DE10002053C2 - Vorrichtung zur Komplettfertigung komplexer Werkteile - Google Patents
Vorrichtung zur Komplettfertigung komplexer WerkteileInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Komplett
fertigung komplexer Werkteile mit mindestens einer Werk
zeugmaschine mit einer Maschineneinheit, umfassend eine Ar
beitsspindel, die an einem Träger in Spindelachsrichtung zur
Durchführung des Pick-up-Prinzips verschiebbar und um eine
senkrecht hierzu stehende Achse schwenkbar sowie zusammen
mit dem Träger mittels eines Schlittens in horizontaler Rich
tung verfahrbar angeordnet ist, wobei der Funktionsbereich
der Arbeitsspindel und mindestens eine Bearbeitungseinrich
tung zwischen Führungen für den Schlitten des Trägers der
Arbeitsspindel liegen, sowie mit einem Transportsystem für
Werkstücke bzw. Werkteile.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 42 12 175 A1 be
kannt. Bei dieser Vorrichtung ist die Arbeitsspindel an einem
Träger gehalten, der an der Stirnseite eines Kreuzschlittens
schwenkbar gelagert ist. Hierdurch ist die Arbeitsspindel sozu
sagen fliegend gehalten, was zwar für die spanabhebenden Be
arbeitungsvorgänge an einem Werkstück ausreichend ist, was
aber für Füge- und Pressvorgänge bei der Herstellung von
komplexen Werkteilen gegebenenfalls nicht ausreichend sein
kann. Die Anordnung der Arbeitsspindel an der Stirnseite
eines Kreuzschlittens beschränkt dieses System auf eine Ma
schineneinheit, da eine zweite Maschineneinheit wegen des
Fehlens der Verschwenkbarkeit in der Ebene der X-X-Richtung
fehlt, so daß eine Zusammenarbeit von zwei Maschineneinhei
ten wenig sinnvoll ist. Weiterhin ist die Anordnung von Bear
beitungseinheiten im wesentlichen nur unterhalb der Füh
rungsschienen für den Schlitten des Trägers der Arbeitsspindel
möglich, wenn man von Sonderkonstruktionen eines Kreuz
schlittens absehen will. Dies erfordert ein verhältnismäßig
tiefes Maschinenbett und damit einen verhältnismäßig großen
und schweren Maschinengrundkörper.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der weiter oben
angegebenen Art so auszugestalten, daß nicht nur eine Ferti
gung von Werkstücken, sondern auch eine Komplettfertigung
komplexer Werkteile bei einem einfachen Aufbau der Maschine
möglich ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der wei
ter oben angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der Schlitten für die Arbeitsspindel quer zur Schwenk
achse der Arbeitsspindel verfahrbar ist, daß die Schwenkebene
der Arbeitsspindel zwischen den Führungen für den Schlitten
des Trägers der Arbeitsspindel liegt, daß das Transportsystem
im Funktionsbereich der Arbeitsspindel zwischen den Führun
gen mit der Arbeitsspindel zusammenwirkt und daß die Ar
beitsspindel mittels zweier Führungen symmetrisch am Träger
geführt ist.
Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine Verschwenkbarkeit
der Arbeitsspindel in einer Ebene, in der auch die Verschiebe
richtung der Maschineneinheit mit ihrer Arbeitsspindel liegt.
Hierdurch ist die Voraussetzung geschaffen, daß die Bearbei
tungseinrichtung oder die Bearbeitungseinrichtungen in jeder
Ebene und vorzugsweise oberhalb der Führungen für den
Schlitten des Trägers der Arbeitsspindel liegen können, woraus
sich ergibt, daß das Maschinenbett nicht mehr so tief und da
mit der Grundkörper nicht mehr so massiv und schwer ausgebildet
sein muß. Weiterhin ergibt sich in Verbindung mit der
Anordnung des Transportsystemes zwischen den Führungen
ein rascher Zugriff zu Werkteilen oder Werkstücken ohne grö
ßere Verfahrwege. Durch die Führung der Arbeitsspindel mit
tels zweier Führungen in symmetrischer Form werden die bei
Füge- und Pressvorgängen auftretenden Kräfte gleichmäßiger
als bei einer fliegenden Halterung der Arbeitsspindel aufge
nommen.
Bei einer symmetrischen Führung der Arbeitsspindel ist es
auch vorteilhaft, wenn der Antrieb für die Verschiebung der
Arbeitsspindel in Spindelachsrichtung symmetrisch am Träger
der Arbeitsspindel angreift, was die Präzision der Verstellung
der Arbeitsspindel erhöht.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Träger für
die Arbeitsspindel kurbelwellenartig, umfassend einen Kur
belteil, Seitenwangen sowie Lagerzapfen ausgebildet ist und
wenn die Lagerzapfen in Lagern im Schlitten gelagert sind und
die Arbeitsspindel im Kurbelteil angeordnet ist, so ergibt sich
beim Verschwenken der Arbeitsspindel auch eine Bewegung
derselben auf einer kreisförmigen Bahn entsprechend der kur
belartigen Ausgestaltung des Trägers. Dies hat den besonderen
Vorteil, daß sich in der Vertikalstellung der Arbeitsspindel
diese oberhalb der Lager des Trägers befindet, so daß sich
dann ein besonders hoher Arbeitsraum unterhalb der Arbeits
spindel anbietet. In der horizontalen Stellung befindet sich die
Arbeitsspindel auf Höhe der Lager für den kurbelartigen Trä
ger. Dieser Bewegungsbereich ist mit einer an der Stirnseite
eines Kreuzschlittens schwenkbar gelagerten Arbeitsspindel
nicht möglich.
Eine platzsparende Ausgestaltung der Werkzeugmaschine er
gibt sich dadurch, daß die Arbeitsspindel als Motorspindel
ausgebildet ist.
Die Bearbeitungseinrichtungen können im Funktionsbereich
der Werkzeugmaschine stationär angeordnet sein oder ent
sprechend einer weiteren Ausgestaltung können die Bearbei
tungseinrichtungen in den Funktionsbereich der Werkzeugma
schine hineinfahrbar ausgebildet sein.
Eine sehr häufig einsetzbare Ausgestaltung der erfindungsge
mäßen Vorrichtung besteht darin, dass eine Bearbeitungsein
richtung als ein Werkzeugträger zur Aufnahme von Dreh-,
Bohr- und/oder Fräswerkzeugen ausgebildet ist. Hierdurch
können die verschiedensten spanabhebenden Bearbeitungen
eines Werkstückes oder eines bereits zusammengesetzten
Werkteiles ausgeführt werden.
Weiterhin kann eine Bearbeitungseinrichtung eine Schleifein
richtung sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass eine Bear
beitungseinrichtung eine Halte- und Positioniereinrichtung für
eines der zusammenzufügenden Teile eines herzustellenden
komplexen Teiles ist und die Arbeitsspindel ein anderes Teil
haltend zur Durchführung eines Fügevorganges oder Pressvor
ganges dient. Hierdurch können innerhalb des Funktionberei
ches der Werkzeugmaschine zumindest zwei Teile eines kom
plexen Werkteiles zusammengefügt werden.
Um im Nachgang nach einem Fügevorgang die einzelnen Teile
eines komplexen Teiles fest miteinander verbinden zu können
oder eines der Teile härten zu können, ist es vorteilhaft, wenn
eine Bearbeitungseinrichtung eine Laser- Schweißeinrichtung
oder Laser- Härteeinrichtung umfasst, da die Verbindungsvor
gänge und Härtevorgänge innerhalb des Funktionsbereichs der
Werkzeugmaschine durchgeführt werden können, wofür es bis
her notwendig war, die einzelnen Teile auf unterschiedlich
sten Werkzeugmaschinen zu fertigen.
Im Sinne der Konzentration der verschiedenen Bearbeitungs
vorgänge im Funktionsbereich der Werkzeugmaschine liegt es
auch, wenn eine Bearbeitungseinrichtung eine Bürsteinrich
tung ist, so dass die Werkstücke beispielsweise nach dem
Schweißen oder Härten gereinigt werden können.
Wenn außer einem Fügevorgang die Arbeitsspindel auch an
einem Pressvorgang beteiligt ist, so ist es wegen der dabei
auftretenden hohen Kräfte die auf die Lagerung der Arbeits
spindel einwirken, vorteilhaft, wenn die Arbeitsspindel in ih
rem Träger festklemmbar ist. Hierdurch ist es möglich die
beim Pressvorgang auftretenden hohen Kräfte von den Lagern
der Arbeitsspindel fern zu halten. Beim Pressvorgang ist dann
erforderlich, das Transportsystem mit speziellen Einrichtungen
zu versehen, damit der Gegendruck aufgenommen werden
kann.
Die Bearbeitungsmöglichkeiten sowohl bei der Fertigung von Werkstücken
als auch bei der Komplettfertigung komplexer Werkteile können dadurch
gesteigert werden, dass zwei Werkzeugmaschinen angeordnet werden. Bei
der Anordnung von zwei Werkzeugmaschinen kann es vorteilhaft sein, wenn
die Grundkörper zur Aufnahme der fahrbaren Maschineneinheiten
hinsichtlich der Übertragung von Schwingungen getrennt von einander
ausgeführt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischer Weise
dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Komplettfertigung
komplexer Werkteile näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung mit zwei Werkzeugmaschinen
in unterschiedlichen Lagen der Maschineneinheiten der jeweiligen
Werkzeugmaschinen;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit in die horizontale Lage
geschwenkten Maschineneinheiten;
Fig. 3 eine Stirnansicht der Vorrichtung mit vertikal gestellter Maschinen
einheit;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2,
wobei die linke Maschineneinheit weggelassen ist.
Eine Vorrichtung zur Fertigung von Werkstücken oder zur Komplettfertigung
komplexer Werkteile, wie sie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst
zwei Werkzeugmaschinen 1 und 2, die jeweils einen Grundkörper 3 und 4
aufweisen, die schwingungstechnisch voneinander getrennt sind. Auf jedem
Grundkörper ist eine Führungsbahn 5 bzw. 6 für das horizontale Verfahren
jeweils einer Maschineneinheit 7 bzw. 8 vorgesehen. Jede Maschineneinheit
7 bzw. 8 umfaßt einen auf der jeweils zugeordneten Führungsbahn 5 bzw. 6
verfahrbaren Schlitten 9 bzw. 10 und einen auf diesem Schlitten
schwenkbar gelagerten Träger 11 bzw. 12 für jeweils eine Arbeitsspindel 13
bzw. 14. Es kann aber grundsätzlich auch nur eine Werkzeugmaschine mit
zwei Maschineneinheiten auf einem gemeinsamen Grundkörper vorgesehen
sein.
Der Träger 11 bzw. 12 für jede Arbeitsspindel 13 bzw. 14 ist
kurbelwellenartig ausgeführt und umfasst einen Kurbelteil 15, Seitenwangen
16 und 17 sowie Lagerzapfen 18 und 19, die in Lagern 20 und 21
schwenkbar gehalten sind. Mit Hilfe dieser Trägerausbildung ist es möglich
die Maschineneinheit 7 bzw. 8 in jede beliebige Position ausgehend von der
vertikalen Position bis hin in die horizontale Position zu verschwenken. Wie
insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, die einen solchen Träger 11 in der
Ansicht zeigt, ist eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch erzielt, dass der
Kurbelteil 15, welcher die Arbeitsspindeln 13 bzw. 14 aufnimmt sich in der
Vertikalstellung der Arbeitsspindel oberhalb der Lager 20 bzw. 21 befindet,
so dass ein verhältnismäßig hoher Arbeitsraum unterhalb der Arbeitsspindel
verbleibt.
Wie insbesondere aus Fig. 3 besonders deutlich ersichtlich, ist jeder
Grundkörper 3 bzw. 4 einer jeden Werkzeugmaschine im Querschnitt U-
förmig ausgebildet, wobei das Basisteil 3.1 muldenförmig als Fördertrog für
die anfallenden Späne ausgebildet ist, während beide nach oben gerichteten
Schenkel 3.2 und 3.3 unterschiedlich lang ausgeführt sind und an ihrer
Oberseite Führungsschienen 5.1 bzw. 5.2 der insgesamt mit 5 bezeichneten
Führungsbahn tragen. Auf diesen Führungsschienen liegen insgesamt vier
Führungswagen 22.1 bis 22.4 auf, von denen nur die Führungswagen 22.1
und 22.2 in Fig. 3 und die Führungswagen 22.1 und 22.4 in Fig. 1 zu
erkennen sind. Diese sind an jeweils einem Schlitten 9 bzw. 10 angeordnet
und dienen zur Verschiebung desselben in horizontaler Richtung. Zur
Verschiebung der Schlitten 9 bzw. 10 sind entsprechende Antriebe 23 bzw.
24 vorgesehen, die jeweils einen Servomotor 25 bzw. 26, eine
Kugelrollspindel 27 bzw. 28 und eine entsprechende Mutter 29 bzw. 30
umfassen, die in einer Halterung 31 bzw. 32 des jeweiligen Schlittens 9 bzw.
10 aufgenommen sind.
Jeder Werkzeugmaschine ist je ein Transportsystem 31 bzw. 32 zugeordnet,
die spiegelbildlich zueinander in L-Form angeordnet sind. Die langen
Schenkel des L-förmigen Transportssystems 31 bzw. 32 befinden sich
jeweils unterhalb der Führungsbahnen 5 bzw. 6 und sind mit 33 bzw 34
bezeichnet. Die kurzen Schenkel 35 bzw. 36, die quer zu den
Führungsbahnen angeordnet sind, dienen zur Aufnahme der einzelnen
Werkstücke die dann in den Funktionsbereich der jeweiligen
Werkzeugmaschine transportierbar sind. Wie aus den Fig. 1 und 2
ersichtlich ist auf jedem Transportsystem ein aus zwei Teilen 37 und 38
bestehendes Werkteil vorgesehen, welches von den jeweiligen
Transportsystemen 31 bzw. 32 auf ein zwischen den langen Schenkeln 33
und 34 liegendes Transportband 39 übergebbar sind und zwar mit Hilfe der
Arbeitsspindel 13 bzw. 14 die in Spindelachsrichtung verschiebbar gehalten
ist und somit nach dem pick-up-Prinzip arbeiten kann. Aus der Fig. 4 ist
ersichtlich, dass die Arbeitsspindel 14 mittels zweier Führungen 40 und 41
in Spindelachsrichtung verschiebbar geführt ist und das für die
Verschiebung zwei symmetrisch angeordnete Kugelrollspindeln 42 und 43
dienen. Die gleiche Führungs- und Antriebsanordnung ist auch für die
Arbeitsspindel 13 vorgesehen.
In dem Funktionsbereich der einzelnen Werkzeugmaschinen 1 und 2 sind
verschiedene Bearbeitungseinrichtungen vorgesehen. So ist beispielsweise in
Fig. 1 ein Werkzeugträger schematisch angedeutet und mit dem
Bezugszeichen 44 versehen, der ein Drehwerkzeug 45 trägt. Dieser
Werkzeugträger kann beispielsweise als Werkzeugrevolver ausgebildet sein
und verschiedene Dreh-, Bohr- und Fräswerkzeuge in starrer oder
angetriebener Art halten. Mit 46 ist eine Laser- Schweiß bzw. Laser-
Härteeinrichtung bezeichnet, die für das Verschweißen der beiden Teile 37
und 38 oder zum Härten eines weiteren noch aufzubringenden Teiles dient.
Mit 47 ist eine Schleifeinrichtung und mit 48 eine Bürsteinrichtung für
weitere Bearbeitungsvorgänge bezeichnet. Nicht dargestellt ist eine
Vorrichtung zum Fügen von Teilen. Alle diese Bearbeitungseinrichtungen,
die nur beispielhaft angedeutet sind, können entweder stationär angeordnet
oder verfahrbar ausgebildet sein, je nachdem wie dies die auszuführenden
Bearbeitungsvorgänge erfordern.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Komplettfertigung komplexer Werkteile
mit mindestens einer Werkzeugmaschine mit einer Maschinen
einheit, umfassend eine Arbeitsspindel, die an einem Träger in
Spindelachsrichtung zur Durchführung des Pick-up-Prinzips
verschiebbar und um eine senkrecht hierzu stehende Achse
schwenkbar sowie zusammen mit dem Träger mittels eines
Schlittens in horizontaler Richtung quer zur Spindellängs
achse verfahrbar angeordnet ist, wobei der Funktionsbereich
der Arbeitsspindel und mindestens eine Bearbeitungsein
richtung zwischen Führungen für den Schlitten des Trägers
der Arbeitsspindel liegen sowie mit einem Transportsystem für
Werkstücke bzw. Werkteile, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schlitten (9; 10) für die Arbeitsspindel (13; 14) quer zur
Schwenkachse der Arbeitsspindel (13; 14) verfahrbar ist, daß
die Schwenkebene der Arbeitsspindel (13; 14) zwischen den
Führungen (5.1, 5.2; 6) für den Schlitten (9; 10) des Trägers
(11) der Arbeitsspindel (13; 14) liegt, daß das Transportsystem
(31; 32) im Funktionsbereich der Arbeitsspindel zwischen den
Führungen (5.1, 5.2; 6) mit der Arbeitsspindel (13; 14)
zusammenwirkt und daß die Arbeitsspindel (13; 14) mittels
zweier Führungen (40, 41) symmetrisch am Träger (11) geführt
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb für die Verschiebung der Arbeitsspindel
(13; 14) in Spindelachsrichtung symmetrisch am Träger (11)
der Arbeitsspindel angreift.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Träger (11; 12) für die Arbeitsspindel (13;
14) kurbelwellenartig umfassend einen Kurbelteil (15), Seiten
wangen (16, 17) sowie Lagerzapfen (18, 19) ausgebildet ist,
daß die Lagerzapfen (18, 19) in Lagern (20, 21) am Schlitten
(9) gelagert sind und daß die Arbeitsspindel (13) im Kurbelteil
(15) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Kurbelteil (15) in der Vertikalstellung der Ar
beitsspindel (13) oberhalb der Lager (20, 21) des Trägers (11)
befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindel (13; 14) als Motor
spindel ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinrichtungen (44 bis
48) im Funktionsbereich der Werkzeugmaschine (1, 2) statio
när angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinrichtungen (44 bis
48) in den Funktionsbereich der Werkzeugmaschine (1, 2)
hineinfahrbar ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Bearbeitungseinrichtung als ein
Werkzeugträger (44) zur Aufnahme von Dreh-, Bohr- und/oder
Fräswerkzeugen (45) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinrichtung eine
Schleifeinrichtung (47) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinrichtung eine
Halte- und Positioniereinrichtung für eines der zusammenzu
fügenden Teile eines herzustellenden komplexen Teiles (37, 38)
ist und die Arbeitsspindel (13, 14) ein anderes Teil haltend zur
Durchführung eines Fügevorganges oder Pressvorganges dient.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinrichtung eine La
ser-Schweißeinichtung oder Laser-Härteeinrichtung (46) ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinrichtung eine
Bürsteinrichtung (48) ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da
durch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel (13, 14) in
ihrem Träger (11, 12) festklemmbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Anordnung von zwei Werkzeugma
schinen (1, 2) die Grundkörper (3, 4) zur Aufnahme der fahr
baren Maschineneinheiten (7, 8) hinsichtlich der Übertragung
von Schwingungen getrennt voneinander ausgeführt sind.
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