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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum zur Bearbeitung von Werkstücken aus
Holz oder vergleichbaren Materialien.
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Im
Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Bearbeitungszentrum
mit numerischer Kontrolle, das in der Holzbearbeitungsindustrie
zur Erzeugung von Fräsarbeiten
mit numerischer Kontrolle verwendet werden kann.
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Die
Fräsarbeiten
mit numerischer Kontrolle umfassen Vertikal- und Oberfräsarbeiten
wie Vollfräsen,
Kantenfräsen
oder Fräsarbeiten
zur Erzeugung von Ziermotiven auf Werkstücken, die für die Einrichtungsmöbel- oder
Geschenkartikelindustrie bestimmt sind, und Bohrarbeiten.
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Man
kennt Bearbeitungszentren, die eine Basis zur Auflage einer Arbeitsfläche aufweisen,
die sich parallel zu einer ersten Achse, oder Achse X, erstreckt,
und Fixiervorrichtungen, zum Beispiel Saugvorrichtungen, um die
zu bearbeitenden Werkstücke auf
der Arbeitsfläche
zu fixieren.
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Parallel
zur Achse X gleitet auf der Basis ein Ständerelement, das sich parallel
zu einer zweiten Achse, oder Achse Z, erstreckt, die senkrecht zur Achse
X verläuft.
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Das
Ständerelement
ist Teil einer Portalstruktur, zum Beispiel in Form eines umgekehrten
L, und trägt
ein Querbalkenelement, das bei Betrieb oberhalb der Arbeitsplatte
und zu dieser gewandt positioniert ist.
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Das
Querbalkenelement erstreckt sich parallel zu einer dritten Achse,
oder Achse Y, die senkrecht zur Achse X und zur Achse Z verläuft, wobei
die Achse X, die Achse Y und die Achse Z eine Dreiergruppe von Achsen
bilden, die zueinander senkrecht sind.
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Das
Querbalkenelement weist erste Führungsschienen
auf, die sich parallel zur Achse Y erstrecken und gleitend ein erstes
Wagenelement tragen.
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Das
erste Wagenelement ist mit zweiten Führungsschienen versehen, die
sich parallel zur Achse Z erstrecken und gleitend ein zweites Wagenelement
tragen.
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Das
zweite Wagenelement trägt
eine Bearbeitungsgruppe, die mit einer Elektrospindel versehen ist,
um in Drehung Fräs-
oder Bohrwerkzeuge zu betätigen,
um die oben genannten Werkstücke
zu bearbeiten.
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Auf
diese Weise ist im Betrieb die Bearbeitungsgruppe und damit die
Elektrospindel mit Hilfe des Ständerelements
parallel zur Achse X, mit Hilfe des zweiten Wagenelements parallel
zur Achse Z und mit Hilfe des ersten Wagenelements parallel zur Achse
Y beweglich.
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Anders
ausgedrückt,
ist diese Bearbeitungsgruppe eine Bearbeitungsgruppe mit drei kontrollierten
Achsen.
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Die
bekannten Bearbeitungszentren weisen außerdem ein Werkzeugträger-Magazin
auf, das mit einer Halterung versehen ist, um mehrere Werkzeuge
zu halten, die von der Bearbeitungsgruppe verwendet werden können.
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Das
Werkzeugträger-Magazin
ist mit einer Vorrichtung zum Werkzeugwechsel ausgestattet, um die
Werkzeuge von der Halterung zu der Bearbeitungsgruppe beziehungsweise
von der Bearbeitungsgruppe zu der Halterung zu verlagern.
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Bei
einer bekannten Ausführungsform
dieser Bearbeitungszentren, insbesondere im Fall eines Werkzeugträger-Magazins,
das eine begrenzte Anzahl von Werkzeugen trägt, ist das Werkzeugträger-Magazin
mit der Bearbeitungsgruppe verbunden und wird von dieser entlang
des Querbalkenelements bewegt.
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Ein
Mangel bei dieser Ausführung
besteht darin, dass die Bearbeitungsgruppe keine raschen Beschleunigungen
entlang des Querbalkenelements durchführen kann, was die Produktivität der Bearbeitungszentren
verringert.
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Dies
ist insbesondere auf die beträchtliche Masse
des Werkzeugträger-Magazins
und der von diesem gehaltenen Werkzeugen zurückzuführen, da diese Masse von der
Bearbeitungsgruppe entlang des Querbalkenelements bewegt werden
muss.
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Ein
weiterer Mangel bei der oben erwähnten Ausführung besteht
in der reduzierten Anzahl der Werkzeuge, die im Werkzeugträger-Magazin
verfügbar
sind.
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Bei
einer anderen bekannten Ausführung dieser
Bearbeitungszentren, insbesondere im Fall eines Werkzeugträger-Magazins,
das eine beträchtliche
Anzahl von Werkzeugen trägt,
ist das Werkzeugträger-Magazin
an einem Ende des Querbalkenelements befestigt.
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Bei
dieser Ausführung
wird die Bearbeitungsgruppe bei jedem Werkzeugwechsel zuerst in die
Nähe des
Werkzeugträger-Magazins
in eine Stellung zum Werkzeugwechsel bewegt, bei der das Werkzeugträger-Magazin
den geforderten Werkzeugwechsel durchführt, und anschließend vom Werkzeugträger-Magazin
weg in eine Arbeitsstellung oberhalb der Arbeitsfläche bewegt,
in der die Bearbeitungsgruppe die geforderten Bearbeitungen durchführt.
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Ein
Mangel bei dieser Ausführung
besteht darin, dass die Vorgänge
zum Werkzeugwechsel besonders langsam vor sich gehen, was die Produktivität der Bearbeitungszentren
verringert.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bearbeitungszentren
zur Bearbeitung von Werkstücken
aus Holz oder vergleichbaren Materialien, insbesondere jene mit
numerischer Kontrolle, zu verbessern.
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Ein
weiteres Ziel besteht darin, Bearbeitungszentren zu bieten, die
eine höhere
Produktivität im
Vergleich zur Produktivität
der bekannten Bearbeitungszentren haben.
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Erfindungsgemäß ist ein
Bearbeitungszentrum vorgesehen, das eine Bearbeitungsgruppe zur Bearbeitung
von Werkstücken
aus Holz oder vergleichbaren Materialien, ein Werkzeugträger-Magazin
zum Halten mehrerer Werkzeuge, die von dieser Bearbeitungsgruppe
verwendet werden können,
und Verlagerungsvorrichtungen zum Verlagern der Werkzeuge zwischen
dem Werkzeugträger-Magazin
und der Bearbeitungsgruppe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
Führungsvorrichtungen
vorgesehen sind, um die Bearbeitungsgruppe und Verlagerungsvorrichtungen
gleitend zu lagern, die sich an das Werkzeugträger-Magazin annähern und
davon entfernen, und dadurch, dass die Bearbeitungsgruppe eine Bearbeitungsgruppe
mit fünf
kontrollierten Achsen ist.
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Dank
dieses Aspekts der Erfindung ist es möglich, die Produktivität des Bearbeitungszentrums im
Vergleich zu den bekannten Bearbeitungszentren zu steigern.
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Die
Bearbeitungsgruppe ist nämlich
nicht mit dem Werkzeugträger-Magazin
verbunden und kann folglich entlang der Führungsvorrichtungen mit raschen
Beschleunigungen bewegt werden.
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Die
Verlagerungsvorrichtungen, die entlang der Führungsvorrichtungen bewegbar
sind und zwischen dem Werkzeugträger-Magazin
und der Bearbeitungsgruppe hin- und
herfahren, ermöglichen,
die für
den Werkzeugwech sel erforderliche Zeit im Vergleich zu den bekannten
Bearbeitungszentren zu verringern.
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Kurz
bevor ein erstes Werkzeug der Bearbeitungsgruppe eine erste Bearbeitung
an einem in Bearbeitung befindlichen Werkstück beendet hat, werden bei
Betrieb die Verlagerungsvorrichtungen, nachdem sie ein zweites Werkzeug
vom Werkzeugträger-Magazin
entnommen haben, das zur Ausführung
einer zweiten Bearbeitung am Werkstück vorgesehen ist, in der Nähe der Bearbeitungsgruppe
positioniert.
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Sobald
die erste Bearbeitung beendet ist, entnehmen die Verlagerungsvorrichtungen
das erste Werkzeug von der Bearbeitungsgruppe und geben an Letzteres
das zweite Werkzeug ab.
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Während das
zweite Werkzeug die zweite Bearbeitung durchführt, werden anschließend die Verlagerungsvorrichtungen
an das Werkzeugträger-Magazin
herangeführt,
um das erste Werkzeug an Letzteres abzugeben beziehungsweise ein
drittes Werkzeug von Letzterem zu entnehmen.
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Kurz
bevor das zweite Werkzeug die zweite Bearbeitung beendet hat, nähern sich
die Verlagerungsvorrichtungen an die Bearbeitungsgruppe anschließend an,
um das zweite Werkzeug durch das dritte Werkzeug in der oben beschriebenen
Weise zu ersetzen.
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Da
die Führungsvorrichtungen
ein gemeinsames Führungselement
mit den Verlagerungsvorrichtungen und der Bearbeitungsgruppe aufweisen, ist
es des Weiteren möglich,
die Produktionskosten für
das Bearbeitungszentrum zu verringern.
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Die
Bearbeitungsgruppe mit fünf
kontrollierten Achsen, die zum Beispiel drei Verschiebe- und zwei
Drehachsen aufweist, ermöglicht
schließlich, die
Flexibilität
des Bearbeitungszentrums zu steigern, indem sie einer mit ihr verbundenen
Spindel ermöglicht,
im Bereich einer gewünschten
Arbeitsbahn bewegt zu werden.
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Die
Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen,
die eine als Beispiel dienende und nicht einschränkende Ausführungsform davon darstellen,
leichter zu verstehen und umzusetzen, wobei:
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1 eine
schematische axonometrische Ansicht eines Bearbeitungszentrums darstellt;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 1 darstellt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 wird ein
Bearbeitungszentrum 1 mit numerischer Kontrolle gezeigt,
das in der Holzbearbeitungsindustrie zur Durchführung von Fräsarbeiten
mit numerischer Kontrolle an einem zu bearbeitenden Werkstück 2 aus
Holz oder vergleichbaren Materialien verwendet werden kann.
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Insbesondere
umfassen die Fräsarbeiten
mit numerischer Kontrolle Vertikal- und Oberfräsarbeiten wie zum Beispiel
Vollfräsen,
Kantenfräsen,
Fräsarbeiten
zur Erzeugung eines Ziermotivs auf Werkstücken 2, die für die Einrichtungsmöbel- oder
Geschenkartikelindustrie bestimmt sind, und Bohrarbeiten.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 weist eine Basis 3 zur Auflage
einer Arbeitsplatte 4 auf, die sich im Wesentlichen parallel
zu einer ersten Achse X erstreckt und auf der mittels nicht abgebildeter
Fixiervorrichtungen das Werkstück 2 fixiert
werden kann.
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Auf
der Basis 3 ist im Wesentlichen parallel zur ersten Achse
X ein Ständerelement 5 gleitend
gelagert, das sich im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse
Z erstreckt, die senkrecht zur ersten Achse X verläuft.
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Das
Ständerelement 5 ist
Teil einer Portalstruktur 6, zum Beispiel in Form eines
umgekehrten L, und trägt
ein Querbalkenelement 7, das bei Betrieb oberhalb der Arbeitsplatte 4 und
zu dieser gewandt positioniert ist.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführung
der Erfindung hat die Portalstruktur 6 die Form eines umgekehrten
U, das heißt
sie ist eine Struktur mit geschlossenem Portal.
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Das
Querbalkenelement 7 erstreckt sich im Wesentlichen parallel
zu einer dritten Achse Y, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten
Achse X und zur zweiten Achse Z verläuft, wobei die erste Achse
X, die zweite Achse Z und die dritte Achse Y eine Dreiergruppe von
Achsen bilden, die zueinander senkrecht sind.
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Das
Querbalkenelement 7 weist eine tragende Wand 8 auf,
auf der eine erste Führungsschiene 9 und
eine zweite Führungsschiene 10 angebracht sind.
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Die
erste Führungsschiene 9 und
die zweite Führungsschiene 10,
die im Wesentlichen parallel sind, erstrecken sich im Wesentlichen
parallel zur dritten Achse Y, wobei die erste Führungsschiene 9 bei
Betrieb oberhalb von der zweiten Führungsschiene 10 positioniert
ist.
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Die
erste Führungsschiene 9 und
die zweite Führungsschiene 10 tragen
außerdem
gleitend einen Wagen 11.
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Der
Wagen 11 ist mit nicht dargestellten Führungselementen versehen, die
sich im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse Z erstrecken und
gleitend einen Rahmen 12 einer Bearbeitungsgruppe 13 oder einen
anthropomorphen Arbeitskopf tragen.
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Die
Bearbeitungsgruppe 13 ist mit mehreren kontrollierten Achsen
versehen, im vorliegenden Fall mit fünf, die ihr ermöglichen,
im Bereich entlang einer gewünschten
Arbeitsbahn eine Spindel 14, zum Beispiel eine elektrische
Spindel, zu bewegen.
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Die
Spindel 14 ist vorgesehen, um ein erstes Fräs- oder Bohrwerkzeug 21 (2)
von mehreren Werkzeugen 22 zu halten und in Drehung zu
betätigen.
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Im
Besonderen ist die Bearbeitungsgruppe 13 im Wesentlichen
parallel zu einer ersten Achse X, zu einer zweiten Achse Z und einer
dritte Achse Y beweglich und um zwei Drehachsen C und B drehbar.
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Die
Drehachsen C und B umfassen eine erste Drehachse C, die sich im
Wesentlichen parallel zur zweiten Achse Z erstreckt, und eine zweite
Drehachse B, die sich in Bezug auf die erste Achse X, die zweite
Achse Z und die dritte Achse Y quer erstreckt.
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Die
Bearbeitungsgruppe 13 weist außerdem einen Trägerteil 15 auf,
der bei Gebrauch der Arbeitsplatte 4 zugewandt und am Rahmen 12 befestigt
ist.
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Der
Trägerteil 15 hält drehend
einen ersten drehbaren Teil 16, der im Wesentlichen die
Form eines umgekehrten L hat, der seinerseits einen zweiten drehbaren
Teil 17 drehend hält.
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Im
Besonderen ist der erste drehbare Teil 16 vorgesehen, um
im Hinblick auf den Trägerteil 15 um eine
erste Drehachse C zu rotieren, während
der zweite drehbare Teil 17 vorgesehen ist, um im Hinblick
auf den oben genannten ersten drehbaren Teil 16 um eine
zweite Drehachse B zu rotieren.
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Der
zweite drehbare Teil 17 weist eine nicht dargestellte Platte
auf, die mit mehreren Spannkloben ver sehen ist, mit denen auf abnehmbare
Weise, zum Beispiel mit Gewindeverbindungen, die Spindel 14 verbunden
ist, deren Arbeitsachse in Ruhestellung im Wesentlichen parallel
zur ersten Achse X ist.
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Auf
diese Weise ermöglicht
das Ständerelement 5,
das entlang der Basis 3 gleitet, der Spindel 14,
im Wesentlichen parallel zur ersten Achse X bewegt zu werden, der
Wagen 11, der entlang der ersten Führungsschiene 9 und
der zweiten Führungsschiene 19 gleitet,
ermöglicht
der Spindel 14, im Wesentlichen parallel zur dritten Achse
Y bewegt zu werden, der Rahmen 12, der entlang der Führungselemente
des Wagens 11 gleitet, ermöglicht der Spindel 14 im
Wesentlichen parallel zur zweiten Achse Z bewegt zu werden.
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Auf
der anderen Seite ermöglichen
der erste drehbare Teil 16 und der zweite drehbare Teil 17 der Spindel 14,
um die erste Drehachse C beziehungsweise um die zweite Drehachse
B zu rotieren.
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Eine
geeignete Kombination der fünf
oben genannten Bewegungen ermöglicht
der Spindel 14, das heißt dem jeweiligen ersten Werkzeug 21,
sich so zu positionieren, dass es mehrere gewünschte Bearbeitungen am Werkstück 2 vornehmen
kann.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 weist außerdem ein Werkzeugträger-Magazin 19 auf,
zum Beispiel in Form einer Drehscheibe, die zum Halten mehrerer Werkzeuge 22 vorgesehen
ist, die von der Bearbeitungsgruppe 13 verwendet werden
können.
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Das
Werkzeugträger-Magazin 19 ist
an einem Ende 20 des Querbalkenelements 7 befestigt und
um seine Achse Z1 drehbar, die sich im Wesentlichen parallel zu
zweiten Achse Z erstreckt.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 weist außerdem ein Schiffchen 23 auf,
das dazu vorgesehen ist, ein zweites, nicht dargestelltes Werkzeug
vom Werkzeugträger-Magazin 19 zu
entnehmen und es an die Bearbeitungsgruppe 13 abzugeben
und das erste Werkzeug 21 von der Bearbeitungsgruppe 13 zu
entnehmen und es an das Werkzeugträger-Magazin 19 abzugeben.
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Anders
ausgedrückt,
fährt das
Schiffchen 23 im Betrieb zwischen dem Werkzeugträger-Magazin 19 und
der Bearbeitungsgruppe 13 hin und her, um die Werkzeuge 22 vom/zum
Werkzeugträger-Magazin 19 zu
der/von der Bearbeitungsgruppe 13 zu verlagern.
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Das
Schiffchen 23 liegt zwischen dem Werkzeugträger-Magazin 19 und
der Bearbeitungsgruppe 13 und wird gleitend von der ersten
Führungsschiene 9 gehalten.
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In
einer nicht dargestellten Ausführung
der Erfindung wird das Schiffchen 23 von der zweiten Führungsschiene 10 gehalten.
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In
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Erfindung wird das
Schiffchen 23 von der ersten Führungsschiene 9 und
der zweiten Führungsschiene 10 gehalten.
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Das
Schiffchen 23 weist ein Festspannelement 24 auf,
das um eine weitere eigene Achse Z2 drehbar ist, die im Wesentlichen
parallel zur zweiten Achse Z und mit einem ersten Sitz 32 und
einem zweiten Sitz 33 versehen ist, die einander gegenüberliegen,
damit jeder ein Werkzeug 22 erfassen kann.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 weist außerdem Bewegungsvorrichtungen 25 auf,
die in 2 dargestellt sind, um den Wagen 11 und
das Schiffchen 23 entlang des Querbalkenelements 7 zu
bewegen.
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Die
Bewegungsvorrichtungen 25 weisen einen ersten Motor 27 auf,
der mit dem Wagen 11 verbunden ist, und einen zweiten Motor 28,
der mit dem Schiffchen 23 verbunden ist, wobei der erste
Motor 27 und der zweite Motor 28 ein erstes Treibrad
beziehungsweise ein zweites Treibrad, die nicht abgebildet sind,
in Drehung betätigen.
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Die
Bewegungsvorrichtungen 25 weisen außerdem eine Zahnstange 26 auf.
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Die
Zahnstange 26 ist an einer weiteren Wand 31 des
Querbalkenelements 7 befestigt, wobei die weitere Wand 31 an
die Wand 8 angrenzt.
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Die
Zahnstange 26 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur
dritten Achse Y und ist vorgesehen, um das erste Treibrad und das
zweite Treibrad ineinander greifen zu lassen.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführung
der Erfindung betätigen
der erste Motor 27 und der zweite Motor 28 in
Drehung eine erste beziehungsweise eine zweite Schnecke, die dazu
vorgesehen sind, sich spiralförmig
mit einer fixen Endlosschraube zu verbinden, die sich im Wesentlichen
parallel zu dritten Achse Y erstreckt.
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Kurz
bevor das erste Werkzeug 21, das auf der Bearbeitungsgruppe 13 befestigt
ist, die programmierten Arbeiten beendet hat, wird bei Betrieb das
Schiffchen 23, das mit dem zweiten Werkzeug ausgestattet
ist, an die Bearbeitungsgruppe 13 angenähert.
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Sobald
die oben genannten Bearbeitungen abgeschlossen sind, ist das Schiffchen 23 bereit,
um das erste Werkzeug 21 rasch durch das zweite Werkzeug
zu ersetzen.
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Dazu
wird das Festspannelement 24 so positioniert, dass der
erste leere Sitz 32 zum ersten Werkzeug 21 gewandt
ist und es von der Bearbeitungsgruppe 13 entnimmt.
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Anschließend dreht
sich das Festspannelement 24 um 180° um eine weitere Achse Z2, sodass der
zweite Sitz 33, der das zweite Werkzeug trägt, das
zuvor vom Werkzeugträger-Magazin 19 entnommen
wurde, zur Bearbeitungsgruppe 13 gewandt ist und das zweite
Werkzeug auf die Bearbeitungsgruppe 13 verlagert.
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Danach
entfernt sich das Schiffchen 23 von der Bearbeitungsgruppe 13,
die daher die erforderlichen Bearbeitungen mit dem zweiten Werkzeug durchführen kann,
und nähert
sich an das Werkzeugträger-Magazin 19 an,
das entsprechend gedreht ist, um auf Letzteres das erste gerade
verwendete Werkzeug 21 zu übertragen beziehungsweise ein
drittes Werkzeug 34, das nach dem zweiten Werkzeug zu verwenden
ist, von Letzterem zu entnehmen.
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Man
beachte, dass das Schiffchen 23, das zwischen dem Werkzeugträger-Magazin 19 und
der Bearbeitungsgruppe 13 hin- und herpendelt, ermöglicht,
die Zeit für
den Werkzeugwechsel im Vergleich zu den bekannten Bearbeitungszentren
zu verringern und folglich die Produktivität des Bearbeitungszentrums 1 im
Vergleich zu den bekannten Bearbeitungszentren zu steigern.
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Man
beachte außerdem,
dass die Bearbeitungsgruppe 13 nicht mit dem Werkzeugträger-Magazin 19 verbunden
ist und daher entlang des Querbalkenelements 7 mit raschen
Beschleunigungen bewegt werden kann.
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Man
beachte des Weiteren, dass das Bearbeitungszentrum 13 mit
fünf kontrollierten
Achsen ermöglicht,
die Flexibilität
des Bearbeitungszentrums 1 zu steigern, indem es der Spindel 14 ermöglicht,
sich im Bereich entlang einer gewünschten Arbeitsbahn zu bewegen.