DE60115645T9

DE60115645T9 - Einrichtung einer werkzeugmaschine und verfahren zum ersetzen einer palette dieser einrichtung

Info

Publication number: DE60115645T9
Application number: DE60115645T
Authority: DE
Inventors: Shinji Aiko-Gun KOIKE
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2007-05-16
Also published as: EP1295674B1; WO2001094070A1; WO2001094071A1; DE60115645D1; US20020116805A1; EP1295674A1; US6785942B2; DE60115645T2; EP1295674A4; JP3970178B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugmaschinensystem zum Bearbeiten großformatiger Werkstücke, wie beispielsweise ein auf einem Werkstück-Befestigungstisch angebrachtes Flugzeugteil, indem eine Spindel mit einem daran angebrachten Werkzeug in Bezug auf das Werkstück in Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und Z-Achse bewegt wird und insbesondere ein neues Werkzeugmaschinensystem, wie beispielsweise ein Maschinenzentrum, das eine Spindelträgerstruktur umfasst, die eine so angeordnete Spindel aufweist, die in den Richtungen entlang der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bewegt werden kann und einen der Spindelträgerstruktur gegenüberliegend angeordneten Werkstück-Befestigungstisch, worin der Werkstück-Befestigungstisch zwei Palettenbefestigungsoberflächen aufweist, und die Palettenbefestigungsoberflächen stützt, so dass sie in einer erwünschten Position rotationsindexiert werden können, und welches ein Bearbeiten mit hoher Effizienz, hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit sogar für großformatige Werkstücke bereitstellt und lediglich einen raumsparenden Bereich zum Einbau erfordert. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Austauschen von Paletten in dem Werkzeugmaschinensystem.
Im Stand der Technik wurde ein Verfahren verwendet, bei dem ein Flugwerk eines Flugzeugs durch Aufteilen in kleine zu bearbeitende Bauteile bzw. -elemente und durch Verbinden der Bauteile mit Bolzen und Nieten aufgebaut wird. In den letzten Jahren geht der Trend jedoch in Richtung eines so weit wie möglichen Integrierens solcher Teile und somit einer Verringerung der Verbindungsanzahl. Als Ergebnis erhöhte sich die Größe der zu bearbeitenden Teile und nahmen eine komplizierte Form an, wodurch der Bedarf für eine neue Werkzeugmaschine zum Bearbeiten derartiger Teile entstand.
Die einzigartigen Ausführungserfordernisse für eine derartige Werkzeugmaschine umfassen die Bereitstellung eines Tisches, auf dem ein zu bearbeitendes großformatiges Werkstück angebracht werden kann, die Bereitstellung eines ausreichenden Hubs in den Zuführachsen, um das große Werkstück zu bearbeiten und die Möglichkeit ein großformatiges Teil mit einer komplizierten Form in jedem Bereich und in jeder Formart durch einen einzelnen Aufbau zu bearbeiten. Weiterhin muss ein derartiges Teil effizient, bei einer hohen Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Ebenfalls in Anbetracht der Tatsache, dass eine erwünschte Größe eines zu bearbeitenden Werkstücks von einem Werkzeugmaschinebenutzer zum anderen unterschiedlich sein wird, kann die Werkzeugmaschine, die eine durch jeden Benutzer erforderte Größe aufweist, rechtzeitig und unverzüglich hergestellt und in der Fabrik aufgestellt werden.
Zum Zweck eines festen Anbringens eines großen Werkstücks muss der Tisch der Werkzeugmaschine groß sein und es ist notwendig zu berücksichtigen, dass die Beweglichkeit des großen Tischs in die Richtungen entlang der drei orthogonalen Zuführachsen, d.h. die X-, Y- und Z-Achsen oder in die Richtungen entlang der drei Rotationszuführachsen, d.h. die A-, B- und C-Achsen, von dem Geschichtspunkt einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit und hohen Bearbeitungsgenauigkeit unvorteilhaft ist. Insbesondere erfordert, im Gegensatz zu normalen Werkzeugmaschinen, eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines großen Werkstücks, dass die Spindel, die mit dem daran gehaltenen Werkzeug rotiert, mit orthogonalen Zuführmitteln und Rotationszuführmitteln bereitgestellt wird und somit in den Richtungen entlang orthogonaler Zuführachsen und in den Richtungen entlang Rotationszuführachsen bewegt werden kann, so dass das Werkstück bearbeitet werden kann, wobei während der Bearbeitung der Tisch fixiert (in einem stationären Zustand) ist.
Es wird angemerkt, dass die X-Achse und die Y-Achse in einer vertikalen Ebene zueinander orthogonal sind und sich horizontal beziehungsweise vertikal erstrecken, während sich die Z-Achse in einer horizontalen Richtung, senkrecht zu der X-Achse und Y-Achse erstreckt. Ebenfalls wird erwähnt, dass die Richtungen entlang der A-, B- und C-Achsen als die Richtungen einer Rotation um die X-, Y- beziehungsweise Z-Achsen festgelegt sind.
Da außerdem ein großes Werkstück verantwortlich gemacht wird die Effizienz eines Werkstückaufbauvorgangs zu verschlechtern, ist es erforderlich Mittel zum automatischen Austausch des Werkstücks bereitzustellen, um dadurch die Effizienz des Aufbauvorgangs und eine Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine zu verbessern.
Im Allgemeinen, falls das Werkstück durch eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Maschinenzentrum, zu einer erwünschten Form bearbeitet wird, dann wird die erwünschte Bearbeitung des Werkstücks durch Anbringen des Werkstücks auf einer Palette und durch Austausch der Paletten zwischen dem Palettenstapler und dem Werkstück- Befestigungstisch der Werkzeugmaschine einschließlich des Tischs, effizient ausgeführt werden.
Für einen derartig effizienten Palettenaustausch sind Bauteile, wie beispielsweise, ein Palettenstapler erforderlich, der als eine Aufbaustation wirkt, um den Aufbauvorgang darin auszuführen, Palettenaustauschmittel, um eine Palette, die ein daran angebrachtes Werkstück aufweist mit einer anderen durch Übertragen und Transportieren zu ersetzen bzw. auszutauschen, ein Palettenmagazin zum Lagern mehrerer Paletten mit einem daran angebrachten Werkstück und Palettenübertragungsmittel zum Übertragen der Paletten zwischen dem Palettenmagazin und dem Palettenstapler. Somit wird eine großformatige Werkzeugmaschine zum Handhaben der Paletten, die ein relativ großes Werkstück daran angebracht aufweisen, in deren gesamten Einbaubereich vergeblich vergrößert, wenn diese Bauteile nicht bereitgestellt werden.
Weiterhin werden derartig große Werkstücke häufig durch ein Vakuumverfahren auf den Paletten angebracht und können, wenn die Paletten in einem vertikalen Zustand transportiert werden, von den Paletten fallen, so dass im schlechtesten Fall die Arbeiten verletzt werden. Außerdem werden die Paletten während des Transports in dem vertikalen Zustand schlecht ausbalanciert, wobei einige der auf den Paletten angebrachten Werkstücke von den Paletten fallen können, wodurch es erheblich erschwert wird die Paletten auf dem Werkstück-Befestigungstisch der Werkzeugmaschine anzubringen. Somit ist es wünschenswert, dass die Paletten mit dem großen daran angebrachten Werkstück in der horizontalen Ebene gehandhabt werden.
Falls weiterhin das große Werkstück bearbeitet wird, ist die für einen Aufbauvorgang eines Anbringens eines Werkstücks auf eine Palette und die für einen Austauschvorgang von Paletten erforderliche Zeit häufig im Wesentlichen der gleich, die zum Aktivieren der Werkzeugmaschine erforderlich ist, um das Werkstück tatsächlich zu bearbeiten. Da die Aufbauzeit und die Palettenaustauschzeit einen beachtlichen Anteil zu dem für ein Bearbeiten eines Werkstücks in Anspruch nehmen, kann die Verkürzung der Aufbauzeit und der Palettenaustauschzeit unmittelbar ein Hochgeschwindigkeitsbearbeiten und eine verbesserte Maschinenbetriebsgeschwindigkeit erreichen.
Ein erster verfügbarer Stand der Technik zum Verwirklichen der vorstehend erwähnten Erfordernisse besteht in einer nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 8-318445, die eine symmetrische multiaxiale Linearmotoren-Werkzeugmaschine offenbart. Die Werkzeugmaschine umfasst ein vertikales Gerüst, das an gegenüberliegenden Rahmen in einer Richtung entlang der X-Achse bewegt werden kann, einen Sattel, der an dem vertikalen Gerüst in einer Richtung entlang der Y-Achse bewegt werden kann, einen Werkzeugschieber, der dazu angepasst ist auf dem Sattel in einer Richtung entlang der Z-Achse bewegt werden zu können, einen Spindelkopf, der an dem Vorderendbereich des Werkzeugschiebers angeordnet ist, um eine Spindel mit einem daran angebrachten Werkzeug drehbar zu tragen und einen Tisch, der an dem Vorderbereich des Rahmens befestigt ist, um ein Werkstück daran anzubringen. Die Werkzeugmaschine wird durch Linearmotoren angetrieben, um in die einzelnen Zuführrichtungen entlang der X-, Y- und Z-Achsen bewegt zu werden. Außerdem wird das vertikale Gerüst an zwei Seiten, den Unter- und Oberseiten, in Bezug auf den Rahmen geführt und durch die Linearmotoren angetrieben. Ein Stator (statisches Element) und eine Bewegungsvorrichtung (bewegendes Element) des Linearmotors sind an dem Rahmen in vertikal symmetrischer Weise angeordnet, so dass die Anziehungskraft des auf die Bewegungsvorrichtung wirkenden Stators, sowohl in den unteren als auch den oberen Linearmotoren, voneinander vertikal verschoben sein können.
Ein zweiter verfügbarer Stand der Technik zum Verwirklichen der vorstehend erwähnten Erfordernisse besteht in einer Werkzeugmaschine, wie sie in der nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 262727 offenbart ist. Die Werkzeugmaschine umfasst ein vertikales Bett in der Form eines rechteckigen Rahmens mit einer Durchgangsöffnung in dessen Mitte, wenn sie von vorne betrachtet wird, einen X-Schieber in der Form einer rechteckigen Rahmensform, die an der vorderen Seite des vertikalen Betts entlang der Richtung der X-Achse beweglich hergestellt ist und eine Durchgangsöffnung in dessen Mitte aufweist, wenn sie von vorne betrachtet wird, einen Y-Schieber, der dazu angepasst ist in einer Richtung entlang der Y-Achse bewegt zu werden, während er in der Durchgangsöffnung der X-Achsenschiebers gestützt und geführt wird, einen Z-Achsenschieber, der dazu angepasst ist entlang der Richtung der Z-Achse bewegt zu werden, während er durch den Y-Achsenschieber gestützt und geführt wird, einen Spindelkopf, der an dem Vorderendbereich des Z-Achsenschiebers angeordnet ist, um eine Spindel mit einem daran angebrachten Werkzeug drehbar zu stützen, und einen an dem Vorderbereich des vertikalen Betts befestigten Tisch, um ein Werkstück daran anzubringen. Die Werkzeugmaschine wird individuell durch ein Paar schienenförmiger Führungen in die Zuführrichtungen entlang der X-, Y- und Z-Achsen geführt und durch ein Paar Linearmotoren angetrieben.
Ein weiterer dritter verfügbarer Stand der Technik bildet ein Werkstückpalettenaustauschverfahren, wie es in der nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 60-29261 veröffentlicht ist. Die darin offenbarte Werkzeugmaschine mit einem Palettenaustauscher umfasst einen Maschinenkörper, um ein Werkstück durch eine relative Bewegung entlang der X-, Y- und Z-Achsen zwischen einem Spindelkopf, zum drehbaren Stützen einer Spindel mit einem daran angebrachten Werkzeug und einem Tisch, zum daran Anbringen des Werkstücks, zu bearbeiten und einen Palettenaustauscher, der zu dem Maschinenkörper benachbart angeordnet ist, um die Paletten an/von dem Tisch zu deren Austausch auszugeben und entgegenzunehmen. Der Palettenaustauscher weist mehrere Oberflächen auf, um daran Paletten anzubringen und ist so gestaltet, so dass er um eine horizontale Rotationsachse rotieren kann und dadurch eine Palettenaustauschposition, eine Standby-Position oder eine Werkstück-Säuberungsposition zu indexieren.
Ein weiterer vierter verfügbarer Stand der Technik stellt einen Palettenaustauscher dar, wie er in der nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 10-128640 offenbart ist. Dieser Palettenaustauscher vom Pendel-Typ transportiert bzw. trägt, nach dem das erwünschte Bearbeiten beendet ist, eine Palette mit einem daran angebrachten bearbeiteten Werkstück von dem Tisch einer Werkzeugmaschine zu einem Palettenstapler und trägt anschließend eine Palette mit einem daran angebrachten neuen Aufbau-Werkstück von dem Palettenstapler zu dem Tisch der Werkzeugmaschine. Beim Anbringen/Ausbauen bzw. Abnehmen des Werkstücks an/von der Palette wird eine an der Palette angebrachte Winkelplatte um 90 Grad zu einem horizontalen Zustand gedreht und das bearbeitete Werkstück wird durch einen Kran oder dergleichen entfernt. Danach wird das neue Aufbau-Werkstück an die Winkelplatte angebracht.
Ein weiterer fünfter verfügbarer Stand der Technik stellt einen oberirdische Beförderungsvorrichtung dar, wie sie in der nicht geprüften Japanischen Gebrauchsmuster Veröffentlichung (Kokai) No. 60-120751 offenbart ist. Diese Beförderungsvorrichtung umfasst eine Bewegungsvorrichtung, die in einer longitudinalen Richtung von über einer Werkzeugmaschine angeordneten tragenden bzw. Beförderungs-Schienen, in einer vertikalen Richtung und in Richtung senkrecht zu den vorherigen Richtungen, bewegt werden kann und eine Haltevorrichtung, die von der Bewegungsvorrichtung hängt, um eine Palette mit einem daran angebrachten Werkstück zu halten. Die durch die Haltevorrichtung gehaltene Palette wird zu einer bestimmten Position in der Werkzeugmaschine befördert.
Ein weiterer sechster Stand der Technik besteht in einer automatischen Bearbeitungsvorrichtung, wie sie in der nicht geprüften Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (Kokai) No. 4-57358 offenbart ist. Diese automatische Bearbeitungsvorrichtung wird mit einem Laufwagen und einem Hebekran bereitgestellt, um ein Werkstück zwischen einem vor einer Werkzeugmaschine angeordneten dreidimensionalen Lager und einem als eine Aufbaustation dienenden Eintragetisch als auch zwischen dem dreidimensionalen Lager und einem Werkstücktauscher zu befördern. Wenn der Laufwagen zusammenbricht bzw. abgebaut wird, dann wird das Werkstück durch den Hebekran zwischen dem dreidimensionalen Lager und dem als Aufbaustation dienenden Eintragetisch und zwischen dem dreidimensionalen Lager und dem Werkstücktauscher der Werkzeugmaschine befördert.
In einer großformatigen Werkzeugmaschine zum Bearbeiten großer Teile, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Flugzeugteilen, ist ein Werkstück-Befestigungstisch für ein zu anzubringendes großes Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs im Allgemeinen stationär. Infolgedessen wird eine Spindel, die ein daran angebrachtes Werkzeug aufweist und gedreht werden kann, mit den orthogonalen Zuführmitteln und den Rotationszuführmitteln bereitgestellt, wodurch die Bewegung in die Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse und die Rotation entlang der A-Achse, der B-Achse und der C-Achse stattfinden kann. Weiterhin weist eine derartige Werkzeugmaschine im Allgemeinen eine Spindel vom Horizontal-Typ auf und weist ebenfalls relativ lange Vorschübe bzw. Hübe entlang der X-Achse und der Y-Achse auf. Daher wird eine hohe großformatige Säule/Stütze geführt, um an einem Bett in der horizontalen Richtung entlang der X-Achse bewegt zu werden, so dass ein Spindelkopf, der die Spindel drehbar trägt, an der Säule in die Richtung entlang der Y-Achse bewegt werden kann.
Wenn eines der Verfahren zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems darin besteht, dass die Bewegungsvorrichtung der Spindelträgerstruktur groß und schwer ist, dann ist es möglich, dass eine Basis gestaltet wird, die eine rahmenförmige Struktur aufweist und an zwei Positionen, oberen und unteren Positionen der Basis, wie in dem ersten und zweiten Stand der Technik mit X-Achsenführungen bereitgestellt werden soll, so dass ein X-Achsenschieber, der ähnlich zu einer rahmenförmigen Struktur gestaltet ist, geführt werden kann, um entlang der oberen und unteren Führungen bewegt zu werden. Mit einer/m derartigen Führung und Antrieb an den zwei oberen und unteren Positionen, ist die Bewegungsvorrichtung nicht freitragend. Daher kann die erforderliche Festig- bzw. Steifigkeit für die Bewegungsvorrichtung verringert werden, um dadurch die notwendige Steifigkeit sogar in einer leichteren Bewegungsvorrichtung sicherzustellen. Wenn die Linearmotoren als Mittel zum Zuführen/Antreiben der Bewegungsvorrichtung verwendet werden, kann ebenfalls eine hohe Zuführgeschwindigkeit erreicht werden.
Es tritt jedoch ein neues Problem auf, das besonders der Werkzeugmaschine zukommt, die einen längeren Hub der X-Achse erfordert als die der gewöhnlichen Werkzeugmaschinen. Wird der X-Achsenhub länger, dann muss eine bewegliche Bedeckung vom Teleskop-Typ oder Wicklungs-Typ zum Bedecken der Führungen und des Zuführmechanismus in der Richtung entlang der X-Achse länger werden, um einen Schutz gegenüber den durch die Bearbeitung des Werkstücks erzeugten Späne bzw. Chips bereitzustellen. Als Ergebnis kann die bewegliche Bedeckung leichter zusammenbrechen.
Der erste und der zweite Stand der Technik zeigen ein derartiges Problem nicht an, da sie nicht auf die Werkzeugmaschine mit einem relativ langen Hub der X-Achse gerichtet sind. Obwohl weiterhin der X-Achsenschieber leichter gemacht ist, wird der Y-Achsenhub ebenfalls in der Länge erhöht, um einen bestimmten Grad von Belastung auf die X-Achsenführungen auszuüben. Dies kann ein weiteres Problem aufwerfen, so dass Sicherheit für die Lebensdauer der X-Achsenführungen gewährleistet werden muss.
Als Ergebnis der Verwendung des großformatigen Werkstücks dauert es eine lange Zeit, um die Aufbauarbeiten bzw. -vorgänge auszuführen, d.h. um das Werkstück an dem Tisch anzubringen, um Späne von dem Werkstück zu entfernen nachdem es bearbeitet wurde und das Werkstück von dem Tisch zu entfernen nachdem es bearbeitet wurde. Während der Aufbauarbeiten wird daher die Werkzeugmaschine unterbrochen, so dass ein Problem, dass die Betriebgeschwindigkeit der Maschine sinkt, aufgeworfen wird. Weiterhin muss die Bewegungsvorrichtung (oder der Spindelkopf und die Säulen), um in die Richtung entlang der X-Achse zu bewegt zu werden, in Größe und Gewicht vergrößert werden. Dies kann aufgrund des durch das Gewicht der in der Richtung entlang der X-Achse bewegten Bewegungsvorrichtung verursachten Reibungswiderstandes Probleme aufwerfen, so dass die Hochgeschwindigkeitszufuhr schwer ist und ein Aufrecherhalten der Positionierungsgenauigkeit bei einem hohen Niveau in der Richtung entlang der X-Achse schwer ist.
Eine der Lösungen zum Lösen des Problems des Absinkens in der Arbeitseffizienz und der Betriebsgeschwindigkeit der Maschine, aufgrund der für den Aufbau erforderlichen langen Zeitdauer, besteht, wie beispielsweise in dem dritten Stand der Technik darin, einen Palettentauscher an die Werkzeugmaschine anzubringen. Wenn ein großes Werkstück gehandhabt werden soll, ist jedoch einer großer Installationsraum erforderlich und folglich muss die Konstruktion vergrößert werden. Dies verursacht ein anderes Problem, das darin besteht, dass die erforderlichen Kosten erheblich hoch sind.
Um die Effizienz und Sicherheit der Aufbauarbeiten durch Ausführen der Aufbauarbeiten mit den im horizontalen Zustand befindlichen Werkstückbefestigungsoberflächen der Palette zu verbessern, kann der vierte Stand der Technik verwendet werden. In dem vierten Stand der Technik sind jedoch der Palettentauscher und der Palettenstapler nur in einer Ebene angeordnet. Falls somit die Palette mit dem daran angebrachten großen Werkstück ausgetauscht wird, dann entsteht im vierten Stand der Technik ein Problem, dass der Bereich zum Installieren der Werkzeugmaschine beträchtlich vergrößert wird.
Weiterhin ist es im vierten Stand der Technik nach dem erwünschten Bearbeiten folgerichtig notwendig, dass die Paletten mit dem darauf angebrachten Werkstück durch den Palettentauscher vom Pendel-Typ von dem Tisch der Werkzeugmaschine zu dem Palettenstapler transportiert werden, um den Tisch der Werkzeugmaschine in eine Position zu bewegen, die einem anderen Palettenstapler zugewandt ist und um durch die Palette die Palette mit dem daran angebrachten neuen Aufbauwerkstück von dem Palettenstapler zu dem Tisch der Werkzeugmaschine zu transportieren. Somit weist der vierte Stand der Technik ein weiteres Problem darin auf, dass es eine lange Zeit benötigt, um die Paletten auszutauschen.
Wenn, gemäß des vierten Standes der Technik, die Palette mit dem daran angebrachten Werkstück nicht von dem Tisch der Werkzeugmaschine transportiert wird, dann kann die Palette mit dem daran angebrachten neuen Werkstück nicht zu dem Tisch der Werkzeugmaschine transportiert werden. Während dieses Vorgangs muss daher der Bearbeitungsvorgang in der Werkzeugmaschine gestoppt werden. Als Ergebnis davon kann ein Problem entstehen, dass die für einen Bearbeitungsvorgang erforderliche Gesamtzeit verlängert wird.
Weiterhin wird im vierten Stand der Technik nach einem erwünschten Bearbeitungsvorgang die Palette mit dem daran angebrachten Werkstück in der Ebene transportiert. Somit ist der Vorgang eines Überprüfens des bearbeiteten Werkstücks durch den Operator mit einer ernsthaften Gefahr verbunden wobei der Zugang zu dem Werkstück verschlechtert wird. Dies führt zu Problemen einer verringerten Betriebseffizienz bei Überprüfungs- und Reinigungsvorgängen für das bearbeitete Werkstück und zu einem unmöglichen direkten Aufbauvorgang.
Ausgehend von diesen Problemen wird ein Anteil des erforderlichen Raums für die Werkzeugmaschine eingespart, um die Palette nicht in der Ebene, sondern in einem dreidimensionalen Raum zu transportieren.
Bei Verwendung des fünften Standes der Technik kann daher, wie bei dem vierten Stand der Technik, die Palette nicht in der Ebene transportiert wird, sondern in dem Raum über der Werkzeugmaschine transportiert werden. In diesem Fall ist jedoch die Positionierung der Palette, die in der von der Bewegungsvorrichtung hängenden Haltevorrichtung gehalten wird, problematisch. Dies kommt davon, dass ein Gegenstand, der von einer Bewegungsvorrichtung hängt während der Bewegung schwingen kann, wodurch es erheblich erschwert wird den Gegenstand an einer bestimmten Position zu positionieren.
Weiterhin wird in dem fünften Stand der Technik die aufgehängte Palette durch die an der Werkzeugmaschine angeordneten Positionierungsmittel in Bezug auf die Werkzeugmaschine positioniert. Daher ist es notwendig die Positionierungsmittel an der Werkzeugmaschine bereitzustellen, wobei dies zu den erhöhten Kosten der Werkzeugmaschine führt. Auch wenn die Palette an der Werkzeugmaschine positioniert wird, dann muss ebenfalls der Palettenstapler oder dergleichen mit den Positionierungsmitteln bereitgestellt werden, wodurch ein Problem aufgeworfen wird, das darin besteht, dass die Konstruktion erheblich kompliziert wird.
In dem sechsten Stand der Technik, wie in dem fünften Stand der Technik, wird die Palette in dem Raum oberhalb der Werkzeugmaschine transportiert, wobei der Hebekran insbesondere zum Transportieren der Palette verwendet wird. Das Positionieren der aufgehängten Palette stellt, wie vorstehend beschrieben, ein wichtiges Ziel dar. In dem sechsten Stand der Technik wurde jedoch zum Positionieren des durch den Hebekran aufgehängten Werkstücks keine Gegenmaßnahme bereitgestellt. Daher besteht ein Problem darin, dass es erheblich erschwert wird die Palette zu der bestimmten Position zu transportieren und sie genau zu positionieren.
In dem Japanischen Patent No. 200061755 ist eine Werkzeugmaschine gemäß der Präambel von Anspruch 1 offenbart, die zwei Spindeln umfasst, wobei jede eine horizontale Zentralachse, einen Tisch für ein daran anzubringendes Werkstück, der durch Ständer gestützt wird, um um die horizontale Achse drehbar zu sein, und ein Positionierungsmittel zum Positionieren des Tisches in einer Position, in der sich die Tischoberfläche zu der horizontalen Zentralachse der Spindel senkrecht erstreckt. In dieser Offenbarung rotiert die Tischoberfläche um 180° und ist immer in einer vertikalen Position positioniert, in der sich die Tischoberfläche senkrecht zu der horizontalen Zentralachse der Spindel erstreckt. Als Ergebnis wird das Werkstück auf einer der Tischoberflächen in der vertikalen Position ersetzt, während das Werkstück an der anderen Tischoberfläche in der vertikalen Position durch die Spindel bearbeitet wird. Dies macht es dementsprechend schwer das Werkstück zu ersetzen.
Die EP-0 614 724 offenbart eine Werkzeugmaschine, die einen Maschinenrahmen umfasst, einen an dem Maschinenrahmen angeordneten Arbeitsträger für ein zu bearbeitendes Werkstück, einen Werkzeugträger zum Anbringen eines Werkzeugs, der an dem Maschinenrahmen angeordnet ist, und mindestens einen Antrieb, wobei ein Schieber eine relative Bewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück in der Richtung von mindestens einer Achse ausführt.
Ausgehend von der vorstehenden Ausführung kann gesagt werden, dass nicht nur ein Erfordernis darin besteht die Palette räumlich so zu transportieren, um Raum für die Werkzeugmaschine zu sparen, sondern ebenfalls, um die aufgehängte Palette zu positionieren und einfach und verlässlich an der bestimmten Position zu halten und um eine hoch effiziente und genaue Bearbeitung zu erreichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, das die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und genaue Bearbeitung eines großformatigen Werkstücks ermöglicht und das den Aufbauvorgang für das großformatige Werkstück fördert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, um ein großformatiges Werkstück mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit der Maschine zu bearbeiten.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, das einen Installationsbereich raumsparend macht.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, das ein hoch effizientes Bearbeiten durch Verringern der Austauschzeit des Werkstücks ermöglicht.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, das den Zugang zu dem Werkstück verbessern und einen direkten Aufbauvorgang ermöglichen kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Palettenaustausch darin bereitzustellen, das den Vorgang eines Überprüfens des bearbeiteten Werkstücks sicher und einfach sogar während der Bearbeitung des Werkstücks ausführen kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin für ein großformatiges Werkstück ein Werkzeugmaschinensystem und ein Verfahren zum Paletteaustausch darin bereitzustellen, das Späne einfach handhaben kann.
In Anbetracht der vorstehend erwähnten Aufgaben, stellt die vorliegende Erfindung eine wie in Anspruch 1 festgelegte Werkzeugmaschine bereit.
Die Rotationsindexierungsmittel können so konstruiert sein, dass sie einen Indexierungsmotor zum Rotationsindexieren des Werkstück-Befestigungstisches der Werkstückträgerstruktur umfassen, erste Positionierungsmittel zum Positionieren des Werkstück-Befestigungstisches, die mit der Rotationsschaft des Werkstück-Befestigungstisches der Werkstückträgerstruktur in Eingriff gebracht werden, einen Arm, der an dem Werkstück-Befestigungstisch der Werkstückträgerstruktur angebracht ist, und zweite Positionierungsmittel zum Positionieren des Werkstück-Befestigungstisches der Werkstückträgerstruktur, die mit dem Arm in Eingriff gebracht werden.
Der Spindelkopf kann an dem Z-Achsenschieber fest angebracht sein oder kann in mindestens einer der Richtungen entlang der A-Achse, der B-Achse und der C-Achse drehbar angebracht sein.
Die Basis der Spindelträgerstruktur kann in einer gestreckten Basis mit mehreren Basiseinheiten gestaltet sein, die entlang der X-Achse aneinandergekoppelt sind, wobei die Basiseinheit eine bestimmte X-Achseneinheitslänge aufweist, und die Werkstückträgerstruktur kann in einer gestreckten Werkstückträgerstruktur mit mehreren Werkstückträgerstruktureinheiten gestaltet sein, die entlang der X-Achse aneinander gekoppelt sind, wobei die horizontalen Achsen davon miteinander angeordnet sind, wobei die Werkstückträgerstruktureinheit eine bestimmte X-Achseneinheitslänge aufweist.
Der X-Achsenschieber der Spindelträgerstruktur kann in der Richtung entlang der X-Achse durch Linearmotoren angetrieben werden, die entlang der Führungen an den oberen beziehungsweise unteren Abschnitten der Basis angeordnet sind, wobei der Linearmotor einen Stator und eine Bewegungsvorrichtung umfassen kann, die gegenüberliegend zueinander an der Basis beziehungsweise dem X-Achsenschieber angeordnet sind, so dass die Anziehungskraft des auf die Bewegungsvorrichtung wirkenden Stators die Belastung in der Schwerkraft-Richtung verringert, die auf die Führungen des X-Achsenschiebers ausgeübt wird.
Span- bzw. Chipauswurfmittel können zwischen die Spindelträgerstruktur und die Werkstückträgerstruktur eingeschoben sein, wobei die Werkstückträgerstruktur, die in dem Bearbeitungsbereich erzeugten Späne auf die Außenseite des Bearbeitungsbereichs auswirft bzw. ausgibt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin, wie in Anspruch 7 festgelegt, ein Verfahren zum Palettenaustausch in einer Werkzeugmaschine bereitgestellt.
Mit den, wie vorstehend beschriebenen, derartigen Gestaltungen in der Spindelträgerstruktur, wird der X-Achsenschieber, d.h. einer der Bauteile des in Bezug auf die stationäre Basis beweglichen Bewegungsvorrichtung, durch die oberen und unteren Kantenabschnitte geführt und getragen, so dass auf den X-Achsenschieber wirkende Kräfte (d.h. eine Schubkraft und eine Stützkraft) auf im Wesentlichen symmetrische Abschnitte des X-Achsenschiebers angewendet werden. Im Gegensatz zu der Ausleger- bzw. Trägerstütze in der Werkzeugmaschine des Standes der Technik, ist daher eine Verstärkung des X- Achsenschiebers durch das Strukturelement nicht erforderlich, um das Krümmen und die Auslenkung eines distalen Endabschnitts zu verhindern, wie es durch das Torsionsmoment bewirkt wird, so dass die Struktur leichter gemacht und bei hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann. In der Werkzeugmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines großformatigen Werkstücks ist im Allgemeinen der Hub entlang der X-Achse gestreckt bzw. verlängert. Daher trägt eine höhere Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung in der X-Achsenrichtung signifikant zu einer erhöhten Bearbeitungsgeschwindigkeit der gesamten Werkzeugmaschine und einer verringerten Betriebszeit bei, um dadurch eine Effizienz beim Bearbeitungsvorgang zu verbessern.
Eine Bereitstellung des gestützten Werkstück-Befestigungstisches, die ein Rotationsindexieren um die horizontale Achse ermöglicht, die sich in der Richtung entlang der X-Achse erstreckt, ermöglicht außerdem der Werkstückbefestigungsoberfläche nach oben, vorzugsweise horizontal ausgerichtet zu sein. Als Ergebnis kann das Risiko, dass das Werkstück von der Werkstückbefestigungsoberfläche fällt, beseitigt und die Sicherheit des Arbeiters gewährleistet werden. Dies fördert den Aufbauvorgang.
Außerdem kann eine der zwei gegenüberliegend angeordneten Palettenbefestigungsoberflächen der Werkstückbefestigungsoberfläche durch das Rotationsindexierungsmittel in den horizontalen Zustand oder in den vertikalen Zustand positioniert werden. Daher kann das bearbeitete Werkstück aufgebaut und übertragen/transportiert werden, während ein neues Werkstück bearbeitet wird, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit der Maschine verbessert und die zum Austauschen der Werkstücke erforderliche Zeit verkürzt wird, um einen hoch effizienten Bearbeitungsvorgang zu erreichen.
Weiterhin wird die Palette mit dem daran angebrachten Werkstück über dem Arbeiter oder Operator transportiert. Dies kann den Bereich zum Installieren der Maschine raumsparend machen und den Zugang des Arbeiters zu dem Werkstück verbessern, wodurch ein direkter Aufbauvorgang möglich gemacht wird.
Außerdem ist vorgesehen, dass das Spanauswurfmittel den Spanentfernungsvorgang durch Auswerfen von Spänen und Schneideflüssigkeit leichter zu machen, die in dem Maschinenbereich erzeugt werden und naturgemäß auf eine bestimmte Stelle fallen. Das Spanauswurfmittel kann die Spindelträgerstruktur von der Werkstückträgerstruktur trennen, um die Herstellung und Installation der großformatigen Werkzeugmaschine zu fördern, so dass die Spindelträgerstruktur und die Werkstückträgerstruktur modularisiert werden können.
Durch Kombination der durch die vorstehend beschriebenen Konstruktionen erzielten Wirkungen kann die Werkzeugmaschine und das Verfahren eines Palettenaustauschs gemäß der vorliegenden Erfindung, die für den Aufbauvorgang und den Bearbeitungsvorgang erforderliche Zeit verringern, wodurch die Effizienz des gesamten Bearbeitungsvorgang verbessert wird.
Wird der vorstehend erwähnte Stand der Technik mit der vorliegenden Erfindung verglichen, dann offenbaren der erste und zweite Stand der Technik die Werkzeugmaschine mit einem relativ kurzen Hub der X-Achse im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit einem relativ langen Hub der X-Achse zum Bearbeiten des großformatigen Arbeitswerkstücks und lösen damit keines der Probleme, wie beispielsweise, das der Fehlfunktion der beweglichen Bedeckung und der Lebenszeit der X-Achsenführung. Im dritten und vierten Stand der Technik sind der Palettentauscher und der Palettenstapler nur in der Ebene angeordnet, während die erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenvorrichtung die Palette in der Luft befördert, so dass sie von dem Problem des größeren Installationsbereichs der Maschine befreit wird. Beim fünften Stand der Technik wird die Positionierung der Palette, die in der Luft mit Bezug zu der Maschine transportiert wird, durch die Maschine ausgeführt, wobei im sechsten Stand der Technik die Palette nur in hängender Weise durch einen Hebekran transportiert wird. Andererseits wird die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine an dem Palettentauscher mit Mitteln zum Positionieren der Palette mit Bezug auf die Maschine bereitgestellt, so dass die Struktur der Maschine ohne die mindeste Modifikation der Werkzeugmaschine vereinfach werden kann.
Die vorstehend erwähnten und anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, worin:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine allgemeine Gestaltung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Spindelträgerstruktur der Werkzeugmaschine in 1 zeigt;
3 eine Seitenansicht eines unteren Vorderendabschnitts einer Basis der in 2 gezeigten Spindelträgerstruktur ist;
4 eine Schnittansicht ist eines X-Achsenschiebers und eines Y-Achsenschiebers der in 2 entlang Linie IV-IV gezeigten Spindelträgerstruktur ist;
5 eine rückseitige Ansicht des Y-Achsenschiebers der Spindelträgerstruktur von der Richtung eines Pfeils V von 2 ist;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer strukturellen Beziehung einer X-Achsenführung und eines in 3 gezeigten X-Achsenschieberelements ist;
7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer strukturellen Beziehung eines Stators und einer in 3 gezeigten Bewegungsvorrichtung eines Linearmotors ist;
8 eine Detailansicht des Abschnitts ist, der eine Drehteilbasis und einen in 2 gezeigten Spindelkopf umfasst;
9 eine Schnittansicht einer Werkstückträgerstruktur von 1 entlang der Linie IX-IX ist;
10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer modularisierten Werkzeugmaschine zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht ist, die die Werkstückträgerstruktur, einen Palettenstapler und Palettentauschermittel der Werkzeugmaschine zeigt und den Zustand während des Bearbeitungsvorgangs für das Werkstück erläutert;
12 eine perspektivische Ansicht ist, die die Werkstückträgerstruktur, den Palettenstapler und die Palettentauschmittel der Werkzeugmaschine zeigt und den Zustand während des Austauschs von Paletten erläutert;
13 eine perspektivische Ansicht ist, die die Werkstückträgerstruktur, den Palettenstapler und die Palettentauschmittel der Werkzeugmaschine zeigt, und den Zustand während des Palettentransports zu dem Palettenstapler erläutert;
14 eine perspektivische Ansicht ist, die die Werkstückträgerstruktur, den Palettenstapler, die Palettentauschmittel, ein dreidimensionales Palettenmagazin und Paletten-Transfermittel zeigt; und
15A bis 15F schematische Darstellungen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Palettentausch sind.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Gestaltung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 11 zeigt. Die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine 11 ist mit einer Spindelträgerstruktur 13 gestaltet, einer Werkstückträgerstruktur 15 und einem Spanauswurfmittel 17, das zwischen die Spindelträgerstruktur 13 und die Werkstückträgerstruktur 15 eingeschoben ist. 2 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Spindelträgerstruktur 13.
Es sollte angemerkt werden, dass in der folgenden Beschreibung, wenn nicht anderweitig spezifiziert sich die Vorderseite der Werkzeugmaschine auf eine Seite bezieht, die eine Bearbeitungsfunktion ausführt und die Rückseite der Werkzeugmaschine bezieht sich auf die von der Seite weit entfernten gegenüberliegenden Seite, die die Bearbeitungsfunktion ausführt. Es sollte angemerkt werden, dass, wie in 1 gezeigt, die longitudinale Richtung der Werkzeugmaschine als eine Richtung entlang einer X-Achse festgelegt ist, die Richtung, die sich vertikal erstreckt als eine Richtung entlang einer Y-Achse festgelegt ist und die Richtung senkrecht zu der X-Achse und der Y-Achse als eine Richtung entlang einer Z-Achse festgelegt ist.
Hinsichtlich von 1 und 2 umfasst die Spindelträgerstruktur 13 eine an der Bodenoberfläche angeordnete Basis 19 und einen beweglichen Körper 21. Die Basis 19 umfasst weiterhin an der Oberseite davon einen Strahl 23, an der Unterseite davon ein Bett 25 und an der Rückseite davon eine Säule 27, die den Strahl 23 und das Bett 25 verbindet. Die Basis 19 weist somit im Schnitt, wie von der Seite davon betrachtet, eine C-Form auf. Jeder von dem Strahl 23 und dem Bett 25 sind mit einem nutenförmigen longitudinalen Raum 29 ausgebildet, der sich an dem Vorderabschnitt davon in Richtung entlang der X-Achse erstreckt. Vorzugsweise ist der nutenförmige longitudinale Raum 29 ausgebildet, um sich, wie in 1 und 2 gezeigt, nach unten zu öffnen.
Die Säule 27 verbindet den Strahl 23 und das Bett 25 und verstärkt eine Steifigkeit des Strahls 23 durch Stützen des Strahls 23, um nicht in die Richtung entlang der X-Achse verformt zu werden. So lange der Strahl 23 jedoch eine ausreichende Steifigkeit aufrechterhält, um keine Verformung in der Richtung entlang der X-Achse zu bewirken, kann die Säule 27, wie in 1 und 2 gezeigt, mit einer Öffnung 31 ausgebildet oder aus mehreren von einander beabstandeten Pfostenelementen gebildet sein. Die Bereitstellung der Öffnung 31 kann das Gewicht der Spindelträgerstruktur 13 verringern. Die Öffnung 31 ist selbstverständlich nicht erforderlich falls eine große Steifigkeit erforderlich ist.
Hinsichtlich 2 umfasst der bewegliche Körper 21 einen X-Achsenschieber 33, der von einer Seite zu der anderen in die Richtung der X-Achse entlang des longitudinalen Raums 29 der Basis 19 beweglich geführt werden kann, einen Y-Achsenschieber 35, der an dem X-Achsenschieber 33 aufwärts und abwärts in der Richtung der Y-Achse beweglich geführt werden kann und einen Z-Achsenschieber 37, der an dem Y-Achsenschieber 35 vorwärts und rückwärts in der Richtung der Z-Achse beweglich geführt werden kann.
Der X-Achsenschieber 33 wird in einer Rahmenform mit einer gestreckten Durchgangsöffnung 39 ausgebildet, die sich an der Mitte in der Vorderansicht entlang der Richtung der Y-Achse erstreckt, und Erstreckungen 41a, 41b aufweist, die in die oberen und unteren nutenförmigen longitudinalen Räume 29 der Basis 19 von den oberen beziehungsweise unteren Bereichen davon vorragen. Der X-Achsenschieber 33 wird durch X-Achsenzuführmittel entlang des longitudinalen Raums 29 der Erstreckungen 41a, 41b bewegt. Die X-Achsenzuführmittel können beispielsweise eine Kombination eines Motors und einer Kugelgewindespindel oder ein Linearmotor sein.
In 3 wird eine Seitenansicht des vorderen Endbereichs des unteren Bereichs (Bett 25) der in 2 gezeigten Basis 19 gezeigt, wobei das Bett 25 an einem vorderen Endbereich mit zwei schienenförmigen X-Achsenführungen 43 bereitgestellt ist, die sich parallel in der Richtung der X-Achse erstrecken, wobei der Öffnungsbereich des longitudinalen Raums 29 dazwischen eingeschobenen ist. Die Erstreckung 41b des X-Achsenschiebers 33 wird mit mehreren X-Achsenschieberelementen 45 bereitgestellt, die in der Richtung entlang der Z-Achse voneinander beabstandet sind und Rollelemente bzw. Wälzkörper aufweisen, die dazu angepasst sind mit den X-Achsenführungen 43 im Eingriff zu stehen, so dass der X-Achsenschieber 33 durch die X-Achsenführung 43 und die X-Achsenschieberelemente 45 in der Richtung entlang der X-Achse geführt werden kann.
Andererseits werden eine oder mehrere Bewegungsvorrichtungen (Bewegungselemente) 47 eines Linearmotors, d.h. X-Achsenzuführmittel in dem vorwärts gelegenen Endbereich der Erstreckung 41b angeordnet, die sich von der Erstreckung 41b in den longitudinalen Raum 29 des Betts 25 erstrecken, und ein oder mehrere Statoren 49 des Linearmotors sind zu den Bewegungsvorrichtungen 47 an der Oberfläche des Betts 25 gegenüberliegend angeordnet, das den longitudinalen Raum 39 umgibt.
Durch Bereitstellen der X-Achsenführungen 43, die sich parallel mit dem Öffnungsbereich des dazwischen eingeschobenen longitudinalen Raums 29 erstrecken, braucht die Erstreckung 41b nicht als ein freitragender Bereich ausgebildet zu sein, wodurch die erforderliche Steifigkeit für die Erstreckung 41b gewährleistet wird.
In ähnlicherweise sind die X-Achsenführungen 43 und X-Achsenschieberelemente 45 als auch ein oder mehrere Bewegungsvorrichtungen 47 und ein oder mehrere Statoren 49 eines Linearmotors an der Erstreckung 41a in dem oberen Bereich des X-Achsenschiebers 33 beziehungsweise an der Oberfläche des Strahls 23 angeordnet, der den longitudinalen Raum 29 umgibt, der in dem Strahl 23 an der Oberseite der Basis 19 ausbildet ist.
In der vorstehend erwähnten Ausführungsform sind die zwei X-Achsenführungen 43 mit dem Öffnungsbereich des dazwischen eingeschobenen longitudinalen Raums 29 angeordnet, obwohl eine einzelne X-Achsenführung diese ersetzen kann. Eine Führung eines anderen Typs, wie beispielsweise eine Schiebeoberfläche kann ebenfalls anstelle der schienenförmigen X-Achsenführung 31 verwendet werden. Weiterhin kann eine Kombination eines Motors und einer Kugelgewindespindel anstelle des Linearmotors als das X-Achsenzuführmittel verwendet werden.
Diese Gestaltung ermöglicht dem beweglichen Körper 21 an der Basis 19 in der Richtung der X-Achse bewegt zu werden, indem er durch die in dem longitudinalen Raum 29 angeordneten X-Achsenzuführmittel angetrieben wird, während er durch die an dem Strahl 23 und dem Bett 25 angeordneten X-Achsenführungen 43 geführt und gestützt wird.
Da der X-Achsenschieber 33 des beweglichen Körpers 21, der an der Basis 21 bewegt wird, an zwei Seiten an den oberen und unteren Bereichen gestützt und geführt wird, wird das Torsionsmoment auf den X-Achsenschieber 33 nicht wie auf einen einseitig gestützten und geführten freitragenden X-Achsenschieber ausgeübt. Daher kann die Steifigkeit für den X-Achsenschieber 33 einfach gewährleistet werden, während gleichzeitig das Gewicht des X-Achsenschiebers 33 verringert wird. Als Ergebnis wird ein verringertes Gewicht des beweglichen Körpers 21 erreicht, so dass der bewegliche Körper 21 mit hoher Geschwindigkeit in der Richtung der X-Achse bewegt werden kann.
Weiterhin können, da die longitudinalen Räume 29 nach unten offen sind und darin einen Führungs- und Antriebsmechanismus, einschließlich der X-Achsenführungen 43 und der X-Achsenzuführmittel, aufnehmen, die/der im Bearbeitungsbereich erzeugten Späne und erzeugte Staub oder die Schneideflüssigkeit nicht einfach in den Führungs- und den Antriebsmechanismus für die X-Achse eindringen.
Wenn die nutenförmigen longitudinalen Räume 29, die in den vorderen Endbereichen des Betts 25 und des Strahls 23 ausgebildet sind nach unten offen sind, dann ist es vorteilhaft, dass sich die Breite von jedem der longitudinalen Räume 29, wie in 3 gezeigt, fortschreitend und abwärts erstreckt, so dass der Querschnitt davon eine trapezoide Form mit symmetrischen Seitenneigungen darstellt, wobei die nach vorwärts gerichteten Endbereiche der Erstreckungen 41a, 41b des X-Achsenschiebers 33, die in den longitudinalen Räumen 29 angeordnet sind, ebenfalls eine trapezoide Form darstellen. In diesem Fall sind die Statoren 49 des Linearmotors an den Erstreckungen 41a, 41b entlang der zwei Seitenneigungen des trapezoiden vorwärts gerichteten Endbereichs davon angeordnet und die Bewegungsvorrichtungen 47 des Linearmotors sind an dem X-Achsenschieber 33 zu dem Stator 49 gegenüberliegend angeordnet.
Werden die Bewegungsvorrichtungen 47 und die Statoren 49 des Linearmotors auf diese Weise an den symmetrischen Neigungen der longitudinalen Räume 29 und den vorwärts Endbereichen der Erstreckungen 41a, 41b angeordnet, dann bewirkt die zwischen den Bewegungsvorrichtungen 47 und den Statoren 49 des Linearmotors wirkende Anziehungskraft, eine in die entgegengesetzte Richtung zu der Schwerkraft wirkende Kraft, die auf den X-Achsenschieber ausgeübt wird. Somit wird die in die entgegengesetzte Richtung zu der Schwerkraft auf den X-Achsenschieber 33 ausgeübte Kraft auf den X-Achsenschieber 33 ausgeübt, so dass die Belastung verringert wird, die durch den X-Achsenschieber 33 auf die an dem Bett 25 angeordnete X-Achsenführung 43 durch die an dem X-Achsenschieber 33 angeordneten X-Achsenschieberelemente 45 ausgeübt wird. Dies verringert den Reibungswiderstand zwischen den X-Achsenschieberelementen 45 und den X-Achsenführungen 43, wodurch der X-Achsenschieber 33 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann. Weiterhin wird die Positionierungsgenauigkeit verbessert.
Durch Ändern des Neigungswinkels der geneigten Oberfläche, um den Linearmotor daran in dem longitudinalen Raum 29 und den vorwärts Endbereichen der Erstreckungen 41a, 41b anzubringen, kann der Grad der Kraft, die die auf die X-Achsenschieberelemente 45 ausgeübte Schwerkraft verringert, ohne Ändern der Antriebskraft des Linearmotors in der Richtung der X-Achse eingestellt werden. Somit wird ermöglicht, dass die von dem X-Achsenschieber 33 durch die X-Achsenschieberelemente 45 auf die X-Achsenführungen 43 wirkende Kraft auf einen geeigneten Wert eingestellt und das Leistungsleben der X-Achsenschieberelemente 45 verlängert werden kann.
Alternativ kann, ähnlich des in 1 und 2 gezeigten longitudinalen Raums 29 und des Strahls 23, jeder der longitudinalen Räume 29 des Betts 25 und der Strahl 23 in eine Form eines rechteckigen Schnitts geformt werden und entsprechend kann jeder der vorwärts Endbereiche der Erstreckungen 41a, 41b des X-Achsenschiebers 33 eine rechteckige Form im Schnitt aufweisen. In einem derartigen Fall sind die Statoren 49 des Linearmotor entlang der oberen Oberfläche des longitudinalen Raums 29 angeordnet und die Bewegungsvorrichtungen 47 des Linearmotors sind an dem X-Achsenschieber 33 gegenüberliegend zu den Statoren 49 angeordnet. Sogar in dieser Anordnung wird die in der entgegengesetzten Richtung zu der Schwerkraft auf den X-Achsenschieber 33 ausgeübte Kraft auf den X-Achsenschieber 33 ausgeübt. Daher ermöglicht diese Anordnung ebenfalls die Kraft, die auf die X-Achsenführung 43 durch die X-Achsenschieber 33 durch die X-Achsenschieberelemente 45 ausgeübt wird, in der Richtung der Schwerkraft zu verringern.
In 4, die eine Schnittansicht des X-Achsenschiebers 33 und des Y-Achsenschiebers 35 von 2 entlang der Linie IV-IV darstellt, ist der rahmenförmige X-Achsenschieber 33 darin mit einer Kombination eines Motors (nicht gezeigt), d.h. ein X-Achsenzuführmittel mit einer Kugelgewindespindel 55 und schienenförmigen Y-Achsenführungen 51, bereitgestellt. Andererseits steht der symmetrisch angeordnete Y-Achsenschieber 35 an den rechten und linken Seiten der Y-Achsenschieberelemente 53 mit den schienenförmigen Y-Achsenschieberführungen 51 im Eingriff, die an dem X-Achsenschieber 33 angeordnet sind, so dass der Y-Achsenschieber 35 durch die Y-Achsenführungen 51 und die Y-Achsenschieberelemente 53 in der Richtung der Y-Achse geführt wird. In 4 werden die Kugelgewindespindeln 55 der Y-Achsenzuführmittel ebenfalls in die gewundenen Löcher der Muttern 57 (lediglich die gewundenen Löcher der Muttern sind in der Zeichnung gezeigt) geschraubt, die sich durch die Y-Achsenschieber 35 erstrecken und die an dem Y-Achsenschieber 35 symmetrisch angeordnet sind. Die Rotation der Kugelgewindespindeln 55 durch einen Motor (nicht gezeigt) wird somit durch die Muttern 57 auf den Y-Achsenschieber 35 übertragen, der wiederum durch die Y-Achsenführungen 51 und die Y-Achsenschieberelemente 53 geführt wird, um in der Durchgangsöffnung 39 in der Richtung entlang der Y-Achse bewegt zu werden.
In 5, die eine rückseitige Ansicht des Y-Achsenschiebers 35 von der Richtung eines Pfeils V von 2 darstellt, ist der Y-Achsenschieber 35 mit einem Raum ausgebildet, in die Richtung entlang der Z-Achse erstreckend ausbildet, welcher Raum einen Z-Achsenschieber 37 darin aufnimmt. Der Raum nimmt ebenfalls einen Z-Achsenmotor 63 fest auf, d.h. ein Z-Achsenzuführmittel als auch zwei schienenförmige Z-Achsenführungen 59.
Andererseits wird der Z-Achsenschieber 37 mit Z-Achsenschieberelementen 61 bereitgestellt, die mit den Z-Achsenführungen 59, die in dem Raum auf der Innenseite des Y-Achsenschiebers 35 angeordnet sind, im Eingriff stehen. Ähnlich zu dem Y-Achsenschieber 35, wird die Rotation des an dem Y-Achsenschieber 35 angebrachten Z-Achsenmotors 63 durch Kugelgewindespindeln (nicht gezeigt) übertragen, so dass der Z-Achsenschieber 37 innerhalb des Raums auf der Innenseite des Y-Achsenschiebers 35 in der Richtung entlang der Z-Achse bewegt wird.
Dies ermöglicht dem beweglichen Körper 21 in den drei Richtungen entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegt zu werden.
Es sollt angemerkt werden, dass die Y- und Z-Achsenzuführmittel als eine Kombination eines Motors und Kugelgewindespindeln beschrieben sind, obwohl alternativ ein Linearmotor verwendet werden kann. Der oberhalb und unterhab der Durchgangsöffnung 39 befindliche Y-Achsenschieber 35 wird durch eine Teleskopbedeckung (nicht gezeigt) bedeckt, um das Eindringen von Spänen oder Schneideflüssigkeit zu verhindern.
6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer strukturellen Beziehung der schienenförmigen X-Achsenführung 43 und des in 3 gezeigten X-Achsenschieberelements 45, und 7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer strukturellen Beziehung der Bewegungsvorrichtung 47 und des Stators 49 des in 3 gezeigten Linearmotors.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, können Wischmittel zum Entfernen der an den X-Achsenführungen 43 und dem Stator 49 des Linearmotors angefügten Späne und der Schneideflüssigkeit an den äußersten Seiten des X-Achsenschieberelements 45 und der Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors angebracht sein, die an den zwei X-Achsenenden des X-Achsenschiebers 33 positioniert sind. Vorzugsweise umfassen die Wischmittel Nicht-Kontaktwischer 65, 67, die an der vorwärts Endseite des X-Achsenschieberelements 45 und an der vorwärts Endseite der Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors angeordnet sind und die Kontaktwischer 69, 71 sind von den Nicht-Kontaktwischern 65, 67 einwärts beabstandet. Die Nicht-Kontaktwischer 65, 67 stehen jeweils nicht in direktem Kontakt mit der X-Achsenführung 43 oder dem Stator 49 des Linearmotors, wobei sie jedoch die Funktion aufweisen die an denen angefügten/haftenden großen Späne zu entfernen, wohingegen die Kontaktwischer 69, 71 in direktem Kontakt mit der X-Achsenführung 43 oder dem Stator 49 des Linearmotors stehen und die Funktion aufweisen die an denen haftenden feine Späne und die Schneideflüssigkeit zu entfernen. Ein polymeres Material, wie beispielsweise mit Öl imprägniertes Polyurethan, kann für die Kontaktwischer 69, 71 zur Schmierung verwendet werden. Ein geeignetes Material kann für die Nicht-Kontaktwischer 65, 67 verwendet werden.
Derartige Wischmittel können selbstverständlich an den vorderen und hinteren Enden des einzelnen X-Achsenschieberelements 45 und der einzelnen Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors angeordnet werden.
An den Enden des Hubs der X-Achse der X-Achsenführung 43 und dem Stator 49 des Linearmotors können, wie durch die gestrichelte Linie in 6 und 7 angezeigt, die Kontaktwischer 69, 71 bis zu dem Ende der X-Achsenführung 43 oder dem Stator 49 des Linearmotors bewegt werden, während die Nicht-Kontaktwischer 65, 67 bis zu einer Position hinter dem Ende der X-Achsenführung 43 oder dem Stator 49 des Linearmotors bewegt werden können. Diese Gestaltung ermöglicht die Späne und die Schneideflüssigkeit von der X-Achsenführung 43 und dem Stator 49 des Linearmotors wegzuwischen, wobei die Kontaktwischer 69, 71 und die Nicht-Kontaktwischer 65, 67 von den Enden der X-Achsenführung 43 und dem Stator 49 entfernt werden können.
Die Druckluft kann ebenfalls aus dem X-Achsenschieberelement 45 oder der Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors ausgeblasen werden, um beim Wegblasen der an die X-Achsenführung 43 oder dem Stator 49 des Linearmotors angefügten Späne und der Schneideflüssigkeit behilflich zu sein.
Die Bereitstellung der Wischmittel, wie beispielsweise der Kontaktwischer, der Nicht-Kontaktwischer und der Injektionseinheit für die Druckluft kann jeweils die gleichmäßige Bewegung des X-Achsenschieberelements 45 oder der Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors entlang der X-Achsenführung 43 oder des Stators 49 des Linearmotors sicherstellen, die andererseits durch die zwischen der X-Achsenführung 43 und dem X-Achsenschieberelement 45 oder zwischen der Bewegungsvorrichtung 47 und dem Stator 49 des Linearmotors gefangenen Späne oder Schneideflüssigkeit behindert werden könnte. Die Fehlerhäufigkeit des Führungsmechanismus oder des Antriebsmechanismus wird somit verringert, um die Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine zu verbessern.
Herkömmlicherweise wird der X-Achsenführungs- und Antriebsmechanismus mit einer beweglichen Bedeckung zum Blockieren eines Eindringens von Spänen bereitgestellt. Die Verwendung dieser beweglichen Bedeckung für einen langen Zeitraum führt aufgrund von Abnutzung häufig zu einer Fehlfunktion. Das Erfordernis für die bewegliche Bedeckung kann jedoch dadurch beseitigt werden, dass die X-Achsenführungen 43, die X-Achsenschieberelemente 45 und die Bewegungsvorrichtung 47 und der Stator 49 des Linearmotors in dem sich nach unter öffnenden longitudinalen Raum aufgenommen werden und durch Bereitstellung der Wischmittel für das X-Achsenschieberelement 45 und die Bewegungsvorrichtung 47 des Linearmotors. Somit kann der Maschinenstillstand aufgrund einer durch die bewegliche Bedeckung bewirkte Fehlfunktion vermieden werden, was zu einer verbesserten Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine führt. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass ein Verlust der Zuführleistung verringert wird, der bisher durch die bewegliche Bedeckung bewirkt wurde.
In den 2 und 4 wird ein Spindelkopf 73 mit einem daran angebrachten Werkzeug, der die Spindel 75 drehbar stützt, an dem vorderen Ende des Z-Achsenschiebers 37 des beweglichen Körpers 21 gehalten.
Wie in 8, die die Detailansicht des Bereichs einschließlich des Spindelkopfes 73 darstellt, gezeigt, wird der Spindelkopf 73 an einer Schwenk- bzw. Drehbasis 79 in der Richtung entlang der A-Achse um die Rotationsachse 77 drehbar gestützt, die senkrecht zu der Richtung entlang der Z-Achse verläuft, und durch ein Getriebe 83 mittels eines an der Drehbasis 79 befestigten Drehmotors 81 gedreht werden kann. Die Drehbasis 79 wiederum ist mit einem C-Achsenmotor 85 verbunden, der an dem Z-Achsenschieber 37 befestigt ist, so dass sie durch den C-Achsenmotor 85 in der Richtung entlang der C-Achse um die Rotationsachse 87 gedreht werden kann, die sich in der Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Der Spindelkopf 73 kann somit in der Richtung entlang der A- und C-Achsen gedreht werden, wodurch ermöglicht wird einen komplizierten Bearbeitungsvorgang handhaben zu können. Der gleiche Getriebezug wie das Getriebe 83 ist ebenfalls an der gegenüberliegenden Seite der Drehbasis 79 angeordnet, so dass der Rotationszuführantrieb sowohl auf den linken als auch den rechten Seiten entlang der A-Achse ausgeführt wird. Daher wird eine sehr genaue Rotationszufuhr möglich.
Der Spindelkopf 73 kann dazu angepasst sein an dem Z-Achsenschieber 37 fest angebracht zu sein und weder in der Richtung entlang der A-Achse, der B-Achse oder der C-Achse zu rotieren. Die Spindel 75 kann ebenfalls mit Bezug auf den Spindelkopf in der Richtung entlang der Z-Achse (was als eine W-Achse bezeichnet wird) bewegt werden.
Die Werkstück-Trägerstruktur 15 wird als nächstes beschrieben werden.
9 ist eine teilweise Schnittansicht der Werkstück-Trägerstruktur 15 von 1 entlang der Linie IX-IX.
In 1 und 9 umfasst die Werkstück-Trägerstruktur 15 eine Basis 91, zwei an den Enden der Basis 91 entlang der X-Achse angeordnete Schaft-Trägermittel 93, eine im Allgemeinen rechteckigen Werkstück-Befestigungstisch 99, der mit dem Schaft-Trägermittel 93 durch einen Rotationsschaft 95 verbunden ist und um eine horizontale Rotationsachse 97 drehbar gestützt wird, die sich in der Richtung der X-Achse erstreckt und einen Indexierungsmotor 100, um durch eine Übertragungsvorrichtung (nicht gezeigt) einschließlich eines Getriebes und eines Riemens den Werkstück-Befestigungstisch 99 zu rotationsindexieren. Der Werkstück-Befestigungstisch 99 kann an mehreren Positionen durch den Indexierungsmotor 100 oder die gezähnte Kupplung (nicht gezeigt) rotationsindexiert werden. Es sollte angemerkt werden, dass der Indexierungsmotor als ein indexierbarer Motor bezeichnet wird, der durch einen Servomotor dargestellt wird.
Der Werkstück-Befestigungstisch 99 weist zwei Palettenbefestigungsoberflächen 103 auf, die an den gegenüberliegenden Seiten um die Rotationsachse 97 angeordnet sind. Das Werkstück 89 wird direkt oder durch eine Palette 105 an der Palettenbefestigungsoberfläche 103 angebracht. Wie nachfolgend beschrieben werden wird, wird die Palettenbefestigungsoberfläche 103 des Werkstück-Befestigungstischs 99 mit Palettensicherungsmitteln 106 (siehe 12) zum lösbaren Stützen und Sichern des Werkstücks 89 oder der Palette 105 an der Palettenbefestigungsoberfläche 103 des Werkstück-Befestigungstischs 99 bereitgestellt. Für den Zweck der Vereinfachung einer Beschreibung wird in der folgenden Beschreibung die Palette 105 mit dem daran angebrachten Werkstück 89 an der Palettenbefestigungsoberfläche 103 angebracht. Es ist jedoch möglich das Werkstück 89, wie vorstehend beschrieben, direkt an der Palettenbefestigungsoberfläche 103 anzubringen.
Wie in 1 und 9 gezeigt, weist die Werkstück-Trägerstruktur 15 zwei Palettenbefestigungsoberflächen 103 auf. Daher kann, während der Bearbeitungsvorgang an einer Palettenbefestigungsoberfläche 103 gegenüberliegend der Spindelträgerstruktur 13 ausgeführt wird, die Aufbauvorgang für das Werkstück 89 an der anderen Palettenbefestigungsoberfläche 103 parallel zu dem Bearbeitungsvorgang an der ersten Palettenbefestigungsoberfläche 103 ausgeführt werden.
Weiterhin kann durch Mittel des Indexierungsmotors der Werkstück-Befestigungstisch 99 an solchen mindestens vier Rotationspositionen positioniert werden, so dass sich die zwei gegenüberliegenden Palettenbefestigungsoberflächen 103 in einem horizontalen Zustand und einem vertikalen Zustand befinden. Insbesondere kann, wenn das Werkstück 89 bearbeitet wird, die Palettenbefestigungsoberfläche 103 in den vertikalen Zustand gebracht werden und wenn die Palette 105 mit dem daran angebrachten Werkstück 89 an/von die/der Palettenbefestigungsoberfläche 103 angebracht oder abgenommen wird, in einen horizontalen Zustand gebracht werden. Wird das Werkstück 89 bearbeitet, kann daher sogar, während es vertikal gestützt wird, die Palette 105 für den Aufbauvorgang in den horizontalen Zustand gebracht werden, so dass der Aufbauvorgang, einschließlich des Anbring-/Abnehmvorgangs der Palette 105 (mit dem daran angebrachten Werkstück 89) an und von der Palettenbefestigungsoberfläche 103 einfach und sicher ausgeführt werden kann, wodurch die Zeit zum Ersetzen des Werkstücks 89 verringert wird.
Bei dem Bearbeitungsvorgang wirkt eine starke Kraft von der Spindelträgerstruktur 13 auf die Werkstückträgerstruktur 15. Wird der Punkt einer Anwendung dieser Kraft von der Rotationsachse 97 des Werkstück-Befestigungstischs 99 versetzt, dann wird an dem Werkstück-Befestigungstisch 99 ein Torsionsmoment erzeugt. Die durch das Torsionsmoment bewirkte Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 verringert die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks 89. Die Funktion die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu blockieren wird jedoch lediglich durch das Haltemoment des Indexierungsmotors 100 und durch die gezähnte Kupplung erreicht, und dies kann ausreichen.
Die Werkstückträgerstruktur 15 der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 11 umfasst daher eine Lokalisierungsstifteinrichtung 102, die an der Basis 91 angeordnet ist, um die Rotationsposition zu halten, in der sich die Palettenbefestigungsoberfläche 103 beim Bearbeitungsvorgang im vertikalen Zustand befindet und mit zwei streckbaren, sich aufwärts erstreckenden Lokalisierungsstiften 102a bereitgestellt ist, und einem Schaft-Verschlusseinrichtungen 104, die an den Schaft-Trägermitteln 93 angeordnet sind, um die Rotation des Rotationsschafts zu verschließen.
Der Werkstück-Befestigungstisch 99, der an dessen zwei Seiten um die Rotationsachse 97 mit Positionen senkrecht zu den Palettenbefestigungsoberflächen 103 angeordnet ist, wird mit zwei Lokalisierungsarmen 101 bereitgestellt, die mit der Lokalisierungsstifteinrichtung 102 assoziiert sind. Jeder Lokalisierungsarm 101 ist so positioniert, dass er dem Führungsende eines jeden Lokalisierungsstifts 102a der Lokalisierungsstifteinrichtung 102 gegenüberliegend angeordnet sein kann, wenn sich die Palettenbefestigungsoberfläche 103 in dem vertikalen Zustand befindet und ist an dessen Führungsendbereich mit einem Loch 101a bereitgestellt, um den Lokalisierungsstift 102a aufzunehmen. Vorzugsweise weist das Loch 101a eine kegelstumpf-förmige Form auf, wobei der Lokalisierungsstift 102a ein entsprechend kegelstumpf-förmig geformtes Führungsende aufweist.
Bei den Vorgängen der Lokalisierungsstifteinrichtung 102 können die Lokalisierungsstifte 102a in Richtung der Basis 91 zurückgezogen werden, um die Lokalisierungsstifte 102a, während der Werkstück-Befestigungstisch 99 rotationsindexiert wird, daran zu hindern die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu behindern. Andererseits kann der Lokalisierungsstift 102a in das Loch 101a des Lokalisierungsarms 101 eingefügt werden, wodurch, nachdem der Werkstück-Befestigungstisch 99 rotationsindexiert wurde, das heißt in dem Bearbeitungsvorgang, die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 verhindert wird.
Die Lokalisierungsstifte 102a können eine derartige Verformung des Werkstück-Befestigungstischs 99 entlang der X-Achse verhindern, was leicht vorkommen kann, wenn der Werkstück-Befestigungstisch 99 durch Aufbringen einer nach oben gerichtete treibende Kraft auf den Werkstück-Befestigungstisch 99 in der X-Achsenrichtung länger wird. Die Lokalisierungsstifte 102a können daher eine Wirkung hervorrufen, die eine sehr genaue Bearbeitung des Werkstücks 89 bereitstellt.
Bei dem Mechanismus zum Verlängern/Zurückziehen der Lokalisierungsstifte 102a, kann die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 eine Zylindereinrichtung oder einen anderen geeigneten Mechanismus, einschließlich eines Mechanismus verwenden, der einen Servo motor und ein Getriebe verwendet oder einen Mechanismus, der eine Mutter und eine Kugelgewindespindel verwendet.
Weiterhin wird die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 vorzugsweise, wie in 9 gezeigt, in der Basis 91 aufgenommen und wird noch bevorzugter mit einer Blende 102b bedeckt, die eine Öffnung aufweist, so dass sich lediglich die Lokalisierungsstifte 102a durch die Blende 102b erstrecken können, um Späne, die Schneideflüssigkeit und etc. daran zu hindern in die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 einzudringen bzw. einzutreten. Die Blende 102b kann geschlossen und geöffnet werden, um von einer geöffneten Position in eine geschlossene Position zu gelangen, wenn sich die Palettenbefestigungsoberflächen 103 in dem vertikalen Zustand befinden.
Die Schaft-Verschlusseinrichtung 104 umfasst, beispielsweise einen Schaft-Verschlussstift (nicht gezeigt) und einen geeigneten Stiftantriebsmechanismus mit einer Kombination einer Zylindereinrichtung, einem Servomotor, einem Getriebe und dergleichen. Falls der Schaft-Verschlussstift verwendet wird, dann ist der Rotationsschaft 95 mit mehreren Anti-Rotationslöchern (nicht gezeigt) ausgebildet, die um die Rotationsachse 97 angeordnet sind, um den Schaft-Verschlussstift (nicht gezeigt) der Schaft-Verschlusseinrichtung 104 aufzunehmen. Die Anti-Rotationslöcher sind so angeordnet, dass die Palettenbefestigungsoberfläche 103 an Positionen verschlossen werden kann, an denen sich die Palettenbefestigungsoberfläche 103 zumindest in dem horizontalen und dem vertikalen Zustand befindet. Vorzugsweise werden vier Anti-Rotationslöcher mit einem Intervall von 90 Grad um die Rotationsachse 97 angeordnet.
Bei den Vorgängen der vorstehend erwähnten Ausführungsform der Schaft-Verschlusseinrichtung 104, wird der Schaft-Verschlussstift der Schaft-Verschlusseinrichtung 104 aus dem Eingriff der Anti-Rotationslöcher des Rotationsschafts 95 gelöst, während der Werkstück-Befestigungstisch 99 durch den Indexierungsmotor 100 rotationsindexiert wird, um den Schaft-Verschlussstift daran zu hindern die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu behindern. Andererseits wird, nachdem der Werkstück-Befestigungstisch 99 zu den Positionen rotationsindexiert wurde, an denen sich die Palettenbefestigungsoberfläche 103 in dem horizontalen Zustand oder dem vertikalen Zustand befindet, der Schaft-Verschlussstift der Schaft-Verschlusseinrichtung 104 in das Anti-Rotationsloch eingefügt, um die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu verhindern.
Die Schaft-Verschlusseinrichtung 104 kann als eine Bremseinrichtung, einschließlich einer elektromagnetischen Bremse, gestaltet sein.
Die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 und die Schaft-Verschlusseinrichtung 104 können zumindest, während das Werkstück 89 bearbeitet wird, aktiviert werden, das heißt, lediglich dann, wenn die Palettenbefestigungsoberfläche 103 des Werkstück-Befestigungstischs 99 an der Position, in der sie sich in dem vertikalen Zustand befindet, indexiert wurde.
Hinsichtlich der strukturellen Einfachheit und Stabilität, verwendet die in 1 und 9 gezeigte Ausführungsform, die zwei Lokalisierungsarme 101 und die entsprechenden zwei Lokalisierungsstifte 102a, um die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu verhindern. Es können jedoch ein Lokalisierungsarm und ein Lokalisierungsstift, oder drei oder mehrere Lokalisierungsarme und Lokalisierungsstifte verwendet werden. Der Werkstück-Befestigungstisch 99 braucht nicht mit einem Lokalisierungsarm 101 bereitgestellt zu werden, kann jedoch direkt in dessen Seitenfläche mit Löchern zur Aufnahme des Führungsendes der Lokalisierungsstifte 102a bereitgestellt sein. In ähnlicher Weise können bei der Beseitigung der Lokalisierungsarme von dem Werkstück-Befestigungstisch 99 die Oberflächen der Führungsenden der Lokalisierungsstifte 102a in den Kontakt mit der Seitenfläche (d.h. die Fläche, die im Wesentlichen senkrecht zu der Palettenbefestigungsoberfläche 103 ist) des Werkstück-Befestigungstischs 99 gebracht werden, so dass die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 durch die Reibungskraft zwischen dem Lokalisierungsstift 102a und der Seitenfläche verhindert wird.
Falls der Lokalisierungsarm 101 und die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 nicht verwendet werden, jedoch die Schaft-Verschlusseinrichtung verwendet wird, dann kann die Palettenbefestigungsoberfläche 103 zwar nicht in den vertikalen Zustand, jedoch in einen geneigten Zustand positioniert werden, um einen schiefen Bereich des Werkstücks zu bearbeiten.
Auf diese Weise wird die Werkstückträgerstruktur 15 der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 11 mit den Rotationsindexierungsmitteln bereitgestellt, das aus einem Indexierungsmotor 100, den Lokalisierungsarmen 101, der Lokalisierungsstifteinrichtung 102, die mit den Lokalisierungsarmen 102 assoziiert ist und der Schaft-Verschlusseinrichtung 104 gestaltet ist. Somit gewährleistet die Werkstückträgerstruktur 15 das sehr genaue Bearbeiten, bei dem der Werkstück-Befestigungstisch 99 an Positionen verschlossen wird, in denen sich die Palettenbefestigungsoberfläche 103 in dem horizontalen Zustand oder vertikalen Zustand befindet. Von den Rotationsindexierungsmitteln könnte jeweils der Lokalisierungsarm 101, die mit dem Lokalisierungsarm assoziierte Lokalisierungsstifteinrichtung 102 und die Schaft-Verschlusseinrichtung 104 weggelassen werden.
Die vorstehend beschriebene Spindelträgerstruktur 13 und Werkstückträgerstruktur 15 sind mit dem Spanauswurfmittel 17 angeordnet, das, wie in 1 gezeigt, dazwischen eingeschoben ist. Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform, wird ein Hebespanförderer- bzw. fördermittel als das Spanauswurfmittel 17 verwendet, das im Allgemeinen in der Richtung der X-Achse angetrieben wird, um die im Bearbeitungsbereich erzeugten Späne zu der Außenseite des Bearbeitungsbereichs abzuleiten bzw. auszuwerfen. Der Hebespanförderer ist bekannt und in einer vereinfachten Weise in der Zeichnung dargestellt.
Die in dem Bearbeitungsbereich erzeugten Späne des Werkstücks 89 werden, nachdem sie naturgemäß auf die horizontale Transporteinheit des als Spanauswurfmittel 17 festgelegten Hebespanförderers fielen, angehoben, von der Schneideflüssigkeit getrennt und folgend aus dem Bearbeitungsbereich abgeleitet. Somit wird die Arbeit einer Spanentfernung aus dem Bearbeitungsbereich nach Bearbeiten des Werkstücks 89 verringert.
Weiterhin ist nicht erforderlich, dass die Spindelträgerstruktur 13 und die Werkstückträgerstruktur 15, die mit dem dazwischen eingeschobenen Spanauswurfmittel 17 angeordnet sind, miteinander integriert sind. Als Ergebnis können die Spindelträgerstruktur 13 und die Werkstückträgerstruktur 15 jeweils in einer Einheit hergestellt werden, und wenn sie in Ausrichtung mit der X-Achse verbunden sind, können sie das Erfordernis für ein längeres Werkstück 89 entlang der X-Achse erfüllen.
10 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Werkzeugmaschine 11', die aus einzelnen modularen Einheiten gebildet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform sind mehrere Basen 19 einer Einheitslänge der in 1 gezeigten Spindelträgerstruktur 13 in der Richtung entlang der X-Achse gekoppelt, um eine gestreckte Basis 19' zu bilden, so dass die X-Achsenführungen 43 und der Stator 49 des Linearmotors auf der Innenseite des oberen und unteren gestreckten longitudinalen Räume 29' der gestreckten Basis 19' angeordnet sind, d.h. die Laufbahn für die X-Achsenschieber 33 wird entlang der X-Achse verlängert. Eine gestreckte Spindelträgerstruktur 13' ist so gestaltet, dass ein einziger beweglicher 21 entlang des gestreckten Laufbahn bewegt wird. Andererseits wird eine gestreckte Werkstückträgerstruktur 15' durch Koppeln mehrerer Werkstückträgerstrukturen 15 einer Einheitslänge gestaltet, wobei Rotationsachsen 97 von deren Werkstück-Befestigungstischen 99 miteinander ausgerichtet sind. Die so gestaltete gestreckte Spindelträgerstruktur 13' und Werkstückträgerstruktur 15' werden mit dem dazwischen eingeschobenen Spanauswurfmittel angeordnet, so dass die entlang der X-Achse gestreckte Werkzeugmaschine 11' einfach gebildet wird. Es sollte angemerkt werden, dass das Spanauswurfmittel 17 ebenfalls verlängert werden kann, wobei die horizontalen Transporteinheiten davon in Einheiten gebildet werden.
Folglich kann eine Werkzeugmaschine einer Größe, die das Erfordernis des Werkzeugmaschinenbenutzers erfüllt, einfach und schnell hergestellt werden. Dies verhindert ebenfalls, dass jedes Bauteil der Werkzeugmaschine unnötig groß ist, wodurch die Installation eines Werkstücks der Werkzeugmaschine gefördert wird.
Es sollte angemerkt werden, dass in der in 10 gezeigten Ausführungsform, das Werkstück 89 über mehrere einen Werkstück-Befestigungstisch 99 bildende Einheiten angebracht wird, wobei die Rotationsrichtung des Werkstücks 89 durch die Anwesenheit der Schaft-Trägermittel 93 beschränkt wird. Daher geht der Vorteil einer verbesserten Maschinenbetriebsgeschwindigkeit verloren, die andererseits durch die Fähigkeit erhalten werden könnte, dass der Aufbauvorgang für das Werkstück 89 an einer Werkstückbefestigungsoberfläche ausgeführt wird, während das Werkstück 89 an der anderen Werkstückbefestigungsoberfläche bearbeitet wird. Dieses Problem kann jedoch beseitigt werden, indem die Werkstück-Befestigungstische 99 durch Verbindungselemente verbunden werden, wobei die Schaft-Trägermittel 93 der Werkstückträgerstrukturen 15 mit Ausnahme der äußersten einen entfernt werden und die Lokalisierungsstifteinrichtungen 102 und Lokalisierungsarme 101 an mehreren Positionen entlang der X-Achsenrichtung bereitgestellt werden, um die Auslenkung der verbundenen Werkstück-Befestigungstische zu verhindern.
In 11 bis 13 wird ein Palettentransportsystem 111 beschrieben werden, das mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 11 verwendet werden soll, um den Vorgang eines Anbringens der Palette 105 mit einem daran befindlichen Werkstück 89 an den Werkstück-Befestigungstisch 99 der Werkzeugmaschine 11, effizient, einfach und schnell auszuführen.
11 bis 13 zeigen das Palettentransportsystem 111, das mit der Werkstückträgerstruktur 15 einschließlich des Werkstück-Befestigungstischs 99 kombiniert ist. Zum Zweck der Vereinfachung wird, obwohl die Spindelträgerstruktur 13 in 1 weggelassen ist, angenommen, dass sie an der linkshändigen Seite in den Figuren angeordnet ist, um der Werkstückträgerstruktur 15 gegenüberzuliegen.
In den 11 bis 13 umfasst das Palettentransportsystem 111 einen Palettenstapler 113, der von der Werkstückträgerstruktur 15 beabstandet ist, um die Paletten 105 in einem horizontalen Zustand anzuordnen und Palettentauschmittel. Diese Palettentauschmittel umfassen eine Rahmenstruktur 115, die zwischen die Werkstückträgerstruktur 15 und den Palettenstapler 113 eingeschoben ist, und an der Rahmenstruktur 115 beweglich gestützte Palettenhaltemittel 117.
Der Palettenstapler 113 kann ebenfalls als eine Aufbaustation verwendet werden und wird vorzugsweise an dessen oberer Oberfläche mit Mitteln 119 bereitgestellt, um die Schiebebewegungen, wie beispielsweise eines erhöhten Schlittens (raised sliding bed) oder von Rollen zu fördern. Weiterhin kann die Aufbaustation zusätzlich zu dem Palettenstapler 113 bereitgestellt werden, oder der Palettenstapler 113 kann in einem isolierten Raum, der als eine Reinigungsstation verwendet wird, angeordnet sein.
Die Rahmenstruktur 115 wird mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Führungsmitteln 121 bereitgestellt. Diese Führungsmittel 121 umfassen einen horizontalen Bereich, der sich zwischen der Werkstückträgerstruktur 15 und dem Palettenstapler 113 über der Werkstückträgerstruktur 15 erstreckt und vertikale Bereiche, die sich von dem horizontalen Bereich zu der Werkstückträgerstruktur 15 beziehungsweise dem Palettenstapler 113 nach unten erstrecken. Das Palettenhaltemittel 117 wird entlang der gegenüberliegenden Führungsmittel 121 zwischen der Werkstückträgerstruktur 15 und dem Palettenstapler 113 bewegt. Die Führungsmittel 121 selbst können mit der Rahmenstruktur integriert sein.
In den in 11 bis 13 gezeigten Ausführungsformen umfasst das Palettenhaltemittel 117 eine im Allgemeinen rechteckige Transportbasis 123, die entlang der gegenüberliegend angeordneten Führungsmittel 121 bewegt werden kann und Arme 125, die den Seitenflächen der Transportbasis 123 gegenüberliegend angeordnet sind, um die Paletten 105 zu greifen.
Die Transportbasis 123 wird mit einem Antriebsmotor 127 (siehe 13) bereitgestellt, der mit einem Getriebe oder Ritzel (nicht gezeigt) verbunden ist, welches mit einem entlang der Führungsmittel 121 angeordneten Gestell (nicht gezeigt) in Eingriff gebracht wird. Die Transportbasis 123 kann daher durch den Gestell- und Ritzelmechanismus entlang der Führungsmittel 121 bewegt werden. Obwohl ein Antriebsmotor 127, vorzugsweise für jedes Führungsmittel 121 bereitgestellt wird, um wenn ein großformatiges Werkstück transportiert wird die Belastung auf dem Motor verringern zu können, wobei die gesamten Palettenhaltemittel 117 einen Antriebsmotor 127 teilen können.
An den zwei Endbereichen der Führungsmittel 121, an denen die Palettenhaltemittel 117 gestoppt werden sollen, sind Mittel (nicht gezeigt) zum Bestimmen der Palettenhaltemittel 117 angeordnet. An einer Position oberhalb der Werkstückträgerstruktur 15 (dort wo das Palettenhaltemittel 117 in 11 gestoppt wird) wird ebenfalls vorzugsweise ein Mittel angeordnet, um die Palettenhaltemittel 117 zu bestimmen. Beispielsweise können Photosensoren oder Grenztaster als solche Bestimmungsmittel verwendet werden. Wird die Ankunft des Palettenhaltemittels 117 durch das Bestimmungsmittel bestimmt, wird der Antrieb des Antriebsmotors 127 gestoppt. Das Palettenhaltemittel 117 könnte ebenfalls durch Bereitstellen eines Stoppers mechanisch oder durch Ausbilden einer Vertiefung bzw. Nute oder eines Vorsprungs an einem Bereich der Rahmenstruktur 115 angehalten werden, um mit dem entsprechenden Bereich des Palettenhaltemittels 117 in Eingriff gebracht zu werden.
Jeder Arm 125 zum Greifen der Palette 105 wird von einem C-förmigen Element gebildet, so dass dessen Basisendbereich durch die Transportbasis 123 gelenkig bzw. schwenkbar gestützt wird, wobei deren Führungsendbereiche durch Verlängern oder Zurückziehen von Zylindereinrichtungen 129 geöffnet/geschlossen werden können. Werden die Zylindereinrichtungen 129 zurückgezogen, dann wird der Abstand zwischen den Führungsendbereichen der Arme 125 verkürzt, so dass die Führungsendbereiche der Arme 125 unterhalb der Palette 105 bewegt werden können, um die Palette zwischen ihnen zu greifen. Werden dagegen die Zylindereinrichtungen 129 verlängert, dann kann der Abstand zwischen den Führungsendbereichen der Arme 125 verlängert werden, um die zwischen ihnen befindliche Palette 105 frei zu setzen.
Die einzelnen Arme 125 können durch die Zylindereinrichtung oder dergleichen parallel zu den Seitenflächen der Transportbasis 123 bewegt werden, wodurch die Abstände zwischen denen zu- oder abnehmen, während der parallele Zustand gehalten wird. Alternativ können die Arme 125 durch mehrere Klinkenelemente ersetzt werden, die an der Transportbasis 123 gelenkig verbunden sind, so dass sie dazu angetrieben werden können sich zu öffnen oder zu schließen und um die Palette 105 zu greifen. Daher können andere Typen von Palettenhaltemitteln anstelle von den vorstehend erwähnten Palettenhaltemitteln 117 verwendet werden.
Obwohl die vorstehend erwähnte Ausführungsform den Motor 129 als den Antriebsmechanismus zum Bewegen der Transportbasis 123 verwendet, kann selbstverständlich ein anderer Typ eines Antriebsmechanismus verwendet werden. Beispielsweise kann eine Zylindereinrichtung verwendet werden. Der Motor kann ebenfalls an der Rahmenstruktur 115 angeordnet sein, um unter Verwendung einer Kette die Transportbasis 123 anzutreiben. Um die Rüttel- bzw. Schwingbewegung zu verringern, die durch die Trägheit einer Beschleunigung und Entschleunigung bewirkt wird, kann zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Antriebsmechanismus eine Beschleunigungssteuerung für die Bewegung der Transportbasis 123 ausgeführt werden.
Wie in 11 bis 13 gezeigt, kann die Werkstückträgerstruktur 15 weiterhin an der Seite des Palettentransportsystems 111 (oder an der Seite, die der Seite der Spindelträgerstruktur 13 gegenüberliegt) mit einem Gitter 131 bereitgestellt werden, um während die Werkstückträgerstruktur 15 rotationsindexiert wird, irgendeine Person daran zu hindern den Arbeitsraum zu betreten, um das bearbeitete Werkstück 89 zu überprüfen oder zu reinigen. Wird von der Werkstückträgerstruktur 15 der Rotationsindexierungsvorgang ausgeführt, dann kann beispielsweise ein Alarmlicht 133 aufleuchten oder ein Infrarotsensor oder dergleichen kann zwischen einem Gitterpaar 131 eingeschoben sein. Alternativ kann ein Druckdetektor an dem Boden des Arbeitsraums angeordnet sein, so dass der Rotationsindexierungsvorgang der Werkstückträgerstruktur 15, während sich eine Person in dem Arbeitsraum befindet, gehemmt werden kann. Die Sicherheit des Arbeiters kann daher, wenn er einen Vorgang in der Nähe der Werkstückträgerstruktur 15 ausführt, gewährleistet werden.
In dem, in 11 bis 13 gezeigten, Palettentransportsystem 111 wird das zwischen den zwei gegenüberliegenden Führungsmitteln 121 gestützte Palettenhaltemittel 117 als das Palettentauschmittel zum Transportieren und Halten der Palette 105 verwendet. Dieses Palettentauschmittel kann, wenn es lediglich zum Transportieren der Palette 105 verwendet wird, jedoch mit dem gewöhnlichen Palettentauscher von Krantyp des Standes der Technik ersetzt werden, welches aus einem Palettentauschmittel gestaltet ist, das von einem Führungsmittel hängt und gehalten wird.
14 zeigt das Palettentransportsystem 111, das weiterhin ein dreidimensionales Palettenmagazin 135 umfasst, um die Palette 105 mit dem Werkstück 89 dem in 11 bis 13 gezeigten Palettenstapler 113 zuzuführen und um die Paletten 105 zu lagern und Palettenübertragungsmittel 137, um die Palette 105 zwischen dem Palettenstapler 113 und dem dreidimensionalen Palettenmagazin 135 zu übertragen.
Das dreidimensionale Palettenmagazin 135 ist von dem Palettenstapler 113 beabstandet und weist eine dreidimensionale mehrstöckige Struktur auf, um so mehrere Aufbaupaletten 105 oder Paletten 105 mit einem daran angebrachten bearbeiteten Werkstück 89 zu lagern. Die auf den einzelnen Stockwerken gelagerten Paletten 105 werden an einem Schiebetisch 139 angeordnet.
Das Palettenübertragungsmittel 137 wird zwischen den Palettenstapler 113 und das dreidimensionale Palettenmagazin 135 eingeschoben und wird an dessen vier Ecken durch vier an dem Installationsbereich montierten Strahlelementen vertikal geführt, so dass es durch Antriebsmittel (nicht gezeigt) vertikal bewegt werden kann. Die Bewegung des Palettenübertragungsmittels 137 wird jedoch nicht auf die vertikale Richtung beschränkt, sondern kann, beispielsweise, an dem Installationsbereich in der horizontalen Richtung bewegt werden. Das Palettenübertragungsmittel 137 wird ebenfalls mit Palettenfördermitteln 141, wie beispielsweise angetriebenen Rollen bzw. Walzen bereitgestellt, um die Paletten 105 in und aus dem Übertragungsmittel 137 zu befördern.
Falls sich, wie in 14 gezeigt, zwei dreidimensionale Palettenmagazine 135 das Palettentransportsystem 111 teilen, die nebeneinander angeordnet sind, dann kann ein Übertragungsmittel dazu angepasst sein in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung bewegt zu werden. In diesem Fall kann das Palettenübertragungsmittel 137 als ein Transportwagen ausgebildet sein.
Ein flaches oder zweidimensionales Palettenmagazin kann mit dem Transportsystem anstelle des dreidimensionalen Palettenmagazins 135 kombiniert werden.
Wie in 14 gezeigt, wird darin der Fluss des Palettentauschs der Werkstückträgerstruktur 15 unter Verwendung des Palettentransportsystem 111 beschrieben werden, das die Palettentauschmittel einschließlich der Rahmenstruktur 115 und der Palettenhaltemittel 117 umfasst, den Palettenstapler 113, das Palettenübertragungsmittel 137 und das dreidimensionale Palettenmagazin 135.
Zuerst wird das Palettenübertragungsmittel 137 an ein bestimmtes Geschoss des dreidimensionalen Palettenmagazins 135 bewegt, so dass die Palette 105 mit dem daran angebrachten Werkstück 89, die in dem vorstehend erwähnten Geschoss gelagert wurde, durch das in dem Palettenübertragungsmittel 137 angeordnete Palettenfördermittel 141 auf das Palettenübertragungsmittel 137 befördert wird. Anschließend wird das Palettenübertragungsmittel 137 in Richtung des Palettenstaplers 113 (d.h. abwärts in der vertikalen Richtung in 14) bewegt, wobei die Palette 105 durch das Palettenfördermittel 141 in den Palettenstapler 113 befördert wird.
Falls der Palettenstapler 113 verwendet wird, um als die Aufbaustation zu funktioniert, wird der notwendige Aufbauvorgang an dem Palettenstapler 113 ausgeführt.
Anschließend hält das Palettenhaltemittel 117 die Palette 105 an dem Palettenstapler 113 und wird in Richtung der Werkstückträgerstruktur 15 entlang der Führungsmittel 121 der Rahmenstruktur 115 (siehe 11) bewegt.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Palette 105 möglicherweise schwingen oder sich neigen. Das Palettenhaltemittel 117 wird jedoch durch die Führungsmittel 121 an zwei Paaren gegenüberliegender Bereiche gestützt, so dass die Schwingbewegung und die Neigungen auf die Rotationen um eine Drehachse beschränkt werden, die sich zwischen den Stützpunkten des Palettenhaltemittels 117 erstreckt. Als Ergebnis kann das Werkstück 89 oder die Palette 105 verglichen mit dem gewöhnlichen Kran genau positioniert werden, der mehrachsige Schwingbewegungen oder Neigungen bewirken kann, da das Werkstück 89 oder die Palette 105 sich in einem hängenden Zustand befindet.
Erreicht das Palettenhaltemittel 117, wie in 11 gezeigt, die Position oberhalb der Werkstückträgerstruktur 15, dann wird diese Ankunft durch den vorstehend erwähnten Positionssensor detektiert und das Palettenhaltemittel 117 wird dazu veranlasst an dieser Position zu warten.
Anschließend wird, wie in 15A angezeigt, der Werkstück-Befestigungstisch 99 von der Rotationsposition um 90 Grad gedreht, an der die Palette 105 nicht an dem Werkstück-Befestigungstisch 99 angebracht ist, so dass eine Palettenbefestigungsoberfläche 103a zu dem horizontalen Zustand aufwärts gerichtet wird (siehe 12 und 15B). Zu diesem Zeitpunkt wird bevorzugt, dass die Rotation des Rotationsschafts 95 durch die Schaft-Verschlusseinrichtung 104 der Werkstückträgerstruktur 15 verschlossen wird.
Anschließend wird das Palettenhaltemittel 117 von der in 11 gezeigten Position abwärts bewegt, so dass die Palette 105, die durch das Palettenhaltemittel 117 gehalten wird, durch Öffnen der Arme 125 des Palettenhaltemittel 117 gelöst und an/auf der Palettenbefestigungsoberfläche 103a angeordnet wird. Das Werkstück 89 und die Palette 105, die durch das Palettenhaltemittel 117 gehalten werden, können um die Drehachse gekippt oder geneigt werden, die sich, wie vorstehend beschrieben wurde, zwischen den zwei Stützpunkten des Führungsmittels 121 erstreckt. Die Palette 105 kehrt jedoch zu dem horizontalen Zustand zurück, wobei sie durch Annähern bzw. Angrenzen an die an den horizontalen Zustand rotationsindexierte Palettenbefestigungsoberfläche 103a an der erwünschten Position angeordnet wird. Somit wird eine Wirkung erreicht, die darin besteht, dass die Palette 105 sehr genau an der Palettenbefestigungsoberfläche 103 positioniert werden kann. Es ist klar, dass die Wirkung durch Verschließen des Rotationsschafts 95, d.h. des Werkstück-Befestigungstischs 99 durch die Schaft-Verschlusseinrichtung 104, erhöht werden kann.
Nächstens wird, nachdem die Palette 105 durch das Palettensicherungsmitteln 106 an der Palettenbefestigungsoberfläche 103a lösbar angebracht wurde, der Werkstück-Befestigungstisch 99 gegen den Uhrzeigersinn um 90 Grad (siehe 13 und 15C) gedreht. In dieser Rotationsposition wird der Schaft-Verschlussstift der Schaft-Verschlusseinrichtung 104 der Werkstückträgerstruktur 15 in das Anti-Rotationsloch des Rotationsschafts 95 eingefügt, um den Rotationsschaft 95 zu verschließen. Die zwei Lokalisierungsstifte 102a der Lokalisierungsstifteinrichtung 102, da sie an der Basis 91 angebracht sind, werden nach oben verlängert, so dass sie einzeln in die Löcher 101a des Lokalisierungsarms 101, wie in der Seitenfläche des Werkstück-Befestigungstischs 99 ausgebildet, eingefügt werden, um die Rotation des Werkstück-Befestigungstischs 99 zu verhindern.
Der Werkstück-Befestigungstisch 99 wird somit an einer Rotation gehindert. Daher kann, auch wenn die Bearbeitung des Werkstücks 89 gestartet wird und die Spindelträgerstruktur 13 an dem Werkstück-Befestigungstisch 99 eine Kraft anbringt, ein Drehmoment erzeugt werden, wobei der Werkstück-Befestigungstisch 99 und das Werkstück 89 nicht um die Rotationsachse rotieren und das Werkstück 89 sehr genau bearbeitet werden kann.
Während das Werkstück 89 der Palette 105, die an der Palettenbefestigungsoberfläche 103a angebracht ist, durch Spindelträgerstruktur 13 bearbeitet wird, kehrt, wie in 13 gezeigt, das Palettenhaltemittel 117 zu dem Palettenstapler 113 zurück und hält die nächste Palette 105, wie für den vorstehend erwähnten Vorgang, und wartet an der, wie in der 11 angezeigten, Position oberhalb der Werkstückträgerstruktur 15 gemäß eines Vorgangs, der dem vorstehend beschriebenen ähnlich ist.
Ist die Bearbeitung des Werkstücks 89 beendet, dann wird der Werkstück-Befestigungstisch 99 im Gegenuhrzeigersinn um 90 Grad gedreht, so dass eine Palettenbefestigungsoberfläche 103b zu der oberen Seite nach oben gerichtet ist. Zu diesem Zeitpunkt fallen die an dem bearbeiteten Werkstück 89 angefügten Späne und die Schneideflüssigkeit herab. Anschließend wird das Palettenhaltemittel 117 von der in 11 angezeigten Position abwärts bewegt und die nächste Palette 105 wird an der Palettenbefestigungsoberfläche 103b (siehe 15D) in einer ähnlichen Weise, wie vorstehend erwähnt, lösbar angebracht. Danach wird der Werkstück-Befestigungstisch 99 im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht, um die Palettenbefestigungsoberfläche 103b zu der oberen Seite aufwärts zu richten, so dass der Eingriff durch das Palettensicherungsmitteln 106 gelöst wird, um die Palette 105 in einen lösbaren Zustand zu bringen/versetzen. Anschließend wird die Palette 105 mit dem daran angebrachten bearbeiteten Werkstück 89 von der Palettenbefestigungsoberfläche 103a (siehe 15E) durch die Palettenhaltemittel 117 entfernt.
Nachdem die Palette 105 mit dem daran angebrachten bearbeiteten Werkstück 89 entfernt ist, wird der Werkstück-Befestigungstisch 99 im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht, so dass die Palettenbefestigungsoberfläche 103b in die Position kommt, in der sie der Spindelträgerstruktur 13 (siehe 15F) gegenüberliegt. Anschließend wird die Bearbeitung des unbearbeiteten Werkstücks 89 der Palette 105 gestartet, die an der Palettenbefestigungsoberfläche 103b angebracht ist. Selbstverständlich wird, nachdem der Werkstück-Befestigungstisch 99 zu der, in 15F gezeigten, Rotationsposition rotationsindexiert wurde und bevor die Bearbeitung gestartet wird die Rotation des Werkstück-Befestigungstisch 99 durch die Lokalisierungsarme 101 und die Lokalisierungsstifteinrichtung 102 verhindert, wobei der Rotationsschaft 95 durch die Schaft-Verschlusseinrichtung 104, wie vorstehend beschrieben, verschlossen wird.
Durch das so vorbereitete aufzubauende Werkstück, das oberhalb des Werkstück-Befestigungstischs wartet, während ein anderes Werkstück bearbeitet wird, und durch Bereitstellen des rotationsindexierbaren Werkstück-Befestigungstischs mit den zwei Palettenbefestigungsoberflächen, können die Werkstücke (oder Paletten) in einer kurzen Zeit ausgetauscht werden, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine drastisch verbessert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurde, die in den begleitenden Zeichnungen aufgezeigt wurden, sind diese Ausführungsformen lediglich erläuternd, jedoch nicht beschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung sollte durch die beigefügten Ansprüche davon beschränkt werden, wobei Verbesserungen und Modifikationen ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen gemacht werden können.

11, 11', 11'': Werkzeugmaschinensystem
13: Spindelträgerstruktur
13': gestreckte Spindelträgerstruktur
15: Werkstückträgerstruktur
15': gestreckte Werkstückträgerstruktur
17: Spanauswurfmittel
19: Basis
19': gestreckte Basis
21: beweglicher Körper
23: Strahl
25: Bett
27: Säule
29: longitudinaler Raum
29': gestreckter longitudinaler Raum
31: Öffnung
33: X-Achsenschieber
35: Y-Achsenschieber
37: Z-Achsenschieber
39: Durchgangsöffnung
41a, 41b: Erstreckung
43: X-Achsenführung
45: Schiebelement
47: Bewegungsvorrichtung
49: Stator
51: X-Achsenführung
53: X-Achsenschieberelement
55: Kugelgewindespindel
57: Mutter
59: Z-Achsenführung
61: Z-Achsenschieberelement
63: Z-Achsenmotor
65: Nicht-Kontaktwischer
67: Nicht-Kontaktwischer
69: Kontaktwischer
71: Kontaktwischer
73: Spindelkopf
75: Spindel
77: Rotationsachse
79: Drehbasis
81: Drehmotor
83: Getriebe
85: C-Achsenmotor
87: Rotationsachse
89: Werkstück
91: Basis
93: Schaft-Trägermittel
95: Rotationsschaft
97: Rotationsachse
99: Werkstückbefestigungstisch
99': Werkstückbefestigungstisch
100: Indexierungsmotor
101: Lokalisierungsarm
101a: Bohrung
102: Lokalisierungsstifteinrichtung
102a: Lokalisierungsstift
102b: Blende
103, 103a, 103b, 103b: Palettenbefestigungsoberfläche
104: Schaft-Verschlusseinrichtung 104
105: Palette
106: Palettensicherungsmittel
107: Walze
111, 111': Palettentransportsystem
113: Palettenstapler
115: Rahmenstruktur
117: Palettenhaltemittel
119: mittel zum Erleichtern der Schiebebewegung
121: Führungsmittel
123: Transportbasis
125: Arm
127: Motor
129: Zylindereinrichtung
131: Gitter
133: Alarmlicht
135: dreidimensionales Palettenmagazin
137: Paletteübertragungsmittel
137': Laufwagen
139: Schiebetisch
141: Palettenbeförderungsmittel
143: Laufbahn

Claims

Werkzeugmaschine (11) zum Bearbeiten eines an einem Werkstück-Befestigungstisch (99) angebrachten Werkstücks (89) durch Bewegen einer Spindel (75) mit einem daran angebrachten Werkzeug in mit Bezug auf das Werkstück Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, worin die Werkzeugmaschine umfasst: eine Spindelträgerstruktur (13) einschließlich eines Spindelkopfs (73), der die Spindel (75) drehbar stützt; eine Werkstück-Trägerstruktur (15), die der Spindelträgerstruktur (13) gegenüberliegend angeordnet ist und einen Werkstück-Befestigungstisch (99) einschließt, der darauf angeordnet zwei gegenüberliegende Paletten-Befestigungsflächen (103) und Palettensicherungsmittel (106) aufweist, worin der Werkstück-Befestigungstisch (99) gestützt ist, um ein Rotationsindexieren um eine horizontale Achse, die sich in der Richtung der X-Achse erstreckt zu ermöglichen; und Rotationsindexierungsmittel (100, 101, 102, 104) zum Rotationsindexieren des Werkstück-Befestigungstisches (99) der Werkstück-Trägerstruktur (15) mit 90 Grad, damit die zwei gegenüberliegenden Palettenbefestigungsflächen in einer aufwärts gerichteten, horizontalen Position oder einer transversal gerichteten, vertikalen Position positioniert werden können, worin die Werkzeugmaschine (11) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spindelträgerstruktur (13) eine Basis (19) umfasst, die dazu angepasst ist, auf der Bodenoberfläche angeordnet zu sein und Führungen (43) aufweist, die sich auf den oberen und unteren Abschnitten davon in die Richtung entlang der X-Achse erstrecken, einen X-Achsenschieber (33), der entlang der Führungen (43) auf den oberen und unteren Abschnitten der Basis (19) geführt wird, um von einer zu der anderen Seite in der Richtung entlang der X-Achse bewegt zu werden, einen Y-Achsenschieber (35), der auf dem X-Achsenschieber (33) geführt wird, um in der Richtung entlang der Y-Achse aufwärts und abwärts bewegt zu werden, einen Z- Achseschieber (37), der auf dem Y-Achsenschieber (35) geführt wird, um in der Richtung entlang der Z-Achse vorwärts und rückwärts bewegt zu werden, worin die Basis (19) longitudinale Räume aufweist, die sich in der Richtung entlang der X-Achse erstrecken und sich nach unten in die oberen bzw. unteren Bereiche der Basis (19) öffnen, worin jeder der longitudinalen Räume darin eine Führung (43) aufnimmt, um den X-Achsenschieber (33) und X-Achsenzuführmittel (47, 49) zu führen und zu stützen, um den X-Achsenschieber (33) in der Richtung entlang der X-Achse zu bewegen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin das Rotationsindexierungsmittel einen Indexierungsmotor (100) zum Rotationsindexieren des Werkstück-Befestigungstisches (99) der Werkstück-Trägerstruktur (15) umfasst, erste Positionierungsmittel (104), die zum Positionieren des Werkstück-Befestigungstisches (99) mit dem Rotationsschaft (95) des Werkstück-Befestigungstisches (99) der Werkstück-Trägerstruktur (15) in Eingriff gebracht werden, einen Arm (101), der auf dem Werkstück-Befestigungstisch (99) der Werkstück-Trägerstruktur (15) angebracht ist, und zweite Positionierungsmittel (102), die zum Positionieren des Werkstück-Befestigungstisches (99) der Werkstück-Trägerstruktur (15) mit dem Arm in Eingriff gebracht werden.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin der Spindelkopf (73) an dem Z-Achsenschieber (37) fest angebracht ist oder angebracht ist, um in mindestens eine der Richtungen entlang der A-Achse, der B-Achse und der C-Achse drehbar zu sein.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin die Basis der Spindelträgerstruktur (13) eine gestreckte Basis (19') mit mehreren Basiseinheiten (19) umfasst, die entlang der X-Achse miteinander gekoppelt sind, worin die Basiseinheit eine bestimmte X-Achsen-Einheitslänge aufweist, und worin die Werkstück-Trägerstruktur eine gestreckte Werkstück-Trägerstruktur (15') umfasst, die mehrere Werkstück-Trägerstruktureinheiten (15) aufweist, die miteinander entlang der X-Achse gekoppelt sind, worin die horizontalen Achsen davon miteinander ausgerichtet sind, worin die Werkstück-Trägerstruktureinheit eine bestimmte X-Achseneinheitslänge aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin der X-Achsenschieber (33) der Spindelträgerstruktur (13) durch Linearmotoren (47, 49), die entlang der Führungen auf den oberen beziehungsweise unteren Bereichen der Basis (19) angeordnet sind, in der Richtung entlang der X-Achse angetrieben wird, und worin der Linearmotor einen Stator (49) und eine Bewegungsvorrichtung (47) einschließt, die an der Basis (19) und dem X-Achseschieber (33) jeweils gegenüberliegend angeordnet sind, so dass eine Anziehungskraft des Stators auf die Bewegungsvorrichtung die Belastung in der Schwerkrafts-Richtung, die auf die Führung des X-Achsenschiebers ausgeübt wird, verringert.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin Chip-Auswurfmittel (17) zwischen der Spindelträgerstruktur (13) und der Werkstück-Trägerstruktur (15) zum Ausgeben von Chips, die in dem Bearbeitungsbereich hergestellt wurden, aus dem Bearbeitungsbereich, angeordnet sind.
Verfahren zum Austauschen von Paletten in einer Werkzeugmaschine (11), die einschließt, eine Spindelträgerstruktur (13), die eine Spindel (75) aufweist, die in Bezug auf das Werkstück (89) in Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse bewegt werden kann, ein Werkstück-Befestigungstisch (99), der gegenüberliegend zu der Spindelträgerstruktur (13) angeordnet ist, und worin der Werkstück-Befestigungstisch (99) zwei Palettenbefestigungsflächen (103) aufweist und wodurch der Werkstück-Befestigungstisch (99) gestützt wird, damit die Palettenbefestigungsflächen (103) rotationsindexiert werden können, so dass die Palettenbefestigungsflächen (103) in einer aufwärts gerichteten, horizontalen Position positioniert werden können, wobei eine Palette mit einem daran angebrachten Werkstück (89) auf der Palettenbefestigungsfläche (103) ausgetauscht wird, oder in einer transversal ausgerichteten, vertikalen Position, wobei ein auf der Paletten befestigungsfläche angebrachtes Werkstück (89) durch die Spindelträgerstruktur (13) bearbeitet wird, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist: (a) Anbringen einer Palette (105) mit einem daran angebrachten Werkstück (89) auf einer Palettenbefestigungsfläche (103) des Werkstück-Befestigungstisches (99) aufweist, welche sich in der aufwärts ausgerichteten, horizontalen Position befindet; (b) Bearbeiten des Werkstücks (89), wobei die Palette (105) in der transversal ausgerichteten, vertikalen Position positioniert ist; (c) Anbringen einer anderen Palette (105), die ein anderes, daran auf der anderen Palettenbefestigungsfläche (103) des Werkstück-Befestigungstisches (99) angebrachtes Werkstück (89) aufweist, welche sich in der aufwärts ausgerichteten, horizontalen Position befindet, nachdem das Werkstückstück (89) bearbeitet ist; (d) Ausbauen der Palette (105) mit dem daran angebrachten, bearbeiteten Werkstück (89) von dem Werkstück-Befestigungstisch (99), wobei sich die Palette (195) in der aufwärts ausgerichteten, horizontalen Position befindet, und (e) Bearbeiten des anderen Werkstücks (89), wobei die andere Palette (105), die das andere, daran angebrachte Werkstück (89) aufweist, in der transversal ausgerichteten, vertikalen Position positioniert ist.