DE20021676U1

DE20021676U1 - CNC-Drehmaschine mit verkürzten Werkzeug- und Werktisch-Zustellzeiten in Spindelachse

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Description

Hsi-KuanChen 8. März 2001

L61845GBM IB/WH/arw

CNC-Drehmaschine mit verkürzten Werkzeug- und Werktisch-Zustellzeiten in Spindelachse

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine computergesteuerte Drehmaschine (CNC-Drehmaschine) und insbesondere auf eine CNC-Drehmaschine mit einer Gewindespindel, die einen positiven Gewindeabschnitt und einen Gegengewindeabschnitt umfaßt, die mit zwei Muttern in Wirkverbindung stehen, die jeweils an einer Werkzeughalteranordnung bzw. an einer Werktischanordnung aufgenommen sind, um die Werkzeughalteranordnung und die Werktischanordnung gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen entlang einer Spindelachse zu verschieben, um die relative Verschiebungsgeschwindigkeit zwischen der Werkzeughalteranordnung und der Werktischanordnung signifikant zu erhöhen, so daß die Unterbrechungen der Zerspanungszeiten der CNC-Drehmaschine minimiert werden.

Im allgemeinen ist eine CNC-Werkzeugmaschine zur Ausführung einer Zerspanungsoperation an einem Werkstück mittels eines Werkzeuges mit Einrichtungen versehen zur Erzeugung einer Vorschubbewegung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück während eines Zerspanungsvorgangs sowie mit Einrichtungen zur Veränderung bzw. Justage der Relativpositionen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während einer Unterbrechung der Zerspanungsoperation. Während der Zerspanungsoperation wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück durch die Eigenschaften des zu zerspanenden Materials bestimmt und soll nicht geändert oder willkürlich erhöht werden. Wird jedoch die Geschwindigkeit zur Justage und Einstellung der Relativposition zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während der Unterbrechung einer Zerspanungsoperation gesteigert, kann die Gesamtmaschinenproduktivität der Werkzeugmaschine beträchtlich erhöht werden.

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine konventionelle Horizontaldrehmaschine entnehmbar, welche eine Spindel S in horizontaler Richtung sich erstreckend umfaßt, die

antreibbar auf einem stationären Schlitten aufgenommen ist, der auf dem Drehmaschinenbett aufgenommen ist und das zu bearbeitende Werkstück aufnimmt. Da das zu bearbeitende Werkstück an einem Ende verdrehbar in die Spindel eingespannt ist und auf einem stationären Schlitten aufgenommen ist, läßt sich das Werkstück verdrehen, jedoch nicht verschieben. Eine Werkzeughalteranordnung B ist vorgesehen, um das Zerspanungswerkzeug für das Werkstück aufzunehmen und ist relativ verschiebbar in bezug zum Werkstück. Im allgemeinen ist die Werkzeughalteranordnung B entlang der Spindelachse (d.h. der Z-Achse) hin und her bewegbar dank einer Gewindespindel R, die über einen Servomotor M angetrieben ist und mit einer Mutter N zusammenarbeitet, die sich am Werkzeughalter B befindet. Auf diese Weise kann das Werkzeug näher an das zu bearbeitende Werkstück oder weiter von diesem entfernt positioniert werden, wenn der Servomotor M die Gewindespindel R entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn antreibt. Der Werkzeughalter B ist darüber hinaus mit einer weiteren Gewindespindel ausgestattet, die sich entlang einer Achse senkrecht zur Spindelachse erstreckt, ähnlich zu der Gewindespindel, die sich drehbar entlang der Spindelachse erstreckt, so daß das Werkzeug in eine andere Richtung (d.h. der X-Achse) relativ zum Werkstück verschiebbar ist, wenn die weitere Gewindespindel angetrieben wird.

Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine konventionelle CNC-Vertikaldrehmaschine zu entnehmen, in welcher ein zu bearbeitendes Werkstück von einem Spindelfutter ergriffen wird, welche drehbar an einem stationären Werktisch T aufgenommen ist. Ähnlich zu einer konventionellen Horizontaldrehmaschine wie oben beschrieben ist am Werkzeughalter B der konventionellen Vertikaldrehmaschine ein Werkzeug aufgenommen, welches entsprechend der Spindelachse (Z-Achse) und der X-Achse mittels eines Gewindespindel/Mutternmechanismus hin und her bewegbar ist, so daß das Werkzeug in zweidimensionaler Richtung entweder näher an das zu bearbeitende Werkstück angestellt oder weiter von diesem weggestellt werden kann.

Figur 3 zeigt eine konventionelle CNC-Reversierspindel-Vertikaldrehrnaschine, deren Konstruktion im wesentlichen identisch mit der konventionellen Vertikaldrehmaschine ist, außer daß der Werkzeughalter B stationär auf dem Maschinenbett aufgenommen ist und ein zu bearbeitendes Werkstück von einem Drehspindelfutter aufgenommen ist, welches an einem Werktisch T relativ zum Werkzeug verfahrbar ist. Vergleichbar mit der konventionellen Vertikaldrehmaschine wie oben beschrieben ist die konventionelle Reversierspindel-Vertikaldrehmaschine entlang der Spindelachse (Z-Achse) hin und her verfahrbar, wobei sich die X-Achse senkrecht zur Spindelachse erstreckt, wobei die

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Verfahrbewegung über einen Gewindespindel/Mutternmechanismus erfolgt, so daß das Werkstück relativ verschiebbar zum Werkzeug innerhalb zweier Dimensionen ist.

In bezug auf die konventionelle Arbeitsweise von Gewindespindel/Muttemmechanismen, d.h. von solchen Getriebemechanismen, die ein Paar bestehend aus einer Gewindestange R und einer Gewindemutter N, wie in Figur 1 umfassen, können Veränderungen der Relativpositionen zwischen dem Werkzeughalter und einem Werktisch zur Steigerung der Anstellgeschwindigkeit des Werkzeughalters näher zum Werktisch oder zur Steigerung der Abstellgeschwindigkeit des Werkzeughalters weiter vom Werktisch lediglich die Rotationsgeschwindigkeit der Gewindespindel durch Einsatz eines Servomotors mit höherer Abtriebsgeschwindigkeit realisiert werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß keiner der am Markt erhältlichen Servomotoren diese Anforderung zur Herbeiführung einer befriedigend schnellen Verstellgeschwindigkeit zwischen dem Werkzeughalter und dem Werktisch während einer Unterbrechung des Zerspanungsvorgangs in befriedigender Weise erfüllen kann.

Insbesondere dann, wenn der konventionelle Gewindespindel/Mutternmechanismus eingesetzt wird, um eine Hin- und Herbewegung eines Werkzeughalters entlang einer sich in vertikaler Richtung erstreckenden Achse herbeizuführen, d.h. wenn der Werkzeughalter B entlang einer Z-Achse über die Gewindespindel R im Zusammenwirken mit einer Mutter N der konventionellen CNC-Vertikaldrehmaschine verfahren wird, wie in Figur 2 dargestellt, ist die Belastung des Servomotors M zum Antrieb der Gewindespindel R für eine Aufwärtsverschiebebewegung des Werkzeughalters B erheblich größer als die Belastung des Servomotors M bei einer Abwärtsschiebebewegung des Werkzeughalters B wegen des Eigengewichts des Werkzeughalters B. Dies beeinträchtigt nicht nur in nachteiliger Weise die Standzeit des eingesetzten Servomotors, sondern ist von erheblichem Nachteil in bezug auf die Steuerung der Verstellgeschwindigkeit. Um das aufgezeigte Problem zu umgehen und den eingesetzten Servomotor vor ungleichförmigen Belastungen zu bewahren, wenn eine Gewindespindel zur Aufwärtsbewegung bzw. zur Abwärtsbewegung eines Werkzeughalters B eingesetzt wird, werden in konventionellen Lösungen Ketten, Seilzüge oder dergleichen eingesetzt, um ein Ausgleichsgewicht aufzunehmen, welches dem Gewicht des eingesetzten Werkzeugshalters B entspricht, so daß das Problem, den Servomotor unterschiedlichen Belastungen bei Auf- und Abwärtsbewegung des Werkzeughalters B auszusetzen, umgangen wird. Dies ist zwar durchführbar und durchaus praktikabel, jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die

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entsprechende CNC-Drehmaschine konstruktiv komplexer, sperriger wird und sich unvorteilhafter fertigen und warten läßt.

In bezug auf die konventionelle CNC-Vertikaldrehmaschine wie in Figur 2 dargestellt, wird der Werkzeughalter B aufwärts oder abwärts verschöben, wenn der Servomotor M die Gewindespindel R im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn antreibt. Solch eine Betriebsweise und Anwendung eines Servomotors M in Verbindung mit einer Gewindespindel/Mutternanordnung zur Erzeugung einer Aufwärts- bzw. einer Abwärtsverschiebebewegung eines Werkzeughalters kann Nachteile nach sich ziehen, insbesondere dann, wenn die elektrische Stromversorgung unerwartet abgestellt wird oder der Servoantrieb nicht aktiviert ist. Das Gewicht des Werkzeughalters B erzeugt ein Drehmoment auf die frei verdrehbare Gewindespindel R, wodurch sich aufgrund der Schwerkraft der an dieser aufgenommene verfahrbare Werkzeughalter B nach unten bewegt. Dies würde unvermeidlicherweise dazu führen, daß der Werkzeughalter B mit dem zu bearbeitenden Werkstück kollidiert, dem Werktisch oder anderen Teilen der Werkzeugmaschine.

Angesichts der skizzierten Nachteile des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine CNC-Drehmaschine bereitzustellen, in der die Relatiwerschiebungsgeschwindigkeit entlang der Spindel zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück das doppelte der Relatiwerschiebungsgeschwindigkeit konventioneller Drehmaschinen beträgt, die eine Gewindespindel/Mutternmechanismus einsetzen und entweder das Werkzeug oder das Werkstück verschieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gewindespindel eingesetzt, die zwei Abschnitte unterschiedlicher Gewinde umfaßt, nämlich einen positiven Gewindeabschnitt und einen Gegengewindeabschnitt, die jeweils mit Muttern zusammenarbeiten, die getrennt entweder an einer Werkzeughalteranordnung oder einer Werktischanordnung aufgenommen sind, um die Relativbewegung während der Verschiebung des Werkzeugs und des Werkstücks entlang der Spindelachse herbeizuführen, so daß die Unterbrechung der Zerspanungszeit einer CNC-Drehmaschine erheblich herabgesetzt werden kann und die Gesamtmaschinenproduktivität und die Effektivität der CNC-Drehmaschine verbessert wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine CNC-Vertikaldrehmaschine zur Verfügung zu stellen, in welcher die Werkzeughalteranordnung und die Werktischanordnung hin und her bewegbar entlang einer Vertikalspindelachse

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aufgenommen sind unter Einsatz einer Gewindespindel mit zwei gegenläufigen Gewindeabschnitten, nämlich einem positiven Gewindeabschnitt und einem Gegengewindeabschnitt. Diese arbeiten jeweils mit zwei Muttern zusammen, die sowohl an der Werkzeughalteranordnung als auch an der Werktischanordnung aufgenommen sind, so daß der Servomotor bei Antrieb der Gewindespindel im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns zur Relatiwerschiebung entlang der Vertikalspindelachse zwischen der Werkzeughalteranordnung und der Werktischanordnung mit im wesentlichen gleicher und konstanter Last beaufschlagt wird, ohne daß zusätzliche Ausgleichsgewichte einzusetzen sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine CNC-Vertikaldrehmaschine bereitzustellen, welche eine Kollision des Werkzeughalters mit dem Werkstück oder Teilen der Maschine vermeidet, wenn die Strom- bzw. Spannungsversorgung der CNC-Drehmaschine unerwartet unterbrochen wird oder der Servomotor nicht aktiviert ist.

Weitere Vorteile, Betriebsweisen, Konstruktionsvarianten und Details der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgend wiedergegebenen Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen hervor, in Zusammenschau mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Baukomponenten bezeichnen.

Zeichnung:

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer konventionellen CNC-

Horizontaldrehmaschine, deren Werkzeughalter entlang einer Z-Achse (Spindelachse) und einer X-Achse verschiebbar ist, um An- und Abstellbewegungen in bezug auf das von der Spindel aufgenommene Werkstück vorzunehmen unter Einsatz einer Mutter, welche mit einer über einen Servomotor angetriebenen Gewindespindel zusammenarbeitet,

Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer konventionellen CNC-

Vertikaldrehmaschine mit einem entlang der Z-Achse (Spindelachse) und der X-Achse verschiebbaren Werkzeughalter zur Vornahme von An- bzw. Abstellbewegungen an ein von der am Spannfutter ergriffenes Werkstück

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unter Einsatz einer Mutter/Gewindespindelanordnung, die von einem Servomotor angetrieben wird,

Figur 3 eine schematische perspektivische Wiedergabe einer konventionellen CNC-

Reversierspindel-Vertikaldrehbank mit einem Werkzeughalter, der entlang

der Z-Achse (Spindelachse) und der X-Achse verschiebbar ist, um Zustellbzw. Abstellbewegungen an das vom Spannfutter ergriffene Werkstück vorzunehmen unter Einsatz einer Mutter in Wirkverbindung mit einer über einen Servomotor angetriebenen Gewindespindel,

Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer CNC-Drehmaschine eines

ersten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die CNC-Horizontaldrehmaschine eine Gewindespindel umfaßt, die zwei Abschnitte gegenläufiger Gewinde aufweist und drehbar entlang der Längsrichtung der Spindelachse aufgenommen ist und mit zwei Muttern

zusammenarbeitet, die an der Werkzeughalteranordnung und an der Werktischanordnung aufgenommen sind, so daß die Werktischanordnung und die Werkzeughalteranordnung simultan in entgegengesetzter Richtung zueinander verschiebbar entlang der Längsrichtung der Spindelachse ausgebildet sind, um die Relatiwerschiebungsgeschwindigkeit zwischen der

Werkzeughalteranordnung und dem Werktisch zu steigern,

Figur 5 eine schematische Ansicht der Gewindespindel gemäß der vorliegenden

Erfindung mit einem positiven Gewindeabschnitt und einem Gegengewindeabschnitt jeweils in Wirkverbindung mit zwei Muttern, die

entweder an der Werktischanordnung oder an der Werkzeughalteranordnung aufgenommen sind, wobei bei Drehung der Gewindespindel im Uhrzeigersinn die Muttern der Werktischanordnung und der Werkzeughalteranordnung aufeinander zubewegt werden,

Figur 6 eine schematische Ansicht einer Gewindespindel gemäß der vorliegenden

Erfindung, wobei die Gewindespindel im Gegenuhrzeigersinn angetrieben ist, so daß die beiden Muttern der Werktischanordnung und des Werkzeughalters auseinandergestellt werden,

• t · tf (S » a···

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Figur 7 eine schematische perspektivische Ansicht einer CNC-Drehmaschine gemäß

eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die CNC-Vertikaldrehmaschine eine Gewindespindel mit zwei Abschnitten unterschiedlicher Gewinde umfaßt und drehbar entlang einer vertikalen Gewindespindel sich erstreckt, so daß die

Werkzeughalteranordnung und die Werktischanordnung simultan in gegenläufige Richtung entlang der vertikalen Spindelachse verschiebbar sind und

Figur 8 eine schematische perspektivische Wiedergabe einer CNC-Drehmaschine

gemäß eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die CNC-Reversierspindel-Vertikaldrehmaschine eine Gewindespindel umfaßt, die zwei Abschnitte einander gegenläufiger Gewinde aufweist und drehbar entlang einer vertikalen Spindelachse aufgenommen ist, so daß die Werkzeughalteranordnung und die

Werktischanordnung simultan in entgegengesetzte Richtungen entlang der Vertikalspindelachse verschiebbar sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß bestimmte Ausdrücke in der nachfolgenden Beschreibung der Vereinfachung halber herangezogen werden. Zum Beispiel bezeichnen die Ausdrücke "vorwärts", "rückwärts", "rechts", "links", "ober" und "unter" Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen ist an. Mit den Ausdrücken "einwärts", "inner" oder "auswärts" oder "äußere" beziehen sich auf Richtungen auf das Zentrum bzw. weg vom Zentrum des angesprochenen Bauelementes. Die Ausdrücke "radial" und "axial" beziehen sich auf Richtung oder Ebenen, die im wesentlichen senkrecht oder parallel zur Längsachse des angesprochenen Bauelementes verlaufen. Ausdrücke ähnlicher Bedeutung, in denen andere als die oben wiedergegebenen Ausdrücke benutzt werden, dienen lediglich der Vereinfachung, denn einer begrenzten Auslegung. Um die Beschreibung und die Illustrationen zu vereinfachen, sind die X-, Y- und die Z-Achse, die nachfolgend öfter erwähnt werden, auf die drei Koordinatenachsen bezogen, die senkrecht zueinander stehen und in den Zeichnungen jeweils angegeben sind. Die vertikale Richtung wird definiert als eine Richtung im wesentlich senkrecht zu einer ebenen Fläche. Gleiche Bezugszeichen identifizieren in den nachfolgenden Zeichen gleiche Bauelemente.

Gemäß Figur 4 ist eine CNC-Drehmaschine in Übereinstimmung mit einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung als eine CNC-

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Horizontaldrehmaschine ausgestaltet. Diese umfaßt ein Drehmaschinenbett 1, eine Werktischanordnung 2 und eine Werkzeughalteranordnung 3. Am Drehmaschinenbett 1 ist die Längsrichtung der Spindel mit Z bezeichnet und eine senkrecht dazu verlaufende Richtung mit dem Buchstaben X. Zwei parallele Schienen 11 sind auf dem Drehmaschinenbett 1 vorgesehen und erstrecken sich längs der Spindelachsenrichtung Z. Eine Gewindespindel 12 umfaßt einen positiven Gewindeabschnitt 121 und einen Gegengewindeabschnitt 122 und ist drehbar auf dem Drehmaschinenbett 1 aufgenommen und erstreckt sich in Längsrichtung der Spindelachsenrichtung Z, wobei sie über einen Servomotor M im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns angetrieben werden kann.

Die Werktischanordnung 2 enthält ferner einen Werktisch 21, zwei Schlittenelemente 22 und eine Mutter 23. Der Werktisch 21 ist mit einem Spannfutter N versehen, welches über einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird und ein zu bearbeitendes Werkstück an einem Ende ergreift und fixiert. Die beiden Schlittenelemente sind an der Unterseite des Werktischs 21 befestigt und getrennt auf den Parallelschienen 11 verfahrbar zur freien Führung der Werktischanordnung 2 auf dem Drehmaschinenbett 1 entlang der Längsrichtung der Spindelachsenrichtung Z. Die Mutter 23 ist an der Unterseite des Werktisches 21 befestigt und umgibt den positiven Gewindeabschnitt 121 der Gewindespindel 12, so daß bei Antrieb der Gewindespindel 12 über den Servomotor M die Werktischanordnung 2 auf dem Drehmaschinenbett 1 hin und her bewegbar ist in Richtung der Längsachse der Spindelachsenrichtung Z unter Einsatz einer Mutter 23 in Verbindung mit dem positiven Gewindeabschnitt 121 der Gewindespindel 12.

Die Werkzeughalteranordnung 3 enthält einen Z-Achsenschlitten 31, der an seiner Unterseite zwei Gleitelemente 311 umfaßt, die die Parallelschienen 11 kontaktieren sowie eine Mutter 312, welche den Gegengewindeabschnitt 122 der Gewindespindel 12 umschließt. Wird die Gewindespindel 12 angetrieben, verfahrt der Z-Achsenschlitten 31 auf den Schienen des Drehmaschinenbettes 1 in translatorische Richtung entgegengesetzt zur Verschiebungsrichtung der Werktischanordnung 2 entlang der Längs-Spindelachse Z. Der Z-Achsenschlitten 31 ist ferner in Richtung der X-Achse mit zwei parallelen Schienen 313 ausgestattet sowie einer daran drehbar aufgenommenen Gewindespindel 314. Der X-Achsenschlitten 32 umfaßt an seiner Unterseite zwei Gleitelemente 321, die auf den parallelen Schienen 313 gleiten sowie eine nicht dargestellte Mutter, welche die Gewindespindel 314 umschließt. Somit ist der X-Achsenschlitten 32 translatorisch entlang der X-Achse bewegbar, wenn die Gewindespindel 314 mittels eines nicht dargestellten

Servomotors angetrieben ist. Der Werkzeughalter 33 ist auf dem X-Achsenschlitten 32 verstellbar aufgenommen.

Mit Bezug auf die Darstellungen gemäß der Figuren 4, 5 und 6 ist die Gewindespindel 12 am Drehmaschinenbett 1 verdrehbar aufgenommen entlang der Spindelachse Z und umfaßt einen ersten Gewindeabschnitt 121 und einen Gegengewindeabschnitt 122, welche jeweils mit einer Mutter 23 bzw. 312 der Werktischanordnung 2 bzw. der Werkzeughalteranordnung 3 zusammenarbeiten. Wird die Gewindespindel 12 beispielsweise in Richtung des Uhrzeigersinns angetrieben, was mittels des Servomotors M bewerkstelligt wird, werden die Muttern 23 bzw. 312 simultan in einander entgegengesetzte Richtung entlang der Spindelrichtung Z aufeinander zubewegt (vergleiche Figur 5), so daß die Werktischanordnung 2 und die Werkzeughalteranordnung 3 ebenfalls gleichzeitig in zueinander entgegengesetzte Richtungen entlang der Z-Achse bewegt werden und sich aufeinander zubewegen.

Gemäß der Darstellung in Figur 6, in der die Gewindespindel 12 in die andere Richtung, d.h. im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, was mittels des Servomotors M geschieht, bewegen sich die Muttern 23 bzw. 312 simultan in zueinander entgegengesetzten Richtungen entlang der Z-Achse, so daß sie sich voneinander wegbewegen. Folglich bewegen sich die Werktischanordnung 2 und der Werkzeughalter 3 ebenso simultan zueinander entgegengesetzte Richtungen entlang der Z-Achse. Dabei ist unbeachtlich, inwieweit der Servomotor die Verdrehung der Gewindespindel beschleunigt. Die Relatiwerschiebungsgeschwindigkeit zwischen der Werkzeughalteranordnung und der Werktischanordnung entlang der Spindelachse, herbeigeführt durch Einsatz einer Gewindespindel 12 mit einem positiven Gewindeabschnitt 121 und einem Gegengewindeabschnitt 122 in Zusammenarbeit mit zwei Muttern 23 bzw. 312 zur simultanen Werkzeugverschiebung, beträgt von Werktischanordnung 2 und Werkzeughalteranordnung 3 in entgegengesetzte Richtungen zueinander, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das Doppelte der konventionellen Verschiebungsgeschwindigkeit unter Einsatz einer konventionellen Spindel mit einem einfachen Gewindeabschnitt, welche mit einer Mutter zusammenarbeitet und entweder einfach den Werkzeughalter oder den Werktisch verschiebt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Relatiwerschiebungsgeschwindigkeit zwischen einer Werktischanordnung und einer Werkzeughalteranordnung entlang einer primären Bewegungsrichtung, d.h. im vorliegenden Falle der Spindelachse signifikant erhöht werden. Da außerdem bei Drehmaschinen im Normalfall eine häufige Zustellbewegung des Werkzeugs gegenüber

dem zu bearbeitenden Werkstück über lange Strecken entlang der Spindelachse vorgenommen wird, reduziert die Ausgestaltung der Werkzeughalteranordnung und der Werktischanordnung, die gleichzeitig zueinander in entgegengesetzte Richtungen entlang der Spindelachse bewegt werden, signifikant die Nicht-Zerspanungszeiten einer CNC-Drehmaschine, so daß die Gesamtbearbeitungszeit erheblich verkürzt und die Produktivität entsprechend erhöht wird.

Figur 7 gibt eine CNC-Vertikaldrehmaschine gemäß eines zweiten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wieder. Deren Konstruktion entspricht im wesentlichen der Konstruktion einer CNC-Horizontaldrehmaschine gemäß der Darstellung in Figur 4 außer dem Merkmal, daß das Spannfutter zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks sich im wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt. Die CNC-Vertikaldrehmaschine gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels enthält ein Drehmaschinenbett &Ggr;, eine Werktischanordnung 2' und eine Werkzeughalteranordnung 3'.

Das Drehmaschinenbett I¹ wiederum umfaßt ein Maschinenfundament 13 sowie einen aufrecht angeordneten Ständer 14, der sich vertikal vom Maschinenfundament 13 aus erstreckt. Der aufrechte Ständer 14 umfaßt zwei parallel angeordnete Schienen 1V, die sich entlang der vertikalen Spindel Z-Achse erstrecken sowie eine Gewindespindel 12', welche im aufrecht angeordneten Ständer 14 verdrehbar aufgenommen ist. Die Gewindespindel 12' umfaßt einen positiven Gewindeabschnitt 12 &Ggr; und einen Gegengewindeabschnitt 122' und wird mittels eines Servomotors M angetrieben.

Die Werktischanordnung 2' umfaßt einen Werktisch 2&Ggr;, zwei Gleitelemente 22' und eine Mutter 23'. Der Werktisch 2&Ggr; ist mit einem Einspannfutter S versehen, welches über einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird und zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken dient. Zwei Gleitelemente 22' sind auf einer Seite des Werktisches 2 &Ggr; aufgenommen und wirken im wesentlichen mit den beiden parallel angeordneten Schienen 1&Ggr; zusammen, so daß die Werktischanordnung 2' sich auf- und abwärtsbewegen kann am aufrecht angeordneten Ständer 14 entlang der sich in vertikaler Richtung erstreckenden Z-Achse. Die Mutter 23' ist auf einer Seite des Werktisches 21' angeordnet und umschließt den positiven Gewindeabschnitt 12 &Ggr; der Gewindespindel 12', so daß durch das Zusammenwirken der Mutter 23' mit der Gewindespindel 12' die Werktischanordnung 2' entlang der vertikal orientierten Spindel in Z-Richtung auf und ab bewegbar ist, wenn die Gewindespindel 12' mittels des Servomotors M angetrieben wird.

Die Werkzeughalteranordnung 3' umfaßt einen Z-Achsenschlitten 3&Ggr;, einen X-Achsenschlitten 32' sowie einen Werkzeughalter 33'. Der Z-Achsenschlitten 3 &Ggr; ist auf einer Seite mit zwei Gleitelementen 31&Ggr; versehen, die entlang des aufrecht angeordneten Ständers 14 gleiten; ferner umschließt die Mutter 312' den Gegengewindeabschnitt 122' der Gewindespindel 12', so daß der Z-Achsenschlitten 31 entlang des aufrecht angeordneten Ständers 14 in Richtung der Spindel Z-Achse auf und ab bewegt werden kann. Der Z-Achsenschlitten 3 &Ggr; ist an der anderen Seite mit zwei parallel angeordneten Schienen 313' versehen, die sich in Richtung der X-Achse erstrecken; ferner mit einer Gewindespindel 314'. Der X-Achsenschlitten 32' ist an einer Seite mit Gleitelementen 32&Ggr; versehen, die auf den parallel angeordneten Schienen 313' des Z-Achsenschlittens 3 &Ggr; entlanggleiten. Die Gewindespindel 314' ist von einer Mutter 322' umschlossen, so daß der X-Achsenschlitten 32' entlang der X-Achse auf den Z-Achsenschlitten 3 &Ggr; hin und her bewegbar ist. Die Werkzeughalteranordnung 33' ist verstellbar am X-Achsenschlitten 32' an dem der Werktischanordnung 2' zugeordneten Seite aufgenommen.

Da die Gewindespindel 12' drehbar entlang der vertikalen Spindel Z-Achse aufgenommen ist und einen positiven Gewindeabschnitt 121' sowie einen Gegengewindeabschnitt 122' umfaßt, die jeweils mit einer Mutter 23' der Werktischanordnung 2' und der Mutter 312' der Werkzeughalteranordnung 3' zusammenarbeiten, entspricht das Gewicht der Werktischanordnung 2' im wesentlichen dem Gesamtgewicht der Werkzeughalteranordnung y. Ein Moment, welches durch das Eigengewicht der Werkzeughalteranordnung 3' erzeugt wird und die Gewindespindel 12' in eine Richtung bewegen würde, wird ausgeglichen oder neutralisiert durch ein Gegenmoment, welches durch das Eigengewicht der Werktischanordnung 2' erzeugt wird und auf die Gewindespindel 12' in entgegengesetzter Richtung einwirkt. Demzufolge sind die Belastungen des Servomotors M zum Antrieb der Gewindespindel 12' im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns im wesentlichen einander gleich, so daß das Vorsehen eines zusätzlichen Ausgleichsgewichts zum Ausgleich der Belastungsdifferenzen am Servomotor zum Antrieb der vertikal angeordneten Gewindespindel im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns überflüssig ist.

Wird während des Betriebs einer CNC-Vertikaldrehmaschine unerwartet die Strom- bzw. Spannungsversorgung abgeschaltet, wenn sich an der Werktischanordnung 2' ein zu bearbeitendes Werkstück befindet, fährt die Werktischanordnung 2' langsam nach unten, da das Gesamtgewicht der Werktischanordnung 2' und des Werkstückes etwas höher ist als das Gesamtgewicht der Werkzeughalteranordnung 3'. Dadurch wird ein Moment erzeugt,

welches die Gewinnspindel 12' in Richtung einer Aufwärtsbewegung verdreht, so daß die Werkzeughalteranordnung 3' langsam verschoben wird. Folglich wird das Werkzeug, welches an der Werkzeughalteranordnung 3' aufgenommen ist, nicht mit dem an der Werktischanordnung 2¹ befindlichen, zu bearbeitenden Werkstück kollidieren, wenn die CNC-Vertikaldrehmaschine abgeschaltet oder unerwartet ausgeschaltet wird.

Aus der Darstellung gemäß Figur 8 geht eine CNC-Reversierspindel-Vertikaldrehmaschine in Übereinstimmung mit einem dritten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung hervor. Deren Konstruktion entspricht im wesentlichen der der CNC-Vertikaldrehmaschine gemäß des zweiten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wie in Figur 7 dargestellt, außer daß die Werktischanordnung 2" umgekehrt über der Werkzeughalteranordnung 3" angeordnet ist. Die Werktischanordnung 2" und die Werkzeughalteranordnung 3" sind simultan in entgegengesetzte Richtungen zueinander entlang der vertikalen Spindel Z-Achse bewegbar, wobei auf einer Gewindespindel 12" ein positiver Gewindeabschnitt 121" und ein Gegengewindeabschnitt 122" ausgebildet sind. In solcherart beschaffenen CNC-Reversierspindel-Vertikaldrehmaschinen kann die Werkzeughalteranordnung 3" so ausgelegt sein, daß deren Gesamtgewicht im wesentlichen gleich oder etwas höher ist als das Gesamtgewicht der Werktischanordnung 2" und eines auf dieser aufgenommenen Werkstücks, so daß die Werktischanordnung 2" nicht mit dem Werkzeug oder der Werkzeughalteranordnung 3" kollidiert.

Claims

1. CNC-Drehmaschine mit verkürzten Zustellzeiten zwischen Werkzeug und Werktisch in Spindelrichtung mit den nachfolgend aufgeführten Merkmalen:
ein Maschinenbett (1) mit einer sich längs erstreckenden Spindelachsenrichtung (Z) sowie eine sich in Breitenrichtung (X) senkrecht zur Längsspindelachse erstreckenden Spindelachsenrichtung,
einer Gewindespindel (12) mit zwei Abschnitten einander gegenläufiger Gewinde, nämlich einem positiven Gewindeabschnitt (121) und einem Gegengewindeabschnitt (122), wobei die Gewindespindel (12) drehbar am Maschinenbett (1) aufgenommen ist und sich in Längsrichtung (Z) der Spindelachse erstreckt,
eine Werktischanordnung (2), die hin und her bewegbar am Maschinenbett (1) in Längsrichtung (Z) der Spindelachsenrichtung aufgenommen ist mit einer ersten Mutter (23), welche den positiven Gewindeabschnitt (121) der Gewindespindel (12) umschließt zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung der Werktischanordnung (2) in einer Verschiebungsrichtung entlang der in Längsrichtung (Z) orientierten Spindelachse, wenn die Gewindespindel (12) in eine erste Richtung verdreht wird,
eine Werkzeughalteranordnung (3), die am Maschinenbett (1) hin- und her bewegbar aufgenommen ist in Richtung der Spindelachsenrichtung in Längsrichtung (Z) mit einer zweiten Mutter (312), welcher den Gegengewindeabschnitt (122) der Gewindespindel (12) zur Hin- und Herbewegung der Werkzeughalteranordnung (3) umschließt zur Erzeugung in eine entgegengesetzte Verschieberichtung der Werktischanordnung (2) entlang der in Längsrichtung (Z) orientierten Spindelachse, wenn die Gewindespindel verdreht wird.

2. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (12) mittels eines Servomotors (M) im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns angetrieben ist.

3. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrichtung (Z) der Spindelachse die vertikale Richtung ist und das Maschinenbett (1) ein Maschinenfundament (13) umfaßt und ein aufrechter Maschinenständer (14) vorgesehen ist, der sich vertikal zum Maschinenfundament (13) erstreckt und die Gewindespindel (12) drehbar am aufrecht angeordneten Ständer (14) entlang der Vertikalrichtung (Z) der Spindelachse verläuft, so daß die Werkzeughalteranordnung (3') und die Werktischanordnung (2') simultan auf und abwärts in zueinander entgegengesetzten Richtungen entlang der vertikal sich erstreckenden Spindelachse (Z) bewegbar sind.

4. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalteranordnung (3') oberhalb der Werktischanordnung (2') aufgenommen ist.

5. Werktischanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Werktischanordnung (2') im wesentlichen gleich oder etwas geringer als das Gewicht der Werkzeughalteranordnung (3') ist.

6. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalteranordnung (3") unterhalb der Werktischanordnung (2") aufgenommen ist.

7. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Werkzeughalteranordnung (3") im wesentlichen gleich oder etwas höher ist als das Gewicht der Werktischanordnung (2").

8. CNC-Drehmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenbett (1, 1', 1") zwei parallel zueinander angeordnete Schienen (11, 11', 11") aufweist, die sich entlang der Längsrichtung (Z) der Spindel erstrecken und die Werkzeughalteranordnung (3, 3', 3") und die Werktischanordnung (2, 2', 2") jeweils mit Gleitführungen (22, 23, 22', 23') an den parallelen Schienen (11, 11', 11") aufgenommen sind zur Führung der Werkzeughalteranordnung (3, 3', 3") und des Werktisches (2, 2', 2") in translatorischer Richtung entlang der sich in Längsrichtung (Z) erstreckenden Spindelachse.