DE10002053C2 - Vorrichtung zur Komplettfertigung komplexer Werkteile - Google Patents

Vorrichtung zur Komplettfertigung komplexer Werkteile

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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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