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Bearbeitungszentrum für die spanabhebende Fertigung - Dokument DE19839503A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19839503A1 27.04.2000
Titel Bearbeitungszentrum für die spanabhebende Fertigung
Anmelder Unterberg, Helmut, 44625 Herne, DE
Erfinder Unterberg, Helmut, 44625 Herne, DE
DE-Anmeldedatum 29.08.1998
DE-Aktenzeichen 19839503
Offenlegungstag 27.04.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2000
IPC-Hauptklasse B23Q 39/02
IPC-Nebenklasse B23Q 7/00   B23Q 1/44   
Zusammenfassung Bei einer zerspanenden Werkstücksbearbeitung mit hohem Zerspanungsanteil wird bisher eine vertikal angeordnete Spannwand verwendet, um die Späneansammlung auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden. Diese Spannwandanordnung bedingt ein Maschinenprinzip, daß bei dynamischen Belastungen die Maschinengeometrie ändert. Man kann nur zwischen den Maximal-Forderungen: hohe Zerspanleistung und Genauigkeit oder optimale Späneabfuhr am Werkstück wählen.
Durch die Erfindung können die beiden Maximal-Forderungen in einer Maschine erfüllt werden.
Das Problem wurde dadurch gelöst, daß eine Spanntischanordnung erfunden wurde, die es ermöglicht, ein waagrecht liegendes Flächenportal zu verwenden, dessen Führungsbetten direkt auf dem Fundament befestigt sind und eine stabile Maschinengeometrie ermöglichen. Weiterhin wird die Späneabfuhr verbessert, da auch in unzugänglichen Taschen am Werkstück, Späneansammlungen vermieden werden.
In allen Fällen der spanabhebenden Bearbeitung mit hohem Zerspanungsanteil, wie Flugzeugbau und Formenbau, wird mit der Maschinenanordnung ein technologischer Engpaß gelöst, da sich Standzeit und Spanleistung erhöhen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum der spanabhebenden Fertigung, bei dem die Werkstückspannfläche waagrecht parallel über einem Flächenportal angeordnet ist. Diese Spannfläche ist als Spannplatte gestaltet, die sich zum Beladen 180° neben die Maschine klappen läßt. Zur Ermöglichung des 2-Stationenbetriebes sind 2 Spannplatten an den Maschinenlängsseiten angeordnet.

Die meisten bekannten Bearbeitungszentren, die für einen hohen Zerspanungsgrad des Werkstückes ausgelegt sind, haben eine vertikal stehende Spannfläche, um die Späneabfuhr zu gewährleisten. Diese Anordnung bedingt ein vertikales Flächenportal mit waagrecht ausfahrendem Frässchieber. Da sich am Ende des Frässchiebers immer ein schwerer Gabel- oder Schrägachsenkopf befindet, verformt sich der Frässchieber je weiter er ausgefahren wird. Dies ist der Grund, weshalb bei allen größeren, weniger zerspanungsintensiven, HSC- Maschinen dieses Maschinenprinzip nicht verwandt wird, sondern das waagrecht liegende Maschinenportal, bei dem der Frässchieber senkrecht, ohne Verformung, ausfahren kann. Zudem ist die notwendige Dynamik (KV-Faktor) in der X- Verfahrachse wegen der größeren Masse und des unterschiedlichen Kippverhaltens des Fahrständers, bedingt durch die unterschiedlichen Kreuzschieber- Positionen, ein weiterer kritischer Punkt dieses Maschinenkonzeptes.

Auch die Erwärmung führt bei einem Fahrständer zu einem größeren Wärmeverzug, da aus konstruktiven Erfordernissen keine Querschnittssymmetrie erreicht werden kann.

Es kann nur zwischen den beiden Auslegungskriterien: optimale Spanabfuhr oder optimale Maschinengeometrie bzw. Zerspanungsleistung gewählt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese beiden Maximal-Forderungen zu vereinen und eine Maschinenanordnung zu schaffen, die eine mindest gleichwertige Späneabfuhr wie bei einer senkrechten Spannwand garantiert, aber darüber hinaus die Maschinengeometrie in bezug auf dynamisches Verhalten und Temperaturstabilität entscheidend verbessert. Durch die hohen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe ist die spänefreie Werkstückoberfläche eine unabdingbare Voraussetzung für optimale Zerspanung. Auch die Späneabfuhr innerhalb der Maschine soll wesentlich verbessert werden.

Weiterhin sollten die Bedienbarkeit und die Einbindung in bestehende Anlagen wesentlich vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein waagrecht liegendes Maschinenportal verwendet wird, welches bei allen HSC- Fräsmaschinen mit größerem Arbeitsraum verwandt wird. Die Werkstückspannfläche befindet sich allerdings nicht unterhalb, sondern oberhalb des Maschinenportals. Die Werkstückspannplatten werden mit einer Hebe- und Schwenkvorrichtung in den Bearbeitungsraum hinein- bzw. herausgeklappt. Für den 2-Stationenbetrieb sind an beiden Maschinenlängsseiten die Spannplatten bzw. Spannstationen angeordnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das waagrecht liegende Maschinenportal die geringsten bewegten Massen im Vergleich zu Fahrständer- Lösungen (vertikal stehende Spannfläche) hat und die geringsten Verformungen bei ausgefahrener Schieberfräseinheit aufweist. Weiterhin wird durch die direkt auf dem Fundament befestigten Führungsbetten eine wesentliche Versteifung erreicht.

Durch die obenliegende parallele Anordnung der Spannfläche ist es nun möglich, die beste Maschinengeometrie mit der optimalsten Späneabfuhr zu verbinden.

Durch das erfindungsgemäße Maschinenprinzip beträgt, bei einem üblichen 2-Stationenbetrieb, der X-Verfahrweg nur die Hälfte wie bei vergleichbaren Maschinen. Dies heißt, daß bei einem Kugelumlaufspindel-Antrieb die Steifigkeit auf den doppelten Wert steigt. Dies verbessert wesentlich die gesamte Maschinendynamik.

Durch das erfindungsgemäße Maschinenprinzip wird die Einbindung in bestehende Werkstück- Palettensysteme ohne weiteres möglich, da im Vergleich zu den vertikal stehenden Spannflächen der Fahrständer-Lösungen hierbei keine zusätzlichen Klappstationen benötigt werden und die Paletten direkt ohne Verschiebung aufgenommen werden können. Durch einen möglichen 4-Stationenbetrieb, d. h. auf jeder Maschinenseite 2 Spanntische, kann sogar auf den Palettenbetrieb verzichtet werden. Auch die niedrigere Maschinenhöhe über Flur erhöht die Adaptionsfähigkeit in bestehende Anlagen.

Durch das erfindungsgemäße Maschinenprinzip entsteht durch die maschinenspezifischen Großbauteile und die Peripheriegeräte eine Einhausung der Maschine. Hierdurch wird die wesentliche Voraussetzung für ein stabiles Temperaturverhalten der Maschine geschaffen.

Durch das erfindungsgemäße Maschinenprinzip bedingt stehen die Bearbeitungsköpfe senkrecht unter dem Werkstück, dies bietet den Vorteil, daß austretende Kühl- und Schmiermedien nicht auf das Werkstück und in den Kühlschmiermittel-Kreislauf gelangen, sondern einfach aufgefangen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht der Maschine. Das Maschinenfundament und ein Maschinenständer mit Hebevorrichtung ist im Schnitt dargestellt. Auf der linken Maschinenseite ist die Spannplatten- Schwenkvorrichtung 2 dargestellt (Darstellung auch in Fig. 5), die sich auf beiden Seiten befindet (siehe hierzu auch Fig. 3).

Die linke Spannplatte ist in Bearbeitungsposition 1. Die rechte Spannplatte befindet sich zum Aufspannen des Werkstückes um 180° geklappt und nach unten gefahren rechts neben der Maschine 3. Der Bearbeitungskopf ist in der mittleren Y- Verfahrposition dargestellt. Die linke und rechte Extrem-Y-Verfahrposition ist angedeutet.

Fig. 2 zeigt die rechte Seitenansicht der Maschine. Das Maschinenfundament ist vor der Maschine geschnitten dargestellt. Die Spannplatten mit den Ständern, Hebevorrichtung und, auf der Maschinenvorderseite befindlichen, Schwenkvorrichtung bestimmen das Bild der Maschine.

Die vordere und hintere Extrem-X-Verfahrposition ist ebenfalls angedeutet.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht der Maschine. Im hinteren Teil der Maschine (im Bild oberer Teil der Ansicht) sind die Versorgungseinheiten sowie die Peripheriegeräte, wie Werkzeug- und Fräskopfwechsel, untergebracht. Der vordere Teil der Maschine ist für die Bedienung vorgesehen, um Einblick in den Bearbeitungsraum zu gewährleisten.

Fig. 4 zeigt die Einzeldarstellung der Hebevorrichtung. Das Anheben der Spannplatte erfolgt mittels eines Gewinderollenspindel-Antriebes.

Fig. 5 zeigt die Einzeldarstellung der Schwenkvorrichtung. Die 180°-Schwenkung wird über die, mit jeweils einem Hydraulikzylinder bewegten, Hebel ausgeführt. Der rechte Hebel (siehe Bild) schwenkt die Spannplatte in die vertikale Stellung, bis die Spannplatte durch das Eigengewicht alleine weiterschwenken würde. Der linke Hebel, der inzwischen in diese obere Übergabeposition gebracht wurde, fängt diese Bewegung ab und läßt die Spannplatte langsam in der Bearbeitungsposition aufsetzen. Der Angriffspunkt an der Spannplatte bildet eine seitlich angebrachte Rolle.


Anspruch[de]
  1. 1. Bearbeitungszentrum für die spanabhebende Fertigung, das mittels einem sich bewegenden Bearbeitungskopf Werkstücke bearbeitet. Der Bearbeitungskopf wird mit einer Vorrichtung bewegt, so daß jeder Punkt innerhalb eines definierten rechteckigen Raumes erreicht werden kann.
  2. 2. Das Bearbeitungszentrum ist dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückspannfläche waagrecht über dem parallel liegenden Bewegungsraum des Bearbeitungskopfes liegt.

    Diese Werkstückspannfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Seite einer festen Spannplatte oder einer direkt angekoppelten Werkstückpalette (1) bildet, die zum Aufspannen des Werkstückes mit einer 180°-Bewegung aus dem Arbeitsraum mittels einer Schwenkvorrichtung (2) geklappt wird, und daß diese Spannplatte abgesenkt wird (3), daß zum Zwecke des 2-Stationenbetriebes sich die gleiche Vorrichtung auf der gegenüberliegenden Maschinenseite befindet und daß für den 2-Stationenbetrieb keine Maschinenachse verlängert werden muß.






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