DE19503482A1 - Werkzeugmaschine mit einem Ständer, an dem zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander verfahrbar sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine für die Bohr- und/oder Fräsbearbeitung von Werkstücken, mit mindestens zwei Spindelstöcken.

Bekannt sind Werkzeugmaschinen, bei denen der Spindel­ stock die Werkzeuge unmittelbar aus einem feststehenden oder beweglichen Werkzeugmagazin entnimmt oder dort ablegt. Bei solchen Werkzeugmaschinen muß der Spindel­ stock nach Beendigung eines Bearbeitungsvorganges an das Werkzeugmagazin herangeführt werden. Dort erfolgt der Werkzeugwechsel und anschließend wird der Spindel­ stock wieder an das Werkstück zugestellt. Hierbei er­ fordert ein Werkzeugwechsel eine erhebliche Zeit, die nicht nur durch die Bewegungsvorgänge bestimmt wird, die der Spindelstock ausführen muß, sondern auch durch Zeitverluste, die mit dem Abbremsen und Beschleunigen der Arbeitsspindel verbunden sind. Während des gesamten Werkzeugwechsels steht die Werkzeugmaschine nicht für Bearbeitungsvorgänge zur Verfügung.

Bekannt sind weiterhin Werkzeugmaschinen mit Wechsel­ einrichtungen, die Greifer aufweisen, welche den Werk­ zeugwechsel zwischen Werkzeugmagazin und Spindelstock bewirken. Solche Greifer bilden Übergabevorrichtungen, jedoch können sie in der Regel nur zwei Werkzeuge auf­ nehmen, so daß der Greifer nach jedem Werkzeugwechsel zu dem Werkzeugmagazin bewegt werden muß, um Werkzeuge daraus zu entnehmen bzw. Werkzeuge in das Werkzeugmaga­ zin zurückzustellen.

Bei Werkzeugmaschinen, die zahlreiche Arbeitsspindeln in Revolver-Anordnung enthalten, nimmt das Wegführen der einen Arbeitsspindel und das Heranführen der ande­ ren Arbeitsspindel an das Werkstück einschließlich der Koppel- und Beschleunigungsvorgänge erhebliche Zeit in Anspruch. Zudem kann zwar während des Einsatzes einer Arbeitsspindel eine andere Arbeitsspindel mit neuen Werkzeugen bestückt werden, jedoch ist hierbei der Auf­ wand an Arbeitsspindeln sehr groß. Außerdem muß ein Werkzeugmagazin benutzt werden, das an die Revolver- Anordnung, die sich in der Arbeitsstellung befindet, herangeführt wird.

Bei den bekannten Werkzeugmaschinen erfordert ein Werk­ zeugwechsel in der Regel eine Zeit von drei bis fünf Sekunden, die für die Werkstückbearbeitung verloren­ geht. Sofern schnellere Werkzeugwechsel möglich sind, ist dies mit einem erheblichen Mehraufwand an maschi­ neller Ausrüstung verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werk­ zeugmaschine zu schaffen, die bei einfachem Aufbau ei­ nen sehr schnellen Werkzeugwechsel ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind an dem Ständer zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander längs vertikaler Führungen verfahrbar. Zusätzlich ist jeder Spindelstock in seiner Längsrichtung horizontal ver­ fahrbar. Während der eine Spindelstock mit einem Werk­ zeug das Werkstück bearbeitet, ist der andere Spindel­ stock frei, um an ein Werkzeugmagazin heranzufahren und das alte Werkzeug abzugeben und ein neues Werkzeug auf­ zunehmen. Wenn der die Bearbeitung durchführende Spin­ delstock seine Arbeit beendet hat, wird er zurückgezo­ gen und der Spindelstock mit dem neuen Werkzeug wird an das Werkstück angesetzt. Auf diese Weise kann nach Beendigung eines Bearbeitungsschrittes die Werkzeug­ wechselzeit auf diejenige Zeit begrenzt werden, die üblicherweise für das Verfahren von einer Arbeitsposi­ tion zur nächsten benötigt wird. Für den Werkzeugwech­ sel wird somit keine oder nahezu keine zusätzliche Zeit benötigt. Er kann in etwa einer Sekunde durchgeführt werden. Die Werkstückbearbeitung erfolgt durch den al­ ternierenden Einsatz der beiden Spindelstöcke, wobei sich jeweils ein Spindelstock im Einsatz am Werkstück befindet, während der andere entweder den Werkzeugwech­ sel durchführt oder in Wartestellung verharrt.

Durch die Doppelanordnung der Spindelstöcke wird eine Entkopplung zwischen dem Bewegungsablauf zur Bearbei­ tung (Hauptzeit) und dem Werkzeugwechsel (Nebenzeit) bewirkt. Die unproduktiven Nebenzeiten werden durch den abwechselnden Einsatz des jeweils mit dem neuen Werk­ zeug bestückten und auf Arbeitsdrehzahl beschleunigten Spindelkopfes praktisch eliminiert. Durch die Entkopp­ lung können die mit dem Werkzeugwechsel zusammenhängen­ den Bewegungsabläufe derart gestaltet werden, daß Be­ schleunigungssprünge und Stöße weitgehend vermieden werden, insbesondere beim Hochlaufen und Abbremsen der Arbeitsspindel eines Spindelstocks, bei Magazin- und Werkzeugspannbewegungen und bei Axialbewegung des Spin­ delstocks zum Werkzeugwechsel. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der mechanischen und elektrischen Komponen­ ten verlängert.

Die Spindelstöcke können mit unterschiedlichen Lei­ stungsdaten ausgerüstet werden, wobei für den jeweils aktuellen Einsatz derjenige Spindelstock benutzt wird, der für diesen Bearbeitungsvorgang geeignet ist. So kann beispielsweise ein Spindelstock für die Leistungs­ zerspanung mit großen Fräswerkzeugen dimensioniert sein und der andere für den Einsatz schnelldrehender Bohr­ werkzeuge.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Werkzeug­ maschine bei Ausfall eines Spindelstocks immer noch einsatzfähig ist, obwohl dann für den Werkzeugwechsel mehr Zeit benötigt wird. Ferner ist es möglich, unter gewissen Voraussetzungen zwei Werkstücke gleichzeitig und parallel zu bearbeiten.

Obwohl für jeden Spindelstock ein eigenes Werkzeugmaga­ zin vorgesehen sein kann, ist es auch möglich, ein ge­ meinsames Werkzeugmagazin für beide Spindelstöcke vor­ zusehen. Wenn ein gemeinsames Werkzeugmagazin vorhanden ist, hat dieses zwei Wechselpositionen, nämlich für jeden Spindelstock eine. Die einzelnen Werkzeuge werden unter automatischer Steuerung des Werkzeugmagazins in die Wechselposition für den jeweiligen Spindelstock ge­ bracht, für den sie bestimmt sind.

Vorzugsweise können die Spindelstöcke hinter das Werk­ zeugmagazin gefahren werden, um durch einfaches Vorfah­ ren das in der Wechselposition befindliche Werkzeug zu übernehmen. In diesem Fall sind keine Übergabevor­ richtungen zwischen Werkzeugmagazin und Spindelstock erforderlich.

Der Ständer der Werkzeugmaschine ist vorzugsweise ein Portalständer mit zwei senkrechten Säulen und einem Querhaupt. Die Führungsbahnen der Spindelstöcke befin­ den sich dabei an den einander zugewandten Innenseiten der Säulen. Alternativ ist es aber auch möglich, einen Ständer zu verwenden, der aus einer einzigen Säule be­ steht und bei dem die Führungsbahnen der Spindelköpfe sich an den einander abgewandten Außenseiten befinden. Das Werkzeugmagazin ist an der Vorderseite des Ständers vorgesetzt.

Das Werkzeugmagazin befindet sich vorzugsweise am obe­ ren Ende des Ständers, kann jedoch auch am unteren Ende angeordnet sein, beispielsweise im Maschinensockel. Wenn das Werkzeugmagazin am oberen Ende des Ständers angebracht ist, ist es für den Bediener wegen der gro­ ßen Höhe schwierig, die Bestückung des Werkzeugmagazins mit Werkzeugen vorzunehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Werkzeugmagazin um eine Achse in der Nähe seines einen Endes ver­ schwenkt werden, um das andere Ende in eine Bestük­ kungsposition abzusenken.

Die Werkzeugmaschine hat vorzugsweise einen Werkstück­ träger, der quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke horizontal verfahrbar ist. Eine derartige Werkzeugma­ schine bildet ein eigenständiges Bearbeitungszentrum. Durch Integration des Werkstückträgers in eine Trans­ ferstraße kann die Maschine auch als flexible Arbeits­ station in verketteten Anlagen eingesetzt werden.

Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise vollständig nume­ risch gesteuert, d. h. die gesamten Bewegungsabläufe der Spindelstöcke, des Werkzeugmagazins und des Werkstück­ trägers sind entsprechend einer vorgegebenen Programm­ folge gesteuert und miteinander koordiniert, so daß alle Bewegungen automatisch ausgeführt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugma­ schine, teilweise aufgeschnitten,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit einem Querschnitt durch das Oberteil und das Werkzeugmagazin und

Fig. 3 eine Teildarstellung von Fig. 1 bei in die Be­ stückungsposition heruntergeschwenktem Werk­ zeugmagazin.

Die Werkzeugmaschine weist gemäß Fig. 1 einen Ständer 10 auf, der von einem Sockel 11 aufragt. Der Ständer 10 ist ein Portalständer mit zwei voneinander beabstande­ ten vertikalen Säulen 12, die durch ein Querhaupt 13 an den oberen Enden miteinander verbunden sind.

An den einander zugewandten Innenseiten der Säulen 12 befinden sich vertikale Führungen 14 für jeweils einen vertikal verfahrbaren Schlitten 15. Jeder Schlitten 15 weist eine Horizontalführung auf, längs der ein Spin­ delstock 16 bzw. 17 horizontal verfahrbar ist. Der Spindelstock 16 bzw. 17 enthält die Antriebseinrichtung für eine Arbeitsspindel 18, die aus seinem vorderen Ende herausragt und eine Aufnahme für ein Werkzeug auf­ weist.

Vor dem Ständer 10 ist auf dem Sockel 11 ein Werkstück­ träger 20 angeordnet, der längs einer horizontalen Füh­ rung 21 quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke 16 und 17 verfahrbar ist. Diese Bewegungsrichtung des Werk­ stückträgers 20 ist die X-Richtung, die vertikale Rich­ tung ist die Y-Richtung und die Längsrichtung der Spin­ delstöcke 16, 17 ist die Z-Richtung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werk­ stückträger 20 ausschließlich in X-Richtung verfahrbar. Die Bewegungen in Y-Richtung und in Z-Richtung werden von dem jeweiligen Spindelstock durchgeführt.

Der Werkstückträger 20 kann ausgerüstet sein mit einem Rundtisch, einer Wendeeinrichtung, einer Palettenspann­ einrichtung, einer Palettenwechseleinrichtung u. dgl.

Wichtig ist, daß er das Werkstück in exakt definierter Form aufnehmen und positionieren kann.

Auf dem Querhaupt 13 befinden sich die Antriebe 22, 23 für die Vertikalbewegungen der Spindelstöcke 16, 17. Die Spindelstöcke sind unabhängig voneinander in Y-Richtung und in Z-Richtung einzeln verfahrbar. Während bei­ spielsweise der Spindelstock 17 eine Werkstückbearbei­ tung vornimmt, kann der Spindelstock 16 in die Über­ nahmeposition zum Werkzeugwechsel gefahren werden.

An dem Ständer 10 ist vorgesetzt das Werkzeugmagazin 24 in fester Höhe angeordnet. Das Werkzeugmagazin weist eine endlose umlaufende Kette auf, an der Werkzeughal­ ter 25 befestigt sind. Die Werkzeughalter 25 haben Greifarme, die jeweils ein Werkzeug 26 festhalten kön­ nen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Spindelstock 16 in eine Übernahmeposition UP hinter dem Werkzeugmagazin 24 hochgefahren werden. Die Übernahmeposition ist die obe­ re Endstellung des Spindelstocks 16 in Y-Richtung und gleichzeitig die rückwärtige Endstellung in Z-Richtung. In der Übernahmeposition befindet sich die Spindel 18 axial ausgerichtet hinter dem Werkzeug 26, das sich in der Wechselposition WP im Werkzeugmagazin 24 befindet. Wird aus der Übernahmeposition UP heraus der Spindel­ stock 16 geringfügig in Richtung der Z-Achse vorgescho­ ben, so ergreift er das rückwärtige Ende des Werkzeugs 26 mit der Aufnahme der Arbeitsspindel 18. Gleichzeitig findet in der Arbeitsspindel 18 eine Verriegelung des Werkzeugs 26 statt. Der Spindelstock 16 kann dann nach unten bewegt werden und er löst dabei das Werkzeug 26 von dem Werkzeugmagazin 24.

Damit das Werkzeugmagazin 26, das am oberen Ende des Ständers 10 angeordnet ist, bequem von einer Bedie­ nungsperson manuell mit Werkzeugen bestückt werden kann, ist das Werkzeugmagazin um eine horizontale Schwenkachse 30 schwenkbar, die in Fig. 1 angedeutet ist, obwohl sie dort nicht sichtbar ist. Die Schwenk­ achse 30 befindet sich in der Nähe des einen Endes des langgestreckten Werkzeugmagazins. Wenn das Werkzeugma­ gazin um die Schwenkachse 30 herum verschwenkt wird, nimmt es die in Fig. 3 dargestellte Schwenkposition ein, in der das Ende 24a heruntergeschwenkt ist. Die Werkzeuge 26 in der Nähe des heruntergeschwenkten Endes 24a sind somit leicht zugänglich. Zum Verschwenken des Werkzeugmagazins ist auf dem Querhaupt 13 ein Zylinder 31 angeordnet. Im übrigen wird die Kette des Werkzeug­ magazins 24 von einem numerisch gesteuerten Antrieb angetrieben, wobei die einzelnen Werkzeughalter 25 je­ weils in die gewünschte Position gefahren werden kön­ nen.

Das Werkzeugmagazin 24 ist von einer Haube 32 bedeckt, die am oberen Ende des Ständers 10 angebracht ist und die nur nach unten offen ist.

Claims (6)

1. Werkzeugmaschine mit einem Ständer (10), an dem zwei Spindelstöcke (16, 17) unabhängig voneinander längs vertikaler Führungen (14) verfahrbar sind, wobei jeder Spindelstock (16, 17) zusätzlich in seiner Längsrichtung horizontal verfahrbar ist, und wobei jeder der Spindelstöcke in eine Übernah­ meposition (UP) zur Aufnahme eines Werkzeugs (26) aus einem am Ständer (10) angeordneten Werkzeug­ magazin (24) bewegbar ist, um ein Werkzeug (26) aus dem Werkzeugmagazin (24) zu übernehmen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spindelstöcke (16, 17) hinter ein am Werkzeugmagazin (24) befindliches Werkzeug (26) fahrbar sind und dieses durch Vorfahren in Längs­ richtung unmittelbar aufnehmen.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Werkzeugmaga­ zin (24) für beide Spindelstöcke (16, 17) vorgese­ hen ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) am oberen Ende des Ständers (10) in fester Höhe angeordnet ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) eine längliche Form aufweist und um eine Schwenkachse (30) in der Nähe seines einen Endes schwenkbar ist, um das andere Ende in eine Bestückungsposition abzusenken.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ständer (10) ein Werkstückträger (20) angeordnet ist, der quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke (16, 17) hori­ zontal verfahrbar ist.