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Dokumentenidentifikation DE69805961T2 16.01.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0958105
Titel BEARBEITUNGSVORRICHTUNG ZUR SPANENDEN METALLBEARBEITUNG, MIT MASSIVEM BLOCK UND GLEITENDER SÄULE, SOWIE MASCHINE MIT DIESEM MASSIVEN BLOCK UND GLEITENDER SÄULE, SOWIE MASCHINE MIT DIESER VORRICHTUNG
Anmelder Delacou, Jean-Michel, Tiffauges, FR
Erfinder Delacou, Jean-Michel, Tiffauges, FR
Vertreter COHAUSZ DAWIDOWICZ HANNIG & PARTNER, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69805961
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, GB, IT, LI
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 08.01.1998
EP-Aktenzeichen 989020409
WO-Anmeldetag 08.01.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/FR98/00023
WO-Veröffentlichungsnummer 0009831502
WO-Veröffentlichungsdatum 23.07.1998
EP-Offenlegungsdatum 24.11.1999
EP date of grant 12.06.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.01.2003
IPC-Hauptklasse B23Q 39/02
IPC-Nebenklasse B23Q 1/26   B23Q 1/70   B23Q 5/40   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, die zu einer Bearbeitungsmaschine gehört und ein Mittel zur Längsverschiebung und Positionierung umfaßt. Es kann sich um die Bearbeitung eines Werkstücks, beispielsweise aus Metall, entweder in zylindrischer (durch Drehen, Bohren, Nachschneiden, Rundschleifen) oder nichtzylindrischer Ausführung (durch Fräsen, Bohren, Schleifen) handeln, um ein Teil mit vorbestimmter Form und Größe zu erhalten.

Die zur Zeit bekannten Bearbeitungsmaschinen oder Werkzeugmaschinen bestehen aus einem Trägeruntergestell, das ein Trägerbett für die Führungselemente trägt oder enthält. Diese Führungselemente sind in Form von Gleitschienen mit parallelepipedischen - in der Regel rechteckigen - Querschnitten mit geringer Steifigkeit ausgeführt, so daß sie über ihre gesamte Länge auf einem Maschinenbett gelagert sein müssen, das dadurch die Präzision und die Starrheit der Maschine gewährleistet. Dieses Maschinenbett bedeckt dabei im allgemeinen die gesamte Fläche der Maschine und bildet ein Hindernis für die einwandfreie Späneabfuhr.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind gewisse Drehmaschinen mit einem zum Bediener geneigten oder vertikalen Maschinenbett konstruiert worden. In dieser Konfiguration stellt dieses Bett eine Behinderung beim Beschicken und Entladen der Maschine dar.

Insbesondere bei der Einrichtung automatisierter Anlagen:

- verhindert es die Herbeiführung eines natürlichen Teileflusses mit einem vom Eintrittspunkt verschiedenen Austrittspunkt, was wiederum wenig optimierte Werkseinrichtungen zur Folge hat;

- setzt es die Aufstellung des Beschickungsroboters auf der gleichen Seite wie der Bediener voraus, was zu Zugangsproblemen bei der Durchführung der Einstell- oder Wartungsarbeiten führt.

Diese im Späne- und Schneidölfluß befindlichen Maschinenbetten und ihre Führungssysteme erfordern einen Schutz. Dieser Schutz, der, um die Bewegungen der Maschine zu ermöglichen, notwendigerweise teleskopartig ausgeführt und entsprechend kostenaufwendig ist, ist kaum mit hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu vereinbaren. Diese Schutzvorrichtungen, die in einem Großproduktionsumfeld, beispielsweise für die Bearbeitung von Teilen für die Automobilindustrie verwendet werden, verformen sich schnell und schaffen daher Durchgänge für das Eindringen von Spänen, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Maschine beeinträchtigt werden. Nach einer gewissen Betriebszeit stellen sie eher ein Hindernis für die Späneabfuhr und die Späneräumung dar als einen echten Schutz gegen die mechanische Aggressivität der Späne.

Bestimmte Drehmaschinen sind mit einem Maschinenbett konstruiert worden, das zur Rückseite des Spindelstocks gerichtet ist, wobei gleichzeitig Führungen auf Gleitschienen beibehalten werden. Die Ausführung des Schutzes, der den Bereich der Späne im Verhältnis zum mechanischen Präzisionsbereich begrenzt, bleibt jedoch sehr problematisch, wobei die Räumung der bereits eingedrungenen Späne nahezu unmöglich ist.

Darüber hinaus werden durch das Vorhandensein dieser Maschinenbetten die Konfiguration der Achsen, der Spindel und der Bewegungen der Werkzeuge oder der Werkstücke im Verhältnis zum Boden sowie ihre relativen Positionierungen festgelegt.

Bei Mehrspindel-Fräs- oder Bohrmaschinen ist es für die Beibehaltung der Präzision unter der Zerspankraft sehr wichtig, daß die Resultierende der durch die Zerspankraft auf die Führungen ausgeübten Kräfte im Verhältnis zu den Führungen zentriert wird, damit sie keine Verlagerung der Position der Spindelachse verursachen. Dies ist mit Linealführungen schwierig umzusetzen oder führt zu Linealträgerstrukturen mit "U"-förmiger Gestalt, die daher offen und wenig steif sind.

Ein Führungsprofil muß ausreichende mechanische Eigenschaften aufweisen, um eine einwandfreie Funktionsweise und eine hohe Präzision der Maschinen sicherzustellen. Und zwar:

1. Es muß eine maximale Biegesteifigkeit aufweisen, um die Zerspankräfte aufzunehmen und mit der Masse des Revolverkopfsystem für den Werkzeugwechsel und der Steuerung der komplementären Achsen (beispielsweise der Achsen X, Y, Z), mit dem am Spindelende befestigten Werkzeug und der Spindel eines Bearbeitungszentrums oder mit der Masse jedes anderen an seinem Ende befestigten Bearbeitungs- oder Werkstückaufnahmesystem eine Baueinheit auszuführen, deren Vibrationseigenfrequenz ausreichend hoch ausfällt, um den Schneidprozeß nicht zu beeinträchtigen.

2. Seine Torsionssteifigkeit muß ausreichend sein, um bei gleichzeitiger Aufnahme des durch die Zerspankraft bedingten Kippmoments die Präzision der Maschine nicht zu beeinträchtigen.

3. Seine Masse muß gering sein, um in wirtschaftlicher Weise Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu erzielen, die mit der aktuellen Definition der sogenannten "agilen" Maschinen vereinbar sind, und zwar: Geschwindigkeit = 1 m/s und Beschleunigung = 10 m·s&supmin; ².

4. Seine Form muß einfach, zylindrisch und sein Profil möglichst konstant sein, um es durch Schleifen bearbeiten zu können und hydrostatische Führungslager (verschleißfrei) sowie einen effizienten Schutz vor dem Eindringen von Spänen in die Lager durch einfaches Absteifen auf einem durchgehenden Profil zu entwickeln.

5. Seine Form muß ohne Hinzufügung eines zusätzlichen Führungssystems die Winkelposition des am Ende dieser Säule befestigten Systems zu gewährleisten.

Die Punkte 1, 2, 3 und 4 werden vorteilhafterweise durch die Verwendung einer zylindrischen Säule mit kreisförmigem Profil optimiert, wobei dieses ein maximales Trägheitsmoment bei einer minimalen Masse aufweist. Diese Lösung ist bereits zur Bildung einer an einem Maschinenbett befestigten Führung benutzt worden. Insoweit sie ein zusätzliches Winkelpositionierungssystem erfordert, erfüllt sie hingegen nicht Punkt 5, der eine unverzichtbare Voraussetzung für die Vereinfachung der Späneschutzvorrichtungen darstellt.

Denn eine zusätzliche Prismaführung bedeutet:

- daß entweder ein Maschinenbett in Betracht zu ziehen ist, das Spänerückhaltungen aufweist und die Verwendung von Teleskopschutzvorrichtungen erfordert, die mit einer einwandfreien Zuverlässigkeit in einem Großproduktionsumfeld nicht vereinbar sind;

- oder daß ein Keilsystem oder jedwedes andere zur Zeit bekannte Drehsicherungssystem verwendet wird, das je nach seiner Position:

- vorn: ein Abstreif- und Dichtigkeitsproblem darstellt, das nicht mit Punkt 4 im Einklang steht;

- hinten: eine Asymmetrie bei der Drehmomentaufnahme bildet, wodurch eine Außermittigkeit und eine Durchbiegung der Säule verursacht wird, die sich nachteilig auf die gewünschte hohe Präzision auswirkt.

Die Druckschrift US 4 604 008 A offenbart eine Bearbeitungsvorrichtung, die in einem herkömmlichen Maschinenrahmen ein Mittel zur Längsverschiebung mit Drehsperre dank eines vierlappigen Querschnitts umfaßt, wobei die Baueinheit selbst drehend angetrieben werden kann. Die US 3 263 530 A zeigt einen Kopf einer Präzisionsbohrvorrichtung mit vierlappigem Querschnitt. Die EP 0 172 299 A zeigt eine kompakte Werkzeugmaschine. Keine dieser Druckschriften ermöglicht den Verzicht auf ein Maschinenbett.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung vorzuschlagen, mit der sich die Nachteile, die sich aus der Verwendung eines Maschinenbetts mit daran gelagerten Führungslinealen für bewegliche Elemente ergeben, und die Mängel von gegenwärtig benutzten Führungsprofilen beseitigen lassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen massiven Block, in dessen erster Bohrung eine in einem vorderen Lager und einem hinteren Lager geführte, gleitend verschiebbare Säule aufgenommen ist, wobei wenigstens das vordere Lager und der darin gleitend geführte Abschnitt der Säule einen durchgehend konvexen Querschnitt mit drei in einem Winkel von 120º um eine Mittelachse verteilten Lappen aufweisen, wobei eine Spindel, vorzugsweise mit integriertem Motor, in einer zweiten Bohrung des besagten massiven Blocks positioniert ist.

Erfindungsgemäß entfällt daher das Maschinenbett, das durch einen massiven Block aus dichtem und kostengünstigem Material ersetzt wird, beispielsweise durch einen Block aus Naturgranit oder aus rekonstruiertem Granit (Verbundwerkstoff aus Granitsplitt, der durch ein Bindemittel des Typs Chemieharz gebunden ist), wobei der Block die besondere erfindungsgemäße Führung trägt, die ein auskragendes Arbeiten ermöglicht.

Aus Gründen im Zusammenhang mit einer vereinfachten Erzielung der Präzision der bearbeiteten Werkstücke ohne Zuhilfenahme einer aufwendigen Dehnungsausgleichssoftware liegt der Dehnungskoeffizient des Blocks vorteilhafterweise nahe dem von Stahl, und zwar in einer Größenordnung von 10·10&supmin;&sup6; Meter pro Meter und Grad Celsius.

Der Block weist vorteilhafterweise zwei vollkommen ebene und parallele gegenüberliegende Flächen auf, die es ermöglichen, die relative Position der Führungslager der beweglichen Säule(n) zu fixieren und einzustellen.

Der Block kann andere Bohrungen enthalten, die unterschiedliche verschiebbare Säulen der gleichen Art wie die Hauptsäule oder anderer Art oder auch eine Spindel oder jedwede andere Vorrichtung aufnehmen können.

Die Bohrungen ermöglichen ohne Maßpräzision den Durchgang von Führungssäulen von einem Lager zum anderen.

Der Block kann entweder horizontal positioniert sein (Achsen der Bohrungen horizontal, ebene Flächen vertikal), wodurch der Zusammenbau einer Frontalmaschine oder einer Drehmaschine mit Reitstockspitze für eine Drehbank oder einer Fräseinheit mit Horizontalspindel für ein Bearbeitungszentrum ermöglicht wird; oder vertikal, um Werkstücke zu bearbeiten, deren natürliche Transport- und Förderachse vertikal verläuft (flache Werkstücke).

Erfindungsgemäß kann der gleiche Block insbesondere folgendes tragen:

entweder eine einzige Führungssäule, die eine Spindel mit integriertem Motor trägt, beispielsweise eine Dreh-, Fräs-, Schleifspindel, wobei die besagte Spindel mehrere Freiheitsgrade gegenüber der Bewegung der Säule aufweisen kann;

oder eine einzige Führungssäule, die einen Werkzeug-Revolverkopf trägt, der mehrere Freiheitsgrade gegenüber der Bewegung der Säule aufweisen kann;

oder eine integrierte ortsfeste Spindel oder eine Führungssäule, die eine Spindel mit integriertem Motor trägt, sowie eine oder mehrere Führungssäulen, die einen Werkzeug-Revolverkopf tragen, der mehrere Freiheitsgrade aufweisen können.

Die Zusammenfügung zweier oder mehrerer Blöcke untereinander durch starre und ausreichend dimensionierte Zwischenelemente ermöglicht es, Mehrspindelmaschinen herzustellen, bei denen die relative Position der Spindeln nur durch die Form und die Größe von kostengünstigen statischen Teilen bedingt ist.

Es dürfte verständlich sein, daß ein erfindungsgemäßer Block ein standardisiertes Element bildet, das die Rolle einer Zentraleinheit spielt. Mehrere Zentraleinheiten ermöglichen den Zusammenbau von Baueinheiten mit 1 bis 4 Simultanschneideinheiten, wobei diese Baueinheiten in eine 1 Spindel-Maschine integriert sind, deren Achse wahlweise horizontal oder vertikal positioniert ist, oder in eine Maschine mit 2 gegenüberliegenden oder parallelen, synchronisierten oder unabhängigen Spindeln. Dieses Konzept kann durch Nebeneinanderanordnung von Modulen auf eine vollständige Bearbeitungslinie ausgedehnt werden. Es ermöglicht den Vertrieb der Zentraleinheit allein, wobei die vollständige Maschine durch einen industriellen Partner um diese Zentraleinheit herum geplant und zusammengebaut werden kann, während sich gleichzeitig das Präzisions- und Leistungsniveau gewährleisten läßt.

Das erfindungsgemäß verwendete besondere Führungsprofil ist ein Zylinder mit optimiertem Profil zwischen einem dreieckigen Querschnitt, der einen guten Durchgang der Kippmomente und eine gute Winkelpositionierung sicherstellt, und einem kreisförmigen Querschnitt, der die bestmögliche Steifigkeit und die bestmögliche Bearbeitbarkeit aufweist. In einem anderen Zusammenhang ist eine solche Form (die zuweilen auch als "Polygon" oder "Epitrochoidalform" bezeichnet wird) zur Gestaltung der Führung von Bohrköpfen entsprechend der WO-A- 93/15299 verwendet worden. Die Verwendung eines durchgehend nichtkonkaven mehrlappigen Querschnitts für eine mechanische Führung, die ohne Präzision arbeitet, aber einen hohen Momentdurchgang gewährleistet, kann durch die vorliegende Erfindung auf eine hydrostatische Führung ausgedehnt werden, die eine Präzision gewährleistet, die mit den besonders anspruchsvollen Präzisionsnormen im Zusammenhang mit den Führungsstrukturen von Werkzeugmaschinen vereinbar ist.

Erfindungsgemäß weist die Verwendung eines Zylinders mit dreilappiger Form eine Verteilung der Führungsdrücke auf, deren Resultierende vollkommen zentriert ist.

Darüber hinaus ermöglicht die Lokalisierung der Druckbereiche um die drei Lappen herum eine Optimierung der Position der Einspeisungspunkte des Arbeitsmediums in die hydrostatischen Lager und dadurch eine Begrenzung der Kosten der Druckversorgungseinheit.

Ein solches Profil kann daher die Führung der Hauptbewegung einer unabhängigen Schneideinheit bilden, die sich in jede für die maschinelle Bearbeitung bestimmte Anlage integrieren läßt, oder es kann unter Einbeziehung einer Spindel in den Grundblock die Führung der Z-Bewegung (parallel zur Spindelachse) der Spindel (Maschine mit Reitstöcken oder beweglichen Spindeln) oder des Werkzeughalters (Maschine mit Spindelstöcken) bilden, aber vorteilhafterweise auch die Reitstockspitze einer Drehmaschine für die Bearbeitung von langen Werkstücken tragen, die eine Abstützung an dem der Werkstückaufnahme gegenüberliegenden Ende oder jedwedes andere System zum Halten oder Befördern der Werkstücke erfordern. Eine solche Konfiguration läßt dem Einrichter einer Bearbeitungslinie zahlreiche Anordnungsmöglichkeiten für ein robotergestütztes automatisches Beschickungssystem, wobei eine direkte Zugänglichkeit zur Spindel von vier Seiten gegeben ist.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die zur Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird. Darin zeigen im einzelnen:

- Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Zentraleinheit mit einer ortsfesten Spindel und einer Werkzeughaltersäule gemäß der Erfindung;

- Fig. 2 eine Perspektivansicht zur Definition einer Zentraleinheit mit einer ortsfesten Spindel und zwei Werkzeughaltersäulen gemäß der Erfindung;

- Fig. 3 eine Veranschaulichung der hydrostatischen Linearführung gemäß der Erfindung;

- Fig. 4 eine Darstellung zur Verteilung der Drücke auf die Lappen der hydrostatischen Linearführung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine entlang der Linie AA ausgeführte Schnittansicht der Zentraleinheit von Fig. 1 mit einer Ausführungsvariante für die Spindel;

- Fig. 6 eine Darstellung zur Aufgliederung der Bewegungen der Achsen, um eine Y-Bewegung gemäß der Erfindung zu erzielen;

- Fig. 7 eine Perspektivansicht einer Zentraleinheit mit einer ortsfesten Spindel und einer Werkzeughaltersäule gemäß der Erfindung, wobei die Einheit mit einer Y-Achse und mit einer C-Achse versehen ist.

In Fig. 1 ist eine Konstruktionsmöglichkeit für eine Bearbeitungszentraleinheit dargestellt, bei der die Erfindung zur Anwendung kommt.

Der Block 1 aus Naturgranit oder aus Verbundmaterial aus Granit und Polymerharz trägt eine Spindel mit integriertem Motor 2 sowie eine Support/Bettschlitten-Einheit, die aus einer Säule 3 besteht, die an ihrem Ende mit einem Schlitten 4 versehen ist, auf dem sich entlang einer Querachse X ein Schieber 5 bewegt, in den der Revolverkopf 6 zur Verteilung von Schneidwerkzeugen 7 (beispielsweise 12) integriert ist. Die Säule 3 ist in Längsrichtung auf der Längsachse Z1 durch zwei Lager 8 und 9 geführt (vgl. auch Fig. 3 bis 5). Diese zwei Lager sind auf zwei vollkommen ebenen und parallelen Flächen 10 und 11 des Blocks 1 befestigt. Die Parallelitätspräzision dieser beiden Flächen stellt das einzige Präzisionselement im Zusammenhang mit diesem Grundblock dar.

Eine dritte Auflagefläche 12 ermöglicht die Befestigung der Optionen Reitstockspitze oder Beschickungssystem.

Das polygonale Außenprofil des erfindungsgemäßen Spindelkörpers 2 ermöglicht es bei bestimmten Maschinenkonfigurationen entweder für die automatische Beschickung der Drehmaschine mit Rohmaterial in Form von Stäben, oder um das Beladen von Zweispindel- Drehmaschinen zu ermöglichen oder die Achse Z1 zu ersetzen, die Spindel 2 entlang einer Achse Z2 beweglich zu gestalten. Der Spindelkörper 2 ist dann durch eine Einheit aus zwei hydrostatischen Lagern geführt, und zwar durch ein vorderes 13 und ein hinteres Lager (wobei sich das hintere Lager in Anlage an der Fläche 11 befindet und hier nicht dargestellt ist), was identisch mit der Führung der Säule 3 erfolgt.

Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Erzielung einer autonomen Baueinheit die Motoren in die Mechanik integriert worden, wobei ihre Getriebe in einen direkt an der Rückseite des Blocks 1 befestigen Kasten 15 eingebaut sind. Die Einstellungen der Regelungskette, von der die Präzision und die Leistungen hinsichtlich der Geschwindigkeiten und der Beschleunigungen der Maschine abhängig sind, sind daher vollständig in die Zentraleinheit integriert, so daß die Möglichkeit besteht, den Verkauf dieser Einheit an Partner, die als Anlagenbauer tätig sind, vorzusehen, um sie durch die Integration in eine von ihm konstruierte Maschine auf die Besonderheiten seines lokalen Marktes abzustimmen, insbesondere was die Sicherheitsnormen, die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die Art der numerischen Steuerung betrifft.

Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Zentraleinheit mit einer ortsfesten Spindel 2 und zwei Werkeughaltersäulen gemäß der Erfindung. Auf einem massiven Block 21, der tiefer als der Block 1 ist, aber aus einem gemeinsamen Formwerkzeug stammen kann, das zum Gießen des Blocks 1 unterteilt wird, ist eine zweite Säule 17 positioniert, die mit der Säule 3 vollkommen identisch ist. Sie ist ebenfalls auf zwei hydrostatischen Lagern geführt, einem vorderen Lager 18 und einem (nicht dargestellten) hinteren Lager, die mit den Lagern 8 bzw. 9 identisch sind. Sie ist an ihrem Ende mit einem Schlitten 19 (identisch mit 4) bestückt, auf dem sich entlang einer Querachse X2 ein Schieber 22 (identisch mit 5) bewegt, in den der Revolverkopf 23 (identisch mit 6) zur Verteilung von Schneidwerkzeugen 24 (beispielsweise 12) integriert ist. Die Motoren sind ebenfalls in die Mechanik integriert, während die zugehörigen Getriebe in einem direkt an der Rückseite des Blocks 21 befestigten Kasten 25 eingebaut sind. Von daher besteht die Möglichkeit, vollkommen identische Elemente in den zwei Werkzeugbaueinheiten zu verwenden, woraus sich eine erhebliche Verringerung der Produktionskosten und der Lagerbestände ergibt.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Perspektivansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten Längsachse. Die Führungssäule 3 ist ein Zylinder, der drei verschiedene koaxiale Abschnitte umfaßt.

Der vordere erste Abschnitt 27 hat eine durchgehend konvexe Form mit drei Lappen gemäß der Erfindung. Er ermöglicht die Drehmomentaufnahme möglichst nahe der Zerspankraft und ist durch ein vorderes hydrostatisches Lager 8 geführt, das einen ersten Punkt 35 der Achse 36 der Säule sowie ihre Ausrichtung 37 bestimmt. Das Eindringen der Späne in das Lager wird durch einen Abstreifring mit kontinuierlichem Profil 28 verhindert. Die Regelmäßigkeit der äußeren Form der Oberfläche der Säule 3 gewährleistet ihre Präzision und die Effizienz des Abstreifrings 28.

Der zweite Abschnitt 29 oder Zwischenabschnitt ist radial verbreitert, um zwei Nasen zu bilden. Die erste Nase dient zur Befestigung einer Mutter 30, die mit einer Kugelumlaufspindel 31 zusammenwirkt. Die zweite Nase dient zur Befestigung eines beweglichen Punkts 32 eines Meßsystems 33 zur Messung der Position der Achse.

Der hintere dritte Abschnitt 34 ist kreisförmig ausgebildet. Er soll lediglich einen zweiten Bezugspunkt 38 der Achse 36 der Säule lokalisieren. Er ist hydrostatisch durch das Lager 9 geführt. Nach diesem Beispiel ist der Antriebsmotor 39 der numerischen Achse am Lager 9 integriert, wobei sein Läufer direkt an der Kugelumlaufspindel 31 aufgeschrumpft ist, so daß jedes zusätzliche Kupplungssystem entfallen kann, wodurch sich die Trägheit der Achse beherrschen und die Teilezahl in der Stückliste der Maschine entsprechend verringern läßt. Es ist vorteilhaft, das Lager 40, als axiales Bezugslager der Achse, im vorderen Lager 8 auszuführen, so daß die Präzision der Achse nicht durch die Erhitzungen der Kugelumlaufspindel durch den Motor beeinträchtigt wird.

Fig. 4 zeigt die Verteilung der Drücke auf allen Lappen der hydrostatischen Linearführung gemäß der Erfindung. Insoweit die Druckbereiche 41, 42 und 43 unabhängig von der jeweiligen Position der aufzunehmenden Kraft F axialsymmetrisch sind, findet keine Verschiebung der Achse 36 unter der Einwirkung der Zerspankraft statt.

Fig. 5 zeigt eine entlang der Linie AA von Fig. 1 ausgeführte Schnittansicht einer Zentraleinheit in einer erfindungsgemäß konzipierten Variante mit zwei Achsen. Diese Zentraleinheit besteht aus einer, in dieser Variante in Längsrichtung ortsfesten Spindel 2, die über einen Flansch 43 am massiven Block 1 befestigt und durch den Zylinder 44 zentriert ist. An der Rückseite der Spindel, an ihrer Welle 45, ist der Läufer 46 des Antriebsmotors aufgeschrumptt. In einer Buchse 47 für die Kühlung durch den Umlauf von Glykolwasser in der Spiralnut 48 ist der Ständer 49 des Motors aufgeschrumpft. An der Vorderseite ermöglicht eine Spannbacke 50 das Halten des Werkstücks während des Bearbeitungsprozesses.

Die auf den Lagern 8 und 9 geführte Säule 3 bildet einen ausgezeichneten Schutz für die Durchführung und die Bewegung der Kabel und Leitungen 51 sowie für den Motor 52 des Revolverkopfes 6.

Fig. 6 zeigt die geometrische Aufgliederung der Bewegungen der Achsen zur Erzielung der Y-Bewegung gemäß der Erfindung. Das Ende der Säule, das den Werkzeughalterkopf trägt, kann vorteilhafterweise mit einem Drehkranz 53 zum Drehen des Schlittens mit der Achse X bestückt sein, wodurch es mittels einer numerischen Berechnung ermöglicht wird, eine zusätzliche Achse mit der Bezeichnung Y senkrecht zur X-Achse und zur Z-Achse zu steuern (vgl. auch Fig. 7). Wenn A der Abstand zwischen der Drehachse des Werkstücks, wobei diese Achse durch die Achse der Spindel 2 bestimmt wird, und die Drehachse des Drehkranzes ist, so erhält man:

Y = Asinα

wobei α der Neigungswinkel des Schlittens 4 ist. Dabei ist eine Korrektur an der Achse X zu berücksichtigen:

X = A·cosα - (A-Xp) = Xp-A(1 - cosα)

wobei Xp der durch das Positionierungssystem der X-Achse abgelesene Wert und Xp der am Werkstück erhaltene Ist-Wert ist.

Außerdem muß der Wert der Winkelausrichtung des Werkstücks ausgeglichen werden:

C = Cp + α = Cp + Arcsin(Y/A)

wobei Cp der durch das Ausrichtungssystem des Werkstücks abgelesene Wert (C-Achse) und Cp der am Werkstück erhaltene Ist- Wert ist.

Fig. 7 zeigt in einer Perspektivansicht die Definition einer Zentraleinheit mit einer ortsfesten Spindel und einer Werkzeughaltersäule gemäß der Erfindung, wobei die Zentraleinheit mit einer Y-Achse und mit einer C-Achse versehen ist. Die Spindel wird winklig durch den integrierten Motor positioniert, wobei die Position durch einen in den Motor integrierten Sensor nach einem dem Fachmann bekannten Prinzip abgelesen wird. Zwischen der Säule 3 und dem Schlitten 4 ist ein Drehkranz 53 eingefügt, der einen Motor und einen Winkelcodierer mit einer Präzision von 1/1000 Grad umfaßt.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Gestell und einem Mittel zur Längsverschiebung und Positionierung in mehrlappiger Ausführung,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell ein massiver Block (1) ist, der eine erste Bohrung enthält, in der eine in einem vorderen Lager (8) und einem hinteren Lager (9) geführte, gleitend verschiebbare Werkzeughaltersäule (3) aufgenommen ist, wobei wenigstens das vordere Lager (8) und der darin gleitend geführte Abschnitt (27) der Säule (3) einen durchgehend konvexen Querschnitt mit drei in einem Winkel von 120º um eine Mittelachse verteilten Lappen aufweisen, und eine zweite Bohrung mit einer zur Achse der ersten Bohrung parallelen Achse, in der eine Werkstückhalterspindel (2), vorzugsweise mit integriertem Motor, positioniert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen (8) und hinteren (9) Lager hydrostatische Lager sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (3) einen Schlitten (4) trägt, auf dem ein Schieber (5) gelagert ist, in den ein Revolverkopf (6) zur Verteilung von Schneidwerkzeugen (7) integriert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zwischen der Führungssäule (3) und dem Schlitten (4) eingefügten Drehkranz (53).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) in einer gleitend verschiebbaren Säule der gleichen Art wie die Säule (3) der ersten Bohrung gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, kombiniert mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (1) eine dritte Bohrung enthält, in der eine zweite gleitend verschiebbare Werkzeughaltersäule (17) aufgenommen ist, die mit einem Schlitten (19) und einem Schieber (22) ausgerüstet ist, der einen Revolverkopf (23) zur Verteilung von Schneidwerkzeugen (24) trägt.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (1) aus Naturgranit oder aus rekonstruiertem Granit ausgeführt ist.

8. Bearbeitungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine horizontal oder vertikal angeordnete Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt.

9. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Vorrichtungen mit gegenüberliegenden Spindeln umfaßt, die eine Zweispindel- Drehmaschine mit horizontaler Achse bilden.







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