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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, nämlich eine Wälzfräsmaschine, umfassend
- – einer Halterungsstruktur, in oder an der mindestens eine Werkstückspindel für ein Werkstück gelagert ist,
- – einen Gegenhalter für die Werkstückspindel, wobei der Gegenhalter parallel zur Achse der Werkstückspindel verfahrbar ist und mittels eines Gegenhalter-Antriebs auf die Werkstückspindel zu gedrückt werden kann,
- – eine Befestigungsstruktur, an welcher sich der Gegenhalter-Antrieb abstützt,
- – und ein Maschinenbett, an dem die Halterungsstruktur und die Befestigungsstruktur direkt oder indirekt befestigt oder ausgebildet sind, wobei die Befestigungsstruktur und die Halterungsstruktur einander gegenüberliegen, wobei die Halterungsstruktur einen Drehhalter umfasst, in dem wenigstens zwei Werkstückspindeln gelagert sind.
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Zur Bearbeitung von Werkstücken werden vielfältige Werkzeugmaschinen eingesetzt. In vielen Fällen wird bei der Bearbeitung das Werkstück in einer Werkstückspindel gehalten und rotiert, und ein Werkzeug greift am Werkstück mit erheblicher Kraft an, insbesondere beim Wälzfräsen. Um das Werkstück bei der Bearbeitung bzw. dem erheblichen Krafteintrag stabil zu halten, ist es bekannt, Gegenhalter einzusetzen, die das Werkstück auf der Werkstückspindel sichern. Der Gegenhalter wird dabei mit erheblicher Kraft, beim Wälzfräsen beispielsweise mit bis zu 20 kN, an das Werkstück bzw. die zugehörige Werkstückspindel, gedrückt.
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Werkzeugmaschinen, insbesondere Wälzfräsmaschinen, mit Gegenhalter sind in der Regel C-förmig aufgebaut. Auf einer Seite ist die Werkstückspindel angeordnet, eingebaut in einer Halterungsstruktur, und gegenüberliegend ist eine Befestigungsstruktur aufgebaut, an der sich der Antrieb des Gegenhalters abstützt. Halterungsstruktur und Befestigungsstruktur sind über das Maschinenbett miteinander verbunden.
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Wird aber der Gegenhalter mit erheblicher Kraft gegen die Werkstückspindel gedrückt, so kann es zu Verformungen an der Werkzeugmaschine, insbesondere einem Verkippen des Gegenhalters relativ zur Werkstückspindel und/oder in seiner Führung, kommen. Dies beeinträchtigt die Genauigkeit der Werkstückbearbeitung.
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Die
DE 26 33 433 A beschreibt eine Vorrichtung zum zentrischen Spannen von ringförmigen Werkstücken auf einer Drehmaschine, bei der ein Zuganker zum Verspannen eines Kolbenringpakets eingesetzt wird. Das Kolbenringpaket kann über eine Zylindermechanik gehalten werden.
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Die
DE 10 2004 014 912 A1 beschreibt eine Werkzeugmaschine zur Schwerzerspanung. Ein auf einer Werkzeugspindel gelagertes Fräswerkzeug kann auf ein ruhendes Werkstück zu verfahren werden, wobei ein mit der Werkzeugspindel verfahrender Verblockungsdorn in eine Aufnahme eines Werkstückträgers des Werkstücks eintaucht.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzfräsmaschine vorzustellen, bei der eine hochpräzise Werkstückbearbeitung möglich ist, auch wenn durch die Werkstückbearbeitung ein hoher Krafteintrag in das Werkstück erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzfräsmaschine der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Zuganker vorgesehen ist, welcher die Befestigungsstruktur und die Halterungsstruktur miteinander verbindet, so dass der Zuganker ein durch den Gegenhalter-Antrieb eingebrachten Moment im Wesentlichen kompensieren kann, und dass der mindestens eine Zuganker ganz oder teilweise vor der Seitenfläche des Drehhalters, an der die Werkstückspindeln gelagert sind, verläuft.
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Der gegenüber dem Maschinenbett zusätzliche Zuganker verringert Verformungen der Wälzfräsmaschine in Folge des erheblichen Krafteintrags des Gegenhalter-Antriebs. Die Befestigungsstruktur und die Halterungsstruktur werden nicht nur über das Maschinenbett, sondern auch mittels des Zugankers miteinander verbunden. Der Zuganker kann dabei viel näher an den Kraftangriffspunkt des Gegenhalters am Werkstück bzw. an der Werkstückspindel heranrücken als das Maschinenbett. Durch die verkleinerten Hebellängen kann Verformungen wirkungsvoll begegnet werden. Der Zuganker ist hinreichend robust ausgebildet, dass er das durch den Gegenhalter-Antrieb eingebrachte Moment im Wesentlichen kompensieren kann, so dass keine merkliche Verformung im Maschinenbett eintritt.
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Der oder die Zuganker verlaufen typischerweise beabstandet vom Maschinenbett und zwischen der Befestigungsstruktur und der Halterungsstruktur. Halterungsstruktur, Befestigungsstruktur und (übriges) Maschinenbett bilden eine näherungsweise C-förmige Gesamtstruktur, und der oder die die Zuganker verbinden zusätzlich die Schenkel der C-förmigen Gesamtstruktur. Der oder die Zuganker sind typischerweise als Gestänge ausgebildet, können aber auch ganz oder teilweise flexibel ausgebildet sein, etwa mit Seilen.
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Der Drehhalter mit den wenigstens zwei Werkstückspindeln ermöglicht einen hauptzeitparallelen Werkstückwechsel. Der Drehhalter und die Werkstückspindeln sind bevorzugt bezüglich ihrer Drehachsen parallel ausgerichtet. Der Drehhalter ist typischerweise als Trommel ausgebildet. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Zuganker ganz oder teilweise vor der Seitenfläche des Drehhalters, an der die Werkstückspindeln gelagert sind, verläuft. Setzt man den Raum vor der Seitenfläche fort (parallel zur Drehachse des Drehhalters), so verläuft der mindestens eine Zuganker ganz oder teilweise in diesem Raum. Dadurch sind besonders kleine Hebelarme bezüglich Zuganker und Kraftangriffspunkt (am Werkstück) möglich.
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Bevorzugte Ausführungsformen
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, bei der mindestens ein Zuganker am Drehhalter befestigt ist, insbesondere an einer Trennwand zwischen verschiedenen Werkstückspindeln des Drehhalters,
und dass dieser mindestens eine Zuganker ein Drehlager aufweist, insbesondere wobei das Drehlager in der Befestigungsstruktur ausgebildet ist. Durch die Befestigung des Zugankers am Drehhalter kann eine gute Kraftvermittlung zur im Drehhalter gehaltenen Werkstückspindel erreicht werden; ebenso können wiederum kurze Hebelarme realisiert werden. Durch das Drehlager kann der Zuganker in allen Rotationslagen des Drehhalters ohne Umbauten eingesetzt werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist ein Zuganker durch den Drehhalter hindurch entlang der Drehachse des Drehhalters geführt. In diesem Fall benötigt der Zuganker kein Drehlager; der Zuganker kann in der ortsfesten Halterungsstruktur hinter dem Drehhalter befestigt werden.
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Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der der mindestens eine Zuganker zumindest abschnittweise parallel zur Drehachse des Drehhalters verläuft, insbesondere wobei der mindestens eine Zuganker zumindest abschnittweise entlang der Drehachse verläuft. Diese Konstruktion ist besonders einfach, insbesondere wenn lediglich ein Zuganker eingesetzt wird. Die Kraftübertragung ist optimiert.
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Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, die vorsieht, dass der mindestens eine Zuganker in einem radialen Abstand von 3·R oder weniger, bevorzugt 1,5·R oder weniger, von der Spindelachse der Werkstückspindel, die mit dem Gegenhalter zusammenwirkt, an der Halterungsstruktur befestigt ist, wobei R den kleinsten Innenradius der Halterungsstruktur bezüglich der Spindelachse der der besagten Werkstückspindel an der Seitenfläche der Halterungsstruktur, an der die Werkstückspindeln gelagert sind, bezeichnet. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Zuganker besonders nahe beim Kraftangriff von Gegenhalter und Werkstück angeordnet bzw. befestigt. Die kleinen Hebelarme ermöglichen einen leichten und materialsparenden Aufbau.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht weiterhin vor, dass die mindestens eine Werkstückspindel horizontal angeordnet ist. Dies verbessert den Spänefall. Alternativ ist auch eine Ausführungsform als Vertikalmaschine (mit vertikaler/n Werkstückspindel/n) möglich.
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Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der Gegenhalter-Antrieb
- – einen Hydraulikzylinder oder
- – einen Motor mit Gewindespindel
umfasst. Diese Antriebsvarianten haben sich in der Praxis bewährt. Insbesondere mit einem Hydraulikzylinder können große Kräfte aufgebracht werden.
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Schließlich ist noch bevorzugt eine Ausführungsform, bei der die Befestigungsstruktur eine Metallplatte umfasst. Dieser Aufbau ist besonders einfach, und kann gut mit dem zusätzlichen Zuganker gegen eine Verformung gesichert werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, nämlich Wälzfräsmaschine, mit zwei Werkstückspindeln;
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ähnlich 1 im Bereich der Befestigung eines Zugankers;
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3 eine schematische Perspektivdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, hier Wälzfräsmaschine, mit einer Werkstückspindel.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1, die als Wälzfräsmaschine ausgebildet ist. Die Werkzeugmaschine 1 weist eine Halterungsstruktur 2 auf, hier umfassend einen Drehhalter 3 und ein Lager 4 für den Drehhalter 3. Die Halterungsstruktur 2 dient der Lagerung von Werkstückspindeln 7a, 7b. Der Halterungsstruktur 2 gegenüber liegt eine Befestigungsstruktur 5, hier eine Metallplatte. Sowohl die Halterungsstruktur 2 als auch die Befestigungsstruktur 5 sind an einem (hier) bodenseitigen Maschinenbett 6 befestigt, so dass die Halterungsstruktur 2, das Maschinenbett 6 und Befestigungsstruktur 5 im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines (hier liegenden) „C” ausbilden.
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Im Drehhalter 3, welcher um eine (hier) horizontale Drehachse DRA motorisch rotiert werden kann, sind (hier) zwei Werkstückspindeln 7a, 7b ausgebildet. Auf den Werkstückspindeln 7a, 7b kann jeweils ein Werkstück 8a, 8b eingespannt und um eine jeweilige (hier horizontale) Spindelachse SPA rotiert werden (nur eingezeichnet für die vordere Werkstückspindel 7a).
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Die in 1 vordere Werkstückspindel 7a befindet sich in einer Transferposition, in welcher das Werkstück 8a hauptzeitparallel gewechselt werden kann. Die hintere Werkstückspindel 7b bzw. das zugehörige Werkstück 8b befindet sich in Bearbeitungsposition für eine Bearbeitung durch einen Wälzfräskopf 9 (mit nur schematisch dargestelltem Werkzeug). Die Positionen der Werkstückspindeln 7a, 7b können durch Drehen des Drehhalters (vgl. Drehachse DRA) um 180° getauscht werden.
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Um bei der Bearbeitung das Werkstück 8b auch bei der Einwirkung hoher Bearbeitungskräfte in Position zu halten, wird das Werkstück 8b mit einem Gegenhalter 10 von der Seite gegenüber der Werkstückspindel 7b gesichert. Der Gegenhalter 10 (hier genauer eine Gegenhalter-Pinole) ist in einer linearen Führung 11 gehalten, in welcher der Gegenhalter 10 parallel zur Spindelachse der hinteren Werkstückspindel 7b verfahren kann. Der Gegenhalter 10 ist dabei von einem Gegenhalter-Antrieb 12, hier einem Hydraulikzylinder, angetrieben. Der Gegenhalter-Antrieb 12 stützt sich an der Befestigungsstruktur 5 ab und drückt den Gegenhalter 10 auf die Werkstückspindel 7b zu, vgl. Halterichtung HR. Der Hydraulikzylinder drückt dabei konzentrisch (momentfrei) auf die Gegenhalter-Pinole.
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Die Kraftwirkung des Gegenhalter-Antriebs 12 droht die Befestigungsstruktur 5 zu verformen, hier etwa die Metallplatte in ihrem oberen Bereich nach vorne zu biegen; dabei kann das gesamte Maschinenbett 6 in die Verformung einbezogen sein. Dadurch könnte die Führung 11 relativ zum Gegenhalter 10 verkippt werden, und der Halt des Werkstücks 8b wäre nicht mehr präzise oder gar insgesamt gefährdet.
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Gemäß der Erfindung weist die Werkzeugmaschine 1 einen zusätzlichen Zuganker 13 auf. Der Zuganker 13 ist einenends (rechts) drehbar an der Befestigungsstruktur 5 gelagert, und anderenends am Drehhalter 3 über eine Trennwand 14 zwischen den zwei Werkstückspindeln 7a, 7b befestigt.
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Während der Gegenhalter 10 samt Gegenhalter-Antrieb 12 die Befestigungsstruktur 5 und die Werkstückspindel 7b (bzw. den Drehhalter 3) auseinander spreizt, hält der Zuganker 13 die Befestigungsstruktur 5 und den Drehhalter 3 zusammen und wirkt so einer Verformung der Werkzeugmaschine 1 entgegen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der (einzige) Zuganker 13 entlang der Drehachse DRA des Drehhalters 3 geführt, was die Befestigung an der Befestigungsstruktur 5 und an der Halterungsstruktur 2 (hier am Drehhalter 3) erleichtert. Rechtsseitig ist der Zuganker 13 in einem Drehlager 15 in der Befestigungsstruktur 5 befestigt, so dass der Zuganker 13 in allen Verdrehpositionen des Drehhalters 3 installiert bleiben kann.
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Bevorzugt verläuft der Zuganker 13 und befindet sich die Befestigung des Zugankers 13 (in der Ebene senkrecht zur Spindelachse SPA) möglichst nahe am Kraftangriff des Gegenhalters 10. Hier verläuft der Zuganker 13 in einem Raum vor der Seitenfläche des Drehhalters 3, an dem die Werkstückspindeln 7a, 7b ausgebildet sind; dadurch ist der (radiale) Hebelarm HA kurz, und die Zugankerung ist besonders effizient.
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Der Gegenhalter 10 kann über den Gegenhalter-Antrieb 12 für eine Drehung des Drehhalters 3 zurückgezogen werden. Typischerweise sind der Gegenhalter-Antrieb 12, ein Antrieb für den Drehhalter 3, Antriebe für die Werkstückspindeln 7a, 7b und ein Antrieb für den Wälzfräskopf 9 programmgesteuert synchronisiert.
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Bei Ausbildung einer nicht erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit nur einer Werkstückspindel entfällt der Drehhalter (d. h. die Werkstückspindel kann in einer vollständig ortsfesten Halterungsstruktur gelagert werden), und statt einem Drehlager für den Zuganker kann eine starre Befestigung eingesetzt werden.
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Die 2 zeigt im horizontalen Querschnitt den vorderen Bereich eines Drehhalters 3 einer Werkzeugmaschine, an der die Erfindung realisiert ist, vgl. auch die in so weit ähnliche Ausführungsform von 1.
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Im Drehhalter 3 sind zwei Werkstückspindeln 7a, 7b ausgebildet, wobei die Werkstückspindel 7b in Bearbeitungsposition ist. Der Drehhalter 3 ist um die Drehachse DRA rotierbar, die Werkstückspindeln 7a, 7b sind um Spindelachsen SPA im Drehhalter 3 rotierbar. Auf der Werkstückspindel 7b ist ein Werkstück 8b angeordnet, welches von einem Wälzfräswerkzeug 16 bearbeitet werden kann. Weiterhin wird das Werkstück 8b mit einem Gegenhalter 10 in Halterichtung HR gedrückt.
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Der Drehhalter 3 ist mit einem Zuganker 13 verbunden, welcher an einer Trennwand 14 des Drehhalters 3 angreift.
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Die Seitenfläche (Oberseite) 17 des Drehhalters 3, an welcher die Werkstückspindeln 7a, 7b mit ihren Werkstückhalterungen (Futtern) aus dem Drehhalter 3 herausragen, spannt durch eine Fortsetzung parallel zur Drehachse DRA (vgl. Raumgrenzen RG) einen Raum RM auf, in welchem auch der Zuganker 13 verläuft. Der Zuganker 13 ist weiterhin in einem relativ kleinen radialen Abstand AB von der Spindelachse SPA der Werkstückspindel 7b in Bearbeitungsposition an der Halterungsstruktur 2 befestigt. Insbesondere ist AB kleiner als 3·R, wobei R der kleinste Innenradius der (bezüglich der Spindelrotation) ortsfesten Halterungsstruktur 2 (hier ausgebildet am Drehhalter 3 als auskragende Spindelhalterung 18) an der Seitenfläche 17 des Drehhalters 3 ist. R bezeichnet also die kleinste Entfernung der Halterungsstruktur 2 von der Spindelachse SPA der Werkstückspindel 7b, die mit dem Gegenhalter 10 zusammenwirkt, bei Aufsicht auf die Seitenfläche 17 (also in 2 „von oben”) der Halterungsstruktur 2 in der Ebene senkrecht zur Spindelachse SPA. Diese Maßnahmen sorgen für einen kompakten Aufbau und kleine Hebellängen zwischen dem Kraftangriff des Gegenhalters 10 und der Zugankerbefestigung.
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3 zeigt zur allgemeinen Erläuterung eine nicht erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1, die lediglich eine einzige Werkstückspindel 7b aufweist; es werden vor allem die Unterschiede zum Aufbau von 1 erläutert.
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Die Werkstückspindel 7b ist in einer Halterungsstruktur 2 gelagert, die im Wesentlichen aus einem quaderförmigen Rahmen besteht. Der Werkstückspindel 7b liegt in axialer Richtung (vgl. Spindelachse SPA) ein Gegenhalter 10 gegenüber, dessen Gegenhalter-Antrieb 12 sich an einer Befestigungsstruktur 5 abstützt. Die Halterungsstruktur 2, ein Maschinenbett 6 und die Befestigungsstruktur 5 sind zusammen C-artig aufgebaut (wobei das „C” auf seinem „Rücken” liegt).
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Um eine zusätzliche Stabilisierung der Befestigungsstruktur 5 bei Kraftwirkung des Gegenhalter-Antriebs 12 zu erreichen, ist ein Zuganker 13 vorgesehen, welcher die Halterungsstruktur 2 und die Befestigungsstruktur 5 – zusätzlich zum Maschinenbett 6 und von diesem (hier vertikal) beabstandet – zugstabil verbindet. Der Zuganker 13 verläuft hier parallel zur Spindelachse SPA und bezüglich der radialen Richtung unmittelbar anschließend an die beweglichen Teile der Werkstückspindel 7b. Bei der Werkzeugmaschine von 3 ersetzt der Zuganker 13 einen Teil der Einfassung der rotierenden Teile an der Werkstückspindel 7b.
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Man beachte, dass auch mehrere Zuganker eingesetzt werden können, etwa um den Umfang der Werkstückspindel verteilt. Insbesondere bei mehreren Zugankern können diese auch nicht-parallel zur Spindelache verlaufen, wobei in der Regel eine gewisse Symmetrie der Zugankeranordnung für eine gute Stabilität der Befestigungsstruktur vorteilhaft ist.
