DE20115005U1 - Milling and drilling machining center - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Fräs- und Bohrbearbeitungszentrum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a milling and drilling machining center according to the preamble of claim 1.
Herkömmliche Fräs- und Bohrbearbeitungszentren sind in der Regel in einer Konsol-, Bettoder Bohrwerksbauweise aufgebaut. Das die rotatorische Hauptschnittbewegung durchführende Werkzeug ist in einer drehangetriebenen Arbeitsspindel aufgenommen, die in einem zum Werkstück relativ verfahrbaren Spindelgehäuse gelagert ist. Die zu bearbeitenden Werkstücke sind üblicherweise auf Kreuztischen, Wechseltischen, Drehtischen oder auf Paletten gespannt. In der Regel weisen derartige Bearbeitungszentren auch automatische Werkzeugwechseleinrichtungen auf, durch die ein schneller und automatisierter Wechsel der für die unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen benötigten Werkzeuge ermöglicht wird. Dadurch kann eine automatische Komplettbearbeitung eines Werkstücks ohne manuelle Eingriffe in einer Aufspannung durchgeführt werden. Eine weitere Erhöhung des Automatisierungsgrads und eine Verkürzung der unproduktiven Nebenzeiten kann durch zusätzliche automatische Werkstückwechseleinrichtungen erreicht werden. Hierzu kommen überwiegend Palettenwechselsysteme zur Anwendung, die einen in der Vertikalachse verfahrbaren und um die Vertikalachse drehbaren Palettenträger zum Austausch einer im Arbeitsraum angeordneten Palette gegen eine in einer Rüststellung befindliche Palette aufweisen. Während sich eine der Paletten im Arbeitsraum befindet, kann auf der in der Rüststellung befindlichen anderen Palette ein fertig bearbeitetes Werkstück entnommen und ein neues Werkstück aufgespannt werden. Derartige Palettenwechsler sind jedoch technisch aufwendig, da hierfür besondere Zusatzeinrichtungen mit entsprechenden Führungen, gesonderten Antriebssystemen und zugehörigen Steuereinrichtungen erforderlich sind. Dies ist mit einem entsprechend hohen Investitionsaufwand verbunden. Außerdem benötigt ein mit Palettenwechselsystem ausgestattetes Bearbeitungszentrum einen erhöhten Platzbedarf.Conventional milling and drilling machining centers are usually constructed in a console, bed or boring mill design. The tool that carries out the main rotary cutting movement is housed in a rotary-driven work spindle that is mounted in a spindle housing that can be moved relative to the workpiece. The workpieces to be machined are usually clamped on cross tables, shuttle tables, rotary tables or on pallets. As a rule, such machining centers also have automatic tool changing devices that enable the tools required for the various machining operations to be changed quickly and automatically. This means that a workpiece can be completely machined automatically in one clamping without manual intervention. A further increase in the level of automation and a reduction in unproductive downtime can be achieved by additional automatic workpiece changing devices. Pallet changing systems are mainly used for this purpose, which have a pallet carrier that can be moved in the vertical axis and rotated about the vertical axis to exchange a pallet arranged in the work area for a pallet in a set-up position. While one of the pallets is in the work area, a finished workpiece can be removed from the other pallet in the setup position and a new workpiece can be clamped onto it. However, pallet changers of this type are technically complex, as they require special additional equipment with corresponding guides, separate drive systems and associated control devices. This is associated with a correspondingly high investment cost. In addition, a machining center equipped with a pallet changing system requires more space.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompakt aufgebautes und kostengünstiges Fräs- und Bohrbearbeitungszentrum zu schaffen, das einen hohen Automatisierungsgrad mit automatischem Werkstückwechsel ermöglicht.The object of the invention is to create a compact and cost-effective milling and drilling machining center that enables a high degree of automation with automatic workpiece changing.
Diese Aufgabe wird durch ein Fräs- und Bohrbearbeitungszentrum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a milling and drilling machining center having the features of claim 1.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fräs- und Bohrbearbeitungszentrums besteht darin, daß der über den Kreuzschlitten an dem oberen ortsfesten Ständerteil angeordnete Werkstückträger nicht nur die für die Bearbeitung eines Werkstücks erforderlichen Linearbewegungen in der X- und Y-Achse durchführt, sondern auch die Verfahrbewegungen zur Durchführung eines automatischen Werkstückwechsels übernimmt. Durch einfache Verfahrbewegungen des Kreuzschlittens kann so ein automatischer Werkstückwechsel auf einfache Weise durchgeführt werden. Es sind keine gesonderten Handhabungssysteme oder aufwendige Palettenwechseleinrichtungen erforderlich. Durch die hängende Anordnung des Werkstücks am Werkstückträger kann ein besonders schneller Werkstückwechsel im Pick-up-Verfahren erfolgen. Es sind nur vergleichsweise kurze Verfahrbewegungen erforderlich, um ein fertig bearbeitetes Werkstück auf einer z.B. als Transportband ausgeführten Werkstückbereitstellungseinrichtung abzulegen und von dort ein neues Werkstück in den Arbeitsbereich zu transportieren. Dadurch können die Span-zu-Span-Zeiten reduziert werden.A significant advantage of the milling and drilling machining center according to the invention is that the workpiece carrier arranged above the cross slide on the upper stationary column part not only carries out the linear movements in the X and Y axes required for machining a workpiece, but also takes over the travel movements for carrying out an automatic workpiece change. An automatic workpiece change can be carried out in a simple manner by simply moving the cross slide. No special handling systems or complex pallet changing devices are required. The hanging arrangement of the workpiece on the workpiece carrier enables a particularly fast workpiece change using the pick-up method. Only comparatively short travel movements are required to place a finished workpiece on a workpiece supply device designed, for example, as a conveyor belt, and to transport a new workpiece from there into the work area. This can reduce chip-to-chip times.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Maschinenkonzepts liegt in der guten Späneabfuhr. Durch die hängende Halterung der Werkstücke können die Bearbeitungsspäne frei nach unten z.B. durch eine im Untergestell vorgesehene Öffnung fallen. Dadurch kann der Arbeitsbereich frei von störenden Bearbeitungsspänen gehalten werden.Another advantage of the machine concept according to the invention is the good chip removal. Because the workpieces are suspended, the machining chips can fall freely downwards, for example through an opening provided in the base frame. This means that the work area can be kept free of disruptive machining chips.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Appropriate embodiments and advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.
So enthält der Werkstückträger in einer besonders zweckmäßigen Ausführung einen Werkstückaufnahmekopf, in dem die Werkstückspannvorrichtung um ihre Mittelachse (B-Achse) motorisch drehbar angeordnet ist. Der Werkstückaufnahmekopf ist seinerseits in einer Winkelhalterung um eine zur zweiten Horizontalachse (X-Achse) parallele Drehachse (&Agr;-Achse) drehbar angeordnet. Durch die beiden zusätzlichen Drehachsen in Verbindung mit den über den Kreuzschlitten durchgeführten Linearbewegungen in der X- und Y-Achse sowie einer Linearbewegung der Arbeitsspindel in der Z-Achse kann so eine 5-Seiten-Bearbeitung durchgeführt werden.In a particularly practical design, the workpiece carrier contains a workpiece holder head in which the workpiece clamping device is arranged so that it can rotate about its central axis (B-axis) using a motor. The workpiece holder head is in turn arranged in an angle bracket so that it can rotate about an axis of rotation (α-axis) parallel to the second horizontal axis (X-axis). The two additional axes of rotation in conjunction with the linear movements carried out via the cross slide in the X and Y axes and a linear movement of the work spindle in the Z axis enable 5-sided machining to be carried out.
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrung ist das Spindelgehäuse an der Unterseite des auf Stützen angeordneten oberen Ständerteils hängend angeordnet. Das Ständerteil ist in einer Monoblock-Bauweise ausgeführt. Dadurch wird ein günstiger Kraftfluß erreicht.In a further advantageous design, the spindle housing is arranged hanging on the underside of the upper column section, which is arranged on supports. The column section is designed in a monoblock construction. This achieves a favorable flow of force.
Die Werkstückbereitstellungseinrichtung ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein in Art eines Endlosbands horizontal umlaufendes Transportband, das zwei separate Transportbahnen enthält. Ein derartiges Transportband kann mit einer Vielzahl von Werkstücken bestückt werden, die dann in eine in der Nähe der Arbeitsspindel befindliche Übergabeposition zur Entnahme durch den Werkstückträger verfahren werden können. Der Transport der noch zu bearbeitenden Werkstücke in die vorgegebene Übergabeposition oder der Abtransport der bereits fertig bearbeiteten Werkstücke in eine vorbestimmte Entnahmestellung kann so während der Bearbeitung erfolgen.In a practical embodiment, the workpiece supply device is a horizontally rotating conveyor belt in the form of an endless belt that contains two separate conveyor tracks. Such a conveyor belt can be equipped with a large number of workpieces, which can then be moved to a transfer position near the work spindle for removal by the workpiece carrier. The transport of the workpieces still to be processed to the predetermined transfer position or the removal of the workpieces that have already been processed to a predetermined removal position can thus take place during processing.
Unterhalb des Spindelgehäuses ist ein z.B. als Teller- oder Scheibenmagazin ausgeführtes Werkzeugmagazin angeordnet. Mit einem am Spindelgehäuse montierten Werkzeugwechsler in einer Doppelgreiferausführung kann so auch ein schneller automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt werden.A tool magazine, designed as a plate or disk magazine, is arranged beneath the spindle housing. A tool changer in a double gripper design mounted on the spindle housing also enables a quick, automatic tool change.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die den Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Bohr- und Fräsbearbeitungszentrums in einer schematischen Perspektive zeigt.Further special features and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing, which shows the basic structure of a drilling and milling machining center according to the invention in a schematic perspective.
Das in der Zeichnung dargestellte Fräs- und Bohrbearbeitungszentrurn enthält einen Maschinenständer mit einem Untergestell 1 und einem in Monoblock-Bauweise ausgeführten oberen ortsfesten Ständerteil 2, der auf zwei voneinander beabstandeten seitlichen Stützen 3 und 4 sowie einer durchgängigen dritten Stütze 5 angeordnet ist. Zur besseren Erkennbarkeit des Maschinenaufbaus ist die in der Zeichnung linke seitliche Stütze 4 bei der gezeigten Darstellung abgeschnitten. Sie ist jedoch wie die auf der rechten Seite dargestellte Stütze 3 aufgebaut. An der Unterseite des Ständerteils 2 ist zwischen den Stützen 3, 4 und 5 ein Spindelgehäuse 6 mit einer darin drehgelagerten, motorisch angetriebenen horizontalen Arbeitsspindel 7 hängend angeordnet. Das Spindelgehäuse 6 mit der darin angeordneten Arbeitsspindel 7 ist über parallele Führungsschienen 8 an der Unterseite des Ständerteils 2The milling and drilling machining center shown in the drawing contains a machine stand with a base frame 1 and an upper, stationary stand part 2 in a monoblock design, which is arranged on two spaced-apart lateral supports 3 and 4 and a continuous third support 5. To make the machine structure easier to recognize, the left lateral support 4 in the drawing is cut off in the illustration shown. However, it is constructed like the support 3 shown on the right. On the underside of the stand part 2, between the supports 3, 4 and 5, a spindle housing 6 with a motor-driven horizontal work spindle 7 mounted in it is suspended. The spindle housing 6 with the work spindle 7 arranged therein is attached to the underside of the stand part 2 via parallel guide rails 8.
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verschiebbar geführt und durch einen nicht dargestellten Antrieb in einer ersten Horizontalachse 9 (Z-Achse) verfahrbar.guided and movable in a first horizontal axis 9 (Z-axis) by a drive not shown.
Das zu bearbeitende Werkstück 10 wird von einem Werkstückträger 11 gehalten, der über einen Kreuzschlitten 12 in einer zur ersten Horizontalachse 9 (Z-Achse) senkrechten zweiten Horizontalachse 13 (X-Achse) und einer dazu senkrechten Vertikalachse 14 (Y-Achse) verfahrbar am ortsfesten Ständerteil 2 angeordnet ist. Der Kreuzschlitten 12 besteht aus einem über horizontale Führungsschienen 15 an einer Stirnfläche 16 des Ständerteils 2 in der X-Achse motorisch verfahrbaren Querschlitten 17, der einen in der Y-Achse motorisch verfahrbaren Vertikalschlitten 18 trägt. Durch entsprechende Verfahrbewegungen des Querschlittens 17 und des Vertikalschlittens 18 werden so die für die Bearbeitung erforderlichen Linearbewegungen in der X- und Y-Achse durchgeführt, während die Linearbewegung in der Z-Achse durch gesteuerte Positionierung des Spindelgehäuses 6 erfolgt.The workpiece 10 to be machined is held by a workpiece carrier 11, which is arranged on the stationary column part 2 via a cross slide 12 so that it can be moved in a second horizontal axis 13 (X axis) perpendicular to the first horizontal axis 9 (Z axis) and a vertical axis 14 (Y axis) perpendicular to this. The cross slide 12 consists of a cross slide 17 which can be moved in the X axis by motor via horizontal guide rails 15 on an end face 16 of the column part 2, and which carries a vertical slide 18 which can be moved in the Y axis by motor. The linear movements in the X and Y axes required for machining are carried out by appropriate travel movements of the cross slide 17 and the vertical slide 18, while the linear movement in the Z axis takes place through controlled positioning of the spindle housing 6.
Der an der Unterseite des Vertikalschlittens 18 angeordnete Werkstückträger 11 enthält eine automatisch betätigbare Werkstückspannvorrichtung 19, die z.B. in Form eines mit Spannbacken versehenen Spannfutters oder dgl. ausgeführt ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist die als Spannfutter ausgebildete Werkstückspannvorrichtung 19 über einen geeigneten Antrieb um ihre Mittelachse 20 (B-Achse) drehbar in einem Werkzeugaufhahmekopf 21 angeordnet. Der Werkstückaufnahmekopf 21 ist an einer an der Unterseite des Vertikalschlittens befestigten Winkelhalterung 22 um eine zur X-Achse parallele Drehachse 23 (&Agr;-Achse) über einen Antrieb motorisch verdrehbar angeordnet. Die Drehung der Werkstückspannvorrichtung 19 und des Werkstückaufhahmekopfs 21 kann z.B. über Harmonic-Drive-Antriebe erfolgen, die in die Winkelhalterung 22 bzw. den Werkstückufhahrnekopf integriert sind. Durch die beiden zusätzlichen Drehachsen 20 und 23 wird eine 5-Seiten-Bearbeitung in einer Aufspannung ermöglicht.The workpiece carrier 11 arranged on the underside of the vertical slide 18 contains an automatically actuated workpiece clamping device 19, which is designed, for example, in the form of a chuck provided with clamping jaws or the like. In the embodiment shown in the drawing, the workpiece clamping device 19 designed as a chuck is arranged in a tool holder head 21 so that it can rotate about its central axis 20 (B axis) via a suitable drive. The workpiece holder head 21 is arranged on an angle bracket 22 fastened to the underside of the vertical slide so that it can be rotated by a motor about an axis of rotation 23 (α axis) parallel to the X axis via a drive. The rotation of the workpiece clamping device 19 and the workpiece holder head 21 can be carried out, for example, via harmonic drive drives which are integrated in the angle bracket 22 or the workpiece holder head. The two additional rotary axes 20 and 23 enable 5-sided machining in one setup.
Der in Monoblock-Bauweise ausgeführte obere Ständerteil 2 ist derart ausgebildet, daß sich die den Querschlitten tragende Stirnfläche 16 über ein auf dem Untergestell 1 zur Arbeitsspindel seitlich versetzt angeordnete Werkstückbereitstellungseinrichtung 24 erstreckt und diese zumindest teilweise überspannt. Dadurch kann der Werkstückträger 11 durch einfache Verfahrbewegungen des Querschlittens 17 und des Vertikalschlittens 18 über die Werkstückbereitstellungseinrichtung 24 verfahren werden, um dort ein fertig bearbeitetesThe upper column part 2, which is designed as a monoblock, is designed in such a way that the front surface 16 carrying the cross slide extends over a workpiece supply device 24 arranged on the base frame 1 laterally offset from the work spindle and at least partially spans it. As a result, the workpiece carrier 11 can be moved over the workpiece supply device 24 by simple movement of the cross slide 17 and the vertical slide 18 in order to place a finished workpiece there.
Werkstück abzulegen und das nächste zu bearbeitende Werkstück abzuholen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist die Werkstückbereitstellungseinrichtung 24 ein als Endlosband ausgeführtes und mit zwei separaten Transportbahnen 25 und 26 ausgestattetes umlaufendes Transportband, das auf dem Untergestell 1 zwischen der durchgehenden Stütze 5 und einem Schaltschrank 27 angeordnet ist. Das Transportband kann mit einer Vielzahl von Werkstücken bestückt werden, die dann nach einem vorgegebenen Programmablauf automatisch in eine vorbestimmte Übergabestellung zur Entnahme durch den Werkzeughalter verfahren werden. Nach erfolgter Bearbeitung werden die über den Werkzeughalter wieder auf das Transportband abgelegten fertigen Werkstücke vom Transportband zu einer Entnahmestelle transportiert. Das Transportband weist einen über das Untergestell 1 seitlich auskragenden Be- bzw. Entladebereich 28 auf, der durch eine entsprechende Öffnung einer nicht dargestellten Schutzkabine nach außen ragt. In diesem Bereich kann das Transportband mit neuen Werkstücken bestückt werden und bereits bearbeitete Werkstücke können dort auch vom Transportband entnommen werden.to place the workpiece and to pick up the next workpiece to be processed. In the version shown in the drawing, the workpiece supply device 24 is a rotating conveyor belt designed as an endless belt and equipped with two separate conveyor tracks 25 and 26, which is arranged on the base frame 1 between the continuous support 5 and a control cabinet 27. The conveyor belt can be equipped with a large number of workpieces, which are then automatically moved to a predetermined transfer position for removal by the tool holder according to a predetermined program sequence. After processing has been completed, the finished workpieces placed back on the conveyor belt via the tool holder are transported by the conveyor belt to a removal point. The conveyor belt has a loading and unloading area 28 which projects laterally over the base frame 1 and projects outwards through a corresponding opening in a protective cabin (not shown). In this area, the conveyor belt can be equipped with new workpieces and workpieces that have already been processed can also be removed from the conveyor belt there.
Unterhalb des Spindelgehäuses 6 ist auf dem Untergestell 1 ein als Tellermagazin ausgeführtes Werkzeugmagazin 29 ortsfest montiert. Der zum Werkzeugwechsel erforderliche Transport der Bearbeitungswerkzeuge zwischen der Arbeitsspindel 7 und dem Werkzeugmagazin 29 erfolgt durch einen am Spindelgehäuse 6 im Bereich des Spindelkopfs angeordneten Werkzeugwechsler 30, der als Doppelgreifer ausgeführt ist und zwei um 90° zueinander versetzte Werkzeuggreifer enthält. Durch Drehung des Werkzeugwechslers 30 um eine unter 45° gegenüber der horizontalen Mittelachse der Arbeitsspindel nach unten geneigte Drehachse und entsprechende Verfahrbewegungen des Spindelgehäuses und eine Verschiebung des Werkzeuggreifers relativ zum Spindelgehäuse kann so ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt werden. Durch den zwischen den einzelnen Stützen 3 und 4 gebildeten Durchgang kann das Werkzeugmagazin 29 mit den für die Bearbeitung benötigten Werkzeugen bestückt werden.A tool magazine 29 designed as a plate magazine is mounted in a fixed position on the base frame 1 below the spindle housing 6. The transport of the machining tools between the work spindle 7 and the tool magazine 29 required for the tool change is carried out by a tool changer 30 arranged on the spindle housing 6 in the area of the spindle head, which is designed as a double gripper and contains two tool grippers offset by 90° from one another. By rotating the tool changer 30 about a rotation axis inclined downwards at 45° with respect to the horizontal center axis of the work spindle and corresponding travel movements of the spindle housing and a displacement of the tool gripper relative to the spindle housing, an automatic tool change can be carried out. The tool magazine 29 can be equipped with the tools required for machining through the passage formed between the individual supports 3 and 4.
An dem Untergestell 1 ist eine Bedienkonsole 31 mit einem eingebauten Bedienpult 32 angeordnet. In dem Untergestell 1 ist außerdem eine unterhalb des Spindelkopfs der Arbeitsspindel 7 liegende Öffnung 33 vorgesehen, durch welche die bei der Bearbeitung anfallenden Späne nach unten fallen können. Dadurch wird der Arbeitsbereich frei von Spänen gehalten. Die nach unten fallenden Späne können durch eine Schublade 34 aufgefangen und/oder durch einen automatischen Späneförderer 35 abtransportiert werden.An operating console 31 with a built-in control panel 32 is arranged on the base frame 1. In the base frame 1 there is also an opening 33 below the spindle head of the work spindle 7 through which the chips generated during machining can fall downwards. This keeps the work area free of chips. The chips falling downwards can be caught in a drawer 34 and/or transported away by an automatic chip conveyor 35.
Claims (10)
einem Maschinenständer (1, 2),
einem am Maschinenständer (1, 2) angeordneten Spindelgehäuse (6) mit einer horizontalen Arbeitsspindel (7) und
einem in mehreren Achsen bewegbaren Werkstückträger (11) für die Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Spindelgehäuse (6) mit der horizontalen Arbeitsspindel (7) in einer ersten Horizontalachse (9) motorisch verfahrbar an einem oberen ortsfesten Ständerteil (2) des Maschinenständers (1, 2) angeordnet ist und
daß der Werkstückträger (11) eine automatisch betätigbare Werkstückspannvorrichtung (19) enthält, die über einen Kreuzschlitten (12) in einer zur ersten Horizontalachse (9) senkrechten zweiten Horizontalachse (13) und einer dazu senkrechten Vertikalachse (14) verfahrbar am oberen Ständerteil (2) hängend angeordnet und zum automatischen Werkstückwechsel zwischen einer seitlich der Arbeitsspindel (7) angeordneten Werkstückbereitstellungseinrichtung (24) und einem Arbeitsbereich vor der Arbeitsspindel (7) bewegbar ist. 1. Milling and drilling machining center with
a machine stand ( 1 , 2 ),
a spindle housing ( 6 ) arranged on the machine stand ( 1 , 2 ) with a horizontal working spindle ( 7 ) and
a workpiece carrier ( 11 ) movable in several axes for holding the workpieces to be machined,
characterized ,
that the spindle housing ( 6 ) with the horizontal working spindle ( 7 ) is arranged on an upper stationary column part ( 2 ) of the machine column ( 1 , 2 ) so as to be motor-movable in a first horizontal axis ( 9 ) and
that the workpiece carrier ( 11 ) contains an automatically operable workpiece clamping device ( 19 ) which is arranged suspended on the upper stand part ( 2 ) via a cross slide ( 12 ) in a second horizontal axis ( 13 ) perpendicular to the first horizontal axis ( 9 ) and a vertical axis ( 14 ) perpendicular thereto and which can be moved between a workpiece supply device ( 24 ) arranged to the side of the work spindle ( 7 ) and a work area in front of the work spindle ( 7 ) for automatic workpiece changing.
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