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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem zur spanenden Bearbeitung
von Pleuelstangen-Rohlingen, insbesondere von Pleuelstangen-Rohlingen
zur Verwendung in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge.
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Die
spanende Bearbeitung von Pleuelstangen-Rohlingen, insbesondere im
Bereich der Pleuelaugen und der Verschraubungsstellen des großen Pleuelauges,
erfolgt derzeit üblicherweise
in Sondermaschinen bzw. ein- oder zweispindligen Bearbeitungszentren.
Nachteilig sind dabei die hohen Nebenzeiten durch das Be- und Entladen
der Stationen der Sondermaschine sowie durch den Wechsel von Werkzeugen
in den Bearbeitungszentren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungssystem zur
spanenden Bearbeitung von Pleuelstangen-Rohlingen bereitzustellen,
mit dem die Nebenzeiten bei der Bearbeitung von Pleuelstangen-Rohlingen
wesentlich reduziert werden können.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist das Bearbeitungssystem zur spanenden Bearbeitung von Pleuelstangen-Rohlingen
in einer solchen Weise gestaltet, dass eine simultane Bearbeitung
mehrerer Pleuelstangen-Rohlinge
erfolgen kann. Dies wird erreicht, indem in dem Be arbeitungssystem
mehrere der zu bearbeitenden Pleuelstangen-Rohlinge gemeinsam in wohldefinierter
Anordnung auf einem Werkstückträger fixiert
werden. Im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems befinden sich mehrere
angetriebene Spindeln, die jeweils mit einem Werkzeug versehen sind
und nacheinander oder gleichzeitig die auf dem Werkstückträger befestigten
Pleuelstangen-Rohlinge bearbeiten. Im Unterschied zu den herkömmlichen
Bearbeitungszentren, bei denen durch den Werkzeugwechsel an den
Spindeln ein großer
Anteil an unproduktiver Nebenzeit anfällt, findet während der
Bearbeitung auf den Spindeln kein Werkzeugwechsel statt, sondern
jedes der benötigten
Werkzeuge befindet sich in einer festen Aufspannung auf einer individuellen,
dem Werkzeug zugeordneten Werkzeugspindel. Auf diese Weise ist es
möglich,
innerhalb kurzer Zeit verschiedene Werkzeuge – ggf. auch gleichzeitig – zum Einsatz
zu bringen. Durch eine geeignete Gestaltung des Werkstückträgers kann
ein Umspannen des Pleuelstangen-Rohlings zwischen der Bearbeitung
der Pleuelaugen und der Verschraubungsstellen vermieden werden.
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Der
Werkstückträger wird
außerhalb
des Bearbeitungssystems mit mehreren Pleuelstangen-Rohlingen beladen
und anschließend
in den Arbeitsraum des Bearbeitungssystems verbracht und dort fixiert.
Auf diese Weise werden gleichzeitig mehrere Pleuelstangen-Rohlinge
in das Bearbeitungszentrum eingebracht, die dann – ohne Werkzeugwechsel – in der
entsprechenden Position bearbeitet werden. Dadurch kann die Beladezeit
gegenüber herkömmlichen
Bearbeitungszentren stark reduziert werden, was eine Verminderung
der unproduktiven Nebenzeiten zur Folge hat. Weiterhin hat dies
den Vorteil, dass während
der Bearbeitung der Pleuelstangen-Rohlinge nur kurze Positionierwege
von Werkzeug zu Werkzeug anfallen.
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Die
Erfindung beruht somit auf der Idee, eine Vielzahl von Werkzeugen
und eine Vielzahl von Pleuelstangen in den Arbeitsraum des Bearbeitungssystems
zu bringen und dort eine ununterbrochene Bearbeitung zu realisieren.
Ein besonderer Vorteil besteht in dem weitgehenden Verzicht auf
bewegte Komponenten (Werkzeugwechsler etc.) an den Werkzeugspindeln,
um durch einen Entfall von Werkzeugwechselzeiten eine Reduktion
der unproduktiven Nebenzeiten zu erreichen. Vorteilhafterweise sind
zumindest einige der Werkzeugspindeln in einer solchen Weise im
Arbeitsraum des Bearbeitungssystems angeordnet, dass die auf ihnen
befestigten Werkzeuge simultan die an dem Werkstückträger befestigten Pleuelstangen-Rohlinge
bearbeiten können.
Durch diese mehrspindlige Bearbeitung kann die Hauptzeit bei der
Bearbeitung der Pleuelstangen-Rohlinge weiter reduziert werden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Bearbeitungssystem flexibel gestaltet in dem Sinne, dass
die Werkzeuge und Spindeln innerhalb des Bearbeitungssystems an
verschiedenen Stellen und unter verschiedenen Ausrichtungen angeordnet
sein können.
Dann kann ein- und dasselbe Bearbeitungssystem zur Bearbeitung unterschiedlicher
Typen von Pleuelstangen-Rohlinge verwendet werden, und das Bearbeitungssystem
kann leicht und schnell umkonfiguriert werden, wenn ein anderer
Pleueltyp bearbeitet werden soll. So haben die Bearbeitungssysteme für unterschiedliche
Pleuel denselben Grundaufbau, sind jedoch je nach Pleueltyp mit
unterschiedlichen Spindeln und Werkzeugen versehen. Aufgrund des einheitlichen
Grundaufbaus des Bearbeitungssystems wird die Wartung wesentlich
vereinfacht. Weiterhin kann bei einem Maschinenausfall schnell eine Ersatzmaschine
konfiguriert und eingewechselt werden.
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Die
Spindeln, die die Werkzeuge tragen, können verschiebbar bzw. schwenkbar
in dem Bearbeitungssystem gelagert sein, um mit Hilfe ein- und desselben
Werkzeugs mehrere Bearbeitungsschritte an der Pleuelstange durchführen zu
können.
Vorteilhafterweise sind jedoch für
die Serienbearbeitung von Pleueln ein- und desselben Typs die Spindeln bzw.
die Werkzeuge an einer festen Position im Bearbeitungssystem fixiert.
Alle Relativbewegungen, die die auf dem Werkstückträger fixierten Pleuelstangen-Rohlinge
während
der Bearbeitung gegenüber den
Werkzeugen des Bearbeitungssystems vollführen, erfolgen mit Hilfe einer
mehrachsigen Bewegungsmimik, welche den Werkstückträger im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems
verschiebt und/oder dreht und/oder schwenkt.
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Der
Werkstückträger ist
vorteilhafterweise quaderförmig
ausgebildet und weist vier identische Umfangsseiten auf, an denen
Spannvorrichtungen zur Aufnahme der Pleuelstangen angeordnet sind. Der
Werkstückträger ist
um eine Längsachse
drehbar im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems gelagert, so dass
durch eine Drehung von 90° um
diese Längsachse
eine bereits bearbeitete Umfangsseite aus einem Eingriffsbereich
der Werkzeuge hinausgedreht und eine weitere Umfangsseite in den
Eingriffsbereich der Werkzeuge hineingedreht werden kann. Weiterhin
ist das Bearbeitungssystem mit einer Verschiebevorrichtung versehen,
mit dessen Hilfe die Pleuelstangen-Rohlinge in bis zu drei Raumrichtungen
im Arbeitsbereich des Bearbeitungssystems verschoben werden können. Durch
eine solche Kombination aus Werkzeuganordnung und Spannsystem werden
die Nebenzeiten erheblich reduziert, wodurch eine wirtschaftlichere
Fertigung möglich
wird.
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Zweckmäßigerweise
werden die Pleuelstangen derart auf dem Werkstückträger fixiert, dass eine Bearbeitung
von kleinem und großem
Pleuelauge in derselben Spannlage erfolgen kann wie die Bearbeitung
der seitlichen Verschraubungsstellen am großen Pleuelauge. In einer besonders
vorteilhaften Ausges taltung der Erfindung sind die vier Umfangsseiten
des Werkstückträgers identisch
gestaltet und weisen je vier Spannvorrichtungen in identischer Ausrichtung
auf. Dadurch kann die Beladezeit des Bearbeitungssystems auf bis
zu sechzehn Pleuelstangen umgelegt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems für Pleuelstangen;
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2 das
Bearbeitungssystem der 1 in einer anderen Ansicht;
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3 das
Bearbeitungssystem der 1 in einer weiteren Ansicht;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Werkstückträgers.
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1 bis 3 zeigen
perspektivische Ansichten eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems 1 zur
spanenden Bearbeitung von Pleuelstangen-Rohlingen 2, insbesondere
zur Verwendung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen. Die zu bearbeitenden
Pleuelstangen-Rohlinge 2 werden dem Bearbeitungssystem 1 auf
einem würfelförmigen Werkstückträger 3 zugeführt, der
in 4 in einer Detaildarstellung gezeigt ist. Der
Werkstückträger ist
auf seinen vier Umfangsseiten 4a-4d mit (in 4 nicht
dargestellten) Spannvorrichtungen versehen, in denen die Pleuelstangen-Rohlinge 2 in
definierter Weise so aufgenommen werden, dass die Achsen 23 der
Pleuelaugen 21, 22 parallel zur Flächennormale 24 der
jeweiligen Umfangsseite 4a-4d ausgerichtet sind. Auf jeder
Umfangsseite 4a-4d sind die Pleuelstangen-Rohlinge 2 in
einer solchen Weise versetzt angeordnet, dass sich die großen Pleuelaugen 21, 21' benachbar ter
Pleuelstangen-Rohlinge 2, 2' in der Nähe gegenüberliegender Seitenkanten 20, 20' des Werkstückträgers 3 befinden.
Die Aufspannung der Pleuelstangen-Rohlinge 2, 2' auf dem Werkstückträger 3 ist
drehinvariant in dem Sinne, dass bei einer 90°-Drehung des Werkstückträgers 3 um
seine Symmetrieachse 25 jeder Pleuelstangen-Rohling 2, 2' in einer Raum-
und Winkellage landet, in der sich vor der Drehung bereits ein Pleuelstangen-Rohling 2, 2' befand.
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Die
zu bearbeitenden Pleuelstangen-Rohlinge 2, 2' werden außerhalb
des Bearbeitungssystems 1 (manuell oder automatisch) in
den Werkstückträger 3 eingelegt
und fixiert. Dann wird der so bestückte Werkstückträger 3 mittels einer
Fördervorrichtung 11 in
das Bearbeitungszentrum 1 eingebracht und dort in einer
hochgenau reproduzierbaren Lage von einer (in den Figuren nicht
sichtbaren) Werkstückträger-Aufnahme
fixiert. Das Bearbeitungssystem 1 umfasst zwei lineare
Verschiebevorrichtungen (Horizontal-Verschiebevorrichtung 5a und
Vertikal-Verschiebevorrichtung 5b)
und eine Drehvorrichtung 6, mit deren Hilfe der Werkstückträger 3 im
Arbeitsraum 7 des Bearbeitungssystems 1 verschoben
und gedreht werden kann.
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Weiterhin
umfasst das Bearbeitungssystem 1 eine Vielzahl von ortsfesten
Spindeln 8a, 8b, in denen Werkzeuge 9a, 9b (Bohrer,
Fräser,
etc.) aufgenommen sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Werkzeugspindeln 8a, 8b auf
einer einzigen Innenseite 10 des Bearbeitungszentrums 1 angeordnet
und ragen – parallel
zueinander ausgerichtet – seitlich
in den Arbeitsraum 7 des Bearbeitungszentrums 1 hinein;
allgemein können
Werkzeugspindeln in unterschiedlicher Lage und Orientierungen vorgesehen
sein, so dass sie beispielsweise auch unten und/oder oben und/oder
an anderen Innenseiten im Arbeitsraum 7 angeordnet sind.
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Die
Werkzeugspindeln 8a, 8b sind individuell antreibbar,
können
aber auch gekoppelt sein. Ihre Positionen auf der Innenseite 10 des
Bearbeitungszentrums 1 sind so gewählt, dass mit Hilfe der in
ihnen geführten
Werkzeuge 9a, 9b mehrere Bearbeitungsoperationen
an den auf dem Werkstückträger 3 fixierten
Pleuelstangen-Rohlinge 2 simultan durchgeführt werden
können.
So können
im vorliegenden Ausführungsbeispiel – nachdem
der Werkstückträger 3 mit
Hilfe der Dreh-/Verschiebeeinheit 5a, 5b, 6 hochgenau
gegenüber
einem ersten Satz von Spindeln 8a positioniert worden ist – mit Hilfe
der darin gehaltenen Werkzeuge 9a simultan oder nacheinander alle
Feinspindel-Operationen
an den großen
und kleinen Pleuelaugen 21, 21', 22, 22' sämtlicher
an einer Umfangsseite 4a des Werkstückträgers 3 angeordneten
Pleuelstangen-Rohlinge 2, 2' durchgeführt werden, ohne dass der Werkstückträger 3 bewegt werden
muss. Die Relativpositionen der dazu notwendigen acht Werkzeuge 9a gegenüber dem
Werkstückträger 3 sind
in 3 durch die Achsen 23 der acht Pleuelaugen 21, 21', 22, 22' angedeutet.
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Sind
die acht Pleuelaugen 21, 21', 22, 22' fertig bearbeitet,
so wird der Werkstückträger 3 mit Hilfe
der Drehvorrichtung 6 um einen 90°-Winkel um seine Symmetrieachse 25 gedreht,
so dass nun die Umfangsfläche 4b den
Werkzeugspindeln 8a gegenüber liegt und neue, unbearbeitete
Pleuelstangen-Rohlinge 2'' an die Stelle
der vorher bearbeiteten Pleuelstangen-Rohlinge 2, 2' kommen. Diese
Pleuelstangen-Rohlinge 2'' werden nun
in der oben beschriebenen Weise im Bereich der Pleuelaugen bearbeitet.
Dies wird so oft wiederholt, bis alle auf dem Werkstückträger 3 fixierten
Pleuelstangen-Rohlinge 2 im Bereich ihrer Pleuelaugen 21, 21', 22, 22' bearbeitet
wurden.
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Ist
(nach dreimaliger Drehung des Werkstückträgers 3 um 90°) die Bearbeitung
aller Pleuelaugen 21, 21', 22, 22' der Pleuel stangen-Rohlinge 2, 2' auf dem Werkstückträger 3 abgeschlossen,
so wird der Werkstückträger 3 mit
Hilfe der Vertikal-Verschiebevorrichtung 5b angehoben,
bis er gegenüber
einem zweiten Satz von Werkzeugspindeln 8b positioniert
ist. In dieser Ausrichtung werden mit Hilfe der in den Spindeln 8b gehaltenen
Werkzeuge 9b die Verschraubungsstellen 26 im Bereich
der großen
Pleuelaugen 21 bearbeitet, d.h. Bohrungen und Gewinde (für Befestigungsschrauben)
eingebracht; die Bearbeitung erfolgt dabei in Richtung der in 4 gestrichelt
angedeuteten Verschraubungsachsen 27. Bei diesem Bearbeitungsschritt
wird der Werkstückträger 3 mit
Hilfe der Horizontal- und/oder Vertikal-Verschiebevorrichtung 5a, 5b gegenüber den
Werkzeugspindeln 8b hin- und herverschoben, um die zu bearbeitenden
Bereiche 26 der Pleuelstangen-Rohlinge 2'' gegenüber dem jeweiligen Werkzeug 9b (Bohrwerkzeug,
Gewindeschneider etc.) zu positionieren. Auf diese Weise können (simultan
oder zeitlich versetzt) die Verschraubungsstellen 26 von
insgesamt vier Pleuelstangen-Rohlinge 2'' bearbeitet
werden, die sich – jeweils
paarweise – auf
gegenüberliegenden Seiten 4b, 4d des
Werkstückträgers 3 befinden.
Ist die Bearbeitung dieser Pleuelstangen-Rohlinge 2'' abgeschlossen, so wird der Werkstückträger 3 mit Hilfe
der Drehvorrichtung 6 um 90° um die Symmetrieachse 25 gedreht,
um zwei weitere Paare von Pleuelstangen-Rohlingen 2' in einer solchen
Weise gegenüber
den Werkzeugen 9b zu positionieren, dass die Bearbeitung
der Verschraubungsstellen 26 erfolgen kann. Diese 90°-Drehungen des Werkstückträgers 3 und
anschließenden
Bearbeitungen der Verschraubungsstellen 26 werden so lange
wiederholt, bis alle auf dem Werkstückträger befestigten Pleuelstangen-Rohlinge 2 bearbeitet
wurden.
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An
diesen Bearbeitungsschritt können
sich weitere (Fein-) Bearbeitungsschritte anschließen, die im
Bearbeitungssystem 1 mit Hilfe weiterer ortsfester Werkzeuge
durchgeführt
werden.
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Ist
die Bearbeitung aller auf dem Werkstückträger 3 befestigten
Pleuelstangen-Rohlinge 2 abgeschlossen, so wird der Werkstückträger 3 mit
Hilfe des Fördersystems 11 aus
dem Bearbeitungssystem 1 hinaustransportiert, und ein weiterer,
mit Pleuelstangen-Rohlingen 2 bestückter Werkstückträger 3 wird
in das Bearbeitungssystem 1 verbracht.
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Im
Unterschied zu herkömmlichen
Bearbeitungssystemen, in denen die Spindeln zur Bearbeitung der
Pleuelstangen-Rohlinge 2 nacheinander mit unterschiedlichen
Werkzeugen bestückt
werden, die sie aus einem Werkzeugmagazin entnehmen, trägt im erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem 1 jede Spindel 8a, 8b ein
festes Werkzeug 9a, 9b. Dadurch entfallen die
auf herkömmlichen
Bearbeitungssystemen entfallenden Nebenzeiten aufgrund von Werkzeugwechseln.
Eine weitere Zeitersparnis kommt dadurch zustande, dass mehrere
der Werkzeuge 9a, 9b simultan mit mehreren Pleuelstangen-Rohlingen 2 auf
dem Werkstückträger 3 zum
Eingriff kommen können.
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Neben
der in den Figuren dargestellten würfelförmigen Ausgestaltung des Werkstückträgers 3 kann
der Werkstückträger 3 auch
beliebige andere Formen haben; insbesondere kann der Werkstückträger 3 eine
längliche
Quadergestalt haben, so dass auf den Umfangsseiten 4a-4d des
Werkstückträgers 3 eine
größere oder
kleinere (vorteilhafterweise gerade) Zahl von Pleuelstangen-Rohlingen 2 untergebracht
werden können.
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Vorteilhafterweise
werden die Pleuelstangen-Rohlinge 2 am Werkstückträger 3 mit
Hilfe von integrierten, ansteuerbaren Spannelementen befestigt.
In diesem Fall werden die Spannelemente in der Beladestation aktiviert,
wodurch die Pleuelstangen-Rohlinge 2 am Werkstückträger 3 fixiert
werden; dies erfolgt vorzugsweise durch pneumatische oder hydraulische
Aktuatoren. Die Fixierung muss während
der anschließenden
Bear beitung der Pleuelstangen-Rohlinge 2 im Bearbeitungssystem 1 aufrechterhalten
werden. – Alternativ
können
die Pleuelstangen-Rohlinge 2 durch eine starre Fixierung
(z.B. durch Verschrauben) an dem Werkstückträger 3 befestigt werden.
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Anstelle
der in den 1 bis 3 gezeigten,
vertikal versetzten Anordnung der Werkzeugspindeln 8a und 8b können die
beiden Spindelsätze 8a und 8b auch
horizontal gegenüber
versetzt sein oder sich an unterschiedlichen Innenseiten 10 des Bearbeitungssystems 1 befinden.