Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren eines Werkzeugs oder Werkstücks auf eine Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren ei- nes Werkzeugs oder Werkstücks, wie z. B. einer Elektrode, auf eine Werkzeugmaschine, wie z. B. einer Erodiermaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Positionierung eines solchen Werkzeuges oder Werkstückes auf eine Werkzeugmaschine .

Solche Vorrichtungen und Verfahren sind hinlänglich bekannt und beispielsweise von der Anmelderin in den offengelegten Patentanmeldungen DE 41 16 103 Al sowie DE 199 07 100 Al beschrieben.

Bei der DE 41 16 103 Al ist ein an einer Funkenerosionsmaschine zu befestigender Palettenspanner und einer das Werkzeug, z. B. eine Elektrode, tragende Palette vorgesehen. Die Palette hat einen quadratischen Grundriss. Palettenspanner und Palette sind mit deckungsgleichen, prismatischen Nuten versehen, in welche zylindrische Zentrierrollen eingelegt sind. Die prismatischen Nuten der Palette bzw. die entsprechenden Nuten am Palettenspanner befinden sich in den Eckbereichen der quadratischen Palette bzw. des quadratischen Kupplungsteils des Palet- tenspanners und verlaufen diagonal. Diese Art einer Kupplungsvorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Präzision und damit hohe Reproduzierbarkeit für die Werkzeugzentrierung auf. Zusätzlich ist die Steifigkeit gegenüber radialen Belastungen ohne Vergrößerung des Platzbedarfs und des Konstruktionsauf- wandes erhöht.

Die in DE 199 07 100 Al beschriebene Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges oder Werkstückes an einer Werkzeugma-

schine weist einen Halter auf, der mit der Werkzeugmaschine verbunden ist. Der Halter enthält Aufnahmeeinrichtungen für dem Werkstück zugeordnete Zentrierstifte. Die Aufnähmeeinrich- tungen bestehen aus zwei sich unter einem vorgegebenen Winkel schneidende Zentriernuten, in die die Zentrierstifte eingreifen.

Weitere Vorrichtungen zum Positionieren von Werkstücken oder Werkzeugen sind z. B. in EP 0 849 034 Al sowie EP 0 111 092 Al beschrieben.

Bei den bekannten Positioniervorrichtungen ist es notwendig, dass das Werkzeug bzw. Werkstück und der Halter exakt zueinander ausgerichtet sind. Hierfür müssen zwangsweise die einzel- nen Aufnahmen bzw. Aufnahmeeinrichtungen am Werkstück exakt positioniert werden. Dies ist aufwändig und kostenintensiv. Darüber hinaus zeichnen sich die bisher bekannten Vorrichtungen durch einen verhältnismäßig hohen Platzbedarf aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeugs oder Werkstücks an einer Werkzeugmaschine sowie ein Verfahren hierfür anzugeben, das sich durch eine einfache Anwendung auszeichnet und dennoch eine hochpräzise Justage des Werkstückes oder Werkzeuges an der Werkzeugmaschine erlaubt. Zusätzlich soll der notwendige Bauraum reduziert werden.

Diese Aufgabe wird für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des An- spruchs 18 gelöst.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, dass die Zentrierelemente am Werkzeug oder Werkstück als separate Teile

eingesetzt und durch besondere Haltemittel dort fixiert und damit dauerhaft gehalten sind.

Das Verfahren zur Positionierung eines Werkzeugs oder Werk- stücks, wie z. B. einer Elektrode, an einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einer Senkerodiermaschine, weist folgende Verfahrensschritte auf:

Bereitstellen eines Referenzhalters mit Aufnahmen für Zentrierelemente, welche an einem Werkzeug oder Werkstück festgelegt sind,

- Bereitstellen eines Werkzeuges oder Werkstückes mit Bohrungen zur Aufnahme von Zentrierelementen,

- Einsetzen der Zentrierelemente in die Bohrungen unter Verwendung von Haltemittel, wobei die Zentrierelemente noch beweglich sind,

- Aufsetzen des Werkzeuges oder Werkstückes samt eingesetzten Zentrierelementen auf den Referenzhalter, wobei die Zentrierelemente in die Aufnahmen des Referenzhal- ters greifen und sich dort während des Aufsetzens ausrichten, dauerhaftes Fixieren der Zentrierelemente,

- Abnahme des Werkzeuges oder Werkstückes vom Referenzhalter und anschließendes Einspannen in den Halter der Werkzeugmaschine.

Die grundlegende Idee besteht also darin, die Zentrierelemente am Werkzeug oder Werkstück als separate Teile einzusetzen, wobei diese separaten Teile noch etwas beweglich sind und erst anschließend durch geeignete Haltemittel dafür gesorgt wird, dass die Zentrierelemente dauerhaft und richtig fixiert sind. Im einfachsten Fall können die Haltemittel Klebemittel sein.

Es ist aber auch denkbar, dass die Zentrierelemente durch andere Mittel dauerhaft fixiert werden, beispielsweise durch Verspannen, Verpressen, Festklemmen oder dergleichen. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass zu Beginn des Einsetzens die Zentrierelemente am Werkzeug oder Werkstück zunächst noch etwas beweglich sind und erst anschließend dauerhaft fixiert werden. Das dauerhafte Fixieren der Zentrierelemente erfolgt durch Aufsetzen des Werkzeugs oder Werkstücks mit eingesetzten, noch beweglichen Zentrierelementen auf einen Halter, der als Referenzhalter ausgebildet sein kann oder bereits am Werkzeug befestigt ist. Bei Aufsetzen des Werkzeuges oder Werkstückes auf den Halter bzw. Referenzhalter können sich die Zentrierelemente dank ihrer noch möglichen Beweglichkeit in die durch den Halter oder Referenzhalter bestimmte, exakte Positi- on ausrichten, also z. B. verdrehen und/oder verschieben. Die so ausgerichteten Zentrierelemente werden nach ihrem exakten Ausrichten dann dauerhaft fixiert, z. B. dadurch, dass diese in der ausgerichteten Position festgeklebt werden.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Halter der Werkzeugmaschine oder ein entsprechender Referenzhalter Aufnahmen für die Zentrierelemente auf. Diese Aufnahmen des Halters können als von einer Hauptfläche des Halters hervorspringende Grate, Leisten oder Rollen bzw. Ku- geln ausgebildet sein, welche z. B. im rechten Winkel zueinander stehen. Geeignete Zentrierelemente verfügen über nutförmi- ge Ausnehmungen, die in diese Grate, Leisten, Kugeln oder Rollen eingreifen. Diese Ausnehmungen in den Zentrierelementen, können z. B. prismenförmig, u-förmig oder v-förmig ausgebildet sein.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, vier Zentrierelemente vorzusehen, die im Winkel von 90° zueinander um eine

Mittenachse des Werkzeugs oder Werkstücks zueinander versetzt angeordnet sind.

Wenn die als Grate oder Leisten ausgebildeten Aufnahmen des Halters von einer Mittenachse weg versetzt angeordnet sind, ist es notwendig, dass die Zentrierelemente im gleichen Abstand zur Mittenachse des Werkzeugs oder Werkstücks angeordnet sind.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Zentrierelemente Bohrungen im Werkstück oder Werkzeug vorhanden sind, in die die Zentrierelemente eingesteckt werden. Hierfür weist jedes Zentrierelement ein Steckteil auf zum Einstecken in die Bohrung sowie ein sich an das Steckteil an- schließendes, im Durchmesser breiter ausgebildetes Greifteil. Das Greifteil eines Zentrierelementes ist, wie bereits erwähnt, z. B. mit einer prismenförmigen Ausnehmung versehen, welche in die hervorspringenden Grate oder Leisten des Halters eingreifen.

Es ist zweckmäßig, dass auf dem Werkzeug oder Werkstück Abstandsbolzen angeordnet sind, durch welche der axiale Abstand vom Werkzeug oder Werkstück zum Halter festgelegt ist. Vorzugsweise sind die Abstandsbolzen lösbar am Werkzeug oder Werkstück angeordnet, z. B. durch Verschrauben. Um eine möglichst plane Auflagefläche zu gewährleisten, weisen die Abstandsbolzen plane Oberseiten auf, auf denen der Halter aufsitzen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Positionieren eines Werkzeugs oder Werkstücks an einer Werkzeugmaschine wird nachfolgend im Zusammenhang mit Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Werkstück, z. B. eine Elektrode, in Seitenansicht und Draufsicht,

Figur 2 einen Halter, wie er an einer Werkzeugmaschine befestigt sein kann, in Draufsicht und Seitenansicht,

Figur 3 den Halter von Figur 1 und das Werkstück von Figur 2 im zusammengesteckten Zustand, und

Figur 4 verschiedene zeitliche Stationen beim Positionieren des Werkstückes auf den Halter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

In Figur 1 ist ein blockartiges Werkzeug oder Werkstück 10 in Seitenansicht und Draufsicht dargestellt. Das Werkzeug oder Werkstück 10 kann zum Beispiel eine Elektrode für eine Erodiermaschine sein. Das Werkzeug oder Werkstück 10 weist vier Seitenflächen 10a, 10b, 10c und 10d auf sowie eine Oberseite 10e, die als Referenzfläche oder Stirnfläche dient.

Die Oberseite 10e liegt parallel zu einer Fläche, die durch die Koordinaten Y und X eines rechtwinkligen Koordinatensystems aufgespannt ist. Senkrecht zu diesen Koordinaten Y und X befindet sich die Koordinate Z.

Auf der Oberseite 10e dieses Werkzeuges 10 sitzen in noch näher zu erläuternder Art und Weise sowohl Zentrierelemente 30 als auch Abstandsbolzen 40. Wie aus der Draufsicht auf die O-

berseite 10e von Figur 1 ersichtlich, befinden sich die Abstandsbolzen 40 an den vier Ecken des Werkzeuges 10. Die Zentrierelemente 30 sind zwischen diesen Abstandsbolzen 40 angeordnet. Die Abstandsbolzen 40 weisen eine plane Oberseite 42 auf, so dass ein Halter 20, der mit einer Werkzeugmaschine, zum Beispiel einer Senkerodiermaschine, verbunden ist, hier plan aufliegen kann. In der Mitte des Werkzeuges 10 sitzt ein Spannbolzen 60, der zum Beispiel hierfür in eine entsprechende Bohrung eingeschraubt ist.

Ein solcher Halter 20 ist in Figur 2 in Seitenansicht und Draufsicht dargestellt.

Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 ist dieser Halter 20 eben- falls blockartig ausgestaltet. Der Halter 20 könnte jedoch auch kreisförmig ausgebildet sein oder jede andere äußere Kontur aufweisen. Wichtig ist lediglich, dass der Halter 20 eine Hauptfläche 23 aufweist, auf die die planen Oberflächen 42 der Abstandsbolzen 40 des Werkzeuges 10 möglichst plan aufsitzen. Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 befinden sich an den vier Ecken des Halters 20 Flächenelemente 23, die exakt zueinander in einer planen Ebene entsprechend den XY-Koordinaten sitzen. Der Halter 20 verfügt über eine zentrale Bohrung 21 zur Aufnahme des aus Figur 1 bekannten Spannbolzens 60. Zusätzlich verfügt der Halter 20 über vier Leisten oder Grate 22, die als Aufnahmen für die Zentrierelemente 30 dienen. Diese Leisten 22 sind kreuzförmig zueinander angeordnet. Die Grate oder Leisten 22 greifen in die U- oder prismenförmig gestalteten Ausnehmungen 32 der Zentrierelemente 30.

In Figur 3 ist das Werkzeug beziehungsweise Werkstück 10 auf den Halter 20 aufgesetzt gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die planen Oberseiten 42 der Abstandsbolzen 40 auf den

Flächen 23 des Halters 20 aufsitzen, wobei die Leisten oder Grate 22 des Halters 20 in die Zentrierelemente 30 eingreifen.

Es versteht sich, dass für ein präzises Ausrichten des Werk- zeuges 10 auf dem Halter 20 ein korrekter Sitz der Zentrierelemente 30 erforderlich ist. Wie ein solcher korrekter Sitz der Zentrierelemente und deren Ausrichtung erreicht werden kann, wird anhand der Darstellung von Figur 4 deutlich.

In Figur 4 ist links oben das Werkzeug 10, zum Beispiel eine Elektrode, dargestellt, die noch nicht geeignet ist, auf eine Werkzeugmaschine, zum Beispiel eine Senkerodiermaschine aufgespannt zu werden. In Figur 4 rechts unten ist dagegen das gleiche Werkzeug 10 gezeigt mit eingesetzten Zentrierelementen 30, Abstandsbolzen 40 sowie Spannbolzen 60, wie es an eine

Werkzeugmaschine aufgespannt werden kann. Der Herstellweg des Werkzeuges 10 wird in Figur 4 von links oben nach rechts unten erläutert. Die bereits bekannten Bezugszeichen werden für die gleichen Teile weiter verwendet. Auch das gleiche Koordinaten- System XYZ findet weiter Verwendung.

Ausgehend von dem in Figur 4 links oben dargestellten, noch unbearbeiteten Werkzeug 10 werden von der Stirnseite 10e verschiedene Bohrungen in das Werkzeug 10 eingebracht. Zunächst wird eine verhältnismäßig große, zentrale Bohrung 10 in das Werkzeug 10 eingebracht zur Aufnahme eines an sich bekannten Spannbolzens 60. Die Bohrung 10 ist vorzugsweise eine Schraubbohrung. Im Bereich der vier Ecken der oberen Stirnseite 10e des Werkzeuges 10 sind Bohrungen 13, vorzugsweise Schraubboh- rungen, zur Aufnahme der bereits erwähnten Abstandsbolzen 40 eingearbeitet. Zwischen den Bohrungen 13 für die Abstandsbolzen 40 befinden sich Bohrungen 12 für die Zentrierelemente 30.

Die Zentrierelemente 30 und Abstandsbolzen 40 werden in die hierfür vorgesehenen Bohrungen 12 und 13 eingesetzt. Die Abstandsbolzen 40 werden in die Bohrungen 13 z. B. eingeschraubt. Hierfür weisen die Abstandsbolzen 40 einen Gewinde- stift 41 auf, der mit dem Gewinde in der Bohrung 13 zusammenwirkt. Die Abstandsbolzen 40 werden zweckmäßigerweise mit einem Schraubenschlüssel in die Bohrungen 13 eingeschraubt. Zweckmäßigerweise werden die Abstandsbolzen 40 mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen. Die planen Oberflächen 42 der Abstandsbolzen 40 liegen alle bei korrekter Montage idealer

Weise auf einer gemeinsamen Ebene, die parallel zu den Koordinaten XY aufgespannt ist. In die mittige Bohrung 11 wird der Spannbolzen 60 eingesetzt beziehungsweise eingeschraubt.

Die Bohrungen 12 dienen zur Aufnahme der Zentrierelemente 30. Hierfür weisen die Zentrierelemente 30 jeweils ein unteres Steckteil 31 auf, das in die Bohrungen 12 eingesetzt werden kann. An dieses Steckteil 31 jedes Zentrierelements 30 fügt sich ein verbreiterter Abschnitt an, wobei idealer Weise der übergang vom Steckteil 31 zu diesem verbreiterten Abschnitt, der eine U-förmige oder prismenförmige Ausnehmung 32 aufweist, rechtwinklig ist, damit das Zentrierelement 30 gut auf der Stirnseite 10e des Werkzeuges 10 aufsitzen kann. Die Bohrungen 12 im Werkzeug 10 sind etwas größer gestaltet als der Durch- messer der Steckteile 31 der Zentrierelemente 30, so dass die Zentrierelemente 30 nach dem Einstecken in die entsprechenden Bohrungen 12 noch in Umfangsrichtung verdrehbar sowie etwas in XY-Richtung verschiebbar sind.

Wie in Figur 4 rechts oben dargestellt, wird beim Einsetzen der Steckteile 31 der Zentrierelemente 30 in die Bohrungen 12 Klebemittel verwendet. Beispielsweise wird vor dem Einstecken der Steckteile 31 in die Bohrungen 12 etwas Klebemittel ge-

tropft. Als Klebemittel kann beispielsweise ein Schraubensicherungskleber verwendet werden.

In Figur 4 links unten sind sowohl die Spannschraube 60 als auch die Abstandsbolzen 40 sowie die Zentrierelemente 30 in das Werkzeug 10 eingesetzt dargestellt. Es ist anzumerken, dass das Klebemittel noch nicht ausgehärtet ist und deshalb die Zentrierelemente 30 noch bewegbar, d. h. verdrehbar und verschiebbar sind.

Um die Zentrierelemente 30 in ihre endgültige Lage zu bringen, wird ein exakt gearbeiteter Halter 20, zum Beispiel ein Referenzhalter, zur Verfügung gestellt, dessen Grate oder Leisten 22 exakt platziert sind. Dieser Halter 20 wird auf die grob vorausgerichteten Zentrierelemente 30 aufgesetzt. Unter grob ausgerichtet ist dabei zu verstehen, dass die U-förmigen beziehungsweise prismenförmigen Ausnehmungen 32 der Zentrierelemente 30 bereits in etwa so ausgerichtet sind, dass die Leisten 22 in diese Ausnehmungen 32 der Zentrierelemente 30 ein- greifen können.

Beim Absenken des Halters 20 in Richtung Werkzeug 10 beginnen die Leisten 22 in die Ausnehmungen 32 der Zentrierelemente 30 einzugreifen. Auf Grund der U-förmigen oder prismenförmigen Gestaltung der Ausnehmungen 32 richten sich die Zentrierelemente 30 langsam bei zunehmendem Absetzen des Halters 20 in Richtung Werkstück 10 exakt aus. Sobald der Halter 20 auf die planen Oberflächen 42 der Abstandsbolzen 40 aufsitzt, ist die tiefste Position des Halters 20 erreicht. Es wird dann so lan- ge gewartet, bis der Kleber aushärtet. Dies kann zum Beispiel wenige Minuten dauern. Nachdem der Kleber ausgehärtet ist, kann der Referenzhalter 20 abgenommen werden, weil die Zentrierelemente 30 einerseits exakt ausgerichtet sind und ande-

rerseits auf Grund des Aushärtens des Klebemittels nicht mehr verdreht oder verschoben werden können. Damit ist aber ein Werkzeug 10 bereitgestellt, das auf diese Art und Weise exakt ausgerichtete Zentrierelemente 30 aufweist, so dass das Werk- zeug 10 auf die Werkzeugmaschine gespannt werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Werkzeug, Werkstück, Elektrode 10a Seitenwand 10b Seitenwand

10c Seitenwand

10d Seitenwand

10e Referenzfläche/Stirnfläche

11 zentrale Bohrung 12 Bohrung für Zentrierelemente

13 Bohrung für Abstandsbolzen

20 Halter

21 Bohrung

22 Aufnahme

23 Hauptfläche

30 Zentrierelement

31 Steckteil

32 prismenförmige Ausnehmung

33 flache Wandung

35 Greifteil

40 Abstandsbolzen

41 Gewindestift

42 plane Oberseite

60 Spannbolzen

70 Referenzhalter

Z Mittenachse

X Richtung

Y Richtung