-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung
von Werkstücken
aus Holz oder vergleichbaren Materialien in der Art eines Bearbeitungszentrums
mit numerischer Steuerung. Die besagte Maschine gehört zu einer
Art von Maschinen, die im Wesentlichen im Bereich der Sekundärverarbeitung
des Holzes bekannt ist, und ist im Einzelnen für die Bearbeitungen des vertikalen
Oberfräsens,
sowohl aus dem Vollholz als auch für die Randbearbeitung, bestimmt,
sowie auch für
das Bohren bzw. die Ausführung
von Figuren, die durch Fräsen
an Werkstücken
erreicht werden, die für
die Anwendung in der Industrie der Einrichtungsmöbel oder von Holzobjekten bestimmt
sind.
-
Solche
Bearbeitungen sind zusammen genommen unter dem Namen "Fräsen der
Werkstücke mit
numerischer Steuerung" bekannt.
-
Bei
den oben genannten Bearbeitungszentren werden die Werkstücke mit
dafür vorgesehenen Halterungsvorrichtungen,
zum Beispiel mit Vakuum, an einem Arbeitstisch befestigt, und mit
den Fräs- oder Bohrwerkzeugen
bearbeitet, die von den Arbeitsaggregaten – im Allgemeinen Elektrospindeln – dargeboten
werden; diese Arbeitsaggregate sind mit geeigneten Halterungen an
einem Längsbalken über dem
Tisch oder parallel dazu befestigt und tragen die nach unten, zum
Tisch hin zeigenden Werkzeuge.
-
Die
Zuführbewegung
für den
Schnitt erfolgt immer aus einer Kombination von Bewegungen, mindestens
zwischen zwei rechtwinkligen Achsen X und Y, die parallel zum Tisch
liegen und bei denen sich eine Komponente, zum Beispiel die Y-Achse,
aus dem Gleitverlauf der Halterungen besagter Aggregate am Längsbalken
ergibt, und die andere Komponente, die X-Achse, aus der Bewegung
des Längsbalkens
selbst über
dem feststehenden Tisch, bzw. – bei
anderen Ausführungen – durch
die Bewegung des Tisches unter dem feststehenden Längsbalken.
-
An
diesen Maschinen besteht die Notwendigkeit, den Werkzeugwechsel
in der kürzest
möglichen
Zeit durchzuführen.
-
Die
Erfindung betrifft also im Einzelnen ein Bearbeitungszentrum, in
das ein neues System zum Wechseln der Werkzeuge implementiert ist,
das diese Anforderung vorteilhaft erfüllt.
-
Mit
besonderem Bezug auf die Bauweise von Bearbeitungszentren, die einen
Längsbalken
aufweisen, der Teil einer Portalstruktur ist und eventuell in der
Art eines Wagens auf Führungen
des Grundgestells der Maschine läuft,
sind im aktuellen Stand der Technik des Bereichs Bearbeitungszentren
bekannt, bei denen direkt auf der Achse des Längsbalkens (zum Beispiel Y)
ein erster Schlitten läuft,
der auch als Y-Wagen
bezeichnet wird. Besagter erster Schlitten weist seinerseits entsprechende
lineare Bewegungsführungen – die in
einer zum Arbeitstisch senkrecht stehenden Z-Achse ausgerichtet
sind – für einen
zweiten Schlitten, auch Z-Wagen genannt, auf, der im Allgemeinen
die Halterung für
sämtliche
Arbeitsaggregate darstellt, mit der Möglichkeit, jedes einzelne Aggregat
auf besagter Z-Achse einzustellen. Der besagte Z-Wagen hat die Aufgabe,
die Gesamtheit der Arbeitsaggregate im Verband auf der Z-Achse zu
bewegen.
-
Die
Lösungen
für den
Werkzeugwechsel bei solcherart beschaffenen Bearbeitungszentren
sind extrem unterschiedlich und können im Wesentlichen in zwei
Arten aufgeteilt werden. Bei einer ersten, die durch eine geringe
Anzahl an Werkzeugen im Magazin gekennzeichnet ist, ist das Arbeitsaggregat
bei seiner Bewegung auf Y mit dem Werkzeugmagazin und der entsprechenden
Wechslervorrichtung verbunden. Bei einer zweiten, die durch eine
hohe Anzahl an Werkzeugen im Magazin gekennzeichnet ist, wird das
Arbeitsaggregat bis zu der Stelle verschoben, an dem sich das Magazin
befindet, das in Hinsicht auf den Längsbalken feststehend ist.
-
Ein
Bearbeitungszentrum, das dem aktuellen Stand der Technik entspricht,
ist mit Problemen bei der Anwendung belastet, die mit den eben aufgelisteten
Aspekten verbunden sind.
-
Es
ist offensichtlich, dass die erste benannte Art rasche Werkzeugwechsel
ermöglicht,
da sie – wie gesagt – praktisch
direkt am Aggregat angebracht ist, aber sie ermöglicht keine hohen Beschleunigungen des
Aggregats, und zwar aufgrund der Masse der Werkzeuge, die auf Y
zusammen mit dem Arbeitsaggregat selbst bewegt werden müssen.
-
Umgekehrt
hingegen ermöglicht
die zweite genannte Art höchste
Beschleunigung des Arbeitsaggregats, verlängert jedoch die Dauer des
Werkzeugwechsels aufgrund der Verschiebungen vom Magazin weg und
wieder dorthin zurück.
-
Eine
Maschine also, die eine Lösung
böte, bei
der die Zeiten für
den Werkzeugwechsel minimiert würden
und die gleichzeitig eine hohe Anzahl an Werkzeugen vorsähe, die
jedoch keine Massen darstellen würden,
die bei den Verschiebungen auf der Y-Achse zusammen mit denen des
Arbeitsaggregats zu beschleunigen wären, würde eine gute Lösung für die Probleme,
die zu Lasten des aktuellen Stands der Technik beschrieben wurden,
darstellen.
-
Der
Zweck, den die vorliegende Erfindung durch Anwendung eines besonderen
Systems zum Wechseln der Werkzeuge am Arbeitsaggregat erfüllen möchte, ist
eben derjenige, die weiter oben erwähnten Nachteile zu beseitigen;
im Einzelnen, indem am Bearbeitungszentrum ein System eingeführt wird,
bei dem die Massen der Werkzeuge nicht an die Bewegung des Arbeitsaggregats
auf der Y-Achse gebunden sind, und das gleichzeitig dazu imstande
ist, die für
den Wechsel vorgesehenen Werkzeuge unmittelbar dem Arbeitsaggregat
zuzuführen
bzw. von diesem zu entnehmen.
-
All
dies geschieht unter Erhaltung des Raumbedarfs innerhalb des normalen
Standards, aber vor allem durch Verwendung der bereits vorhandenen Führungen
und Getriebeketten (oder Teilen davon), die zur Bewegung der Arbeitsaggregate
selbst vorgesehen sind, um die Halterungsmittel der Werkzeuge zu
verschieben.
-
Dies
geschah bei den Lösungen
der bekannten Technik noch nicht.
-
Die
Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen dargestellt ist, löst daher
die erwähnten
Probleme.
-
Im
Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Maschine in der Art
eines Bearbeitungszentrums mit numerischer Steuerung zur Bearbeitung von
Werkstücken
aus Holz, die einen Arbeitstisch umfasst, der in einer Lage, die
durch die zwei Achsen X und Y eines rechtwinkligen Dreiersystems
X, Y und Z gekennzeichnet ist, auf einem Untergestell angebracht
ist, sowie einen Längsbalken,
der dem besagten Arbeitstisch gegenüber liegt und in der Längsrichtung
an besagter Y-Achse angeordnet ist.
-
Das
Bearbeitungszentrum sieht eine erste Anordnung von Linearführungen
vor, die mit dem Längsbalken
verbunden ist und auf der ein Schlitten längs laufen kann, um ein Arbeitsaggregat,
das die Bearbeitungen an besagten Werkstücken, die am Tisch befestigt
sind, ausführt,
auf der Y-Achse zu bewegen. Das Bearbeitungszentrum umfasst außerdem Folgendes:
- – Eine
erste Getriebekette zur Übertragung
der Bewegung, die sich zwischen dem Längsbalken und dem Schlitten
befindet und eine erste Mehrzahl von Elementen und einen entsprechenden ersten
Antriebsmotor umfasst; sie dient dazu, das Gleiten des besagten
Schlittens auf der Y-Achse zu
steuern.
- – Ein
Werkzeugmagazin.
- – Einen
Transportpendelwagen für
die Werkzeuge, der auf einer zweiten Anordnung von Linearführungen
auf der Y-Achse läuft,
um die Übertragung
der Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin und dem Arbeitsaggregat
zu ermöglichen.
- – Eine
zweite Getriebekette zur Übertragung
der Bewegung, die sich zwischen dem Längsbalken und dem Pendelwagen
befindet und eine zweite Mehrzahl von Elementen und einen entsprechenden
zweiten Antriebsmotor umfasst, um das Gleiten des Pendelwagens auf
besagter Y-Achse zu steuern.
- – Werkzeughaltermittel,
die sich direkt am Pendelwagen befinden.
- – Austauschmittel,
die dazu dienen, die Werkzeuge zwischen dem Pendelwagen und dem
Arbeitsaggregat zu übertragen.
-
Die
Besonderheit der Erfindung beruht hauptsächlich auf folgenden Faktoren:
- – Die
angegebene zweite Anordnung von Führungen ist mit dem Längsbalken
verbunden und zu ihr gehört
mindestens eine Führung,
die auch zu der ersten Anordnung von Führungen gehört.
- – Die
besagte zweite Getriebekette umfasst mindestens ein Element, das
auch zur ersten Getriebekette gehört.
-
Die
Vorteile, die man mit der Maschine erreicht, die Gegenstand der
vorliegenden Erfindung ist, rühren – wie teilweise
bereits weiter oben erwähnt – hauptsächlich von
der kurzen Dauer des Werkzeugwechsels her, die eine solche Bauweise
ermöglicht,
sowie von der Tatsache, dass die Massen der Werkzeuge nicht zusammen
mit dem Arbeitsaggregat bei dessen Bewegung auf der Y-Achse beschleunigt
werden müssen,
wobei jedoch die hohe Anzahl an Werkzeugen, die im Magazin verfügbar sind,
unverändert
bleibt.
-
Von
Vorteil ist auch die Ökonomie,
die sich daraus ergibt, dass die Führungselemente und die Übertragungselemente
der Bewegung des Schlittens und des Pendelwagens (zumindest teilweise)
die gleichen sind.
-
Es
ist daher offensichtlich, dass eine Maschine, die entsprechend den
bereits dargestellten Konzepten ausgestattet ist, Vorteile bietet
und eine Flexibilität
hat, die deutlich über
dem liegen, was die Maschinen bieten, die zum vorherigen Stand der
Technik gehören;
außerdem
muss noch hervorgehoben werden, dass auch die Kosten für die Bestandteile, aus
denen das System besteht, sehr niedrig sind, da es sich um völlig übliche Bestandteile
handelt.
-
Die
Erfindung wird in der Folge detaillierter mithilfe von Zeichnungen
beschrieben, die eine Ausführung
davon darstellen, die jedoch ausschließlich als Beispiel dient und
nicht bindend ist, und die sich auf eine Maschine beziehen, in die
ein System zum Wechsel der Werkzeuge eingebaut ist, das dem entspricht,
was bisher erklärt
wurde.
-
Der
Rest der Maschine kann im Wesentlichen auf eine mögliche Ausrüstung eines
bekannten, üblichen
Bearbeitungszentrums mit numerischer Steuerung zurückgeführt werden,
daher wird seine detaillierte Beschreibung übersprungen; hier beschränkt man
sich im Wesentlichen auf die Einzelteile, die zu der Mechanik des
am Längsbalken
angebauten Systems zum Wechseln der Werkzeuge gehören – dies stellt
auch den Faktor der Neuheit gegenüber dem aktuellen Stand der
Technik dar.
-
In
diesem Sinne wird Folgendes dargestellt:
-
1 zeigt
eine axonometrische und schematische Ansicht des Bearbeitungszentrums
im Ganzen; darin kann man den Ständer
und den Längsbalken 4 sehen,
die zusammen ein offenes Portal bilden, in der Art eines Wagens,
der in der X-Richtung auf dem Grundgestell 2 der Maschine
taufen kann.
-
2 stellt
eine axonometrisch gesehene Vergrößerung von Einzelheiten dar,
die bereits in der 1 gezeigt wurden; im Detail
ist die Anordnung L1 von Linearführungen
G sichtbar, auf der der Schlitten 5 zur Stütze des
Arbeitsaggregats 3 läuft;
es ist auch die einzige Führung
H zu sehen, die die Anordnung von Führungen L2 für den Lauf
des Pendelwagens 6 am Längsbalken
darstellt und somit die Führung
Ho darstellt, welche die Führungsanordnungen L1
und L2 gemeinsam haben.
-
Außerdem kann
man auch die Zahnstange sehen, die das gemeinsame Element No zwischen den
beiden Getriebeketten C1 zur Bewegung des Schlittens 5 und
C2 zur Bewegung des Pendelwagens 6 darstellt.
-
3 stellt
axonometrisch den selben Längsbalken 4 mit
den damit verbundenen Vorrichtungen aus einem anderen Blickwinkel
dar.
-
4 stellt
eine Konfiguration der Maschine dar, bei der sich neben dem Arbeitsaggregat 3 noch
ein weiteres Arbeitsaggregat 3a befindet, wobei die Achsen
der jeweiligen Spindeln vertikal auf einer Ebene angeordnet sind,
die senkrecht zur Y-Achse des Längsbalkens 4 steht.
Bei dieser Konfiguration hat der Pendelwagen 6 einen schlittenförmigen Teil 12,
der in Hinsicht auf den besagten Längswagen 4 auf seinem
Grundrahmen in Richtung der X-Achse beweglich ist. Dieser schlittenförmige Teil 12 trägt besagte
Werkzeughaltermittel und besagte Austauschmittel des Pendelwagens,
die beide in der doppelten, drehbaren Gabel Form annehmen, wobei
die besagte Möglichkeit
zur Verschiebung der Doppelgabel auf der X-Achse in Hinsicht auf
den Längsbalken 4 die Tätigkeiten
zum Werkzeugwechsel auch dann ermöglicht, wenn das Arbeitsaggregat
weiter entfernt vom Längsbalken 4 angeordnet
ist.
-
Die
Maschine, in die das System zum Wechseln der Werkzeuge, das sie
kennzeichnet, eingebaut ist, spiegelt in ihrer bevorzugten Ausführung, die in
der Folge beschrieben und in den Abbildungen dargestellt ist, im
Wesentlichen eine klassische Bauform für Bearbeitungszentren wider,
bei der ein Grundgestell 2 einen Arbeitstisch 1 zum
Aufspannen der Werkstücke
trägt,
und ein beweglicher Ständer am
Grundgestell 2 einen Längsbalken 4 stützt, der mit
ihm zusammen die Struktur eines offenen Portals bildet, das in der
X-Richtung der Längsentwicklung des
Grundgestells 2 an eben diesem Grundgestell 2 entlang
läuft.
Zum Zwecke der Bewegung des Arbeitsaggregats 3, das heißt des Werkzeugs
in Hinsicht auf den Längsbalken 4,
ist eine Lösung
mit Schlitten vorgesehen, die dem Arbeitsaggregat 3 sowohl
auf der längsgerichteten
Y-Achse des Längsbalkens 4 als
auch auf der vertikalen Z-Achse Beweglichkeit zusichert. Ein Schlitten 5 kann
auf der Längsachse
Y des Längsbalkens 4 auf
einem Paar L1 von Linearführungen
G laufen, die an der Längsachse
Y des Längsbalkens
ausgerichtet sind und an einer Seite des Längsbalkens 4 an unterschiedlichen
Z-Maßen angeordnet
sind. Dieses Paar L1 von Linearführungen
bildet eine Anordnung von Linearführungen G, die am Längsbalken 4 befestigt
ist, die so ausgerichtet ist wie dessen Y-Achse, und die zur Führung des Schlittens 5 dient.
Besagter Schlitten 5 ist also ein sogenannter Y-Wagen.
-
Ein
Werkzeugmagazin 7 von der Art mit Drehscheibe befindet
sich am hinteren Ende des Längsbalkens,
das heißt
am Ständer,
und kann sich vertikal wie die Z-Achse um seine eigene Achse drehen.
Am Längsbalken 4 ist
zwischen dem Schlitten 5 und dem Werkzeugmagazin 7 ein
Pendelwagen 6 angebracht, der auf einer Führung laufen
kann, die zu dem besagten Paar L1 der Führungen G gehört (es ist
diejenige der beiden, die höher
liegt). Diese obere Führung,
die als Ho bezeichnet wird, bildet alleine eine Anordnung L2 von
Führungen
H, die am Längsbalken 4 befestigt
sind, wie die Y-Achse ausgerichtet sind und zur Führung des
Pendelwagens 6 bestimmt sind.
-
Es
ist daher von Vorteil, dass als Führung Ho für den Pendelwagen 6 eine
der Führungen
der Anordnung von Führungen
L1 für
den Schlitten 5 verwendet wird.
-
Die
Bewegungsübertragung
auf Y für
den Schlitten 5 erfolgt über eine Getriebekette C1 des wohlbekannten
Typs, die ein Ritzel (und entsprechenden Motor) am Schlitten 5 und
eine Zahnstange No, die am Längsbalken 4 befestigt
und wie die Y-Achse ausgerichtet ist, vorsieht.
-
Gleichermaßen erfolgt
die Bewegungsübertragung
auf Y für
den Pendelwagen 6 über
eine Getriebekette C2 des selben Typs, die ebenfalls ein entsprechendes
Ritzel (und den entsprechenden Motor) am Pendelwagen 6,
sowie ebenfalls eine Zahnstange, die am Längsbalken 4 und wie
die Y-Achse ausgerichtet ist, vorsieht – in diesem Fall handelt es
sich um die selbe Zahnstange No der Getriebekette C1, die den Schlitten 5 betrifft.
-
In
den Pendelwagen 6 ist eine drehbare doppelte Gabel integriert,
die dazu imstande ist, zwei Werkzeuge aufzunehmen. Diese Gabel,
deren Rotationsachse vertikal ist, bildet sowohl Werkzeughaltermittel 8 am
Pendelwagen als auch Austauschmittel 9 der Werkzeuge zwischen
dem Pendelwagen 6 und dem Arbeitsaggregat 3.
-
Natürlich sind
auch entsprechende (bekannte) Antriebsorgane für die Linearhübe des Aggregats 3 auf
Z und des Pendelwagens 6 vorhanden, sowie ein (bekanntes)
Antriebsorgan für
die Drehung der besagten Doppelgabel.
-
Am
Werkzeugmagazin 7 und am Pendelwagen 6 (an der
Doppelgabel) sind auch gebräuchliche Befestigungen
vorgesehen, die über
die numerische Steuerung verwaltet werden und die dazu dienen, die Werkzeuge
an ihren Sitzen zu halten.
-
Bei
der vorliegenden Anwendung ist der Hub auf Z, der dem Pendelwagen 6 zugewiesen
ist (angesteuert durch ein pneumatisches, lineares Antriebsorgan),
von stark eingeschränktem
Ausmaß – er stellt
den Hub dar, der nötig
ist, um die Werkzeuge einzusetzen und abzuziehen.
-
Eine
Variante, die vom Konzept her von der eben dargelegten Lösung abgeleitet
werden kann und somit in den Ausdehnungsbereich der vorliegenden
Erfindung gehört,
sieht vor, dass ein weiteres Arbeitsaggregat 3a – zusätzlich zu
besagtem Arbeitsaggregat 3 – mit dem Schlitten 5 verbunden
ist, das ebenfalls in Hinsicht auf diesen auf der Z-Achse laufen kann.
-
In
diesem Fall sieht eine vorteilhafte Anordnung der beiden besagten
Arbeitsaggregate 3 und 3a so aus, dass die jeweiligen
Spindelachsen parallel zueinander und auf einer Ebene liegen, die
sich senkrecht zur besagten Y-Achse befindet.
-
Bei
einer solchen Konfiguration umfasst der Pendelwagen 6 Teile,
die jeweils gegenseitig in Richtung der X-Achse laufen können, das
heißt
einen schlittenförmigen
Teil 12, der am Rahmen des Pendelwagens 6 auf
Führungen
entlang laufen kann, die auf der X-Achse angeordnet sind, wobei
dieser schlittenförmige
Teil 12 einem entsprechenden linearen Antriebsorgan untersteht.
-
An
diesem schlittenförmigen
Teil 12 ist die Doppelgabel montiert, die nunmehr dadurch
auch einen gewissen Grad an Freiheit auf der X-Achse in Hinsicht
auf den Längsbalken 4 besitzt,
was nützlich ist,
um den Werkzeugwechsel auch an jenem Arbeitsaggregat (sei es 3 oder 3a)
vorzunehmen, das sich in der am weitesten entfernten Position von
besagtem Längsbalken 4 befindet.
-
Vom
Standpunkt der Funktion aus erreicht die Maschine, die mit einem
Werkzeugwechselsystem ausgestattet ist, wie es oben beschrieben
ist, das gestellte Ziel dank den dargestellten gegenseitigen Verfügbarkeiten
und gegenseitigen Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten,
ohne die übrige,
bereits vorhandene Struktur des Bearbeitungszentrums auf irgend
eine Weise verändern
zu müssen.
-
Vom
Standpunkt des Betriebs aus, und mit Bezug auf die dargestellten
gegenseitigen Verfügbarkeiten,
liegt das wesentliche Funktionskonzept für die hier beschriebene Bauweise
in der Tatsache, dass das Arbeitsaggregat 3, sobald die
Bearbeitungen mit einem bestimmten Werkzeug abgeschlossen sind und
dieses gewechselt werden muss, bereits neben dem Pendelwagen 6 steht,
der das neue Werkzeug enthält
und sich in der Stellung befindet, in der er bereit ist, den Wechsel
des Werkzeugs am Arbeitsaggregat 3 sofort vorzunehmen.
-
Um
die Operation des Wechsels durchzuführen, bietet der Pendelwagen 6 dem
Aggregat 3 den leeren Sitz in der Doppelgabel dar, der
sofort durch das zu entfernende Werkzeug belegt wird, nachdem das
Werkzeug am Aggregat 3 entsperrt wurde, was über die
Maschinensteuerung erfolgt. Danach dreht sich die Doppelgabel um
ihre Vertikalachse und bietet dem Aggregat 3 das neue Werkzeug
dar, das vom Aggregat 3 an seiner Spindel in der Betriebsstellung aufgespannt
wird. Der Pendelwagen entfernt sich daraufhin vom Aggregat 3 und
gibt diesem somit völlige Betriebsfreiheit,
und bewegt sich zum Werkzeugmagazin 7, um daraus ein weiteres
Werkzeug zu laden und das alte, eben ausgetauschte, zurückzugeben. In
dieser Phase führt
das Werkzeugmagazin 7 entsprechende Drehungen durch. Wenn
sich schließlich das
Aggregat 3 dazu anschickt, auch die mit dem zuletzt an
ihm montierten Werkzeug programmierten Bearbeitungen abzuschließen, nähert sich
der Pendelwagen 6 wieder dem Aggregat 3 und der
oben beschriebene Zyklus findet erneut statt.
-
Bei
den Manövern
des Annäherns,
des Entfernens und des Austauschens kann die numerische Steuerung
der Maschine sowohl für
den Schlitten 5 als auch für den Pendelwagen 6 unabhängig voneinander
Hübe auf
Y und auf Z vorsehen.
-
Die
Erfindung, so wie sie hier oben konzipiert und dargestellt ist,
kann weiteren Änderungen
und Varianten unterzogen werden, die alle unter den Bereich des
dargelegten Konzepts und der folgenden Patentansprüche fallen.
Außerdem
können
sämtliche Details
durch technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.