DE102007034104A1

DE102007034104A1 - NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch für ein Horizontalbearbeitungszentrum

Info

Publication number: DE102007034104A1
Application number: DE102007034104A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rümland; Holger Koßig
Original assignee: SCHIESS GmbH
Current assignee: SCHIESS GmbH
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch für ein Horizontalbearbeitungszentrum zur spanenden Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen Werkstücken mit einem Stückgewicht von bis zu 100 Tonnen. Erreicht wird dies dadurch, dass ein am Bettschlitten (10) fest aufliegender Verstellzylinder (8) an der schrägen Fläche durch eine Drehverbindung (7) mit der schrägen Fläche eines Verstellzylinders (6), der den waagerecht angeordneten, drehbaren Arbeitstisch (2) trägt, verbunden ist. Der vorgeschlagene Tisch hat den Vorteil, dass die nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen und schweren Werkstücken jetzt rechtwinklig zu den Maschinenachsen nummerisch gesteuert positioniert und dadurch mit geraden und/oder rechtwinkligen Bearbeitungsköpfen bei voller Zerspanleistung und ohne ein Umspannen der Werkstücke bearbeitet werden. Demgemäß sind beispielsweise Rotornaben von Windkraftanlagen, Zahnkränze mit Schrägverzahnung, große Motoren, Turbinengehäuse und Zylinderschüsse mit schrägen Stutzen wirtschaftlicher zu bearbeiten (Fig. 4).

Description

Die Erfindung betrifft einen NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch für ein Horizontalbearbeitungszentrum zur spanenden Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen Werkstücken mit einem Stückgewicht von bis zu 100 Tonnen.
Bekannt ist es, dass die spanende Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen und schweren Werkstücken, wie z. B. Rotornaben von Windkraftanlagen, auf Horizontalbearbeitungszentren mit einem Universalschwenkkopf durchgeführt wird. Diese Universalschwenkköpfe lassen aber durch mögliche Schwingungen und Verformungen während der Bearbeitung nicht die volle Antriebsleistung des Hauptspindelmotors zu, wodurch aber erhebliche wirtschaftliche Nachteile im Teilefertigungsprozess entstehen. Aus dem Stand der Technik sind bereits Werkzeugmaschinen mit mehreren, vorzugsweise drei zueinander senkrecht stehenden, translatorisch bewegbaren Bearbeitungsachsen bekannt, wodurch ein spanendes Werkzeug an jeden beliebigen Ort eines Werkstückes positioniert werden kann. Eine wirtschaftlichere Mehrseitenbearbeitung eines Werkstückes ist nur möglich, wenn zu den translatorisch bewegbaren Bearbeitungsachsen zusätzlich zwei Schwenkachsen vorgesehen sind. Insbesondere Gewicht und Größe des spanend zu bearbeitenden Werkstückes beeinflussen die konstruktive Ausführung der Werkzeugmaschine in der Form, dass entweder die Werkzeughalterung und/oder die Werkstückaufnahme bzw. der Arbeitstisch verschwenkbar ausgebildet sein können. In DE 100 25 385 A1 ist beispielsweise ein Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine mit einer unter dem Arbeitstisch liegenden Schwenkeinrichtung mit seitlich parallel zum Arbeitstisch angeordneter Schwenkachse dargestellt. Durch die Dreh-, Verschiebe- und Schwenkbewegung des Arbeitstisches sollen damit die Werkstücke in jeder beliebigen Winkelstellung bearbeitbar sein. Kennzeichnend für den Arbeitstisch ist, dass dieser mittels der an einem Drehteil gelagerten Schwenkachse von einer Aufnahme des Arbeitstisches im Drehteil ab um 90 Grad schwenkbar und arretierbar angeordnet ist, wobei an den beiden rechtwinklig zur Schwenkachse verlaufenden Seiten des Arbeitstisches und des Drehteiles je ein am Arbeitstisch und am Drehteil angelenkter elektronisch steuerbarer Hubzylinder angeordnet ist, dass das Drehteil auf einem Bettschlitten arretierbar und mittels eines im Bettschlitten angeordneten elektronisch steuerbaren Rundantriebes horizontal drehbar angeordnet ist und dass mittels eines elektronisch steuerbaren Verstellantriebes der Bettschlitten auf dem Bett horizontal verfahrbar angeordnet ist. Die horizontale Bewegung eines aufgespannten zu bearbeitenden Werkstückes auf dem Arbeitstisch erfolgt durch Verschieben des Bettschlittens auf dem Bett mittels des Verstellantriebes. Die Drehbewegung des Werkstückes wird durch Drehen des Drehteiles auf dem Bettschlitten mittels des Rundantriebes realisiert. Das Drehteil kann auf dem Bettschlitten durch hydraulische Klemmelemente arretiert werden. Das Schwenken des Arbeitstisches mit dem Werkstück in eine Kippstellung erfolgt hydraulisch durch die zwei Hydraulikzylinder. Um ein gleichmäßiges Schwenken in die erforderliche Kippstellung zu gewährleisten und um unterschiedliche Belastungen des Arbeitstisches durch ein nicht zentrisches Aufspannen des Werkstückes auszugleichen, werden die Hydraulikzylinder durch ein Proportional-Wegeventil angesteuert. Ein spielfreies Schwenken des Arbeitstisches soll durch vorgespannte Kegelrollenlagerpaare in der Schwenkachse gewährleistet sein. Durch das in der Schwenkachse integrierte Winkelmesssystem ist es möglich, mittels einer Steuerung für die Hydraulikzylinder den Arbeitstisch in eine Kippstellung zwischen 0 Grad und 90 Grad zu schwenken. Außerdem kann durch das im Rundantrieb angeordnete Winkelmesssystem das Drehteil in jede Winkelstellung gedreht werden. Nachteilig ist jedoch, dass die für die spanende Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen und schweren Werkstücken erforderlichen Dreh-, Verschiebe- und Schwenkbewegungen nur mit einem hohen technischen Aufwand zu realisieren sind. Die konstruktive Ausführung des Arbeitstisches, insbesondere das durch die zwei Hydraulikzylinder erforderliche Schwenken des Arbeitstisches ist auch ungeeignet, derartige Flächen qualitätsgerecht zu bearbeiten. Weiterhin ist in DE 100 64 416 C2 ein NC-Drehtisch für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, dargestellt, der eine spanende Bearbeitung von Werkstücken mit schrägen Flächen und Bohrungen ermöglicht. Hierzu weist das Fräsbearbeitungszentrum eine Bearbeitungseinheit mit waagerechter Spindel, eine so genannte Werkstückseite, die aus einem eine Palette und/oder Werkstück aufnehmenden NC-Drehtisch besteht, und mindestens zwei feste oder drehbare Spannplätze zum wechselseitigen Tausch der Werkstücke auf. Der NC-Drehtisch ist um eine durch die Mitte des Werkstückes verlaufende NC-Drehachse drehbar angeordnet. Weiterhin ist der NC-Drehtisch an einem Schwenkarm eines Schwenkkörpers befestigt, der wiederum um eine senkrecht verlaufende NC-Drehachse drehbar ist. Für die Anordnung des Schwenkkörpers ist kennzeichnend, dass in der vertikalen Bearbeitungsposition des sich auf dem Schwenkarm befindenden NC-Drehtisches die NC-Schwenkachse orthogonal zur NC-Drehachse verläuft und diese annähernd in der Mitte des Werkstückes schneidet. Der am Schwenkkörper angeordnete, den NC-Drehtisch aufnehmende Schwenkarm ist um eine waagerechte Achse, die durch einen am werkstückabgewandten Ende des Schwenkarms befindlichen Drehpunkt führt, schwenkbar gelagert. Der Schwenkarm hat einen Schwenkbereich von etwa 90 Grad. Damit ist die auf dem NC-Drehtisch befestigte und mit diesem aus dem Arbeitsraum herausschwenkbare Palette und/oder Werkstück mit einem außerhalb des Arbeitsraumes befindlichen Arbeitsplatz in und außer Eingriff bringbar. Durch den bei der Drehung um die vertikale NC-Schwenkachse des Schwenkkörpers verwirklichten Schwenkbereich ist der NC-Drehtisch gegenüber der das Werkzeug tragenden Bearbeitungseinheit positionierbar, die so eine spanende Bearbeitung von mehr als fünf Seiten, wie z. B. die Bearbeitung von schrägen Flächen und Bohrungen, ermöglichen soll. Die Nachteile des in DE 100 64 416 C2 dargestellten NC-Drehtisches für Werkzeugmaschinen bestehen ebenfalls im hohen technischen Aufwand, um große und schwere Werkstücke qualitätsgerecht spanend bearbeiten zu können. Die Anordnung des NC-Drehtisches am Schwenkarm des Schwenkkörpers ist für derartige Werkstücke technisch schwer zu handhaben, da u. a. die Werkstücke in der Aufspannebene nicht gedreht werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch für ein Horizontalbearbeitungszentrum zur spanenden Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen Werkstücken mit einem Stückgewicht von bis zu 100 Tonnen vorzuschlagen, der bei einer einfachen Handhabung mit einem geringeren technischen Aufwand herstellbar ist, die Werkstücke in der Aufspannebene dreht und mit einer vollen Antriebsleistung des Hauptspindelmotors in kürzerer Zeit qualitätsgerecht bearbeitet. Zur Lösung der Aufgabe ist der eingangs genannte NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 8 weitergebildet. Der vorgeschlagene Tisch hat den Vorteil, dass die nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen und schweren Werkstücken jetzt rechtwinklig zu den Maschinenachsen numerisch gesteuert positioniert und dadurch mit geraden und/oder rechtwinkligen Bearbeitungsköpfen bei voller Zerspanleistung und ohne ein Umspannen der Werkstücke bearbeitet werden. Demgemäß sind beispielsweise Rotornaben von Windkraftanlagen, Zahnkränze mit Schrägverzahnung, große Motoren, Turbinengehäuse und Zylin derschüsse mit schrägen Stutzen wirtschaftlicher zu bearbeiten.
Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1: eine schematische Darstellung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches mit 3 Achsen in der Ausgangslage,
2: eine schematische Darstellung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches mit 3 Achsen in einer beliebigen Lage,
3: eine schematische Darstellung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches mit 4 Achsen in einer beliebigen Lage,
4: eine Ausführung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches für ein Horizontalbearbeitungszentrum gemäß 1 und 2 zur spanenden Bearbeitung der Flügelanschraubflächen der Rotornabe eines Windkraftrades.
1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches mit 3 Achsen. In 1 ist dieser Tisch in der Ausgangslage mit einem Schwenkwinkel von Null Grad dargestellt. Die Drehachse B1 des Arbeitstisches 2 liegt orthogonal zur Linearachse w des am Bett 11 waagerecht verfahrbar angeordneten Bettschlittens 10. In 2 ist der NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch in einer beliebigen Lage dargestellt. Zum Erreichen der exakten Bearbeitungslage des Werkstückes hat die Drehachse 31 ein nicht dargestelltes Messsystem 4 und dadurch sind einerseits der Arbeitstisch 2 in der Drehachse B1 und der Verstellzylinder 6 in der Schwenkachse B2 numerisch gesteuert drehbar und anderseits ist der Bettschlitten 10 in der Linearachse w numerisch gesteuert waagerecht bewegbar. Damit ist das Werkstück vor dem Horizontalbearbeitungszentrum geneigt zur x-Achse positionierbar.
3 zeigt eine schematische Darstellung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches mit 4 Achsen in einer beliebigen Lage. Es ist dargestellt, dass zusätzlich zwischen den Verstellzylindern 6; 8 ein drehbarer Ausgleichzylinder 13 mit beidseitig schrägen Flächen anliegend angeordnet ist. Durch die Schwenkachse B3 des Ausgleichzylinders 13 ist das zu bearbeitende Werkstück zusätzlich zur y-Achse auch parallel zur x-Achse des Horizontalbearbeitungszentrums positionierbar. Die Winkel der schrägen Flächen der Verstellzylinder 6; 8 und die Winkel der schrägen Flächen des Ausgleichzylinders 13 bestimmen den Schwenkwinkel des Arbeitstisches 2. Der NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch realisiert einen Schwenkwinkel von 0 Grad bis zu 45 Grad.
4 zeigt eine Ausführung des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches für ein Horizontalbearbeitungszentrum gemäß 1 und 2 zur spanenden Bearbeitung der Flügelanschraubflächen 12.1; 12.2; 12.3 der Rotornabe eines Windkraftrades 1. Es ist dargestellt, dass ein am Bettschlitten 10 fest aufliegender Verstellzylinder 8 an der schrägen Fläche durch eine Drehverbindung 7 mit der schrägen Fläche eines Verstellzylinders 6, der den waagerecht angeordneten, drehbaren Arbeitstisch 2 trägt, verbunden ist. Die Drehverbindung 7 ist ein Kreuzrollenlager mit einer Außenverzahnung, wobei der Außenring des Lagers fest mit dem Verstellzylinder 6 und der Innenring des Lagers fest mit dem Verstellzylinder 8 verbunden ist. Die Drehverbindung 7 hat einen Doppelantrieb 9 mit einem nicht dargestellten Winkelmesssystem für die Schwenk achse B2. Kennzeichnend ist weiterhin, dass die Lagerung 5 der Drehachse B1 des waagerecht angeordneten, drehbaren Arbeitstisches 2 hydrostatisch ausgeführt ist und die Masse- und Bearbeitungskräfte durch die Verstellzylinder 6; 8 somit direkt, ohne Biegeanteile in das Fundament des Horizontalbearbeitungszentrums geleitet werden, da das Bett 11 auf dem Maschinenfundament befestigt ist.
Die spanende Bearbeitung der Flügelanschraubflächen 12.1; 12.2; 12.3 der Rotornabe eines Windkraftrades 1 umfasst das Fräsen und Bohren mit einem Horizontalbearbeitungszentrum. Hierzu ist die Rotornabe zentrisch auf dem Arbeitstisch 2 des NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches zu spannen. Nach Eingabe des Schwenkwinkels von 3 Grad in die Steuerung des Horizontalbearbeitungszentrums wird der Arbeitstisch 2 durch Drehen des Verstellzylinders 6 in der Schwenkachse B2 zunächst positioniert. Dies erfolgt durch den Doppelantrieb 9 mit einem nicht dargestellten Messsystem für die Schwenkachse B2. Die erforderliche Bearbeitungslage für die Flügelanschraubfläche 12.1 wird durch Betätigung des Antriebes 3 der Drehachse B1 dadurch erreicht, wenn der Arbeitstisch 2 rechtwinklig zur Bearbeitungsachse z (minus) steht. Jetzt kann die Flügelanschraubfläche 12.1 mit einem geraden Bearbeitungskopf und voller Zerspanleistung gefräst und gebohrt werden. Zur Bearbeitung der Flügelanschraubflächen 12.2 und 12.3 wird dann der Arbeitstisch 2 nacheinander jeweils um 120 Grad gedreht. Hierzu ist der Antrieb 3 für die Drehachse B1 zu betätigen. Es erfolgt eine analoge spanende Bearbeitung gemäß der Flügelanschraubfläche 12.1.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisches für ein Horizontalbearbeitungszentrum kann beispielsweise die spanende Bearbeitung der Rotornaben von Windkraftanlagen um 30 Prozent gesteigert werden.

1: Werkstück/Windkraftrad
2: Arbeitstisch mit Drehachse B1
3: Antrieb der Drehachse B1
4: Messsystem der Drehachse B1
5: Lagerung der Drehachse B1
6: Verstellzylinder mit Schwenkachse B2
7: Drehverbindung
8: Verstellzylinder
9: Doppelanrieb mit Messsystem der Schwenkachse B2
10: Bettschlitten mit Linearachse w
11: Bett
12.1: Flügelanschraubfläche der Rotornabe von 1
12.2: Flügelanschraubfläche der Rotornabe von 1
12.3: Flügelanschraubfläche der Rotornabe von 1
13: Ausgleichzylinder mit Schwenkachse B3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10025385 A1 [0002]
- DE 10064416 C2 [0002, 0002]

Claims

NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch für ein Horizontalbearbeitungszentrum zur spanenden Bearbeitung von nicht orthogonalen, im Raum liegenden Flächen an großen Werkstücken mit einem Stückgewicht von bis zu 100 Tonnen, bestehend aus einem auf einem Bett (11) horizontal verfahrbar angeordneten Bettschlitten (10) mit einem Drehteil und einem Arbeitstisch (2), wobei im Bettschlitten (10) ein elektronisch steuerbarer Rundantrieb mit einem Winkelmesssystem horizontal drehbar angeordnet ist und das Schwenken des Arbeitstisches (2) mittels eines in der Schwenkachse integrierten Winkelmesssystem in eine Kippstellung durch zwei elektronisch steuerbare, seitlich am Drehteil und am Arbeitstisch befestigte Hydraulikzylinder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Bettschlitten (10) fest aufliegender Verstellzylinder (8) an der schrägen Fläche durch eine Drehverbindung (7) mit der schrägen Fläche eines Verstellzylinders (6), der den waagerecht angeordneten, drehbaren Arbeitstisch (2) trägt, verbunden ist.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung (7) ein Kreuzrollenlager mit einer Außenverzahnung ist, wobei der Außenring des Lagers mit dem Verstellzylinder (6) und der Innenring des Lagers mit dem Verstellzylinder (8) fest verbunden sind.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (5) der Drehachse B1 des waagerecht angeordneten, drehbaren Arbeitstisches (2) hydrostatisch ausgeführt ist.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse B1 ein Messsystem (4) hat.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung (7) einen Doppelantrieb (9) mit einem Winkelmesssystem für die Schwenkachse B2 hat.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwischen den Verstellzylindern (6; 8) ein drehbarer Ausgleichzylinder (13) mit beidseitig schrägen Flächen anliegend angeordnet ist.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel der schrägen Flächen der Verstellzylinder (6; 8) und die Winkel der schrägen Flächen des Ausgleichzylinders (13) den Schwenkwinkel des Arbeitstisches (2) bestimmen.
NC-Dreh-, Verschiebe- und Schwenktisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel 0 Grad bis zu 45 Grad beträgt.