CH683974A5

CH683974A5 - Bearbeitungszentrum zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines von mindestens zwei auswechselbaren Werkzeugen.

Info

Publication number: CH683974A5
Application number: CH278091A
Authority: CH
Inventors: Klaus Bergmann; Olindo Bacciarini
Original assignee: Mikron S A Agno
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1994-06-30

Description

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CH 683 974 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum zur Bearbeitung eines Werkstücks, das auf einem relativ zu einem Maschinenbett beweglichen Tisch gespannt ist, mit Hilfe eines von mindestens zwei Werkzeugen, die auswechselbar in je einer um je eine Spindelachse drehbaren Spindel eingesetzt sind, wobei das Bearbeitungszentrum eine mit den Spindeln und mindestens einem Werkzeugmagazin zusammenwirkende Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel umfasst.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken unterscheidet man innerhalb der zur Fertigstellung eines Werkstücks benötigten Zykluszeit zwischen der Hauptzeit, in der das Werkstück eine physische Veränderung erfährt, und der Nebenzeit, die alle nicht produktiven Vorgänge wie beispielsweise Werkstückwechsel oder Werkzeugwechsel an der Maschine erfasst.

Bei Kleinteilen mit Bearbeitungsgängen, die unterschiedliche Werkzeuge erfordern, beträgt die Nebenzeit infolge der teiletypischen kurzen Hauptzeit und der vergleichsweise langen Werkzeugwechselzeit einen grossen Teil der Zykluszeit, ja sie kann sogar länger als die Hauptzeit sein. In diesem Falle erfolgt die Bearbeitung der Werkstücke nicht wirtschaftlich optimal.

Es sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen versucht wird, den ungünstigen Einfluss der Dauer des Werkzeugwechsels auf die Zykluszeit der Bearbeitung eines einzelnen Werkstücks dadurch zu kompensieren, dass gleichzeitig mehrere Werkzeuge mehrere Werkstücke bearbeiten. Beispielsweise ist aus CH 654 237 eine Werkzeugmaschine mit mehreren mit parallelen Achsen an einem Spindelstock angeordneten Spindeln für auswechselbare Werkzeuge bekannt. In dieser Werkzeugmaschine wird an jeder Spindel je ein Werkstück mit je einem Werkzeug bearbeitet. Zum Werkzeugwechsel wird der gesamte Spindelstock in eine Wechselstellung gefahren.

Während der dazu benötigten Zeit (Fahren des Spindelstocks in die Wechselstellung, Wechseln von Werkzeugen, Fahren des Spindelstocks zurück in die Arbeitsstellung) kann kein Werkstück bearbeitet werden. Das ungünstige Verhältnis von Hauptzeit zu Nebenzeit mit der Werkzeugmaschine nach CH 654 237 lässt sich nur durch eine recht grosse Anzahl von parallel arbeitenden Spindeln (nämlich in der Praxis mit bis zu 8 Spindeln) verbessern. Das hat aber den schwerwiegenden Nachteil, dass für die Maschineneinrichtung beim Teilewechsel ein übermässig grosser Justieraufwand zum Ausrichten der Werkstücke benötigt wird, der unter anderem die Flexibilität schmälert.

Aus CH 666 432 ist eine Werkzeugmaschine mit zwei Spindeln mit parallelen Achsen für Werkstücke und zwei Revolverköpfen mit parallelen Achsen für verschiedene Werkzeuge bekannt. Ein einzelnes Werkstück kann in Aufeinanderfolge mit je einem Werkzeug des einen und anderen Revolverkopfes bearbeitet werden, wobei die gegenseitige Behinderung der Arbeitsräume durch die Werkzeuge bzw. Revolverköpfe vermieden wird. Ein automatisches

Auswechseln der Werkzeuge aus einem Magazin ist jedoch nicht vorgesehen und könnte sowieso nur unter den am einzelnen Revolverkopf zuvor angeordneten Werkzeugen stattfinden. Folglich wird das verbesserte Verhältnis von Hauptzeit zu Nebenzeit durch eine Einbusse in der Flexibilität des Einsatzes der Werkzeugmaschine erkauft.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bearbeitungszentrum der eingangs genannten Art so auszubilden, dass das Verhältnis von Hauptzeit zu Nebenzeit im Vergleich zum Stand der Technik ohne Einbusse in der Flexibilität des Einsatzes der Werkzeugmaschine verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäs-sen Bearbeitungszentrum dadurch gelöst, dass jede Spindel an einem relativ zum Maschinenbett feststehenden Spindelstock axial nicht verschiebbar angeordnet ist, und der Tisch relativ zum Maschinenbett zumindest in drei zueinander orthogonalen Richtungen bewegbar ist.

Durch die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe wird der Vorteil erreicht, dass auf einer der Spindeln mit einem der Werkzeuge am Werkstück gearbeitet wird, während auf der oder den anderen Spindeln nach Bedarf Werkzeugwechsel und gegebenenfalls Justierungen und dergleichen vorgenommen werden können, und zwar deswegen, weil die gesamte zur Bearbeitung benötigte Bewegung werkstückseitig aufgebracht wird. Das Verhältnis von Hauptzeit zu Nebenzeit wird damit wesentlich günstiger als beim Stand der Technik.

Besonders von Interesse ist die Erfindung für die Bearbeitung von kleinen Werkstücken, die naturge-mäss kurze Hauptzeiten aufweisen. Der zeitaufwendige Werkzeugwechsel, der beim Stand der Technik die Zykluszeit übermässig stark beeinflusst, findet bei der Erfindung während der Hauptzeit eines anderen Arbeitsgangs statt.

Dabei ist es ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass die tatsächlich auftretende Nebenzeit im günstigsten Fall auf die einfache Zustellzeit reduziert werden kann, also auf die Zeit, die der Tisch mit dem Werkstück benötigt, um zur jeweils anderen in Bereitschaft stehenden Spindel zu gelangen. Beim Stand der Technik hingegen kann die tatsächlich auftretende Nebenzeit bestenfalls auf zweimal die einfache Zustellzeit reduziert werden, weil die Zustellbewegung zweimal ausgeführt werden muss, nämlich einmal zum Zurückziehen der Spindel vom Werkstück nach erfolgtem Arbeitsgang und einmal zum Vorrücken der Spindel zum Werkstück nach dem Werkzeugwechsel.

Vorzugsweise ist eine der Richtungen der Tischbewegung parallel zu einer der Spindelachsen orientiert, womit der Vorteil erreicht wird, dass die Bewegung des Werkstücks parallel zu dieser Spindelachse mit noch weniger Aufwand zu bewerkstelligen ist. Es können auch alle Spindelachsen parallel zueinander orientiert sein, womit der zusätzliche Vorteil erreicht wird, dass der Werkzeugwechsel für alle Werkzeuge parallel und ähnlich, d.h. in den gleichen Richtungen erfolgt.

Der Tisch kann um eine oder zwei Drehachsen drehbar sein, die zur genannten parallel zu einer der Spindelachsen orientierten Richtung der Tisch-

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bewegung orthogonal gerichtet ist bzw. sind, womit der Vorteil erreicht wird, dass das Werkstück mit noch weniger Aufwand dem Werkzeug in vier bzw. fünf Richtungen präsentiert werden kann.

Ferner umfasst die Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel vorzugsweise je einen einer Spindel zugeordneten und mit dieser Spindel sowie mit dem bzw. einem Werkzeugmagazin zusammenwirkenden Wechselarm, womit der Vorteil erreicht wird, dass der Werkzeugwechsel für jedes Werkzeug unabhängig vom Betriebszustand der anderen Werkzeuge (Bearbeitung im Gange, Werkzeugwechsel im Gange, Ruhestellung usw.) vorgenommen werden kann.

In einer bevorzugten Ausbildung des Bearbeitungszentrums, bei der alle Spindelachsen sowie eine der Richtungen der Tischbewegung parallel zueinander orientiert sind, können zwischen dem Tisch und dem Maschinenbett drei Schlitten angeordnet sein, die zu zweien je einen Kreuzschlitten bilden, wobei jeder Schlitten in je einer der drei zueinander orthogonalen Richtungen der Tischbewegung bewegbar ist, während der Tisch an dem ihm nächstliegenden Schlitten über einen Kragarm abgestützt ist, der sich im wesentlichen orthogonal zur genannten Spindelachse vom Schlitten weg erstreckt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Arbeitsräume zur Werkstückbearbeitung und zum Werkzeugwechsel sauber getrennt bleiben und die Vorgänge der Werkstückbearbeitung und des Werkzeugwechsels einander nicht behindern.

Dabei kann der Tisch am nächstliegenden Schlitten um die genannte Drehachse bzw. die genannten Drehachsen drehbar abgestützt sein, um auch bei der letzteren Ausbildung den bereits erwähnten Vorteil zu erreichen, dass das Werkstück mit weniger Aufwand in vier bzw. fünf Richtungen dem Werkzeug präsentiert werden kann.

Ausserdem kann sich der Kragarm im wesentlichen parallel zur einer der genannten Drehachse erstrecken, ebenfalls um den Vorteil zu erreichen, dass das Werkstück mit weniger Aufwand in vier bzw. fünf Richtungen dem Werkzeug präsentiert werden kann, aber auch, um mit noch weniger Aufwand den bereits erwähnten Vorteil zu erreichen, dass die Arbeitsräume zur Werkstückbearbeitung und zum Werkzeugwechsel sauber getrennt bleiben und die Vorgänge der Werkstückbearbeitung und des Werkzeugwechsels einander nicht behindern.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Auch sind weitere Vorteile der Erfindung aus dieser Beschreibung erkennbar.

Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Perspektivdarstellung ein Beispiel einer Ausbildung eines erfindungsgemässen Bearbeitungszentrums.

In dem als Beispiel dargestellten Bearbeitungszentrum ist an einem Maschinenbett 1 ein Tisch 2 beweglich abgestützt, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück 3 gespannt ist. Zur Bearbeitung des Werkstücks 3 sind zwei Werkzeuge 4a, 4b vorgesehen. Das eine Werkzeug 4a ist in Betriebsbereitschaft dargestellt und dabei in einer Spindel 5a eingesetzt, die mit Hilfe eines (in der Figur nicht sichtbaren) Antriebsmotors um ihre (nicht gezeichnete)

Spindelachse drehbar ist. Das andere Werkzeug 4b ist in einer Phase eines Werkzeugwechsels dargestellt, bei der es sich vor einer Spindel 5b befindet. Die Zeichnung bezieht sich auf die beiden möglichen Fälle, in denen das Werkzeug 4b entweder vor seinem Einsetzen der Spindel 5b präsentiert wird oder nach dem Gebrauch und zum Zwecke des Werkzeugwechsels eben der Spindel 5b entnommen wurde. Die Spindel 5b ist ebenfalls um ihre (nicht gezeichnete) Spindelachse drehbar, der betreffende Antriebsmotor ist in der Figur sichtbar und mit 6 bezeichnet.

Die Spindeln 5a, 5b sind an einem gemeinsamen Spindelstock 7 angeordnet, der relativ zum Maschinenbett 1 feststeht. Dabei sind die Spindeln 5a, 5b am Spindelstock 7 drehbar, jedoch nicht axial in Richtung ihrer jeweiligen Spindelachse verschiebbar angeordnet. In der hier als Beispiel beschriebenen Ausbildung liegen die Spindelachsen horizontal und parallel zu der in der Figur gezeichneten Richtung Y.

Im Hinblick auf den automatischen Werkzeugwechsel sind die Werkzeuge 4a, 4b in der jeweiligen Spindel 5a, 5b auswechselbar eingesetzt. Das Bearbeitungszentrum weist eine mit den Spindeln 5a, 5b und einem Werkzeugmagazin 8 zusammenwirkende Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel auf, die zwei Wechselarme 9a, 9b umfasst, von denen jeder einer der Spindeln 5a, 5b zugeordnet ist. Der Wechselarm 9a wirkt mit der zugeordneten Spindel 5a und dem Werkzeugmagazin 8 zusammen und der Wechselarm 9b wirkt mit der zugeordneten Spindel 5b und dem Werkzeugmagazin 8 zusammen, um den automatischen Werkzeugwechsel auszuführen. Der automatische Werkzeugwechsel mittels je eines Wechselarms in Zusammenwirkung mit je einer Spindel und einem zugeordneten Werkzeugmagazin ist an sich bekannt, beispielsweise aus dem erwähnten Dokument CH 654 237, und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. In der als Beispiel dargestellten Ausbildung sind die Wechselarme 9a, 9b auf je einer Achse montiert, die den Spindelachsen parallel ist. Dabei sind die Wechselarme 9a, 9b in zwei verschiedenen vertikalen parallelen Ebenen schwenkbar, so dass sie einander nicht behindern. Es wäre aber möglich, die relative Lage der Spindeln und des Magazins so zu wählen, dass die Wechselarme weit genug voneinander entfernt sind, um einander gar nicht behindern zu können.

Es ist zu verstehen, dass die vorangehende Beschreibung auf das Beispiel einer Ausbildung mit zwei Werkzeugen 4a, 4b und einem Werkzeugmagazin 8 gerichtet, jedoch ohne weiteres auf eine grössere Anzahl von Werkzeugen und Magazinen übertragbar ist. Jedem Werkzeug ist stets eine Spindel und dieser ein Wechselarm zugeordnet, hingegen können die Werkzeuge wie beschrieben in einem gemeinsamen Magazin oder im Gegenteil in verschiedenen, den jeweiligen Spindeln zugeordneten Magazinen bereitgestellt werden.

Der Tisch 2 ist relativ zum Maschinenbett 1 in drei zueinander orthogonalen Richtungen X, Y, Z bewegbar. Dazu sind zwischen dem Tisch 2 und dem Maschinenbett 1 drei Schlitten 10, 11, 12 angeordnet. Der Schlitten 10 ist am Maschinenbett 1

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abgestützt und relativ dazu in der horizontalen und orthogonal zu den ebenfalls horizontalen Spindelachsen liegenden Richtung X bewegbar. Der Schlitten 11 ist am Schlitten 10 abgestützt und relativ dazu in der horizontalen und parallel zu den Spindelachsen liegenden Richtung Y bewegbar. Der Schlitten 12 ist am Schlitten 11 abgestützt und relativ dazu in der vertikalen und orthogonal zu den Spindelachsen liegenden Richtung Z bewegbar. Somit bilden die Schlitten 10, 11, 12 zu zweien je einen Kreuzschlitten, und die Kombination dieser Kreuzschlitten ermöglicht die Bewegung des Tisches 2 in jeder Kombination der drei zueinander orthogonalen Richtungen X, Y, Z.

Der dem Tisch 2 am nächsten liegende Schlitten 12 ist mit einem Kragarm 13 versehen, der sich vom Schlitten 12 ausgehend horizontal und orthogonal zu den horizontalen Spindelachsen, also in der Richtung X erstreckt. Der Tisch 2 ist am Ende des Kragarms 13 angeordnet und somit über den Kragarm 13 an dem ihm nächstliegenden Schlitten 12 abgestützt.

Ausserdem ist der Tisch 2 am Kragarm 13 um eine (nicht gezeichnete) Drehachse drehbar abgestützt. In der beschriebenen Ausbildung ist diese Drehachse horizontal und orthogonal zu den horizontalen Spindelachsen, also in der Richtung X orientiert, und sie erstreckt sich somit im wesentlichen in Längsrichtung des Kragarms 13 bzw. parallel dazu. Zudem ist, da die Richtung Y der Tischbewegung parallel zu den Spindelachsen orientiert ist, diese Drehachse dazu orthogonal gerichtet. In einer anderen (nicht gezeichneten) Ausbildung ist diese Drehachse vertikal und orthogonal zu den horizontalen Spindelachsen, also in der Richtung Z orientiert. In einer noch anderen (nicht gezeichneten) Ausbildung ist der Tisch 2 am Kragarm 13 um die beiden vorgenannten Drehachsen drehbar abgestützt.

In der beschriebenen Ausbildung sind die Spindelachsen parallel zueinander orientiert. Es sind aber andere Ausbildungen möglich, in denen einige oder alle Spindelachsen schräg oder windschief zueinander stehen. Ausserdem ist bzw. sind die Drehachse bzw. die Drehachsen für die Drehung des Tisches relativ zum Kragarm und dem ihm am nächsten liegenden Schlitten überhaupt fakultativ.

Die Bewegung des Tisches mit Hilfe der Schlitten kann auch in anderen Richtungen erfolgen als parallel zu einer Spindelachse, auch kann die Drehachse zur Drehung des Tisches relativ zum Kragarm und dem ihm am nächsten liegenden Schlitten anders orientiert sein als orthogonal zu den Spindelachsen, denn mit entsprechend komplexen Steuerungen lässt sich trotzdem das Werkstück wie gewünscht relativ zum arbeitenden Werkzeug bzw. zur arbeitenden Spindel bewegen.

Claims

Patentansprüche

1. Bearbeitungszentrum zur Bearbeitung eines Werkstücks (3), das auf einem relativ zu einem Maschinenbett (1) beweglichen Tisch (2) gespannt ist, mit Hilfe eines von mindestens zwei Werkzeugen (4a, 4b), die auswechselbar in je einer um je eine

Spindelachse drehbaren Spindel (5a, 5b) eingesetzt sind, wobei das Bearbeitungszentrum eine mit den Spindeln und mindestens einem Werkzeugmagazin (8) zusammenwirkende Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spindel (5a, 5b) an einem relativ zum Maschinenbett (1) feststehenden Spindelstock (7) axial nicht verschiebbar angeordnet ist, und der Tisch (2) relativ zum Maschinenbett (1) zumindest in drei zueinander orthogonalen Richtungen (X, Y, Z) bewegbar ist.

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Richtungen der Tischbewegung (Y) parallel zu einer der Spin-delachsen orientiert ist.

3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spindelachsen parallel zueinander orientiert sind.

4. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (2) um mindestens eine Drehachse drehbar ist, die zur genannten parallel zu einer der Spindelachsen orientierten Richtung (Y) der Tischbewegung orthogonal gerichtet ist (X, Z).

5. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel je einen einer Spindel (5a, 5b) zugeordneten und mit dieser Spindel sowie mit dem bzw. einem Werkzeugmagazin (8) zusammenwirkenden Wechselarm (9a, 9b) umfasst.

6. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tisch (2) und dem Maschinenbett (1) drei Schlitten (10, 11, 12) angeordnet sind, die zu zweien je einen Kreuzschlitten bilden, wobei jeder Schlitten in je einer der drei zueinander orthogonalen Richtungen (X, Y, Z) der Tischbewegung bewegbar ist, und der Tisch (2) an dem ihm nächstliegenden Schlitten (12) über einen Kragarm (13) abgestützt ist, der sich im wesentlichen orthogonal zur genannten Spindelachse vom Schlitten weg erstreckt (X).

7. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tisch (2) und dem Maschinenbett (1) drei Schlitten (10, 11, 12) angeordnet sind, die zu zweien je einen Kreuzschlitten bilden, wobei jeder Schlitten in je einer der drei zueinander orthogonalen Richtungen (X, Y, Z) der Tischbewegung bewegbar ist, und der Tisch (2) an dem ihm nächstliegenden Schlitten (12) über einen Kragarm (13), der sich im wesentlichen orthogonal zur genannten Spindelachse vom Schlitten (12) weg erstreckt (X), um die genannte mindestens eine Drehachse drehbar abgestützt ist.

8. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kragarm (13) im wesentlichen parallel zur genannten Drehachse erstreckt (X).

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