CH657801A5

CH657801A5 - Bearbeitungsvorrichtung.

Info

Publication number: CH657801A5
Application number: CH6426/82A
Authority: CH
Inventors: Kenichi Ishida; Tetsuro Takahashi
Original assignee: Tsugami Kk
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1986-09-30
Also published as: JPS57189744A; FR2535639A1; GB2129718A; JPS6153182B2; US4510668A; GB2129718B; JPS6111738B2; DE3240911C2; FR2535639B1; DE3240911A1; JPS57189748A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine numerisch gesteuerte Universalwerkzeugmaschine und insbesondere der horizontalen Art, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.

Die bekannten Bearbeitungsvorrichtungen der horizontalen Art besitzen ein horizontales Maschinenbett, auf dem mindestens zwei bewegbare, übereinander angeordnete Tragvorrichtungen angeordnet sind sowie eine vertikale Säule fixiert ist. Ein zu bearbeitendes Werkstück ist an einer Palettfläche einer Palette befestigt, wobei diese Palette am obersten der bewegbaren Tragvorrichtungen abnehmbar montiert ist, so dass die Palettfläche horizontal ausgerichtet ist. An der Spindel ist ein Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes befestigt, und ein diese Spindel tragender Spindelschlitten ist am oberen Teil der Säule montiert.

Diese bekannten Bearbeitungsvorrichtungen weisen mehrere Nachteile auf. Erstens, da das Werkstück auf der waagerechten Oberfläche der Palette angeordnet ist, sammeln sich die Späne auf der Palette und gelegentlich auch auf dem Werkstück. Folglich muss die Palette mit dem Werkstück gereinigt werden, wenn es vom obersten beweglichen Teil entfernt wird. Zweitens, da das Werkstück in einer Position über dem Maschinenbett bearbeitet wird, fallen Späne und Schneidöl, das während der Bearbeitung zwischen Werkstück und Werkzeug gegossen wird, auf das Maschinenbett, wodurch dieses durch die Wärme der Späne und des Schneidöls deformiert wird. Überdies fallen die Späne und das Schneidöl auch auf Führungsbahnen, in denen die bewegbaren Tragteile geführt sind, und die sich auf der Oberseite des Maschinenbettes befinden, so dass das Maschinenbett und die bewegbaren Tragteile in der Führung Fehler aufweisen. Da die Führungsbahnen und die Antriebsvorrichtung auf der oberen Fläche des Bettes angeordnet sind, ist es auch schwierig, Vorrichtungen zum Auffangen der Späne auf dem Maschinenbett zu plazieren.

Drittens, das Werkstück und das Werkzeug sind über eine Spanne miteinander verbunden, die in einer senkrechten Ebene liegt und die aus der das Werkstück tragenden Palette, den verschiedenen bewegbaren Tragteilen, die aufeinander angeordnet sind und das Werkstück tragen, dem Maschinenbett, auf dem die Tragteile angeordnet sind, der vertikalen Säule, die auf dem Maschinenbett steht, dem Spindelschlitten, der am oberen Ende der Säule befestigt ist und der Spindel, die durch den Spindelschlitten getragen wird und die das Werkzeug trägt, besteht. Diese Spanne ist nach der bekannten Bauweise sehr lang. Dementsprechend ist die Steifheit der Maschine klein und die thermischen und mechanischen Verschiebungen, verursacht durch den Schnittwiderstand zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, sind gross.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweist.

Die vorgeschlagene Bearbeitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Palettschlitten mit einer vertikalen Palettfläche zum Tragen eines Werkstückes, wobei die Palette entlang einer ersten horizontalen Achse bewegbar und zur Indexierung um diese Achse drehbar ist, einen Spindelschlitten zur Abstützung einer Spindel, die ein Werkzeug trägt, wobei die Spindel um eine zweite horizontale Achse drehbar ist, die mit der ersten Achse einen rechten Winkel bildet, ein vertikales Bett mit einer ersten vertikalen Fläche, die parallel zu der ersten vertikalen Achse ist, und eine zweite vertikale Fläche, die parallel zur zweiten vertikalen Achse ist, wobei der Palettschlitten so auf der ersten Fläche angeordnet ist, dass er entlang der ersten Fläche vertikal bewegbar ist, und wobei der Spindelschlitten so auf der zweiten Fläche angeordnet ist, dass er entlang der zweiten Fläche horizontal bewegbar ist, so dass ein weiter Raum zwischen der Palettseite des Palettschlittens und der Werkzeugseite des Spindelschlittens besteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungsvorrichtung,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt, der die innere Konstruktion des Palettschlittens der Bearbeitungsvorrichtung zeigt,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt, der einen Mechanismus für die vertikale Bewegung des Palettschlittens zeigt,

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Fig. 4 einen senkrechten Schnitt, der in der Hauptsache einen Mechanismus für die Bewegung des Spindelschlittens in der Bearbeitungsvorrichtung zeigt, und

Fig. 5 und 6 Darstellungen erfindungswesentlicher Gesichtspunkte der Bearbeitungsvorrichtung.

Die Figur 1 zeigt die Hauptkomponenten einer Ausführungsart einer erfmdungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung. Ein Palettschlitten 10 weist einen Schaft 11 auf, der eine Palette 20 trägt und der eine Y-Achse genannte Achse aufweist, die in eine erste horizontale Richtung weist, die hier die Y-Richtung ist. Wie in Figur 2 gezeigt, kann der die Palette tragende Schaft 11 durch einen Transmissionsmechanismus (wie beispielsweise ein Gewindestab 12, der in eine Mutter 13 eingreift, die am Palettschlitten befestigt ist) und einem in Y-Richtung wirkenden Steuermotor 14, der hinter dem Palettschlitten 10 angeordnet, in der Y-Richtung bewegt oder verschoben werden.

Der tragende Schaft 11 weist einen indexierenden Schaft 15 auf, der (wie dies in Fig. 1 durch den Pfeil B angedeutet ist) für den Schaltvorgang um die Y-Achse relativ zum tragenden Schaft 11 drehbar ist. Der indexierende Schaft 15 wird über eine Transmissionsvorrichtung, beispielsweise eine Getriebeanordnung 16 mit Hilfe eines indexierenden Steuermotors 17 gedreht, der hinter dem Palettschlitten 10 angeordnet ist.

Um den indexierenden Schaft 15 zu drehen, ist es erforderlich, diesen Schaft 15 mittels eines Kolben-Zylinder Mechanismus vorwärts (in Fig. 2 nach rechts) zu schieben, so dass eine Kupplung 19 zwischen dem Schaft 15 und dem tragenden Schaft 11 gelöst wird. Diese Kupplung 19 besteht beispielsweise aus einer nach vorn gerichteten gezahnten Fläche auf dem tragenden Schaft 11 und einer anderen, nach rückwärts gerichteten gezahnten Fläche auf dem indexierenden Schaft 15. Diese gezahnten Flächen sind aufeinander fixiert, wenn der Schaltschaft 15 nach rückwärts verschoben wird und entkuppelt, wenn der Schaft 15 vorwärts verschoben wird.

Eine Palette 20 zum Tragen oder Stützen eines Werkstückes (das hier nicht gezeigt ist, aber in den Figuren 5 und 6 eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist) kann auf einer Klemmplatte 21 montiert werden, die am vorderen Ende des Schaftes 15 angeordnet ist. Im montierten Zustand ist die Palette so ausgerichtet, dass die Palettenoberfläche 22, an welcher das Werkstück getragen wird, vertikal ist. Zur Montage der Palette 20 wird die Klemmplatte 21 und ein Klemmschaft 23, der an der Platte 21 fixiert ist, in den Schaft 15 zurückgezogen (nach links in die in Figur 2 gezeigte Lage bewegt). Die Bewegung wird mit Hilfe eines Kolben-Zylinder Mechanismus 24, der in dem Schaft 15 angeordnet ist, ausgeführt. Bei der Bewegung wird die Palette 20 mit dem Schaft 15 durch die positionierende Kupplung 25 gekuppelt. Zum Demontieren der Palette 20 werden die Platte 21 und der Schaft 23 aus der gezeigten Lage nach rechts bewegt, um die Kupplung 25 zu lösen. Der Palettschlitten 10 ist so angeordnet, dass er in der vertikalen Richtung (X-Richtung) entlang einer ersten vertikalen Fläche 26 eines vertikalen Bettes 27 bewegbar ist, wobei die vertikale Fläche

26 parallel zur ersten horizontalen Achse oder Y-Achse ist (Fig. 1). Die vertikale Fläche 26 weist zwei vertikal angeordnete X-Führungen 28 und 29 für die Führung des Palettschlittens 10 in der vertikalen Richtung oder X-Richtung.

Um den Palettschlitten 10 in vertikaler Richtung zu bewegen, weist ein am oberen Teil des vertikalen Bettes 27 befestigter X-Achse-Steuermotor 30, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Kraftabgabewelle auf, die drehbar durch eine Kupplung 31 mit einer vertikal (d.h. in der X-Richtung) angeordneten Gewindestange 32 verbunden ist, die derart am vertikalen Bett

27 montiert ist, dass diese Stange wohl gedreht, aber nicht in axialer Richtung bewegt werden kann. Eine am Palettschlitten 10 fixierte Mutter 33 steht im Eingriff mit der Schraubenwelle 32. Wird die Schraubenwelle 32 mit Hilfe des X-Achse-Steuermotors 30 gedreht, bewegt sich der Palettschlitten 10 in der X-Richtung.

Eine Spindel 34, die frontseitig (d.h. links in Figur 1) ein Werkzeug 35 hält, wie in den Figuren 1 und 4 gezeigt, ist in einem Spindelschlitten 36 geführt und erstreckt sich in eine zweite horizontale Richtung (Z-Richtung), die mit der ersten horizontalen Richtung (X-Richtung) einen rechten Winkel bildet. Die Spindel 34 ist mit Hilfe eines Steuermotors 37 um eine Z-Achse (d.h. eine sich in Z-Richtung erstreckende Achse) durch eine (hier nicht dargestellte) geeignete Übertragungsvorrichtung rotierbar.

Das vertikale Bett 27 hat eine zweite vertikale Fläche 38, die parallel zur zweiten horizontalen Achse (Z-Achse) ist und die deshalb mit der ersten vertikalen Fläche 26 einen rechten Winkel bildet. Die zweite vertikale Fläche 38 weist zwei sich in Z-Richtung erstreckende Z-Führungen 39 und 40 auf.

Der Spindelschlitten 36 wird getragen und geführt durch diese Z-Führungen 39 und 40, so dass dieser in der zweiten horizontalen Richtung oder Z-Richtung entlang der zweiten vertikalen Fläche 38 bewegbar ist.

Der Spindelschlitten 36 wird mit Hilfe eines Z-Achse-Steuermotors 41 in der zweiten horizontalen Richtung (Z-Richtung) bewegt, wobei dieser eine Gewindestange 42 dreht, die sich in der Z-Richtung erstreckt und in einen Mutterteil 43 eingreift, der am Spindelschlitten fixiert ist (Fig. 4). Der Steuermotor 41, die Gewindestange 42 und der Mutterteil 43 entsprechen den Steuermotoren 14 und 30, den Gewindestangen 12 und 32 und den Mutterteilen 13 und 33 gemäss den Figuren 2 und 3.

In den Figuren 1 und 4 ist eine Werkzeugwechselvorrichtung 44 gezeigt, mit der das auf der Spindel 34 befestigte Werkzeug 35 gegen eines der in einem hier nicht dargestellten Werkzeugmagazin befindlichen Werkzeuge ausgetauscht werden kann, wobei die Vorrichtung 44 einen Werkzeugwechselarm 45 für die Änderung der Position der Werkzeuge aufweist.

Im allgemeinen besitzt die Bearbeitungsvorrichtung auch eine hier nicht dargestellte Austauschvorrichtung für die Paletten, mit der die Palette 20, die vom tragenden Schaft 11 getragen wird, gegen eine andere, nicht am Schaft befestigte Palette ausgetauscht werden kann. Die Bearbeitungsvorrichtung weist auch eine Antriebsvorrichtung und eine NC-Vorrichtung auf, damit die gesamte Bearbeitungsvorrichtung angetrieben und numerisch gesteuert werden kann.

Nach der vorgehend beschriebenen Konstruktion und Anordnung ist es klar, dass ein ausgedehnter Raum 46 unterhalb der Palette 20, die vom Palettschlitten 10 getragen wird und dem Werkzeug 35, das vom Spindelschlitten 36 getragen wird, vorgesehen ist. In oder unterhalb dieses Raumes 46 ist ein Spänebecken 47 positioniert, mit dem vom Werkzeug abgehobene Späne und Schneidöl, das während der Bearbeitung für das Werkstück als auch für das Werkzeug verwendet wird, aufgefangen werden.

Bei der Inbetriebnahme der erfmdungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung wird die das Werkstück tragende Palette 20 so ausgerichtet, dass die Palettfläche 22 vertikal ist, worauf sie an dem tragenden Schaft 11 und insbesondere am indexierenden Schaft 15 befestigt wird. Nachher wird der die Palette tragende Schaft 11 in der ersten horizontalen Richtung (Y-Richtung) verschoben und der Schaft 15 zur In-dexierung gedreht als auch der Palettschlitten 10 in der vertikalen Richtung (X-Richtung) verschoben, um das Werkstück durch numerische Steuerung in die gewünschte Bearbeitungsposition zu bringen. Nachher, vorher oder gleichzei5

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tig wird der Spindelschlitten 36 unter numerischer Steuerung in der zweiten horizontalen Richtung (Z-Richtung) bewegt, so dass das Werkzeug in die gewünschte Bearbeitungsposition bewegt wird. Hierauf wird das Werkstück durch das Werkzeug 35 bearbeitet, während der die Palette tragende Schaft 11 in der Y-Richtung und der X-Richtung bewegt wird und das Werkzeug 35 um die Z-Achse gedreht wird und unter numerischer Steuerung in der Z-Richtung entsprechend dem gewünschten Bearbeitungsablauf bewegt wird.

Da es offensichtlich ist, dass die Bearbeitungsstelle auf der Palettseite 20 des Palettschlittens 10 und auf der Werkstückseite 35 des Spindelschlittens 36 liegt und die Späneschale 37 unterhalb der Bearbeitungsstelle angeordnet ist, fallen die vom Werkstück abgehobenen Späne und das für die Bearbeitungsstelle verwendete Schneidöl (in der Zeichnung mit 48 bezeichnet) direkt in die Späneschale 47, wie dies schematisch in der Figur 5 gezeigt ist, worin das Bezugszeichen 49 eine Spänewand bezeichnet, die zusätzlich angeordnet werden kann und das Bezugszeichen 50 das Werkstück bezeichnet.

Die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung besitzt viele Vorteile durch die oben erwähnte Ausbildung. Erstens, da der weite Raum 46 unterhalb der Bearbeitungsstelle liegt,

fallen die Späne und das Schneidöl 48 direkt in die Späneschale 47 oder eine ähnliche Vorrichtung, die in oder unterhalb des weiten Raumes 46 angeordnet ist. Dementsprechend kann der zweite Nachteil der bekannten Bearbeitungsvorrichtungen (thermische Deformation, Verunreinigung mit Spänen und Schneidöl und Schwierigkeiten bei der Anordnung der Späneschale oder einer ähnlichen Vorrichtung) vollständig behoben werden. Zweitens, da die Palette 20 auf dem tragenden Schaft 11 (bzw. dem indexierenden Schaft 15) in einer Lage, in der die Palettfläche 22 vertikal ausgerichtet ist, befestigt ist, sammeln sich keine Späne auf dem Werkstück selbst.

Ein weiterer Vorteil der erfmdungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung ist, dass das Werkstück 50 und das Werkzeug 35 durch eine horizontale Brücke 51 miteinander verbunden sind, die aus der Palette 20, dem tragenden Schaft 11, dem Palettschlitten 10, dem vertikalen Bett 27, dem Spindelschlitten 36 und der Spindel 34 besteht. Diese horizontale Brücke ist kürzer als die vertikale Brücke der bekannten Bearbeitungsvorrichtungen. Dementsprechend ist die Steifheit der Maschine relativ hoch, so dass die thermischen und mechanischen Auslenkungen durch den Schnittwiderstand bei der erfmdungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung klein sind.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Bearbeitungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Palettschlitten (10) mit einer vertikalen Palettfläche (22) zum Tragen eines Werkstückes (50), wobei die Palette (20) entlang einer ersten horizontalen Achse bewegbar und zur In-dexierung um diese Achse drehbar ist, einen Spindelschlitten (36) zur Abstützung einer Spindel (34), die ein Werkzeug (35) trägt, wobei die Spindel (34) um eine zweite horizontale Achse drehbar ist, die mit der ersten Achse einen rechten Winkel bildet, ein vertikales Bett (27) mit einer ersten vertikalen Fläche (26), die parallel zu der ersten vertikalen Achse ist, und eine zweite vertikale Fläche (38), die parallel zur zweiten vertikalen Achse ist, wobei der Palettschlitten (10) so auf der ersten Fläche angeordnet ist, dass er entlang der ersten Fläche (26) vertikal bewegbar ist, und wobei der Spindelschlitten (36) so auf der zweiten Fläche (38) angeordnet ist, dass er entlang der zweiten Fläche (38) horizontal bewegbar ist, so dass ein weiter Raum (46) auf der Palettseite des Palettschlittens (10) und der Werkzeugseite des Spindelschlittens (36) besteht.
2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Palettschlitten (10) einen tragenden Schaft (11) aufweist, der im Palettschlitten in der Richtung der ersten Achse bewegbar ist, und dass ein indexierender Schaft (15) bezüglich des tragenden Schaftes (11) um die erste Achse drehbar ist, und die Palette (20) durch den indexie-renden Schaft (15) getragen wird.
3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der indexierende Schaft (15) so angeordnet ist, dass er bezüglich des tragenden Schaftes (15) in Richtung der ersten Achse verschiebbar ist, und dass zwischen dem tragenden Schaft (11) und dem indexierenden Schaft (15) Mittel vorgesehen sind, die eine Drehung des indexierenden Schaftes (15) verhindern, wenn dieser in einer Richtung verschoben wird, und diesen Schaft (15) drehbar machen, wenn er in der entgegengesetzten Richtung verschoben wird.
4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vertikale Fläche (26) Mittel (28,29) aufweist, welche den Palettschlitten (10) in der vertikalen Bewegung führen, und dass der Palettschlitten (10) durch eine rotierbare vertikale Gewindestange (12) bewegbar ist, wobei die Gewindestange (12) in einen Mutterteil (13) eingreift, der am Palettschlitten (10) befestigt ist.
5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vertikale Fläche (38) Mittel (39,40) für die horizontale Führung des Spindelschlittens (36) aufweist, und dass der Spindelschlitten (36) mittels einer drehbaren horizontalen Gewindestange (32) bewegbar ist, die in einen am Spindelschlitten (36) fixierten Mutterteil (33) eingreift.