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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Pinolenspindel
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 41 14 409 A1 ist
eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der mehrere Pinolenspindeln in
einem Modul mit eigenem Antrieb zusammengefaßt sind. Während der Bearbeitung eines
Werkstücks
ist immer nur eine Pinolenspindel in der Bearbeitungsposition. Zum
Wechseln der Pinolenspindel wird das gesamte Modul über eine
Hebevorrichtung abgehoben. Nachteilig bei dieser Variante ist, daß die Zusammenfassung
zu einem Modul mit Pinolenspindeln und integriertem Antrieb äußerst aufwendig
ist und des weiteren der Umbau aufgrund des hohen Modulgewichtes
und des erforderlichen Montageraums sehr umständlich ist.
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Bei
einer aus der
DE 41
11 242 A1 bekannten Werkzeugmaschine ist eine einzelne
Arbeitsspindel in einer Pinole gelagert, die ihrerseits in Z-Richtung
verschiebbar auf einem Ständer
der Werkzeugmaschine geführt
ist. Üblicherweise
wird eine derartige Arbeitsspindel über stirnseitige Befestigungsmittel mit
der in Z-Richtung verschiebbaren Pinole verbunden. Der Wechsel der
Pinole oder der Arbeitsspindel erfolgt dadurch, daß diese
vom Arbeitsraum her ausgebaut wird. Problematisch bei dieser Lösung ist, daß im Arbeitsraum
zumindest der Werkstücktisch mit
dem darauf gespannten Werkstück
angeordnet ist, so daß wenig
Raum zum Wechseln der Arbeitsspindel zur Verfügung steht.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
199 29 039 A1 ein Bearbeitungsschlitten für eine Werkzeugmaschine
bekannt, der auf Führungselementen
in Richtung eines Arbeitsraumes verschiebbar ist. Der Bearbeitungsschlitten
hat eine Aufnahme für
eine Arbeitsspindel, wobei die Arbeitsspindel arbeitsraumseitig
in die Aufnahme eingesetzt und über
einen in der Aufnahme ausgebildeten Zentrierkranz an dem Bearbeitungsschlitten
positioniert und abgestützt
ist. An dem arbeitsraumseitigen Ende der Aufnahme ist ein Befestigungsflansch
mittels Schrauben fixiert, der als Stufenring ausgebildet ist. Der
Befestigungsflansch ist mittels Schrauben stirnseitig mit einem
Zentrierkranz der Arbeitsspindel verschraubt. Das heißt, die Befestigung
der Arbeitsspindel erfolgt an der dem Arbeitsraum zugewandten Seite.
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In
der
FR 1 454 338 B1 ist
eine Werkzeugmaschine mit einer Pinole gezeigt, die über Führungsvorsprünge zwischen
einer Führungsbahn
der Werkzeugmaschine und Befestigungsplatten verschiebbar gelagert
ist.
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Aus
der
DE 41 13 633 A1 ist
eine Werkzeugmaschine mit zwei parallel angeordneten Pinolen bekannt,
von denen eine einen Laserkopf und die andere ein Bearbeitungswerkzeug
trägt.
Zwischen den Pinolen befindet sich ein gemeinsamer zentraler Antrieb.
Beide Pinolen sind in getrennten Gehäusen über Führungen längsverschiebbar gelagert und über die
Gehäuse
mit dem Portal der Bearbeitungsvorrichtung verbunden. Der Laserbearbeitungskopf ist über einen
Kupplungsring magnetisch an der Pinole befestigt. Der Wechsel der
Pinolen erfolgt bei dieser Lösung
ebenfalls vom Arbeitsraum her.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen,
bei der das Auswechseln einer Pinolenspindel auf einfache Weise
realisierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat
eine Pinolenspindel, die in Z-Richtung bewegbar auf einer Führung geführt ist,
wobei die Führung
derart ausgebildet ist, dass die Pinolenspindel zum Ausbau aus einem
das Werkstück
aufnehmenden Arbeitsraum herausbewegbar ist. Erfindungsgemäß ist die
Pinolenspindel in einem Buchsengehäuse geführt, in das eine Druckhülse mit
einem Ringflansch zur Vorspannung der Pinolenspindel eingebracht
ist, wobei der Ringflansch mit einem dem Arbeitsraum abgewandten
Ende des Buchsengehäuses
verschraubt ist. Die Verschraubung der Druckhülse erfolgt von der Schlittenrückseite
her, so daß das
Auswechseln der Pinolenspindel wesentlich vereinfacht ist. Die Führung ermöglicht es,
die Arbeitsspindel und/oder die Pinole nach hinten, d.h. weg vom
Arbeitsraum zu bewegen, so daß das
Auswechseln rückseitig
durchführbar
ist. D.h., die Länge
der Führung
ist so ausgelegt, daß sie
einerseits die Zustellbewegung in Z-Richtung ermöglicht und andererseits die
Pinolenspindel soweit aus dem Arbeitsraum herausfahrbar ist, daß diese
gut zugänglich
und auf einfache Weise auswechselbar ist.
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Die
Pinolenspindel wird vorzugsweise über einen Schlitten auf der
Führung
gelagert. Dabei kann der Schlitten über Gleitschuhe auf zwei ortsfesten Schienen
geführt
sein. Alternativ dazu kann der Schlitten mit den Schienen an der
Pinolenspindel befestigt werden, wobei die beiden Schienen auf ortsfesten
Gleitschuhen geführt
sind. Es handelt sich somit um eine kinematische Umkehr des ersten
Lösungsprinzips.
Bei der zuletzt genannten Alternative bewegen sich die Schienen
mitsamt der Pinole, so daß bei
der Werkstückbearbeitung
die Schienen im Arbeitsraum angeordnet sind.
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Der
Schlitten wird vorzugsweise über
eine mit einem Antriebsmotor angetriebene Vorschubspindel in Z-Richtung
verschoben.
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Die
Abstützung
der Pinolenspindel läßt sich weiter
verbessern, wenn zusätzlich
zu den Schienen eine Führungsbuchse
vorgesehen ist, die die Pinole im Bereich zwischen dem Schlitten
und der Werkzeugaufnahme abstützt.
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Das
Auswechseln der Pinolenspindel ist besonders einfach, wenn sämtliche
Versorgungsanschlüsse,
wie Kühl-/Schmiermittel,
elektrische Anschlüsse,
Sensoren etc. in der rückwärtigen Stirnfläche der
Pinolenspindel münden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Abdeckung im Bereich der Pinolenspindel
rückwärtig offen ist,
so daß ein
Auswechseln ohne Umbau möglich
ist.
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Sonstige
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
dreidimensionale schematische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit
einer erfindungsgemäß aufgebauten
Pinolenspindel;
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2 die
Pinolenspindel mit einem Z-Schlitten und einem Y-Schlitten;
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3 eine
teilweise Draufsicht auf die Führung
des Z-Schlittens
aus 2;
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4 einen
Längsschnitt
durch die Pinolenspindel aus 3;
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5 eine
rückwärtige Ansicht
der Pinolenspindel aus 3;
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6 eine
Vorderansicht der Anordnung aus 3 und
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7 eine
Stützbuchse
zur Abstützung
der Pinolenspindel aus 3.
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1 zeigt
eine Werkzeugmaschine 1, die beispielsweise als Bearbeitungsstation
in einer Transferstraße
eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1 ist
in Ständerbauweise
ausgeführt,
wobei eine Pinolenspindel 2 an einem Ständer 4 gelagert ist.
Die ein Werkzeug tragende Pinolenspindel 2 ist entlang
einer Z-Achse 6 und einer Y-Achse 8 verfahrbar
am Ständer 4 geführt. Des
weiteren kann das Werkzeug noch eine Bewegung entlang einer X-Achse 10 durchführen. Die Werkzeugmaschine 1 hat
des weiteren einen Werkstückträger 12,
auf dem das zu bearbeitende Werkstück festgespannt ist. Der Werkstückträger 12 ist
mit einer B-Achse 14 versehen.
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2 zeigt
eine Seitenansicht der Pinolenspindel 2 mit den zugehörigen Führungselementen.
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Demgemäß ist die
Pinolenspindel 2 über
einen im folgenden noch näher
beschriebenen Z-Schlitten 20 entlang einer Z-Führung 22 geführt. Diese
hat ein Führungsgestell 24,
das mit einem Y-Schlitten 26 verschraubt ist, der entlang
der Y-Achse 8 am Ständer 4 (1)
gelagert ist.
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Die
Pinolenspindel 2 durchsetzt den Y-Schlitten 26 in
Z-Richtung. In der
Darstellung gemäß 2 ist
die Pinolenspindel 2 in ihrer vollständig zum Werkstück hin ausgefahrenen
Position dargestellt. In dieser Position ist der von einer Werkzeugaufnahme 28 entfernte
Endabschnitt der Pinolenspindel 2 von einer Abdeckung 30 umgriffen,
die nach hinten (rechts in 2) offen
oder auf einfache Weise zu öffnen
ist, so daß die
Pinolenspindel 2 entlang der Führung 22 aus einem
strichpunktiert angedeuteten Arbeitsraum 30 herausfahrbar
ist, ohne mit der Abdeckung 30 zu kollidieren.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Führung 22 der
Pinolenspindel 2. Am linken Teil der 3 ist noch
der aus der rückwärtig offenen
Abdeckung 30 hervorstehende Endabschnitt des Z-Schlittens 20 sichtbar.
Dieser ist entlang zweier Führungsschienen 32 verschiebbar,
die im Parallelabstand auf ein Führungsgestell 24 aufgeschraubt
sind. Zwischen den beiden Führungsschienen 32 erstreckt
sich eine Vorschubspindel 34, die über einen Vorschubmotor 36 antreibbar
ist. Die Drehbewegung der Vorschubspindel 34 wird über ein
geeignetes Übertragungselement 38 (siehe
Ansicht gemäß 4),
beispielsweise eine Kugelbüchse
in eine Linearbewegung des Z-Schlittens 20 umgesetzt. Durch
Betätigung
des Antriebsmotors 36 läßt sich
die Pinolenspindel 2 aus der dargestellten Bearbeitungsposition
nach hinten (rechts in 2) in eine Auswechselposition
verfahren, so daß die
Pinolenspindel 2 von der Rückseite der Werkzeugmaschine 1 her
ausbaubar ist.
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4 zeigt
einen Schnitt durch die Pinolenspindel 2 gemäß 2,
wobei die Schnittebene entlang der Spindelachse in 3 gelegt
ist. Die Einzelheiten des Aufbaus der Pinolenspindel 2 sind
der Einfachheit halber nicht dargestellt. Diesbezüglich sei auf
die vorhandene Fachliteratur, beispielsweise auf den eingangs genannten
Stand der Technik verwiesen. Wie in 4 gestrichelt
angedeutet ist, hat der Schlitten 22 zwei gestrichelt angedeutete
Gleitschuhpaare 40, 41, mit denen dieser auf den
ebenfalls gestrichelt angedeuteten Führungsschienen 32 geführt ist.
Die beiden Gleitschuhe jedes Gleitschuhpaares 40, 41 liegen
in der Darstellung gemäß 4 parallel zur
Zeichenebene.
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Gemäß 4 hat
der Schlitten 22 ein den Endabschnitt der Pinolenspindel 2 umgreifendes Buchsengehäuse 42.
Dieses hat an seinem pinolenspindelseitigen Endabschnitt einen sich
radial nach innen erstreckenden Radialbund 44, gegen dessen innere
Ringstirnfläche 46 ein
radial vorspringender Endabschnitt 48 der Pinolenspindel 2 vorgespannt ist.
Dies erfolgt mittels einer Druckhülse 50, die in die Innenbohrung
des Buchsengehäuses 42 eingesetzt ist.
An ihrem von der Pinolenspindel 2 entfernten Endabschnitt
hat die Druckhülse 50 einen
Ringflansch 52, über
den diese mit der benachbarten Stirnfläche des Buchsengehäuses 42 verschraubt
ist. D.h., die Pinolenspindel 2 wird innerhalb des Buchsengehäuses 42 in
Axialrichtung durch die Druckhülse 50 festgelegt.
Vorteilhaft bei dieser Lösung
ist, daß die
Vorspannkraft über
den Ringflansch 52 der Druckhülse 50 aufgebracht
wird, der freizugänglich
mit dem rückwärtigen Endabschnitt
des Buchsengehäuses 42 verschraubt
ist. Würde
man das Buchsengehäuse 42 direkt
mit dem Pinolengehäuse 2 verschrauben,
so müßte der
radial vorstehende Endabschnitt 48 der Pinolenspindel 2 und
der Innendurchmesser des Buchsengehäuses 42 gegenüber der
vorliegenden Lösung
erweitert werden, so daß zusätzlicher
Bauraum erforderlich ist. Die vergleichsweise große Axiallänge des
Buchsengehäuses 42 ist
erforderlich, um eine hinreichende Abstützung der Pinolenspindel 2 in
Axialrichtung auf den beiden Führungsschienen 32 zu gewährleisten.
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Zwischen
dem Buchsengehäuse 42 und
der Pinolenspindel 2 ist des weiteren noch eine Verdrehsicherung 54 vorgesehen,
die in eine Nut am Außenumfang
der Pinolenspindel 2 eingreift.
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5 zeigt
eine rückwärtige Ansicht
der Pinolenspindel, wobei der Schnitt entlang der Linie A-A verläuft. Demgemäß sind am
Außenumfang
des Buchsengehäuses 42 zwei
horizontal auskragende Tragarme 56, 58 ausgebildet,
an denen die in 4 angedeuteten Gleitschuhpaare 40, 41 befestigt
sind. Über
diese ist der Z-Schlitten 20 und damit die Pinolenspindel 2 auf
den Führungsschienen 32 abgestützt.
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Wie
insbesondere aus den 4 und 5 hervorgeht,
ist an der Rückseite
der Pinolenspindel 2 eine Adapterplatte 60 angeordnet,
an der sämtliche Versorgungsanschlüsse der
Pinolenspindel 2 münden.
Diese Versorgungsanschlüsse
können
beispielsweise Kühlmittelanschlüsse, Stromversorgung, Anschlüsse für Sensoren
und für
die Steuerung etc. sein. Durch die Konzentration dieser Versorgungsanschlüsse an der
Rückseite
der Pinolenspindel 2 ist die Demontage und Montage weiter
vereinfacht, da die Montageperson sämtliche Verbindungen ohne den
Abbau weiterer Verkleidungsteile von der Rückseite her vornehmen kann.
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Das
die Führungsschienen 32 tragende
Führungsgestell 24 ist
in der Darstellung nach 5 als U-profilförmiges Hohlprofil
ausgeführt,
wobei in dem Raum zwischen den beiden die Führungssschienen 32 tragenden
U-Schenkeln Sensoren, beispielsweise ein Wegmeßsystem 62 aufgenommen
werden kann.
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Aus
der Darstellung gemäß 5 geht
des weiteren hervor, daß der
Y-Schlitten 26 als etwa rechteckförmiges Kastenprofil ausgeführt ist,
wobei in den Eckbereichen Führungselemente 64 angeordnet
sind, über
die der Y-Schlitten 26 auf den die Y-Achse 18 bildenden Schienen
gelagert ist.
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6 zeigt
eine Vorderansicht, d.h. eine Ansicht vom Arbeitsraum 30 her
auf die Pinolenspindel 2 mit der zugehörigen Führung.
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Demgemäß ist die
Pinolenspindel 2 zusätzlich
zu der Abstützung über die
Führungsschienen 32 mittels
einer Führungsbuchse 66 abgestützt, die
den Außenumfang
der Pinolenspindel 2 umgreift und die am Y-Schlitten 26 befestigt
ist. 7 zeigt einen Schnitt durch die Führungsbuchse 66 entlang
der Schnittlinie B-B in 6. Diese als Linearführung ausgeführt Führungsbuchse 66 hat
einen Außenring 68 mit
einem Ringflansch 70, über
den die Führungsbuchse 66 am
Y-Schlitten 26 befestigt
ist.
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Der
Außenring 68 hat
in der Darstellung gemäß 7 ein
etwa L-förmiges
Profil, wobei im radial vorspringenden Schenkel eine Dichtung 72 ausgebildet
ist, die den Außenumfang
der Pinolenspindel 2 umgreift.
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In
dem radial erweiterten Bereich des Außenrings 68 ist ein
Innenring 74 mit einer Vielzahl von oval verlaufenden Ausnehmungen 76 ausgebildet. Die
Längsachse
der Ausnehmungen 76 verläuft parallel zur Pinolenachse.
In jeder der Ausnehmungen 76 ist eine Linearführung 78 gelagert,
die mit Umlaufkörpern
versehen ist, die entlang von ovalen Führungsbahnen umlaufen. Derartige
Linearführungen 78 sind
bekannt, so daß eine
weiterführende
Erläuterung
entbehrlich ist.
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Die
Festlegung der Linearführungen 78 erfolgt über Befestigungsschrauben 82,
die den Außenring 68 und
Distanzelemente 84 durchsetzen, auf denen jede Linearführung 78 abgestützt ist.
Da eine Vielzahl von Linearführungen 78 über den
Innenumfang der Führungsbuchse 66 verteilt
sind, ist eine zuverlässige
Abstützung
der Pinolenspindel 2 gewährleistet.
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Zum
Wechsel der Pinolenspindel 2 wird der Vorschubmotor 86 derart
betätigt,
daß der
Z-Schlitten 20 mitsamt der darauf gelagerten Pinolenspindel 2 entlang
den beiden Führungsschienen 32 aus
dem Arbeitsraum 30 heraus nach hinten bewegt wird. In der
rückwärtigen Endposition
ist die Pinolenspindel 2 mit ihrem vorderen (links in 2)
Endabschnitt immer noch über
die Führungsbuchse 66 abgestützt. Nach
dem Verfahren der Pinolenspindel 2 in die rückwärtige Endposition
wird die Verschraubung der Druckhülse 50 gelöst und die
Versorungsanschlüsse werden
entkoppelt. Nach dem Herausziehen der Druckhülse 50 kann dann die
Pinolenspindel 2 im ganzen nach hinten aus dem Büchsengehäuse 20 herausgenommen
werden. Dabei ist es zu keinem Zeitpunkt nötig, vom Arbeitsraum 30 her
Verschraubungen o.ä.
zu lösen,
so daß ggf.
das auf dem Werkstückträger 12 aufgespannte
Werkstück
durch eine parallel Arbeitsstation oder eine andere Arbeitsspindel
weiter bearbeitet werden kann. Auf diese Weise sind die Span-zu-Span-Zeiten beim
Auswechseln einer Pinolenspindel 2 auf ein Minimum reduziert,
so daß eine
betriebswirtschaftlich sinnvolle Nutzung der Werkzeugmaschine 1 mit
geringstmöglichen
Stillstandszeiten ermöglicht
ist.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ist die Pinolenspindel 2 über die beiden Gleitschuhpaare 40, 41 auf
der Führung 22 abgestützt. In kinematischer
Umkehr könnten
auch die Führungsschienen
an der Pinolenspindel 2 befestigt und die Gleitschuhe ortsfest
auf dem Führungsgestell 24 festgelegt
werden. Bei einer derartigen Lösung
würden
sich die Führungsschienen
mit dem vorderen Endabschnitt der Pinolenspindel 2 in den
Arbeitsraum 30 hineinbewegen. Da dann die Gefahr einer
Verschmutzung durch Bearbeitungsspäne oder Kühl-/Schmiermittel besteht, wird die in
den Figuren dargestellte Lösung
bevorzugt. Wie bereits erwähnt, könnte die
Pinolenspindel 2 auch direkt ohne Druckhülse 50 auf
dem Schlitten 20 befestigt werden.
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Offenbart
ist eine Werkzeugmaschine mit einer Pinolenspindel, die entlang
einer eine Z-Achse bildenden Führung
bewegbar ist. Die Pinolenspindel ist in einem Buchsengehäuse geführt, in
das eine Druckhülse
mit einem Ringflansch zur Vorspannung der Pinolenspindel eingebracht
ist, wobei der Ringflansch mit einem dem Arbeitsraum abgewandten Ende
des Buchsengehäuses
verschraubt ist, so dass ein Wechsel der Pinolenspindel von der
Rückseite der
Werkzeugmaschine her ermöglicht
wird.