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Hochflexible Werkzeugmaschine - Dokument DE19725630A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19725630A1 24.12.1998
Titel Hochflexible Werkzeugmaschine
Anmelder Witzig & Frank Turmatic GmbH, 77652 Offenburg, DE
Erfinder Baumbusch, Frank, Dipl.-Ing.(FH), 69412 Eberbach, DE;
Bauer, Walter, 75397 Simmozheim, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 17.06.1997
DE-Aktenzeichen 19725630
Offenlegungstag 24.12.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.1998
IPC-Hauptklasse B23Q 39/02
IPC-Nebenklasse B23B 39/18   
Zusammenfassung Eine Werkzeugmaschine weist wenigstens eine vorzugsweise aber zwei Bearbeitungseinheiten auf, die zwei Werkstückaufnahmen zugeordnet sind. Die Bearbeitungseinheiten sind in drei Achsen X, Y, Z verstellbar, wobei sie jeweils beide Werkstückaufnahmen erreichen können. Die Bearbeitungseinheiten sind so orientiert, daß ihre Arbeitsspindel in einem vorzugsweise rechten Raumwinkel zueinander stehen. Sie können dadurch aneinander vorbeibewegt werden, ohne miteinander zu kollidieren. Außerdem können sie zugleich an einem Werkstück arbeiten. Die Werkstückaufnahmen sind unabhängig voneinander um eine Schwenkachse positionierbar. Außerdem sind die Werkstücke um eine zu der Schwenkachse S rechtwinklige Achse V drehbar. Diese Anordnung ermöglicht eine flexible Bearbeitung der Werkstücke aus beliebigen Raumrichtungen heraus. Weil jede Bearbeitungseinheit prinzipiell jede Seite des Werkstücks jeder Werkstückaufnahme bearbeiten kann, können beide Bearbeitungseinheiten gleichmäßig ausgelastet werden. Leerlauf- und Verlustzeiten werden dadurch minimiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.

Zur Bearbeitung kompliziert geformter Werkstücke, die zu ihrer Herstellung eine größere Anzahl unterschiedlicher spanender Bearbeitungsvorgänge durchlaufen müssen, insbesondere zur Serienbearbeitung oder -herstellung solcher Werkstücke, werden häufig Werkzeugmaschinen verwendet, die an einem Werkstück hintereinander unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge aus unterschiedlichen Richtungen ausführen. Ein Beispiel für eine solche Maschine ist aus der DE 43 01 393 C2 ersichtlich. Die hier geoffenbarte Werkzeugmaschine ist als Rundtakt-Werkzeugmaschine ausgeführt und weist einen innerhalb eines käfigartigen Grundrahmens angeordneten kreuzförmigen Werkstückträger auf. An den Seitenflächen der Arme des kreuzförmigen Werkstückträgers sind Werkstückaufnahmeeinrichtungen angeordnet. Während der Werkstückträger um eine Vertikalachse dreh- und schaltbar ist, sind die einzelnen Werkstückaufnahmen jeweils um Horizontalachsen drehbar, die tangential zu einem gedachten Kreis angeordnet sind. Beim Weiterschalten des Werkstückträgers durchlaufen die Werkstücke nacheinander unterschiedliche Arbeitsstationen. Diese werden durch Bearbeitungseinheiten definiert, die an dem Grundgestell in mehreren Richtungen verstellbar gehalten sind. Jede Bearbeitungseinheit weist eine Arbeitsspindel auf, die mit einem Revolverkopf versehen ist. Der Revolverkopf ist als Kronenrevolver ausgebildet. Seine Spindeln sind gemeinsam von der Arbeitsspindel angetrieben. Durch Drehung des Revolverkopfs kann jeweils ein gewünschtes Werkzeug in eine gerade Verlängerungsposition der Arbeitsspindel überführt werden, womit es in Bearbeitungsposition ist. Dabei sind alle Spindeln des Revolverkopfs zugleich angetrieben und sie laufen auch während des Drehens oder Weiterschaltens des Revolverkopfs weiter.

Mit dieser Rundtakt-Werkzeugmaschine ist eine Fünf- Seiten-Bearbeitung der Werkstücke möglich, wobei eine hohe Effektivität erreicht wird. Jedoch können Schrägflächen oder Schrägbohrungen, d. h. Bohrungen, die mit der Drehachse (Horizontalachse) des Werkstücks keinen rechten Winkel einschließen, bei der Bearbeitung ein gewisses Problem darstellen. Außerdem ist es in Spezialfällen, bei denen aufgrund der Werkstückgestaltung in einzelnen Arbeitsstationen unterschiedliche Bearbeitungszeiten erforderlich sind, möglich, daß die Bearbeitungseinheiten unterschiedlicher Arbeitsstationen unterschiedlich lange arbeiten. Die Taktzeit wird von der längsten erforderlichen Bearbeitungszeit bestimmt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, hier abzuhelfen und eine Werkzeugmaschine zu schaffen, mit der auch bei Werkstücken, deren einzelne Seiten unterschiedlich lange bearbeitet werden müssen, ein möglichst unterbrechungsarmer Betrieb einzelner Arbeitsspindeln und somit eine hohe Auslastung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ermöglicht die Minimierung der Nebenzeiten der Maschine und eine gleichmäßige Auslastung der vorhandenen Arbeitsspindeln. In ihrer einfachsten Bauform weist die Maschine eine Bearbeitungseinheit auf, die zwei Werkstückaufnahmen bedient. Jede Werkstückaufnahme ist so ausgebildet, daß sie das Werkstück wenigstens in eine Bestückungs- oder Entnahmeposition sowie in wenigstens eine festgelegte, vorzugsweise aber in mehrere wahlweise festlegbare Arbeitspositionen schwenken kann. Die Schwenkachse verläuft dabei vorzugsweise quer durch das Werkstück und im Idealfall durch sein Zentrum. Beide Werkstückaufnahmen sind in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet, und die Bearbeitungseinheit kann mittels der Führungs- und Verstelleinrichtung so verfahren werden, daß sie entweder das eine oder das andere Werkstück bearbeitet. Nachdem die zum Werkstückwechsel erforderliche Zeit in der Regel wesentlich kürzer ist als die Bearbeitungszeit, gelingt es somit, die Arbeitsspindel praktisch ständig arbeiten zu lassen. Inaktive Zeiten, wie sie ansonsten auftreten könnten, wenn auf andere Arbeitsspindeln oder bei Werkstückwechsel gewartet werden muß, können vermieden werden.

Während die Arbeitsspindel in Seitenrichtung entlang eines Weges verstellbar ist, der beide Werkstückaufnahmen überspannt, ist sie in einer zusätzlichen Richtung rechtwinklig zu der Seitenrichtung und zu ihrer Drehachse verstellbar. Außerdem ist sie in Richtung ihrer Drehachse verstellbar, um eine Zustellbewegung zu ermöglichen. Diese drei Achsen ermöglichen eine flexible Bearbeitung der Werkstücke.

Alle NC-Achsen (X-, Y-, und Z-Achse sowie Schwenkachse S und Verstellachse V) dienen der Positionierung bei der Werkstückbearbeitung. Damit erfolgt zugleich der Werkstücktransport aus der Beladeposition in die Arbeitsposition, so daß keine zusätzlichen Transportachsen/Bewegungen erforderlich sind. Bedarfsweise kann aber auch eine zusätzliche Transportachse vorgesehen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind wenigstens zwei Bearbeitungseinheiten vorgesehen, deren Arbeitsspindeln, bspw. in einem rechten Winkel zueinander stehen. Beide Bearbeitungseinheiten sind in Seitenrichtung soweit verstellbar, daß sie abwechselnd beide Werkstücke bearbeiten können. Dabei können die Bearbeitungseinheiten sowohl an einem Werkstück, als auch an unterschiedlichen Werkstücken arbeiten. In Verbindung mit der möglichen Verschwenkung der Werkstücke um die Schwenkachse wird dadurch ein Ausgleich der für unterschiedliche Seiten möglicherweise unterschiedlich langen Bearbeitungszeiten möglich. Ist bspw. die Bearbeitung der Stirnfläche des Werkstücks, die seiner Aufspannfläche gegenüberliegt, besonders arbeitsintensiv, können dazu beide Bearbeitungseinheiten herangezogen werden. Während die erste Bearbeitungseinheit das erste Werkstück an seiner Stirnseite bearbeiten kann, kann die zweite Bearbeitungseinheit, die anders orientiert ist, das entsprechend geschwenkte andere Werkstück an seiner Stirnseite bearbeiten. Ist die Bearbeitung von Seitenflächen weniger arbeitsintensiv, kann diese bspw. von einer einzigen Bearbeitungseinheit übernommen werden, die dazu entsprechend seitlich zu dem einen oder dem anderen Werkstück verfahren wird.

Die Vorzüge der neuartigen Werkzeugmaschine treten insbesondere zu Tage, wenn die Arbeitsspindeln mit Revolverköpfen bspw. Kronenrevolvern versehen sind. Sind bei diesen Revolverköpfen die daran vorhandenen Spindeln, die jeweils für sich ein Werkzeug tragen, von der zentralen Arbeitsspindel her dauernd angetrieben und erfolgt das Weiterschalten des Kronenrevolvers bei laufenden Spindeln, werden extrem kurze Wechselzeiten erreicht, die geringer sind als eine Sekunde. Damit kann praktisch unterbrechungsfrei gearbeitet werden. Die hohe Flexibilität, die die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hinsichtlich der Aufteilung der einzelnen Arbeitsgänge auf einzelne Bearbeitungseinheiten und Werkzeuge bietet, ermöglicht es hier, daß die vorhandenen Arbeitsspindeln gleichmäßig ausgelastet werden und die Nebenzeiten der Maschinen sehr gering gehalten werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Werkstückaufnahmen nebeneinander angeordnet, wobei die Schwenkachse horizontal orientiert ist. Dies hat den Vorzug, daß die Werkstücke jeweils in gleicher Höhe zu wechseln sind und daß ein flacher Maschinenrahmen verwendet werden kann, der auf unproblematische Weise steif ausgelegt werden kann. Dies kommt der Bearbeitungsgenauigkeit zugute.

Die beiden Bearbeitungseinheiten sind in vorzugsweise unterschiedlichen Raumrichtungen orientiert. Bspw. ist die erste Arbeitsspindel horizontal und die zweite Arbeitsspindel vertikal angeordnet. Dies ermöglicht es, daß beide Bearbeitungseinheiten zugleich an einem Werkstück arbeiten. Die Werkzeugmaschine kann dadurch sehr flexibel programmiert werden und es ist möglich, auch Werkstücke ohne Stillstand oder Leerlauf einzelner Arbeitsspindeln zu bearbeiten, die an verschiedenen Seiten sehr unterschiedliche Bearbeitungszeiten erfordern. Außerdem können die Arbeitsspindeln aneinander vorbei gefahren werden, ohne miteinander zu kollidieren (bspw. die erste vom ersten zum zweiten Werkstück und die zweite vom zweiten zum ersten Werkstück).

Eine Höhenverstellung des Werkstücks bezüglich seiner Werkstückaufnahme, d. h. eine vorgesehene Verstellung des Abstandes des Zentrums des Werkstücks von der Werkstückaufnahme ermöglicht es, daß beim Schwenken unterschiedlich aufgespannter Werkstücke deren jeweiliges Zentrum auf der Schwenkachse bleibt. Dies vereinfacht nicht nur die Programmierung der Werkzeugmaschine, sondern vermindert darüber hinaus die erforderlichen Verfahrwege der Bearbeitungseinheit, was wiederum die Nebenzeiten vermindert.

Wenn die Werkstückaufnahme darüber hinaus eine Drehpositioniereinrichtung aufweist, mittels derer das Werkstück um eine Verstellachse rechtwinklig zu der Schwenkachse gedreht werden kann, ist mit der Werkzeugmaschine schon mit einer einzelnen Bearbeitungseinheit eine echte 5-Seiten-Bearbeitung möglich. Ist bspw. eine einzelne liegende Arbeitsspindel vorhanden, kann mit dem Werkzeug die Stirnfläche des Werkstücks bearbeitet werden, wenn es in horizontaler Schwenkposition ist, in der die Verstellachse horizontal orientiert ist, und es können die Seitenflächen bearbeitet werden, wenn das Werkstück so geschwenkt ist, daß die Verstellachse vertikal orientiert ist. Um so mehr kommt dieser Vorteil zum Tragen, wenn wenigstens zwei Bearbeitungseinheiten vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist besonders flexibel, wenn die Positioniereinheiten zum Verschwenken der Träger der Werkstückaufnahmen praktisch beliebig positionierbar sind. Bei einer solchen Werkzeugmaschine ist das Einbringen von Schrägbohrungen, das Bearbeiten von Schrägflächen und dgl. problemlos möglich, ohne daß dazu Winkelbohrköpfe oder ähnliche teure Spezialeinrichtungen erforderlich wären. Insbesondere können die Winkel der Schrägbohrungen oder Schrägflächen zu der Verstellachse der Werkstücke auf einfache Weise durch Programmieren der Werkzeugmaschine eingestellt werden. Zusätzliche Anbauten oder dgl. (Hardware) sind nicht erforderlich. Die Bearbeitungseinheiten führen bei jedem Bearbeitungsvorgang lediglich eine einfache Zustellbewegung parallel zu der Drehachse der Arbeitsspindel aus. Dies minimiert den Steueraufwand im Vergleich zu der Führung von Winkelbohrköpfen die eine gleichzeitige Verstellung zweier Achsen erfordern, um eine Vorschubbewegung zu erzielen. Dabei kann praktisch jede Bearbeitungsrichtung gewählt werden, was über die herkömmliche 5-Seiten-Bearbeitung hinausgeht.

Bedarfsweise kann die Werkzeugmaschine als Zwillingsmaschine mit zwei Werkstückaufnahmen und durchgehendem Maschinengestell aufgebaut werden. Es ist auch möglich, das Maschinengestell so werkstückaufnahmenweise aufzuteilen, so daß Einzeleinheiten mit jeweils einer Werkstückaufnahme erhalten werden. Diese sind dann kaskadierbar, so daß durch Verbinden zweier Einheiten miteinander eine Zwillingsmaschine und durch Verbindung dreier Einheiten miteinander eine Drillingsmaschine erhalten wird.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten ergeben sich aus Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnungen. In der Zeichnung ist zur Veranschaulichung ein einzelnes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in einer perspektivischen vereinfachten Darstellung, in der die äußere Maschinenabdeckung zum Zwecke der Veranschaulichung durchsichtig dargestellt ist;

Fig. 2 die Werkzeugmaschine nach Fig. 1, in einem anderen Maßstab,

Fig. 2a die Werkzeugmaschine nach Fig. 2, in einem anderen Betriebszustand,

Fig. 3 die Werkzeugmaschine nach den Fig. 1 und 2, in einer gleichen Arbeitsposition in perspektivischer Darstellung, aus einer anderen Raumrichtung gesehen,

Fig. 4 die Werkzeugmaschine nach den Fig. 1 bis 3, mit in abweichenden Arbeitspositionen befindlichen Bearbeitungseinheiten, dargestellt mit einer Blickrichtung, die mit den Fig. 1 und 2 übereinstimmt,

Fig. 4a die Werkzeugmaschine nach Fig. 4, in einem anderen Betriebszustand, der sich durch die Schwenkstellungen der Werkstückaufnahmen von dem Betriebszustand nach Fig. 4 unterscheidet,

Fig. 4b die Werkzeugmaschine nach Fig. 4, in einem weiteren Betriebszustand,

Fig. 5 die Werkzeugmaschine nach den Fig. 1 bis 4, mit in unterschiedliche Bearbeitungspositionen geschwenkten Werkstücken, und

Fig. 6 die Werkzeugmaschine nach den Fig. 1 bis 5, in der in Fig. 5 veranschaulichten Arbeitsposition aus einer anderen Blickrichtung.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 veranschaulicht, die einen von einem Gehäuse 2 umschlossenen Arbeitsraum 3 aufweist. Dieser ist von der Umgebung getrennt, und erforderliche Bedienelemente 4 sind außerhalb des Arbeitsraumes 3 angeordnet. An seiner Vorderseite ist das Gehäuse 2 mittels zweier Schwenk- oder Schiebetüren 5, 6 bedarfsweise zu öffnen, um in den Arbeitsraum 3 zu gelangen. In diesem sind zwei Werkstückaufnahmen 8, 9 sowie Arbeitsspindeln 11, 12 angeordnet. Die Arbeitsspindeln 11, 12 gehören zu Bearbeitungseinheiten 13, 14, die entsprechende Antriebseinrichtungen für die Arbeitsspindeln 11, 12 umfassen.

Aus der etwas größeren Darstellung in Fig. 2 geht hervor, wie die Werkstückaufnahmen 8, 9 und die Arbeitsspindeln 11, 12 angeordnet und ausgebildet sind. Die Werkstückaufnahme 8 weist einen U-förmigen Träger 16 auf, an dessen Steg 17 zwischen zwei sich von dem Steg 17 wegerstreckenden Schenkeln 18, 19 eine Werkstückaufnahmeeinrichtung 21 angeordnet ist. Diese ist mit Spannmitteln zum lösbaren Halten eines Werkstücks 22 versehen. Darüberhinaus ist die Werkstückaufnahmeeinrichtung 21 so ausgebildet, daß sie das Werkstück 22 um eine Verstellachse V drehen kann, die sich parallel zu den Schenkeln 18, 19 erstreckt und rechtwinklig zu dem Steg 17 steht. Dazu dient eine zwischen dem Steg 17 und der Spanneinrichtung angeordnete Verstelleinrichtung 23. Die Drehung um die Verstellachse V ist in Fig. 2 auf der rechten Seite im Zusammenhang mit der Werkstückaufnahme 9 durch einen Pfeil Pv veranschaulicht.

Der gesamte Träger 16 ist um eine Schwenkachse S schwenkbar. Dazu sind die Schenkel 18, 19 des Trägers 16 an ihren von dem Steg 17 abliegenden Enden an einem Maschinengestell 24 gelagert, das zu diesem Zweck sich vertikal nach oben erstreckende Säulen 26, 27 aufweist. In der Säule 26 ist eine Positioniereinheit 28 angeordnet, die eine Verschwenkung des Trägers 16 um wenigstens 90 vorzugsweise 180 oder mehr Grad gestattet. Außerdem ist die Positioniereinrichtung so ausgebildet, daß sie sowohl die in Fig. 2 veranschaulichte Position festlegen kann, in der die Verstellachse V horizontal ausgerichtet ist, als auch andere festlegbare Positionen. Diese sind vorzugsweise fein abgestuft oder beliebig festlegbar. Die Positioniereinheit ist dazu mit einer NC-Achse versehen. Alternativ kommt auch eine Positioniereinheit in Frage, die mit einer Hirthverzahnung gekoppelt ist, die diskrete, eng beieinanderliegende vorgegebene Positionen definiert.

Die Werkstückaufnahme 9 ist bezüglich einer zwischen der Werkstückaufnahme 8 und der Werkstückaufnahme 9 gedachten vertikalen Mittelebene spiegelsymmetrisch zu der Werkstückaufnahme 8 ausgebildet, und stimmt ansonsten mit dieser überein. Ohne erneute Bezugnahme und Erläuterung werden deshalb die im Zusammenhang mit der Werkstückaufnahme 8 vergebenen Bezugszeichen bei der Werkstückaufnahme 9 verwendet, wobei sie zur Kenntlichmachung und Unterscheidung jeweils mit einem Apostroph versehen sind. Entsprechendes gilt für die Säule 26 und die Positioniereinheit 28. Zwischen den Werkstückaufnahmen 8, 9 ist eine feste oder bewegliche Trennwand 10 angeordnet, die insbesondere den Übertritt von Kühlmittel und Spänen zwischen den Werkstückaufnahmen 8, 9 unterbindet.

Weder der Werkstückaufnahme 8 noch der Werkstückaufnahme 9 ist eine der Bearbeitungseinheiten 13, 14 fest zugeordnet. Vielmehr sind diese für beide Werkstückaufnahmen 8, 9 gleichermaßen vorgesehen. Eine Führungs- und Verstelleinrichtung 30 ermöglicht dazu die gezielte Verstellung der Arbeitsspindel 11 in drei zueinander Bauweise rechtwinkligen Raumrichtungen X, Y, Z, wobei eine der Raumrichtungen mit der Drehachse übereinstimmt. Die Bearbeitungseinheit 13 ist dazu über eine Linearführung 31 geführt, deren Führungsschienen 32, 33 in Fig. 2 schematisch angedeutet sind. Die Linearführung 32 gehört zu einer NC-Achse, die in Seitenrichtung X wirkt. Diese Richtung ist in Fig. 2 durch einen Pfeil X veranschaulicht und parallel zu der Schwenkachse S orientiert. Die Arbeitsspindel 11 der Bearbeitungseinheit 13 ist zusätzlich in einer dazu rechtwinkligen Richtung Y verstellbar, wozu ebenfalls eine entsprechende Linearführung und eine NC-Achse dienen. Während jedoch der Verstellweg der Linearführung 31 in X-Richtung so groß ist, daß die Arbeitsspindel sowohl an das Werkstück 22 als auch an das Werkstück 22' herangeführt werden kann, ist der Verstellweg in Y-Richtung wesentlich kleiner. Hier genügt ein Verstellweg, der den Abmessungen des Werkstücks 22 entspricht.

Die Bearbeitungseinheit 13 weist zusätzlich eine weitere NC-Achse auf, mittels derer die Arbeitsspindel 11 in Z-Richtung verstellt werden kann. Die Z-Richtung ist rechtwinklig zu der X-Richtung und zu der Y-Richtung orientiert und somit rechtwinklig zu der Schwenkachse S. Die Z-Richtung bildet für die Arbeitsspindel 11 die Zustellrichtung.

An ihrem dem Werkstück 22 zugewandten Ende ist die Arbeitsspindel 11 mit einem als Kronenrevolver ausgebildeten Revolverkopf 40 versehen. Dieser weist mehrere Spindeln 41 bis 46 auf, deren Drehachsen auf einem gedachten Kegelmantel angeordnet sind. Der Revolverkopf 40 ist über eine nicht weiter dargestellte Einrichtung programmgesteuert um eine schräg orientierte Schaltachse in mehrere Arbeitspositionen drehbar, wobei in jeder Arbeitsposition eine der Spindeln 41 bis 46 mit der Arbeitsspindel 11 fluchtet. Alle Spindeln 41 bis 46 sind von der Arbeitsspindel 11 her angetrieben, und laufen unabhängig von der jeweiligen Schwenkposition mit. Jede Spindel 41 bis 46 ist mit einem Futter zur Aufnahme eines Werkzeugs zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks 22 versehen. Das jeweils in Arbeitsposition befindliche Werkzeug dreht dabei jeweils um eine vertikale Drehachse, die mit der Arbeitsspindelachse übereinstimmt. Die anderen Werkzeuge gehen an dem Werkstück 22 vorbei und laufen somit leer.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Arbeitsspindel 12 ebenfalls mittels dreier NC-Achsen in den Richtungen X, Y und Z verstellbar, während hier jedoch die Y-Richtung die Zustellrichtung bildet. Die Arbeitsspindel 12 ist horizontal in Y-Richtung orientiert. Linearführungen und Achsen der Bearbeitungseinheit 14 stimmen prinzipiell mit Führungen und Achsen der Bearbeitungseinheit 13 überein und sind somit mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch im übrigen sind die Bearbeitungseinheiten 13, 14 baugleich, und insbesondere ist die Arbeitsspindel 12 an ihrer im Werkstück 22 zugewandten Seite mit einem Revolverkopf 40' versehen, der mit dem Revolverkopf 40 der Bearbeitungseinheit 13 übereinstimmt, so daß dessen Beschreibung entsprechend gilt. Soweit die Elemente der Bearbeitungseinheit 14 mit denen der Bearbeitungseinheit 13 übereinstimmen, sind gleiche, zur Unterscheidung jeweils mit einem Apostroph versehene Bezugszeichen verwendet. Dabei ermöglicht jede Verstelleinrichtung 30, 30' somit eine Verstellung der jeweiligen Arbeitsspindel 11, 12 in Seitenrichtung X in einer zusätzlichen Verstellrichtung Y bzw. Z und in einer Zustellrichtung Z bzw. Y.

Die Arbeitsweise der insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine 1 ist wie folgt:

Als Beispiel wird angenommen, daß die Werkstückaufnahmen 8, 9 der Werkzeugmaschine 1 zunächst in der Fig. 1 veranschaulichten Schwenkposition befindlich sind. Die Werkstückaufnahme 9 ist dabei so geschwenkt, daß der Steg 17' an der von der Tür 6 weg weisenden Seite der Schwenkachse S befindlich ist. Das Werkstück 22' ist von der Tür 6 her zugänglich. Es kann nun bspw. ein Werkstückwechsel erfolgen, indem das zuvor fertig bearbeitete Werkstück 22' entnommen und ein neuer Rohling in die Werkstückaufnahmeeinrichtung 21' eingesetzt wird.

Während die Werkstückaufnahme 9 in eine zum Werkstückwechsel geeignete Position geschwenkt ist, befindet sich die Werkstückaufnahme 8 in einer Arbeitsposition. Im speziellen sind beide U-förmigen Träger 16, 16' mit ihren Schenkeln 18, 19, 18', 19' waagerecht orientiert, wobei der Steg 17 der Werkstückaufnahme 8 zu der Tür 5 hinweist. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, stehen beide Bearbeitungseinheiten 13, 14 bei der das Werkstück 22 haltenden Werkstückaufnahme 8. Weil die Arbeitsspindeln 11, 12 der Bearbeitungseinheit 13, 14 miteinander einen rechten Winkel einschließen, können beide gleichzeitig aktiv sein. Bspw. wird mit dem Werkzeug der Spindel 42 eine Seitenfläche des lediglich beispielhaft als Würfel dargestellten Werkstücks 22 bearbeitet, während das Werkzeug der Spindel 41' seine Stirnseite bearbeitet. Das dabei jeweils gewünschte oder erforderliche Werkzeug wird durch Drehung des jeweiligen Revolverkopfs 40, 40' in Bearbeitungsposition gebracht. Die jeweilige Drehbewegung ist in Fig. 3 durch Pfeile D angedeutet. Die Drehung der Revolverköpfe 40, 40' erfolgt ohne Stillstand der jeweiligen Arbeitsspindel 11, 12 die alle Spindeln des Revolverkopfs 40, 40' synchron antreibt.

Durch Drehung des Werkstücks 22, um seine Verstellachse V durch entsprechende Ansteuerung der Verstelleinrichtung 23 kann eine andere Seitenfläche nach oben gebracht und somit von der Bearbeitungseinheit 13 bearbeitet werden. Aufeinander folgend können so alle vier Seiten des Werkstücks 22 bearbeitet werden. Bedarfsweise können auch Zwischenpositionen eingestellt werden.

Die Werkzeugmaschine 1 gestattet eine gleichmäßige Auslastung der Bearbeitungseinheiten 13, 14. Erfordert das Werkstück 22 bspw. von jeder seiner fünf Seiten her eine ungefähr gleich lange Bearbeitungszeit und entspricht die Bearbeitungszeit einer Seite etwa der für den Werkstückwechsel erforderlichen Zeit, wird die Werkstückaufnahme 9 aus der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Werkstückwechselposition in eine Vertikalposition (Fig. 4b) geschwenkt, in der sich die Schenkel 18', 19' und somit die Verstellachse V des Werkstücks 22' in Vertikalrichtung erstrecken. Die Bearbeitungseinheit 14 wird nun in X-Richtung zu der Werkstückaufnahme 9 verfahren und kann eine erste Seitenfläche des Werkstücks 22' bearbeiten.

Ist dies erfolgt und das Werkstück 22 zwischenzeitlich fertig bearbeitet, kann die Werkstückaufnahme 9 in eine Horizontalposition geschwenkt werden, wie sie in Fig. 2a veranschaulicht ist. (Währenddessen kann die Werkstückaufnahme 8 auch vertikal geschwenkt werden, Fig. 4a). In der Horizontalposition der Werkstückaufnahme 9 ist der Steg 17' auf der bei der Tür 6 liegenden Seite der Schwenkachse S gehalten. Während die Bearbeitungseinheit 14 nun die Stirnfläche des Werkstücks 22' bearbeiten kann, wird die Bearbeitungseinheit 13 zu dem Werkstück 22' herübergefahren und kann nacheinander die restlichen drei Seitenflächen bearbeiten. Somit entfallen auf die Bearbeitungseinheit 13 drei zu bearbeitende Flächen, während die Bearbeitungseinheit 14 zwei Flächen zu bearbeiten hat.

Dies gilt entsprechend für die Bearbeitung des Werkstücks 22 in der Werkstückaufnahme 8. Auch hier kann die Bearbeitung der Stirnfläche und der vier Seitenflächen so unter den Bearbeitungseinheiten 13, 14 aufgeteilt werden, daß beide Bearbeitungseinheiten 13, 14 praktisch dauernd aktiv sind. Neben- oder Verlustzeiten, in denen eine Arbeitsspindel 11 oder 12 im Leerlauf dreht, während sie letztlich darauf wartet, daß die jeweils andere Arbeitsspindel ihren Bearbeitungsvorgang beendet, können minimiert werden oder ganz wegfallen. Zur weiteren Angleichung der Bearbeitungszeiten ist es bspw. auch möglich, daß die Bearbeitungseinheit 13 bei der Werkstückaufnahme 9 drei Seitenflächen und die Werkstückaufnahme 14 eine Seiten- und eine Stirnfläche bearbeitet, während die Verhältnisse bei der Werkstückaufnahme 8 gerade umgekehrt sind. Damit entfallen über beide Werkstücke 22, 22' auf jede Bearbeitungseinheit 13, 14 gerechnet jeweils fünf zu bearbeitende Seiten.

Beide Werkstückaufnahmen 8, 9 sind voneinander unabhängig in beliebiger oder nahezu beliebige Positionen schwenkbar. Damit kann sichergestellt werden, daß ein Beladen einer Werkstückaufnahme 8 oder 9 die Arbeit an der jeweils anderen Werkstückaufnahme 9 oder 8 nicht stört. Im Gegensatz zu bekannten Rundtakt-Werkzeugmaschinen findet bei der Werkzeugmaschine 1 kein echter Werkstücktransport, d. h. keine Ortsverlagerung des Zentrums des jeweiligen Werkstücks 22, 22' statt. Vielmehr werden die Bearbeitungseinheiten 13, 14 zwischen den Werkstückaufnahmen 8, 9 hin und her bewegt. Die Bewegung jedes Werkstücks 22, 22' ist auf zwei überlagerte Dreh- oder Schwenkbewegungen, nämlich die Schwenkbewegung um die Schwenkachse S und die Verstellbewegung um die Verstellachse V beschränkt. Bei beiden Dreh- oder Schwenkbewegungen bleibt das Zentrum des jeweiligen Werkstücks 22, 22' im wesentlichen am Platz. Die Bearbeitungseinheiten 13, 14 führen hingegen nur lineare Verstellbewegungen in drei Achsen X, Y, Z aus. Lediglich bedarfsweise kann noch eine zusätzliche Schwenkachse für die Bearbeitungseinheiten 13, 14 vorgesehen werden.

Die Schwenkbewegung der Werkstückaufnahmen 8, 9, die sowohl Transport- als auch Positionierbewegung für die Werkstücke 22, 22' ist, ermöglicht über das Einstellen unterschiedlicher Bearbeitungspositionen hinaus eine zweckmäßige Späneabfuhr. Beim Schwenken der Werkstücke 22, 22' in unterschiedliche Lagen können entstandene und angesammelte Späne nach unten fallen oder bei entsprechender Geschwindigkeit auch abgeschleudert werden.

Ist das Werkstück 22' fertig bearbeitet, wird es bspw. aus seiner Vertikallage heraus wieder auf die Tür 6 hin geschwenkt, wie aus Fig. 4 hervorgeht, wobei die Bearbeitungseinheit 14 nun in X-Richtung seitlich zu der Werkstückaufnahme 8 und dem Werkstück 22 gefahren wird, um dort Bearbeitungsoperationen vorzunehmen. Das Werkstück 22' kann nun gewechselt werden. Um den Zugriff zu dem Werkstück 22' zu gestatten, während an dem Werkstück 22 gearbeitet wird, trennt die feste oder auch gesondert betätigbare Wand 10 den Arbeitsraum 3 in Halbräume.

Die Werkzeugmaschine 1 ermöglicht nicht nur eine gleichmäßige Auslastung der Bearbeitungseinheiten 13, 14, sondern darüber hinaus eine sehr hohe Flexibilität hinsichtlich der Bearbeitung der Werkstücke 22, 22' aus unterschiedlichen Raumrichtungen heraus. Dies geht insbesondere aus den Fig. 5 und 6 hervor. Die Werkzeugmaschine 1 dient hier der Bearbeitung von relativ komplizierten Werkstücken, die bspw. Schrägbohrungen und/oder Schrägflächen aufweisen. Die Werkstückaufnahmen 8, 9 sind jeweils in Positionen geschwenkt, in denen die Verstellachsen V der Werkstücke 22, 22' mit der Vertikalen einen spitzen Winkel einschließen. Ohne Zuhilfenahme von Schrägbohrköpfen oder anderweitige Mittel zur winkelmäßigen Verstellung der in den Spindeln 42, 41' gehaltenen Werkzeuge, werden auf diese Weise Schrägbohrungen erreicht und es können Schrägflächen gefräst werden.

Durch Verdrehung der Werkstücke 22, 22' um ihre jeweilige Verstellachse V mittels der Verstelleinrichtung 23, 23' können die Bearbeitungsrichtungen praktisch beliebig festgelegt werden. Sollen gewölbte oder sphärische Flächen bearbeitet werden, ist es darüber hinaus möglich, die Werkstücke 22, 22' gezielt zu verstellen, während die jeweiligen Werkzeuge mit dem Werkstück 22, 22' im Eingriff stehen. Die Bewegungen der Positioniereinheiten 28, 28' und der Verstelleinheiten 23, 23' sind dabei unabhängig voneinander von der nicht weiter dargestellten elektronischen Steuereinheit gesteuert, die mit den Bedienelementen 4 verbunden ist. Damit stört das Herstellen von Schrägbohrungen und die Bearbeitung von Schrägflächen den Gesamtablauf der Bearbeitungsvorgänge nicht. Bearbeitet bspw. die Bearbeitungseinheit 13 eine Seitenfläche aus dazu rechtwinkliger Richtung, kann die andere Bearbeitungseinheit 14 an dem anderen Werkstück Schrägbearbeitungen vornehmen.

Soll die Werkzeugmaschinen 1 auf eine andere Werkstücksserie eingerichtet werden, werden die Werkstückaufnahmeeinrichtungen 21, 21' so auf die neuen Werkstücke eingestellt, daß deren jeweiliges Zentrum wenigstens näherungsweise auf der Schwenkachse S liegt. Dies wird erreicht, indem die Aufspannebene, die von der der Stirnseite gegenüberliegenden Fläche des Werkstücks 22, 22' definiert wird, in ihrer Höhe, d. h. in ihrem Abstand zu der Schwenkachse S verstellbar ist.

Die Werkzeugmaschine 1 gestattet es im Extremfall, auf den beiden Werkstückaufnahmen 8, 9 unterschiedliche Werkstücke zu bearbeiten. Bspw. kann die Werkstückaufnahme für einen ersten Werkstücktyp und die Werkstückaufnahme 9 für einen Werkstücktyp eingerichtet werden. Wenn die erforderlichen Bearbeitungszeiten der verschiedenen Seiten der beiden Werkstücktypen unterschiedlich sind, kann, weil jede Bearbeitungseinheit 13, 14 beide Werkstückaufnahmen 8, 9 bedient, hier häufig ein gewisser Ausgleich erreicht werden, so daß wiederum beide Bearbeitungseinheiten 13, 14 optimal ausgelastet werden.

Eine Werkzeugmaschine 1 weist wenigstens eine, vorzugsweise aber zwei Bearbeitungseinheiten 13, 14 auf, die zwei Werkstückaufnahmen 8, 9 zugeordnet sind. Die Bearbeitungseinheiten 13, 14 sind in drei Achsen X, Y, Z verstellbar, wobei sie jeweils beide Werkstückaufnahmen 8, 9 erreichen können. Die Bearbeitungseinheiten 13, 14 sind so orientiert, daß ihre Arbeitsspindel 11, 12 in einem vorzugsweise rechten Raumwinkel zueinander stehen. Sie können dadurch aneinander vorbeibewegt werden, ohne miteinander zu kollidieren. Außerdem können sie zugleich an einem Werkstück arbeiten. Die Werkstückaufnahmen sind unabhängig voneinander um eine vorzugsweise, aber nicht zwingend, gemeinsame Schwenkachse S positionierbar. Außerdem sind die Werkstücke um eine zu der Schwenkachse rechtwinklige Achse V drehbar. Diese Anordnung ermöglicht eine flexible Bearbeitung der Werkstücke aus beliebigen Raumrichtungen heraus. Weil jede Bearbeitungseinheit 13, 14 prinzipiell jede Seite des Werkstücks jeder Werkstückaufnahme 8, 9 bearbeiten kann, können beide Bearbeitungseinheiten 13, 14 gleichmäßig ausgelastet werden. Leerlauf- und Verlustzeiten werden dadurch minimiert.


Anspruch[de]
  1. 1. Werkzeugmaschine (1), insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (22, 22'),

    mit wenigstens zwei Vorrichtungen (8, 9) zur Werkstückaufnahme, die jeweils einen um eine Schwenkachse (S) schwenkbar gelagerten Träger (16, 16') aufweisen, der mit einer Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') versehen ist,

    wobei jedem Träger (16, 16') eine Positioniereinheit (23, 23') zugeordnet ist, mittels der der Träger (16, 16') in eine Ladeposition und in wenigstens eine Arbeitsposition verschwenkbar und in der jeweiligen Position fixierbar ist,

    mit wenigstens einer ersten Bearbeitungseinheit (13), die wenigstens eine um eine Drehachse drehend antreibbare erste Arbeitsspindel (11) aufweist, die mit wenigstens einer Werkzeugaufnahme (41) versehen ist,

    mit einer ersten Führungs- und Verstelleinrichtung (30), mittels der die Arbeitsspindel (11) wenigsten in einer zu der Drehachse übereinstimmenden Zustellrichtung (Z) und in einer parallel zu der Schwenkachse (S) orientierten Seitenrichtung (X) verstellbar ist,

    wobei der Verstellweg der Führungs- und Verstelleinrichtung (30) in Seitenrichtung (X) parallel zu der Schwenkachse (S) so lang bemessen ist, daß ein von der Werkzeugaufnahme (41) gehaltenes Werkzeug wahlweise mit beiden Werkstücken (22, 22') der beiden Werkstückaufnahmen (8, 9) in Eingriff bringbar ist.
  2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellweg (X) der ersten Führungs- und Verstelleinrichtung (30) rechtwinklig zu der Zustellrichtung (Z) orientiert ist.
  3. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Arbeitsspindel (11) mittels der ersten Führungs- und Verstelleinrichtung (30) in einer zusätzlichen Verstellrichtung (Y) verstellbar ist, die vorzugsweise sowohl zu der Seitenrichtung (X) als auch zu der Zustellrichtung (Z) rechtwinklig orientiert ist.
  4. 4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Arbeitsspindel (11) mit einem Revolver (40) versehen ist, der mehrere angetriebene Spindeln (41, 42, 43, 44, 45, 46) aufweist, die jeweils gesonderte Werkzeuge tragen.
  5. 5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    daß sie eine zweite Bearbeitungseinheit (14) aufweist, die wenigstens eine um eine Drehachse drehend antreibbare zweite Arbeitsspindel (12) aufweist, die mit wenigstens einer Werkzeugaufnahme (41') versehen ist,

    daß sie eine zweite Führungs- und Verstelleinrichtung (30') aufweist, mittels derer die zweite Arbeitsspindel (12) wenigsten in einer mit der Drehachse übereinstimmenden Zustellrichtung (Y) und in einer parallel zu der Schwenkachse (S) orientierten Seitenrichtung (X) verstellbar ist,

    wobei der Verstellweg der zweiten Führungs- und Verstelleinrichtung (30') in Seitenrichtung (X) parallel zu der Schwenkachse (S) so lang bemessen ist, daß ein von der Werkzeugaufnahme gehaltenes Werkzeug wahlweise mit beiden Werkstücken (22, 22') der beiden Werkstückaufnahmen (8, 9) in Eingriff bringbar ist.
  6. 6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellweg der zweiten Führungs- und Verstelleinrichtung (30') rechtwinklig zu der Zustellrichtung (Y) orientiert ist.
  7. 7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Arbeitsspindel (12) mittels der zweiten Führungs- und Verstelleinrichtung (30') in einer zusätzlichen Verstellrichtung (Z) verstellbar ist, die vorzugsweise sowohl zu der Seitenrichtung (X) als auch zu der Zustellrichtung (Y) rechtwinklig orientiert ist.
  8. 8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Arbeitsspindel (12) mit einem Revolver (40') versehen ist, der mehrere angetriebene Spindeln (41', 42', 43', 44', 45', 46) aufweist, die jeweils gesonderte Werkzeuge tragen.
  9. 9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der ersten Arbeitsspindel (11) in einer ersten Richtung (Z) orientiert ist, die von einer zweiten Richtung (Y) der zweiten Drehachse (12) verschieden ist.
  10. 10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Richtung (X, Y) zueinander rechtwinklig orientiert sind.
  11. 11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (S) horizontal orientiert ist.
  12. 12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (16, 16') der Werkstückaufnahme (8, 9) U-förmig ausgebildet sind und zwei endseitig jeweils über einen Steg (17, 17') verbundene Schenkel (18, 19; 18', 19') aufweisen, an dem die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') angeordnet ist, und daß die von dem Steg (17, 17') abliegenden Enden der Schenkel (18, 19; 18', 19') mit der die Schwenkachse (S) definierenden Positioniereinheit (28, 28') verbunden sind.
  13. 13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') eine einstellbare Werkstückaufnahmeposition festlegt.
  14. 14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') eine Aufspannebene festlegt, deren Abstand zu der Schwenkachse (S) einstellbar ist.
  15. 15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') eine Drehpositioniereinrichtung (23, 23') aufweist, mittels derer das gespannte Werkstück (22, 22') um eine zu der Schwenkachse (S) rechtwinklige Verstellachse (V) gezielt verstellbar ist.
  16. 16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpositioniereinrichtung (23, 23') derart ausgebildet ist, daß diese das gespannte Werkstück (22, 22') in willkürlich festlegbare Verstellpositionen überführen und in diesen fixieren kann.
  17. 17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellachse (V) die Schwenkachse (S) schneidet.
  18. 18. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinheit (28, 28') mehrere Arbeitspositionen zuläßt.
  19. 19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinheit (28, 28') derart ausgebildet ist, daß sie den Träger (16, 16') in willkürlich festlegbare Schwenkpositionen überführen und in diesen fixieren kann.






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