DE10049810B4

DE10049810B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10049810B4
Application number: DE10049810A
Authority: DE
Inventors: Andreas Quak; Hans-Joachim Dr. Dey
Original assignee: Honsberg Lamb Sonderwerkzeugmaschinen; Honsberg Lamb Sonderwerkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: MXPA03002938A; HUP0302634A2; KR20030033091A; EP1332018A1; JP2004532741A; WO2002032619A1; HUP0302634A3; CN1468161A; DE10049810A1; AU2001295596A1; BR0114486A; CZ2003984A3; US20040102297A1; CA2423671A1

Abstract

Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger (13), der an einem vertikalen Ständer (10) um eine horizontale Drehachse (14) drehbar ist, mindestens einem Spindelstock (24), der an einer rechtwinklig zur Achsrichtung der Spindel (25) verlaufenden horizontalen Führung (27) entlang einer ersten Bewegungsachse (Y1) und entlang einer in Achsrichtung verlaufenden zweiten Bewegungsachse (Z1) gesteuert bewegbar ist, und mindestens einem Werkzeugmagazin (37), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (37) in einer parallel zu der ersten Bewegungsachse (Y1) verlaufenden vertikalen Ebene angeordnet ist und einen parallel zu dem Ständer (10) verlaufenden vertikalen Vordertrom (41) aufweist, der in Höhe jedes Spindelstocks (24) eine Wechselposition hat, auf die der Spindelstock (24) direkt zugreifen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Diese ermöglicht einen Werkzeugwechsel durch Bewegen der Spindelstücke im Pickup-Betrieb.

Eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bekannt aus DE 32 36 356 C2 . Diese Werkzeugmaschine weist einen vertikalen Ständer auf, an dem ein Werkstückträger vertikal verfahrbar ist. An einem Maschinenbett ist ein Spindelkopf angebracht, der horizontal verfahrbar ist und außerdem in Achsrichtung der Spindel bewegt werden kann. An dem Maschinenbett ist ferner ein umlaufendes Werkzeugmagazin vorgesehen, das einen Werkzeugwechsler aufweist. Der Werkzeugwechsler kann Werkzeuge von einer Wechselposition des Werkzeugmagazins zu dem Spindelstock (und umgekehrt) übertragen, wenn sich der Spindelstock an einer dafür vorgesehenen Position befindet. Da das zu bearbeitende Werkstück und der Spindelstock horizontal ausgerichtet sind, können Späne, die bei der Werkstückbearbeitung entstehen, frei herabfallen ohne den Werkstückträger zu treffen und ohne auf dem Werkstückträger oder dem Werkstück liegen zu bleiben.

Aus EP 0 806 998 B1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die zwei vertikal verfahrbare Spindelstöcke aufweist, welche jeweils einzeln auf ein an einem Werkstückträger befestigtes Werkstück einwirken können, während der andere Spindelstock einen Werkzeugwechsel an einem Werkzeugmagazin vornehmen kann. Das Werkzeugmagazin ist als Umlaufmagazin ausgebildet und so angeordnet, dass jeder Spindelstock eine eigene Wechselposition am Werkzeugmagazin hat. Diese Werkzeugmaschine eignet sich für eine schnelle und effektive Werkstückbearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass bei schneller Werkstückbearbeitung ein hoher Anfall an Bohrspänen entsteht, die stark mit Kühlflüssigkeit belastet sind. Die Bohrspäne fallen auf die Führung des Werkstückträgers. Diese kann zwar mit einer Lamellenabdeckung versehen sein, so dass der Lauf des Werkstückträgers nicht behindert wird, jedoch erzeugen die anfallenden Bohrspäne größere Ansammlungen; was zu Verstopfungen und Behinderungen der Späneabfuhr führt. Für die Späneabfuhr sind unterhalb der Führung des Werkstückträgers Schrägwände vorgesehen, die auf einen Späneförderer münden. Die Kühlflüssigkeit wird in großen Mengen zugeführt und auch für die Sicherstellung der Späneabfuhr und die Verhinderung von Verstopfungen durch Späne benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Werkstückträgern, Spindelstock und Werkzeugmagazin zu schaffen, die für eine schnelle Werkstückbearbeitung geeignet ist und bei der die bei schnellem Betrieb anfallenden Späne keine Störungen verursachen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Werk stückträger mit horizontaler Drehachse an einem vertikalen Ständer angebracht und der (mindestens eine) Spindelstock ist an einer horizontalen Führung entlang der horizontal verlaufenden ersten Bewegungsachse geführt. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist die Führung des Werkstückträgers vertikal angeordnet, so dass das von dem Werkstückträger abstehende Werkstück auslegerartig frei in den Raum absteht und die Späne von dem Werkstück ungehindert herabfallen können. Unter dem an dem Werkstückträger befestigten Werkstück befinden sich keine den Späneweg der herabfallenden Späne behindernden Konstruktionsteile. Die Späne können im freien Fall auf der Boden gelangen, wo sich ein Späneförderer oder eine andere Vorrichtung zum Abführen der Späne befindet.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass kein Kühlmittel zum Fortspülen der Späne erforderlich ist. Daher kann die Kühlung unter sparsamer Zufuhr von Kühlmittel erfolgen, beispielsweise durch Sprühkühlung. Bei der Sprühkühlung wird die Sprühflüssigkeit am Werkstück zerstäubt. Dabei ergeben sich ähnliche Schmier- und Kühleigenschaften wie bei einem Flüssigkeitsstrahl, jedoch ist der Verbrauch an Kühlflüssigkeit wesentlich geringer. Ein Vorteil besteht darin, dass an den Spänen weniger Kühlmittel haftet und dass die Beseitigung des Kühlmittels von den Spänen weniger Aufwand erfordert. Durch die Minimalmengenschmierung, die mit Sprühschmierung möglich ist, wird auch die Werkzeugstandzeit verlängert und die Oberflächengüte des Werkstücks verbessert. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine erlaubt durch eine Verbesserung der Späneabfuhr die Durchführung einer Sprühschmierung.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Spindelstock einen direkten Zugriff auf den vertikalen Vordertrum des Werkzeugmagazins hat, so dass ein Werkzeugwechsler nicht erforderlich ist. Jeder Spindelkopf kann sich das benötigte Werkzeug von dem ordertrum des Werkzeugmagazin holen, indem er in die Wechsel position gefahren wird, wo er das Werkzeug direkt aus dem Werkzeugmagazin übernehmen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Führung des Spindelstocks Bestandteil eines rechteckigen Rahmens, der ein Fenster umschließt, in welchem der Spindelstock bewegbar ist. Das Fenster weist eine Jalousie mit einer sich der Position des Spindelstocks anpassenden Öffnung auf. Der rechteckige Rahmen bildet zusammen mit der das Fenster verschließenden Jalousie eine senkrechte Wand, an der Späne herabfallen können.

Der Ständer bildet vorzugsweise mit der Führung des Spindelstocks eine in Draufsicht L-förmige Struktur, die zusammen mit ergänzenden Wänden bzw. Türen einen Bearbeitungsraum seitlich umschließt. Auf diese Weise entsteht ein seitlich vollständig umschlossener Bearbeitungsraum mit ausschließlich senkrechten Wänden und ohne innere Einbauten, die das Herabfallen der Späne behindern würden.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine wird vorzugsweise als Zweispindelmaschine ausgebildet, bei der jeweils ein Spindelstock die Bearbeitung durchführt, während der andere Spindelstock einen Werkzeugwechsel vornehmen kann. Beide Spindeln sind längs horizontaler Führungen bewegbar, die mit vertikalem Abstand voneinander angeordnet sind. Jede der Führungen ist in Bezug auf das Werkzeugmagazin so angeordnet, dass der Spindelstock den Werkzeugwechsel im Pickup-Betrieb durchführen kann. Hierbei wird der Spindelstock hinter den in der Wechselposition befindlichen Werkzeughalter des Werkzeugmagazins gefahren, wobei das an dem Spindelstock befestigte Werkzeug an den Werkzeughalter direkt und ohne Werkzeugwechsler übergeben wird. In gleicher Weise entnimmt der Spindelstock das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin durch direkten Zugriff entlang der Z-Achse.

Bei Vorhandensein einer unteren Führung, auf deren Oberseite ein Spindelstock verfahrbar ist, schließt sich zweckmäßigerweise nach unten an die Führung eine Schürze an, die mit einer Auffangvorrichtung für Späne verbunden ist. Die Schürze bildet einen Bestandteil der senkrechten Wand für die Späneabfuhr unter ausschließlicher Schwerkraftwirkung. Die Auffangvorrichtung ist vorzugsweise ein Späneförderer.

Die Erfindung ermöglicht es auch, zwei Werkzeugmagazine in einer gemeinsamen vertikalen Ebene vorzusehen, und zwar zu beiden Enden der Führung für den Spindelstock.

Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwei Werkstückträger vorgesehen sind, die von entgegengesetzten Seiten her an dem zu bearbeitenden Werkstück angreifen. Hierzu können zwei senkrechte Ständer vorgesehen sein, von denen jeder eine Vertikalführung für einen Werkstückträger aufweist. Die Vertikalführungen sind durch eine Lamellenjalousie oder eine ähnliche vertikale Abdeckvorrichtung bedeckt, so dass keine Späne eindringen können. Dies gilt auch für das Werkzeugmagazin. In den Bearbeitungsraum ragen nur diejenigen Teile des Werkzeugmagazins, die für einen Werkzeugwechsel benötigt werden. Alle übrigen Teile befinden sich hinter der betreffenden Begrenzungswand des Arbeitsraumes, wobei die Durchgänge des Werkzeugmagazins durch diese Trennwand mit einer Spänedichtung verschlossen sind.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematisch perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Werkzeugmaschine,
2 eine Draufsicht der Maschine nach 1,
3 eine Seitenansicht der Maschine nach 1, teilweise geschnitten entlang der Linie III-III von 1,
4 den Aufbau einer Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugmagazinen,
5 eine Werkzeugmaschine mit zwei synchron beweg baren Werkstückträgern und
6 eine Weiterbildung der Werkzeugmaschine nach 5.
Die Werkzeugmaschine nach den 1 – 3 weist einen vertikalen Ständer 10 auf mit einer Vertikalführung 11, an der ein Schlitten 12 gesteuert vertikal verfahrbar ist. Auf dem Schlitten 12 ist ein Werkstückträger 13 um eine horizontale Drehachse 14 gesteuert drehbar gelagert. An dem Werkstückträger 13 wird das zu bearbeitende Werkstück 15 befestigt. Die Bewegung des Schlittens 12 längs der vertikalen X-Achse erfolgt durch einen Spindelantrieb, der im Innern des Ständers 10 vorgesehen ist und aus einer Spindel 16, einer mit dem Schlitten 12 verbundenen Spindelmutter 17 und einem die Spindel 16 drehenden Motor 18 besteht. Der Motor 18 ist ein NC-Antrieb, der eine sehr genaue Höheneinstellung des Werkstückträgers 13 ermöglicht. Am Schlitten 12 ist ein (nicht dargestellter) weiterer NC-Antrieb angebracht, der den Werkstückträger 13 drehend antreibt.
Von dem Ständer 10 stehen ein unterer Balken 19 und ein oberer Balken 20 horizontal ab. Die Balken haben einen vertikalen Abstand voneinander und bilden zusammen mit dem Ständer 10 und einem vertikalen Pfosten 21 einen rechteckigen Rahmen 22, der ein rechteckiges Fenster 23 umschließt. In dem Fenster 23 befindet sich ein erster Spindelstock 24, der eine drehend antreibbare Spindel 25 mit einem daran befestigten Werkzeug 26 aufweist. Der Spindelstock 24 ist an dem Schlitten 34 in Richtung einer Bewegungsachse Z1, die axial zur Spindel 25 verläuft, bewegbar. Der Schlitten 34 ist in einer horizontalen Führung 27, längs einer rechtwinklig zur Achsrichtung der Spindel 25 verlaufenden ersten Bewegungsachse Y1 entlang der Führung 27 bewegbar. Die Bewegungen entlang der Achsen Y1 und Z1 werden von dem Spindelstock 24 durchgeführt. Die Bewegung entlang der X-Achse wird von dem Werkstück 15 durchgeführt und ebenso die Drehung um die Drehachse 14. Die Aufspannfläche des Werkstückträgers hat eine Normale, die mit der Drehachse 14 zusammenfällt und parallel zur ersten Achse Y1 verläuft.
Auf der Oberseite des Balkens 19 befindet sich eine horizontale Führung 28 für einen Schlitten 29, auf dem sich ein zweiter Spindelstock 30 befindet. Der Spindelstock 30 weist eine Spindel 31 mit einem daran befestigten Werkzeug 32 auf. Der Spindelstock 30 ist auf der Führung 28 entlang der ersten Bewegungsachse Y2 bewegbar und ferner entlang einer zweiten Bewegungsachse Z2, die axial zur Spindel 31 verläuft. Die Bewegung entlang der Bewegungsachse Z2 wird durch einen Linearantrieb 33 bewirkt.
Jede der beiden Spindeln 25, 31 ist von einem Motor 35 des jeweiligen Spindelstocks, bzw. 36 drehend angetrieben.
An dem Ständer 10 ist ein Werkzeugmagazin 37 befestigt, das mit einem umlaufenden Endlosförderer 38 versehen ist, von dem Werkzeughalter 39 nach außen abstehen. Jeder Werkzeughalter 39 weist zwei Finger auf, zwischen denen der Schaft eines Werk zeugs 40 eingeklemmt werden kann. Das Werkzeugmagazin 37 ist in einer vertikalen Ebene angeordnet, die parallel zu den Bewegungsachsen Y1 und Y2 verläuft. Der vertikale Vordertrum 41 des Werkzeugmagazins ragt aus dem Ständer 10 heraus und er weist zwei Wechselpositionen auf, je eine für jeden Spindelstock 24 und 30. Ein in der Wechselposition befindliches Werkzeug 40 kann von der Spindel des betreffenden Spindelstockes 24 oder 30 ergriffen und übernommen werden. Andererseits kann jeder Spindelstock 24,30 ein an seiner Spindel 25,31 befestigtes Werkzeug 26,32 an denjenigen Werkzeughalter 39 des Werkzeugmagazins 37 übergeben, der sich in der Wechselposition befindet. Der Antrieb des Endlosförderers 38 wird gesteuert durch einen Motor 42.
Wie aus 2 hervorgeht, bildet der vertikale Ständer 10 mit den horizontalen Balken 19 und 20 in Draufsicht eine L-förmige Struktur, die einen Bearbeitungsraum 43 umgibt. Der Bearbeitungsraum 43 wird ferner von einer Seitenwand 44 und einer Vorderwand 45 oder Tür begrenzt, so dass er seitlich vollständig umschlossen ist. Das von dem Rahmen 22 umschlossene Fenster 23 ist mit einer Jalousie 46 verschlossen, die in 1 nicht dargestellt ist. Es handelt sich um eine Lamellenjalousie, die zwei längslaufende Schlitze aufweist, für jeden Spindelstock 24, 30 einen. Die Schlitze sind mit Lamellen verschlossen, welche sich der jeweiligen Position des Spindelstockes 24,30 in Richtung der Bewegungsachse Y1 bzw. Y2 anpassen und nur den Spindelstock 24,30 durchtreten lassen, während im übrigen das Fenster 23 verschlossen ist. Die Vorderwand des Balkens 19 wird durch eine senkrechte Schürze 47 gebildet. Somit ist der Bearbeitungsraum 43 ausschließlich durch vertikale Wände begrenzt. Am unteren Ende des Bearbeitungsraums 43 befindet sich ein Späneförderer 48, der beispielsweise aus einem Band- oder Kettenförderer bestehen kann oder auch aus einem Schneckenförderer. Der Förderer nimmt die gesamte Breite des Bearbeitungsraums 43 ein und fördert die heruntergefallenen Späne aus der Werkzeugmaschine ab.
Das Ausführungsbeispiel von 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass außer dem Werkzeugmagazin 37 am Ständer 10 ein weiteres gleichartiges Werkzeugmagazin 37a am Pfosten 21 angeordnet ist. Beide Werkzeugmagazine befinden sich auf gleicher Höhe und sie begrenzen den Verschiebeweg der Spindelstöcke 24, 30 in horizontaler Richtung, wobei jeder Spindelstock 24,30 auf jedes der in einer gemeinsamen vertikalen Ebene angeordnete Werkzeugmagazine 37,37a zugreifen kann.
Bei beiden Werkzeugmagazinen 37, 37a befindet sich der rückwärtige oder äußere Trum 50 außerhalb des Ständers 10 und Pfostens 21, so dass er von außen zugänglich ist, um Werkzeuge manuell auszuwechseln.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 ist zusätzlich zu dem Ständer 10 ein weiterer Ständer 10a vorgesehen, der den Pfosten 21 ersetzt. Der Ständer 10a weist einen zweiten Werkstückträger 13a auf, der entlang einer vertikalen Führung gesteuert bewegbar ist und der um seine horizontale Längsachse gedreht werden kann. Das Werkstück 15 kann an jedem seiner beiden Enden in einen Werkstückträger 13, bzw. 13a eingespannt werden. Die Werkstückträger 13 und 13a werden synchron zueinander in vertikaler Richtung bewegt und auch synchron zueinander gedreht. Diese zweiseitige Werkstückeinspannung ermöglicht eine hochgenaue Positionierung auch voluminöser oder schwergewichtiger Werkstücke.
Andererseits ist es auch möglich, an dem einen Werkstückträger 13a beispielsweise eine Hilfsstange zu befestigen, die am Werkstück angebracht ist und dieses an der betreffenden Seite absützt.
Das Ausführungsbeispiel der 6 entspricht weitgehend demjenigen von 5, wobei zwischen den beiden Werkstückträgern 13, 13a ein U-förmiger Halter 55 eingespannt ist, dessen Schenkel 56 mit Achsen 57 an den Werkstückträgern befestigt sind. Die Basis 58 des Halters 55 trägt einen Drehtisch 59 auf dem das Werkstück 60 befestigt ist. Durch Schwenken des Halters 55 um die Achsen 57 kann das Werkstück 60 schräg gestellt werden, um eine Schrägbearbeitung mit dem an dem jeweiligen Spindelstock 24,30 befestigten Werkzeug durchzuführen. Der schwenkbare Halter 55 erlaubt ein schnelles Umsetzen des Werkstücks 60 zur Durchführung von Bearbeitungsvorgängen an unterschiedlichen Stellen, bzw. in unterschiedlichen Richtungen.
Bei den Ausführungsbeispielen der 4 – 6 ist jeweils ein seitlich geschlossener Bearbeitungsraum 43 vorgesehen, wobei in den Zeichnungen die Wände 49 und 45 aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen sind. In jedem Fall fallen Späne entlang senkrechter Wände nach unten auf eine Auffangvorrichtung 48 für Späne, z.B. einen Späneförderer, ohne durch Einbauten behindert zu werden.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen sind alle Funktionen der Werkzeugmaschine numerisch nach vorgegebenen Programmen gesteuert, so dass die Werkstückbearbeitung und der Werkzeugwechsel voll automatisch durchgeführt werden. Auch das Werkzeugmagazin 37,37a ist voll automatisch gesteuert, wobei das jeweils benötigte Werkzeug 40 in die Wechselposition gebracht wird. Gesteuert ist auch der Wechsel der Werkstücke 15 sowie deren Zu- und Abtransport.

Claims

Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger (13), der an einem vertikalen Ständer (10) um eine horizontale Drehachse (14) drehbar ist, mindestens einem Spindelstock (24), der an einer rechtwinklig zur Achsrichtung der Spindel (25) verlaufenden horizontalen Führung (27) entlang einer ersten Bewegungsachse (Y1) und entlang einer in Achsrichtung verlaufenden zweiten Bewegungsachse (Z1) gesteuert bewegbar ist, und mindestens einem Werkzeugmagazin (37), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (37) in einer parallel zu der ersten Bewegungsachse (Y1) verlaufenden vertikalen Ebene angeordnet ist und einen parallel zu dem Ständer (10) verlaufenden vertikalen Vordertrom (41) aufweist, der in Höhe jedes Spindelstocks (24) eine Wechselposition hat, auf die der Spindelstock (24) direkt zugreifen kann.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (27) des Spindelstocks (24) Bestandteil eines rechteckigen Rahmens (22) ist, der ein Fenster (23) umschließt, in welchem der Spindelstock (24) bewegbar ist, und dass das Fenster (23) eine Jalousie (46) mit einer sich der Position des Spindelstocks (24) anpassenden Öffnung aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) zusammen mit der Führung (27) des Spindelstocks (24) eine in Draufsicht L-förmige Struktur bildet, die zusammen mit ergänzenden Wänden (44, 45) bzw. Türen einen Bearbeitungsraum (43) seitlich umschließt.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Spindelstock (30) tragende untere Führung (28) vorgesehen ist und dass sich an die untere Führung (28) nach unten eine Schürze (47) anschließt, die mit einer Auffangvorrichtung (48) für Späne verbunden ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkzeugmagazine (37, 37a) in einer gemeinsamen vertikalen Ebene vorgesehen sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei senkrechte Ständer (10, 10a) vorgesehen sind, von denen jeder einen Werkstückträger (13, 13a) aufweist, wobei beide Werkstückträger synchron zueinander drehbar und höhenverschiebbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (13, 13A) die Schenkel eines U-förmigen Halters (55) tragen, auf dessen Basis (58) ein Drehtisch (59) montiert ist.