DE102017106569B4

DE102017106569B4 - Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke

Info

Publication number: DE102017106569B4
Application number: DE102017106569.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brand; Thomas Hoppe
Original assignee: Starrag GmbH
Current assignee: Starrag GmbH
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: DE102017106569A1

Abstract

Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke zur Aufnahme wenigstens eines Werkstücks, aufweisend ein Gehäuse 1 in einem U-Profil, wobei zwischen einem ersten Schenkel 1.1 und einem zweiten Schenkel 1.2 des Gehäuses 1 die Schwenkbrücke (2) angeordnet ist, wobei die Schwenkbrücke (2) um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse (S) schwenkbar ist und dazu an zumindest einem Endabschnitt der Schwenkbrücke (2) ein Schwenkantrieb zum schwenkbaren Antrieb der Schwenkbrücke (2) um die horizontale Achse (S) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbrücke (2) an einem ersten und/oder zweiten Endabschnitt wenigstens je eine Kompensationseinheit (3) zur Reduzierung des resultierenden Drehmomentes durch das Gewichts der Schwenkbrücke (2) und des darauf aufgenommenen Werkstücks aufweist, wobei die Kompensationseinheit (3) mit einem Unterstützungsmoment auf die Schwenkbrücke (2) wirkt und die am ersten und/oder zweiten Endabschnitt der Schwenkbrücke (2) angebrachte Kompensationseinheit (3) mittels eines exzentrisch zur horizontalen Schwenkachse S angeordneten Zylinderanlenkbolzens (4) mit der Schwenkbrücke (2) verbunden ist (Anspruch 4), wobei der Zylinderanlenkbolzen (4) an seinem ersten, der Schwenkbrücke (2) zugewandten, Ende mittels eines ersten Stützlagers (4.1) und an seinem zweiten der Schwenkbrücke (2) nicht zugewandten Ende mittels eines zweiten Stützlagers (4.2) gegen Verformung gelagert ist (Anspruch 6), wobei das zweite Stützlager (4.2) über eine Lagerung (6) mit dem Gehäuse (1) oder einem mit dem Gehäuse (1) verschraubten Deckel (7) verbunden ist derart, dass auf die Schwenkbrücke (2) einwirkende Kräfte über das Gehäuse (1) ableitbar sind (Anspruch 7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Die Bewegungskraft zum Bewegen der Schwenkbrücke, die auch als Schwenkträger oder schwenkbarer Werkstückträger bezeichnet wird, wird derzeit meist über ein Zwischengetriebe zwischen Motor und Schwenkbrücke erzeugt. Dies kann beispielweise durch ein Zykloidgetriebe durch ein Schnecken-Schneckenradgetriebe oder ein Rädergetriebe erreicht werden. Hierbei handelt es sich dann nicht um einen Direktantrieb. Um diese Antriebe im Bauraum zu begrenzen ist bei den meisten Schwenkbrücken am Markt die Spanntischoberfläche immer in der Nähe der Drehachse der Schwenkbrücke. Die Folge daraus ist, dass eine günstige Schwerpunktlage der Schwenkbrücke gegeben ist und das erzeugte Werkstückmoment eine große antriebsentlastende Wirkung erzeugt. Nachteilig ist, dass sehr große Bewegungen der Antriebsachsen bei simultaner Bearbeitung notwendig sind.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 057 423 A 1 ist eine Werkzeugmaschine mit hydraulisch stabilisiertem Schwenkträger bekannt. Hierbei wird auf der dem Antriebsmotor gegenüberliegenden Seite ein Hydraulikzylinder angebracht, der die Torsion der Schwenkvorrichtung verhindern soll. Dazu findet eine Dreh-/Torsionsmomentkompensationeinrichtung, bestehend aus einer Kolben-Zylinder-Einheit Anwendung, um das auf den Schwenkträger einwirkende Torsionsmoment zumindest resultierend aus Gewichtskraft des Schwenkträgers sowie Gewichtskraft des Werkstückträgers und Werkstück zu kompensieren. Der Antriebsmotor übernimmt nach wie vor die Hauptlast bei der Bewegung der Schwenkbrücke. Als nachteilig erweist sich die komplizierte hydraulische Ansteuerung des Torsionsmomentausgleiches. Da der Zylinder aktiv angesteuert wird, erzeugt dieser kein zusätzliches Kippmoment und damit keine Verformungen.
Durch das EP 1 380 382 B1 sind mehrere Varianten einer hydraulischen Massenkompensation bekannt. Aus der 13 der EP 1 380 382 B1 ist eine Schwenkbrücke ersichtlich, welche ein Werkstück in vertikaler Richtung bewegt und schwenkt. Die Schwenkbewegung wird durch einen Gewichtausgleich unterstützt. Dabei ist ein Pneumatikzylinder an die Schwenkbrücke gekoppelt. Dieser Zylinder ist zusätzlich nicht noch einmal seitlich gelagert, so dass es zu nachteiligen Biegemomenten kommt.
Aus der Druckschrift EP 1 524 068 B1 ist eine Werkzeugmaschine mit schwenkbarem Werkstückträger, dessen Torsionsmoment kompensiert ist, bekannt. Dabei ist der Abstand der Kraft-Antriebs-Stelle von der Schwenk-Achse veränderbar, wodurch ein hoher konstruktiver Aufwand zu verzeichnen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke zur Aufnahme eines Werkstücks zu entwickeln, mit welcher ein verbleibendes bauartbedingtes Drehmoment auf die Schwenkachse der Schwenkbrücke weitgehend ausgeglichen wird, ohne dabei Biegemomente in die Schwenkbrücke oder zugehörige Bauteile einzuleiten.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke zur Aufnahme wenigstens eines Werkstücks. Das Ziel ist eine Erhöhung der Genauigkeit, vorzugsweise bei 5-Achsen-Simultanbearbeitung. Dabei ergibt sich die Aufgabe, ein verbleibendes bauartbedingtes Drehmoment auf die Schwenkachse einer Dreh-Schwenkeinheit weitgehend auszugleichen, ohne dabei Biegemomente einzuleiten. Das verbleibende bauartbedingte Drehmoment entsteht zum einen durch die Ausführung der Dreh-Schwenkeinheit in Form einer Wippe und zum anderen durch Vorrichtung und Werkstücke, welche den Schwerpunkt des Gesamtsystems außerhalb der Schwenkachse verschieben. Um einen Direktantrieb, ohne zwischengeschaltetes Getriebe zwischen Motor und Schwenkbrücke zu realisieren, wird eine Reduzierung des Gewichtsmoments der Wippe und des Werkstückes vorgeschlagen, der sich erfindungsgemäß von bekannten Bauarten unterscheidet.
Erfindungsgemäß ist die Schwenkbrücke um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse schwenkbar wobei zusätzlich an zumindest einem Endabschnitt der Schwenkbrücke ein Schwenkantrieb zum schwenkbaren Antrieb der Schwenkbrücke um die horizontale Achse vorgesehen ist. Der Antrieb ist vorzugsweise in Form eines Direktantriebs ausgebildet, da dieser bei der Bearbeitung sehr dynamisch beschleunigen und Winkeländerungen vornehmen kann, wobei ein Direktantrieb vorteilhafter Weise den Schwerpunkt aller zu schwenkenden Massen nahe der Schwenkachse benötigt. Die Schwenkbrücke weist an einem ersten und zweiten Endabschnitt je eine Kompensationseinheit zur Reduzierung des resultierenden Drehmomentes auf, welches auf Grund ihrer Bauart sowie durch Vorrichtung und Werkstück entsteht, indem ein Unterstützungsmoment auf die Schwenkbrücke aufgebracht wird. Das Unterstützungsmoment gleicht sich im Wesentlichen der Gewichtskraft an, sobald die Schwenkbrücke verdreht wird.
Die Kompensationseinheit ist in Form eines Hydraulikzylinders ausgebildet, wobei der Hydraulikzylinder mittels eines Druckspeichers mit Fluid versorgt ist. Ein Rückschlagventil dient dabei gleichzeitig als Sicherheitsbauteil gegen Rückfallen der Schwenkbrücke durch das Sperren des Ölrückflusses aus dem Zylinder bei Stromausfall. Das Unterstützungsmoment des Hydraulikzylinders ist in Abhängigkeit der Beladung der Schwenkbrücke über den Hydraulikdruck einstellbar. Der Systemdruck ist mittels eines mit Öl gefüllten Druckspeichers herstellbar, wobei der Ölspeicher als „gespannte Feder“ die Zylinder mit Hydraulikdruck versorgt.
Die Kompensationseinheiten in Form von Hydraulikzylindern, welche am ersten und zweiten Endabschnitt der Schwenkbrücke angebracht sind, sind mittels exzentrisch zur horizontalen Schwenkachse der Schwenkbrücke angeordneten Zylinderanlenkbolzen mit der Schwenkbrücke verbindbar. Die Kompensationseinheiten sind in einer Winkellage zu der Schwenkbrücke an einem Gehäuse derart angeordnet, dass bei einem Schwenkwinkel von 0°, also Gleichgewichtslage, kein Unterstützungsmoment wirkt. Das unterstützende Moment entsteht, je nach Winkelauslenkung der Schwenkbrücke und hat sein Maximum bei ca. 90° Schwenkwinkel. Da die Kraft der Zylinder immer anliegt, auch bei 0° Schwenkwinkel, wird einer Verformung der Aufhängepunkte der Schwenkbrücke derart entgegengewirkt, dass die Zylinderanlenkbolzen an ihrem, der Schwenkbrücke nicht zugewandten Ende, mittels einer zusätzlichen Lagerung in Form eines Stützlagers gegen Verformung gelagert sind. Diese Lagerung stützt die Zylinderanlenkbolzen sodass kein Kippmoment entsteht. Die Lagerung der Zylinderanlenkbolzen ist derart ausgebildet, dass auf die Schwenkbrücke einwirkende Kräfte über das Gehäuse ableitbar sind.
Die aufgenommene Kraft wird auf das gesamte Gehäuse abgeleitet und verteilt, wodurch eine deutlich höhere Genauigkeit und Steifigkeit des Schwenkantriebes erreicht wird.
Der erfindungsgemäße Vorteil besteht darin, dass um einen Direktantrieb für eine genaue und hochdynamische Werkstückbearbeitung zu realisieren ein Kompensationsausgleich mit hoher Leistungsdichte notwendig ist. Die Oberfläche des Werkstücktisches liegt dabei deutlich unterhalb der Drehachse/Schwenkachse der Schwenkbrücke. Aus dieser Anordnung ergeben sich Vorteile bei der Simultanbearbeitung.
Durch die hohe Leistungsdichte der Hydraulik kann das notwendige Unterstützungsmoment für die Kompensation des Gewichts realisiert werden. Der Antriebsmotor ist in Form eines Direktantriebes ausgebildet und treibt die Schwenkbrücke direkt an. Der Kompensationsausgleich übernimmt die Reduzierung des Momentes aus Werkstück und Schwenkbrücke. Der Antriebsmotor dient überwiegend als Regelglied und kann sehr dynamisch beschleunigen und Winkellagen einstellen.
Durch die beidseitig angebrachten Hydraulikzylinder wird das Unterstützungsmoment symmetrisch in die Schwenkbrücke eingebracht und eine Torsion der Konstruktion verhindert.
Da die Kraft der Hydraulikzylinder jederzeit wirkt, muss eine Verformung der Schwenkbrücke durch die Zylinderkraft verhindert werden. Diese Verformung wird mittels der Stützlager für den Zylinderanlenkbolzen verhindert. Mittels der Stützlager wird die Entstehung eines Biegemomentes, welches durch den Abstand zwischen den Zylindern und der Lagerung der Schwenkbrücke entsteht vermieden. Die auftretende Kraft kann so über einen massiven Deckel an das Gehäuse des Maschinenschlittens abgeleitet werden. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Belastung der Konstruktion durch ein Biegemoment verhindert. Die nun gleichmäßiger auf das gesamte Gehäuse verteilte Kompensationskraft entlastet die Konstruktion weiter und reduziert ungewollte Verformungen deutlich.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 die Schwenkbrücke mit Kompensationselement,
2 eine Seitenansicht der Schwenkbrücke
3 eine Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1

1 zeigt ein Gehäuse 1 in einem U-Profil, wobei sich zwischen dem ersten Schenkel 1.1 und dem zweiten Schenkel 1.2 des Gehäuses 1 die Schwenkbrücke 2 erstreckt. In dem ersten Schenkel 1.1 ist vorzugsweise ein Antrieb in Form eines Direktantriebs angeordnet. Die Schwenkbrücke 2 ist um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse S mittels des Direktantriebs schwenkbar angeordnet und in dem ersten und zweiten Schenkel 1.1, 1.2 mittels einer Lagerung 1.3 montiert.
An einem ersten und zweiten Endabschnitt der Schwenkbrücke 2 im Bereich des ersten und zweiten Schenkels 1.1, 1.2 ist je eine Kompensationseinheit 3 zur Kompensation des Gewichts der Schwenkbrücke 2 und eines darauf aufgenommenen Werkstücks angeordnet, wobei die Kompensationseinheiten 3 mit einem Unterstützungsmoment mittels je eines Zylinderanlenkbolzens 4 auf die Schwenkbrücke 2 wirken. Durch die beidseitig angebrachten Kompensationseinheiten 3 wird das Unterstützungsmoment symmetrisch in die Schwenkbrücke 2 eingebracht und so eine Torsion der Konstruktion verhindert.
Die Zylinderanlenkbolzen 4 sind mit einem Ende außermittig zu der Schwenkachse S der Schwenkbrücke 2 mit der Schwenkbrücke 2 mittels verbunden und an ihrem, der Schwenkbrücke 2 nicht zugewandten Ende, mittels einer zusätzlichen Lagerung gegen Verformung durch eine Krafteinwirkung gelagert. Die Verbindung zwischen der Schwenkbrücke 2 und dem Zylinderanlenkbolzen 4 erfolgt mittels eines Mitnehmers 5, der mit der Schwenkbrücke 2 verschraubt ist.
Die zweiten Stützlager 4.2 der Zylinderanlenkbolzen 4 sind mittels eines Lagers 6 an einem Deckel 7 abgestützt, wodurch die auftretenden Kräfte und Momente über den massiven Deckel 7 an das Gehäuse 1 abgeleitet werden können. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Belastung der Konstruktion durch ein Biegemoment verhindert. Die nun gleichmäßiger auf das gesamte Gehäuse verteilte Kompensationskraft entlastet die Konstruktion weiter und reduziert ungewollte Verformungen deutlich.
Die Kompensationseinheiten 3 sind in Form von Hydraulikzylindern ausgebildet, wobei die Hydraulikzylinder 3 mittels je eines Rückschlagventils 3.1 mit Federrückstellung regelbar sind. Das Rückschlagventil 3.1 dient zugleich als Sicherheitsbauteil gegen Rückfallen der Schwenkbrücke 2 durch Sperren des Ölrückflusses aus dem Zylinder bei Stromausfall.
Die Hydraulikzylinder 3 sind gemäß 2 in einer Winkellage zu der Schwenkbrücke an dem Gehäuse 1 derart angeordnet, dass bei einem Schwenkwinkel von 0°, also Gleichgewichtslage, kein Unterstützungsmoment wirkt. Das unterstützende Moment entsteht, je nach Winkelauslenkung der Schwenkbrücke 2 und hat sein Maximum bei ca. 90° Schwenkwinkel. In 2 ist die Gleichgewichtslage der Schwenkbrücke 2 dargestellt. Das Rückschlagventil 3.1 ist direkt an dem Hydraulikzylinder 3 angeordnet und regelt den Hydraulikdruck in Abhängigkeit aufzubringenden Unterstützungsmomentes.
3 zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in der Schnittebene A aus 2. Gemäß der 1 und 3 sind die Zylinderanlenkbolzen 4 mit einem Ende mit dem Mitnehmer 5 mittels eines ersten Stützlagers 4.1 verbunden wobei der Mitnehmer 5 über Verschraubungen 8 mit der Schwenkbrücke fixiert ist. An ihrem, der Schwenkbrücke 2 nicht zugewandten Ende, ist ein zusätzliches Lager 4.2 vorgesehen, das in Form eines zweiten Stützlagers 4.2 ausgebildet ist. Eine axiale Fixierung des Hydraulikzylinders 3 an dem Zylinderanlenkbolzen 4 wird mittels einer Distanzhülse 9 erreicht, die sich zwischen dem Hydraulikzylinder 3 und dem zweiten Stützlager 4.2 erstreckt. Das zweite Stützlager 4.2 ist mittels eines Lagers 6, vorzugsweise eines Kugellagers, an dem Deckel 7 abgestützt und wirkt einer Verformung durch eine Krafteinwirkung entgegen. Der Deckel ist mittels Verschraubungen 10 an dem Gehäuse 1 fixiert, wodurch die aufgenommene Kraft auf das gesamte Gehäuse abgeleitet und verteilt wird. Damit wird eine deutlich höhere Genauigkeit und Steifigkeit des Schwenkantriebes erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1.1: Erster Schenkel
1.2: Zweiter Schenkel
1.3: Lagerung
2: Schwenkbrücke
3: Kompensationseinheit/Hydraulikzylinder
3.1: Rückschlagventil
4: Zylinderanlenkbolzen
4.1: Erstes Stützlager
4.2: Zweites Stützlager
5: Mitnehmer
6: Lager
7: Deckel
8: Verschraubung
9: Distanzhülse
10: Verschraubung
S: Schwenkachse

Claims

Werkzeugmaschine mit einer Schwenkbrücke zur Aufnahme wenigstens eines Werkstücks, aufweisend ein Gehäuse 1 in einem U-Profil, wobei zwischen einem ersten Schenkel 1.1 und einem zweiten Schenkel 1.2 des Gehäuses 1 die Schwenkbrücke (2) angeordnet ist, wobei die Schwenkbrücke (2) um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse (S) schwenkbar ist und dazu an zumindest einem Endabschnitt der Schwenkbrücke (2) ein Schwenkantrieb zum schwenkbaren Antrieb der Schwenkbrücke (2) um die horizontale Achse (S) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbrücke (2) an einem ersten und/oder zweiten Endabschnitt wenigstens je eine Kompensationseinheit (3) zur Reduzierung des resultierenden Drehmomentes durch das Gewichts der Schwenkbrücke (2) und des darauf aufgenommenen Werkstücks aufweist, wobei die Kompensationseinheit (3) mit einem Unterstützungsmoment auf die Schwenkbrücke (2) wirkt und die am ersten und/oder zweiten Endabschnitt der Schwenkbrücke (2) angebrachte Kompensationseinheit (3) mittels eines exzentrisch zur horizontalen Schwenkachse S angeordneten Zylinderanlenkbolzens (4) mit der Schwenkbrücke (2) verbunden ist (Anspruch 4), wobei der Zylinderanlenkbolzen (4) an seinem ersten, der Schwenkbrücke (2) zugewandten, Ende mittels eines ersten Stützlagers (4.1) und an seinem zweiten der Schwenkbrücke (2) nicht zugewandten Ende mittels eines zweiten Stützlagers (4.2) gegen Verformung gelagert ist (Anspruch 6), wobei das zweite Stützlager (4.2) über eine Lagerung (6) mit dem Gehäuse (1) oder einem mit dem Gehäuse (1) verschraubten Deckel (7) verbunden ist derart, dass auf die Schwenkbrücke (2) einwirkende Kräfte über das Gehäuse (1) ableitbar sind (Anspruch 7).
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (3) in Form eines Hydraulikzylinders mit einem Rückschlagventil (3.1) ausgebildet ist, wobei das Rückschlagventil (3.1) als Sicherheitsbauteil gegen Rückfallen der Schwenkbrücke (2) durch das Sperren des Ölrückflusses aus dem Hydraulikzylinder (3) bei Stromausfall dient.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungsmoment des Hydraulikzylinders (3) in Abhängigkeit der Beladung der Schwenkbrücke (2) über den Hydraulikdruck einstellbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (3) an ihrem sich in Richtung der Schwenkbrücke (2) erstreckendem Ende eine Aussparung aufweist, durch welche der Zylinderanlenkbolzen (4) geführt ist, wobei der Zylinderanlenkbolzen (4) an dem sich links und rechts der Kompensationseinheit (3) erstreckenden Ende abgestützt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbrücke (2) an einem ersten und zweiten Endabschnitt wenigstens je eine Kompensationseinheit (3) aufweist, wobei das Unterstützungsmoment der Kompensationseinheiten (3) symmetrisch in die Schwenkbrücke (2) einbringbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkantrieb in Form eines Direktantriebs ausgebildet ist.