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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus der
EP 0 568 798 B9 bekannt.
Diese Werkzeugmaschine weist einen Maschinengrundkörper
mit zwei parallel zueinander angeordneten Seitenwänden
auf, auf denen ein Mehrachsschlitten verfahrbar angeordnet ist.
An dem Mehrachsschlitten ist eine vertikal hängende Arbeitsspindel
befestigt, die in vertikaler Richtung verfahrbar ist und zur Aufnahme von
Werkstücken oder Werkzeugen dient. Nachteilig bei dieser
Werkzeugmaschine ist, dass deren Bearbeitungsraum durch die Seitenwände
seitlich begrenzt und dementsprechend bei der Bearbeitung von Werkstücken
nur eine geringe Flexibilität gegeben ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Werkzeugmaschine derart weiterzubilden, dass eine hohe Flexibilität
bei der Bearbeitung der Werkstücke gegeben ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt,
dass eine hohe Flexibilität bei der Bearbeitung von Werkstücken
erzielt wird, wenn der Bearbeitungsraum den Seitenwänden
vorgelagert ist und diese den Bearbeitungsraum somit nicht seitlich
begrenzen. Dies wird dadurch erzielt, dass die Seitenwände
jeweils einen Grundkörper mit einem fluchtend daran angeordneten
Verfahrvorsprung aufweisen, so dass der z-Schlitten an diesen verfahrbar
ist. Der Bearbeitungsraum für die Bearbeitung der Werkstücke
ist in y-Richtung unterhalb der Verfahrvorsprünge vor dem Maschinenbett
und den Seitenwänden ausgebildet. Der Bearbeitungsraum
ist hier durch weder seitlich in x-Richtung noch nach vorne in z-Richtung
begrenzt. Die Verfahrvorsprünge können in ihrer
Länge in z-Richtung derart angepasst werden, dass je nach Bedarf
unterschiedliche Werkstückpositioniereinheiten in dem Bearbeitungsraum
angeordnet werden können, so dass unterschiedlichste Bearbeitungsaufgaben
mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine durchführbar
sind. Dabei bleiben die prinzipiellen Vorteile der Portalbauweise
erhalten. Die Werkzeugmaschine weist also einen stabilen, kompakten und
modulartigen Aufbau auf, wobei alle Führungen zum Verfahren
der Schlitten und der Werkzeugspindel außerhalb des Bearbeitungsraums
angeordnet und so vor Verschmutzungen geschützt sind.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 ermöglicht eine einfache
Montage des z-Schlittens auf den Grundkörpern der Seitenwände
und den zugehörigen Verfahrvorsprüngen.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 stellt eine Befestigungsmöglichkeit
für ein Teil der Werkzeugpositioniereinheit an der dem
Maschinenbett zugewandten Verfahrvorsprung-Unterseite der Verfahrvorsprünge
bereit. An den Verfahrvorsprung-Unterseiten können beispielsweise
einseitig oder zweiseitig Werkstückaufnahmen hängend
angeordnet werden, so dass der Bearbeitungsraum unterhalb dieser
frei zugänglich bleibt. In dem Bearbeitungsraum unterhalb
der Werkstückaufnahmen können dann beispielsweise
weitere Werkzeuge angeordnet werden.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 weist eine hohe Stabilität
der Seitenwände auf.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 ermöglicht ein flexibles
Beschicken durch zumindest eine der Seitenwände. Durch
die mindestens eine Beschickungsöffnung können
mittels einer entsprechenden Transporteinrichtung Werkzeuge und/oder Werkstücke
in den Arbeitsraum zwischen den Seitenwänden zu- und/oder
abgeführt werden.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 ermöglicht das Durchführen
einer Transporteinrichtung durch den Arbeitsraum zwischen den Seitenwänden.
Somit können Werkzeuge und/oder Werkstücke durch
eine der Seitenwände zu- und durch die andere der Seitenwände
abgeführt werden.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 stellt eine Befestigungsmöglichkeit
für die Werkstückpositioniereinheit auf den Auflagevorsprüngen
bereit. Insbesondere können Teile der Werkstückpositioniereinheit
in den durch die Auflagevorsprünge und die zugehörigen
Verfahrvorsprünge gebildeten Freiräumen angeordnet
werden.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 ermöglicht die Herstellung
von sphärischen Werkstück-Oberflächen.
Durch die Ausbildung der Werkstückpositioniereinheit als
Dreh-Schwenk-Brücke wird eine fünfachsige Bearbeitung
der Werkstücke ermöglicht. Die Werkzeugspindel
ist entlang von drei Linearachsen in x-, y- und z-Richtung verfahrbar.
Zusätzlich ist ein auf der Werkstückpositioniereinheit angeordnetes
Werkstück um zwei Rotationsachsen verschwenkbar. Diese
Rotationsachsen werden üblicherweise als A- und B-Achse
bezeichnet. Eine derartige Dreh-Schwenk-Brücke ist grundsätzlich
bekannt. Durch die stehende Anordnung der Brückenantriebe
für die A-Achse in den Freiräumen zwischen den
Auflagevorsprüngen und den Verfahrvorsprüngen
werden die bei der Bearbeitung wirkenden Bearbeitungskräfte
optimal von den Seitenwänden und dem Maschinengestell aufgenommen
und gleichzeitig eine optimale Zugänglichkeit zu den Brückenantrieben
erzielt, da diese nicht zwischen den Seitenwänden angeordnet
sind.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 weist eine hohe Steifigkeit der
Auflagevorsprünge auf.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 ermöglicht eine Bearbeitung
von wellenförmigen Werkstücken. Die zweite Werkstückaufnahme
kann beispielsweise als Reitstock oder als Werkstückspindel
ausgebildet sein. Die wellenförmigen Werkstücke werden
zur Bearbeitung in den Werkstückaufnahmen beidseitig gelagert,
wobei mindestens eine der Werkstückaufnahmen drehantreibbar
ist.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 ermöglicht die Bearbeitung
von wellenförmigen Werkstücken unterschiedlicher
Länge. Die an dem x-Schlitten angeordnete zweite Werkstückspindel kann
in Abhängigkeit der Länge des Werkstückes
in der x-Richtung verfahren werden. Weiterhin können flanschförmige
Werkstücke beidseitig bearbeitet werden. Hierzu wird das
flanschförmige Werkstück zunächst in
der ersten Werkstückspindel aufgenommen und an einer ersten
Seite bearbeitet. Zur Bearbeitung an einer zweiten Seite wird das
Werkstück an die verfahrbare zweite Werkstückspindel übergeben.
Der Bearbeitungsraum stellt für den x-Schlitten ausreichend
Platz zur Verfügung, um diesen in der x-Richtung verfahrbar
an der Maschinenbett-Frontseite anzuordnen.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 12 erhöht die Flexibilität
bei der Werkstückbearbeitung. Dadurch, dass die erste Werkstückspindel
hängend angeordnet ist, kann der Werkzeugrevolver unter
diese Werkstückspindel verfahren werden, so dass auch eine Übergabe
von flanschförmigen Werkstücken an die zweite
Werkstückspindel durchführbar ist.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 ermöglicht eine fünfachsige
Bearbeitung von Werkstücken. Die Werkstückpositioniereinheit
ist als Zwei-Achsen-Tisch ausgebildet, bei dem eine Schwenkachse
in der y-z-Ebene relativ zu der y-Richtung geneigt verläuft.
Durch die Verfahrvorsprünge kann die Werkzeugspindel den
Zwei-Achsen-Tisch in jeder Stellung weit überfahren, so
dass ein darauf aufgespanntes Werkstück in jeder Stellung des
Zwei-Achsen-Tisches bearbeitbar ist.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 14 ermöglicht ein einfaches
Aufsammeln von bei der Bearbeitung anfallender Späne. Der
Bearbeitungsraum stellt ausreichend Platz für die Positionierung
des Spänesammlers unterhalb der Werkstückpositioniereinheit
bereit.
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Eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 stellt in kompakter Weise ein
Werkzeugmagazin bereit. Der zwischen den Seitenwänden zur
Verfügung stehende Arbeitsraum kann problemlos für
einen Werkzeugwechsel genutzt werden.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Seitenansicht der Werkzeugmaschine in 1,
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3 einen
parallel zu den Seitenwänden verlaufenden Längsschnitt
durch die Werkzeugmaschine in 1,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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6 eine
Frontansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel,
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7 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel,
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8 einen
parallel zu den Seitenwänden verlaufenden Längsschnitt
durch die Werkzeugmaschine in 7,
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel,
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10 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel,
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11 einen
parallel zu den Seitenwänden verlaufenden Längsschnitt
durch die Werkzeugmaschine in 10, und
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12 eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel.
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Nachfolgend
wird anhand der 1 bis 3 ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Werkzeugmaschine 1 zur
spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken 2 weist
ein Maschinenbett 3 auf, auf dem eine erste Seitenwand 4 und
eine spiegelsymmetrisch dazu ausgebildete zweite Seitenwand 5 angeordnet
sind. Die Seitenwände 4, 5 sind in einer
horizontalen x-Richtung zueinander beabstandet und verlaufen im Wesentlichen
parallel zu einer y-z-Ebene, die durch eine vertikale y-Richtung
und eine horizontale z-Richtung definiert ist. Die x-, y- und z-Richtung
bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
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Die
Seitenwände 4, 5 weisen jeweils einen im
Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 6 auf,
an dem ein Verfahrvorsprung 7, ein Auflagevorsprung 8 und
ein Lagervorsprung 9 einteilig angeformt sind. In 2 ist
beispielhaft der rechteckige Grundkörper 6 der
Seitenwand 4 mit gestrichelten Linien veranschaulicht.
Jede der Seitenwände 4, 5 ist mit ihrer
Seitenwand-Unterseite 10 auf dem Maschinengestell 3 befestigt.
Die Seitenwand-Oberseite 11 liegt jeweils frei. Jede Seitenwand-Oberseite 11 wird durch
die zugehörige Grundkörper-Oberseite 12,
die Verfahrvorsprung-Oberseite 13 und die Lagervorsprung-Oberseite 14 gebildet,
die miteinander fluchten. Die Verfahrvorsprünge 7 sind
an der jeweiligen Grundkörper-Frontseite 15 im
Bereich der Grundkörper-Oberseite 12 angeformt.
Die Verfahrvorsprünge 7 verlaufen ausgehend von
dem jeweiligen Grundkörper 6 in der z-Richtung
keilförmig, so dass deren Verfahrvorsprung-Unterseiten 16 relativ
zu der x-z-Ebene geneigt sind. Die Verfahrvorsprung-Frontseiten 17 verlaufen
im Wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene. In entsprechender Weise
sind die Lagervorsprünge 9 an der Grundkörper-Rückseite 18 im Bereich
der Grundkörper-Oberseite 12 angeformt. Die Lagervorsprünge 9 sind
im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet.
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Jede
Seitenwand-Unterseite 10 ist durch die zugehörige
Grundkörper-Unterseite 19 und die Auflagevorsprung-Unterseite 20 gebildet,
die miteinander fluchten. Der Auflagevorsprung 8 jeder
der Seitenwände 4, 5 ist an der Grundkörper-Frontseite 15 im Bereich
der Grundkörper-Unterseite 19 angeformt. Ausgehend
von dem jeweiligen Grundkörper 6 verlaufen die
Auflagenvorsprünge 8 in der z-Richtung keilförmig.
Die Auflagevorsprung-Oberseiten 21 verlaufen dabei parallel
zu der x-z-Ebene, wohingegen die Auflagevorsprung-Unterseiten 20 in
einem den Auflagevorsprung-Frontseiten 22 zugewandten Teilbereich
relativ zu der x-z-Ebene geneigt verlaufen. Die Auflagevorsprung-Frontseiten 22 verlaufen
im Wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene.
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Auf
den Seitenwand-Oberseiten 11 sind z-Führungsschienen 23 angeordnet,
die sich im Wesentlichen über die gesamte Grundkörper-Oberseite 12 und
die Verfahrvorsprung-Oberseite 13 in der z-Richtung erstrecken.
Auf den Seitenwänden 4, 5 ist ein z-Schlitten 24 nach
Art einer Brücke gelagert und auf den z-Führungsschienen 23 mittels
z-Antriebsmotoren 25 in der z-Richtung verfahrbar. Die
z-Antriebsmotoren 25 sind jeweils auf der Lagervorsprung-Oberseite 14 befestigt.
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An
dem z-Schlitten 24 sind zwei parallel zueinander und in
der x-Richtung verlaufende x-Führungsschienen 26 angeordnet.
Ein x-Schlitten 27 ist auf den x-Führungsschienen 26 gelagert
und mittels eines x-Antriebsmotors 28 in der x-Richtung
verfahrbar.
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An
dem x-Schlitten 27 ist vertikal hängend eine Werkzeugspindel 29 angeordnet.
Hierzu ist die Werkzeugspindel 29 mit zwei parallel zueinander
angeordneten und in der y-Richtung verlaufenden y-Führungsschienen 30 an
dem x-Schlitten 27 gelagert und mittels eines y-Antriebsmotors 31 in
der y-Richtung verfahrbar. Die Werkzeugspindel 29 weist zum
Aufnehmen eines Werkzeuges 32 eine Werkzeugaufnahme 33 auf,
die mittels eines Spindelantriebsmotors 34 um eine parallel
zu der y-Richtung verlaufende Spindeldrehachse 35 drehantreibbar
ist.
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Die
in y-Richtung unterhalb der Verfahrvorsprünge 7 liegenden
ersten Freiräume 36 und der zwischen diesen Freiräumen 36 liegende
zweite Freiraum 37 bilden einen Bearbeitungsraum 38 aus.
Der Bearbeitungsraum 38 dient zur Positionierung und Bearbeitung
von Werkstücken 2. In diesem Bearbeitungsraum 38 sind
die Auflagevorsprünge 8 und eine Werkstückpositioniereinheit 39 zum
Positionieren des zu bearbeitenden Werkstückes 2 angeordnet. Die
den Bearbeitungsraum 38 bildenden Freiräume 36 und 37 sind
in 1 veranschaulicht.
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Die
Werkstückpositioniereinheit 39 ist als Dreh-Schwenk-Brücke
ausgebildet und weist eine Schwenkbrücke 40 mit
einem Drehteller 41 sowie zwei Brückenantrieben 42 auf.
Die Brückenantriebe 42 sind auf der Auflagevorsprung-Oberseite 21 des jeweiligen
Auflagevorsprungs 8 befestigt und somit in den ersten Freiräumen 36 angeordnet.
Die Schwenkbrücke 40 ist mit den Brückenantrieben 42 verbunden und
in dem zweiten Freiraum 37 um eine als A-Achse bezeichnete
und parallel zu der x-Richtung verlaufende erste Schwenkachse 43 verschwenkbar
angeordnet. Mittig auf der Schwenkbrücke 40 ist
der Drehteller 41 gelagert. Der Drehteller 41 ist
mittels eines Drehtellerantriebs 44 um eine senkrecht zu
der Schwenkbrücke 40 verlaufende und als B-Achse
bezeichnete zweite Schwenkachse 45 verschwenkbar.
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Die
Brückenantriebe 42 sind derart auf den Auflagevorsprüngen 8 angeordnet,
dass die erste Schwenkachse 43 im Wesentlichen in der von
den Verfahrvorsprung-Frontseiten 17 gebildeten Ebene liegt.
Die erste Schwenkachse 43 ist somit durch ein entsprechendes
Verfahren des z-Schlittens 24 von der Spindeldrehachse 35 überfahrbar.
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Alternativ
könnten die Brückenantriebe 42 an der
Grundkörper-Frontseite 15 oder bei einer entsprechenden
Ausgestaltung der Verfahrvorsprünge 7 an deren
Verfahrvorsprung-Unterseite 16 befestigt werden, wodurch
die Auflagevorsprünge 8 überflüssig
wären.
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Die
Grundkörper 6 der Seitenwände 4, 5 begrenzen
zwischen sich im Wesentlichen einen Arbeitsraum 46, der
zum Wechseln von Werkzeugen 32 und/oder Werkstücken 2 nutzbar
ist. Zum Zuführen von Werkstücken 2 und/oder
Werkzeugen 32 in den Arbeitsraum 46 sowie zum
Abführen dieser aus dem Arbeitsraum 46 weisen
die Grundkörper 6 erste Beschickungsöffnungen 47 und
zweite Beschickungsöffnungen 48 auf, die jeweils
fluchtend zueinander ausgebildet sind. Auf dem Maschinenbett 3 ist im
Bereich der Grundkörper-Rückseite 18 ein
als Kettenmagazin ausgebildetes Werkzeugmagazin 49 in dem
Arbeitsraum 46 angeordnet. Das Werkzeugmagazin 49 erstreckt
sich über die Lagervorsprünge 9 hinaus
und dient zur Aufnahme einer Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen 32.
Das Werkzeugmagazin 49 ist mittels eines Magazinantriebs 50 in
Umfangsrichtung verfahrbar. Zum Werkzeugwechsel ist ein Werkzeugwechsler 51 zwischen
dem Werkzeugmagazin 49 und der Dreh-Schwenk-Brücke 39 angeordnet.
Der Werkzeugwechsler 51 weist einen Wechslerarm 52 auf,
der mittels eines Wechslerantriebs 53 um eine parallel
zu der y-Richtung verlaufende Wechslerachse 54 verschwenkbar
ist. Die ersten Beschickungsöffnungen 47 sind
im Bereich unterhalb des Werkzeugwechslers 51 ange ordnet,
die zweiten Beschickungsöffnungen 48 im Bereich
des Werkzeugmagazins 49.
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In
dem Bearbeitungsraum 38 ist unterhalb der Auflagevorsprünge 8 und
der Dreh-Schwenk-Brücke 39 ein separater Spänesammler 55 angeordnet.
Der Spänesammler 55 weist einen Auffangbehälter 56 mit
darin angeordneten und nicht näher dargestellten Späneförderern auf,
so dass bei der Bearbeitung der Werkstücke 2 anfallende
Späne in dem Auffangbehälter 56 aufgefangen
und in der x-Richtung abtransportiert werden können.
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Die
Funktionsweise der Werkzeugmaschine 1 ist wie folgt:
Zunächst
wird manuell ein zu bearbeitendes Werkstück 2 auf
dem Drehteller 41 angeordnet und befestigt. Die Werkzeugspindel 29 wird
zu dem Wechslerarm 52 verfahren, der zuvor ein Werkzeug 32 aus dem
Werkzeugmagazin 49 entnommen hat und dieses durch Drehen
um die Wechslerachse 54 der Werkzeugspindel 29 bereitstellt.
Die Werkzeugspindel 29 entnimmt aus dem Wechslerarm 52 das
Werkzeug 32 und beginnt mit der Bearbeitung des Werkstücks 2.
Da die Werkzeugspindel 29 in x-, y- und z-Richtung verfahrbar
ist, stehen für die Bearbeitung des Werkstücks 2 drei
NC-Linearachsen zur Verfügung. Weiterhin stehen als NC-Rotationsachsen
die Schwenkachsen 43 und 45 der Dreh-Schwenk-Brücke 39 für
die Bearbeitung zur Verfügung, so dass eine fünfachsige
Bearbeitung des Werkstücks 2 möglich
ist.
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Mittels
der Werkzeugmaschine 1 ist sowohl eine Dreh- als auch eine
Fräsbearbeitung des Werkstückes 2 möglich.
Bei einer Drehbearbeitung ist ein Dreh-Werkzeug 32 in der
Werkzeugspindel 29 aufgenommen und um die Spindeldrehachse 35 verklemmt.
Der Drehteller 41 wird mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise
1200 U/min betrieben. Durch Zustellen des Dreh-Werkzeuges 32 erfolgt
die Drehbearbeitung. Bei der Fräsbearbeitung wird ein Fräs-Werkzeug 32 in
der Werkzeugspindel 29 aufgenommen, wobei dieses um die
Spindeldrehachse 35 drehangetrieben wird. Die Schwenkbrücke 40 dient zum
Positionieren des Werkstückes 2. Die Brückenantriebe 42 weisen
hierzu eine hohe Positioniergenauigkeit auf und werden mit Drehzahlen
von maximal 35 U/min betrieben.
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Aufgrund
der Verfahrvorsprünge 7 kann die Werkzeugspindel 29 derart
in z-Richtung verfahren werden, dass die Spindeldrehachse 35 die
erste Schwenkachse 43 der Dreh-Schwenk-Brücke 39 überfährt.
Hierdurch wird eine hohe Flexibilität bei der Werkstückbearbeitung
bereitgestellt. Die bei der Bearbeitung anfallenden Späne
fallen unmittelbar in den Spänesammler 55 und
werden abtransportiert. Die Führungsschienen 23, 26 und 30 sind
außerhalb des Bearbeitungsraums 38 angeordnet
und somit vor Verschmutzungen, wie beispielsweise vor den Spänen,
geschützt.
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Zum
Werkzeugwechsel übergibt die Werkzeugspindel 29 dem
Wechslerarm 52 das nicht mehr benötigte Werkzeug 32.
Gleichzeitig entnimmt der Wechslerarm 52 dem Werkzeugmagazin 49 das neue
Werkzeug 32, das vorher in eine entsprechende Übergabeposition
gebracht wurde. Durch Drehen des Wechslerarms 52 wird das
neue Werkzeug 32 der Werkzeugspindel 29 zur Verfügung
gestellt und das nicht mehr benötigte Werkzeug in das Werkzeugmagazin 49 abgelegt.
Anschließend kann die Bearbeitung des Werkstückes 2 fortgesetzt
werden. Ist die Bearbeitung des Werkstücks 2 beendet,
wird dieses manuell von dem Drehteller 41 entfernt und ein
neues Werkstück 2 darauf angeordnet.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4 ein zweites
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv
identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen
wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten
a. Die Werkzeugmaschine 1a weist zusätzlich eine
Transporteinrichtung 57 zum Zu- und Abführen von
Werkstücken 2 und/oder Werkzeugen 32 auf.
Die Transporteinrichtung 57 ist als Transportband ausgebildet
und durchquert die ersten Beschickungsöffnungen 47 und
den Arbeitsraum 46. Das Werkzeugmagazin 49a ist
als Scheibenmagazin ausgebildet. Ein Werkzeugwechsler ist nicht
vorgesehen. Zum Greifen der Werkstücke 2 ist seitlich
an der Werkzeugspindel 29 ein Werkstückgreifer
bzw. ein Werkstückwechselarm 58 montiert. Der
Werkstückgreifer 58 kann als Einfach- oder Doppelgreifer
ausgeführt sein. Bei einer Ausführung als Doppelgreifer
kann gleichzeitig ein zu bearbeitendes Werkstück 2 und
ein fertig bearbeitetes Werkstück 2 gegriffen
werden. Hierdurch ist eine Verkürzung der Werkstückwechselzeiten
erzielbar. Durch die seitliche Anordnung an der Werkzeugspindel 29 kann
der Werkstückgreifer 58 über die maschineneigenen
linearen NC-Achsen positioniert werden und benötigt somit
keine eigenen NC-Achsen. Der Werkstückgreifer 58 ist
als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet und mit einem gewünschten
Hub in y-Richtung in eine Greifposition ausfahrbar. Diese ist in 4 gezeigt.
Die Anordnung des Werkstückgreifers 58 ist derart,
dass dieser nicht in Kollision mit der Werkzeugspindel 29 und/oder
einem Werkzeug 32 gerät.
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Die
zu bearbeitenden Werkstücke 2 werden zunächst
mittels der Transporteinrichtung 57 bis zu einer Werkstückwechselposition
in den Arbeitsraum 46 transportiert und dort vereinzelt.
Die Werkstücke 2 können unmittelbar auf
der Transporteinrichtung 57 oder auf einer Transportpalette
transportiert werden. Ein vereinzeltes Werkstück 2 wird
mittels des in der Greifpo sition befindlichen Werkstückgreifers 58 aufgegriffen,
auf dem Drehteller 41 abgelegt und dort in üblicher
Weise aufgespannt. Da der Werkstückgreifer 58 an
der Werkzeugspindel 29 angeordnet ist, kann dieser in x-,
y- und z-Richtung zusammen mit der Werkzeugspindel 29 verfahren
werden. Die Bearbeitung des Werkstückes 2 erfolgt
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Werkstückgreifer 58 ist
während der Bearbeitung in einem eingefahrenen Zustand,
so dass dieser nicht in Kollision mit dem Werkstück 2 oder
dem Werkzeug 32 gerät. Das fertig bearbeitete
Werkstück 2 wird mit dem Werkstückgreifer 58 wieder
aufgegriffen und auf der Transporteinrichtung 57 abgelegt,
die dieses abtransportiert. Ist der Werkstückgreifer 58 als
Doppelgreifer ausgebildet, so kann gleichzeitig von der Transporteinrichtung 57 ein
weiteres zu bearbeitendes Werkstück 2 aufgenommen
und auf dem Drehteller 41 abgelegt werden. Verschlissene
Werkzeuge 32 werden ebenfalls auf der Transporteinrichtung 57 abgelegt
und abtransportiert. Das Werkzeugmagazin 49a kann mit neuen
Werkzeugen 32 bestückt werden, indem diese mittels
der Transporteinrichtung 57 in den Arbeitsraum 46 transportiert
werden und dort von der Werkzeugspindel 29 aufgenommen
und direkt in das Werkzeugmagazin 49a abgelegt werden.
Somit ist eine einfache Pick-up-Werkstück- und Werkzeughandhabung
möglich. Alle Bewegungen der Werkstücke 2 und
der Werkzeuge 32 werden somit mit maschineneigenen NC-Achsen
durchgeführt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise
wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 ein drittes
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv
identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen
wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige
Teile erhalten dieselben Be zugszeichen mit einem nachgestellten
b. Der Werkstückgreifer 58b ist bei der Werkzeugmaschine 1b als
Gelenkarm ausgebildet. Der Gelenkarm 58b ist um zwei parallel
zu der y-Richtung verlaufende Greiferachsen 59 verschwenkbar
und in der x-Richtung linear verfahrbar. Zur Bereitstellung der
Werkstücke 2 ist seitlich neben der Seitenwand 4 ein
Werkstückmagazin 60 angeordnet. Die Werkstücke 2 werden
durch Verfahren und Verschwenken des Gelenkarms 58b aus
dem Werkstückmagazin 60 entnommen und auf dem
Drehteller 41 angeordnet. Nach der Bearbeitung wird das
Werkstück 2 in entsprechender Weise von dem Drehteller 41 entfernt und
wieder in dem Werkstückmagazin 60 abgelegt. Hinsichtlich
der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 6 ein viertes
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen
wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten
c. Das Werkzeugmagazin 49c der Werkzeugmaschine 1c ist
als Regalmagazin ausgebildet und seitlich neben der Seitenwand 5 angeordnet.
Das Werkzeugmagazin 49c weist eine Werkzeugtransporteinrichtung
mit einem Greifarm 61 auf. Der Greifarm 61 ist
um eine parallel zu der y-Richtung verlaufende Greifarmachse 62 verschwenkbar
und in der y-Richtung verfahrbar an einem Greifarmträger 63 angelenkt.
Im Arbeitsraum 46 ist im Bereich der zweiten Beschickungsöffnung 48 der
Seitenwand 5 eine Werkzeugablage 64 auf dem Maschinenbett 3 angeordnet.
Die Werkzeugablage 64 kann als einzelner Werkzeughalter – wie
in 6 gezeigt – oder als Leerplatz in einem Werkzeugmagazin
ausgebildet sein. Für einen Werkzeugwechsel entnimmt der
Greifarm 61 ein neues Werkzeug 32 aus dem Werkzeugmagazin 49c und transportiert
dieses durch Verdrehen und Verfahren des Greifarms 61 durch
die zweite Beschickungsöffnung 48 zu der Werkzeugablage 64,
wo das Werkzeug 32 abgelegt wird. Die Werkzeugspindel 29 wird zu
der Werkzeugablage 64 verfahren, wo diese das abgelegte
Werkzeug 32 aufnimmt. Anschließend wird mit dem
Werkzeug 32 die Werkstückbearbeitung durchgeführt.
Ein nicht mehr benötigtes Werkzeug 32 wird in
entsprechender Weise wieder in dem Werkzeugmagazin 49c abgelegt.
Die Speicherkapazität des Werkzeugmagazins 49c kann
prinzipiell unbegrenzt vergrößert werden. Das
Greifen der Werkstücke 2 erfolgt mit dem Werkstückgreifer 58,
der entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel seitlich an
der Werkzeugspindel 29 angeordnet ist. Hinsichtlich der
weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 ein
fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen, auf dessen Beschreibung hiermit
verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell
gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten
d. Die Werkstückpositioniereinheit 39d der Werkzeugmaschine 1d ist
zur Bearbeitung von wellenförmigen und/oder flanschförmigen
Werkstücken 2 ausgelegt. Hierzu ist eine erste
als Werkstückspindel ausgebildete Werkstückaufnahme 65 an
der parallel zu der x-z-Ebene verlaufenden Verfahrvorsprung-Unterseite 16d der
Seitenwand 4d befestigt. Eine zweite als Werkstückspindel
ausgebildete Werkstückaufnahme 66 ist auf einem
zweiten x-Schlitten 67 befestigt. Der x-Schlitten 67 ist
auf zweiten x-Führungsschienen 68 gelagert und
mittels eines zweiten x-Antriebsmotors 69 in der x-Richtung verfahrbar.
Die zweiten x-Führungsschienen 68 sind an einer
Maschinenbett-Frontseite 70 und an den Grundkörper-Frontseiten 15d befestigt,
so dass sich diese über den gesamten Bearbeitungsraum 38 erstrecken.
Die Werkstückspindeln 65, 66 weisen jeweils
einen zugehörigen Werkstückspindelantriebsmotor 71 auf,
so dass ein in den Werkstückspindeln 65, 66 aufgenommenes
Werkstück 2 um die Schwenkachse 43 drehantreibbar
ist. Zusätzlich zu der Werkzeugspindel 29 ist
ein Werkzeugrevolver 72 mit einer Revolverscheibe 73 und
einem Revolverantriebsmotor 74 vorgesehen. Die Revolverscheibe 73 ist
mittels des Revolverantriebsmotors 74 um eine parallel
zu der x-Richtung verlaufende Revolverachse 75 verschwenkbar.
Der Werkzeugrevolver 72 ist auf einem y-Schlitten 76 angeordnet,
der auf zweiten y-Führungsschienen 77 mittels
eines zweiten y-Antriebsmotors 78 in der y-Richtung verfahrbar
ist. Die zweiten y-Führungsschienen 77 sind auf
einem dritten x-Schlitten 79 angeordnet, der auf den zweiten x-Führungsschienen 68 mittels
eines dritten x-Antriebsmotors 80 in der x-Richtung verfahrbar
ist. Der Werkzeugrevolver 72 ist auf der der ersten Werkstückspindel 65 zugewandten
Seite des zweiten x-Schlittens 67 angeordnet.
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Das
Zu- und Abführen der Werkstücke 2 erfolgt
manuell. Wellenförmige Werkstücke 2 werden
in beiden Werkstückspindeln 65, 66 aufgenommen
und drehangetrieben. Die Bearbeitung erfolgt mittels der Werkzeugspindel 29 und/oder
des Werkzeugrevolvers 72. Der Werkzeugrevolver 72 ist
hierzu in dem Bearbeitungsraum 38 unterhalb des Werkstücks 2 und
der ersten Werkstückspindel 65 beliebig in x-
und y-Richtung verfahrbar. Durch die verfahrbare zweite Werkstückspindel 66 können
unterschiedlich lange Werkstücke 2 aufgenommen
werden. Der Werkzeugrevolver 72 ist aufgrund seiner kurzen
Hebelarme äußerst steif ausgebildet. Dementsprechend
wird die Drehbearbeitung der wellenförmigen Werkstücke 2 vorzugsweise
mit dem Werkzeugrevolver 72 durchgeführt, da hierdurch
Rundheiten und Koaxialitäten der einzelnen wellenförmigen
Abschnitte mit Toleranzen im Mikrometerbereich erzielbar sind. Zur
Fertigbearbeitung der Werkstücke 2 wird vorzugsweise
die Werkzeugspindel 29 eingesetzt, die über die
drei linearen NC-Achsen in x-, y- und z-Richtung positioniert werden
kann. Ohne eine Neueinspannung des Werkstückes 2 sind
mittels der Werkzeugspindel 29 verschiedene Bohrungs-,
Gewinde- und Fräsbearbeitungen möglich. Darüber
hinaus lassen sich durch die Interpolationsfähigkeit der
drei linearen NC-Achsen in Verbindung mit der Schwenkachse 43 auch komplizierte
prismatische und/oder sphärische Geometrien des Werkstückes 2 herstellen.
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Weiterhin
können flanschförmige Werkstücke 2 beidseitig
bearbeitet werden. Hierzu wird das Werkstück 2 zunächst
in die erste Werkstückspindel 65 aufgenommen und
mittels der Werkzeugspindel 29 und/oder des Werkzeugrevolvers 72 bearbeitet. Anschließend
wird die zweite Werkstückspindel 66 zu der ersten
Werkstückspindel 65 verfahren und das Werkstück 2 an
die zweite Werkstückspindel 66 übergeben.
Das Werkstück 2 kann nun mittels der Werkzeugspindel 29 und/oder
des Werkzeugrevolvers 72 an der zuvor eingespannten Seite
bearbeitet werden. Gleichzeitig kann in die erste Werkstückspindel 65 ein
neues Werkstück 2 eingespannt und bearbeitet werden.
Sind in beiden Werkstückspindeln 65, 66 Werkstücke 2 aufgenommen,
so kann die Werkzeugspindel 29 das eine und der Werkzeugrevolver 72 das
andere Werkstück 2 bearbeiten.
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Mittels
des Werkzeugrevolvers 72 kann eine Drehbearbeitung der
Werkstücke 2 stattfinden, wohingegen die Werkzeugspindel 29 ein
Werkzeug 2 drehantreiben kann und so an dem feststehenden Werkstück 2 eine
Bohrbearbeitung durchführen kann. Hinsichtlich der weiteren
Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 9 ein sechstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen,
auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch
funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem nachgestellten e. Die Werkzeugmaschine 1e weist zusätzlich
zu dem fünften Ausführungsbeispiel ein Werkstückmagazin 60e auf,
das die wellenförmigen Werkstücke 2 durch
die erste Werkstückspindel 65e dieser und der
zweiten Werkstückspindel 66 zuführen
und in entsprechender Weise wieder abführen kann. Das Werkstückmagazin 60e ermöglicht
somit eine automatische Zu- und Abführung von Werkstücken 2.
Die erste Werkstückspindel 65e ist im Unterschied
zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel an der Grundkörper-Frontseite 15e befestigt.
Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 ein
siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen
wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten
f. Die Werkstückpositioniereinheit 39f der Werkzeugmaschine 1f ist
als Zwei-Achsen-Tisch ausgebildet. Auf dem Maschinenbett 3f ist
ein Schwenkteil 81 derart angeordnet, dass die erste Schwenkachse 43f in
der y-z-Ebene um 45° relativ zu der y-Richtung geneigt
verläuft und sich in den Bearbeitungsraum 38 erstreckt.
Das Verschwenken des Schwenkteils 81 um die erste Schwenkachse 43f erfolgt
mittels eines in dem Maschinenbett 3f integrierten Schwenkantriebs 82.
An dem Schwenkteil 81 ist der Drehteller 41f derart
angeordnet, dass die zweite Schwenkachse 45f mit der ersten
Schwenkachse 43f einen Winkel von 135° einschließt.
In der in 10 gezeigten Stellung verläuft
die zweite Schwenkachse 45f somit parallel zu der y-Richtung.
Der Drehteller 41f ist im Wesentlichen in dem Bearbeitungsraum 38 unterhalb
der Verfahrvorsprünge 7f angeordnet. Der Drehtellerantrieb 44 ist
in das Schwenkteil 81 integriert.
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Das
Zu- und Abführen von Werkstücken 2 erfolgt
manuell. Bei der Bearbeitung kann das Werkstück 2 nach
Bedarf um die Schwenkachsen 43f und 45f verschwenkt
und mit einem in der Werkzeugspindel 29 aufgenommenen Werkzeug 32 bearbeitet
werden. Dadurch, dass der z-Schlitten 24 bis an das Ende
der Verfahrvorsprünge 7f verfahrbar ist, kann die
Werkzeugspindel 29 mit ihrer Spindeldrehachse 35 die
zweite Schwenkachse 45f bei einer beliebigen Stellung um
die erste Schwenkachse 43f überfahren. Dies gewährleistet
eine hohe Flexibilität bei der Werkstückbearbeitung.
Mit dem Zwei-Achsen-Tisch können auch große Werkstücke 2 mit
einem Durchmesser von 800 mm und mehr bearbeitet werden, da keine
seitliche Begrenzung vorhanden ist. Dadurch, dass sich die Schwenkachsen 43f und 45f im
Mittelpunkt M des Drehtellers 41 treffen, erfolgt das Verschwenken
der Werkstücke 2 mit kurzen Wegen. Die erzielbaren
Beschleunigungen beim Positionieren der Werkstücke 2 sind
darüber hinaus äußerst hoch. Hinsichtlich
der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 12 ein
achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen
wird. Konstruktiv unterschiedliche Teile, jedoch funktionell gleichartige
Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten
g. Die Werkzeugmaschine 1g ist doppelspindlig ausgebildet
und weist zwei nebeneinander angeordnete Werkzeugspindeln 29g auf,
die gemeinsam in der y-Richtung verfahrbar sind. Die Werkstückpositioniereinheit 39g ist
entsprechend dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel
als Dreh-Schwenk-Brücke ausgebildet und weist zwei nebeneinander
angeordnete Drehteller 41 auf. Mit der Werkzeugmaschine 1g ist
eine gleichzeitige Bearbeitung von zwei Werkstücken 2 möglich.
Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen
Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Prinzipiell
gilt für alle Ausführungsbeispiele, dass die Werkzeugmaschinen 1, 1a bis 1g modular aufgebaut
sind. Die einzelnen Module Maschinenbett 3, 3f,
Seitenwände 4, 4d, 4e, 4f, 5, 5d, 5e, 5f,
Schlitten 24, 27, Werkzeugspindel 29, 29g,
Werkstückpositioniereinheiten 39, 39d, 39e, 39f, 39g,
Werkzeugmagazin 49, 49a bis 49g, Spänesammler 55,
Transporteinrichtung 57 und Werkstückgreifer 58, 58b können
je nach Bedarf beliebig miteinander kombiniert werden. Somit können
die Werkzeugmaschinen 1a bis 1g einfach für
unterschiedliche Bearbeitungsprozesse, beispielsweise Drehen, Fräsen,
Schleifen, Gewindebohren oder Verzahnen, konfiguriert werden. Durch
den Grundaufbau der Werkzeugmaschinen 1, 1a bis 1g mit
einem aus dem Maschinenbett 3, 3f und den Seitenwänden 4, 4d, 4e, 4f, 5, 5d, 5e, 5f gebildeten
Ständer und einer Portalanordnung der Schlitten 24, 27 sowie
der Werkzeugspindel 29, 29g wird eine hohe Stabilität
in Verbindung mit einer hohen Robustheit gegenüber Verschmutzungen
erzielt. Zusätzlich ist mittels der Werkzeugspindel 29, 29g eine
Pick-up-Werkzeughandhabung möglich. Ist ein Werkstückgreifer 58 oder
ein Greifwerkzeug an der Werkzeugspindel 29, 29g angeordnet,
ist zusätzlich eine Pick-up-Werkstückhandhabung
möglich. Das Verfahren der Schlitten 24, 27 und
der Werkzeugspindel 29, 29g kann über
Kugelrollspindeln und/oder Linearantriebe erfolgen. Durch die Verfahrvorsprünge 7, 7d bis 7f wird
ein frei zugänglicher Bearbeitungsraum 38 erzeugt,
der durch Variation der Länge der Verfahrvorsprünge 7, 7d bis 7f in
weiten Grenzen anpassbar ist. In dem Bearbeitungsraum 38 können
je nach Bedarf unterschiedlichste Werkstückpositioniereinheiten 39, 39d, 39e, 39f, 39g angeordnet
werden, wodurch die Werkzeugmaschinen 1, 1a bis 1g für
unterschiedlichste Bearbeitungsaufgaben ausgelegt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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