad zu begrenzen. Bei den Linearführungen unterscheidet man dann zwischen den Lineargleitführungen (welche mehrere sich gegeneinander verschiebbare Führungselemente umfassen) einerseits, sowie Linearwälzführungen (bei welchen Wälzkörper zwischen zwei bewegten Führungselementen umgewälzt werden) andererseits. Besonders häufig verwendet werden die so genannten Schwalbenschwanzführungen.
Jedoch besitzen diese herkömmlichen Linearführungen (und insbesondere die Schwalbenschwanzführungen) entscheidende Nachteile, welche sie insbesondere zur Positionierung und/oder Befestigung bei der Bearbeitung von besonders kleinen Werkstücken nur bedingt geeignet oder gar vollkommen ungeeignet machen. Besonders unvorteilhaft bei der Positionierung und/oder Befestigung von kleinsten Werkstücken mithilfe von herkömmlichen Führungen ist das Auftreten des so genannten Stick-Slip-Effekts (auf Deutsch auch als Haft- und Gleitvorgang bekannt). Beim Auslösen einer Bewegung in einer Linearführung muss nämlich zunächst die Haftreibung überwunden werden. Die Kraft, die dafür notwendig ist, drückt die als Feder zu betrachtenden Führungselemente zusammen, und diese speichern folglich Federenergie. Da jedoch die Gleitreibung immer geringer ist als die Haftreibung, wird diese angesammelte Energie durch ein plötzliches Vorwärtsbewegen (oder Rucken) des Maschinenschlittens wieder freigegeben. Diese ruckartige Bewegung ist selbstverständlich nicht zu kontrollieren, so dass eine sehr feine Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken (beispielsweise im Bereich von einigen Mikrometern) mittels herkömmlichen Führungen nicht möglich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, welche die oben genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, welche eine besonders genaue Positionie- rung und/oder Befestigung auch bei kleinsten Werkstücken ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele insbesondere durch die Elemente der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteil- hafte Ausführungsformen gehen ausserdem aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
Insbesondere werden die Ziele der Erfindung dadurch gelöst, dass im Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken, in welchem das zu bearbeitende Werkstück auf eine Werkstückauflage aufgesetzt wird, und in welchem die Werkstückauflage mittels einer ers- ten Verstelleinheit in einer ersten Verstellrichtung, sowie mittels einer zweiten Verstelleinheit in einer zweiten, rechtwinklig zu der ersten Verstellrichtung stehenden Verstellrichtung verstellt wird, mittels mindestens einer Schubeinrichtung Kraft auf mindestens eine Fläche des Deformationskörpers der ersten Verstelleinheit und/oder der zweiten Verstelleinheit angewandt wird, und der De- formationskörper aufgrund der angewandten Kraft deformiert wird, wobei die Werkstückauflage in der ersten Verstellrichtung und/oder in der zweiten Verstellrichtung verstellt wird. Diese Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass die Verstellung der Werkstückauflage, und damit die Verstellung des zu bearbeitenden Werkstücks dank der Verformung des Deformationskörpers realisiert werden kann. Dadurch wird insbesondere das Ruckproblem gelöst, welches aufgrund der Haft- und Gleitreibung zwischen zwei Körpern entsteht. Dies ermöglicht stets eine präzise und schnelle Positionierung des Werkstücks auch schon im Bereich von einigen Mikrometern, was mit den herkömmlichen Methoden nicht möglich ist. Ausserdem hat diese Erfindung den Vorteil, dass das Werkstück nicht zuerst positioniert und anschliessend befestigt wird, sondern dass diese beiden Tätigkeiten durch eine einzige Aktion bewältigt werden können. Dadurch wird nicht nur Zeit gewonnen, sondern es können auch Präzisi- onsungenauigkeiten, welche durch den Befestigungsvorgang entstehen, sehr einfach und zuverlässig eliminiert werden.
In einer Ausführungsform werden aufgrund der angewandten Kraft die Länge und/oder die Form des Deformationskörpers verändert. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass die Positionierung des Werkstücks durch die änderung der Länge bzw. der Form des Deformationselements realisiert werden kann. Die Deformation kann bei einer grossen An- zahl von Körpern genau vorausgesagt werden, so dass auch eine besonders genaue Vorhersage und Planung der notwendigen Verstellung ermöglicht werden. Auch dadurch können sowohl die Positionierungsgenauigkeit als auch die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird Kraft auf die mindestens eine Fläche des Deformationskörpers mittels einer Spannschraube angewandt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt unter anderem darin, dass die änderung der auf den Deformationskörper einwirkenden Kraft durch das Anziehen bzw. Lösen der Spannschraube kontrolliert und dosiert werden kann. Auf der einen Seite können dank dem Einsatz einer Spannschraube auch minimalste änderungen der Kraft problemlos auf den Deformationskörper übertragen werden. Auf der anderen Seite hat die Spannschraube auch den Vorteil, dass keine zusätzlichen Arretierungseinrichtungen notwendig sind, um die erwünschte Positi- on (bzw. die erwünschte ausgeübte Kraft) über eine längere Zeitspanne beizubehalten.
In einer anderen Ausführungsform wird die Verstellung der Werkstückauflage in der ersten Verstellrichtung und/oder in der zweiten Verstellrichtung mittels einer optischen und/oder elektronischen Messeinrichtung kontrol- liert. Diese Ausführungsform hat unter anderem den Vorteil, dass die Positionierung bzw. die Befestigung des Werkstücks in die Bearbeitungsposition auf eine sichere und einfache Art und Weise überprüft, und dann gegebenenfalls auch korrigiert werden können.
In einer wieder anderen Ausführungsform wird der Deformationskör- per aus einem Metall und/oder anderem elastischen Material gebildet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass sich viele Metalle, aber beispielsweise auch Legierungen von Metallen und auch gewisse andere Materialien infolge ihrer Elastizitätseigenschaften für eine kontrollierte und vorhersehbare Deformation und damit für eine sehr präzise Positionierung und/- oder Befestigung des zu bearbeitenden Werkstücks besonders gut eignen.
An dieser Stelle soll festgehalten werden, dass sich die vorliegende Erfindung neben dem erfindungsgemässen Verfahren auch auf eine entsprechende Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken bezieht.
Insbesondere sind in einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine dritte Verstelleinrich-
tung und/oder eine vierte Verstelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher jeweils die erste Verstelleinheit in der ersten Verstellrichtung und/oder die zweite Verstelleinheit in der zweiten Verstellrichtung grob verstellbar sind. Beispielsweise kann es sich dabei um herkömmliche Lineargleitführungen, wie zum Bei- spiel um eine Schwalbenschwanzführung handeln. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass die grobe Verstellung (d.h. im Bereich von einigen Millimetern) mittels der herkömmlichen Methoden durchgeführt werden kann. Lediglich die feine Verstellung (d.h. im Bereich von einigen Mikrometern) muss dann durch die oben beschriebene Verformung der Deformationskörper durchgeführt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine sehr grosse Verstellung in einer oder mehreren Richtungen notwendig ist (zum Beispiel zwischen zwei vollständig unterschiedlichen Werkstücken). Nicht nur ist eine solche Verstellung durch die Deformation des Deformationskörper sehr langwierig, sondern dadurch wird der Deformationskörper auch unnötig beansprucht, was zum mittelfristigen Verlust seiner elastischen Eigenschaften führen könnte.
In einer anderen Ausführungsform ist jeweils mindestens einer der Deformationskörper im Wesentlichen quaderförmig gebildet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt unter anderem darin, dass ein quaderförmiger Deformationskörper einfacher mit den anderen Bauteilen der Vorrichtung zusammenge- baut werden kann. Auch ist die Deformation des quaderförmigen Körpers zu einem grossen Teil vorhersehbar, so dass eine optimale Arbeitsweise erreicht werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist jeweils mindestens einer der Deformationskörper eine Aushöhlung auf. Diese Ausführungsform hat ins- besondere den Vorteil, dass die Verformungseigenschaften des Deformationskörpers durch die besondere Wahl der Aushöhlung noch genauer vorhergesagt und gesteuert werden können. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Verformung genau an die konkreten Bedürfnisse angepasst wird. Dadurch kann wiederum eine noch genauere, schnellere und einfachere Positio- nierung und/oder Befestigung des zu bearbeitenden Werkstücks gewährleistet werden.
In einer wieder anderen Ausführungsform ist die Spannschraube jeweils per Hand und/oder mittels einer Betätigungseinheit betätigbar. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt unter anderem darin, dass die Kontrolle über die Bewegungen der Spannschraube ganz präzise stattfinden kann. Dadurch wird selbstverständlich auch die Genauigkeit der Positionierung / der Befestigung des zu bearbeitenden Werkstücks verbessert. Eine mittels einer Betätigungseinheit betätigbare Spannschraube hat ausserdem den Vorteil, dass auch eine Fernsteuerung der Vorrichtung gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung einfach ermöglich wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden die Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Die Beispiele der Ausführungen werden durch folgende beigelegte Figuren illustriert:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur
Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine ebene Seitenansicht der Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Figur 1.
Figuren 3a und 3b zeigen schematisch den Ablauf des Verfahrens zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken in einer Vorrichtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Figur 3a zeigt eine Verstelleinrichtung in Ruheposition; Figur 3b zeigt dieselbe Verstellrichtung in einer Position, nachdem Kraft angewandt worden ist.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken gemäss einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 illustriert eine Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Figur 1 bezieht sich die Bezugsnummer 10 auf eine erste Verstelleinrichtung, die Bezugsnummer 20 auf eine zweite Verstelleinrichtung, und die Bezugsnummer 30 auf eine Werkstückauflage. Diese Werkstückauflage 30 erfüllt grundsätzlich zwei Funktionen: Einerseits dient sie dazu, das zu bearbeitende Werkstück korrekt in die Bearbeitungsposition zu positionieren und zu befestigen, und andererseits stützt die Werkstückauflage 30 das Werk- stück anschliessend während der Bearbeitung ab. Da bei der Bearbeitung von sehr kleinen Werkstücken eine sehr hohe Präzision notwendig ist, müssen sowohl die Positionierung als auch die Befestigung mit besonderer Sorgfalt durchgeführt werden können. Die Werkstückauflage 30 ist dazu mit der ersten Verstelleinrichtung 10 auf eine solche Weise verbunden, dass die Bewegungen der Verstelleinrichtung 10 in der ersten Verstellrichtung X (dargestellt durch einen Pfeil in der Figur 1 ) auf die Werkstückauflage 30 übertragen werden. Auf diese Weise ist die Werkstückauflage 30 (und dadurch auch das darauf abgestützte Werkstück) nach Bedarf in der Verstellrichtung X verstellbar. äquivalent ist die erste Verstelleinrichtung 10 mit der zweiten Verstelleinrichtung 20 derart verbunden, dass mittels der zweiten Verstellrichtung 20 eine Verstellung der ersten Verstelleinrichtung 10 in der zweiten Verstellrichtung Y möglich ist. Da die Werkstückauflage 30 mit der ersten Verstelleinrichtung 10 verbunden ist, kann demzufolge auch die Werkstückauflage 30 und das darauf abgestützte Werkstück in der Verstellrichtung Y verstellt werden.
Des weiteren bezieht sich in Figur 1 die Bezugsnummer 40 auf eine
Grundplatte bzw. ein Gestell, auf welchem die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken befestigt ist. Dieses Gestell kann beispielsweise aus demselben Material wie die übrigen Bauteile der Vorrichtung, aber auch aus jedem anderen geeigneten Material hergestellt werden. Die Bezugsnummern 50 und 60 beziehen sich jeweils auf eine dritte Verstelleinrichtung und eine vierte Verstelleinrichtung. Der Aufbau und die Funktion dieser beiden Verstelleinrichtungen wird weiter unten mit Bezug auf Figur 4 detailliert erläutert.
Figur 2 illustriert durch eine ebene Seitenansicht etwas näher den Aufbau der Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken aus Figur 1. Die Bezugsnummern aus Figur 1 werden auch in Figur 2 zur Bezeichnung der gleichen Elemente verwendet. So bezie- hen sich die Bezugsnummer 10 auf die erste, und die Bezugsnummer 20 auf die zweite Verstelleinrichtung. Die Bezugsnummer 30 bezeichnet die Werkstückauflage 30, und die Bezugsnummer 40 das Gestell der Vorrichtung.
Die Werkstückauflage 30 umfasst eine Werkstückaufnahme 31. Diese Werkstückaufnahme 31 kann eine besondere Geometrie aufweisen, welche sie für die Bearbeitung von einem gewissen Typ bzw. einer gewissen Sorte von Werkstücken vorteilhaft macht. Beispielsweise kann diese Werkstückaufnahme 31 im Querschnitt eine halbkreisförmige oder aber eine ovale Aushöhlung aufweisen, welche sich zum Beispiel insbesondere zur Bearbeitung von Mikro- und Ultrabohrern und ähnlichen Werkstücken eignen. Die Werkstückaufnahme 31 kann aber auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, welcher sich für andere Typen von Werkzeugen gut eignet. Auch kann in die Werkstückaufnahme 31 nach Bedarf eine geeignete Einlage eingesetzt werden, so dass das Werkstück bei der Bearbeitung stets eine optimale Abstützung geniessen kann. Die Werkzeugauflage 30 umfasst zudem einen Auflagearm 35, welcher vor allem zur Abstützung der oben genannten Werkstückaufnahme 31 dient. Die Werkstückauflage 30 ist durch den Auflagearm 35 fernerhin mit der ersten Verstelleinrichtung 10 verbunden.
Die erste Verstelleinrichtung 10 besteht grundsätzlich aus einem Deformationskörper 15 und einer entsprechenden Schubeinrichtung 16. Die erste Verstelleinrichtung 10 kann beispielsweise so konzipiert werden, dass zwischen dem Deformationskörper 15 und der Schubeinrichtung 16 ein direkter Kontakt aufgebaut werden kann. Allerdings ist auch die Lösung, in welcher der Deformationskörper 15 und die Schubeinrichtung 16 nicht in direktem Kontakt zueinander stehen, sondern über einen oder mehrere Zwischenelemente verbunden werden, durchaus denkbar. Mittels der Schubeinrichtung 16 kann eine bestimmte Kraft auf mindestens eine Fläche des Deformationskörpers 15 ausgeübt werden. Infolge dieser Kraft kann der Deformationskörper 15 so deformiert werden,
dass die Werkstückauflage 30 aufgrund dieser Deformation in der ersten Verstellrichtung X verstellt werden kann.
Im konkreten Beispiel der Figur 2 besteht die Schubeinrichtung 16 aus einer Spannschraube mit einem Schraubenkörper 17 und einer entspre- chenden Schraubenmutter 18. Durch das Anziehen der Schraubenmutter 18 wird eine Druckkraft durch den Schraubenkörper 17 auf den Deformationskörper 15 übertragen. Unter dem Einfluss dieser Kraft kommt es im Deformationskörper 15 zu einer Verformung, welche unter anderem entscheidend von der angewandten Kraft abhängt. Infolge dieser Deformation des Deformationskör- pers 15 entsteht eine Verstellung der Position des Deformationskörpers 15 in der Verstellrichtung X im Bezug auf die übrigen Elemente der ersten Verstelleinrichtung 10. Als Konsequenz dieser Verstellung kommt es auch zu einer direkten Verstellung der mit der ersten Verstelleinrichtung 10 mittels des Auflagearms 35 verbundenen Werkstückauflage 30. Entsprechend wird bei einem Lö- sen der Schraubenmutter 18 die Druckkraft auf den Deformationskörper 15 verkleinert. Dadurch ändert sich auch der Verformungsgrad des Deformationskörpers 15, was zu einer Verstellung der Position des Deformationskörpers 15 in der Verstellrichtung X führt, wobei jedoch diese Verstellung der Verstellung bei der Anziehung der Schraubenmutter 18 entgegengesetzt ist.
Analoge überlegungen gelten auch für die zweite Verstelleinheit 20, welche im Wesentlichen auch aus dem Deformationskörper 25 und der Schubeinrichtung 26 besteht. Auch die Schubeinrichtung 26 der zweiten Verstelleinrichtung umfasst einen Schraubenkörper 27 und eine entsprechende Schraubenmutter 28. Beim Anziehen der Schraubenmutter 28 wird durch den Schrau- benkörper 27 eine Druckkraft auf den Deformationskörper 25 übertragen. Danach kommt es im Deformationskörper 25 unter dem Einfluss dieser Kraft zu einer Verformung. Diese Deformation des Deformationskörpers 25 hat dann eine Verstellung der Position des Deformationskörpers 25 in der Verstellrichtung Y zufolge. Dadurch entsteht auch die Verstellung der mit der zweiten Ver- Stelleinrichtung 20 verbundenen ersten Verstelleinrichtung 10 und dabei auch eine Verstellung der Werkstückauflage 30. Entsprechend wird bei einem Lösen der Schraubenmutter 28 die Druckkraft auf den Deformationskörper 25 vermindert, so dass eine Verstellung in entgegengesetzter Richtung zustande kommt.
Insbesondere können die Deformationskörper 15, 25 aus einem Metall oder einem beliebigen anderen geeigneten elastischen Material hergestellt werden. Elastizität ist die Eigenschaft einiger Stoffe, der einwirkenden Kraft einen mechanischen Widerstand entgegen zu setzen und sich dabei oft auch in grosserem oder kleinerem Masse zu deformieren, jedoch seine Ausgangsform nach dem Entlasten wieder einzunehmen. Wenn Kräfte auf ein Werkstück wirken, so werden die Abstände zwischen den Werkstoffteilchen um ein geringes Mass vergrössert oder verkleinert. Die dazu aufgewendete mechanische Energie wird gespeichert und das Werkstück ändert seine äussere Form. Nach der Entlastung gehen die Teilchen wieder an ihre Ausgangsplätze zurück und die Energie wird wieder freigesetzt. Das Werkstück nimmt seine ursprüngliche äus- serliche Form wieder an. Falls die so genannte Elastizitätsgrenze überschritten wird, verformt sich das Werkstück bleibend und kann seine ursprüngliche Gestalt nicht mehr einnehmen.
Generell kann man bei der Verformung eines Körpers zwischen der
Dehnung und der Biegung unterscheiden. Unter der Dehnung wird die relative Dimensionsänderung (d.h. Verlängerung oder Verkürzung) eines Körpers aufgrund einer auf diesen Körper einwirkenden Kraft verstanden. Bei einer Zugkraft spricht man von einer Zugdehnung, während bei einer Druckkraft von einer Druckdehnung oder vielmehr von der Stauchung gesprochen wird. Physikalisch wird Dehnung als ε = AiIi 0 definiert, wobei A(d\e Längendifferenz und fo die ursprüngliche Länge des Körpers bezeichnen. Die Krafteinwirkung und die daraus resultierende Dehnung sind in gewissen Grenzen einander proportional. Bei vielen Körpern entsteht aufgrund der Querkontraktion auch Dehnung in den quer zur Kraftrichtung liegenden Dimensionen. So kommt es auch zur Biegung eines Körpers, also zur mechanischen Veränderung der Bauteilgeometrie infolge eines Biegemomentes und den daraus resultierenden Biegespannungen.
Figur 3 illustriert schematisch den Ablauf des Verfahrens zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken in einer Vor- richtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bzw. den Verformungsvorgang des Deformationskörpers 25 der zweiten Verstelleinrichtung 20. Selbstverständlich gelten die hier erläuterten Vorgänge auch für die Verformung des Deformationskörpers 15 in der ersten Verstelleinrichtung 10.
Figur 3a zeigt die zweite Verstelleinrichtung 20 in der Ruheposition, während Figur 3b dieselbe Verstellrichtung 20 in einer Position zeigt, nachdem darauf Kraft angewandt worden ist. Die Bezugsnummer 25 bezieht sich erneut in beiden Zeichnungen auf den Deformationskörper, die Bezugsnummer 27 auf den Schraubenkörper und die Bezugsnummer 28 auf die Schraubenmutter. In der Ruheposition wird die Länge der zweiten Verstelleinrichtung 20 mit L 0 bezeichnet. Diese Länge Lo setzt sich grundsätzlich aus der Länge des Deformationskörpers 25 und der Länge des Stützkörpers 23 der Schubeinrichtung 26 zusammen. Zwischen dem Deformationskörper 25 und dem Stützkörper 23 der Schubeinrichtung 26 kann beispielsweise ein kleiner Spalt 22 vorgesehen werden. Allerdings ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die Grosse dieses Spalts 22 keine entscheidende Rolle für die Durchführung des erfindungsge- mässen Verfahrens spielt.
Im Ruhezustand stehen in dieser Ausführungsform der Schrauben- körper 27 und der Deformationskörper 25 in direktem Kontakt, es bestehen jedoch keine Spannungskräfte zwischen den beiden Körpern. Nachdem die Schraubenmutter 28 angezogen wird, wird durch den Schraubenkörper 27 der Schubeinrichtung 26 eine Kraft auf die laterale Fläche des Deformationskörpers 25 ausgeübt. Gemäss dem oben erwähnten Elastizitätsprinzip führt diese Kraft zu einer entsprechenden Verformung des Deformationskörpers 25. Im Grunde genommen handelt es sich beim Deformationskörper 25 aus der Ausführungsform um einen Metallquader 21 , welcher eine Aushöhlung 24 aufweist. Dabei sind zwei der vier Ecken des Metallquaders 21 fixiert und können sich nicht bewegen. Durch die Kraft, welche auf die seitliche Fläche des Metallquaders 21 ausgeübt wird, steigt die Spannung im Inneren des Metallquaders 21 und der Metallquader 21 wird zuerst gestaucht. Wenn aber die angewandte Kraft noch weiter vergrössert wird, so kommt es zur Biegung des Metallquaders 21 , wobei sich die zwei nicht fixierten Ecken in der Richtung der Ausübung der Kraft verschieben. Dementsprechend entsteht aus dem Metallquader 21 durch die Ein- Wirkung der Kraft und dank seinen Elastizitätseigenschaften ein Parallelogramm, wie in Figur 3b dargestellt. Dabei entsteht eine leichte Verschiebung der oberen Kante des Metallquaders bzw. Parallelogramms 21 um δL. Somit vergrössert sich die Länge der Verstelleinrichtung 20, um eine Länge Li (L 0 + δL) zu erreichen.
In Figur 3 weist der Deformationskörper 25 eine Aushöhlung 24 auf. Diese Aushöhlung 24 dient insbesondere dazu, die Kräfte, welche im Inneren des Metallquaders 21 bei der Kraftanwendung entstehen, auf eine besonders vorteilhafte Art und Weise zu optimieren. So eignet sich beispielsweise insbe- sondere eine Aushöhlung 24 dazu, bei welcher die einzelnen Endteile sich zu allen vier Ecken des Metallquaders 21 ausbreiten. Selbstverständlich sind aber auch andere Formen der Aushöhlung 24 bekannt, welche sich dazu gut eignen. Durch diese Aushöhlung kann ausserdem auch die Materialermüdung oder der Verlust der elastischen Eigenschaften des Metallquaders 21 entweder vollstän- dig eliminiert oder aber wesentlich reduziert werden.
Das oben beschriebene Verfahren zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken hat also den entscheidenden Vorteil, dass die kleinsten Verstellungen ermöglicht werden. Die Herstellungsmaterialien für die Deformationskörper 15 und 25 können immer so gewählt werden, dass die Verformungen immer optimal an die entsprechenden Bedürfnisse an- gepasst werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass nach der benötigten Verstellung keine zusätzliche Befestigung des zu bearbeitenden Werkstücks notwendig ist. Da die Deformationskörper 15 oder 25 aufgrund der Elastizitätseigenschaften zuerst bis zu einem gewissen Punkt gespannt werden müssen bevor eine Verformung (Biegung) eintritt, befinden sich die Deformationskörper 15 und 25 bei einer Verstellung zwangsläufig immer unter einer gewissen Spannung. Daher kann die Befestigung des Werkstücks in der Bearbeitungsposition eigentlich zusammen und direkt mit der Verstellung durchgeführt werden.
Figur 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Figur 4 beziehen sich die gleichen Bezugsnummern erneut auf die gleichen Elemente. So beziehen sich die Bezugsnummer 10 auf die erste, und die Bezugsnummer 20 auf die zweite Verstelleinrichtung. Die Bezugsnummer 30 bezeichnet die Werkstückauflage 30, und die Bezugsnummer 40 das Gestell der Vorrichtung. Ausserdem beziehen sich die Bezugsnummern 16 und 26 jeweils auf die Schubeinrichtungen der ersten und der zweiten Verstelleinrichtung.
Die Bezugsnummer 50 in Figur 4 bezieht sich auf eine dritte Verstelleinrichtung, mittels welcher eine grobe Verstellung der ersten Verstelleinrichtung 10 in der ersten Verstelleinrichtung X vorgenommen werden kann. Die Bezugsnummer 60 bezieht sich entsprechend auf eine vierte Verstelleinrichtung, welche zur groben Verstellung der zweiten Verstelleinrichtung 20 in der Verstellrichtung Y verwendet werden kann. Insbesondere kann es sich bei diesen beiden Verstelleinrichtungen 50 und 60 um herkömmliche Schwalbenschwanzführungen handeln. In diesem Fall umfassen diese beiden Schwalbenschwanzführungen jeweils einen unteren 51 , 61 und einen oberen Teil 52, 62, zwischen welchen gegebenenfalls beispielsweise auch eine Schmierflüssigkeit verwendet werden kann. Zur Befestigung der Schwalbenschwanzführung nach der groben Verstellung können die Befestigungsschrauben 53 bzw. 63 verwendet werden. Selbstverständlich können die dritte Verstelleinrichtung 50 und die vierte Verstelleinrichtung 60 auch anders realisiert werden. Schliesslich kann die erfin- dungsgemässe Vorrichtung ohne diese beiden Verstelleinrichtungen gebaut werden.
Nach Bedarf kann in der Vorrichtung zur Positionierung und/oder Befestigung von zu bearbeitenden Werkstücken auch eine weitere Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen werden, mittels welcher die gesamte Vor- richtung auf dem Gestell 40 in einer dritten Verstellrichtung verstellt werden kann. Bei dieser dritten Verstellrichtung kann es sich insbesondere um eine solche handeln, welche jeweils zu den beiden Verstellrichtungen X und Y senkrecht steht. Es sind aber selbstverständlich auch andere Verstellrichtungen denkbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Dem Fachmann wird ohne weiteres klar sein, dass Weiterentwicklungen und Abänderungen im Rahmen der geschützten Erfindung ohne weiteres möglich sind. Vorrichtungselemente können je nach Bedarf durch andere Elemente ausgetauscht werden, welche die gleichen oder ähnlichen Funktionen erfüllen. Zusätzliche Einrichtungen und Elemente können ebenso vorgesehen werden, wie beispielsweise zusätzliche mechanische, optische oder elektronische Kontroll-, Auslöse- und/oder Messeinrichtungen. Diese und andere Mass-
nahmen und Elemente fallen jedoch in den Schutzbereich der Erfindung, welcher durch die Patentansprüche definiert wird.