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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines stangenförmigen Werkstücks, mit
einer Werkzeugspindel sowie mit einem ersten und einem zweiten Halter
zur Aufnahme des Werkstücks.
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Die
bekannte Werkzeugmaschine ist eine Fahrständermaschine, auf deren Maschinenbett
eine Werkstückspannvorrichtung
für ein
Werkstück
angeordnet ist. Die Werkstückspannvorrichtung
ist um eine horizontale Achse schwenkbar, so daß ein darin eingespanntes Werkstück sowohl
längsseitig
als auch an einer der Einspannstelle gegenüberliegenden Stirnseite von
einem Werkzeug bearbeitet werden kann, das in einer an dem Fahrständer befestigten
Werkzeugspindel aufgenommen ist. Um auch die sechste Werkstückseite
bearbeiten zu können,
ist eine Art Roboterarm (Manipulator) vorgesehen, der um eine vertikale
Achse schwenkbar ist und einen Greifer aufweist. Nach Abschluß der Bearbeitung
der fünf
zunächst
zugänglichen
Seiten des Werkstücks nimmt
der Greifer das Werkstück
aus der Werkstückspannvorrichtung
heraus. Der Roboterarm wird sodann um 90° in der Horizontalen sowie um
180° um seine
Längsachse
verschwenkt und der Greifer in eine Spannstation eingelegt. Die
Spannstation hält und
fixiert den Greifer und damit das darin noch aufgenommene Werkstück lagegenau,
so daß dieses nunmehr
auch an seiner sechsten Seite von dem Werkzeug bearbeitet werden.
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Auch
herkömmliche
Drehmaschinen weisen in der Regel eine Werkstückspannvorrichtung mit einem
selbstzentrierenden Spannfutter auf, in das das zu bearbeitende
Werkstück
drehfest eingespannt wird. Als Gegenstück dient häufig ein Reitstock, der auf
einem Maschinenbett verschieb- und festklemmbar ist. Das Werkstück wird
dabei häufig
mit Hilfe eines Dorns zentriert, der in einem speziell hierfür ausgelegten,
als Pinole bezeichneten Spannfutter des Reitstocks aufgenommen ist.
Alternativ oder zusätzlich hierzu
ist bei solchen Drehmaschinen oft ein Setzstock (Lünette) längsverschieblich
auf dem Maschinenbett befestigt, der das Werkstück zwischenlagerartig abstützt, um
auf diese Weise ein Durchbiegen des Werkstücks unter der Einwirkung des Schnittdrucks
zu verhindern.
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Um
bei derartigen Drehmaschinen das Werkstück auch an der Einspannstelle
bearbeiten zu können,
an der es in dem Spannfutter der Werkstückspannvorrichtung aufgenommen
ist, wird das Werkstück
aus der Werkstückspannvorrichtung
ausgespannt und um 180° gewendet
wieder in diese eingespannt. Dieser Vorgang ist relativ zeitaufwendig
und lässt
sich bislang nur schwer und mit größerem konstruktiven Aufwand
automatisieren.
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Aus
der
DE 38 24 602 A1 ist
eine Drehmaschine bekannt, bei der die das Werkstück aufnehmende
Drehspindeleinheit auf einem Rundschalttisch angeordnet ist, so
dass das Werkstück
relativ zu dem Werkzeug verschwenkt werden kann. Auf dem Maschinenbett
ist eine weitere Drehspindeleinheit angeordnet, die senkrecht zu
dem Bearbeitungswerkzeug verschiebbar ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine der eingangs
genannten Art konstruktiv insgesamt zu vereinfachen. Dabei soll ebenfalls
eine Bearbeitung der Einspannstelle, an der das Werkstück in dem
ersten Halter aufgenommen ist, mit einem in der Werkzeugspindel
aufgenommenen Werkzeug möglich
sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines stangenförmigen Werkstückes, mit
einer Werkzeugspindel sowie mit einem ersten und einem zweiten Halter
zur Aufnahme des Werkstückes,
wobei der zweite Halter in einer Bearbeitungsstellung koaxial zu
dem ersten Halter ausgerichtet und um eine zu einer Längsachse
des Werkstücks
senkrecht und überschneidungsfrei
angeordnete Achse dreh- oder verschwenkbar angeordnet ist.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise jeweils
vollkommen gelöst.
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Aufgrund
der Dreh- oder Verschwenkbarkeit des zweiten Halters kann das darin
aufgenommene Werkstück
soweit von dem ersten Halter wegbewegt werden, daß auch die
Einspannstelle einer Bearbeitung durch ein in die Werkzeugspindel
eingesetztes Werkzeug zugänglich
wird. Um das Werkstück
drehen oder verschwenken zu können,
kann dieses bspw. vorher an einer Stelle zwischen dem ersten Halter
und dem zweiten Halter durchtrennt worden sein, z.B. durch Fräsen oder
Sägen.
Das Werkstück kann
aber auch unzertrennt, d.h. als Ganzes, mit dem zweiten Halter gedreht
oder verschwenkt werden, wenn es zuvor vollständig aus dem ersten Halter herausgeschoben
wird. Dies kann bspw. durch eine an sich bekannte Vorschubeinrichtung
oder auch mit Hilfe eines zweiten Werkstücks erfolgen, welches in den
ersten Halter eingeführt
wird und dabei das zweite Werkstück
aus diesem herausschiebt.
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Vorzugsweise
wird bei einer Fahrständermaschine
die durch das Drehen oder Verschwenken frei gewordene Einspannstelle
des Werkstücks
von der Werkzeugspindel angefahren und mit dem darin aufgenommenen
Werkzeug bearbeitet. Grundsätzlich ist
es aber ebenso möglich,
den zweiten Halter derart zu verfahren, daß die Einspannstelle des Werkstücks der
sich drehenden, aber räumlich
ansonsten feststehenden Werkzeugspindel zugestellt wird.
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Vorzugsweise
ist der zweite Halter um wenigstens 180° dreh- oder verschwenkbar.
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Auf
diese Weise kann das von dem zweiten Halter gehaltene Werkstück vollständig gewendet werden,
wodurch die Stelle, an der es zuvor in dem ersten Halter gehalten
war, besonders gut zugänglich wird.
Falls dies erforderlich sein sollte, kann das Werkstück auch
mehrfach gewendet werden, so daß die
axialen Enden des Werkstückes
wechselseitig bearbeitet werden können.
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Falls
der zweite Halter drehbar angeordnet ist, bleibt die koaxiale Ausrichtung
zu dem ersten Halter nach der Drehung erhalten. Bei einer Verschwenkbewegung
des zweiten Halters um 180° wird hingegen
nur noch eine parallele, nicht aber eine koaxiale Ausrichtung zu
dem ersten Halter erreicht. Eine Schwenkbewegung ist in vielen Fällen gegenüber einer
Drehbewegung vorzuziehen, da auf diese Weise ein von dem zweiten
Halter gehaltenes Werkstück
nach dem Verschwenken nicht mit einem sich noch in dem ersten Halter
befindenden Werkstück, z.B.
einem vorher abgetrennten Teil, kollidieren kann.
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Es
ist deswegen besonders bevorzugt, wenn der zweite Halter zur Erzielung
einer Schwenkbewegung exzentrisch zu der senkrechten Achse angeordnet
ist. Die senkrechte Achse schneidet somit die Längsachse des Werkstücks nicht.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist der zweite
Halter auf einem um die senkrechte Achse drehbaren Träger angeordnet.
Auf dem Träger
ist außerdem
wenigstens ein weiterer Halter exzentrisch zu der senkrechten Achse
angeordnet, so daß der
weitere Halter durch Drehen des Trägers um die senkrechte Achse
in eine zu dem ersten Halter koaxiale Lage überführbar ist.
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Auf
diese Weise können
mehrere, ggf. unterschiedliche Halter durch eine einfache Drehbewegung
des Trägers
zur Aufnahme von Werkstücken zur
Verfügung
gestellt werden. Durch Drehen des Trägers um die senkrechte Achse
wird der ausgewählte
Halter koaxial fluchtend zu dem ersten Halter ausgerichtet. Das
Werkstück
kann dann z.B. durch Verschub in seiner Längsrichtung in diesen ausgewählten Halter
eingeführt
und anschließend
weiter bearbeitet werden. Es können
auch gleichartige Halter auf dem Träger angeordnet sein. Dies ist
z.B. dann zweckmäßig, wenn
während
der Bearbeitung eines gewendeten Werkstückes ein anderes Werkstück bereits
wieder in einen weiteren Halter eingeführt werden soll.
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Besonders
bevorzugt ist es aber, wenn die weiteren Halter unterschiedlich,
insbesondere als Lünette,
als Pinole oder als Kraftspannbock, ausgebildet sind.
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Auf
diese Weise wird eine Art Multifunktionsplattform geschaffen, wobei
ein Funktionswechsel durch einfaches Drehen des Trägers erfolgt.
Ein Halter kann z.B. als Pinole mit einem darin aufgenommenen Dorn
ausgebildet sein, wodurch insbesondere bei kleineren Schneidkräften oder
bei kurzen Werkstücken
eine Zentrierung mit ausreichender Abstützung des Werkstücks ermöglicht wird.
Ein anderen Halter kann als Lünette
ausgebildet sein, mit der sich größere Schneidkräfte auch
bei der Langdrehbearbeitung abstützen
lassen. Die Lünette
kann das Werkstück
dabei bspw. an drei Umfangspunkten mit festen Backen oder mit Rollen
unterstützen.
Mit einem als Kraftspannbock ausgebildeten Halter, in dem das Werkstück fest
fixiert ist, kann das Werkstück
ergriffen und durch Drehen des Trägers gewendet werden. Gerade
bei Fräs-
oder Bohrbearbeitungen, die eine starre Fixierung des Werkstücks erfordern,
ist die Verwendung eines Kraftspannbocks als Halter zweckmäßig. Vorzugsweise
sind die Halter lösbar
an dem Träger
befestigt, so daß sie
gegen Halter mit anderen Funktionen austauschbar sind. Aufgrund
dieses modularen Aufbaus kann die Multifunktionsplattform an unterschiedlichste
Anforderungen angepaßt
werden.
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Besonders
bevorzugt ist es außerdem,
wenn der erste Halter gegenüber
der Werkzeugmaschine raumfest und der zweite Halter parallel zu
der Längsachse
des Werkstücks
verfahrbar angeordnet ist.
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Dies
hat den Vorteil, daß der
zweite Halter, der zu diesem Zweck vorzugsweise als Lünette ausgebildet
ist, stets in unmittelbare Nähe
zu der momentanen Bearbeitungsstelle verfahren werden kann. Auf
diese Weise läßt sich
das Werkstück
stets optimal kurz abstützen,
so daß auftretende
Biegemomente nicht zu einer Verformung des Werkstücks führen. Die
Verfahrbarkeit eröffnet
ferner die Möglichkeit,
den zweiten Halter, ggf. zusammen mit einem Träger, auf dem er mit weiteren
Haltern befestigt ist, so weit aus dem möglichen Bearbeitungsbereich
herauszufahren, daß er
die Bearbeitung eines in dem ersten Halter aufgenommenen Werkstücks nicht
behindert.
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Falls
der zweite Halter eine feste Fixierung des Werkstücks in Längsrichtung
ermöglicht,
wie dies z.B. bei einem Kraftspannbock der Fall ist, so kann dieser
auch als Vorschubeinheit für
das Werkstück
verwendet werden. Somit lassen sich z.B. Abschnitte des Werkstücks sukzessive
bearbeiten, indem nach Bearbeitung eines Abschnitts das Werkstück um eine
entsprechende Abschnittslänge
vorgeschoben und die Bearbeitung an dem nächsten Abschnitt fortgesetzt
wird, wobei das Werkstück
stets auch von dem ersten Halter gehalten bleibt. Auf diese Weise
lassen sich auch solche Werkstücke
bearbeiten, die länger
als der von dem Fahrständer
erreichbare Bearbeitungsbereich sind. Die Länge des Werkstücks kann
sogar größer als
die Breite der Werkzeugmaschine sein, sofern ein ggf. vorhandenes
Maschinengehäuse
geeignete Öffnungen
zum Durchtritt der Werkstücke
aufweist.
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Der
erste Halter kann ebenfalls als Kraftspannbock ausgeführt sein.
Dies ist etwa dann zweckmäßig, wenn
lediglich eine Bearbeitung des Werkstücks an seiner zu der Werkzeugspindel
weisen den Längsseite
vorgesehen ist, so daß keine
Drehung des Werkstücks
um seine Längsachse
erforderlich ist.
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Vorzugsweise
jedoch ist der erste Halter als Drehspindel ausgebildet.
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Auf
diese Weise ist eine Drehbearbeitung des Werkstücks möglich. Anstelle der Drehspindel kann
auch ein Rundtisch als erster Halter verwendet werden, der eine
winkelgenaue Zustellung und damit eine Vier-Seiten-Bearbeitung des
darin gehaltenen Werkstücks
erlaubt. Als erster Halter kommt auch eine NC-Drehspindel in Betracht, die die Eigenschaften
einer Drehspindel mit denen eines Rundtisches, d.h. hohe Umdrehungszahlen
und winkelgenaue Positionierung, vereint.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Werkzeugmaschine
einen Fahrständer
auf, an dem die um eine Spindelachse drehbare Werkzeugspindel um
eine Schwenkachse verschwenkbar befestigt ist, wobei die Schwenkachse senkrecht
sowohl zu der Spindelachse als auch zu einer Längsachse des Werkstücks angeordnet
ist.
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Aufgrund
dieser verschwenkbaren Anordnung der Werkzeugspindel kann das Werkstück nicht nur
senkrecht zu seiner Umfangsfläche,
sondern auch geneigt hierzu bearbeitet werden. Auch die Stirnflächen des
Werkstücks
können
auf diese Weise erreicht werden, ohne daß das Werkstück geschwenkt
werden muß.
Dies ist insbesondere bei langen Werkstücken von Vorteil, da hierfür ansonsten konstruktiv
aufwendig Schwenkraum geschaffen werden muß.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist die Schwenkachse überschneidungsfrei
zu der Spindelachse angeordnet.
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Dies
ermöglicht
eine konstruktiv einfachere und stabilere Befestigung der Spindel
am Fahrständer,
da eine zum Verschwenken der Werkzeugspindel vorgesehene Schwenkeinrichtung
nicht von der Drehspindel unterbrochen ist. Dies Maßnahme ist
im übrigen
auch bei solchen Werkzeugmaschinen vorteilhaft, bei denen die Schwenkachse
nicht senkrecht zu der Längsachse
des Werkstücks,
sondern in anderer Weise, insbesondere parallel hierzu, ausgerichtet
ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Werkzeugspindel
um einen Schwenkwinkel von mindestens 90° verschwenkbar.
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Dies
hat den Vorteil, daß eine
Bearbeitung auch senkrecht zur Stirnfläche des Werkstücks her erfolgen
kann. Falls der erste Halter als Rundtisch oder NC-Drehspindel ausgebildet
ist, wird dadurch eine Sechs-Seiten-Bearbeitung des Werkstücks möglich, da
durch Drehen oder Verschwenken des zweiten Halters auch die Einspannstelle
des Werkstücks
einer Bearbeitung zugänglich
wird. Besonders wichtig ist dieser Aspekt z.B. bei der Bearbeitung
von Aluminiumprofilen, da diese häufig überwiegend stirnseitig an beiden
Enden zu bearbeiten sind.
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Da
die senkrechte Achse, um die der zweite Halter dreh- oder schwenkbar
ist, senkrecht zu der Schwenkachse der Werkzeugspindel angeordnet
ist, ist außerdem
eine Bearbeitung des Werkstücks
in jeder räumlichen
Winkellage zwischen Werkzeug und Werkstück möglich. Dies gilt auch für die sechste
Seite (Einspannstelle) des Werkstücks. Diese besondere Eigenschaft
wird ohne Redundanz, d.h. mit minimalen konstruktiven Aufwand, erzielt.
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Bei
Schwenkwinkeln von mehr als 90° kann sogar
die Unterseite des Werkstücks
von dem Werkzeug erreicht werden, was besonders wichtig ist, falls das
Werkstück
nicht um seine Längsachse
gedreht werden kann. Insgesamt lassen sich auf diese Weise sehr
komplexe Bearbeitungsvorgänge
mit unterschiedlichsten Anforderungen automatisiert durchführen.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist
die Werkzeugspindel vorzugsweise zusammen mit einem Antrieb hierfür in einem
Spindelgehäuse
aufgenommen, wobei die Schwenkachse auf der Höhe der vorderen, eine Werkzeugaufnahme
aufweisenden Hälfte,
vorzugsweise auf der Höhe
des vorderen Viertels, des Spindelgehäuses verläuft.
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Aufgrund
des geringen Abstands zwischen Werkzeugaufnahme und Schwenkachse
bewegt sich das Werkzeug beim Verschwenken der Werkzeugspindel auf
einer Kreisbahn mit kleinem Radius, was zu kurzen Ausgleichsbewegungen
des Fahrständers führt, wenn
lediglich die Winkellage des Werkzeugs, nicht aber dessen Raumposition
als solche verändert werden
soll. Zusammen mit der überschneidungsfreien
Anordnung von Schwenkachse und Spindelachse lassen auf diese Weise
außerdem
kurze Verfahrwege des Fahrständers
in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung
des Werkstücks
und zur Schwenkachse realisieren. Bei Fahrständermaschinen in der üblichen
Ausführung,
bei denen sowohl die Werkstücke als
auch die Schwenkachse horizontal angeordnet sind, werden durch diese
Maßnahme
die Verfahrwege in der Vertikalen verkürzt. Folglich benötigt eine derartige
Werkzeugmaschine einen geringeren Platzbedarf in der Höhe, die
sog. Z-Achse kann also mit geringem Hub ausgelegt werden.
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Je
kleiner dabei der Abstand zwischen der Schwenkachse und dem Werkzeug
ist, desto kleiner ist der Bewegungsradius des Werkzeugs bei der Schwenkbewegung.
Allerdings kann die Schwenkachse auch nicht beliebig nahe an dem
Werkzeug angeordnet werden, da der Raum um das Werkzeug herum möglichst
frei bleiben sollte. Nur dann ist sichergestellt, daß das Werkzeug
das Werkstück
in allen Lagen ohne Behinderung durch eine für die Verschwenkbarkeit erforderliche
Schwenkeinrichtung erreichen und bearbeiten kann. Vorzugsweise befindet sich
deswegen eine derartige Schwenkeinrichtung in unmittelbarer Nähe zu einer
Stirnfläche
des Spindelgehäuses
oder schließt
sogar bündig
mit dieser ab.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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1 eine
Seitenansicht wichtiger Baugruppen einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
in vereinfachter schematischer Darstellung;
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2 die
Werkzeugmaschine aus 1 mit verschwenkter Werkzeugspindel;
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3 eine
Seitenansicht eines Spindelgehäuse
der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine, in der unterschiedliche
Anordnungen einer Schwenkachse angedeutet sind;
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4a und 4b Bewegungsbahnen
von Werkzeugen beim Verschwenken für die beiden in 3 gezeigten
Anordnungen der Schwenkachse;
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5a bis 5d eine
Draufsicht auf die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine
in vereinfachter schematischer Darstellung, in der eine Multifunktionsplattform
mit mehreren Haltern in unterschiedlichen Drehpositionen erkennbar
ist;
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6 die
in 1 gezeigte Werkzeugmaschine in einer perspektivischen
Darstellung, bei der 5a entsprechend ein stangenförmiges Werkstück zwischen
einer NC-Drehspindel und einer Pinole gehalten ist;
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7 die
in 6 gezeigte Werkzeugmaschine in einer Vorderansicht;
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8 die
in 1 gezeigte Werkzeugmaschine in einer perspektivischen
Darstellung, bei der 5b entsprechend ein stangenförmiges Werkstück von einer
NC-Drehspindel und
einer Lünette gehalten
ist;
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9 die
in 8 gezeigte Werkzeugmaschine in Draufsicht;
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10 die
in 1 gezeigte Werkzeugmaschine in einer perspektivischen
Darstellung, bei der 5d entsprechend ein stangenförmiges Werkstück von einer
NC-Drehspindel und
einem um 180° gewendeten
Kraftspannbock gehalten wird.
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1 zeigt
in schematischer vereinfachter Darstellung wichtige Baugruppen einer
erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
die insgesamt mit 10 bezeichnet und als Fahrständermaschine
ausgebildet ist. Auf einem Maschinenbett 12 ist eine NC-Drehspindel 14 befestigt,
in der lediglich schematisch Spannbacken 16 sowie ein mit
einer nicht dargestellten Steuerung der Werkzeugmaschine verbundener
Drehgeber 18 angedeutet sind. Mit Hilfe der NC-Drehspindel beziehungsweise
erstem Halter 14 läßt sich
ein in die Spannbacken 16 eingespanntes stangenförmiges Werkstück 20 in
eine Drehung um eine mit 17 angedeutete Längsachse
versetzen, wie dies in 1 durch einen Pfeil 19 angedeutet
ist. Die Drehfrequenz ist dabei so hoch – vorzugsweise mehrere Tausend
Umdrehungen pro Minute –,
daß das
Werkstück 20 auf
der Fahrständermaschine
nicht nur einer Fräs-
und Bohrbearbeitung unterzogen, sondern auch drehbearbeitet werden
kann. Der Drehgeber 18 erfaßt die Winkellage des Werkstücks 20,
wodurch eine präzise
Winkelorientierung des Werkstücks 20,
wie sie etwa von herkömmlichen NC-Rundtischen
her bekannt ist, ermöglicht
wird. Das Werkstück 20 läßt sich
auf diese Weise winkelgenau zustellen, um an seiner Umfangsfläche die
für eine
Fahrständermaschine üblichen
Fräsarbeiten u.ä. durchführen zu
können.
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Die
Bearbeitung des Werkstücks 20 erfolgt mit
einem Werkzeug 22, das in einer Werkzeugaufnahme 24 einer
Werkzeugspindel 26 aufgenommen ist. Die Werkzeugspindel 26 ist
zusammen mit einem in 1 nur schematisch angedeuteten
Antrieb 28 in einem Spindelgehäuse 30 aufgenommen.
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Die
Werkzeugspindel 26 ist mit dem Spindelgehäuse 30 verschwenkbar
an einem Fahrständer 32 befestigt,
der in alle drei Raumrichtungen, d.h. in der Höhe Z sowie in beiden horizontalen
Raumrichtungen X und Y verfahrbar ist. Die Verschwenkbarkeit des
Spindelgehäuses 30 gegenüber dem
Fahrständer 32 wird
durch eine Schwenkeinrichtung 38 ermöglicht, die bspw. eine sich über die
gesamte Ausdehnung des Spindelgehäuses 30 in Y-Richtung
erstreckende Schwenkwelle aufweisen kann. Die Schwenkeinrichtung 38 legt
eine Schwenkachse 40 fest, die in Y-Richtung, d.h. senkrecht
sowohl zur Längsachse 17 des
Werkstücks 20 als
auch zu einer Spindelachse 42 verläuft, um die herum die Werkzeugspindel 26 durch
den Antrieb 28 in Drehung versetzt wird.
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Die
Werkzeugmaschine 10 weist ferner einen Träger 44 auf,
der um eine zu der vertikalen Längsachse 17 des
Werkstücks 20 senkrechte
Achse 46 motorisch gedreht werden kann, wie dies in 1 durch
eine Pfeil 48 angedeutet ist. Der Träger 44 ist hierzu über ein
Gelenk mit einem Reiter 50 verbunden, der auf in 1 nicht
erkennbaren Schienen geführt
ist, so daß er
in X-Richtung motorisch
verfahren werden kann, wie dies durch einen Pfeil 52 angedeutet
ist.
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Auf
dem Träger 44 sind
drei zweite beziehungsweise weitere Halter 54, 56 und 58 angeordnet, die
in der Art eines Gegenlagers das Werkstück 20 halten oder abstützen. Nähere Einzelheiten
zu den Haltern 54, 56 und 58 werden weiter
unten anhand der 5a bis 5d erläutert.
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Bei
einer auf der Fahrständermaschine 10 ebenfalls
möglichen
Drehbearbeitung des Werkstücks 20 wird
dieses von der NC-Drehspindel 14 in Drehung
versetzt, während
ein geeignetes Werkzeug 22, z.B. ein Drehmeißel, das
Werkstück 20 profiliert. Die
Werkzeugspindel 26, in die dieses Werkzeug eingespannt
ist, ist zu diesem Zweck arretiert, so daß sie sich nicht drehen kann.
Der Fahrständer 32 bewegt sich
dabei mit der daran befestigten Werkzeugspindel 26 sowohl
in Z- als auch in X-Richtung. Bei anderen spanabhebenden Bearbeitungen,
z.B. Bohren oder Fräsen
auf der Umfangsfläche
des Werkstücks 20,
wird dieses mit Hilfe der NC-Drehspindel 14 zunächst in
die gewünschte
Winkellage überführt und anschließend mit
einem geeigneten Werkzeug 22 bearbeitet, das durch die
Werkzeugspindel 26 in Drehung versetzt wird.
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Falls
das Werkstück 20 an
seiner Stirnfläche 60 bearbeitet
werden soll, wird das Spindelgehäuse 30 um
die Schwenkachse 40 so weit geschwenkt, bis die Werkzeugspindel 26 die
gewünschte
Winkellage zu der Längsachse 17 des
Werkstücks 20 eingenommen
hat.
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2 zeigt
die Werkzeugmaschine 10 mit einem derart verschwenkten
Spindelgehäuse 30.
Um die Stirnfläche 60 des
Werkstücks 20 aus
der in 1 gezeigten Position erreichen zu können, ist
der Fahrständer 32 außerdem in
X- und auch in Z-Richtung
verfahren worden. Bei der in 2 gezeigten Bearbeitungsposition
ist das Spindelgehäuse 30 gegenüber seiner
in 1 dargestellten Vertikallage um 90° verschwenkt
worden, so daß das
Werkzeug 22 senkrecht an der Stirnfläche 60 des Werk stücks 20 angreifen
kann. Bei größeren Schwenkwinkeln
als 90° kann
das Werkzeug 22 auch unter das Werkstück 20 gelangen, was
etwa dann zweckmäßig ist, wenn
das Werkstück 20 nicht
um seine Längsachse 17 gedreht
werden kann oder anstelle einer NC-Drehspindel 14 ein einfacher
Spannbock als Halter verwendet wird.
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Bei
der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine 10 ist die
Schwenkachse 40 versetzt zu der Spindelachse 42 angeordnet
und schneidet diese somit nicht. In 3, die das
Spindelgehäuse 30 mit
der Schwenkeinrichtung 38 zeigt, ist dieser Versatz mit
d bezeichnet; ferner ist dort gestrichelt eine alternative Anordnung
einer Schwenkeinrichtung 38' angedeutet,
bei der die Schwenkachse 40' die
Spindelachse 42 schneidet. In Abhängigkeit davon, ob die Schwenkachse 40 die
Spindelachse 42 schneidet oder nicht, ergeben sich unterschiedliche
Bewegungsbahnen für
das Spindelgehäuse 30 und
insbesondere für
das in der Werkzeugspindel 26 aufgenommene Werkzeug 22.
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Diese
Bewegungsbahnen sind in den 4a und 4b dargestellt.
Bei der in 4a gezeigten Werkzeugmaschine
ist die Schwenkachse 40 gegenüber der Spindelachse 42 um
den Abstand d versetzt, wie dies auch in 1 der Fall
ist. Die Spitze des Werkzeugs 22 beschreibt beim Übergang
zwischen einer vertikalen zu einer horizontalen Lage (vgl. 1 und 2)
einen Abschnitt einer Kreisbahn 62. Bei dieser Schwenkbewegung
legt die Spitze des Werkzeugs 22 in der Vertikalen Z insgesamt eine
Strecke s zurück.
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4b zeigt
eine Werkzeugmaschine, bei der die Schwenkachse 40' die Spindelachse 42 schneidet.
Die Spitze des Werkzeugs 22 beschreibt dabei ebenfalls
einen Abschnitt einer Kreisbahn 62', deren Radius jedoch etwas kleiner
ist als derjenige der Kreisbahn 62. Aus einem Vergleich
der 4a und 4b geht
hervor, daß die
Strecke s', die
die Spitze des Werkzeugs 22 in der Vertikalen Z in diesem
Fall zurücklegt,
größer ist
als die Strecke s, die bei überschneidungsfreier
Anordnung von Schwenkachse 40 und Spindelachse 42 in
Z-Richtung zurückzulegen
ist. Soll also das Werkstück 20 in
einer Raumrichtung und anschließend
senkrecht dazu von dem Werkzeug 22 bearbeitet werden, so
erfordert die in 4a gezeigte Werkzeugmaschine
einen geringeren Verfahrweg des Fahrständers 32 in der Vertikalen
(Z-Richtung), als dies bei der Werkzeugmaschine nach 4b der
Fall ist. Aufgrund dieses geringeren Verfahrweges läßt sich
die Bauhöhe
der Werkzeugmaschine insgesamt verringern.
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Aus 3 geht
außerdem
hervor, daß sich die
Schwenkachse 40 im vorderen Viertel des Spindelgehäuses 30,
d. h. möglichst
nahe bei dem Werkzeug 22, befindet. Diese Maßnahme trägt dazu
bei, den Radius der Kreisbahn 62 und damit die erforderlichen
Verfahrwege für
den Fahrständer 32 klein
zu halten. Wie in 3 erkennbar ist, sollte die Schwenkachse 40 allerdings
auch nicht zu nahe an dem Werkzeug 22 angeordnet sein,
da die Schwenkeinrichtung 38 ansonsten bei der Bearbeitung
des Werkstücks 20 im
Wege sein kann.
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Die 5a bis 5d zeigen
die Werkzeugmaschine 10 in Draufsicht, wobei der Fahrständer 32 mit
dem daran befestigten Spindelgehäuse 30 nicht dargestellt
ist. In der Draufsicht erkennbar sind insbesondere die NC-Drehspindel 14 mit
dem darin gehaltenen Werkstück 20 sowie
der Träger 44,
der auf Schienen 64 und 66 in der mit 52 angedeuteten X-Richtung
verfahrbar ist.
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Auf
dem Träger 44 sind
die drei Halter 54, 56 und 58 exzentrisch
zu der senkrechten Achse 46 angeordnet. Die Anordnung erfolgt
dabei so, daß bei Verdrehen
des Trägers 44 um
die senkrechte Achse 46 die Halter 54, 56 und 58 in
ihrer jeweiligen Bearbeitungsstellung koaxial zu der NC-Drehspindel 14 bzw.
zu dem darin gehaltenen Werkstück 20 ausgerichtet
werden.
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Der
Halter 54, der in 5a in
Funktionsstellung ist, ist als Pinole mit einem Dorn 68 ausgeführt, der
das Werkstück 20 an
seiner Stirnfläche 60 hält, wie
dies bspw. bei einer Drehbearbeitung zur Zentrierung zweckmäßig ist.
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Der
Halter 56, der in 5b in
Funktionsstellung ist, ist als Lünette
ausgebildet, durch die das Werkstück 20 hindurchgeführt werden
kann. Die Lünette 56 stützt das
Werkstück 20 dabei
so ab, daß auch
mit größeren Schneidkräften eine
Bearbeitung in der Nähe
der Lünette 56 möglich ist,
ohne daß auftretende
Biegekräfte
zu einer Verformung des Werkstücks 20 führen. Durch
Verfahren des Trägers 44 in Richtung
des Pfeils 52 kann das Werkstück 20 dort abgestützt werden,
wo eine Bearbeitung vorgenommen werden soll. Auf diese Weise wird
das Werkstück 20 stets
kurz abgestützt.
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Der
Halter 58, der in den 5c koaxial
zu der NC-Drehspindel 14 und in 5d parallel
hierzu ausgerichtet ist, ist als Kraftspannbock ausgebildet, der
hydraulisch betätigbare
Spannbacken 70 und 72 aufweist. Mit Hilfe des
Kraftspannbocks 58 kann ein Werkstück 20 fest fixiert
werden, wie dies bei Bohr- und
Fräsarbeiten
in der Regel erforderlich ist. Der Kraftspannbock 58 kann
außerdem
dazu verwendet werden, den Vorschub des Werkstücks 20 in der X-Richtung
zu bewirken. Auf diese Weise können auch
längere
Werkstücke
sukzessive bearbeitet werden.
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Zum
Wenden des Werkstückes 20 wird
dieses zunächst
an der durch einen Pfeil 74 in 5c gekennzeichneten
Stelle durch Sägen
oder Fräsen durchtrennt.
Anschließend
wird der Träger 44 mit
den darauf befestigten Haltern in Richtung eines Pfeiles 76 um
180° gedreht,
wodurch auch das nach wie vor in dem Kraftspannbock 58 fixierte
Werkstückteil 20' verschwenkt
wird. Das Werkstückteil 20' geht dabei in
die in 5d dargestellte Lage über. In
dieser gewendeten Lage kann das Werkstückteil 20' auch an seiner
vorher zu der NC-Drehspindel 14 weisenden Seite bearbeitet
werden. Der Kraftspannbock 58 hat somit zwei Bearbeitungsstellungen,
nämlich
eine koaxial zu dem ersten Halter und eine zweite parallel hierzu.
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Selbstverständlich kann
ein Werkstück 20 auch
ohne vorhergehendes Trennen gewendet werden. Es ist dann lediglich
soweit durch Verfahren des Trägers 44 in
der X-Richtung 52 aus der NC-Drehspindel 14 herauszuziehen,
daß es
nicht mehr von dieser gehalten wird. Anschließend kann das Werkstück 20 dann
wie soeben beschrieben durch Drehen des Trägers 44 um die senkrechte
Achse 46 gewendet werden. Je nach Art der Bearbeitung genügt u.U. auch
eine Drehung des Trägers 44 um
weniger als 180°,
z.B. um 90°.
Selbst dann wird aber auch die Einspannstelle bzw. Trennstelle einer
Bearbeitung zumindest teilweise zugänglich.
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Der
Träger 44 stellt
somit eine Multifunktionsplattform dar, auf der Halter mit unterschiedlichen Funktionen
durch einfaches Drehen um die senkrechte Achse 46 in eine
Arbeitsposition überführt werden
können.
Zusammen mit der Verfahrbarkeit des Trä gers 44 in der X-Richtung 52 ergeben
sich dadurch vielfältige
Bearbeitungsmöglichkeiten
für das Werkstück 20.
Vorzugsweise sind die Halter 54, 56 und 58 lösbar an
dem Träger 44 befestigt,
so daß sie gegen
Halter mit anderen Funktionen ausgetauscht werden können.
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Die 6 und 7 zeigen
in einer perspektivischen Darstellung bzw. in einer Vorderansicht die
Werkzeugmaschine 10 in der in 5a gezeigten Bearbeitungsposition.
In dieser Darstellung sind zahlreiche zusätzliche konstruktive Einzelheiten
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 10 erkennbar,
z.B. eine automatische Vorschubeinrichtung 78 zum Verfahren
des Trägers 44.
Die 6 und 7 zeigen die Werkzeugmaschine 10 bei
der Bearbeitung eines zylindrischen Werkstücks 20, das in die NC-Drehspindel 14 eingespannt
und an seinem freien Ende mit Hilfe des Dorns 68 der Pinole 54 zentriert ist.
Bei dem Werkzeug 22 handelt es sich in diesem Fall um einen
Drehmeißel.
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Die 8 und 9 zeigen
in einer perspektivischen Darstellung bzw. in Draufsicht die Werkzeugmaschine 10 in
der in 5b gezeigten Bearbeitungsposition.
Das zylindrische Werkstück 20 wird hier
von der NC-Drehspindel 14 und der Lünette 56 gehalten.
Um die Werkzeugmaschine 10 aus der in den 6 und 7 dargestellten
Bearbeitungsposition in die hier dargestellte zu überführen, wird
der Träger 44 zunächst zurückgefahren,
dann um 180° um
die senkrechte Achse 46 gedreht und schließlich wieder
zu der NC-Drehspindel 14 hin verfahren. Bei der Drehbearbeitung
mit Hilfe des Werkzeugs 22 kann der Träger 44 mit der darauf
befestigten Lünette 56 synchron
und parallel zu dem Fahrständer 32 verfahren
werden, so daß stets
eine kurze Abstützung des
Werkstücks 20 gewährleistet
ist.
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10 zeigt
die Werkzeugmaschine 10 in einer perspektivischen Darstellung
in einer Bearbeitungsposition, die der in 5d dargestellten
entspricht. Die nach dem Wenden des Werkstücks 20 zugänglich gewordene
Stirnfläche
wird hier von einem Werkzeug 22 bearbeitet, wobei das Spindelgehäuse gegenüber der
in 8 gezeigten Lage um ca. 80° verschwenkt wurde.