DE102010040416B4

DE102010040416B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010040416B4
Application number: DE102010040416.0A
Authority: DE
Inventors: Makoto Yoshida
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: JP2011056609A; CN102009357A; US20110056343A1; CN105690106A; DE102010040416A1; US8632283B2; JP5385063B2; ITMI20101574A1; IT1400766B1

Abstract

Werkzeugmaschine (1), die eine Säule, die in einer vorbestimmten Richtung verschiebbar ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine aufweist:ein Bett (2), das ein Paar von mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gesetzt aufrecht stehenden Wandabschnitten (2a) enthält;einen Spindelkasten (6), der eine Spindel (7) enthält;ein Lagerungselement (4), an das der Spindelkasten (6) in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung beweglich montiert ist, das Lagerungselement (4) beweglich ist, um so eine Position davon in horizontalen Ebenen relativ zu dem Bett (2) zu ändern; undein Führungselement (3), das auf dem Bett (2) an oberen Enden der Wandabschnitte (2a) angeordnet vorgesehen ist, und konfiguriert ist, um das Lagerungselement (4) zu führen,wobei das Lagerungselement (4) einen eingreifbaren Abschnitt (11) enthält, an dem das Lagerungselement (4) durch das Führungselement (3) gelagert wird,ein unterer Abschnitt des Lagerungselements (4), das durch das Führungselement (3) gelagert wird, zwischen den Wandabschnitten (2a) angeordnet ist, und der eingreifbare Abschnitt (11) an dem Lagerungselement (4) in einer Höhe innerhalb eines Bereichs der Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Spindelkastens (6) entlang dem Lagerungselement (4) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Lagerungselement (4) mit sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung von annähernd einem oberen Ende zu annähernd einem unteren Ende des Lagerungselements (4) durchgehend erstreckenden Führungsschienen (5) für den Spindelkasten (6) versehen ist, undeine Achse der Spindel (7) in einer Richtung parallel zu einer Richtung des Führungselements (3) angeordnet ist.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, die eine Säule aufweist, die in einer vorbestimmten Richtung verschiebbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Werkzeugmaschine, die eine Säule, die in einer z-Achsen-Richtung (d.h. vorwärts und rückwärts) auf einem Bett verschiebbar ist, und einen Spindelkasten, der in einer y-Achsen-Richtung (d.h. aufwärts und abwärts) entlang der Säule umsetzbar ist, enthält, ist in der Technik bekannt (z.B. JP 7-88737 A ). Solch eine Werkzeugmaschine 51 wird nun kurz unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In 2 sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse Achsen, die senkrecht aufeinander sind, und so orientiert sind, dass sich die X-Achse linkswärts und rechtswärts erstreckt, sich die Y-Achse aufwärts und abwärts erstreckt, und sich die Z-Achse vorwärts und rückwärts erstreckt; somit werden die Ausdrücke „x-Achsen-Richtung“, „y-Achsen-Richtung“ und „z-Achsen-Richtung“ verwendet, um jeweils eine Linkswärts-Rechtswärts-Richtung, eine Aufwärts-Abwärts-Richtung und eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung zu bezeichnen.
Die Werkzeugmaschine 51 enthält ein Bett 52, ein Paar von Schienenelementen 53, die sich in der Z-Achsen-Richtung auf dem Bett 52 erstrecken, eine Säule 54, die in der z-Achsen-Richtung beweglich an den Schienenelementen 53 angebracht ist, und einen Spindelkasten 56, der eine Spindel 57 enthält. Der Spindelkasten 56 ist an einer Vorderseite der Säule 54 vorgesehen und konfiguriert, um in der y-Achsen-Richtung umsetzbar zu sein (d.h. entlang der Frontseite der Säule 54 verschiebbar).
Wenn diese Werkzeugmaschine 51 zum Bearbeiten betrieben wird, wird der Spindelkasten 56 in der y-Achsen-Richtung bewegt. Jedoch bringt der aufwärts bewegte Spindelkasten 56 den Schwerpunkt der Säule 54 entsprechend aufwärts; daher würde die strukturelle Festigkeit und Stabilität der Säule 54 in einer nachteiligen Weise verringert werden. Dieses Problem kann möglicherweise durch Vorsehen der Säule 54 mit einer erhöhten Steifigkeit überwunden werden, aber dies würde einige andere Probleme, wie z.B. eine unerwünschte Erhöhung der Masse der Säule 54, eine Vergrößerung der Werkzeugmaschine 51 insgesamt und eine Vergrößerung eines Motors oder dergleichen zum Antreiben der Säule 54, schaffen.
Die Druckschrift US 4 621 407 A offenbart ein Bearbeitungszentrum mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit einer vertikal angeordneten Spindel.
Die Offenlegungsschrift DE 10050 141 A1 zeigt eine Ständerwerkzeugmaschine mit einem Bett, einem Spindelkasten mit einer horizontal angeordneten Spindel, einem Lagerungselement für eine Lagerung des Spindelkastens in einer vertikalen Bewegungsrichtung und einem Führungselement das das Lagerungselement horizontal verschiebbar lagert.
Es würde somit wünschenswert sein, eine Werkzeugmaschine bereit zu stellen, in der ein Lagerungselement mit einem daran montierten Spindelkasten stark und stabil genug beibehalten wird, um die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Spindelkopfs auszuhalten, ohne das Lagerungselement oder dergleichen zu vergrößern. Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der vorgenannten Probleme getätigt, und darstellende, nicht beschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die obigen Nachteile und andere Nachteile, die nicht oben beschrieben sind, überwinden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem Aspekt weist eine Werkzeugmaschine ein Bett, einen Spindelkasten, ein Lagerungselement und ein Führungselement auf. Der Spindelkasten enthält eine Spindel und ist an das Lagerungselement in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung beweglich montiert. Das Lagerungselement ist beweglich, um so eine Position davon in einer horizontalen Ebene relativ zu dem Bett zu verändern. Das Führungselement ist auf dem Bett vorgesehen und konfiguriert, um das Lagerungselement zu führen. Das Lagerungselement enthält einen eingreifbaren Abschnitt, an dem das Lagerungselement durch das Führungselement gelagert wird. Der eingreifbare Abschnitt ist an dem Lagerungselement in einer Höhe innerhalb eines Bereichs der Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Spindelstocks entlang des Lagerungselements angeordnet.
Das vorgenannte Bett enthält ein Paar von Wandabschnitten, die mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen gesetzt aufrecht stehen. In dieser Konfiguration ist das Führungselement an oberen Enden der Wandabschnitte angeordnet, so dass ein unterer Abschnitt des Lagerungselements, das durch das Führungselement gelagert ist, zwischen den Wandabschnitten angeordnet ist.
Entsprechend dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der eingreifbare Abschnitt, der es dem Lagerungselement ermöglicht, durch das Führungselement gelagert zu sein, in einer Höhe innerhalb eines Bereichs der Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Spindelkastens entlang dem Lagerungselement angeordnet; somit ist das Lagerungselement durch das Führungselement in einer Höhe, die höher ist als die, in der ein konventionelles Lagerungselement (Säule) durch ein Führungselement (ein Paar von Schienenelementen) gelagert ist, gelagert. Daher ist der vertikale Abstand von einer Position an dem Lagerungselement, an der das Lagerungselement durch das Führungselement gelagert wird, zu einer Position des Spindelkastens, der aufwärts entlang dem Lagerungselement bewegt wurde, in dieser Konfiguration kürzer als in der konventionellen Konfiguration. Folglich kann eine unerwünschte Verschlechterung in der strukturellen Festigkeit und Stabilität des Lagerungselements aufgrund der Aufwärtsverschiebung des Schwerpunkts ohne jegliche zusätzliche Maßnahmen, wie z.B. Erhöhen der Masse des Lagerungselements, unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Masse des Lagerungselements, verglichen mit der konventionellen Konfiguration, reduziert werden, so dass die Miniaturisierung der Werkzeugmaschine erreicht werden kann. Weiterhin können die Zustellgeschwindigkeit, Beschleunigung, Verlangsamung, etc. des Lagerungselements erhöht werden, so dass der Bearbeitungsbetrieb mit verbesserter Effektivität ausgeführt werden kann.
Mit dem wie oben beschriebenen zusätzlichen Merkmal der Wandabschnitte in dem Bett, dessen Wandabschnitte konfiguriert sind, mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gesetzt aufrecht zu sein, wird die Dicke des Betts in der vertikalen Richtung erhöht, so dass die Biegesteifigkeit des Betts erhöht werden kann.
Der obige Aspekt, andere Vorteile und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch detailliertes Beschreiben veranschaulichender, nicht beschränkender Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:

1 eine schematische Ansicht ist, die eine Werkzeugmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 eine schematische Ansicht ist, die eine konventionelle Werkzeugmaschine zeigt.

Eine detaillierte Beschreibung einer Werkzeugmaschine wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 gegeben. In dieser Ausführungsform sind sowohl eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse Achsen, die senkrecht zueinander sind, und so orientiert sind, dass sich die X-Achse linkswärts und rechtswärts erstreckt, sich die Y-Achse aufwärts und abwärts erstreckt und sich die Z-Achse vorwärts und rückwärts erstreckt; somit werden die Ausdrücke „x-Achsen-Richtung“, „y-Achsen-Richtung“ und „z-Achsen-Richtung“ verwendet, um jeweils eine Linkswärts-Rechtswärts-Richtung, eine Aufwärts-Abwärts-Richtung und eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung zu bezeichnen.
Eine Werkzeugmaschine 1 ist eine Vorrichtung, die speziell zum Bearbeiten eines auf einem Tisch 9 platzierten Werkstücks W mittels eines in einer Spindel 7 installierten Werkzeugs entwickelt ist. In einem Bett 2 als einem Gestell, ist ein Paar von Wandabschnitten 2a, das sich in der z-Achsen-Richtung erstreckt, parallel zueinander und aufrecht, mit einem vorbestimmten Abstand in der x-Achsen-Richtung dazwischen gesetzt, angeordnet. Auf einer oberen Fläche von jedem Wandabschnitt 2a ist eine z-Achsen-Schiene 3 vorgesehen, die sich in der z-Achsen-Richtung erstreckt.
Mit 4 wird eine Säule bezeichnet. Auf einer Vorderseite der Säule 4 sind y-Achsen-Schienen 5 vorgesehen. Die y-Achsen-Schienen 5 erstrecken sich in der y-Achsen-Richtung von einem Punkt, der ganz nahe einem oberen Ende der Säule 4 ist, zu einem Punkt, der ganz nahe einem unteren Ende der Säule 4 ist. An linken und rechten Seiten der Säule 4 sind Flanschabschnitte 11 vorgesehen. Die Flanschabschnitte 11 stehen von ungefähr vertikal mittleren Positionen nach links und nach rechts vor. Die Säule 4 überbrückt die Wandabschnitte 2a mit ihren Flanschabschnitten 11, die jeweils zu den z-Achsen-Schienen 3 vorgesehen sind. Eine untere Hälfte (unterer Abschnitt) der Säule 4 ist zwischen den Wandabschnitten 2a angeordnet.
An der Vorderseite der Säule 4 ist ein Spindelkasten 6 einschließlich einer Spindel 7 in einer solchen Weise an den y-Achsen-Schienen 5 angebracht, dass der Spindelkasten 6 aufwärts und abwärts entlang der y-Achsen-Schienen 5 beweglich ist. Auf diese Weise ist der Spindelkasten 6 konfiguriert, um abwärts über die Position, an der die Flanschabschnitte 11 vorgesehen sind, bewegt zu werden. Währenddessen sind x-Achsen-Schienen 8 auf dem Bett 2, das vor dem Spindelkasten 6 angeordnet ist, vorgesehen. Die x-Achsen-Schienen 8 erstrecken sich in der x-Achsen-Richtung. Ein Tisch 9 ist an den x-Achsen-Schienen 8 in einer solchen Weise angebracht, dass der Tisch 9 in der x-Achsen-Richtung beweglich ist. Verschiedene Funktionen der Säule 4, des Spindelkastens 6, der Spindel 7 und des Tisches 9 werden durch ein numerisches Steuerungssystem (nicht gezeigt) gesteuert.
In der Werkzeugmaschine 1, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist die Säule 4 mit dem Spindelkasten 6, der an ihrer Vorderseite in einer solchen Weise angebracht ist, dass der Spindelkasten 6 im wesentlichen in dem Bereich von dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende der Säule 4 beweglich ist, mit Flanschabschnitten 11 vorgesehen, die von der im wesentlichen vertikal mittleren Position ihrer linken und rechten Seite vorstehen, und die Flanschabschnitte 11 sind zu den z-Achsen-Schienen 3, die auf den oberen Flächen der Wandabschnitte 2a vorgesehen sind, angebracht. Dementsprechend ist, wenn die Säule 4 auf den z-Achsen-Schienen 3 installiert und gelagert wird, die untere Hälfte der Säule 4 zwischen den Wandabschnitten 2a angeordnet, und nur die obere Hälfte der Säule 4 steht aufwärts über die Position, an der die Säule 4 durch die z-Achsen-Schienen 3 gelagert wird, vor. Da die Werkzeugmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert ist, um die Säule 4 in einer Höhe, die größer als die ist, in der die Säule in der konventionellen Werkzeugmaschine gelagert wird, zu lagern, ist der vertikale Abstand von der Position, an der die Säule 4 gelagert wird, zu der Position des Spindelkastens 6, an der er sich befindet, wenn er in die Position nahe dem oberen Ende der Säule 4 bewegt wurde, kürzer als verglichen mit der konventionellen Konfiguration. Daher kann eine unerwünschte Verschlechterung der strukturellen Festigkeit und Stabilität der Säule 4 aufgrund der Aufwärtsbewegung des Schwerpunkts ohne jegliche zusätzliche Maßnahmen, wie z.B. Vergrößerung der Masse der Säule 4, unterdrückt werden. Weiterhin kann die Masse der Säule 4, verglichen mit der konventionellen Konfiguration, reduziert werden, so dass die Miniaturisierung der Werkzeugmaschine 1 erreicht werden kann. Weiterhin können die Zustellgeschwindigkeit, Beschleunigung, Verlangsamung etc. der Säule 4 erhöht werden, so dass der Bearbeitungsbetrieb mit erhöhter Effizienz ausgeführt werden kann.
Da das Bett 2 die Wandabschnitte 2a, die konfiguriert sind, um aufrecht zu stehen, enthält, wird die Dicke des Betts 2 in der y-Achsen-Richtung erhöht, so dass die Biegesteifigkeit des Betts 2 selbst erhöht werden kann.
Die mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmende Werkzeugmaschine ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es ist anzuerkennen, dass, wo geeignet, die Form und/oder die Anordnung des Betts und/oder der Säule modifiziert werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die aufrecht stehenden Wandabschnitte 2a in dem Bett 2 vorgesehen, und die z-Achsen-Schienen 3 sind auf den oberen Seiten der Wandabschnitte 2a vorgesehen. Anstatt der Wandabschnitte 2a kann jedoch eine Baugruppe aus rahmenartigen Elementen vorgesehen sein, so dass die z-Achsen-Schienen in einer Höhe mit einem vorbestimmten Abstand, der höher als die obere Oberfläche des Betts 2 ist, vorgesehen sind.
Darüber hinaus kann die spezifische Ausführungsform, der Spindelkasten 6, der in 1 vertikal beweglich dargestellt ist, durch einen Spindelkasten, der konfiguriert ist, um schräg aufwärts und abwärts beweglich zu sein, ersetzt werden, solange er eine Position davon in der Aufwärts-Abwärts-Richtung ändert. Zum Beispiel kann die Vorderseite der Säule 4 gestaltet sein, eine Schräge, entlang der der Spindelkasten 6 beweglich ist, zu sein. Weiterhin muss die Säule 4 nicht notwendigerweise horizontal beweglich sein, kann aber gestaltet sein, um eine Position davon in horizontalen Ebenen zu verändern. Zum Beispiel kann die Säule 4 durch eine ersetzt werden, die konfiguriert ist, um schräg beweglich zu sein (d.h. mit der z-Achsen-Richtung so eingestellt, dass sie die horizontale Ebene schneidet).
Zusätzlich ist ein eingreifbarer Abschnitt (jeder Flanschabschnitt 11), an der die Säule 4 gelagert ist, an einer im wesentlichen vertikal mittleren Position der Säule 4 in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen; jedoch kann die Position, an der der eingreifbare Abschnitt vorgesehen ist, wo geeignet, geändert oder modifiziert werden. Der eingreifbare Abschnitt kann vorzugsweise an der Säule 4 in einer Höhe innerhalb eines Bereichs der Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Spindelkastens 6 angeordnet sein, und dies wird genügen. Der eingreifbare Abschnitt kann als ein integrales Teil der Säule 4 vorgesehen sein, oder ein unabhängiges Element kann an den seitlichen Oberflächen oder dergleichen der Säule 4 so befestigt sein, dass der eingreifbare Abschnitt vorgesehen sein kann.

Claims

Werkzeugmaschine (1), die eine Säule, die in einer vorbestimmten Richtung verschiebbar ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine aufweist: ein Bett (2), das ein Paar von mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gesetzt aufrecht stehenden Wandabschnitten (2a) enthält; einen Spindelkasten (6), der eine Spindel (7) enthält; ein Lagerungselement (4), an das der Spindelkasten (6) in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung beweglich montiert ist, das Lagerungselement (4) beweglich ist, um so eine Position davon in horizontalen Ebenen relativ zu dem Bett (2) zu ändern; und ein Führungselement (3), das auf dem Bett (2) an oberen Enden der Wandabschnitte (2a) angeordnet vorgesehen ist, und konfiguriert ist, um das Lagerungselement (4) zu führen, wobei das Lagerungselement (4) einen eingreifbaren Abschnitt (11) enthält, an dem das Lagerungselement (4) durch das Führungselement (3) gelagert wird, ein unterer Abschnitt des Lagerungselements (4), das durch das Führungselement (3) gelagert wird, zwischen den Wandabschnitten (2a) angeordnet ist, und der eingreifbare Abschnitt (11) an dem Lagerungselement (4) in einer Höhe innerhalb eines Bereichs der Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Spindelkastens (6) entlang dem Lagerungselement (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungselement (4) mit sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung von annähernd einem oberen Ende zu annähernd einem unteren Ende des Lagerungselements (4) durchgehend erstreckenden Führungsschienen (5) für den Spindelkasten (6) versehen ist, und eine Achse der Spindel (7) in einer Richtung parallel zu einer Richtung des Führungselements (3) angeordnet ist.