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WO2018033605A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

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Publication number
WO2018033605A1
WO2018033605A1 PCT/EP2017/070878 EP2017070878W WO2018033605A1 WO 2018033605 A1 WO2018033605 A1 WO 2018033605A1 EP 2017070878 W EP2017070878 W EP 2017070878W WO 2018033605 A1 WO2018033605 A1 WO 2018033605A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
workpiece carrier
machine tool
coupling
tool according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/070878
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha Jaumann
Ralf WERNI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH filed Critical Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Publication of WO2018033605A1 publication Critical patent/WO2018033605A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
    • B23Q1/5406—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only a single rotating pair followed perpendicularly by a single rotating pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
    • B23Q1/5468—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only a single rotating pair followed parallelly by a single rotating pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/64—Movable or adjustable work or tool supports characterised by the purpose of the movement
    • B23Q1/66—Worktables interchangeably movable into operating positions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q7/00—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
    • B23Q7/02—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting by means of drums or rotating tables or discs

Definitions

  • the invention relates to a machine tool according to the preamble of
  • Machine tools or machining centers for machining workpieces in series production usually have workpiece carriers on which the workpieces to be machined are stretched.
  • workpiece carriers on which the workpieces to be machined are stretched.
  • such workpieces can be arranged outside of the machining center on workpiece pallets, so that only the already loaded pallets must be changed when changing the workpiece, the clamping system of the pallet essentially independent of the piece is.
  • a problem with such a pallet change remains that comparatively much time passes until the pallet with the machined workpiece has moved out of the working space and the pallet with the workpiece to be machined is moved from the loading place into the working space.
  • the workpiece carriers are held on the drum-like changing device, with rotary axes of the workpiece carriers and their drives are held on a drum-like carrier of the changing device.
  • two drives are thus assigned to each workpiece carrier and mounted on the drum-like changing device. Accordingly, when using two workpiece carriers, a total of four drives for the A rotary axes are held on the drum-type carrier of the changing device.
  • At least one rotary table which can be adjusted around a B rotary axis is mounted on each workpiece carrier on which the workpieces to be processed are clamped.
  • the device-technical effort for the changing device is further increased.
  • the power flow in such solutions unfavorable over the or the rotary tables in the working space in the bridge and from there via the drive of the A-axis in the carrier of the changing device and then continue on the mounting of the pivot axis in the machine frame in the direction of the tool side machine stand / -gestive.
  • the invention has for its object to provide a machine tool or a machining center, in which with improved flow of power device complexity is reduced. This task is performed by a machine tool with the characteristics of
  • the machine tool according to the invention has a changing device - also called double reversing vice - for workpieces and at least one along linear guides movable tool spindle, which are mounted on a machine frame / machine stand.
  • the changing device has one, preferably at least two workpiece carriers, which are held on a support. This is pivotable about a pivot axis by means of a pivot drive in order to pivot a workpiece carrier from a working space into a loading space or a workpiece carrier from the loading space into the working space.
  • the at least one workpiece carrier is pivotable about a rotary axis (A) by means of a workpiece carrier drive.
  • the tool carrier drive is mounted approximately on the working space side in the machine frame and can be connected in a rotationally fixed manner to the respective work space side workpiece carrier via a mechanical interface / coupling.
  • both workpiece carriers are each provided with a workpiece carrier drive, although only one of these drives is required in the working space, while the second drive arranged in the loading space has no function or is at most activated for positioning during loading.
  • the number of drives required is thus significantly lower in the solution according to the invention than in the prior art, so that both the use of material and the space required due to the saving of the second workpiece carrier drive is significantly reduced.
  • less torque is required for the pivoting of the workpiece carrier bearing torque, since a workpiece carrier drive is eliminated.
  • the workpiece carrier drive is mounted in the machine frame, the power flow described above is significantly improved, since the force is introduced from the workpiece carrier directly on the workpiece carrier drive in the machine frame - the burden of the carrier or the changing device is thus compared to the conventional solutions clearly reduced.
  • a further advantage of the solution according to the invention is that a direct transfer of impacts from the loading side to the working space side on which the precision machining takes place is achieved by the direct coupling into the machine frame. is avoided. Such impacts can be done, for example, from manual or automated loading and would thus affect the accuracy or surface quality of the processing.
  • the power flow within the machining center is further optimized if the workpiece carrier drive is designed as a gantry drive with drives arranged on both sides on the rotary axis of the workpiece carrier. These drives are each designed with a clutch in the above sense, via which the power flow can be made or interrupted by the two drives to the workpiece carrier.
  • the coupling has a arranged on the workpiece carrier coupling head with a radially extending or parallel thereto coupling surface and a drive-side, for example, on a spindle of the drive arranged, coupling piece which has a complementary to the coupling surface formed driving surface.
  • the coupling is designed such that the two abovementioned surfaces can preferably be brought into their coupling position in the tangential direction (that is, transversely to the axis) or in the axial direction of the rotary axle.
  • the coupling / interface for coupling the workpiece carrier is preferably located on a spindle of the workpiece carrier drives.
  • an axial Ankoppel Gay may be advantageous - but this then requires an axial movement of the anvil.
  • the coupling / interface for coupling the workpiece carrier is preferably located on a spindle of the workpiece carrier drives. This interface is designed in such a way that the coupling process takes place via a movement tangential to the changing device.
  • the frictional connection is preferably via coupling elements which extend transversely to the plane of the coupling surface and the driving surface.
  • These coupling elements can be designed, for example, as zero point clamping systems or clamping cones.
  • the workpiece carrier has at least one potted on this rotary table, which is rotatable about a further rotary axis (B rotary axis) by means of a rotary table drive.
  • the machine tool / the machining center is designed to be particularly flexible when the rotary table is designed modular, so that it can be driven without any structural change with different rotary table drives, such as a servo motor with gear or a torque motor. These both preferably engage from the same side on the rotary table or more precisely on the workpiece-carrying module of the rotary table.
  • a "rotary table” can also be used as a workpiece carrier drive.
  • the structure of the machine tool is particularly compact when the changing device is formed with a drum-like carrier and has two end-side drum walls in which the rotary axes (A-axis) of the workpiece carrier are mounted.
  • the carrier also has a pivot axis which is supported on the machine stand.
  • the aforementioned pivotal drive acts on the drum wall, so that due to the large diameter of the drum, a pivot drive with low power is sufficient to transmit a high torque to the carrier.
  • the torsional rigidity can be relatively easily realized due to the large difference in diameter between the drum and the rotary actuator.
  • the power flow can be further uniform, even if the rotary actuator is designed as a gantry drive.
  • the pivot drive has a gear, which is preferably designed as a traction mechanism or as a hollow shaft gear.
  • a traction device can wrap around a drum wall in the region of the largest diameter.
  • a drive pinion in operative connection with the traction means is mounted on a drive shaft. It is particularly preferred if each drum wall, a traction means and a drive pinion are assigned net, which is rotatably connected to the drive shaft. The latter is then
  • Such a traction mechanism can be, for example, a chain drive, a toothed belt drive, a flat belt drive, a V-belt drive, a gear drive or the like.
  • the drive By driving the drum-like carrier via two traction means and two drive pinions, which are driven by a common continuous drive shaft, the drive acts on two sides, so that no action must be taken to - to absorb the torsion on the opposite side - as in a one-sided drive - This would require a very torsionally rigid support.
  • the rigidity of the machine tool can be further increased if the workpiece carrier drive, the pivot axis and the drive shaft each extend in the region between two frame side walls on which these components are mounted. That the forces resulting from these drives are introduced directly into the machine frame in this solution, with the stiffness is optimized by suitable design of the two frame side bolsters.
  • the energy supply to the workpiece carriers is preferably via permanently connected energy chains, so that no docking is required.
  • further media traces can also be formed via a docking.
  • the docking preferably takes place outside the working space. Due to the modular design of the changing device (double reversing vice), it can be flanged to the machine stand / machine frame without significant conversions from the front, ie from the loading space / loading point.
  • the machining accuracy by means of the machine tool / machining center can be further improved if an indexing unit for indexing during pivoting and docking / coupling is associated with the pivot axis or the changing device.
  • an indexing unit for indexing during pivoting and docking / coupling is associated with the pivot axis or the changing device.
  • To compensate for, for example, caused by temperature changes of the workpiece carrier can be performed with an X and / or Y compensation.
  • the drive of the workpiece carrier is preferably biased. This can be done, for example, that the workpiece carrier is made with bias and this bias is then compensated by the rotary axis drive.
  • the drives for the axes described can be biased so that a backlash-free transmission of the drive torque is ensured on the respective axis.
  • Figure 1 is a three-dimensional schematic diagram of a processing center according to the invention.
  • FIG. 2 shows a machine frame of the machine tool according to FIG. 1 with a double-turn clamp
  • FIGS. 3a and 3b show three-dimensional views of the double clamp according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows the double reversing vice from FIGS. 2 and 3 in a detail view
  • FIGS. 5a and 5b show a drive of the double-turn vice according to FIGS. 2 to 4;
  • FIG. 6 shows a workpiece carrier of the double-turn tensioner according to FIGS. 1 to 5, with a bridge;
  • FIGS. 7a, 7b show a drive of an A-axis for pivoting a bridge according to FIG. 6;
  • FIGS. 8a, 8b show a round table of the bridge according to FIG. 6;
  • FIG. 9 shows an alternative pivoting drive of the double-turn vice of a machine tool according to FIG. 1;
  • Figure 10 shows a way to bias a workpiece carrier according to Figure 6;
  • Figure 1 1 is a concept for compensating for changes in the length of the bridge in the X direction (X compensation) and Figure 12 is a concept for a compensation of a working spindle offset in the Y direction (Y compensation).
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a machining center according to the invention, referred to hereafter as machine tool 1.
  • the machine tool 1 is designed in this embodiment as a double spindle with two designed as single quill work spindles 2, 4.
  • the machine tool can also be performed with only one spindle or more spindles, for example as a four-spindle or six-spindle.
  • a monoblock quill is preferably used for all spindles.
  • the sleeves of the work spindles 2, 4 are guided in the Z direction (ie in the direction of the spindle axis) movable on a carriage 5 of the machine tool 1.
  • the carriage 5 is adjustable along a vertical Y-axis on a frame 8 of a machine frame 6 by means of two linear drives 12, 10.
  • This frame 8 is in turn movable via a linear drive 24 along an X-axis (see also Figure 2).
  • a monoblock quill can be used in which two or more spindles are accommodated.
  • the tools required in the machining of the workpieces are stored in a tool magazine 13, in which these tools 15 are received with their axes in the horizontal direction (X direction).
  • This tool magazine 13 thus extends approximately in the horizontal direction above the work spindles 2, 4.
  • a torpedo changer 17 is provided for long tools in the area above the work spindles 2, 4.
  • a hydraulic unit 14 In the region of the machine tool 1 indicated on the right in FIG. 1, inter alia, a hydraulic unit 14, a central lubrication unit and other devices for supplying energy / fuel are arranged.
  • FIG. 1 a part of a panel 16 of the machine tool 1 is removed so that a working space 18 and a loading space 20 are visible.
  • Two-turn clamp 22 is formed, which has two workpiece carriers described in more detail below, one of which is arranged in the loading space, so that it can be loaded with workpiece blanks to be machined.
  • the other workpiece carrier is arranged in the working space 18, so that the workpieces clamped there can be processed simultaneously via the work spindles 2, 4. Details of the double reversing vice 22 will be explained with reference to the following figures.
  • Figure 2 shows a partial view of the machine tool 1, wherein the above-described linear axis kinematics of the work spindles 2, 4 is omitted. Visible is only the aforementioned linear axis 24, over which the frame 8 in the horizontal direction (X-axis) is adjustable.
  • the double reversing clamp 22 is mounted pivotably on the machine frame 6. This is stored as a frame with left and right side cheeks 26, 28 of the machine frame.
  • the double-turn clamp 22 has a pivot axis 30 which is parallel to the X-axis and which is flanged to the side cheeks 26, 28.
  • the pivoting takes place by means of a pivot drive 32, which is also mounted on the side walls 26, 28.
  • FIGS. 3a, 3b show three-dimensional views of the double reversing vice 22 according to FIG. 2, wherein FIG. 3a corresponds to the position of the double reversing vice 22, as shown in FIG. FIG. 3b shows the double-turn clamp 22 in a somewhat different viewing direction, so that the left-hand part becomes visible in these figures.
  • the double-turn clamp 22 has an approximately drum-shaped construction with two end-side drum walls 34, 36 which are connected by an axle 38 forming the pivot axis 30, which also extends through the drum walls 34, 36 therethrough.
  • a respective axle bearing 40, 42 is arranged, which, as shown in Figure 2, is flanged to the two side cheeks 26, 28 of the machine frame 6.
  • each workpiece carrier 44, 46 is mounted, which are each pivotable about a rotary axis A.
  • each workpiece carrier 44, 46 has a bridge 48, 50 (see also Figure 6), on the two round tables 52, 54; 56, 58 are mounted, on each of which a workpiece to be machined is stretched.
  • the rotary tables 52, 54; 56, 58 are each pivotable about a B-axis.
  • extending between the two drum walls 34, 36 still two mitschwenkende partitions 60, of which in the illustration of Figure 2, only one is visible. By these partitions 60, the working space 18 is separated from the loading / loading space 20.
  • the workpiece carrier 44 is in the swivel position of the double-turn vice 22 shown in FIGS. 1 and 2 in the loading space 20 and can then be loaded with the workpiece blanks by a robot or by an operator.
  • the already loaded with workpieces workpiece carrier 46 is located in the working space 18, wherein the workpieces in the illustrated reference position, i. in the pivotal position of the bridge 50 upside down, i. are arranged extending from the two round tables 56, 58 downwards (view of Figure 3a).
  • each bridge 48, 50 which will be explained in more detail below, are each rotatably mounted in the drum walls 34, 36 via suitable bridge bearings.
  • Each bridge 48, 50 extends with a coupling head 62, 64; 66, 68 through the respective drum wall 34, 36 and thus projects axially parallel out of the respective end faces of the drum walls 34, 36 out.
  • each coupling head 62, 64, 66, 68 has in each case a coupling surface 70 which extends approximately transversely or tangentially or diagonally to the respective A-axis and, for example, two docking or coupling receptacles 72, 74 has a zero point clamping system.
  • Such zero-point clamping systems are known from the prior art and have, for example, a clamping bolt with a conical centering, which is inserted into a coupling receptacle 72, 74, in the
  • Cocking slide hydraulically, pneumatically or by electric motor or in any other way are actuated to tension the clamping bolt backlash.
  • Coupling receptacle 72, 74 in approximately along a diagonal, balcony-like
  • coupling surface 70 of the respective coupling heads 62, 64, 66, 68 are arranged.
  • the clamping bolts of the zero-point clamping system are then arranged on the machine frame side corresponding to the gantry drive described below.
  • Such zero point clamping systems are designed with regard to the highest possible rigidity.
  • the thus configured coupling heads 62, 64, 66, 68 thus form part of an interface to a gantry drive, which according to the invention is not - as in conventional solutions - integrated into the double-turn clamp 22 but is mounted on the machine frame side.
  • the two side cheeks 26, 28 are each provided with a receptacle 75, of which only one in Figure 2 is visible.
  • each of these shots 75 a workpiece carrier drive of the A-axis is stored.
  • the figure 4 which shows a further individual representation of the double reversing vice 22
  • one of the workpiece carrier drives is provided with the reference numeral 76.
  • a spindle 77 of each workpiece carrier drive 76 carries a coupling piece 78 with two coupling elements 80, 82 designed as clamping bolts, which are used for coupling / connecting the interface in FIG.
  • Coupling head 62 can be brought. As stated above, the
  • Clutch elements 80, 82 designed as a clamping bolt, which is a precise
  • Round-shaped trained workpiece carrier drive 76 formed coupling piece 78 is formed according to the coupling surface 70 and thus extends in the diagonal / tangential to a spindle 77 of the workpiece carrier drive 76 and can be used for clamping with respect to the respective coupling surface 70 of
  • Coupling head 62, 64, 66, 68 bring into the relative position shown on the right in Figure 4, in which the coupling surface 70 and a clutch surface 79 of
  • Coupling piece 78 parallel to each other, so that the coupling head 62, 64, 66, 68 with the associated coupling piece 78 of the spindle of
  • Workpiece carrier drive 76 to complement a coupling block, wherein the adhesion via the zero point clamping system with the in the coupling receptacles 72, 74
  • clamping elements such as clamping cones can be used instead of the zero point clamping system.
  • the workpiece carrier 46 with the coupling heads 66, 68 is in operative engagement with the machine frame side
  • Workpiece carrier 44 are brought into the coupling position shown in Figure 4 at the top right, must according to the zero point clamping systems on
  • Workpiece carrier 46 are released / opened, so that the coupling elements out of engagement with the coupling receivers 72, 74 reach. After this opening is then pivoted about the pivot drive 32 of the double reversing clamp 22 by about 180 °, so that the coupling heads 62, 64 are brought into the relative position shown on the right in Figure 4 with respect to the workpiece carrier drives 76.
  • the workpiece carrier 46 see three-dimensional view in Figure 4
  • the coupling surfaces 70 of the coupling heads are then on corresponding coupling surfaces 79 of the coupling pieces 78 (see Figure 4, shown here for clarity with a parallel spacing).
  • the frame-supported workpiece carrier drive 76 can be connected in a rotationally fixed manner to the workpiece carrier 44 or 46 located in the working space via this interface in order to rotate it around its A-axis.
  • This gantry drive with the workpiece carrier drives 76 arranged on both sides in the manner of a rotary table is designed to be extremely rigid, since the force flow from the
  • FIGS. 5a, 5b The drive of this drum-type carrier via the pivot drive 32, which is also designed as a gantry drive.
  • the basic principle of this pivoting drive 32 is shown in FIGS. 5a, 5b, wherein FIG. 5a shows a side view of the double-turn vice 22 from the left (illustrations according to FIGS. 2, 3 and 4) and FIG. 5b shows a front view from the loading space 20.
  • the pivot drive 32 is in the form of a chain drive
  • Gantrybauweise executed, wherein in each case a drive chain 86, 88 wraps around the comparatively large diameter of the drum wall 34, 36.
  • Each of the drive chains 86, 88 is driven by a drive pinion 90, 92, which are arranged on a common drive shaft 94.
  • This drive shaft 94 is driven by a pivot motor 96.
  • the bearing of the drive shaft 94 with the pivot motor 96 takes place on both sides via bearing brackets 98, 100, which are flanged according to FIG 2 frontally on the side walls 26, 28 of the machine frame 6.
  • the drive shaft 94 and the axle body 38 of the pivot axis and the A-axes of the workpiece carrier 44, 46 thus extend parallel to each other.
  • the two drive chains 86, 88 are not designed as endless chains but with their free end portions 102, 104; 106, 108 connected to the peripheral edge of the drum wall 34, 36, so that the drum walls 34, 36 need not be designed with an external toothing. Accordingly, the pivoting of the double reversing vice 22 is not rotationally revolving but in an input and return pivoting movement by 180 °.
  • the coupling and uncoupling movement takes place only with an approximately tangential component of movement, which is caused by pivoting the double-pivot clamp 22 about its pivot axis and thereby the workpiece carrier, for example the workpiece carrier 44, located in a basic position
  • Loading space 20 is pivoted out into its working position in the working space 18, wherein the coupling heads 62, 64 arranged on both sides then come into coincidence with the coupling elements 80, 82 of the frame-fixed, executed in gantry design workpiece carrier drive 76, so that then on the machine control, the rotationally fixed coupling can be effected by engaging the coupling elements 80, 82 in the coupling recesses 72, 74.
  • each workpiece holder 44, 46 pivotable about the A-axis is associated with an indexing device 103, 105 and other measuring systems, via which during the processing and when swiveling in and docking (closing the interface), the rotational positions of the workpiece carriers 44, 46 can be monitored.
  • the energy supply of the workpiece carrier 44, 46 and also mounted thereon round tables 52, 54, 56, 58 respectively via energy chains 85 In principle, however, a fluidic power supply via rotary joints and the like can be realized.
  • FIG. 6 shows an individual representation of the workpiece carriers, the workpiece carrier 44 being explained by way of example.
  • This has the aforementioned bridge 48, in which the two rotary tables 52, 54 are potted.
  • the energy supply in the described embodiment takes place via energy chains 85, via which the two rotary tables 52, 54 are supplied with electrical energy and pressure medium for clamping.
  • the structure of the rotary tables 52, 54 will be explained in more detail below.
  • the bridge 48 has a box-shaped construction, wherein the electrical system and the fluid connections are guided inside the box-like bridge housing. Laterally on the bridge 48 bridge cheeks 107, 109 are provided, which extend perpendicular to the A axis. The bridge cheeks 109, 109 are rounded upwards (view according to FIG.
  • This drive is designed in the manner of a rotary table and has a cup-shaped rotary axle housing 1 18, which in one of the side cheeks 26, 28 of the ma- schinengestive 6 provided receptacles 75 is fastened by means of a rotary axis flange.
  • this rotary axle housing 1 18 is about a spindle bearing 120 a rotatable about the axis A central part mounted, which is referred to below spindle 122.
  • the respective coupling piece 78 is then attached, via which the rotationally fixed connection with the coupling head 62, 64 is made on the pivotable about the A-axis workpiece carrier 44, 46.
  • the drive of the spindle 122 in the illustrated embodiment via an engine / transmission unit with an indicated motor 126 and a gear 128, which may be formed, for example, as a gear transmission, Cyclogetriebe, worm gear or the like.
  • the cup-shaped rotary axle housing 1 18 and the correspondingly formed spindle 122 together with the spindle bearing 120 are designed so that instead of the motor gear unit 126, 128, another drive, for example a Torqueantrieb 130 can be used without significant structural changes to the rotary axle housing 1 18, the spindle bearing 120 and the spindle 122 must be made.
  • the spindle bearing 120 is designed so that it engages around the respective drive. This modular concept is also used in the described embodiment of a machine tool 1, since, according to FIGS.
  • the rotary tables 52, 54 rotatable about the rotary axis B are designed in accordance with the workpiece carrier drives 76. That is to say the essential difference between the rotary tables 52, 54 according to FIGS. 8a, 8b and the tool carrier drives 76 according to FIGS. 7a, 7b essentially consists of the type of drive. As explained, a motor / gear unit is used in the workpiece carrier drive 76, while at the rotary tables 52, 54 a Torqueantrieb 130 is used. This means that the drives are modular and can be retrofitted without any design changes with relatively little effort to change the drive concepts.
  • a rotary axle housing 132 of the rotary tables 52, 54 corresponds to the construction of the rotary axle housing 1 18 of the workpiece carrier drive 76.
  • a spindle 136 guided in the rotary axle housing 132 via a spindle bearing 134 corresponds to the components (spindle bearing, spindle) indicated by reference numbers 120, 122. in FIGS. 7a, 7b.
  • a plane surface 135 of the spindle 136 with a different hole pattern as the flat surface 124 of the Werk Swissismeant ebes 76 is executed. This hole pattern is adapted to the clamping means for clamping the workpiece to be machined.
  • the energy supply (fluid, electrical) preferably takes place via the said energy chains 85 of the double-turn clamp 22.
  • a gantry drive is used to drive the double reversing vice 22 (changing device), which is designed there as a traction drive.
  • FIG. 9 shows a basic concept in which the
  • Swivel drive 32 is designed as a hollow shaft gear.
  • the swivel motor 96 drives a hollow shaft 138 directly or via a gear 137, which is non-rotatably connected to a drive shaft through which practically the axle body 38 (pivot axis 30) is formed.
  • This drive shaft 140 passes through the drum-like carrier of the double reversing vice 22 with its drum walls 34, 36 and then drives the side of the double reversing vice 22, which is spaced apart from the pivot motor 96, via an intermediate transmission 142.
  • a gantry drive is also provided by this hollow shaft gear, via which the torque is introduced into the drum walls 34, 36 on both sides.
  • the machining accuracy can be increased when the gear is biased.
  • FIG. 10 shows a first possibility of such a bias voltage. Shown is an example of the workpiece carrier 44 with its bridge 48, in which the rotary tables 52, 54 are mounted. As explained, the rotary axis A is driven by means of the workpiece carrier drives 76, 76 'which are held laterally in the machine frame 6 and which are connected to the bridge 48 via the interfaces described above. Also indicated in FIG. 10 are the two indexing devices 102, 104 and measuring systems associated with the drives 76, 76 '. The bias can now be applied by the bridge 48 in a clamped state, ie with a predetermined Twist, being worked on.
  • This distortion is then compensated for and regulated by suitably controlling the workpiece carrier drives 76, 76 'by applying the bridge 48 with torques M1, M2.
  • this balancing torque may be about 10% of the drive torque during machining.
  • the actuation of the drives 76, 76 'then takes place as a function of the measuring signals of the measuring system 102, 104 or the indexing, so that in the case of a measuring system 102, 104 which is adjusted to zero, the bridge is acted upon by a prestressing moment which is sufficient for the distortion compensate - the bridge is then just regulated and braced both gears of the workpiece carrier drives 76.
  • a voltage is not required in a Torqueantrieb.
  • the drives of the rotary tables 52, 54 can be clamped.
  • the spindle 136 can be designed as a ring gear, which meshes with two pinions of two geared motors, which then apply correspondingly a mutually directed torque M1, M2 and thus clamp the drive.
  • the bias of the workpiece carrier 44, 46 or more precisely its bridge 48, 50 can also be done via torsion bars or stabilizers over which the bridge 48, 50 can be acted upon subsequently with a torque.
  • the workpiece carriers 44, 46 and also the work spindles are subjected to a high thermal load with their sleeves, which may lead to dimensional changes if a critical temperature difference to the machine frame 6 occurs.
  • FIG. 11 shows a basic concept by means of which dimensional changes in the region of the workpiece carrier 44, 46 in the X-direction can be absorbed.
  • the distance a of the rotary tables 52, 54 mounted on the workpiece carrier 44, 46 changes, so that the relative position to the two working spindles 2, 4 also changes.
  • a temperature sensor 143 can be arranged in the workpiece carrier 44, via which the temperature of the workpiece carrier 44, 46 and thus its dimensional change in the X direction can be detected.
  • a temperature difference with respect to the temperature of the entire structure can be detected via the temperature sensor 143.
  • the dimensional change is then controlled via the machine control.
  • the rotary table 54 - be displaced in the X direction to compensate for this dimensional change.
  • the X-compensation of the rotary table 54 can not be bolted to the bridge 48 but be slidably mounted in the X direction. This can be done, for example, that this round table 54 is slidably mounted on a flange plate 148 via a clamp 144, 146. By loosening the clamp 144, 146, the rotary table 54 can then be adjusted in the X direction.
  • the guide of the rotary table 54 on the flange plate 148 can be done for example with a sliding or rolling bearings.
  • the clamping 144, 146 may be performed hydraulically, which may be provided, for example by Druckstoffbeetzstofftechnikung.ölbbare or engageable in operative clamping elements that clamp the rotary table 54 with the flange plate 148.
  • the displacement can be done for example by docking the associated work spindle 2, 4.
  • a corresponding HSK cone can be provided on the rotary table 54, to which the work spindle 2, 4 docks. By their adjustment in the X direction, the X compensation can then take place.
  • a wedge gear can be provided to avoid excessive loading of the spindle, so that the force of the spindle is transmitted via a wedge on the rotary table 54.
  • This pivoting can, for example, be made possible by the fact that the two linear motors 10, 12 designed as gantry drive are controlled in such a way that the carriage 152 is slightly tilted about the C rotary axis, so that the height offset of the work spindles 2, 4 is compensated.
  • This tilting of the carriage 152 for example, by a flexible configuration of the carriage-side
  • Bearing elements allows, which are guided on the Y-guide of the frame 8.
  • guide elements 154, 156 are provided, while intermediate lying rigid bearing elements 158 are provided, the one
  • Solid joint 160 is provided which allows the tilting of the carriage 152.
  • the stiffness in the X direction is effected by the bearing elements 158, 158 ' .
  • the Y-axis is compensated by the linear drives and the stiffness in the Z direction by all bearing elements 154, 156, 158 effected.
  • two compliant bearing elements 154, 156, 158 are compliant.
  • Guide elements can also each only a resilient guide element 154, 154 ' and a rigid guide member 158, 158 ' are used.
  • the interfaces of the double reversing vice 22 to the machine frame 6 and the machine structure may be designed so that the double reversing clamp 22 is removable and the
  • Machine tool 1 then constructed without changing the machine frame 6 with or without double reversing vice or the double reversing clamp can be retrofitted in a simple manner. In this way, the flexibility of the machine tool 1 is further improved.
  • the Applicant reserves the right to design the Interfaces of Doppel Listespanners 22 in general form to make their own claim.
  • a machine tool with a double-turn clamp which has two workpiece carriers whose workpiece carrier drive is arranged on the frame side.
  • a coupling of the workpiece carrier drive to the workpiece carrier takes place with only one component of movement, which preferably runs in the tangential direction.

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Abstract

Werkzeugmaschine mit einer Wechselvorrichtung für Werkstücke und zumindest einer entlang Linearführungen verfahrbaren Werkzeug- oder Arbeitsspindel (2, 4), die an einem Maschinengestell (6) gehalten ist, wobei die Wechselvorrichtung zwei Werkstückträger (44, 46) hat, die mittels eines Schwenkantriebes (32) um eine Schwenkachse (30) verschwenkbar sind, um einen Werkstückträger (44, 46) aus einem Arbeitsraum (18) in einen Beladeraum (20) oder einen Werkstückträger (44, 46) aus dem Arbeitsraum (18) in den Beladeraum (20) zu verschwenken, wobei die Werkstückträger (44, 46) jeweils mittels eines Werkstückträgerantriebes (76, 76') um eine Rundachse (A) verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträgerantrieb (76, 76') arbeitsraumseitig am Maschinengestell (6) gelagert ist und über eine Schnittstelle drehfest mit dem jeweils arbeitsraumseitig angeordneten Werkstückträger (44, 46) verbindbar ist.

Description

Werkzeugmaschine
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 .
Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken in der Serienproduktion haben üblicher weise Werkstückträger, auf denen die zu bearbeitenden Werkstücke gespannt sind. Zur Minimierung der Werkstückwechselzeit und damit zur Verkürzung der Span-Zu-Span-Zeit können derartige Werkstücke außerhalb des Bearbeitungszentrums auf Werkstückpaletten angeordnet werden, so dass beim Werkstückwechsel nur die bereits beladenen Paletten gewechselt werden müssen, wobei das Spannsystem der Palette im Wesentlichen werk- stückunabhängig ist. Problematisch bei einem derartigen Palettenwechsel bleibt jedoch, dass vergleichsweise viel Zeit vergeht, bis die Palette mit dem bearbeiteten Werkstück aus dem Arbeitsraum herausgefahren ist und die Palette mit dem zu bearbeitenden Werkstück vom Beladeplatz in den Arbeitsraum verfahren ist. Zur Verkürzung der Werkstückwechselzeit sind Lösungen bekannt, bei denen zwei Werkstückträger auf einem schwenkbaren Wechselvorrichtung, einem so genannten Doppelwendespanner angeordnet sind. Dieser Doppelwendespanner ist um eine meist horizontale Schwenkachse verschwenkbar, so dass ein Werkstückträger mit einem zu bearbeitenden Werkstück aus einem Beladeplatz heraus in einen Arbeitsraum ver- schwenkbar ist und gleichzeitig der Werkstückträger mit dem bearbeiteten Werkstück aus dem Arbeitsraum zu dem Beladeplatz verschwenkt wird, an dem dann das bearbeitete Werkstück entnommen und ein neues, zu bearbeitendes Werkstück gespannt wird. Ein Vorteil einer derartigen Direktbeladung auf der Wechselvorrichtung besteht neben der Verkürzung der Werkstückwechselzeit auch darin, dass der Einsatz von komplizier- ten Spannvorrichtungen mit vielen Spannkreisen und Abfragen innerhalb des Bearbeitungszentrums möglich ist. Bei diesen bekannten Doppelwendespannern sind die Werkstückträger an der trommelartig aufgebauten Wechselvorrichtung gehalten, wobei Rundachsen der Werkstückträger und deren Antriebe an einem trommelartigen Träger der Wechselvorrichtung gehalten sind. Dabei ist es zur Optimierung des Kraftflusses häufig bevorzugt, den Rundachsenantrieb der Werkzeugträger jeweils als Gantryantrieb auszuführen, bei dem das Antriebsdrehmoment nicht einseitig sondern beidseitig auf die Rundachse aufgebracht wird. In diesem Fall sind somit jedem Werkstückträger zwei Antriebe zugeordnet und an der trommelartigen Wechselvorrichtung gelagert. Dementsprechend sind bei der Verwendung von zwei Werkstückträgern insgesamt vier Antriebe für die A-Rundachsen an dem trommelartigen Träger der Wechselvorrichtung gehalten.
Häufig ist auf jedem Werkstückträger noch zumindest ein um eine B-Rundachse verstellbarer Rundtisch gelagert, auf dem die zu bearbeitenden Werkstücke gespannt sind. In diesem Fall wird der vorrichtungstechnische Aufwand für die Wechselvorrichtung noch weiter erhöht. Darüber hinaus verläuft der Kraftfluss bei derartigen Lösungen ungünstig über den oder die Rundtische im Arbeitsraum in die Brücke und von dort über den Antrieb der A-Rundachse in den Träger der Wechselvorrichtung und dann weiter über die Lagerung der Schwenkachse in das Maschinengestell in Richtung der Werkzeugseite des Maschinenständers/-gestelles.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine bzw. ein Bearbeitungszentrum zu schaffen, bei dem bei verbessertem Kraftfluss der vorrichtungstechnische Aufwand verringert ist. Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat eine Wechselvorrichtung - auch Doppelwendespanner genannt - für Werkstücke und zumindest eine entlang Linearführungen verfahrbaren Werkzeugspindel, die an einem Maschinengestell/Maschinenständer gelagert sind. Die Wechselvorrichtung hat einen, vorzugsweise zumindest zwei Werkstückträger, die an einem Träger gehalten sind. Dieser ist mittels eines Schwenkantriebes um eine Schwenkachse verschwenkbar, um einen Werkstückträger aus einem Arbeitsraum in einen Beladeraum oder einen Werkstückträger aus dem Beladeraum in den Arbeitsraum zu verschwenken.
Der zumindest eine Werkstückträger ist mittels eines Werkstückträgerantriebs um eine Rundachse (A) verschwenkbar. Erfindungsgemäß ist der Werkzeugträgerantrieb etwa arbeitsraumseitig im Maschinenständer gelagert und über eine mechanische Schnittstelle/Kupplung drehfest mit dem jeweiligen arbeitsraumseitigen Werkstückträger verbindbar.
Erfindungsgemäß ist somit lediglich ein Werkstückträgerantrieb vorhanden, der in Wirkverbindung mit demjenigen Werkzeugträger bringbar ist, der im Arbeitsraum angeordnet ist. Bei den eingangs beschriebenen Doppelwendespannern sind beide Werk- stückträger jeweils mit einem Werkstückträgerantriebe versehen, obwohl nur einer dieser Antriebe im Arbeitsraum benötigt wird, während der zweite, in dem Beladungsraum angeordnete Antrieb keine Funktion hat oder allenfalls zur Positionierung während der Beladung angesteuert wird. Die Anzahl der erforderlichen Antriebe ist somit bei der erfindungsgemäßen Lösung deutlich geringer als beim Stand der Technik, so dass so- wohl der Materialeinsatz und auch der Platzbedarf aufgrund der Einsparung des zweiten Werkstückträgerantriebs deutlich verringert ist. Hinzu kommt, dass für die Ver- schwenkung des die Werkstückträger tragenden Drehmoments weniger Drehmoment erforderlich ist, da ein Werkstückträgerantrieb entfällt. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung der Werkstückträgerantrieb im Maschinengestell gelagert ist, wird auch der eingangs beschriebene Kraftfluss deutlich verbessert, da die Kraft vom Werkstückträger direkt über den Werkstückträgerantrieb in das Maschinengestell eingeleitet wird - die Belastung des Trägers oder der Wechselvorrichtung ist somit gegenüber den herkömmlichen Lösungen deutlich verringert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass eine unmittelbare Übertragung von Stößen von der Beladeseite auf die Arbeitsraumseite, auf der die Präzisionsbearbeitung erfolgt, durch die direkte Einkopplung in das Maschinenge- stell vermieden wird. Derartige Stöße können beispielsweise aus der manuellen oder automatisierten Beladung erfolgen und würden somit die Genauigkeit oder Oberflächenqualität der Bearbeitung beeinträchtigen. Der Kraftfluss innerhalb des Bearbeitungszentrums ist weiter optimiert, wenn der Werkstückträgerantrieb als Gantryantrieb mit beidseitig an der Rundachse des Werkstückträgers angeordneten Antrieben ausgeführt ist. Diese Antriebe sind jeweils mit einer Kupplung im oben genannten Sinne ausgeführt, über die der Kraftfluss von den beiden Antrieben zum Werkstückträger hergestellt oder unterbrochen werden kann.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Kupplung einen am Werkstückträger angeordneten Kupplungskopf mit einer sich in Radialrichtung oder parallel dazu erstreckenden Kupplungsfläche und ein antriebsseitiges, beispielsweise an einer Spindel des Antriebs angeordnetes, Kupplungsstück, das eine komplementär zur Kupplungsfläche ausgebildete Mitnehmerfläche hat. Die Kupplung ist dabei so ausgebildet, dass die beiden vorgenannten Flächen vorzugsweise in Tangen- tialrichtung (d.h. also quer zur Achse) oder in Axialrichtung der Rundachse in ihre Kupplungslage bringbar sind. Die Kupplung/Schnittstelle zur Ankopplung der Werkstückträger befindet sich vorzugsweise an einer Spindel der Werkstückträgerantriebe.
In dem Fall, in dem lediglich ein einseitiger Werkstückträgerantrieb und eine passive Gegenlagerung des Werkstückträgers vorgesehen sind, kann eine axiale Ankoppelbewegung vorteilhaft sein - diese setzt dann jedoch eine axiale Bewegung des Gegenlagers voraus.
Die Kupplung/Schnittstelle zur Ankopplung der Werkstückträger befindet sich vorzugsweise an einer Spindel der Werkstückträgerantriebe. Diese Schnittstelle ist so ausgeführt, dass der Ankoppelvorgang über eine zur Wechselvorrichtung tangentiale Bewegung erfolgt.
In dem Fall, in dem lediglich ein einseitiger Werkstückträgerantrieb und eine passive Gegenlagerung des Werkstückträgers vorgesehen sind, kann eine axiale Ankoppelbe- wegung vorteilhaft sein - diese setzt dann jedoch eine axiale Bewegung des Gegenlagers voraus.
Die kraftschlüssige Verbindung erfolgt vorzugsweise über Kupplungselemente, die sich quer zur Ebene der Kupplungsfläche und der Mitnehmerfläche erstrecken. Diese Kupplungselemente können beispielsweise als Nullpunkt-Spannsysteme oder Spannkonen ausgeführt sein.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Werkstückträger zumindest einen auf diesem eingetopften Rundtisch, der mittels eines Rundtischantriebes um eine weitere Rundachse (B-Rundachse) drehbar ist.
Die Werkzeugmaschine/das Bearbeitungszentrum ist besonders flexibel ausgebildet, wenn der Rundtisch modular ausgeführt ist, so dass er ohne konstruktive Änderung mit unterschiedlichen Rundtischantrieben, beispielsweise einem Servomotor mit Getriebe oder einem Torquemotor antreibbar ist. Diese greifen beide vorzugsweise von der gleichen Seite her am Rundtisch oder genauer gesagt an der das Werkstück tragenden Baugruppe des Rundtisches an. Ein derartiger„Rundtisch" kann auch als Werkstückträgerantrieb verwendet werden.
Der Aufbau der Werkzeugmaschine ist besonders kompakt, wenn die Wechselvorrichtung mit einem trommelartigen Träger ausgebildet ist und zwei stirnseitige Trommelwandungen hat, in denen die Rundachsen (A-Rundachse) der Werkstückträger gelagert sind. Der Träger hat des Weiteren eine Schwenkachse, die am Maschinen- Ständer abgestützt ist. Der eingangs genannte Schwenkantrieb greift dabei an der Trommelwandung an, so dass aufgrund des großen Durchmessers der Trommel ein Schwenkantrieb mit geringer Leistung ausreicht, um ein hohes Drehmoment auf den Träger zu übertragen. Des Weiteren lässt sich bei einer derartigen Konstruktion die Torsionssteifigkeit aufgrund des großen Durchmesserunterschiedes zwischen der Trommel und dem Schwenkantrieb relativ einfach realisieren.
Der Kraftfluss lässt sich weiter vergleichmäßigen, wenn auch der Schwenkantrieb als Gantryantrieb ausgeführt ist. Bei einem einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel hat der Schwenkantrieb ein Getriebe, das vorzugsweise als Zugmittelgetriebe oder als Hohlwellengetriebe ausgeführt ist.
Im Fall eines Zugmittelgetriebes kann ein Zugmittel eine Trommelwandung im Bereich des größten Durchmessers umschlingen. Ein mit dem Zugmittel in Wirkverbindung stehendes Antriebsritzel ist auf einer Antriebswelle gelagert. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn jeder Trommelwandung ein Zugmittel und ein Antriebsritzel zugeord- net sind, das drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Letztere ist dann
maschinengestellseitig gelagert und angetrieben. Auf diese Weise lässt sich eine torsionssteife Konstruktion mit optimiertem Kraftfluss ausbilden.
Ein derartiges Zugmittelgetriebe kann beispielsweise ein Kettentrieb, ein Zahn- riementrieb, ein Flachriementrieb, ein Keilriementrieb, ein Zahnradtrieb oder dergleichen sein.
Durch den Antrieb des trommelartigen Trägers über zwei Zugmittel und zwei Antriebsritzel, die von einer gemeinsamen durchgehenden Antriebswelle angetrieben sind, wirkt der Antrieb zweiseitig, so dass keine Maßnahmen getroffen werden müssen, um - wie bei einem einseitigen Antrieb - die Torsion auf der Gegenseite entsprechend aufzufangen - dies würde einen sehr torsionssteifen Träger erfordern.
Die Steifigkeit der Werkzeugmaschine lässt sich weiter erhöhen, wenn der Werk- stückträgerantrieb, die Schwenkachse und die Antriebswelle sich jeweils im Bereich zwischen zwei Gestell-Seitenwangen erstrecken, an denen diese Bauelemente gelagert sind. D.h. die aus diesen Antrieben resultierenden Kräfte werden bei dieser Lösung direkt in das Maschinengestell eingeleitet, wobei durch geeignete Konstruktion der beiden Gestell-Seitenwangen die Steifigkeit optimiert ist.
Die Energiezuführung zu den Werkstückträgern erfolgt vorzugsweise über fest angebundene Energieketten, so dass kein Andocken erforderlich ist. Prinzipiell können zusätzlich zu den Energieketten auch weitere Medienspuren über eine Andockung ausgebildet werden. Dabei erfolgt die Andockung vorzugsweise außerhalb des Arbeitsraumes. Aufgrund des modularen Aufbaus der Wechselvorrichtung (Doppelwendespanner) kann dieser ohne nennenswerte Umbauten von vorne, d.h. von dem Belade- raum/Beladeplatz her an den Maschinenständer/das Maschinengestell angeflanscht werden. Die Bearbeitungsgenauigkeit mittels der Werkzeugmaschine/des Bearbeitungszentrums lässt sich weiter verbessern, wenn der Schwenkachse bzw. der Wechselvorrichtung eine Indexiereinheit zum Indexieren während des Verschwenkens und An- dockens/Kuppelns zugeordnet ist. Zum Ausgleich von beispielsweise durch Temperaturen verursachte Änderungen kann der Werkstückträger mit einer X- und/oder Y-Kompensation ausgeführt sein.
Der Antrieb der Werkstückträger ist vorzugsweise vorgespannt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Werkstückträger mit Vorspannung gefertigt wird und diese Vorspannung dann über den Rundachsenantrieb ausgeregelt wird.
Auch die Antriebe für die beschriebenen Achsen können vorgespannt sein, so dass eine spielfreie Übertragung des Antriebsmomentes auf die jeweilige Achse gewährleistet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine dreidimensionale Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Bearbei- tungszentrums;
Figur 2 ein Maschinengestell der Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 mit einem Doppelwendespanner; Figuren 3a und 3b dreidimensionale Ansichten des Doppelspanners gemäß Figur 2; Figur 4 den Doppelwendespanner aus Figur 2 und 3 in Einzeldarstellung;
Figuren 5a und 5b einen Antrieb des Doppelwendespanners gemäß den Figuren 2 bis 4;
Figur 6 einen mit einer Brücke ausgeführten Werkstückträger des Doppelwende- Spanners gemäß den Figuren 1 bis 5;
Figuren 7a, 7b einen Antrieb einer A-Rundachse zur Verschwenkung einer Brücke gemäß Figur 6; Figuren 8a, 8b einen Rundtisch der Brücke gemäß Figur 6;
Figur 9 einen alternativen Schwenkantrieb des Doppelwendespanners einer Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 ; Figur 10 eine Möglichkeit zur Vorspannung eines Werkstückträgers gemäß Figur 6;
Figur 1 1 ein Konzept zur Kompensation von Längenänderungen der Brücke in X- Richtung (X-Kompensation) und Figur 12 ein Konzept für einen Ausgleich eines Arbeitsspindelversatzes in Y- Richtung (Y-Kompensation).
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums, im Folgenden Werkzeugmaschine 1 genannt. Die Werkzeugmaschine 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Doppelspindler mit zwei als Einzelpinolen ausgeführten Arbeitsspindeln 2, 4 ausgeführt. Dies ist jedoch nur beispielhaft, selbstverständlich kann die Werkzeugmaschine auch mit nur einer Spindel oder mit mehr Spindeln, beispielsweise als Vier- oder Sechspindler ausgeführt werden. Bei diesen Mehrspindel- Systemen wird vorzugsweise eine Monoblockpinole für alle Spindeln verwendet. Die Pinolen der Arbeitspindeln 2, 4 sind in Z-Richtung (d.h. in Richtung der Spindelachse) verfahrbar an einem Schlitten 5 der Werkzeugmaschine 1 geführt. Der Schlitten 5 ist entlang einer senkrechten Y-Achse an einem Rahmen 8 eines Maschinengestells 6 mittels zweier Linearantriebe 12, 10 verstellbar Dieser Rahmen 8 ist wiederum über einen Linearantrieb 24 entlang einer X-Achse verfahrbar (siehe auch Figur 2). Durch entsprechende Ansteuerungen der Linearachsenkinematik und der Pinolen sind die an Arbeitsspindeln 2, 4 gehaltenen Werkzeuge in X-, Y- und Z-Richtung verstellbar. Anstelle der Einzelpinolen kann auch eine Monoblockpinole verwendet werden, in der bei- de oder mehr Arbeitsspindeln aufgenommen sind.
Die bei der Bearbeitung der Werkstücke benötigten Werkzeuge sind in einem Werkzeugmagazin 13 gespeichert, in dem diese Werkzeuge 15 mit ihren Achsen in Horizontalrichtung (X-Richtung) aufgenommen sind. Dieses Werkzeugmagazin 13 erstreckt sich somit in etwa in Horizontalrichtung oberhalb der Arbeitsspindeln 2, 4. Zusätzlich ist im Bereich oberhalb der Arbeitsspindeln 2, 4 noch ein Torpedowechsler 17 für lange Werkzeuge vorgesehen.
In dem in Figur 1 rechts angedeuteten Bereich der Werkzeugmaschine 1 sind unter anderem ein Hydraulikaggregat 14, ein Zentralschmierungsaggregat und sonstige Einrichtungen zur Energie-/Betriebsstoffversorgung angeordnet. I
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Teil einer Verkleidung 16 der Werkzeugmaschine 1 entfernt, so dass ein Arbeitsraum 18 und ein Beladeraum/-platz 20 sichtbar sind. Eine Wechselvorrichtung für die zu bearbeitenden Werkstücke ist durch einen
Doppelwendespanner 22 ausgebildet, der zwei im Folgenden noch näher beschriebene Werkstückträger aufweist, von denen einer im Beladeraum angeordnet ist, so dass dieser mit zu bearbeitenden Werkstückrohlingen beladen werden kann. Der andere Werkstückträger ist im Arbeitsraum 18 angeordnet, so dass die dort gespannten Werkstücke simultan über die Arbeitsspindeln 2, 4 bearbeitbar sind. Details des Doppelwendespanners 22 werden anhand der folgenden Figuren erläutert. Figur 2 zeigt dabei eine Teildarstellung der Werkzeugmaschine 1 , wobei die vorbeschriebene Linearachsenkinematik der Arbeitsspindeln 2, 4 weggelassen ist. Sichtbar ist davon lediglich die vorstehend genannte Linearachse 24, über die der Rahmen 8 in Horizontalrichtung (X-Achse) verstellbar ist.
Wie in der Darstellung gemäß Figur 2 dargestellt, ist der Doppelwendespanner 22 schwenkbar an dem Maschinengestell 6 gelagert. Dieses ist als Rahmengestell mit linken und rechten Seitenwangen 26, 28 des Maschinengestells gelagert. Dabei hat der Doppelwendespanner 22 eine Schwenkachse 30, die parallel zur X-Achse verläuft und die an den Seitenwangen 26, 28 angeflanscht ist. Das Verschwenken erfolgt mittels eines Schwenkantriebs 32, der ebenfalls an den Seitenwangen 26, 28 gelagert ist.
Die Figuren 3a, 3b zeigen dreidimensionale Ansichten des Doppelwendespanners 22 gemäß Figur 2, wobei Figur 3a der Position des Doppelwendespanners 22 ent- spricht, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Figur 3b zeigt den Doppelwendespanner 22 in einer etwas anderen Blickrichtung, so dass der in diesen Figuren linke Teil sichtbar wird.
Wie erwähnt, hat der Doppelwendespanner 22 einen etwa trommeiförmigen Aufbau mit zwei stirnseitigen Trommelwandungen 34, 36, die von einem die Schwenkachse 30 ausbildenden Achskörper 38 verbunden sind, der sich auch durch die Trommelwandungen 34, 36 hindurch erstreckt. An den Endabschnitten des Achskörpers 38 ist jeweils ein Achslager 40, 42 angeordnet, das, wie in Figur 2 dargestellt, an die beiden Seitenwangen 26, 28 des Maschinengestells 6 angeflanscht ist.
In den beiden Trommelwandungen 34, 36 sind die beiden eingangs erwähnten Werkstückträger 44, 46 gelagert, die jeweils um eine Rundachse A verschwenkbar sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat jeder Werkstückträger 44, 46 eine Brücke 48, 50 (siehe auch Figur 6), auf der jeweils zwei Rundtische 52, 54; 56, 58 gelagert sind, auf denen jeweils ein zu bearbeitendes Werkstück gespannt ist. Die Rundtische 52, 54; 56, 58 sind jeweils um eine B-Achse verschwenkbar. Wie in Figur 2 dargestellt, erstrecken sich zwischen den beiden Trommelwandungen 34, 36 noch zwei mitschwenkende Trennwände 60, von denen in der Darstellung gemäß Figur 2 lediglich eine sichtbar ist. Durch diese Trennwände 60 wird der Arbeitsraum 18 vom Beladeplatz/Beladeraum 20 getrennt.
Wie eingangs erläutert, befindet sich der Werkstückträger 44 in der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schwenkposition des Doppelwendespanners 22 im Beladeraum 20 und kann dann von einem Roboter oder auch von einer Bedienperson mit den Werkstückrohlingen beladen werden. Der bereits mit Werkstücken beladene Werkstückträger 46 befindet sich im Arbeitsraum 18, wobei die Werkstücke in der dargestellten Bezugsposition, d.h. in der Schwenkposition der Brücke 50 kopfüber, d.h. sich von den beiden Rundtischen 56, 58 nach unten (Ansicht nach Figur 3a) erstreckend angeordnet sind.
Die im Folgenden noch näher erläuterten Brücken 48, 50 sind jeweils über geeignete Brückenlager drehbar in den Trommelwandungen 34, 36 gelagert. Jede Brücke 48, 50 erstreckt sich mit einem Kupplungskopf 62, 64; 66, 68 durch die jeweilige Trommelwandung 34, 36 hindurch und ragt somit achsparallel aus den jeweiligen Stirnflächen der Trommelwandungen 34, 36 heraus. Wie insbesondere in Figur 3b oben links sichtbar, hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Kupplungskopf 62, 64, 66, 68 jeweils eine Kupplungsfläche 70, die in etwa quer oder tangential oder diagonal zur jeweiligen A-Achse verläuft und beispielsweise zwei Andock- oder Kupplungsaufnahmen 72, 74 eines Nullpunktspannsystems aufweist. Derartige Nullpunktspannsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt und haben beispielsweise einen Spannbolzen mit einer Kegelzentrierung, der in eine Kupplungsaufnahme 72, 74 eingesetzt wird, in der
Spannschieber hydraulisch, pneumatisch oder elektromotorisch oder in sonstiger Weise betätigbar sind, um den Spannbolzen spielfrei zu spannen. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel sind beispielsweise die Spannschieber mit der zugehörigen
Kupplungsaufnahme 72, 74 in der etwa entlang einer Diagonalen, balkonartig
ausgeführten Kupplungsfläche 70 der jeweiligen Kupplungsköpfe 62, 64, 66, 68 angeordnet. Die Spannbolzen des Nullpunktspannsystems sind dann entsprechend an dem im Folgenden beschriebenen Gantryantrieb maschinengestellseitig angeordnet. Derartige Nullpunktspannsysteme sind im Hinblick auf eine höchst mögliche Steifigkeit ausgelegt. Die derart ausgestalteten Kupplungsköpfe 62, 64, 66, 68 bilden somit einen Teil einer Schnittstelle zu einem Gantryantrieb, der erfindungsgemäß nicht - wie bei herkömmlichen Lösungen - in den Doppelwendespanner 22 integriert ist sondern ma- schinengestellseitig gelagert ist. Bei der konkreten Lösung sind die beiden Seitenwangen 26, 28 jeweils mit einer Aufnahme 75 versehen, von denen lediglich eine in Figur 2 sichtbar ist. In jeder dieser Aufnahmen 75 wird ein Werkstückträgerantrieb der A- Rundachse gelagert. In der Figur 4, die eine weitere Einzeldarstellung des Doppelwendespanners 22 zeigt, ist einer der Werkstückträgerantriebe mit dem Bezugszeichen 76 versehen. Wie in der Figur 4 rechts skizziert, trägt eine Spindel 77 jedes Werkstückträgerantriebs 76 ein Kupplungsstück 78 mit zwei als Spannbolzen ausgeführten Kupplungselementen 80, 82, die zum Koppeln/Verbinden der Schnittstelle in
Wirkeingriff mit den oben beschriebenen Kupplungsaufnahmen 72, 74 des
Kupplungskopfes 62 bringbar sind. Wie vorstehend ausgeführt, können die
Kupplungselemente 80, 82 als Spannbolzen ausgeführt sein, die eine präzise
Kegelzentrierung zum Vereinfachen des Einführens in die Kupplungsaufnahmen 72, 74 am Kupplungskopf 62, 64, 66, 68 aufweisen. Die in diesen aufgenommenen
Spannschieber rücken dann in eine Nut des Spannbolzens ein. Das an dem
rundtischartig ausgebildeten Werkstückträgerantrieb 76 ausgebildete Kupplungsstück 78 ist entsprechend der Kupplungsfläche 70 ausgebildet und erstreckt sich somit in der Diagonalen/Tangentialen zu einer Spindel 77 des Werkstückträgerantriebs 76 und lässt sich zum Verspannen mit Bezug zu der jeweiligen Kupplungsfläche 70 des
Kupplungskopfes 62, 64, 66, 68 in die in Figur 4 rechts dargestellte Relativposition bringen, in der die Kupplungsfläche 70 und eine Kupplungsfläche 79 des
Kupplungsstückes 78 parallel zu einander verlaufen, so dass sich der Kupplungskopf 62, 64, 66, 68 mit dem zugehörigen Kupplungsstück 78 der Spindel des
Werkstückträgerantriebs 76 zu einem Kupplungsblock ergänzen, wobei der Kraftschluss über das Nullpunktspannsystem mit den in die Kupplungsaufnahmen 72, 74
eintauchenden Spannbolzen (Kupplungselemente 80, 82) erfolgt.
Anstelle des Nullpunktspannsystems können selbstverständlich auch andere Spannelemente, beispielsweise Spannkonen verwendet werden. In der dreidimensionalen Darstellung gemäß Figur 4 ist der Werkstückträger 46 mit den Kupplungsköpfen 66, 68 in Wirkeingriff mit den maschinengestellseitig
angeordneten Werkstückträgerantrieben 76 dargestellt. Soll nun der andere
Werkstückträger 44 in die in Figur 4 oben rechts dargestellte Kupplungsposition gebracht werden, müssen entsprechend die Nullpunktspannsysteme am
Werkstückträger 46 gelöst/geöffnet werden, so dass die Kupplungselemente außer Eingriff mit den Kupplungsaufnahmen 72, 74 gelangen. Nach diesem Öffnen wird dann über den Schwenkantrieb 32 der Doppelwendespanner 22 um etwa 180° verschwenkt, so dass die Kupplungsköpfe 62, 64 in die in Figur 4 rechts dargestellte Relativposition mit Bezug zu den Werkstückträgerantrieben 76 gebracht werden. Beim Ankoppeln des Werkstückträgers 46 (siehe dreidimensionale Darstellung in Figur 4) zeigen jedoch dessen Kupplungsaufnahmen nach unten, so dass entsprechend die
Kupplungselemente 80, 82 des Werkstückträgerantriebs 76 nach oben weisen. Um diese dann mit Bezug zu den eingeschwenkten Kupplungsaufnahmen 72, 74 der Kupplungsköpfe 62, 64 des Werkstückträgers 44 auszurichten, müssen die Spindeln 77 der Werkstückträgerantriebe 76 um 180° verschwenkt werden, so dass sich dann die in Figur 4 rechts dargestellte Relativposition ergibt, in der die Kupplungselemente 80, 82 (Spannbolzen) nach unten hin in die Kupplungsaufnahmen 72, 74 der Kupplungsköpfe 62, 64 eintauchen und dann in einem nächsten Schritt verriegelt werden. Im
gekoppelten Zustand liegen die Kupplungsflächen 70 der Kupplungsköpfe dann an entsprechenden Kupplungsflächen 79 der Kupplungsstücke 78 an (siehe Figur 4, hier zur Verdeutlichung mit einem Parallelabstand dargestellt).
Über diese Schnittstelle kann somit der gestellseitig abgestützte Werkstückträgeran- trieb 76 drehfest mit dem sich jeweils im Arbeitsraum befindlichen Werkstückträger 44 oder 46 verbunden werden, um diesen um seine A-Rundachse zu drehen. Dieser Gantryantrieb mit den beidseitig angeordneten nach Art eines Rundtischs aufgebauten Werkstückträgerantrieben 76 ist äußerst steif ausgeführt, da der Kraftfluss vom
Werkstück über die Brücken 48, 50 und die Schnittstelle direkt in das Maschinengestell eingeleitet wird. Wie in der Figur 4 unten links angedeutet, erfolgt die Energiezuführung (Fluid und Elektrik) jeweils über fest angebundene Energieketten 85, die so ausgebildet sind, dass die Schwenkbewegung um die A-Rundachse ermöglicht ist. Sichtbar in Figur 4 ist des Weiteren eine Feststelleinrichtung 84, über die der
Doppelwendespanner 22 oder genauer gesagt dessen trommeiförmiger Träger, der im Wesentlichen aus den beiden Trommelwandungen 34, 36 und dem Achskörper 38 besteht, in seiner jeweiligen Schwenklage arretiert werden kann.
Der Antrieb dieses trommelartigen Trägers erfolgt über den Schwenkantrieb 32, der ebenfalls als Gantryantrieb ausgeführt ist. Das Grundprinzip dieses Schwenkantriebs 32 ist in den Figuren 5a, 5b dargestellt, wobei Figur 5a eine Seitenansicht des Doppelwendespanners 22 von links (Darstellungen gemäß den Figuren 2, 3 und 4) und Figur 5b eine Vorderansicht vom Beladeraum 20 her gesehen zeigt.
In der Seitenansicht gemäß Figur 5a sind die Stirnfläche der Trommelwandung 34 und die aus dieser zum Betrachter hin auskragenden Kupplungsköpfe 62, 66 sichtbar. Mit strichpunktierten Linien sind jeweils die Kupplungsausnehmungen 72, 74 eingezeichnet. Dargestellt ist des Weiteren das Achslager 40 des Achskörpers 38, das mit der in Figur 2 linken Seitenwange 28 verschraubt ist.
Wie aus Figur 5a, 5b ersichtlich, ist der Schwenkantrieb 32 als Kettentrieb in
Gantrybauweise ausgeführt, wobei jeweils eine Antriebskette 86, 88 den vergleichsweise großen Durchmesser der Trommelwandung 34, 36 umschlingt. Jede der An- triebsketten 86, 88 wird von einem Antriebsritzel 90, 92 angetrieben, die auf einer gemeinsamen Antriebswelle 94 angeordnet sind. Diese Antriebswelle 94 wird über einen Schwenkmotor 96 angetrieben. Die Lagerung der Antriebswelle 94 mit dem Schwenkmotor 96 erfolgt beidseitig über Lagerkonsolen 98, 100, die gemäß Figur 2 stirnseitig an den Seitenwangen 26, 28 des Maschinengestells 6 angeflanscht sind.
Die Antriebswelle 94 und der Achskörper 38 der Schwenkachse und die A- Rundachsen der Werkstückträger 44, 46 verlaufen somit parallel zu einander. Die beiden Antriebsketten 86, 88 sind dabei nicht als Endlosketten ausgeführt sondern mit ihren freien Endabschnitten 102, 104; 106, 108 mit dem Umfangsrand der Trommelwandung 34, 36 verbunden, so dass die Trommelwandungen 34, 36 nicht mit einer Außenverzahnung ausgeführt sein müssen. Dementsprechend erfolgt die Ver- Schwenkung des Doppelwendespanners 22 nicht umlaufend rotierend sondern in einer Ein- und Rückschwenkbewegung um 180°.
Wie einleitend erläutert, erfolgt die An- und Abkoppelbewegung nur mit einer, etwa tangentialen Bewegungskomponente, die dadurch bewirkt wird, dass der Doppelwen- despanner 22 um seine Schwenkachse verschwenkt wird und dabei der sich in einer Grundposition befindliche Werkstückträger, beispielsweise der Werkstückträger 44 aus dem Beladeraum 20 heraus in seine Arbeitsposition in den Arbeitsraum 18 hinein verschwenkt wird, wobei die beidseitig angeordneten Kupplungsköpfe 62, 64 dann in Überdeckung mit den Kupplungselementen 80, 82 des gestellfesten, in Gantrybauweise ausgeführten Werkstückträgerantriebs 76 gelangen, so dass dann über die Maschinensteuerung die drehfeste Kopplung durch Einrücken der Kupplungselemente 80, 82 in die Kupplungsausnehmungen 72, 74 bewirkt werden kann. Es ist kein zusätzlicher Aushub oder Rückhub zum Abkoppeln erforderlich, so dass das Öffnen der Schnittstelle in sehr kurzer Zeit mit geringem Aufwand erfolgt. Die Werkstückträger 44, 46 verbleiben dabei in ihrer jeweiligen Ausgangs- bzw. Endstellung, wobei die Rundtische 52, 54, 56, 58 weiter um die B-Achse drehen können. Der An- und Abkoppelvorgang besteht somit aus einer zur Wechselvorrichtung tangentialen Bewegung.
Prinzipiell kann - wie erwähnt - der Antrieb der Werkstückträger 44, 46 auch einsei- tig erfolgen, so dass eine passive Gegenlagerung auf der Seite vorgesehen sein muss, an der kein Werkstückträgerantrieb 76 vorgesehen ist. In diesem Fall könnte dann eine axiale An- oder Abkoppelbewegung vorteilhaft sein, wobei dann allerdings das Gegenlager ebenfalls axial bewegt werden müsste. Wie in Figur 5a angedeutet, ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel jedem um die A-Rundachse verschwenkbaren Werkstückträger 44, 46 eine Indexiereinrichtung 103, 105 und sonstige Messsysteme zugeordnet, über die während der Bearbeitung und beim Einschwenken und Andocken (Schließen der Schnittstelle) die Drehpositionen der Werkstückträger 44, 46 überwacht werden kann.
Wie eingangs erwähnt, erfolgt die Energieversorgung der Werkstückträger 44, 46 und auch der darauf gelagerten Rundtische 52, 54, 56, 58 jeweils über Energieketten 85. Prinzipiell ist jedoch auch eine fluidische Energieversorgung über Drehdurchführungen und desgleichen realisierbar.
Figur 6 zeigt eine Einzeldarstellung der Werkstückträger, wobei beispielhaft der Werkstückträger 44 erläutert wird. Dieser hat die vorgenannte Brücke 48, in der die beiden Rundtische 52, 54 eingetopft sind. Wie vorstehend erläutert, erfolgt die Energiezuführung beim beschriebenen Ausführungsbeispiel über Energieketten 85, über die auch die beiden Rundtische 52, 54 mit elektrischer Energie und Druckmittel zum Spannen versorgt sind. Der Aufbau der Rundtische 52, 54 wird im Folgenden noch detaillierter erläutert. Die Brücke 48 hat einen kastenförmigen Aufbau, wobei die Elektrik und die Fluidanschlüsse im Inneren des kastenartigen Brückengehäuses geführt sind. Seitlich an der Brücke 48 sind Brückenwangen 107, 109 vorgesehen, die sich senkrecht zur A- Achse erstrecken. Die Brückenwangen 109, 109 sind nach oben (Ansicht nach Figur 6) hin verrundet und springen stufenartig in Richtung der A-Achse vor, so dass verrundete Kupplungssegmente 1 10, 1 12 ausgebildet werden, wobei an deren Stufenflächen 1 14, 1 16 und den benachbarten Stirnflächen der Brückenwangen 107, 109 die vorbeschriebenen Kupplungsköpfe 62, 64, 66, 68 (siehe Figuren 3a, 3b) angesetzt werden können, über die die Schnittstellen zum Gantry-Werkstückträgerantrieb gebildet sind. Die zur Versorgung der Werkstückträger 44, 46 und der Rundtische 52, 54 erforderlichen Schaltungen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) und auch die Messsystem sind alle auf der Rückseite der Werkstückträger 44, 46 angeordnet, wobei die Druckmittel- und Stromversorgung und die Signalübertragung vorzugsweise über die Energieketten 85 erfolgt. In den Figuren 7a, 7b ist einer dieser synchron ansteuerbaren Werkzeugträgerantriebe 76 in einer dreidimensionalen Darstellung und in einem Halbschnitt gezeigt.
Dieser Antrieb ist nach Art eines Rundtisches ausgeführt und hat ein topfförmiges Rundachsengehäuse 1 18, das in einer der in den Seitenwangen 26, 28 des Ma- schinengestelles 6 vorgesehenen Aufnahmen 75 mittels eines Rundachsenflanschs befestigt ist. In diesem Rundachsengehäuse 1 18 ist über eine Spindellagerung 120 ein um die Achse A drehbares Mittelteil gelagert, das im Folgenden Spindel 122 genannt wird. An einer in den Figuren 7a, 7b oben liegenden Planfläche 124 der Spindel 122 wird dann das jeweilige Kupplungsstück 78 befestigt, über das die drehfeste Verbindung mit dem Kupplungskopf 62, 64 an dem um die A-Rundachse verschwenkbaren Werkstückträger 44, 46 hergestellt wird.
Der Antrieb der Spindel 122 erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Motor-/Getriebeeinheit mit einem angedeuteten Motor 126 und einem Getriebe 128, das beispielsweise als Zahnradgetriebe, Cyclogetriebe, Schneckengetriebe oder dergleichen ausgebildet sein kann. Das topfartige Rundachsengehäuse 1 18 und die entsprechend ausgebildete Spindel 122 nebst der Spindellagerung 120 sind so ausgebildet, dass anstelle der Motorgetriebeeinheit 126, 128 auch ein anderer Antrieb, bei- spielsweise ein Torqueantrieb 130 verwendbar ist, ohne dass wesentliche konstruktive Änderungen am Rundachsengehäuse 1 18, der Spindellagerung 120 und der Spindel 122 vorgenommen werden müssen. Die Spindellagerung 120 ist dabei so ausgebildet, dass sie den jeweiligen Antrieb umgreift. Dieses modulare Konzept wird auch bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine 1 genutzt, da gemäß den Figuren 8a, 8b die um die Rundachse B drehbaren Rundtische 52, 54 entsprechend den Werkstückträgerantrieben 76 ausgeführt sind. D.h. der wesentliche Unterschied zwischen den Rundtischen 52, 54 gemäß den Figuren 8a, 8b und den Werkzeugträgerantrieben 76 gemäß den Figuren 7a, 7b besteht im Wesentlichen in der Art des Antriebes. Wie erläutert, wird beim Werkstückträgerantrieb 76 eine Motor-/Getriebeeinheit verwendet, während bei den Rundtischen 52, 54 ein Torqueantrieb 130 zum Einsatz kommt. D.h. die Antriebe sind modular aufgebaut und können ohne konstruktive Änderungen mit relativ geringem Aufwand umgerüstet werden, um die Antriebskonzepte zu ändern. Dementsprechend entspricht der Grundaufbau eines Rundachsengehäuses 132 der Rundtische 52, 54 dem Aufbau des Rundachsengehäuses 1 18 des Werkstück- trägerantriebes 76. Eine im Rundachsengehäuse 132 über eine Spindellagerung 134 geführte Spindel 136 entspricht den mit den Bezugszeichen 120, 122 versehenen Bauelementen (Spindellagerung, Spindel) in den Figuren 7a, 7b. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass eine Planfläche 135 der Spindel 136 mit einem anderen Lochmuster als die Planfläche 124 des Werkstückträgerant ebes 76 ausgeführt ist. Dieses Lochmuster ist an die Spannmittel zum Spannen des zu bearbeitenden Werkstückes ange- passt. Ansonsten betrifft der Grundaufbau der in den Figuren 7a, 7b und 8a, 8b gezeigten Rundachsen A, B demjenigen herkömmlicher Rundachsen, so dass weitere Aus- führungen entbehrlich sind. Wie erwähnt, erfolgt die Energieversorgung (Fluid, Elektrik) vorzugsweise über die genannten Energieketten 85 des Doppelwendespanners 22.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird zum Antrieb des Doppelwendespanners 22 (Wechselvorrichtung) ein Gantryantrieb verwendet, der dort als Zugmitteltrieb ausgeführt ist. In Figur 9 ist ein Grundkonzept gezeigt, bei dem der
Schwenkantrieb 32 als Hohlwellengetriebe ausgeführt ist. Dabei treibt der Schwenkmotor 96 direkt oder über ein Getriebe 137 eine Hohlwelle 138 an, die drehfest mit einer Antriebswelle verbunden ist, durch die praktisch der Achskörper 38 (Schwenkachse 30) ausgebildet ist. Diese Antriebswelle 140 durchsetzt den trommelartigen Träger des Doppelwendespanners 22 mit seinen Trommelwandungen 34, 36 und treibt dann entsprechend über ein zwischengeschaltetes Getriebe 142 die zum Schwenkmotor 96 be- abstandete Seite des Doppelwendespanners 22 an. Dementsprechend wird durch dieses Hohlwellengetriebe ebenfalls ein Gantryantrieb geschaffen, über den das Drehmoment beidseitig in die Trommelwandungen 34, 36 eingeleitet ist.
In dem Fall, in dem die Werkstückträger über eine Motor-/Getriebeeinheit angetrieben werden und die Getriebe beispielsweise als Cyclogetriebe oder Zahnradgetriebe ausgeführt sind, kann die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht werden, wenn das Getriebe vorgespannt wird.
Figur 10 zeigt eine erste Möglichkeit einer derartigen Vorspannung. Dargestellt ist beispielhaft der Werkstückträger 44 mit seiner Brücke 48, in der die Rundtische 52, 54 gelagert sind. Wie erläutert, erfolgt der Antrieb der Rundachse A über die seitlich im Maschinengestell 6 gehaltenen Werkstückträgerantriebe 76, 76', die über die vorbe- schriebenen Schnittstellen mit der Brücke 48 verbunden sind. Angedeutet in der Figur 10 sind auch die beiden Indexiereinrichtungen 102, 104 und Messsysteme, die den Antrieben 76, 76' zugeordnet sind. Die Vorspannung kann nun dadurch aufgebracht werden, indem die Brücke 48 in einem verspannten Zustand, d.h. mit einer vorbestimmten Torsion, bearbeitet wird. Diese Verwindung wird dann durch geeignete Ansteuerung der Werkstückträgerantriebe 76, 76' kompensiert und ausgeregelt, indem diese die Brücke 48 mit Drehmomenten M1 , M2 beaufschlagen. Dieses Ausregel-Drehmoment kann beispielsweise etwa 10% des Antriebsdrehmomentes während der Bearbeitung betragen. Die Ansteuerung der Antriebe 76, 76' erfolgt dann in Abhängigkeit von den Messsignalen des Messsystems 102, 104 bzw. der Indexierung, so dass bei einem auf Null ausgeregelten Messsystem 102, 104 die Brücke mit einem Vorspannmoment beaufschlagt ist, das ausreicht, um die Verwindung auszugleichen - die Brücke ist dann gerade geregelt und beide Getriebe der Werkstückträgerantriebe 76 verspannt. Eine derartige Ver- Spannung ist allerdings bei einem Torqueantrieb nicht erforderlich.
Prinzipiell können auch die Antriebe der Rundtische 52, 54 verspannt werden. Dabei kann beispielsweise die Spindel 136 als Hohlrad ausgeführt werden, das mit zwei Ritzeln zweier Getriebemotoren kämmt, die dann entsprechend ein gegen einander ge- richtetes Drehmoment M1 , M2 aufbringen und somit den Antrieb verspannen.
Die Vorspannung des Werkstückträgers 44, 46 oder genauer gesagt dessen Brücke 48, 50 kann auch über Torsionsstangen oder Stabilisatoren erfolgen, über die die Brücke 48, 50 nachträglich mit einem Drehmoment beaufschlagbar ist.
Insbesondere bei einer Bearbeitung mit hoher Zerspanungsleistung werden die Werkstückträger 44, 46 und auch die Arbeitsspindeln mit ihren Pinolen thermisch stark belastet, wobei es zu Maßänderungen kommen kann, wenn sich eine kritische Tempe- raturdifferenz zum Maschinengestell 6 einstellt.
Figur 1 1 zeigt ein Grundkonzept, über das Maßänderungen im Bereich des Werkstückträgers 44, 46 in X-Richtung aufgefangen werden können. Bei einer derartigen Maßänderung ändert sich der Abstand a der auf dem Werkstückträger 44, 46 gelagerten Rundtische 52, 54, so dass sich auch die Relativposition zu den beiden Arbeitsspin- dein 2, 4 ändert. Zur Kompensation dieser Maßänderung in X-Richtung kann beispielsweise im Werkstückträger 44 ein Thermofühler 143 angeordnet werden, über den die Temperatur des Werkstückträgers 44, 46 und damit auch dessen maßliche Änderung in X-Richtung erfassbar ist. Über den Thermofühler 143 kann beispielsweise eine Temperaturdifferenz zur Temperatur der gesamten Struktur erfasst werden. In dem Fall, in dem diese Temperaturdifferenz einen Toleranzwert überschreitet, wird dann über die Maschinensteuerung die maßliche Änderung ausgesteuert. Zur X-Kompensation kann dann einer der Rundtische - beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 1 der Rundtisch 54 - in X-Richtung verschiebbar sein, um diese Maßänderung zu kompensieren.
Wie in Figur 1 1 unten angedeutet, kann zur X-Kompensation der Rundtisch 54 nicht mit der Brücke 48 verschraubt werden sondern in X-Richtung verschiebbar gelagert sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass dieser Rundtisch 54 über eine Klemmung 144, 146 verschiebbar auf einer Flanschplatte 148 gelagert ist. Durch Lösen der Klemmung 144, 146 kann der Rundtisch 54 dann in X-Richtung verstellt werden. Die Führung des Rundtisches 54 auf der Flanschplatte 148 kann beispielsweise mit einer Gleitführung oder Wälzlagern erfolgen. Die Klemmung 144, 146 kann hydraulisch ausgeführt sein, wobei beispielsweise durch Druckmittelbeaufschlagung auswölbbare oder in Wirkeingriff bringbare Klemmelemente vorgesehen sein können, die den Rundtisch 54 mit der Flanschplatte 148 verklemmen. Das Verschieben kann beispielsweise durch Andocken der zugeordneten Arbeitsspindel 2, 4 erfolgen. Wie in Figur 1 1 ange- deutet, kann dabei am Rundtisch 54 ein entsprechender HSK-Kegel vorgesehen werden, an der die Arbeitsspindel 2, 4 andockt. Durch deren Verstellung in X-Richtung kann dann die X-Kompensation erfolgen.
Da ein derartiger Rundtisch 52, 54 ein sehr hohes Gewicht hat (beispielsweise mehr als 700 kg), kann zur Vermeidung einer übermäßigen Belastung der Spindel eine Keilübersetzung vorgesehen werden, so dass die Kraft der Spindel über einen Keil auf den Rundtisch 54 übertragen wird.
Bei den zuvor beschriebenen thermischen Belastungen der Maschinenstruktur kann es auch vorkommen, dass die beiden Arbeitsspindeln 2, 4 in Y-Richtung zu einander versetzt werden. Zur Kompensation eines derartigen Höhenversatzes der beiden Arbeitsspindeln 2, 4 in Y-Richtung kann der die Pinolen der beiden Arbeitsspindeln 2, 4 führende Schlitten 5 über die beiden als Gantryantrieb ausgeführten Linearmotoren 10, 12, die eine Verstellung des Schlittens 5 in Y-Richtung innerhalb des Rahmens 8 ermöglichen, um die in Figur 12 dargestellte C-Achse (Rotation um Z-Achse der Spindeln) verschwenkt werden, um den Höhenversatz der Arbeitsspindeln 2, 4 auszugleichen. Diese Verschwenkung kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass die beiden als Gantryantrieb ausgeführten Linearmotoren 10, 12 derart angesteuert werden, dass der Schlitten 152 um die C-Rundachse etwas gekippt wird, so dass der Höhenversatz der Arbeitsspindeln 2, 4 ausgeglichen wird. Dieses Kippen des Schlittens 152 kann beispielsweise durch eine flexible Ausgestaltung der schlittenseitigen
Lagerelemente ermöglicht sein, die auf der Y-Führung des Rahmens 8 geführt sind. So können beispielsweise zur Führung in Y-Richtung am Schlitten 152 im Randbereich (siehe Figur 12 oben) nachgiebige Führungselemente 154, 156 vorgesehen werden, während dazwischen liegend steife Lagerelemente 158 vorgesehen sind, die ein
Verschwenken des Schlittens 152 um die Rundachse C ermöglichen. Eine Möglichkeit, ein nachgiebiges Führungselement auszubilden, ist in Figur 1 2 unten dargestellt. Dabei ist zwischen dem Schlitten 152 und der Y-Führung am Rahmen 8 jeweils ein
Festkörpergelenk 160 vorgesehen, das das Kippen des Schlittens 152 ermöglicht. Die Steifigkeit in X-Richtung wird dabei durch die Lagerelemente 158, 158' bewirkt. Die Y- Achse wird über die Linearantriebe ausgeregelt und die Steifigkeit in Z-Richtung durch alle Lagerelemente 154, 156, 158 bewirkt. Anstelle zweier nachgiebiger
Führungselemente kann auch jeweils nur ein nachgiebiges Führungselement 154, 154'und ein steifes Führungselement 158, 158 'verwendet werden.
Die Anmelderin behält sich vor, auf die vorbeschriebene X-, Y-Kompensation und/oder auf die Vorspannung der Brücke eigene, unabhängige Patentansprüche richten.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Schnittstellen des Doppelwendespanners 22 zum Maschinengestell 6 bzw. zur Maschinenstruktur so ausgeführt sein, dass der Doppelwendespanner 22 abnehmbar ist und die
Werkzeugmaschine 1 dann ohne Veränderung des Maschinengestells 6 mit oder ohne Doppelwendespanner aufgebaut bzw. der Doppelwendespanner auf einfache Weise nachgerüstet werden kann. Auf diese Weise ist die Flexibilität der Werkzeugmaschine 1 weiter verbessert. Die Anmelderin behält sich vor, auf die Ausgestaltung der Schnittstellen des Doppelwendespanners 22 in allgemeiner Form einen eigenen Anspruch zu richten.
Offenbart ist eine Werkzeugmaschine mit einem Doppelwendespanner, der zwei Werkstückträger aufweist, deren Werkstückträgerantrieb rahmenseitig angeordnet ist. Eine Ankopplung des Werkstückträgerantriebs an den Werkstückträger erfolgt mit nur einer Bewegungskomponente, die vorzugsweise in tangentialer Richtung verläuft.
Bezuqszeichenliste:
1 Werkzeugmaschine
2 Arbeitsspindel
4 Arbeitsspindel
5 Schlitten
6 Maschinengestell 8 Rahmen
10 Linearmotor
12 Linearmotor
13 Werkzeugmagazin
14 Hydraulikaggregat
15 Werkzeug
16 Verkleidung
17 Torpedowechsler
18 Arbeitsraum
20 Beladeraum/Beladeplatz
22 Doppelwendespanner
24 Linearachse
26 Seitenwange
28 Seitenwange
30 Schwenkachse
32 Schwenkantrieb
34 Trommelwandung 36 Trommelwandung
38 Achskörper
40 Achslager
42 Achslager
44 Werkstückträger 46 Werkstückträger
48 Brücke
50 Brücke
52 Rundtisch 54 Rundtisch
56 Rundtisch
58 Rundtisch
60 Trennwand
61 Trennwand
62 Kupplungskopf
64 Kupplungskopf
66 Kupplungskopf
68 Kupplungskopf
70 Kupplungsfläche
72 Kupplungsausnehmung
74 Kupplungsausnehmung
75 Aufnahme
76 Werkstückträgerantrieb 77 Spindel
78 Kupplungsstück
79 Kupplungsfläche
80 Kupplungselement 82 Kupplungselement 84 Feststelleinrichtung
85 Energiekette
86 Antriebskette
88 Antriebskette
90 Antriebsritzel
92 Antriebsritzel
94 Antriebswelle
96 Schwenkmotor
98 Lagerkonsole
100 Lagerkonsole
102 Endabschnitt
103 Indexiereinrichtung
104 Endabschnitt
105 Indexiereinrichtung 106 Endabschnitt
107 Brückenwange
108 Endabschnitt
109 Brückenwange
1 10 Kupplungssegment
1 12 Kupplungssegment
1 14 Stufenfläche
1 16 Stufenfläche
1 18 Rundachsengehäuse
120 Spindellagerung
122 Spindel
124 Planfläche
126 Motor
128 Getriebe
130 Torqueantrieb
132 Rundachsengehäuse
134 Spindellagerung
135 Planfläche
36 Spindel
137 Getriebe
138 Hohlwelle
140 Antriebswelle
142 zwischengeschaltetes Getriebe
143 Thermofühler
144 Klemmung
146 Klemmung
148 Flanschplatte
150 HSK-Kegel
152 Schlitten
54 Führungselement nachgiebig
156 Führungselement nachgiebig
158 Führungselement steif
160 Festkörpergelenk

Claims

Patentansprüche
1 . Werkzeugmaschine mit einer Wechselvorrichtung für Werkstücke und zumindest einer entlang Linearführungen verfahrbaren Werkzeug- oder Arbeitsspindel (2, 4), die an einem Maschinengestell (6) gehalten ist, wobei die Wechselvorrichtung zwei Werkstückträger (44, 46) hat, die mittels eines Schwenkantriebes (32) um eine
Schwenkachse (30) verschwenkbar sind, um einen Werkstückträger (44, 46) aus einem Arbeitsraum (18) in einen Beladeraum (20) oder einen Werkstückträger (44, 46) aus dem Arbeitsraum (18) in den Beladeraum (20) zu verschwenken, wobei die Werkstück- träger (44, 46) jeweils mittels eines Werkstückträgerantriebes (76, 76') um eine Rundachse (A) verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträgerantrieb (76, 76') arbeitsraumseitig am Maschinengestell (6) gelagert ist und über eine Schnittstelle drehfest mit dem jeweils arbeitsraumseitig angeordneten Werkstückträger (44, 46) verbindbar ist.
2. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 1 , wobei der Werkstückträgerantrieb (76, 76') als Gantryantrieb mit beidseitig angeordneten Antrieben ausgeführt ist, die jeweils eine Schnittstelle/Kupplung aufweisen.
3. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Schnittstelle einen werkstückträgerseitig angeordneten Kupplungskopf (62, 64) mit einer sich in Radialrichtung oder parallel dazu erstreckenden Kupplungsfläche (70) hat, dem ein an einer Spindel (122) des Werkstückträgerantriebes (76) angeordnetes Kupplungsstück (78) zugeordnet ist, das eine komplementär zur Kupplungsfläche (70) ausgebildete Mitnehmerfläche (79) aufweist, wobei Kupplungsfläche (70) und Kupplungsstück (78) vorzugsweise in Tangentialrichtung oder in Axialrichtung in Kupplungswirkeingriff bringbar sind.
4. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 3, mit Kupplungselementen (80, 82, 72, 74), die sich quer zur Ebene der Kupplungsfläche (70) und der Mitnehmerfläche erstrecken.
5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei jeder Werkstückträger (44, 46) zumindest einen auf einer Brücke (48, 50) eingetopften Rundtisch (52, 54) hat, der mittels eines Rundtischantriebes um eine Rundachse (B) drehbar ist.
6. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 5, wobei der Rundtischantrieb und der Werkstückträgerantrieb (76, 76') modular ausgebildet sind, so dass diese mit unterschiedlichen Antrieben, beispielsweise einem Servomotor mit Getriebe oder einem Torquemotor antreibbar sind, die beide von der gleichen Seite her angreifen.
7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Träger der Werkzeugwechselvorrichtung trommelartig ausgebildet ist und zwei stirnseitige Trommelwandungen (34, 36) hat, an denen die Werkstückträger (44, 46) um die Rundachsen (A) drehbar gelagert sind und die von einem um die Schwenkachse (30) drehbaren Achskörper (38) durchsetzt sind, der am Maschinengestell (6) abgestützt ist, wobei der Schwenkantrieb (32) an den Trommelwandungen (34, 36) angreift.
8. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 7, wobei der Schwenkantrieb (32) als Gantryantrieb ausgebildet ist.
9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Schwenkantrieb (32) ein Getriebe hat, das vorzugsweise als Zugmittelgetriebe oder Hohlwellengetriebe ausgebildet ist.
10. Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 8 und 9, wobei ein Zugmittel des Zugmittelgetriebes eine Trommelwandung (34, 36) im Bereich des größten Durchmessers umschlingt und ein zugeordnetes Antriebsritzel (90, 92) auf einer Antriebswelle (94) gelagert ist, wobei vorzugsweise jeder Trommelwandung (34, 36) ein Zugmittel und ein Antriebsritzel zugeordnet ist, das drehfest mit der Antriebswelle (94) verbunden ist, wobei diese maschinengestellseitig gelagert und angetrieben ist.
1 1 . Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei das Zugmittelgetriebe ein Kettentrieb, ein Zahnriementrieb, ein Flachriementrieb, ein Keilriementrieb, ein Zahnradtrieb oder dergleichen ist.
12. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Werkstückträgerantrieb (76), ein Achskörper (38) und eine Antriebswelle (94) sich zwischen Seitenwangen (26, 28) des Maschinengestells (6) erstrecken und an diesem gelagert sind.
13. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Energiezuführung (Fluide, Steuersignale und Elektrik) zu den Werkstückträgern (44, 46) über Energieketten (85) erfolgt.
14. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Indexiereinnchtung (102, 104) zum Indexieren der Schwenkposition der Wechselvorrichtung während des Verschwenkens und/oder des Andockens/Koppeins an den Werkstückträgerantrieb (76).
15. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer X-Kompensation des Werkstückträgers (44, 46).
16. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Y-Kompensation der Arbeitsspindeln (2, 4).
17. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit Einrichtungen zur Vorspannung einer Brücke (48, 50) des Werkstückträgers (44, 46).
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