DE102004019924B4

DE102004019924B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102004019924B4
Application number: DE200410019924
Authority: DE
Inventors: Achim Dipl.-Ing. Pönisch; Dieter Dipl.-Ing. Neubert; Eberhard Dr.-Ing. Schoppe; Frank Dipl.-Ing. Weirauch; Daniel Dipl.-Ing. Schlieder (FH); Heino Dipl.-Ing. Kemter
Original assignee: StarragHeckert GmbH
Current assignee: StarragHeckert GmbH
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: DE102004019924A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit wenigstens einer Arbeitsspindel zur Aufnahme von Werkzeugen für die Bearbeitung von in einem Arbeitsraum befindlichen Werkstücken, mit einem Maschinengestell, in/an dem in x-, y- und z-Richtung verfahrbare, diese Bewegungen an die Arbeitsspindel übertragende, Schlitten angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist das Maschinengestell (1) als ein geschlossener Hohlquader ausgebildet, wobei an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten des hohlquaderförmigen Maschinengestells (1) je ein in y- oder in z-Richtung angeordnetes Führungsteil (10) zur beidseitigen Aufnahme eines sich in x-Richtung erstreckenden Querträgers (8) angeordnet ist, und sich an dem Querträger (8) ein in x-Richtung verfahrbarer, die Arbeitsspindel (6) tragender Schlitten (7) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit wenigstens einer Arbeitsspindel zur Aufnahme von Werkzeugen für die Bearbeitung von in einem Arbeitsraum befindlichen Werkstücken, mit einem hohlquaderförmig ausgebildeten Maschinengestell, in dem in x-, y- und z-Richtung verfahrbare, diese Bewegungen an die Arbeitsspindel übertragende, Schlitten angeordnet sind.

Aus der DE 101 19 175 A1 ist eine zweispindelige Werkzeugmaschine bekannt, die ein Maschinengestell aufweist, an dem zwei Schlitten in x- und in z-Richtung verfahrbar angeordnet sind. Die beiden Schlitten tragen Spindelköpfe, die unabhängig voneinander bewegbar sind und jeweils ein Werkzeug tragen. Die Schlitten sind außerdem an einem Maschinenständer in y-Richtung verfahrbar. Im vorderen Bereich des Maschinengestells befindet sich wenigstens ein Werkstückträger, auf dem die zu bearbeitenden Werkstücke unmittelbar festgespannt werden. Die Werkstücke werden dabei abwechselnd durch je eines der Werkzeuge oder gleichzeitig bearbeitet.

Bei langen Verfahrwegen der Arbeitsspindel in z-Richtung kann es bei dieser Werkzeugmaschine zu Durchbiegungen der Arbeitsspindel und damit zu Fehlern bei der Bearbeitung kommen.

In der DE 203 01 126 U1 wird das Durchbiegen der Arbeitsspindel verhindert, indem das Werkzeug in z-Richtung unverschiebbar angeordnet ist. Es erfolgt dafür eine Verschiebung des Werkstücks in z-Richtung. Das Werkstück befindet sich dabei auf einem Werkstückträger, der im Arbeitsraum auf einem in z-Richtung verschiebbaren Schlitten angeordnet ist. Allerdings entstehen auch hier bei der Bearbeitung Kräfte (neben den Bearbeitungskräften wirken auch noch Massenträgheitskräfte beim Beschleunigen), die auf Grund der einseitigen Befestigung des Werkstücks ebenfalls zu "Durchbiegungen" und damit zu Fehlern bei der Bearbeitung führen können.

Diese Lösungen des Standes der Technik weisen einen relativ großen Abstand des Werkzeugs bzw. Werkstücks zu den Führungen/zu den Antrieben auf. Deshalb muss mittels einer schweren Bauweise und damit einer verminderten Dynamik eine hohe Steifigkeit der Werkzeugmaschine erreicht werden. Nachteilig ist außerdem die nach allen Seiten offene Anordnung der maschinenspezifischen Einrichtungen des bekannten Standes der Technik. Zum Schutz der Umgebung müssen diese Werkzeugmaschinen deshalb von einer zusätzlichen Schutzkabine umgeben werden.

In EP 0 816 012 A1 wird eine Werkzeugmaschine vorgestellt, deren Maschinengestell aus sechs Wandelementen besteht. Dadurch entsteht eine geschlossene, hohlquaderförmige Kastenkonstruktion mit einer relativ hohen Steifigkeit. Die Führungen der Verfahreinrichtungen sind dabei außerhalb des Maschinengestells angeordnet. Das kann sich nachteilig auf Dynamik und Steifigkeit der Maschine auswirken. Auch sind die an den Außenwänden angeordneten technischen Einrichtungen der Gefahr von Beschädigungen oder auch von Verschmutzungen ausgesetzt.

In DE 198 57 012 A1 wird eine Werkzeugmaschine beschrieben, die als Maschinengestell einen in sich geschlossenen Rahmen aufweist. Der Rahmen dient gleichzeitig als Werkstück- und Werkzeugträger und besteht aus zwei Seitenwänden sowie einem oberen und einem unteren waagerechten Querträger. An den hinteren Stirnseiten der beiden Querträger verlaufen jeweils waagerechte Führungen für einen x-Schlitten einer Schlitteneinheit, wobei an dem x-Schlitten senkrechte Führungen für einen y-Schlitten vorgesehen sind, an dem wiederum ein z-Schlitten in z-Richtung verfahrbar ist.

Sämtliche der Bewegung einer Arbeitsspindel in x-, y- und z-Richtung dienende Führungen befinden sich außerhalb des Maschinengestells, wodurch die gleichen Nachteile wie bei der weiter o.a. Werkzeugmaschine bestehen.

In DE 100 32 552 A1 ist ein Führungssystem für ein Koordinatenfahrwerk einer Werkzeugmaschine dargestellt, welches an zwei parallel zueinander ausgerichteten Seitenwänden innenliegend Führungen zur Aufnahme von in „Gantry-Bauweise" angeordneten und in eine Richtung verfahrbaren Brückenträgern besitzt. Das Maschinengestell weist hier nach oben frei stehende Seitenwände auf. Um ein Verbiegen der Seitenwände zu verhindern, wird eine in zwei Ebenen übereinander liegende, durch zwei Führungsschienen verwirklichte, Doppelführung eingesetzt. Dabei können die Brückenträger in den starr an den Seitenwänden angeordneten Führungsschienen eine Bewegung in nur eine Richtung durchführen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine zu entwickeln, bei der bei vorhandener Leichtbauweise und bei Einsatz eines flexibleren Führungssystems die Bearbeitungs- und Massenträgheitskräfte nur minimale Durchbiegungen erzeugen und somit eine hohe Steifigkeit und Dynamik bei kostengünstigem Aufbau erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten des hohlquaderförmigen Maschinengestells je ein in y- oder in z-Richtung angeordnetes Führungsteil vorgesehen, welche einen sich in x-Richtung erstreckenden Querträger beidseitig aufnehmen und eine Bewegung des Querträgers sowohl in y-Richtung als auch in z-Richtung ermöglichen wobei sich an dem Querträger ein in x-Richtung verfahrbarer, die Arbeitsspindel tragender Schlitten befindet.

Die Führungsteile weisen je einen in z-Richtung verfahrbaren Schlitten auf, der mit in y-Richtung verlaufenden Führungen zur beidseitigen Aufnahme des Querträgers versehen ist.

Die Führungsteile können aber auch je einen in y-Richtung verfahrbaren Schlitten aufweisen, der mit in z-Richtung verlaufenden Führungen zur beidseitigen Aufnahme des Querträgers versehen ist.

Der Arbeitsraum befindet sich dabei innerhalb des Maschinengestells. Das Maschinengestell weist lediglich Öffnungen für die Beschickung der Werkzeugmaschine auf. An den Innenseiten des Maschinengestells ist wenigstens ein Werkstücktisch befestigt.

Der Werkstücktisch wird vorzugsweise von einer Werkstückwippe aufgenommen, die um eine in x-Richtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar an den Innenseiten des Maschinengestells gelagert ist.

Die Werkstückwippe kann um einen Winkel > 180° schwenkbar sein, wodurch eine Überkopfbearbeitung möglich ist.

An den Innenseiten des Maschinengestells sind wenigstens eine Palettenwechseleinrichtung, eine Werkzeugwechseleinrichtung mit wenigstens einem Werkzeugmagazin und ein Späneförderer befestigt. Der Späneförderer ist dabei auf der geschlossenen Bodenplatte des hohlquaderförmigen Maschinengestells angeordnet.

Ein Bedientableau ist ebenfalls am Maschinengestell angebracht. Der in x-Richtung bewegbare Schlitten kann auch zwei Arbeitsspindeln aufnehmen, oder zwei in x-Richtung bewegbare Schlitten nehmen jeweils wenigstens eine Arbeitsspindel auf. Das Maschinengestell bildet gleichzeitig eine Arbeitsraumverkleidung und eine Schutzeinhausung für alle maschinenspezifischen Einrichtungen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit einer Arbeitsspindel in Vorderansicht
2: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit zwei Arbeitsspindeln in Vorderansicht
3: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit einer Arbeitsspindel in größerer Bauweise
4: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit zwei Arbeitsspindeln in Draufsicht
5: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in Seitenansicht
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist ein als Hohlquader ausgebildetes Maschinengestell 1 auf, das auf allen sechs Seiten geschlossen ist. Der Arbeitsraum mit wenigstens einem Werkstücktisch befindet sich dabei ebenfalls innerhalb des Maschinengestells 1. Der Werkstücktisch wird hier von einem Drehtisch 4, der um eine Drehtischachse B drehbar ist, gebildet. Bei einer 5-Seitenbearbeitung befindet er sich vorzugsweise auf einer schwenkbaren Werkstückwippe 2, die an den Innenseiten der beiden sich gegenüberliegenden senkrechten Seitenwände des Maschinengestells 1 um eine Schwenkachse A schwenkbar gelagert ist. Dabei können auch zwei Drehtische 4 auf der Werkstückwippe 2 angeordnet sein.
Ebenfalls an den sich gegenüberliegenden Innenseiten des Maschinengestells 1 sind Führungsteile 10 befestigt. Im hier aufgezeigten Beispiel sind sie in z-Richtung angeordnet und nehmen je einen in z-Richtung verfahrbaren Schlitten 9 auf. Die Schlitten 9 weisen wiederum in y-Richtung verlaufende Führungen zur Aufnahme eines sich in x-Richtung erstreckenden und in y-Richtung verfahrbaren Querträgers 8 auf. Es ist aber auch möglich, die Führungsteile 10 in y-Richtung anzuordnen. Die Schlitten 9 sind dann in y-Richtung bewegbar und weisen in z-Richtung verlaufende Führungen auf, entlang denen der Querträger 8 verfahrbar ist. In beiden Fällen ergibt sich eine Beweglichkeit des Querträgers 8 in y- und in z-Richtung, die über beidseitig an den Enden des Querträgers 8 angeordnete Linearantriebe verwirklicht wird. An der Unterseite des Querträgers 8 ist ein in x-Richtung verfahrbarer, wenigstens eine Arbeitsspindel 6 aufnehmender Schlitten 7 angeordnet. Diese unterhalb des Querträgers 8 erfolgende Anordnung der Arbeitsspindel 6 ermöglicht einen freien Fall der Späne in Richtung der geschlossenen Bodenplatte des Maschinengestells 1. Dort befindet sich ein Späneförderer 11, der die bei der Bearbeitung anfallenden Späne aufnimmt. Durch die seitliche Anordnung der y- und z-Führungen kann ein günstiger, ungehinderter Spänefall erzielt werden. Es sind keinerlei Behinderungen durch Abdeckungen und Führungen vorhanden. Durch die geschlossene Ausführung des Maschinengestells 1 muss auch keine separate Auffangwanne für die Kühlmittelleckage vorgesehen sein. Unterstützt wird der gute Spänefall noch durch die Möglichkeit der Überkopfbearbeitung an der um einen Winkel von mindestens 180° (bis etwa 200°) um die Schwenkachse A schwenkbaren Werkstückwippe 2.
Öffnungen sind in dem als Hohlquader ausgeführten Maschinengestell 1 lediglich für die Beschickung der Werkzeugmaschine vorgesehen, z.B. für die Übergabe/Entnahme der Werkstücke und der Werkzeuge.
In den 2 und 4 ist eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit zwei Arbeitsspindeln 6 dargestellt. Wahlweise kann der in x-Richtung verfahrbare Schlitten 7 sowohl für eine als auch für zwei Arbeitsspindeln 6 vorgesehen sein. Bei dem Einsatz von zwei Arbeitsspindeln 6 ist eine Koppelung in allen Achsen vorgesehen, so dass ein paralleles Arbeiten beider Arbeitsspindeln 6 erfolgt.
Da sich der Arbeitsraum innerhalb des Maschinengestells 1 befindet, ist keine zusätzliche Arbeitsraumverkleidung erforderlich. Das Maschinengestell 1 selbst bildet die Arbeitsraumverkleidung. Aufwändige Blechkonstruktionen können somit entfallen.
Außerdem können sich innerhalb des Maschinengestells 1 alle für die geforderte Werkstücksbearbeitung notwendigen Einrichtungen befinden. So sind im hier aufgezeigten Ausführungsbeispiel an den Innenseiten des Maschinengestells 1 neben den weiter oben erwähnten Befestigungen für die Lagerstellen der Werkstückwippe und der Führungsteile 10 weitere Anschraubflächen für wenigstens eine Werkzeugwechseleinrichtung mit wenigstens einem Werkzeugmagazin sowie für wenigstens eine Palettenwechseleinrichtung vorgesehen. Ein Bedientableau ist ebenfalls am Maschinengestell 1 angeordnet.
Diese Einrichtungen sind hier nicht näher dargestellt.
Durch diesen Aufbau der Werkzeugmaschine, die ein als geschlossener Hohlquader ausgebildetes Maschinengestell 1 aufweist, ergibt sich eine sehr steife Konstruktion. Insbesondere in Verbindung mit der über den Querträger 8 verwirklichten Gantry-Bauweise kann eine hohe Steifigkeit und eine hohe Dynamik der Werkzeugmaschine erzielt werden. Auf Grund seiner an beiden Enden erfolgenden Befestigung entsteht nur eine minimale Durchbiegung des Querträgers 8. Das in z- oder in y-Richtung verlaufende Führungsteil 10 sowie die Schlitten 7 und 9 müssen nur Zug- und Druckkräfte übertragen. Sie zeigen eine sehr schmale und leichte Bauweise und ermöglichen durch die beidseitige Aufnahme des Querträgers 8 eine auf kürzestem Wege erfolgende Einleitung der Bearbeitungskräfte und/oder der beim Beschleunigen entstehenden Massenträgheitskräfte in das Maschinengestell 1. In den Linearachsen werden zudem relativ kleine Massen bewegt, wodurch eine hohe Dynamik erzielbar ist.

Claims

Werkzeugmaschine mit wenigstens einer Arbeitsspindel (6) zur Aufnahme von Werkzeugen für die Bearbeitung von in einem Arbeitsraum befindlichen Werkstücken, mit einem hohlquaderförmig ausgebildeten Maschinengestell (1), in dem in x-, y- und z-Richtung verfahrbare, diese Bewegung an die Arbeitsspindel (6) übertragende, Schlitten (7, 9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten des hohlquaderförmigen Maschinengestells (1) je ein in y- oder in z-Richtung angeordnetes Führungsteil (10) vorgesehen ist, welche einen sich in x-Richtung erstreckenden Querträger (8) beidseitig aufnehmen und eine Bewegung des Querträgers (8) sowohl in y-Richtung als auch in z-Richtung ermöglichen, wobei sich an dem Querträger (8) wenigstens ein in x-Richtung verfahrbarer, die Arbeitsspindel (6) tragender Schlitten (7) befindet.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsteile (10) je einen in z-Richtung verfahrbaren Schlitten (9) aufweisen, der mit in y-Richtung verlaufenden Führungen zur beidseitigen Aufnahme des Querträgers (8) versehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsteile (10) je einen in y-Richtung verfahrbaren Schlitten (9) aufweisen, der mit in z-Richtung verlaufenden Führungen zur beidseitigen Aufnahme des Querträgers (8) versehen ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Arbeitsraum innerhalb des Maschinengestells (1) befindet und das Maschinengestell (1) gleichzeitig eine Arbeitsraumverkleidung bildet.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengestell (1) Öffnungen für die Beschickung der Werkzeugmaschine aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Maschinengestells (1) wenigstens ein Werkstücktisch angeordnet ist, der von einer Werkstückwippe (2) aufgenommen wird, die um eine in x-Richtung verlaufende Schwenkachse (A) um einen Winkel > 180° schwenkbar an den Innenseiten des Maschinengestells (1) gelagert ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenseiten des Maschinengestells (1) wenigstens eine Palettenwechseleinrichtung befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenseiten des Maschinengestells (1) wenigstens eine Werkzeugwechseleinrichtung mit wenigstens einem Werkzeugmagazin befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenseiten des Maschinengestells (1) ein Späneförderer (11) befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Maschinengestell (1) ein Bedientableau befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von dem in x-Richtung bewegbaren Schlitten (7) zwei Arbeitsspindeln (6) aufgenommen werden.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Querträger (8) zwei in x-Richtung bewegbare Schlitten (7) angeordnet sind, die jeweils wenigstens eine Arbeitsspindel (6) aufnehmen.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengestell (1) eine Schutzeinhausung für alle maschinenspezifischen Einrichtungen bildet.