DE10157404A1

DE10157404A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10157404A1
Application number: DE10157404A
Authority: DE
Original assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-06-05

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (10), insbesondere zur spangebenden Bearbeitung von Werkstücken (26), umfasst einen Werkstückaufspanntisch (22) mit einer vertikal ausgerichteten und um eine horizontale Achse (X) drehbaren Aufspannfläche (24) und eine Spindel (30) mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden Spindelachse (Z), wobei die Spindel (30) mittels einer Lagereinrichtung (32, 34, 36) auf einer Kreisbahn um eine parallel zur Spindelachse verlaufenden Achse (W1) verfahrbar gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur spangebenden Bearbeitung von Werkstücken.
Werkzeugmaschinen dienen dazu, kompliziert geformte Werkstücke zu bearbeiten und herzustellen, wobei oftmals eine Mehrzahl unterschiedlicher spangebender Bearbeitungsvorgänge, auch mit zum Teil unterschiedlichen Werkzeugen, vorgenommen werden müssen.
Dabei sollen die Werkzeugmaschinen neben der möglichst raschen und präzisen eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks, die möglichst ohne Umrüstung des Werkstücks, also erneute Aufspannung auf einen Spanntisch oder ähnliches, vorgenommen werden soll, auch kurzen Umrüstzeiten zwischen der Bearbeitung zweier unterschiedlicher Werkstücke Rechnung tragen und häufig auch derart gestaltet sein, dass sie sich zur Automatisierung in Fertigungslinien eignen.

Stand der Technik

In der Technik sind Werkzeugmaschinen bekannt, die mit hängenden Spindeln arbeiten, d. h. mit Spindeln, deren Spindelachse (Z-Achse) im aufgestellten Zustand der Maschine vertikal verläuft und über dem Werkstück positioniert ist. Das Werkstück ist auf einem Werkstücktisch aufgespannt, der z. B. eine vertikale Aufspannfläche hat und um eine horizontale Achse drehbar ist. Durch eine Zustellbewegung der Spindel entlang der Rotationsachse, also in Z-Richtung, und die Drehung des Werkstücktischs mit dem darauf aufgespannten Werkstück können Relativbewegungen der Spindel und des Werkstücks in zwei Raumrichtungen, nämlich der Z-Richtung und der X-Richtung sichergestellt werden.
Dabei verläuft die Z-Achse gemäß gewöhnlicher Definition der Achsen bei Werkzeugmaschinen so, dass sie in Richtung der Hauptarbeitsspindel verläuft. Die X-Achse liegt parallel zur Werkstückaufspannfläche und verläuft horizontal. Die Y-Achse schließlich steht senkrecht auf der Z-X-Ebene. Diese Definitionen gelten durchwegs in dieser Beschreibung und den Ansprüchen.
Die bekannten Werkzeugmaschinen werden häufig mit geschlossenen Bearbeitungsräumen eingesetzt, damit bei den gewöhnlichen hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, die mit hohem Späneanfall verbunden sind, die Späne innerhalb des geschlossenen Bearbeitungsraums gesammelt werden können und von dort abgeführt werden können. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Werkzeugmaschine als Trockenbearbeitungsmaschine arbeitet, was z. B. zur Aluminiumbearbeitung vorteilhaft ist.
Häufig ist jedoch aufgrund des geschlossenen Bearbeitungsraums und der Anordnung des Werkstücks sowie der Spindel die Einsicht in den Bearbeitungsraum von Außen durch Maschinenwände eingeschränkt. Insbesondere betrifft dies die Sicht und der Zugang zu zusätzlichen Räumen zum Beladen und Rüsten, die ggf. auch zur Automatisierung im Rahmen von Fertigungslinien eingesetzt werden müssen. Oft lassen solche die Sicht beeinträchtigenden Wände nicht vermeiden, da in ihnen der Werkstücktisch oder die Spindel der Werkzeugmaschine gelagert ist. Dieser Nachteil wird insbesondere häufig dann deutlich, wenn die Maschinen zur Trockenbearbeitung geeignet sein sollen, wie beispielsweise der Leichtmetallbearbeitung, da in diesem Fall viele Lager- und Führungselemente in den Seitenwänden vorgesehen werden, um die Späneabfuhr nicht zu beeinträchtigen.
Andere Achsenkonzepte, die in der Technik ebenfalls bekannt sind, wie beispielsweise die Anordnung horizontaler Spindelachsen oder ähnliches sind aus diesem Grund zur Leichtmetallbearbeitung wenig geeignet, da die anfallenden Späne aufgrund der Lage der Spindelachse nicht gut abgeführt werden können und somit möglicherweise das Bearbeiten behindern. Zudem besteht die Gefahr, dass die Späne in die Antriebe der Führungen des Werkstücktischs bzw. der Spindel eindringen und somit zu Maschinenversagen oder Störungen führen.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine trockenbearbeitungsgerechte Werkzeugmaschine vorzusehen, die eine gute Einsicht für den Bediener zum Werkstück, zum Messen und während des Werkstückwechselns vorsieht und zudem kompakt und steif gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Aufhängung der Spindel so zu gestalten, dass die Spindel auf einer Kreisbahn um eine zur Spindelachse parallele Achse bewegbar gelagert ist, so dass die Spindelachse durch Drehung der Aufhängung um die Achse auf dieser Kreisbahn geführt werden kann. Dies bedeutet insbesondere, dass die Spindel durch diese Drehbewegung innerhalb der X-Y-Ebene verschiedene Positionen einnehmen kann, die auf einem Kreisbogen liegen. Dadurch ist die Spindel in einer horizontaler Ebene bewegbar, die senkrecht zur Aufspannfläche des Werkstückaufspanntischs ist. In Verbindung mit der um eine horizontalen Achse drehbaren Aufspannfläche des Werkstückaufspanntischs und der Vertikalverstellmöglichkeit der Spindel in gewöhnlicher Weise (in Z-Richtung) kann das Werkstück in verschiedenen Positionen und an verschiedenen Orten bearbeitet werden und durch Kombination entsprechender Verfahrmöglichkeiten in die gewünschte Lage gedreht und dort bearbeitet werden. Die Konstruktion bleibt dabei steif und stellt ausreichend hohe Verfahrgeschwindigkeiten sicher, um den Anforderungen kurzer Bearbeitungszeiten und Präzisionsgenaue Bearbeitung gerecht zu werden. Der Werkstückaufspanntisch wird von der Seite geführt, d. h. der Raum unter dem Werkstückaufspanntischs bleibt frei, da die Spindel vertikal über dem zu bearbeitenden Werkstück aufgehängt ist. Dieser frei bleibender Raum unter dem Werkstück führt zur Trockenbearbeitungseignung der Maschine, da die Späne in einen Raum fallen und von dort abgeführt werden, in dem keine Lagerungen oder Antriebe vorgesehen sind, die durch Eindringen der Späne beeinträchtigt oder beschädigt werden könnten. Selbstverständlich ist es möglich, in bekannter Weise das Abführen der Späne durch gerichtete Luftströme oder ähnliches weiter zu unterstützen, wobei bei der erfindungsgemäßen Lösung bereits die Schwerkraft die Späne in einen Raum bringt, der frei von Antrieben oder Führungen ist.

Aufgrund der kompakten Anordnung ist es zudem möglich, Seitenbereiche der Werkzeugmaschine mit Sichtfenstern zu gestalten, da nur wenige Lagestellen, nämlich diejenige des Werkstückaufspanntischs, in seitlichen Gehäusebereichen vorzusehen sind. Somit können Sichtfenster an verschiedenen Orten angebracht werden, damit der Bediener zur Zerspanungsstelle gute Einsicht hat, was die Prozessbeobachtung vereinfacht, ebenso wie ein etwaiges Messen oder einen Teileaustausch.

Schließlich ist festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hinsichtlich der Automation gut geeignet ist, da problemlos eine Beschickungsstellung des Werkstückaufspanntischs vorgesehen werden kann, die außerhalb des Arbeitsraums liegt und somit durch Krananlagen oder ähnliches gut zugänglich ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

Bevorzugterweise wird die Verstellmöglichkeit der Spindel entlang einer Kreisbahn dadurch erzielt, dass ein drehbar gelagerter Teller vorgesehen wird, an dem außermittig eine Aufhängeeinrichtung für die Spindel angebracht ist. Durch Drehen des Tellers wird die Spindel somit entlang der Kreisbahn bewegt. Diese Anordnung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bevorzugterweise ein den Teller von Außen umgreifender Antrieb und eine entsprechende Führung vorgesehen werden können, die dem System eine erhöhte Steifigkeit bei den zur Werkstückbearbeitung erforderlichen hohen Beschleunigungen gibt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung einen linearen Rundantrieb, der die Vorteile eines Linearantriebs, nämlich hohe Beschleunigungen, mit der erforderlichen Steifigkeit kombiniert, da er beispielsweise einen Teller, der die Spindel lagert und in dem die Spindel, z. B. in einer zylinderartigen Führung wiederum verschiebbar in Z-Richtung gelagert ist, umgreift. Selbstverständlich können jedoch auch andere Antriebe eingesetzt werden, die die erforderlichen Beschleunigungen sicherstellen und die nötige Steifigkeit vorsehen können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Werkstückaufspanntisch zusätzlich in eine Richtung parallel zur X-Achse verfahrbar, also in einer Richtung, die in der Ebene der Aufspannfläche verläuft. Die Verfahrbarkeit des Werkstückaufspanntischs in diese Richtung stellt sicher, dass bei einer automatisierten Fertigung beim Werkstückwechsel der Werkstücktisch in eine Bestückungs- und Entnahmeposition fahren kann, in der ein Greifer, eine Kraneinrichtung oder ähnliches guten Zugang zum Werkstücktisch haben. Dies ist insbesondere bei einer automatisierten Fertigung erforderlich. Zusätzlich wird durch die Verfahrbarkeit des Werkstücktischs entlang der X-Achse bzw. parallel dazu sichergestellt, dass keine zusätzlichen Lager oder Führungen im Bodenbereich der Werkzeugmaschine vorgesehen werden müssen. Dadurch wird die Maschine robust und kompakt.

Wird bevorzugterweise zusätzlich das Werkzeugmaschinenbett, also die Spänewanne und deren Fortsetzung im unteren Bereich der Werkzeugmaschine so gestaltet, dass es von dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine, der im Wesentlichen durch die möglichen Spindelpositionen bestimmt wird, in die Bestückungsposition reicht, werden Teileaustausch, Spanabfuhr und insbesondere die Automationseigenschaften verbessert.

Bevorzugterweise wird das Verfahren des Werkstückaufspanntischs in der Richtung parallel zur X- Achsenrichtung durch einen Linearantrieb bewirkt. Dieser Linearantrieb bietet wiederum die erforderliche Steifigkeit bei äußerst hohen Beschleunigungsmöglichkeiten und Verfahrgeschwindigkeiten. Es können beispielsweise Beschleunigungen in der X-Achsenrichtung von mindestens 1 g bei Endgeschwindigkeiten von mindestens 100 m/min erzielt werden. Alternativ dazu kann auch eine andere Antriebsart, z. B. eine Kugelrollspindel, verwendet werden.

Vorteilhafterweise umfasst die Werkzeugmaschine zusätzlich ein Scheibenmagazin für Werkzeuge, das um eine Achse parallel zur Spindelachse drehbar ist und bevorzugterweise in einem Kopfbereich der Werkzeugmaschine angebracht ist, so dass es sich an die Verfahreinrichtung für die Werkzeugspindel, also beispielsweise den Teller, unmittelbar anschließt. Dies ermöglicht es, dass die Werkzeugwechselräder so positioniert sind, dass sie eine Entnahme bzw. ein Bestücken der Werkzeuge von der Maschinenseite, also dem Rand der Werkzeugmaschine in Y-Richtung, oder von hinten (Ende der Werkzeugmaschine in X- Richtung) ermöglichen. Diese Anordnung ermöglicht einen raschen Werkzeugwechsel und bietet eine gute Zugänglichkeit zum Bestücken des Scheibenmagazins mit Werkzeugen, was insbesondere im Rahmen der Automatisierung und der Fertigungslinienanordnung solcher Werkzeugmaschinen erforderlich ist. Alternativ können auch Kettenmagazine o. ä. zur Anwendung kommen.

Vorteilhafterweise ist die Werkzeugmaschine zu einer Seite, insbesondere bevorzugt zu der Seite, die gegenüber dem Werkstückaufspanntisch in Y-Achsenrichtung liegt, mit Stützen versehen, die den Arbeitsraum im Wesentlichen begrenzen und den Bodenbereich der Werkzeugmaschine, also die Spänewanne, mit dem die Spindel tragenden, oberen Bereich der Werkzeugmaschine verbinden, so dass zwischen den Stützen das Vorsehen von Sichtfenstern möglich ist, wodurch eine gute Einsicht in den Arbeitsraum gewährleistet wird. Zusätzlich kann um 90° versetzt ein weiteres Sichtfenster angebracht werden, ohne die Eigensteifigkeit des Systems zu gefährden. Dieses Fenster kann beispielsweise zum Messen verwendet werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass wesentliche Verstellmechanismen und Antriebsmechanismen im Kopfbereich der Werkzeugmaschine vorgesehen werden und somit nicht das Anbringen von Fenstern beeinträchtigen. Es sind in diesem Bereich auch keine Lagerstellen erforderlich, die eine Anordnung von Fenstern unmöglich machen würden.

Das Verwenden von Stützen bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Werkzeugmaschinen verhältnismäßig modular aufzubauen, so dass deren Ergänzung zu Mehrspindel-Werkzeugmaschinen oder ähnlichem problemlos möglich ist, ohne erneuten wesentlichenn Aufwand bzw. Fertigungsaufwand. Dies ermöglicht eine kostengünstige Werkzeugmaschinenherstellung.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Werkzeugmaschine als Zweispindelmaschine gestaltet. Dabei können wahlweise ein oder zwei Werkzeugmaschinenbetten vorgesehen werden. Werden zwei Werkzeugmaschinenbetten vorgesehen, so sind im Wesentlichen zwei nahezu identische Werkzeugmaschinen bezüglich einer zwischen ihnen liegenden Symmetrieachse angeordnet, so dass die Werkstückaufspanntische einander gegenüber sind und an den jeweiligen Außenseiten der Werkzeugmaschine gelagert sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, nur einen Aufspanntisch vorzusehen, dessen Werkstück durch eine von zwei vorgesehenen Spindeln, die jeweils entlang einer Kreisbahn verfahrbar sind und von oben aufgehängt sind, bearbeitet werden kann. Dadurch werden die Umrüstzeiten bei Werkzeugwechseln verkürzt. Bei dieser Ausführungsform sind vorteilhafte Weise zwei Werkzeugmagazine vorgesehen, eines für jedes Spindel. In jedem Fall ermöglicht aber auch bei den Werkzeugmaschinenversionen mit zwei Spindeln das Vorsehen eines verlängerten Werkzeugmaschinenbetts, dass die Teilebeladung, also die Bestückung und die Entnahme von Werkstücken, von oben erfolgen kann.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die auch auf andere Werkzeugmaschinenkonzepte anwendbar ist, also solche, die beispielsweise keine Verfahrmöglichkeit einer Spindel auf einer Kreisbahn vorsehen, bei denen jedoch die Spindel trotzdem in einer Über-Kopf-Anordnung (hängend) vorgesehen ist und das Werkstück von oben bearbeitet wird, ist eine zusätzliche Führung für die Spindel vorgesehen, die diese von unten her, also vom Bereich des Werkzeugmaschinenbetts führt. Die Führung kann dabei an der Spindel selbst oder an dem daran angebrachten Werkzeug/Werkzeughalter angreifen. Diese Führung ist so gelagert, dass sie synchron zur Spindel verfahrbar ist, also die Bewegung der Spindel im Wesentlichen abbildet. Durch die zusätzliche Führungsanordnung für eine hängende Spindel wird dem gesamten System eine höhere Steifigkeit verliehen, da die Spindel nicht nur von oben geführt wird und gleichzeitig nahe am Krafteinleitungspunkt geführt wird, was zur hochgenauen Bearbeitung führt.

In diesem Fall wird die zusätzliche Führung durch mindestens zwei, ggf. drei Führungseinrichtungen geführt, die als Linearführungen, schienenartige Führungen oder ähnliches ausgebildet werden können. Insbesondere in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind die Führungseinrichtungen dabei so angebracht, dass sie im Bereich des Werkzeugmaschinenbetts verlaufen bzw. an der Seite, an der der vertikale Aufspanntisch gelagert ist, so dass keine wesentliche zusätzliche Beeinträchtigung der Sicht zum Werkstück durch die Führung für die Spindel und die Führungseinrichtungen für die Führung auftritt.

Bevorzugterweise wird als Führung ein Bügel verwendet, der im Wesentlichen U-förmig ist und näherungsweise entlang das Werkzeugmaschinenbetts und der sich daran anschließenden, vertikalen Wände verläuft. Die eigentliche Halterung für die Spindel ist dabei an einem der zueinander parallelen Schenkel des U's angebracht, so dass die Bewegung der Spindel und der Zugang zum Werkstück nicht beeinträchtigt wird. Dabei wird es besonders bevorzugt, den U-förmigen Bügel zumindest in den Bereichen des Verbindungsstegs des U's durch Führungselemente zu stützen, von denen sich die zueinander im Wesentlichen parallelen Stege des U-förmigen Bügels erstrecken. Zusätzlich kann an einem der zueinander parallelen Stege des U's eine weitere Führungseinrichtung angebracht sein, also senkrecht zu den ersten Führungseinrichtungen, um dem System eine erhöhte Steifigkeit zu geben und damit die Spindel möglichst exakt zu führen, damit eine präzessionsgenaue Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht wird.

Bei dieser Anordnung, die eine zusätzliche Führung für die Spindel, beispielsweise in Gestalt eines Führungsbügels, beinhaltet, wird es bevorzugt, die vertikale Aufspannfläche direkt an der Führung zu lagern, wobei sie bevorzugterweise um die horizontale Y-Achse drehbar ist. Dies vereinfacht die Konstruktion und bietet eine erhöhte Gesamtsteifigkeit des Systems.

In ähnlicher Weise wird es bevorzugt, die Aufspannfläche für das Werkstück auch in X-Achsenrichtung verfahrbar direkt an der Führung zu lagern.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Rundtisch vorgesehen, der direkt an der zusätzlichen Führung für die Spindel um eine Achse drehbar gelagert ist, die in einer Ebene parallel zur Spindelachse verläuft. Auf diesem Rundtisch können Werkstücke aufgespannt werden, die zur Bearbeitung vorgesehen sind. Die Anordnung eines Rundtisches direkt auf der Führung, so dass der Rundtisch zusammen mit der Führung bewegbar ist, bietet eine optimale Positioniermöglichkeit des Werkstücks im Arbeitsraum. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn die Führungsanordnung bei einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird, die keinen vertikalen Aufspanntisch hat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rundtisch an der Führung ferner so gelagert, dass er um eine horizontale Achse (Y-Achse) drehbar ist bzw. dass er an der zusätzlichen Führung für die Spindel parallel zur X-Achse verfahrbar gelagert ist. Dies ermöglicht es, das Werkstück optimal zur Bearbeitung zu Positionieren und Platzieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Querschnittsseitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigt;

Fig. 2 die Werkzeugmaschine aus Fig. 1 in der Vorderansicht zeigt;

Fig. 3 die Werkzeugmaschine aus Fig. 1 und 2 in der Draufsicht zeigt;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit zwei Arbeitsspindeln, zwei Tischbaugruppen und zwei Maschinenbetten zeigt;

Fig. 5 eine Seitenansicht nach einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit zwei Spindeleinheiten, eine Tischbaugruppe und einem Werkzeugmaschinenbett zeigt;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine aus Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer Fertigungslinie zeigt, die zwei erfindungsgemäße Werkzeugmaschinen aufweist;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht durch den Bereich des Werkzeugmaschinenbetts in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigt;

Fig. 9 in Querschnittsansicht noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigt; und

Fig. 10 im Ausschnitt noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10 in einer ersten Ausführungsform. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ein Werkzeugmaschinenbett 12, das im Wesentlichen eine wannenförmige Konfiguration hat und einen im Querschnitt trichterförmigen Innenraum 14, der im Wesentlichen als Spanaufnahmeraum dient. Über dem Werkzeugmaschinenbett 12 ist eine Kopfplatte 16 vorgesehen, die die Werkzeugmaschine nach oben hin abschließt. Die Kopfplatte 16 erstreckt sich in der Breitenrichtung (Links-Rechts-Richtung in Fig. 1) der Werkzeugmaschine über deren gesamte Breite. Wie es Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Kopfplatte in Längsrichtung der Werkzeugmaschine (X-Richtung) asymmetrisch angebracht und deckt lediglich einen Teilbereich des Werkzeugmaschinenbetts 12 ab. Das Kopfteil 16 stützt sich dabei über Seitenwände des Werkzeugmaschinenbetts 12 sowie zumindest entlang eines Seitenrands der Werkzeugmaschine, in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dem rechten Rand in Fig. 1, mittels zweier Säulen 18 auf dem Werkzeugmaschinenbett 12 ab. Wie es insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, ermöglicht das Vorsehen zweier Säulen 18 als tragende Konstruktion für das Kopfteil 16, dass zwischen den Säulen 18 ein Sichtfenster definiert werden kann, so dass der Bediener eine gute Einsicht in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine, insbesondere an den Zerspanungsort, hat. Dieser Arbeitsbereich ist im Wesentlichen der Raum, der unterhalb des Kopfteils 16 liegt.
Am Werkzeugmaschinenbett 12 ist über eine Längsführung 20 und einen zugehörigen Linearantrieb verfahrbar ein Werkstückaufspanntisch 22 angebracht. Der Linearantrieb und die Längsführung 20 ermöglichen das Verschieben des Werkstückaufspanntischs 22 in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und aus diesem heraus in einem Bestückungsbereich, der von oben zugänglich ist, da sich das Kopfteil 16 nicht über die gesamte Länge der Werkzeugmaschine erstreckt. Als Bestückungsbereich wird derjenige Bereich bezeichnet, der nicht vom Kopfteil 16 überdeckt ist. Die Position des Werkstücktischs 22 im Arbeitsbereich ist in Fig. 2 schematisch angedeutet. Die Zugänglichkeit zum Werkstücktisch 22 von oben, wenn dieser im Bestückungsbereich ist, ermöglicht eine einfache Bestückung des Werkstückaufspanntischs 22 mit Werkstücken und deren einfache Entnahme, insbesondere auch durch Kraneinrichtungen oder Greifer. Ebenso ist die Integration einer Palettenwechseleinrichtung denkbar.
Der Werkstückaufspanntisch 22 ist mit einer Aufspannfläche 24 versehen, auf die ein Werkstück 26 aufgespannt werden kann und mittels des Tischs um eine horizontale Achse, die Y- Achse, gedreht werden kann, so dass das darauf aufgespannte Werkstück 26 um diese Achse rotiert und somit unterschiedliche Positionen des Werkstücks zur Bearbeitung zugänglich gemacht werden können. Die Werkstückaufspannfläche 24 des Werkstücktischs 22 ist vertikal ausgerichtet, d. h. sie verläuft in der X-Z-Ebene.
Die Bearbeitung selbst erfolgt mit einer Spindel 30, in die ein Werkzeug eingewechselt werden kann. Die Spindel hat die Z-Achse, also die Hoch-Tief-Achse in Fig. 1 und 2, als Rotationsachse. Die Spindeleinrichtung selbst ist mittels eines Drehtellers 32 im Kopfteil 16 der Werkzeugmaschine gelagert. Der Drehteller 32 ist um eine Achse W1, die parallel zur Z-Achse, also der Spinnrotationsachse, verläuft, drehbar gelagert. Die Spindeleinrichtung 30 ist über eine außermittig am Drehteller 32 angebrachte Führung 34 derart befestigt, dass eine Drehung des Drehtellers 32 um seine Drehachse W1 bewirkt, dass die Spindel auf einer Kreisbahn mit dem Mittelpunkt der Achse W1 verfahren wird. Zusätzlich ist die Spindeleinrichtung selbstverständlich herkömmlicherweise in der Lagereinrichtung 34 in Spindelachsrichtung verschiebbar gelagert, so dass eine Zustallbewegung zum Werkstück 26 ausgeführt werden kann. Dies kann, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, z. B. durch Vorsehen einer zylinderartigen Führung sichergestellt werden. Durch die Möglichkeit des Verschiebens bzw. Bewegens der Spindel entlang einer Kreisbahn mit dem Mittelpunkt der Achse W1 kann eine Zustellbewegung der Spindel innerhalb der X-Y-Ebene bewirkt werden. Zusammen mit der linearen Verstellmöglichkeit, die durch die Verstelleinrichtung 20 vorgesehen wird, können damit beliebige Punkte am Werkstück in der X-Y-Ebene innerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine angesteuert werden.
Der Teller 32 wird vorzugsweise mittels eines linearen Rundantriebs 36 bewegt, der den Teller von Außen umgreift. Dadurch wird dem System neben den vom Linearantrieb erzeugten hohen Bescheunigungskräften auch eine ausreichende Steifigkeit gegeben, die insbesondere hohe Vorschubgeschwindigkeiten und eine Bearbeitung mit hoher Präzision ermöglicht.
Unmittelbar benachbart zum Teller 32 ist innerhalb der Kopfplatte 16 ein Scheibenmagazin für Werkzeuge vorgesehen, wie es am besten Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist. Das Scheibenmagazin 38 arbeitet nach einer bevorzugten Ausführungsform im Pick-Up-Verfahren. Zwischen der Spindel 30 und dem Werkzeugmagazin 38 sind die Bahnen des Werkzeugmagazins 38 und der Spindel entlang ihrer Kreisbahn um die Achse W1 so gestaltet, dass zumindest eine Übergabeposition für Werkzeuge zwischen der Spindel 30 und dem Werkzeugmagazin 38 definiert wird. In dieser Übergabeposition nimmt die Werkzeugspindel 30 Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin 38 auf bzw. gibt sie an dieses zurück.
Wie es Fig. 1 bis 3 zu entnehmen ist, bietet die als Einspindelausführung gestaltete erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eine kompakte Anordnung von Spindel- und Werkstückträger, so dass mittels einer kompakten Anordnung, die eine hohe Steifigkeit aufweist und platzsparend ist, Werkstücke mit hohen Beschleunigungen und Vorschubgeschwindigkeiten der Werkzeugmaschine bearbeitet werden können.
Da die Werkzeugmaschine 10 gemäß Fig. 1 bis 3 lediglich entlang einer Seitenwand, nämlich der oberen Seitenwand in Fig. 3 (linke Seitenwand in Fig. 1), eine von der Spänewanne 12 bis zur Kopfplatte 16 durchgezogene Wand aufweist, wird von den anderen Seiten her eine gute Zugänglichkeit zur Werkzeugmaschine gewährleistet. Dieser Zugang kann beispielsweise in dem Bereich, in dem keine Kopfplatte 16 die Werkzeugmaschine überdeckt (recht in Fig. 3), dazu verwendet werden, dass das Bestücken und Entnehmen der Werkstücke von oben und aus der Richtung, die mit dem Pfeil C bezeichnet ist, stattfindet. Aus der in Fig. 3 mit A bezeichneten Richtung ist die Prozessbeobachtung durch beispielsweise ein Fenster möglich. Aus der mit B bezeichneten Richtung kann beispielsweise eine Messung vorgenommen werden. Der Bediener hat seine Arbeitsposition dabei vorzugsweise im Bereich der Ecke, die diese beiden Seiten mit den Sichtfenstern definieren.
Fig. 4 zeigt in der Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wurden zwei Werkzeugmaschinen 10, die im Wesentlichen der Ausführungsform aus Fig. 1 bis 3 entsprechen, zu einer Zweispindelwerkzeugmaschine 40 zusammengebaut, was im Wesentlichen durch aneinanderfügen zweier identischer Module 10 geschieht, die zueinander symmetrisch angeordnet werden. D. h. bevorzugterweise werden die Module so angeordnet, dass die Werkstückaufspanntische 22 einander gegenüber sind und an den Außenseiten der Gesamtanordnung 40 angebracht sind. Jede der Bearbeitungsspindeln 30 und jeder Werkstückaufspanntisch 22 ist somit einem eigenen Werkzeugmaschinenbett 12 mit entsprechender Spanabfuhr zugeordnet.
Die Spanabfuhr geschieht jeweils hauptsächlich durch Wirkung der Schwerkraft, die die Späne nach unten befördert, wo sie in den trichterförmigen Spanabfuhrraum gleiten, der durch das Werkzeugmaschinenbett 12 definiert wird. Selbstverständlich können hier, ebenso wie bei der ersten in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform zusätzlich beispielsweise Luftdüsen und entsprechende Strömungen vorgesehen werden, damit die Spanabfuhr in den Spanaufnahmeraum 14 jedes Werkzeugmaschinenbett 12 unterstützt wird.
Ferner ist in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform je Werkzeugspindel 30 ein Werkzeugmagazin als Scheibenmagazin vorgesehen, so dass die Werkzeugmagazine 38 wiederum an den Außenseiten der Gesamtanordnung 40 platziert sind. Die Werkzeugmagazine 38 sind dabei entsprechend der ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, um eine Achse W2 parallel zur Spindelachse Z und zur Drehachse W1 des Tellers 16 angeordnet. Dem besseren Verständnis halber sind die Achsen der ersten Werkzeugmaschineneinheit 10 der Gesamtanordnung 40 mit Z', W1', W2' bezeichnet wohingegen die Achsen der zweiten Werkzeugmaschineneinheit 10 mit Z", W1" und W2" bezeichnet sind. Die Anordnung und Funktionsweise der weiteren Bauteile ist identisch zu der, die in Verbindung mit Fig. 1 bis 2 und der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
In Fig. 5 und 6 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei umfasst die Anordnung wiederum eine Zweispindeleinheit, wobei jedoch, anders als bei der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform, nur ein einziger Werkzeugaufspanntisch angeordnet ist, der von beiden Spindeln bedient werden kann. Dabei ist die Anordnung so, dass die Werkzeugmaschine im Wesentlichen zwei Kopfplatten 16 umfasst, die in X-Richtung der Werkzeugmaschine hintereinander angeordnet sind, so dass das Werkzeugmaschinenbett verlängert wird und der Werkstückaufspanntisch 22 mit dem daran aufgespannten Werkstück 26 nach Bedarf zu jeder Spindel fahren kann. Dadurch wird insbesondere eine Umrüstzeit beim Werkzeugwechsel weiter verkürzt, so dass die Gesamtbearbeitungszeit verringert wird, da während eine Spindel mit einem entsprechenden Werkzeug bearbeitet, das Werkzeug der zweiten Spindel gewechselt werden kann. Die weiteren Elemente der in Fig. 6 gezeigten Werkzeugmaschine 50 sind identisch zu denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform.
In Fig. 7 ist schließlich die Anordnung zweier Werkzeugmaschinen gemäß einer Ausführungsform, die derjenigen aus Fig. 6 entspricht, im Rahmen einer Fertigungslinie dargestellt. Es ist Fig. 7 deutlich zu entnehmen, dass seitlich der Werkzeugmaschinen 50 jeweils ausreichend Raum vorhanden ist, um beispielsweise die Elektroausrüstung zu platzieren. Referenzziffer 54 in Fig. 7 bezeichnet den Standplatz bzw. Arbeitsplatz eines Bedieners. Wie es Fig. 7 deutlich zu entnehmen ist, ist es durch die offene Konzeption des Übergaberaums zum Bestücken und Entnehmen eines Werkstücks problemlos möglich, mittels eines Kranelements oder eines Greifers 56 die mittels einer Fördereinrichtung transportierten Rohlinge 58 in die Werkzeugmaschine zu laden bzw. fertige Werkstücke 60 daraus zu entnehmen, und auf eine entsprechende Fördereinrichtung zu transferieren, die die Werkstücke zur nächsten Station weiterfördert. In Fig. 7 ist ferner schematisch ein Spanabfuhrkanal 63 sowie ein Fahrweg 64, beispielsweise für Fördereinrichtungen wie Gabelstapler, vorgesehen.
Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, wobei eine zusätzliche Führung 70 für die Spindel 30 bzw. das daran angebrachte Werkzeug vorgesehen wird, um dem System eine erhöhte Steifigkeit zu geben und damit präziser ein Werkstück bearbeiten zu können. Die Ansicht, die in Fig. 8 bis 10 verwendet wird, entspricht der Querschnittsansicht gemäß Fig. 1, so dass auch gleiche Elemente mit denselben Referenzziffern bezeichnet sind. Allerdings ist festzuhalten, dass in der in Fig. 8 bis 10 gezeigten Ansicht jeweils nur ein Teil der Werkzeugmaschine, nämlich der untere Teil, dargestellt ist.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Verstellmöglichkeit der Werkstückaufspanneinrichtung in X-Richtung durch eine Kugelrollspindel 71 statt des Linearantriebs realisiert.
Als wesentlichen Aspekt beinhaltet die Ausführungsform gemäß Fig. 8 ferner eine Führung 70, die mittels zwei Führungseinrichtungen 74, 75 so gelagert ist, dass sie der Bewegung der Spindel, die ihrerseits auf einer Kreisbahn verstellbar gelagert ist, folgen kann. Es ist jedoch festzuhalten, dass eine derartige Führungsanordnung, die die Spindel zusätzlich von unten stützt, bei jeder Werkzeugmaschine verwendet werden kann, bevorzugt bei Werkzeugmaschinen, die hängende Spindeln 30 verwenden. Insbesondere wird dadurch gewährleistet, dass neben der Spindelaufhängung, die über der Spindel und dem Kraftangriffspunkt erfolgt, eine weitere Stütze für die Spindel vorgesehen werden kann, die näher am Kraftangriffspunkt liegt, so dass Positionsungenauigkeiten der Spindel sowie des daran angebrachten Werkzeugs weitgehend eliminiert werden. Dadurch wird insgesamt eine verbesserte Bearbeitungsgenauigkeit erzielt.
Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, wird die Führung für die Spindel durch einen im Wesentlichen U-förmigen Bügel 72 bereitgestellt, wobei die eigentliche Führungsanordnung für die Spindel bzw. das daran angebrachte Werkzeug an demjenigen Schenkel der U-förmigen Bügels angebracht ist, der einer der parallelen Schenkel des U's ist und entfernt von demjenigen Schenkel ist, an dem der Bügel sowie der Werkstückaufspanntisch 22 mit der vertikalen Werkstückaufspannfläche 24 gelagert sind.
In Fig. 8 ist ferner dargestellt, dass die Führungseinrichtungen 74, 75 für den U-förmigen Bügel 72 derart angebracht sind, dass sie jeweils im Werkzeugmaschinenbett 12 gelagert sind und den Bügel im Bereich des Querträgers des U's stützen, so dass die Lagerstellen 74, 75 möglichst weit voneinander beabstandet sind, um der gesamten Führung 70 eine möglichst hohe Steifigkeit zu verleihen.
An dem U-förmigen Bügel 72 sind im Bereich der Lagerung des Werkstückaufspanntischs 24 ferner Lagerstellen vorgesehen, die ermöglichen, dass der Werkstückaufspanntisch einerseits gegenüber dem Bügel 72 in X-Achsenrichtung verfahrbar ist und andererseits dass die vertikale Aufspannfläche 24 um die Y- Achse drehbar ist, so dass viele Bearbeitungspositionen am Werkstück 26 erreicht werden können.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, die im Wesentlichen der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform entspricht. Der Bügel 72 wird jedoch über drei Lagereinrichtungen 74, 75, 76 geführt, was das System zwar überbestimmt, ihm aber dennoch eine gute Steifigkeit gibt, so dass die Spindel und das daran angebrachte Werkzeug durch die zusätzliche Führung 70 genau geführt werden können und somit das Werkstück äußerst genau mit geringen Toleranzen bearbeitet werden kann.
Fig. 10 zeigt schließlich noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, die eine zusätzliche Führung 70 für die Spindel 30 bzw. das daran angebrachte Werkzeug hat. Allerdings ist auf der Führung 70 zusätzlich ein Rundtisch 78 vorgesehen, der um die Achse C' drehbar ist, die in der in Fig. 10 gezeigten Position des Bügels 72 und des daran angebrachten Rundtischs 78 parallel zur Spindelachse Z verläuft. Der Rundtisch ist auf einem Halterungselement 79 gelagert, das seinerseits am Bügel 72, der die Spindelführung aufweist, in X-Achsenrichtung verschiebbar über die Lagerstelle 80 und um die Y-Achse drehbar durch die Lagerstelle 81 gelagert ist. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass der Bügel 72 mittels dreier Führungselemente 74, 75, 76 geführt wird, damit das System trotz der aufgebrachten Bearbeitungskräfte steif bleibt und somit eine genaue und präzise Bearbeitung erlaubt.
Die weiteren Elemente sind gleich denjenigen, die in Fig. 8 und 9 dargestellt sind und werden daher nicht näher erläutert. Es ist insbesondere zu der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform festzuhalten, dass das Anbringen eines Rundtischs 78 besonders dann vorteilhaft ist, wenn eine Führungsanordnung 70 für eine hängende Spindel 30 verwendet wird und in der Werkzeugmaschine kein vertikaler Aufspanntisch vorgesehen ist.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin eine flexibel einsetzbare, steife und zur Leichtmetallbearbeitung geeignete Werkzeugmaschine vorzusehen, die zudem kostengünstig herstellbar ist. Dadurch, dass keinerlei Antriebs- oder Führungselemente im Bodenbereich der Werkzeugmaschine vorgesehen werden müssen, kann ein Spanabfuhrkanal trichterförmig gestaltet werden, so dass die Späne ohne Spülflüssigkeit oder ähnliches abtransportiert werden können. Dadurch eignet sich die Maschine auch zur Leichtmetallbearbeitung.

Claims

1. Werkzeugmaschine (10), insbesondere zur spangebenden Bearbeitung von Werkstücken (26), umfassend einen Werkstückaufspanntisch (22) mit einer vertikal ausgerichteten und um eine horizontale Achse (Y) drehbaren Aufspannfläche (24) und eine Spindel (30) mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden Spindelachse (Z), wobei die Spindel (30) mittels einer Lagereinrichtung (32, 34, 36) auf einer Kreisbahn um eine parallel zur Spindelachse (Z) verlaufende Achse (W1) verfahrbar gelagert ist.

2. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung einen um die parallel zur Spindelachse (Z) verlaufende Achse (W1) drehbar gelagerten Teller (32) umfasst, an dem außermittig eine Aufhängeeinrichtung (34) für die Spindel (30) angebracht ist.

3. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung einen Linearen Rundantrieb (36) umfasst.

4. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfahreinrichtung (20) für den Werkstückaufspanntisch in einer Richtung parallel zur X-Achse vorgesehen ist.

5. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahreinrichtung (20) einen Linearantrieb umfasst.

6. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahreinrichtung (20) eine Verstellung des Werkstückaufspanntischs in X- Achsenrichtung aus einem durch die Kreisbahn der Spindel (30) definierten Arbeitsraum in eine Bestückungsposition ermöglicht.

7. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein um eine Achse (W2) parallel zur Spindelachse (Z) drehbares Scheibenmagazin (38) für Werkzeuge vorgesehen ist.

8. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spänewanne (12) vorgesehen ist, die im Bereich des durch die Kreisbahn der Spindel definierten Arbeitsraums durch Stützen mit dem die Spindel tragenden, oberen Bereich (16) der Werkzeugmaschine verbunden ist, wobei die Stützen (18) in Eckbereichen des Arbeitsraums angeordnet sind.

9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Führung (70) für die Spindel(30) oder ein an der Spindel angebrachtes Werkzeug, die synchron zur Spindel (30) verfahrbar ist und die Spindel in der Nähe des Arbeitsbereichs der Spindel führt.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung einen Bügel (72) umfasst, der durch mindestens zwei Führungseinrichtungen (74, 75, 76) geführt wird, die in einem Werkzeugmaschinenbettbereich und/oder im Bereich der Wand der Werkzeugmaschine vorgesehen sind, an der die Aufspannfläche (24) angebracht ist.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (72) näherungsweise U- förmig ist und sich entlang des Werkzeugmaschinenbetts und daran angrenzender vertikaler Wandbereiche der Werkzeugmaschine erstreckt.

12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Aufspannfläche (24) an der Führung (70) um die horizontale Achse (Y) drehbar gelagert ist.

13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Aufspannfläche (24) an der Führung (70) in X- Achsenrichtung verfahrbar gelagert ist.

14. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rundtisch (78) vorgesehen ist, der an der Führung (70) um eine Achse (C') drehbar gelagert ist, die in einer Ebene parallel zur Spindelachse (Z) verläuft.

15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundtisch (78) an der Führung (70) um eine horizontale Achse (Y) drehbar gelagert ist.

16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundtisch (78) an der Führung (70) parallel zur X-Achse verfahrbar gelagert ist.

17. Werkzeugmaschine (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, jeweils auf einer Kreisbahn um eine Achse (W1', W1"), die parallel zu den zueinander ebenfalls parallelen Spindelachsen (Z', Z") ist, verfahrbar gelagerte Spindeln (30) vorgesehen sind.

18. Werkzeugmaschine (40) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkstückaufspanntische (22) vorgesehen sind.