DE102004006757B4

DE102004006757B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102004006757B4
Application number: DE102004006757A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: STEINHILBER, HEKTOR, 72116 MOESSINGEN, DE
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DE102004006757A1

Abstract

Werkzeugmaschine zur flexiblen Serienbearbeitung und Handhabung von Werkstücken und Werkzeugen mit einer oder mehreren in mindestens drei Raumachsen verfahrbaren Bearbeitungseinheit(en), mit einem drehbaren Werkstückwendespanner, einem an der Spindel angeordneten Greifer und mit einem Werkzeugmagazin dadurch gekennzeichnet, dass in der Raumachse der Werkzeugmaschine sowohl eine Längsachse des Werkstückwendespanners (9) als auch eine Drehachse (23) eines Werkzeugscheibenmagazins (11) angeordnet ist, dass der Werkstückwendespanner (9) hängend ausgebildet ist für eine Mehrseitenbearbeitung der Werkstücke (14), dass an der Spindel der Werkzeugmaschine ein Greiferschlitten (7) für die Zustellbewegung des Greifers angeordnet ist, dass von einem externen Speicher (25) Werkstücke (14), Werkzeuge (18) und Vorrichtungspaletten (13) in die Werkzeugmaschine eingewechselt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US Patentschrift 4,947,538 von welchem der Patentanspruch im Oberbegriff 1 ausgeht, ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der ein zustellbarer Werkstückgreifer am Querschlitten der Bearbeitungseinheit angeordnet ist. Die Zustellbewegung des Greifers ist wegen der Anbringung am Querschlitten jedoch als gesteuerte Handhabungsachse auszuführen. Die Verfahrbewegungen der Bearbeitungseinheit können somit nicht in allen drei Raumachsen für Handhabungsaufgaben genutzt werden. Darüber hinaus muss trotz der vertikalen Zustellbewegung ein erweiterter Verfahrbereich der Querachse vorgesehen werden, welcher für Bearbeitungsoperationen gesperrt ist, um den Greifer während der Bearbeitung außerhalb des Kollisionsbereichs von Arbeitsspindel und Werkstück zu halten. Auch ergibt sich mit der gewählten Anordnung des Greifers ein großer Abstand von der Bearbeitungsposition zur Greifposition, wodurch eine sehr lange Längsachse erforderlich wird. Außerdem ist eine einfache Abschottung des Arbeitsraums nur mit großem Aufwand zu realisieren, weil der Greifer einen zusätzlichen seitlichen Kollisionsbereich darstellt.

Aus US 4, 637, 107 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die ebenfalls einen Werkstückgreifer an einem Querschlitten aufweist. Hier gelten die gleichen Nachteile wie bei der vorgenannten Lösung.

Aus verschiedenen Veröffentlichungen sind Stangenbearbeitungsmaschinen bekannt, welche Werkstückgreifer aus dem Werkzeugmagazin in die Bearbeitungsspindel einwechseln. Das Einwechseln eines Greifers kostet jedoch zusätzliche Wechselzeit und die Abmessungen und Gewichtsbelastungen der Greifer sind durch die Beschränkungen innerhalb des Werkzeugmagazins stark reduziert.

Aus DE 44 22 416 C1 ist weiterhin eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine hängende Schlitteneinheit am Ende der Längsachse in einen Übergabebereich für Werkstücke fährt. Bei dieser Lösung kann die Arbeitspindel jedoch keine Werkzeuge aus dem Übergabebereich entnehmen.

In DE 100 34 973 C2 wird eine Universalmaschine beschrieben, bei der das Werkzeugmagazin an der von den Werkstücken abgewandten Rückseite des Werkstückträgers angeordnet ist und gegebenenfalls mit dem Werkstück mitdrehen kann. Diese Anordnung erlaubt die Integration der Werkstückhandhabungsbewegung nur bei einem eingeschränkten Werkstückspektrum. Schlanke, lange Werkstücken können beispielsweise nicht bearbeitet werden.

In US 4,484,387 wird ein Monoblockmaschinenbett gezeigt, welches an der Front und an den Seiten Führungen für Bearbeitungseinheiten aufweist. Diese Anordnung ist nicht für die Integration von Handhabungsaufgaben gedacht.

Aus EP 0 953 403 B1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, deren Monoblockmaschinenbett Führungen für Bearbeitungseinheiten an der Unterseite aufweist. Mit dieser Anordnung sind ebenfalls keine Handhabungsfunktionen ausführbar.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind vertikale Bearbeitungszentren mit Wendespannern bekannt, welche entweder auf einer starren Tischeinheit oder auf einer drehbaren Wechseleinheit angeordnet sind. Diese Anordnung behindert den Spänefall und führt zu einer Aufheizung des unten liegenden Betts. Da diese Betten nicht nur eine Gestellfunktion haben müssen sie sehr genau bearbeitet werden. Darüber hinaus ist eine Werkzeugmaschine des Herstellers Röders GmbH, Soltau bekannt, an welcher mit dem Spindelschlitten eine Greifereinheit zur Handhabung von Vorrichtungspaletten angedockt wird. Dadurch, dass der Greifer aus Kollisionsgründen während der Bearbeitung zwischengelagert werden muss, führt der Andockvorgang zu einer Verlängerung der Palettenwechselzeiten. Das Magazin für Werkstücke und Werkzeuge besteht aus zwei übereinander angeordneten Speicherscheiben, die gemeinsam drehen. Wegen der schweren Vorrichtungspaletten im unteren Magazin kann auch das darüber angeordnete Werkzeugmagazin nur langsam drehen. Dies führt zu langen Werkzeugwechselzeiten. Da der Zugriff von oben auf die untere Vorrichtungsspeicherscheibe durch die zweite Speicherscheibe verhindert wird, lässt sich auch keine direkte Beladung von im Magazin gespeicherten Werkstücken realisieren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu finden mit der eine Werkzeugmaschine für die flexible Serienbearbeitung konzipiert wird, welche auch für Handhabungsaufgaben geeignet ist, wobei zum Wechseln und Handhaben von Werkstücken, Vorrichtungen und Werkzeugen keine zusätzlichen gesteuerten Achsen vorgesehen sind, auch sollen die entsprechenden Greif- oder Magazineinrichtungen durch die vorhandenen Hauptachsen positioniert werden, wobei auch Werkstückmehrfachgreifer zum Einsatz kommen sollen und außerdem soll sich ein klar strukturierter Arbeitsraum mit kostengünstiger Späneabdeckung ergeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Kern der Erfindung ist demnach, dass in der Raumachse der Werkzeugmaschine sowohl eine Längsachse des Werkstückwendespanners als auch eine Drehachse eines Werkzeugscheibenmagazins angeordnet ist, dass der Werkstückwendespanner hängend ausgebildet ist für eine Mehrseitenbearbeitung der Werkstücke, dass an der Spindel der Werkzeugmaschine ein Greiferschlitten für die Zustellbewegung des Greifens angeordnet ist und, dass vor einem externen Speicher Werkstücke, Werkzeuge und Vorrichtungspaletten in die Werkzeugmaschine eingewechselt werden.

Vorzugsweise soll ein Werkzeugscheibenmagazin, dessen Werkzeuge 'spießig' zum Zentrum der Drehachse des Werkstückwendespanners angeordnet sind, mit der Antriebsseite der Drehachse des Wendespanners gekoppelt werden, wodurch sich bei Drehung des Wendespanners auch das Magazin dreht. Zum Werkzeugwechsel im Pick-Up-Modus verfährt die Bearbeitungseinheit der Maschine in den Übergabebereich des Werkzeugmagazins. Dieser Bereich ist mit einem Späneschutz gekapselt und für Bearbeitungsoperationen gesperrt.

Der generelle Vorteil bei Verwendung einer derartigen Kombidrehachse besteht im Wegfall der separaten Drehachse des Werkzeugmagazins.

Die Spindelanordnung der Bearbeitungseinheit kann horizontal oder vertikal sein. Bei horizontaler Anordnung können zwei gegenüberliegende Bearbeitungseinheiten auf einen gemeinsamen Werkstückwendespanner und dessen Werkzeugmagazin zugreifen. Der Vorrichtungsbalken des Wendespanners muss hierzu im Zentrum der Drehachse angeordnet sein, damit eine gleichzeitige Bearbeitung an der Front- und Rückseite möglich ist.

Der Greifer für Werkstücke am Spindelschlitten der Bearbeitungseinheit ist zustellbar ausgeführt. Die Zustellbarkeit ist besonders wichtig, weil zur Reduzierung der Werkstückwechselzeiten vorzugsweise Mehrfachgreifer verwendet werden, welche einen relativ großen Platzbedarf aufweisen, wodurch in direkter Spindelnähe eine entscheidende Kollisionsproblematik auftreten würde. Eine pneumatische Verschiebeeinrichtung für den Greifer ist an der von den Führungen des Spindelschlittens abgewandten Seite angeordnet. Der Greifer kann dort auch durch Klappen oder Drehen zugestellt werden. Zum Ausführen von Handhabungsaufgaben wird die Zustellbewegung des Greifers in einer vorderen Endlage auf Anschlag gebracht. Anschließend kann der Greifer mit den Verfahrachsen der Maschine positioniert werden wie ein herkömmlicher Robotergreifer. Je nach Ausführung der Greiferzangen können Vorrichtungsträger oder Werkstücke gegriffen werden. Auch kombinierte Greifer sind denkbar. Da der Greifer nicht langwierig angedockt werden muss, entstehen relativ kurze Werkstückwechselzeiten. Außerdem ergibt sich eine große Gestaltungsfreiheit bei Werkstückmehrfachgreifern, weil die Anordnung des Greifers an der Frontseite des Spindelschlittens dazu führt, dass der Greifer in seiner zurückgezogenen Position weder mit Abdeckungen noch mit Vorrichtungselementen kollidiert. Auf diese Weise ist der Spindelhals des Spindelschlittens während der Bearbeitung grundsätzlich Kollisionsfrei.

Da der Werkstückwendespanner direkt an das Maschinenbett angeflanscht ist, ergeben sich ein günstiger Kraftfluss und ein optimaler Spänefall.

Am Maschinenbett müssen lediglich die Längsführungen der Bearbeitungseinheit und die Aufnahmen für den Wendespanner bearbeitet werden. Dies führt zu einer Reduzierung der Fertigungskosten.

Das Ausgießen mit Beton macht die Gestaltung des Maschinenbettes in Form einer balkenförmigen Traverse möglich.

Die Gesamtkonfiguration der Maschine ermöglicht sowohl den selbsttätigen Auftragswechsel als auch das unbemannte Bearbeiten in der dritten Schicht, obwoh die Maschine nicht teurer ist als ein vergleichbares herkömmliches Bearbeitungszentrum mit Werkzeugmagazin und Palettenwechsler.

In der zweispindligen Ausführung ergibt sich zusätzlich noch der Vorteil, dass bei Kostengleichheit zu anderen Zweispindlern die Positionen der Spindeleinheiten in allen drei Raumachsen unabhängig voneinander korrigiert werden können.

Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 Isometrische Darstellung der einspindligen Maschine mit Rundspeicher
2 Isometrische Darstellung des Werkstückwendespanners
3 Isometrische Darstellung der zweispindligen Maschine mit Ovalspeicher
4 Isometrische Darstellung der zweispindligen Maschine (schräg, von unten)
5 Schwenkbarer Werkstückmehrfachgreifer
Am balkenförmigen Maschinenbett (1) wird auf einem Längsschlitten (2) ein Querschlitten (3) und ein Spindelschlitten (5) geführt. An der von den Führungen (4) des Spindelschlittens (5) abgewandten Seite ist ein Werkstückgreifer (6) zustellbar angeordnet. Die Zustellbewegung kann durch einen verfahrbaren Greiferschlitten (7) oder durch einen Klappgelenk (8) oder einen Schwenkgelenk (27) erfolgen. Mit dem Werkstückgreifer (6) können entweder Vorrichtungspaletten (13) oder Werkstücke (14) gegriffen werden.
Am Maschinenbett ist ein Werkstückwendespanner (9) angeordnet, in dessen Antriebsseite (10) ein Werkzeugscheibenmagazin (11) integriert ist, welches sich gemeinsam mit dem Vorrichtungsbalken (12) des Werkstückwendespanners (9) dreht. An der Gegenlagerseite (15) des Werkstückwendespanners (9) ist der Übergabebereich (19) eines externen Speichers (25) für Vorrichtungspaletten (13) Werkstückpaletten (16) und Werkzeugkassetten (17) vorgesehen. Zwischen dem internen Werkzeugscheibenmagazin (11) und dem externen Speicher (25) sind kurze Wege zurückzulegen, wodurch während der Bearbeitung sowohl aus dem externen als auch aus dem internen Bereich Werkzeuge (18) aufgerufen werden können.
Nach der Bearbeitung eines Werkstücks (14) wird das zuletzt aufgerufene Werkzeug (18) im Werkzeugscheibenmagazin (11) abgelegt und währenddessen eine Werkstückpalette (16) im Übergabebereich (19) des externen Speichers (25) positioniert. Daraufhin wird der Werkstückgreifer (6) zugestellt und durch Verfahren des Spindelschlittens (5) in eine Greifposition zum Werkstück (14), welches sich auf dem Vorrichtungsbalken (12) des Werkstückwendespanners (9) befindet, gebracht. Nachdem das Werkstück (14) gegriffen wurde, wird es durch Verfahrbewegungen von Spindelschlitten (5), Querschlitten (3) und Längsschlitten (2) auf der im Übergabebereich (19) des externen Speichers (25) wartenden Werkstückpalette (16) abgelegt. Ein neues Rohteil wird dann entnommen und auf dieselbe Weise wieder auf dem Vorrichtungsbalken (12) gespannt.
Auf dem Vorrichtungsbalken (12) können auch standardisierte Vorrichtungspaletten (13) gespannt werden. Mit einem geeigneten Werkstückgreifer (6) können die Vorrichtungspaletten (13) gleichermaßen gewechselt werden. Durch Bestückung der unterschiedlichen Paletten und Kassetten in einem Rüstbereich (20) ist so ein automatischer und hauptzeitparalleler Auftragswechsel sowie ein automatischer bedienungsarmer Betrieb der Maschine möglich.
Das balkenförmige Maschinenbett (1) ruht auf einem einfachen Schweißgestell (21) welches vorzugsweise aus zwei Säulen besteht. Auf dem Schweißgestell (21) kann das balkenförmige Maschinenbett (1) auch so angeordnet werden, dass die Aufnahmen des Werkstückwendespanners (9) an der Gegenlagerseite (15) und an der Antriebsseite (10) nicht nach vorne hängen, sondern nach unten weisen. Mit dieser Anordnung ergibt sich die Möglichkeit zwei Spindelschlitten (6a, b) gegenüberliegend am balkenförmigen Maschinenbett (1) anzuordnen. Beide Spindelschlitten (5a, b) greifen auf dasselbe Werkzeugscheibenmagazin (11) zu, indem jeweils die Hälfte der Scheibe einer Bearbeitungseinheit zugeordnet wird. Auch die beiden Werkstückgreifer (6a, b) greifen auf denselben externen Speicher (25) zu.
Da das balkenförmige Maschinenbett sehr schlank ausgeführt ist, wird es vorzugsweise mit Beton ausgegossen.
Der externe Speicher (25) kann beispielsweise als Rundspeicher oder als Ovalband ausgeführt sein.
Damit die Zustellung von Werkstückgreifern (6), welche mehrere Werkstücke (14) gleichzeitig halten, möglich wird, kann auch ein Schwenkgelenk (27) vorgesehen werden, an dem der Werkstückgreifer (6) aus der hinteren Ruhelage in seine Greifposition nach vorne in den Bereich neben der Spindelnase (24) geschwenkt wird. Gegenüber der verschiebbaren oder klappbaren Zustellbewegung bietet die Schwenkvariante den Vorteil, besonders breite Werkstückgreifer (6) in der Ruhelage nicht über die Breite des Spindelschlittens (5) hinausragen zu lassen. In der Ruhelage ergibt sich auf diese Weise auch bei Verwendung von Mehrfachgreifern während des Zerspanungsprozesses keine Kollision des Greifers mit Elementen des Werkstückwendespanners, des Werkzeugmagazins, der Vorrichtungselemente oder mit dem Werkstück.
Die Späneabschottung ist mit geeigneten Abstreifern ausgestattet. Aus dieser geraden Wand (26) ragt der Querschlitten (3) heraus, auf welchem der Werkstückgreifer (6) an der den Führungen gegenüberliegenden Seite aufgesetzt ist. Im Vergleich zu einer seitlichen Greiferanordnung am Querschlitten mit entsprechend notwendigen Aussparungen oder Klappen für den Greifer wird auf diese Weise eine Verlängerung der Längsachse vermieden und ein klar strukturierter Arbeitsraum ohne Spänenester geschaffen..

Claims

Werkzeugmaschine zur flexiblen Serienbearbeitung und Handhabung von Werkstücken und Werkzeugen mit einer oder mehreren in mindestens drei Raumachsen verfahrbaren Bearbeitungseinheit(en), mit einem drehbaren Werkstückwendespanner, einem an der Spindel angeordneten Greifer und mit einem Werkzeugmagazin dadurch gekennzeichnet, dass in der Raumachse der Werkzeugmaschine sowohl eine Längsachse des Werkstückwendespanners (9) als auch eine Drehachse (23) eines Werkzeugscheibenmagazins (11) angeordnet ist, dass der Werkstückwendespanner (9) hängend ausgebildet ist für eine Mehrseitenbearbeitung der Werkstücke (14), dass an der Spindel der Werkzeugmaschine ein Greiferschlitten (7) für die Zustellbewegung des Greifers angeordnet ist, dass von einem externen Speicher (25) Werkstücke (14), Werkzeuge (18) und Vorrichtungspaletten (13) in die Werkzeugmaschine eingewechselt werden.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellbewegung des Werkstückgreifers (6) eine Linearbewegung, eine Schwenkbewegung oder eine Klappbewegung ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Speicher (25) als Rundspeicher oder als Umlaufspeicher ausgeführt ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbett (1) mit Beton ausgegossen ist und auf einem unbearbeiteten Schweißgestell (21) montiert ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschottung des Arbeitsraums durch eine gerade Wand (26) beschrieben wird, aus welcher der Spindelschlitten (5) mit dem Werkstückgreifer (6) herausragt.