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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Genauer
ist der Gegenstand der Erfindung eine Werkzeugmaschine der Art,
die drei Achsen aufweist, wobei das Werkzeug, beispielsweise ein
einen Span entfernendes Werkzeug, wie beispielsweise ein Fräswerkzeug,
entlang eines Zuführungspfads
bei hoher Geschwindigkeit durch die Verwendung von Linearmotoren
bewegt wird.
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Das
Erfordernis, das mit dieser Art von Maschine zu erfüllen ist,
ist, erfolgreich zu sein beim Bewegen des Werkzeugs rasch und mit
hoher Beschleunigung, sogar von 0,5G, während gleichzeitig die Präzision der
maschinellen Bearbeitung, die auszuführen ist, garantiert wird.
Dies involviert die Notwendigkeit, eine Struktur aufzuweisen, die
so ausgelegt ist, daß sie
fest bzw. stark genug ist, um nicht während der maschinellen Bearbeitung
verdreht zu werden, und gleichzeitig starr zu sein in dem Sinn, nicht
entweder in Folge der Wirkung eines Betriebs der Motoren oder der
Wirkung der dynamischen Beanspruchungen bzw. Spannungen zu vibrieren
zu beginnen, die sich während
der maschinellen Bearbeitung entwickeln.
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Allgemein
umfassen diese Maschinen eine Säule,
die sich in einer vertikalen Richtung (Y Achse) erstreckt, wobei
die Säule
gleitend durch horizontale Führungen
(X Achse) eines Betts abgestützt
ist. Entlang der Säule
erstrecken sich vertikale Führungen, auf
welchen eine Sattellage bzw. -hal terung betätigbar verbunden und abgestützt ist.
Die oben erwähnte Sattellage
ist ihrerseits mit horizontalen Führungen ausgestattet bzw. versehen,
welche zum gleitenden Abstützen
eines Hauptsattels für
seine geführte
Bewegung entlang einer dritten Achse (Z Achse) dienen. Der Hauptsattel
dient dann, um eine Spindel für die
Bewegung des Werkzeugs abzustützen.
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Eine
Maschine, die die oben erwähnten Merkmale
aufweist, ist aus dem Dokument
US 5,368425 bekannt.
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Die
Werkzeugmaschine, auf die in US Patent 5,368425 Bezug genommen wird,
weist den Nachteil auf, daß das
oben erwähnte
Erfordernis nur durch die Verwendung einer sehr schweren und voluminösen bzw.
sperrigen Struktur auch hinsichtlich der Teile der dynamischen Struktur
davon, oder der Teile der Werkzeugmaschine erfüllt werden kann, welche während der
maschinellen Bearbeitung bewegt werden sollen, vor allem die Säule, die
die Y-Achse der Maschine darstellt bzw. bildet. Es ist offensichtlich,
daß das
Vorhandensein von großen
dynamischen Massen, die bei hohen Beschleunigungen zu bewegen sind,
ein äußerst unerwünschter
Nachteil ist, der signifikante bzw. merkliche Probleme hinsichtlich
des Designs und eines Dimensionierens der Teile der Werkzeugmaschine
einschließt
bzw. involviert. Tatsächlich
manifestiert sich dies in einem Anstieg der Kosten der Maschine
und einem Anstieg des Gesamtgewichts davon.
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Das
Problem, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert, ist jenes
eines Ersinnens bzw. Entwickelns einer Werkzeugmaschine des spezifizierten Typs,
welcher zuläßt, daß das oben
erwähnte
Erfordernis erfüllt
wird, während
gleichzeitig die Nachteile verhindert werden, die unter Bezug nahme
auf die Werkzeugmaschinen des Standes der Technik erwähnt worden
sind.
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Dieses
Problem wird durch eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Maschinenzentrum gemäß Anspruch
42.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Werkzeugmaschine und des Maschinenzentrums
gemäß der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung von einigen bevorzugten Ausführungsformen, die
durch ein nicht beschränkendes
Beispiel bereitgestellt sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
klar werden, in welchen:
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1 axonometrisch
eine Diagrammansicht einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung
illustriert;
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2 axonometrisch
ein Maschinenzentrum, enthaltend die Maschine in 1 illustriert;
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3 eine
Vorderansicht des Maschinenzentrums in 2 illustriert;
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4 eine
Seitenansicht des Maschinenzentrums in 2 illustriert;
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5 eine
Ansicht von oben des Maschinenzentrums in 2 illustriert.
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Unter
Bezugnahme auf die oben erwähnten Zeichnungen
ist eine Werkzeugmaschine als Ganzes durch 1 angegeben
bzw. angedeutet. Die Werkzeugmaschine 1 umfaßt ein Bett 2,
welches wenigstens eine Säule 3 abstützt, auf
welcher wenigstens eine Sattellage bzw. -halterung 4 gleiten
kann. In der Sattellage 4 ist bzw. wird ein Hauptsattel 5 vorgesehen, der adaptiert
ist, eine Spindel 6 für
die Bewegung eines Werkzeugs abzustützen.
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Das
Bett 2 definiert wenigstens eine erste Achse (X), die in
der Längsrichtung
zum Bett 2 angeordnet ist. Beispielsweise ist die erste
Achse (X) horizontal angeordnet. Mit der ersten Achse (X) ist die wenigstens
eine Säule 3 betätigbar derartig
verbunden, daß sie
durch das Bett nur durch eines ihrer Enden 7 abgestützt wird
und entlang der ersten Achse (X) geführt werden kann. Die wenigstens
eine Säule 3 erstreckt
sich weg von dem Bett 2, wobei sie eine zweite Achse definiert
(Y). Beispielsweise ist die zweite Achse (Y) orthogonal bzw. rechtwinkelig
zur ersten (X) und, insbesondere vertikal angeordnet. Die wenigstens
eine Sattellage 4 wird an der wenigstens einen Säule 3 abgestützt, um
entlang der zweiten Achse (Y) geführt zu werden. Die wenigstens eine
Sattellage ihrerseits definiert eine dritte Achse (Z), die beispielweise
orthogonal bzw. rechtwinkelig zur ersten und zweiten Achse (X, Y)
und, insbesondere horizontal angeordnet ist. Die Sattellage 4 stützt den
Hauptsattel 5 ab, so daß er entlang der dritten Achse
(Z) geführt
wird. Im Hauptsattel 5 ist bzw. wird die Spindel 6 so
aufgenommen, daß ihr
betriebsfähiges
bzw. betätigbares
Ende den Griffzapfen bzw. Fortsatz eines Werkzeugs aufnehmen kann
(1).
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Die
Achsen werden mittels Linearmotoren 8, 9 und 10 angetrieben,
um dem Werkzeug zu erlauben, das durch die Spindel abgestützt ist,
um jeden beliebigen Punkt eines Arbeitsvolumens der zur Maschine 1 gerichtet
ist und Abmessungen aufweist, die gleich den Hüben sind, die durch die Säule 3 ausgeführt werden
können,
durch die Sattellage 4 bzw. durch den Hauptsattel 5 entlang
einer ersten, zweiten und dritten Achse (X, Y und Z) zu erreichen.
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Vorteilhafterweise
umfaßt
die wenigstens eine Säule
eine Portalstruktur, die eine erste Schulter 11 aufweist,
die einer zweiten Schulter 12 gegenüberliegt. Die Schultern 11, 12 definieren
oder begrenzen ein Fenster 13, innerhalb welchem die Sattellage 4 angeordnet
ist, die betätigbar
mit der zweiten Achse (Y) verbunden ist.
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Zwischen
den Schultern 11, 12 und der Sattellage 4 sind
die Linearmotoren 9 zwischengelagert, welche die Bewegung
der Sattellage 4 entlang der zweiten Achse (Y) erlauben
und eine Wirkung bzw. einen Effekt einer Anziehung (a) der Schultern 11, 12 zu
der Sattellage 4 aufweisen.
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Zum
weiteren Vorteil weist die Säule 3 eine symmetrische
Struktur auf und ist mit identischen und gegenüberliegenden Linearmotoren 9 ausgestattet. Die
Linearmotoren 9 bewegen die Flanken der Sattellage, um
eine identische, aber entgegengesetzte Wirkung einer Anziehung (a)
der Schultern 11, 12 zur Sattellage 4 auszuüben. Mit
anderen Worten, sind bzw. werden sowohl die Säule 3 als auch die
Sattellage 4 einer Wirkung ausgesetzt, die insgesamt ausgeglichen
ist, welche nicht die strukturelle bzw. Struktursymmetrie der Portalsäule ändert, sondern
außergewöhnlich ihre
Robustheit und Steifigkeit erhöht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfaßt
das Bett 2 eine schachtelartige Struktur, die durch versteifende
bzw. Versteifungsrippen verstärkt
ist. Die schachtelartige Struktur ist vorteilhafterweise mit Material
gefüllt,
das für
ein Dämpfen
der Vibrationen geeignet ist, die durch die Bewegung der Maschine
und durch die maschinellen Bearbeitungstätigkeiten verursacht werden.
Beispielsweise ist die kasten- bzw. schachtelartige
Struktur des Betts 2 mit Polymerzement gefüllt. Die
schachtelartige Struktur des Betts 2 ist insbesondere durch
eine vordere Wand 14 begrenzt, die zum Arbeitsvolumen der
Werkzeugmaschine 1 gerichtet ist, und auch durch eine obere Wand 15,
die durch eine horizontale obere Oberfläche begrenzt ist, die Längskanten
bzw. -ränder
aufweist. Unten bzw. unterhalb ist das Bett 2 adaptiert, auf
einem Fundament bzw. einer Basis zu liegen bzw. zu stützen, an
welchem(r) es beispielsweise durch selbstnivellierende Bolzen 16 fixiert
ist (2, 3, 4).
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Integral
bzw. einstückig
mit der Oberfläche der
oberen Wand 15 ist ein Paar von linearen Führungen 17 vorgesehen,
die die erste der Achsen (X) definieren. Vorzugsweise sind die linearen
Führungen 17 des
Paars von Führungen
voneinander beabstandet. Insbesondere ist jede der linearen Führungen 17 am
Bett 2 in der Nachbarschaft zu ihren Längskanten fixiert. Gemäß einer
Ausführungsform
weist jede der linearen Führungen 17 einen
Querschnitt auf, der mit unterschnittenen Flanken versehen ist,
oder mit anderen Worten erneut eintretende Flanken weisen eine sich
zurücklehnende
V-Form auf. Die Flanken definieren Paare von Spuren für das Gleiten
von Kugeln oder vorzugsweise Walzen, die zueinander geneigte und
gekreuzte Normale aufweisen.
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Zwischen
dem Paar von linearen Führungen 17 sind
Gruppen von Statorelementen von Linearmotoren vorgesehen, beispielsweise
Gruppen von Permanentmagneten. Vorteilhafterweise bilden die Gruppen
von Statorelementen Statorelemente eines Paars von Linearmotoren,
die zwischen beabstandeten linearen Führungen 17 angeordnet
sind, um ein Traktions- bzw.
Zugbett zu bilden bzw. darzustellen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Linearmotoren des Paars Seite an Seite miteinander bzw. nebeneinander
angeordnet, und decken beispielsweise im wesentlichen den gesamten
Abstand ab, der zwischen den linearen Führungen vorgesehen ist. Insbesondere
sind die Linearmotoren des Paars von Linearmotoren angeordnet, um
miteinander elektromagnetisch ausgerichtet zu sein bzw. zu werden, mit
anderen Worten, um auf die Säule
eine Wirkung auszuüben,
welche in der Richtung der Achse (X) ausgeglichen und ausgerichtet
ist, wobei die Entwicklung von Stößen auf die Säule vermieden
oder beschränkt
wird, um beispielsweise Reaktionen quer zu den linearen Führungen
zu verursachen.
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Die
linearen Führungen 17,
die die erste Achse (X) definieren, weisen mit ihnen assoziiert
gleitende bzw. Gleitblöcke 18,
integral mit einem Schlitten 19 auf. Der Schlitten 19 ist
mit einer oberen Oberfläche,
einer unteren Oberfläche,
die zum Bett 2 gerichtet ist, Längskanten bzw. -rändern, die
entlang der ersten Achse (X) ausgerichtet sind, und Querkanten,
beispielsweise orthogonal zur ersten Achse (X) versehen. Vorteilhafterweise
sind die Gleitblöcke 18 für ihre Bewegung
entlang der Führungen 17 ohne Spiel
vorbelastet. Zum weiteren Vorteil sind die Gleitblöcke Gleitblöcke mit
rezirkulierenden Walzen beispielsweise des geschmierten Typs, die
auf die Spuren bzw. Bahnen der linearen Führungen 17 des Betts 2 wirken.
Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Gleitblöcke 18 vier
in der Zahl und unterhalb und in der Nachbarschaft zu den Scheiteln
des Schlittens 19 angeordnet.
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Unter
dem Schlitten und zu den Gruppen der Statorelemente des Betts 2 gerichtet
sind Gruppen von angetriebenen Elementen von Linearmotoren vorgesehen,
vorteilhafterweise ein Paar von Gruppen von angetriebenen Elementen,
beispielsweise Gruppen von Spulensätzen. Das Paar von Gruppen von
angetriebenen Elementen ist betätigbar
mit dem Paar von Gruppen von Statorelementen gekoppelt, um den Schlitten
entlang der linearen Führungen 17 zu
bewegen, die die erste Achse (X) definieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind erste Gruppen von angetriebenen Elementen, die ein Element
eines ersten Linearmotors bilden, längsseits einer zweiten Gruppe
von angetriebenen Elementen angeordnet, die einen zweiten Linearmotor
bilden bzw. darstellen. Die erste und zweite Gruppe von angetriebenen
Elementen sind elektromagnetisch miteinander ausgerichtet, um auf
die Säule
die oben beschriebenen ausgeglichenen und ausgerichteten Wirkungen
auszuüben.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können die
angetriebenen Gruppen unter dem Schlitten so angeordnet sein, um
in der Richtung der Achse (X) einstellbar zu sein, um die Wirkung
der Linearmotoren auf die Säule
auszurichten. Beispielsweise ist wenigstens einer der Spulensätze des
ersten oder zweiten Linearmotors mit dem Schlitten durch Bolzen verbunden,
die in Schlitzen aufgenommen sind, welche sich in der Richtung der
Achse (X) erstrecken. Infolge der Bereitstellung der einstellbaren
Verbindungen ist es möglich,
die elektromagnetische Wirkung auszurichten, die durch die Linearmotoren
erzeugt wird, die Seite an Seite bzw. nebeneinander auf Kosten der
geometrischen Ausrichtung davon angeordnet sind.
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Die
Gruppen von Spulensätzen
bzw. -packungen sind betätigbar
mit einer Antriebsvorrichtung 20 verbunden, die durch eine
Regel- bzw. Steuereinheit 21 geregelt bzw. gesteuert wird.
Vorteilhafterweise wird der Antrieb auf eine geregelte bzw. gesteuerte
Art und Weise auch infolge einer Reihe von Feedbacks- bzw. Rückkopplungen,
beispielsweise im Strom und in der Geschwindigkeit als auch in der Position
betrieben bzw. betätigt.
Insbesondere wird die Positionsrückkopplung
mittels der betriebsfähigen
Verbindung der Regel- bzw. Steuereinheit 21 mit einem Positionswandler
bzw. -transducer 22, wie beispielsweise einem linearen
Positionswandler, beispielsweise des magnetischen, optischen (optische Lehre)
oder Lasertyps bewirkt. Der Wandler 22 ist beispielsweise
am Bett in der Nachbarschaft der Linearführungen 17 vorgesehen
bzw. zur Verfügung gestellt
(2).
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Transversal
bzw. quer zur ersten Achse (X), erheben sich vom Schlitten 19 weg
vom Bett 2 und vorzugsweise in einer vertikalen Richtung
die zwei Schultern 11, 12 nach oben, welche identisch
zueinander und einander gegenüberliegend
sind. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Schultern 11, 12 längsseits der Längskante
des Schlittens, der zum Arbeitsvolumen der Werkzeugmaschine 1 gerichtet ist.
Die Schultern 11, 12 sind an der Rückseite
infolge der Bereitstellung von Rippen oder verstärkenden Platten verstärkt, welche
ein Ende der Schultern, welches am Schlitten fixiert ist, oder eine
Basis der Schultern mit dem Schlitten selbst verbinden. Weiterhin
sind Rippen oder verstärkende
Platten auch vorgesehen, welche außerhalb der Schultern 11, 12 einander
gegenüberliegend
und in der Richtung der ersten Achse (X) für eine weitere Reaktion für die Beanspruchungen
bzw. Spannungen angeordnet sind, die auf die Schultern durch die Beschleunigung
des Schlittens in der Richtung der ersten Achse (X) verursacht bzw.
induziert werden. Die Enden der Schultern 11, 12 entfernt
vom Bett 2, oder freie Enden der Schultern sind fest miteinander
mittels eines Quer- bzw. Kreuzglieds 23 fixiert, welches
mit den Schultern 11, 12 die Portalsäule 3 definiert.
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Zusammen
mit dem Schlitten 19 bilden die Schultern 11, 12 und
das Kreuzglied 23 eine geschlossene Struktur, die einen
symmetrischen Ring mit parallelen gegenüberliegenden Seiten definiert. Die
Portalsäule 3 begrenzt
das Fenster 13, innerhalb welchem die Sattellage bzw. -halterung 4 angeordnet ist.
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Die
Struktur der Schultern 11, 12 und des Kreuzglieds 23 ist
vorteilhafterweise vom kasten- bzw. schachtelartigen Typ, welcher
vorzugsweise mit zellenartigen inneren Verstärkungen ausgestattet bzw. versehen
ist. Gemäß einer
Ausführungsform umfaßt die schachtelartige
Struktur eine Schale von dünnem
metallischem Material, welches Rippen oder eine selbstabstützende Struktur
mit verstärkenden Prallflächen als
auch ein Rahmenwerk enthält.
Vorteilhafterweise sind die Räume,
die durch die schachtelartige Struktur begrenzt sind, mit dämpfendem
Material gefüllt,
welches gleichzeitig leicht ist, wie beispielsweise Polymerharz,
in welches leichte, starre Füllmittel
eingebettet sind.
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Die
Seite der Schultern, welche zum Fenster 13 gerichtet ist,
wird durch zueinander gerichtete Wände 24 begrenzt, die
Längskanten
aufweisen, die beispielsweise vertikal angeordnet sind. An jeder
der zueinander gerichteten bzw. gegenüberliegenden Wände 24 ist
ein Paar von Linearführungen 25 vorgesehen,
die einander gegenüberliegend
sind. An jeder der Schultern 11, 12 sind die Führungen 25 des Paars
von Linearführungen
angeordnet, um voneinander beabstandet zu sein, beispielsweise in
der Nachbarschaft der Längskanten
der gegenüberliegenden
Wände 24.
Die gegenüberliegenden
Paare von Linearführungen 25 definieren
die zweite der Achsen (Y Achse). Die zweite Achse ist vorteilhafterweise
orthogonal bzw. rechtwinkelig zur ersten Achse (X) und ist beispielsweise
vertikal. Analog zu den Linearführungen 17,
die die erste Achse (X) definieren, weist jede der Führungen 25 der
Säule 3 einen Querschnitt
auf, der mit unterschnittenen Flanken, oder mit anderen Worten mit
erneut eintretenden Flanken versehen ist, die eine liegende V-Form
aufweisen. Die Flanken definieren Paare von Spuren bzw. Bahnen für das Gleiten
von Kugeln oder, vorzugsweise Walzen, die geneigte und gekreuzte
Normale aufeinander aufweisen.
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An
jeder der zueinander gerichteten Wände 24 sind Gruppen
von Statorelementen von Linearmotoren 9, beispielsweise
Spulensätze
bereitgestellt. Die Gruppen sind zwischen den Führungen 25 der Paare
von Linearführungen
der Schultern 11, 12 angeordnet, um zueinander
gerichtet zu sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die zueinander gerichteten Gruppen von Statorelementen einstellbar
mit den Wänden
verbunden, um imstande zu sein, die Wirkung auszurichten, die durch
die Linearmotoren auf die Sattellage ausgeübt wird.
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Die
Führungen 25 der
Säule 3,
die die zweite Achse (Y) definieren, weisen assoziiert mit ihnen Gleitblöcke 26 integral
mit der Sattellage 4 auf. Gemäß einer Ausführungsform
umfaßt
die Sattellage 4 eine schachtelartige symmetrische Struktur,
die mit Flanken versehen ist, die zu den Schultern 11, 12 gerichtet
sind. Insbesondere umfaßt
die schachtelartige Struktur einen geschlossenen Querschnitt, welcher im
Inneren einen Support bzw. eine Abstützung und einen Führungssitz
für den
Hauptsattel 5 definiert. Der Sitz bildet eine Durchgangsöffnung,
die durch eine polygonale Schale begrenzt wird, die Oberflächen aufweist,
welche vorzugsweise horizontal und transversal zur ersten und zweiten
Achse (X, Y) sind. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Gleitblöcke 26 in
der Nachbarschaft der acht Scheitel der schachtelartigen Struktur
vorgesehen, um mit den jeweiligen Linearführungen 25 der zueinander
gerichteten Paare der Führungen
der Schultern 11, 12 assoziiert bzw. verbunden
zu sein. Die Gleitblöcke 26 sind
vorbelastet und von der Art mit rezirkulierenden geschmierten Walzen,
und weisen Merkmale bzw. Eigenschaften analog zu den oben für das Koppeln
der Gleitblöcke 18 mit
den Führungen 17 beschriebenen auf,
die die erste Achse (X) definieren.
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Assoziiert
mit den Flanken der Sattellage 4 sind Gruppen von angetriebenen
Elementen von Linearmotoren 9, beispielsweise Permanentmagnete vorgesehen.
Die Gruppen von angetriebenen Elementen sind betätigbar mit den Gruppen von
Statorelementen gekoppelt, die auf den Schultern 11, 12 vorgesehen
sind. Wie für
die Linearmotoren 8 der ersten Achse (X), wird das Paar
von Motoren, die mit den Flanken der Sattellage 4 assoziiert
bzw. verbunden sind, auch in einer geregelten bzw. gesteuerten Art
und Weise mittels eines Antriebs 20 betrieben, der durch
eine Regel- bzw. Steuereinheit 21 geregelt bzw. gesteuert
wird. Insbesondere werden die Linearmotoren 9, die auf
die Flanken der Sattellage 4 wirken, so betrieben bzw.
betätigt,
um miteinander für eine
Bewegung der Sattellage 4 entlang der Führungen 25 der zweiten
Achse (Y) synchronisiert zu sein.
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Analog
zur ersten Achse (X) werden der Antrieb 20 und die Regel-
bzw. Steuereinheit 21 der Linearmotoren 9 mit
Rückkopplung
betrieben bzw. betätigt,
insbesondere mit einem Sattellage-Positionswandler, beispielsweise
einem Linearwandler vom magnetischen, optischen 27 oder
Lasertyp (2).
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Mit
der Sattellage 4 ist vorteilhafterweise eine Vorrichtung
zum Ausgleichen ihres Gewichts verriegelt, beispielsweise eine Vorrichtung
mit einem ausbalancierenden bzw. ausgleichenden Zylinder und Kolben
mit hydraulischem oder pneumatischem Antrieb.
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Assoziiert
mit der polygonalen Schale, die den Sitz für den Hauptsattel 5 begrenzt,
sind Gleitblöcke 28 vorgesehen.
Vorzugsweise sind Paare von Gleitblöcken 28 an den acht
Scheiteln der polygonalen Schale vorgesehen. Mit anderen Worten
sind sechzehn Gleitblöcke 28 mit
beiden Wänden
assoziiert bzw. verbunden, die die acht Scheitel der polygonalen
Schale begrenzen. Analog zu der ersten und zweiten Achse (X, Y)
sind die Gleitblöcke 28 vorbelastbar
und beispielsweise mit einer Rezirkulation von geschmierten Walzen.
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Zwischen
den Gleitblöcken 28 und
bei bzw. an jeder Wand der polygonalen Schale sind Gruppen von Statorelementen
von Linearmotoren 10 vorgesehen.
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Im
inneren bzw. internen Sitz der schachtelartigen Struktur der Sattellage 4 ist
der Hauptsattel 5 derartig aufge nommen, daß vier Paare
von Linearführungen 29,
die am Hauptsattel 5 fixiert sind, mit den acht Paaren
von Gleitblöcken 28 der
Sattellage 4 assoziiert sind, um die dritte Achse (Z) zu
definieren.
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Der
Hauptsattel 5 umfaßt
eine schachtelartige Struktur, die eine polygonale äußere Oberfläche und
einen vorderen Abschnitt aufweist, der zum Arbeitsvolumen der Werkzeugmaschine 1 gerichtet
ist. Die Linearführungen 29 sind
an der äußeren polygonalen
Oberfläche
so fixiert, um voneinander beabstandet zu sein, beispielsweise in
der Nachbarschaft der Längskanten
des Hauptsattels 5, um zwischen ihnen Gruppen von angetriebenen
Elementen von Linearmotoren 10 aufzunehmen, die am Hauptsattel 5 derartig
fixiert sind, um betätigbar
mit den Gruppen von Statorelementen, die in der Sattellage vorgesehen
sind, zur Bewegung des Hauptsattels entlang der Führungen 29 gekoppelt
zu sein, die die dritte Achse (Z) definieren.
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Betreffend
die Linearmotoren 8, 9 der ersten und zweiten
Achse (X, Y) sind die vier Motoren, die mit der polygonalen äußeren Oberfläche des
Hauptsattels 5 assoziiert sind, auch einstellbar mit der Oberfläche verbunden,
um die Wirkungen auszurichten, die durch die Linearmotoren auf den
Hauptsattel 5 ausgeübt
werden. Die Motoren werden weiterhin in einer geregelten bzw. gesteuerten
Art und Weise mittels eines Antriebs 20 betrieben, der
durch eine Regel- bzw. Steuereinheit 21 betätigt wird.
Insbesondere werden die Linearmotoren 10, die auf den Hauptsattel 5 wirken,
betrieben bzw. betätigt,
um miteinander für
eine Bewegung des Hauptsattels 5 entlang der Führungen 29 der
dritten Achse (Z) synchronisiert zu sein. Analog zur ersten und
zweiten Achse (X, Y) werden der Antrieb 20 und die Regel-
bzw. Steuerein heit 21 für
die Linearmotoren 10 mit Rückkoppelung betrieben, insbesondere
mit einem Hauptsattel-Positionswandler, beispielsweise einem Linearwandler
des magnetischen, optischen oder Lasertyps.
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Der
Hauptsattel 5 umfaßt
fest die Spindel 6, die für die geregelte bzw. gesteuerte
Bewegung einer Werkzeugmaschine adaptiert ist. Die Spindel 6 ist fest
am Hauptsattel fixiert, so daß sich
das betriebsfähige
Ende davon vom vorderen Abschnitt des Hauptsattels erstreckt, der
in das Arbeitsvolumen vorragt.
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Mit
anderen Worten erreicht infolge des Antriebs, der in einer geregelten
bzw. gesteuerten Art und Weise betrieben bzw. betätigt wird,
der Linearmotoren, die mit den drei Achsen (X, Y, Z) verriegelt sind,
der Hauptsattel mit seinem vorderen Abschnitt eine oben definierte
Position des Arbeitsvolumens der Werkzeugmaschine 1, folgend
der gewünschten Flugbahn
und des Gesetzes einer Bewegung (Zeitgesetz).
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Aus
den Zeichnungen ist es weiterhin möglich, ein Maschinenzentrum,
enthaltend eine Werkzeugmaschine 1 des oben beschriebenen
Typs (2, 3, 4 und 5)
wahrzunehmen bzw. zu beobachten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist die Werkzeugmaschine 1 assoziiert mit ihr eine Rahmenstruktur 30 auf,
welche eine freie Bewegung der Maschine entlang ihrer Achsen (X,
Y, Z) erlaubt und es gleichzeitig möglich macht, mit Maschinenservicevorrichtungen
zu verriegeln, wie beispielsweise einer Werkzeugtauschvorrichtung 31,
für einen
schnellen und automatischen Ersatz des Werkzeugs, das durch die
Spindel 6 getragen wird, als auch eine automatische Vorrichtung
für ein
Zuführen
der Werkzeuge zur Werkzeugtauschvorrichtung, die betätigbar mit
einem Werkzeugmagazin verbunden ist. Die Rahmenstruktur macht es
weiterhin möglich,
mit der Werkzeugmaschine 1 eine Schneidfluidzufuhrvorrichtung
als auch eine Spanentfernungsvorrichtung zu verriegeln. Insbesondere
macht es die Rahmenstruktur möglich,
Platten bzw. Paneele bzw. Tafeln abzustützen bzw. zu tragen, welche
Schutzbarrieren bilden, die die Maschine und ihr Arbeitsvolumen einschließen bzw.
umgeben.
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Aus
dem Obigen wird erkannt bzw. geschätzt werden, wie die Säule mit
einer Portalstruktur zu versehen ist, innerhalb welcher die Sattellage
abgestützt und
geführt
wird, zusammen mit der Bereitstellung von Linearmotoren, welche
zwischen Schultern der Säule
und Flanken der Sattellage zwischengelagert sind, wobei eine Wirkung
bzw. ein Effekt einer Anziehung der Schultern zu der Sattellage
erzeugt wird, was erlaubt, daß die
Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.
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Vorteilhafterweise
macht es die Wechselwirkung der Portalstruktur und der Anziehungswirkung der
Linearmotoren möglich,
eine Werkzeugmaschine und ein Maschinenzentrum von niedrigem Gewicht und
Masse herzustellen, während
ein gleiches Arbeitsvolumen beibehalten wird. Insbesondere macht es
die vorgeschlagene Lösung
möglich,
eine leichte Struktur zu erhalten, welche außergewöhnlich robust und starr bzw.
steif zu dem Punkt ist, Beschleunigungen der Achsen sogar größer als
1G beispielsweise von 1G bis 2G und vorzugsweise von 1,1G zu erlauben.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt in ihrer ungewöhnlichen
strukturellen Einfachheit, was es möglich macht, die Maschine und das
Maschinenzentrum bei beschränkten
Kosten herzustellen und auch einen leichteren Zusammenbau der Maschine
zu erhalten.
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Zum
besseren Verständnis
der vorgeschlagenen Lösung
wird Betonung auf die Einfachheit einer Regelung bzw. Steuerung,
oben beschrieben, der Bewegung der Achsen (X, Y, Z) und insbesondere
der ersten Achse (X) gelegt. Die vorgeschlagene Lösung macht
es möglich,
eine Säule
von besonderer Robustheit und Starrheit bzw. Steifigkeit zu erhalten,
welche beim Stand der Technik nur durch die viel komplizierteren
bekannten Herstellungstechniken, wie beispielsweise ein Rollengerüst bzw.
Montageturm erhalten werden kann, wo die Säule von beiden Enden abgestützt und
geführt
wird. Mit der vorgeschlagenen Lösung
ist es möglich,
einen hohen Grad an Robustheit und Starrheit bzw. Steifigkeit zu
erhalten, während
die komplexe und kostspielige Aufgabe eines Abstützens und synchronen Bewegens
der zwei Enden der Säule
vermieden wird.
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Vorteilhafterweise
erlaubt die Bereitstellung zwischen der Säule und dem Bett von vorbelasteten Walzenführungen
und eines Betts von Linearmotoren eine Verbindung zwischen dem Letzteren,
welches starr bzw. steif ist und gleichzeitig zu raschen Antworten
auf Bewegungsbefehle fähig
ist, die durch den Antrieb erteilt werden (erhöhte Bereitschaft bzw. Schnelligkeit).
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Ein
Fachmann auf dem Gebiet kann, um ein Kontingent bzw. einen Beitrag
und spezifischen Erfordernisse zu erfüllen, auf die bevorzugte Ausführungsform
der Werkzeugmaschine, die oben beschrieben ist, viele Modifikationen,
Adaptionen und Ersetzungen von Elementen mit anderen funktionell äqui valenten
Elementen anwenden, ohne dadurch vom Umfang bzw. Bereich der folgenden
Ansprüche abzuweichen.