DE10026069C2 - CNC-Bearbeitungszentrum sowie Verfahren zur Holzbearbeitung - Google Patents

CNC-Bearbeitungszentrum sowie Verfahren zur Holzbearbeitung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art. Es sind CNC-Bearbeitungsmaschinen für Werkstücke in Gestalt eines sogenannten Bearbeitungszentrums bekannt, bei denen die Werkstücke auf Tischen (allseitig vorkragend) angeordnet werden und beliebig bearbeitet werden können. Je nach Ausbildung der linearen Maschinenachsen, in deren Richtungen die Bearbeitungsaggregate und die Werkstücke relativ zueinander verfahrbar sind können die Werkstückspanntische entweder feststehend oder linear verfahrbar angeordnet sein.
Um einen größeren Werkstückdurchsatz zu erzielen, sieht man bei diesen Maschinen entweder mehrere Bearbeitungsplätze auf einem Spanntisch oder zwei Bearbeitungsplätze auf parallel zueinander verfahrbaren Spanntischen vor, wobei dann die Bearbeitungsaggregate für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge an einem Support angeordnet sind, der relativ zu den einzelnen Bearbeitungsplätzen verfahrbar ist. Ziel einer derartigen Pendelbearbeitung ist das hauptzeitparallele Rüsten (Werkstückaufgabe sowie die Werkstückentnahme). Diese Maschinenkonzepte haben sich branchenweit durchgesetzt und sind besonders vorteilhaft bei einer Serienproduktion mit großen Losgrößen, wobei weitgehend ein manueller Betrieb diesen Anlagen durchgeführt wird.
Durch das Aufteilen des Arbeitfeldes in mehrere Bearbeitungsplätze können bei derartigen Maschinen auf einem Bearbeitungsplatz die Bearbeitungen durchgeführt werden (z. B. Formatieren und Bohren, Kantenanleimen, Nachbearbeitung) und hauptzeitparallel hierzu erfolgt das Rüsten, die Werkstückaufgabe sowie die Werkstückentnahme auf dem weiteren Bearbeitungsplatz. Werden Bearbeitungsplätze auf parallel zueinander verfahrbaren Spanntischen vorgesehen, so besteht bei Maschinen mit mehreren Supporten, die relativ zu den einzelnen Bearbeitungsplätzen verfahrbar sind die Möglichkeit, auch die gleichzeitige Bearbeitung beider Tische durchzuführen.
Der Nachteil dieser Maschinenkonzepte liegt darin begründet, dass die Baugruppen der Maschine für das gesamte Arbeitsfeld der Maschine entsprechend den gewünschten Eigenschaften hin ausgelegt sein müssen. In Abhängigkeit der Bauweise ergeben sich dadurch hohe Herstellkosten. Weiterhin sind häufig auch Sicherheitsbereiche zwischen den Bearbeitungsplätzen einzuhalten, so dass die zur Verfügung stehenden Bearbeitungsplätze in der Summe wesentlich kleiner sind als das Gesamtarbeitsfeld. Mit dieser Maschinentechnik konnte bisher den Kundenanforderungen weitestgehend entsprochen werden.
Seit geraumer Zeit ist jedoch eine veränderte Marktsituation bei den holzbe- und verarbeitenden Betrieben und insbesondere bei den Möbelherstellern zu beobachten, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kostendruck bei gleichzeitig ungünstig veränderten Losgrößen deutlich zugenommen hat. Beispiel hierfür ist die kommissionsweise Fertigung von Teilen mit der Stückzahl 1, so dass grundlegend andere Anforderungen an die Maschinentechnik gestellt werden, wie dies bisher der Fall war, um kostengünstig produzieren zu können. Beispielsweise entsteht mit geringer werdenden Losgrößen naturgemäß ein wachsender Aufwand für das Rüsten des Bearbeitungstisches, welcher möglicherweise bei jedem neuen Werkstück anfällt. Andererseits bestimmt die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich die Stückzeit einer Teilebearbeitung und somit direkt die Kosten.
Die bisherigen Lösungsansätze betreffen im wesentlichen die Bearbeitungstechnologien und die Maschinenkonzepte.
Die technologischen Weiterentwicklungen bei der Holzbearbeitung hin zu hochdrehenden Hauptspindelsystemen, leistungsfähigen Zerspanwerkzeugen sowie neuen Techniken zur Kantenbearbeitung ermöglichen im Gegensatz zum heutigen Stand der Technik bereits eine deutliche Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeiten und somit die Möglichkeit, die Herstellkosten pro Teil deutlich zu reduzieren.
Parallel zu den genannten technologischen Entwicklungen werden neue Maschinenkonzepte für die Holzbearbeitung entwickelt, deren konstruktiver Aufbau hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zulässt und Parallelbearbeitungen mit mehreren auf der Maschine befindlichen Bearbeitungseinheiten ermöglicht, wie dies beispielsweise in der DE 198 42 386 A1 beschrieben ist. Allerdings wird hier bereits deutlich, insbesondere bei der Bearbeitung mit mehreren Bearbeitungsaggregaten, dass die Pendelbearbeitung zum hauptzeitparallelen Rüsten nicht mehr geeignet erscheint.
Neben den konstruktiven Aufgaben sind hierfür auch umfangreiche Neuentwicklungen in der Steuerungstechnik für derartiger Anlagen erforderlich.
Die direkte Folge dieser Entwicklung sind sinkende Hauptzeitanteile, d. h., die Zeitanteile für den eigentlichen Bearbeitungsvorgang werden immer kürzer, wodurch Nebenzeiten wie das Rüsten immer stärker zum kostenbestimmenden Faktor der Bearbeitung werden.
Um die Potentiale zur Wirtschaftlichkeitssteigung voll ausschöpfen zu können, müssen zu den bereits genannten Lösungsansätzen weiterführende Entwicklungen betrieben werden, die auch das Maschinenumfeld sowie den Werkstückfluss und insbesondere das Rüsten mit einbeziehen. Das Ziel hierbei ist, Rüstvorgänge weitestgehend unabhängig von der Bearbeitungsmaschine durchführen zu können und einen mannarmen Betrieb mittels eines automatisierten Werkstückflusses zu realisieren.
Es sind Drehtischmaschinen bekannt (vgl. beispielsweise DE 198 35 168 C1), bei welchen Werkstückspanntische fest auf dem Karussellrahmen zur Bearbeitung der auf den Spanntischen fixierten Werkstücke nach und nach taktweise zu den einzelnen Bearbeitungsstationen hin gelangen und dort für die benötigte Bearbeitungszeit angehalten werden. Jede dieser Stationen für sich kann als ein Bearbeitungszentrum angesehen werden, welches in Relation zu der vorangehenden oder der nachfolgenden Bearbeitungsstation gleiche oder unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge ausführt. Das Rüsten erfolgt hierbei hauptzeitparallel an einer solchen Station (Rüststation).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der gattungsgemäßen Art sowie eine Verfahrensweise zu schaffen, welche die Vorteile der Werkstückanordnung auf einem Spanntisch bietet und die Möglichkeit schafft, das Einrichten des Spanntisches sowie die Werkstückaufgabe bzw. Werkstückentnahme außerhalb des Bearbeitungsfeldes der Maschine und somit annähernd unabhängig von dieser durchzuführen.
Diese Aufgabe wird bei einer Maschine der gattungsbildenden Art nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Für die Erfindung ist wesentlich, dass der Spanntisch als Wechseltisch (1) ausgeführt ist und über eine Schnittstelle zum Maschinengestell hin verfügt, die lösbar ist und auch eine Energie-, Material-, Vakuum-, und oder Informationsübertragung beinhalten kann, so dass der Wechseltisch zum Maschinengestell hin in der Bearbeitungsposition fixierbar ist und durch Lösen dieser Schnittstelle ein Austausch des in der Bearbeitungsposition befindlichen Wechseltisches gegen einen weiteren Wechseltisch erfolgen kann.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Maschinenkonzepts baut die Maschine kleiner, und durch das hauptzeitparallele Rüsten werden die Nebenzeiten deutlich reduziert. Darüber hinaus entsteht bei Verwendung mehrerer Spanntische ein Puffer, der Grundvoraussetzung für einen mannlosen Betrieb ist.
Je nach der auszuführenden Bearbeitung ist es vorteilhaft, die Supporte der Maschine mit entsprechenden Bearbeitungsaggregaten auszustatten, wobei diese Bearbeitungsaggregate in der Regel in den üblichen drei kartesischen Maschinenachsen an den Supporten und/oder durch die Supporte verfahrbar sind, also in der Ebene der in Bearbeitungsposition befindlichen Spanntische sowie senkrecht dazu.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Aggregate noch um eine rotatorische Achse schwenkbar, wobei die Drehachse orthogonal zur Bearbeitungsebene angeordnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich ferner aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 1 bis 8 an mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Zeichnungen zeigen Maschinen zum Bearbeiten von plattenförmigen Werkstücken.

Claims (21)

1. CNC-Bearbeitungszentrum zum Bearbeiten von plattenförmigen Werkstücken aus Holz, holzartigen Werkstoffen sowie Holzaustauschwerkstoffen und Kunststoffen
  • - mit einem oder mehreren Bearbeitungsfeldern in Form von Spanntischen (1), die jeweils für sich mehrere Bearbeitungsplätze (3) mit justierbaren Saugspannern (4) und/oder Klemmspannern (5) sowie Einrichtungen zum Werkstückpositionieren (6) aufweisen,
  • - mit einer oder mehreren Bearbeitungseinheiten (7) mit einer oder mehreren Werkzeugspindeln (8) und/oder Bearbeitungsaggregaten (9), die oberhalb des Bearbeitungsfeldes relativ zu diesem in allen für die Bearbeitung notwendigen Freiheitsgraden verfahrbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Spanntisch als Wechseltisch (1) ausgeführt ist und über eine Schnittstelle zum Maschinengestell hin verfügt, wobei die Schnittstelle derart gestaltet ist, dass der Wechseltisch zum Maschinengestell hin in der Bearbeitungsposition fixierbar ist und durch Lösen der Schnittstelle ein Austausch des in der Bearbeitungsposition befindlichen Wechseltisches gegen einen weiteren Wechseltisch erfolgen kann.
2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zum Maschinengestell hin Teil einer oder mehrerer Vorschubachsen (14) ist.
3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zum Maschinengestell hin Teil einer Dreh- oder Schwenkachse ist.
4. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zum Maschinengestell hin Teil des Maschinengestells ist.
5. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungszentrum eine Wechselvorrichtung (17), eine Rüstposition (18) und eine Bearbeitungsposition (19) aufweist, so dass nach Beendigung des Rüstvorganges bzw. nach Beendigung der Teilebearbeitung ein schneller Austausch der Wechseltische zwischen Rüstposition (18) und Bearbeitungsposition (19) durchführbar ist.
6. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wechseltische pro Bearbeitungsfeld auf annähernd gleichem Höhenniveau einander gegenüberliegend angeordnet und in einer gemeinsamen Achsrichtung verschiebbar sind und sich jeweils in Rüstposition und abwechselnd in Bearbeitungsposition befinden.
7. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wechseltische pro Bearbeitungsfeld auf unterschiedlichem Höhenniveau angeordnet und in die gleicher Achsrichtung zwischen Rüstposition und Bearbeitungsposition kollisionsfrei auf unterschiedlichen vertikalen Ebenen verschiebbar sind.
8. Bearbeitungszentrum nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Hubbewegung der Wechseltische in der Rüst- bzw. Bearbeitungsposition beide Wechseltische auf annähernd gleiches Höhenniveau verfahrbar sind.
9. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wechseltische pro Bearbeitungsfeld auf einem gemeinsamen Höhenniveau und mit einem festen Bezug zueinander angeordnet sind und um eine im Zentrum der Wechseltische liegende Drehachse drehbar sind, so dass abwechselnd ein oder mehrere Spanntische sich in Bearbeitungsposition und die restlichen Spanntische sich in der Rüstposition befinden.
10. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseltische außerhalb des Bearbeitungszentrums auf Träger- bzw. Transportsystemen angeordnet und Teil eines Werkstücktransportsystems sind, über das sie dem Bearbeitungszentrum bzw. weiteren Bearbeitungszentren bedarfsweise zu- bzw. abführbar sind.
11. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wechseltisch ein Traggestell (10) umfasst, das ein oder mehrere Schnittstellen (11) aufweist, die derart gestaltet sind, dass sie eine lösbare Verbindung zwischen dem Maschinengestell (13) und dem Wechseltisch (1) bilden.
12. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Traggestell (10) mit Einrichtungen bzw. Vorrichtungen zur Aufnahme von justierbaren Saugspannen (4) bzw. Klemmspannern (5) ausgestattet ist.
13. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wechseltisch als geschlossene Platte oder in einer Richtung positionierbare Konsole ausgestattet ist.
14. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wechseltisch Einrichtungen zur Speicherung von Energie, Material, Vakuum und/oder Informationen aufweist.
15. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wechseltisch (1) Aggregate zur Bearbeitung und/oder Prüfung (z. B. Längenmessung) aufweist, die über die Schnittstellen (11) mit Energie-, Material-, Vakuum-, und oder Informationen versorgt sind.
16. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Wechseltische Einrichtungen zur Speicherung und/oder zum Wechsel und/oder zum Antrieb der Bearbeitungsaggregate und/oder Werkzeuge aufweist.
17. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschbewegung auf beliebigen Bahnen im Raum bei beliebiger Lage und/oder Orientierung des Wechseltisches erfolgt.
18. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zwischen Maschinengestell und Wechseltisch eine Energie-, Vakuum-, Material-, und/oder Informationsübertragung beinhaltet.
19. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechseltisch mit beliebigen, justierbaren Einrichtungen zur Werkstückfixierung bestückt ist.
20. Verfahren zur Holzbearbeitung mit mindestens einem Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseltische an Rüstplätzen gerüstet und die Wechseltische dem bzw. den Bearbeitungszentren über ein Transportsystem gesteuert zugeführt und abgeführt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dass in das Werkstücktransportsystem Puffersysteme integriert sind.
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