-
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung für eine Bearbeitungsmaschine bzw. Werkzeugmaschine, eine Bearbeitungsmaschine mit einer solchen Bearbeitungseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Bearbeitungsmaschine.
-
Bei einer Bearbeitungseinrichtung wie einem Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen wird ein Werkzeugantriebsmotor mittels Winkelgetrieben mit den Werkzeugen bzw. Werkzeugspindeln verbunden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bearbeitungseinrichtung, eine Bearbeitungsmaschine mit einer solchen Bearbeitungseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Bearbeitungsmaschine bereitzustellen, die bzw. das eine flexible und kostengünstige Bearbeitung eines Werkstücks ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 9 bzw. 11 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß Anspruch 1 weist eine Bearbeitungseinrichtung einen Grundkörper auf, der insbesondere an einer Bearbeitungsmaschine angebracht bzw. befestigt werden kann. Ein Werkzeugträgerelement ist drehbar bzw. schwenkbar am Grundkörper gelagert. Beispielsweise weist das Werkzeugträgerelement eine Werkzeugträgerscheibe, -kopf, oder -krone, auf an der Werkzeugspindeln bzw. Werkzeuge gelagert sind. Das Werkzeugträgerelement ist mittels einer Schwenkeinheit, die einen Schwenkmotor aufweist, um eine Schwenkachse schwenkbar. Zumindest zwei Werkzeugspindeln zur Aufnahme jeweils eines Werkzeugs sind vorgesehen, wobei die zumindest zwei Werkzeugspindeln am Werkzeugträgerelement gelagert sind. D. h. durch das Schwenken des Werkzeugträgerelements um dessen Drehachse bzw. Schwenkachse können die zumindest zwei Werkzeugspindeln um diese Schwenk- bzw. Drehachse geschwenkt werden, z. B. um ein Werkzeug bzw. eine Werkzeugspindel in eine Arbeitsposition zur Bearbeitung eines Werkstücks zu bringen.
-
Die zumindest zwei Werkzeugspindeln werden mittels einer Antriebseinheit, die einen Antriebsmotor aufweist, wahlweise rotierend angetrieben. Die Werkzeugspindeln sind also für antreibbare Werkzeuge geeignet, wie z. B. Fräser, Bohrer oder Schleifwerkzeuge. Zusätzlich können nicht angetriebene Werkzeuge am Werkzeugträgerelement angeordnet sein, so dass eine Vielzahl von Möglichkeiten der Bearbeitung eines Werkstücks mit der Bearbeitungseinrichtung möglich ist. Die zumindest zwei Werkzeugspindeln sind einzeln vom Antriebsmotor antreibbar, d. h. immer nur eine Werkzeugspindel wird durch die Antriebseinheit bzw. den Antriebsmotor angetrieben, während die andere Werkzeugspindel oder die anderen Werkzeugspindeln ruhen oder stillstehen. D. h. es ist immer nur eine der zumindest zwei Werkzeugspindeln mit dem Antriebsmotor verbunden oder verbindbar während alle anderen oder die restlichen Werkzeugspindeln vom Antriebsmotor entkoppelt sind. Damit ist immer nur die Werkzeugspindel aktiv, die gerade für die Bearbeitung eines Werkstücks benötigt wird. Die Antriebsenergie bzw. das Drehmoment des Antriebsmotors wird nur auf das gerade benötigte Werkzeug übertragen und es treten keine Verluste durch ein zusätzliches Antreiben der übrigen Werkzeugspindeln auf. Insbesondere kann z. B. die Drehzahl des Antriebsmotors genau auf die gerade aktive Werkzeugspindel bzw. das verwendete Werkzeug abgestimmt werden, so dass das Werkzeug in seinem optimalen Drehzahlbereich verwendet wird.
-
Vorteilhaft weist die Antriebseinheit eine im oder am Werkzeugträgerelement angeordnete Schaltkupplung auf, um die Ausgewählte der zumindest zwei Werkzeugspindeln vom Antriebsmotor zu trennen bzw. sie mit dem Antriebsmotor zu verbinden, insbesondere eine fremdgeschaltete Kupplung, die beispielsweise NC-gesteuert ist. Beispielsweise ist die Schaltkupplung mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch schaltbar.
-
Die Schaltkupplung kann z. B. als Scheibenkupplung, Magnetkupplung oder Zahnkupplung ausgebildet sein. Mit der Schaltkupplung kann einfach und schnell eine Werkzeugspindel vom Antriebsmotor entkuppelt werden bzw. an den Motor angekuppelt werden. Beispielsweise weist die Schaltkupplung eine Passverzahnung oder Zahnwelle auf, wodurch eine stabile und robuste Verbindung nach dem Einkuppeln bereitgestellt wird.
-
Bevorzugt ist die Antriebswelle des Antriebsmotors über ein Stirnradgetriebe mit den zumindest zwei Werkzeugspindeln verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist kein Winkelgetriebe vorgesehen. D. h. die Rotationsachsen des Stirnradgetriebes bzw. die Achsen der Zahnräder des Stirnradgetriebes sind parallel zur Antriebswellenachse des Antriebsmotors ausgerichtet. Ein Drehmoment bzw. die Drehbewegung des Antriebsmotors wird ohne Umlenkung – wie sie bei einem Winkelgetriebe auftritt – auf eine aktive bzw. angetriebene Werkzeugspindel übertragen. Weiterhin wird durch das Vorsehen eines Stirnradgetriebes eine laufruhige und stabile Ankopplung des Antriebsmotors bzw. der Antriebseinheit an eine Werkzeugspindel bereitgestellt. Dadurch kann ein Werkstück mit einem in einer Werkzeugspindel eingespannten Werkzeug auch bei hohen Drehzahlen präzise bearbeitet werden.
-
Vorteilhaft stimmt die Antriebswellenachse bzw. die Rotationsachse der Antriebswelle des Antriebsmotors mit der Schwenkachse des Werkzeugträgerelements überein. D. h. die Antriebswellenachse und damit der Antriebsmotor liegen in der Schwenkachse des Werkzeugträgerelements. Beispielsweise ist bei einer solchen Ausführung zum Schwenken des Werkzeugträgerelements eine Hohlwelle um die Antriebswelle angeordnet, die mit dem Schwenkmotor und dem Werkzeugträgerelement verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Übertragungsweg des Drehmoments der Antriebswelle zu den Werkzeugspindeln minimiert, insbesondere bei Anordnung der zumindest zwei Werkzeugspindeln entlang eines Umfangs des Werkzeugträgerelements.
-
Bevorzugt ist ein antriebseitiges Kupplungselement der Schaltkupplung über ein Stirnradgetriebe mit der Antriebswelle der Antriebseinheit verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist jede der zumindest zwei Werkzeugspindeln über ein Stirnradgetriebe mit jeweils einem abtriebseitigen Kupplungselement der Schaltkupplung verbunden. D. h. jede der Werkzeugspindeln ist mit einem abtriebseitigen Kupplungselement verbunden, wobei die Schaltkupplung nur ein antriebsseitiges Kupplungselement aufweist zum Eingreifen bzw. Einkuppeln in eines der abtriebseitigen Kupplungselemente. D. h. es ist nur ein antriebseitiges Kupplungselement vorgesehen, das insbesondere in Bezug auf den Grundkörper feststehend ist bzw. es wird bei einer Schwenkbewegung Werkzeugträgerelements nicht mitgeschwenkt. Insbesondere ist das antriebsseitige Kupplungselement in ein abtriebseitiges Kupplungselement einkuppelbar, wenn eine entsprechende Werkzeugspindel des abtriebseitigen Kupplungselements in einer Arbeitsposition ist. D. h. das feststehende antriebsseitige Kupplungselement legt die Arbeitsposition fest. Insbesondere ist eine Passverzahnung zwischen den Kupplungselementen vorgesehen, um eine stabile Kupplungsverbindung zu gewährleisten.
-
Vorzugsweise sind die Zahnräder der oben beschriebenen Zahnradgetriebe schräg verzahnt oder pfeilförmig verzahnt, um die Laufruhe zu erhöhen und Laufgeräusche zu verringern.
-
Bevorzugt weist die Schaltkupplung eine parallel zur Schwenkachse und/oder parallel zur Antriebswellenachse ausgerichtete Kupplungsachse auf. D. h. die Schaltkupplung wird durch eine Kupplungsbewegung parallel zur Schwenkachse und/oder Antriebswellenachse von einer eingekuppelten ersten Schaltstellung, in der das antriebseitige Kupplungselement in ein abtriebseitiges Kupplungselement eingekuppelt ist, in eine ausgekuppelte zweite Schaltstellung geschalten, in der das antriebseitige Kupplungselement aus dem abtriebseitigen Kupplungselement ausgekuppelt ist. Dadurch wird eine kompakte Anordnung der Schaltkupplung im Getriebe bereitgestellt.
-
Vorzugsweise weist die Schaltkupplung, insbesondere das antriebseitige und/oder das abtriebseitige Kupplungselement, eine Positionssicherungseinrichtung auf. Insbesondere sichert die Sicherungseinrichtung die Drehposition des abtriebseitigen Kupplungselements, d. h. die Position der mit dem abtriebseitigen Kupplungselement verbundenen Werkzeugspindel. Durch die Sicherungseinrichtung kann die gesicherte Werkzeugspindel bzw. das darin eingespannte Werkzeug nach dem Auskuppeln der Schaltkupplung nicht mehr verdreht werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Werkzeugspindel bzw. das abtriebseitige Kupplungselement bei einem erneuten Einkuppeln in das antriebsseitige Kupplungselement in der richtigen Stellung ist, um in das antriebsseitige Kupplungselement bzw. in die Schaltkupplung einzugreifen.
-
Bevorzugt weist die Bearbeitungseinrichtung eine Feststelleinrichtung zum Feststellen einer Schwenkposition des Werkzeugträgerelements auf. Beispielsweise weist die Feststelleinrichtung eine Hirth-Verzahnung auf, so dass eine der zumindest zwei Werkzeugspindeln in einer Arbeitsposition festellbar ist. Insbesondere ist eine in der Arbeitsposition festgestellte Werkzeugspindel über die Schaltkupplung mit dem Antriebsmotor verbindbar.
-
Bevorzugt sind die zumindest zwei Werkzeugspindeln bzw. das Werkzeugträgerelement hängend an der Bearbeitungseinrichtung bzw. am Grundkörper angeordnet. Beim Bearbeiten von Werkstücken fallen Späne oder fließt Kühlwasser weg von der Bearbeitungseinrichtung, so dass z. B. Führungen und Lager der Bearbeitungseinrichtung geschont werden.
-
Vorzugsweise weist die Bearbeitungseinrichtung eine Ölbadschmierung oder Ölumlaufschmierung auf, so dass während des Betriebes der Einrichtung durchgehend Öl in die Zahnflanken der oben beschriebenen Zahnradgetriebe transportiert wird. Insbesondere werden bei der aktiven Werkzeugspindel bzw. der Spindel in der Arbeitsposition oder bei der eingekuppelten Werkzeugspindel die Lager mit Öl versorgt. Dadurch wird die Lebensdauer der Zahnradgetriebe erhöht und gleichzeitig entstehende Wärme effizient abtransportiert.
-
Bevorzugt weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Abfragevorrichtung auf, die vor dem Aktivieren des Antriebsmotors abfragt, ob eine aktive Werkzeugspindel bzw. eine Werkzeugspindel in Arbeitsposition eingekuppelt ist oder nicht. Das Ergebnis bzw. das Signal der Abfrage wird einer Steuerung einer Bearbeitungsmaschine übermittelt, die entsprechend dem empfangenen Signal den Antriebsmotor aktiviert oder eine Aktivierung verhindert. Vorzugsweise wird der Antriebsmotor nicht aktiviert, wenn entweder ein Signal vorliegt, dass eine Werkzeugspindel nicht eingekuppelt ist, oder kein Signal vorliegt, dass eine Werkzeugspindel eingekuppelt ist. D. h. entweder weist die Abfragevorrichtung zwei separate Signalgeber auf, die jeweils ein Signal ”Eingekuppelt” und ein Signal ”Ausgekuppelt” bereitstellen, oder nur einen Signalgeber, der ein Signal ”Eingekuppelt” bzw. ”Ausgekuppelt” bereitstellt.
-
Vorzugsweise ist am Werkzeugträgerelement zumindest eine Handhabungseinrichtung angeordnet, insbesondere eine hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Handhabungseinrichtung. Mit der Handhabungseinrichtung kann ein zu bearbeitendes Werkstück aufgenommen und beispielsweise in ein Spannfutter einer Bearbeitungsmaschine transportiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein bearbeitetes Werkstück aus einem Spannfutter heraus gegriffen werden, um es z. B. in eine weitere Bearbeitungsmaschine oder ein Magazin zu transportieren.
-
Bevorzugt weist jede der zumindest zwei Werkzeugspindeln eine Werkzeugaufnahme auf, z. B. eine HSK-Aufnahme, mit der jeweils verschiedene Werkzeuge aufgenommen werden können bzw. die in den Werkzeugspindeln aufgenommenen Werkzeuge sind auswechselbar. Vorzugsweise ist zumindest eine, insbesondere jede der zumindest zwei Werkzeugspindeln austauschbar, so dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten bei der Bearbeitung von Werkstücken bereitgestellt wird. So können verschiedenste Werkzeugspindeln, die z. B. mit einer Schnellwechselaufnahme versehen sind oder für Schwerlastzerspanung geeignet sind, mit dem Werkzeugträgerelement verbunden werden. Insbesondere wird eine Vielzahl von Werkzeugspindeln bereitgestellt, die insbesondere für eine Erstausstattung bzw. Erstausrüstung der Bearbeitungseinrichtung je nach Bedarf bzw. nach Kundenwunsch mit dem Werkzeugträgerelement verbunden werden oder verbindbar sind.
-
Gemäß Anspruch 9 weist eine Bearbeitungsmaschine ein Maschinengestell und eine am Maschinengestell angeordnete Werkstückspanneinrichtung auf. Vorzugsweise eine vertikale Spanneinrichtung, d. h. eine Spanneinrichtung in der ein zu bearbeitendes Werkstück mit vertikal angeordneter Werkstückachse einspannbar ist. Vorzugsweise weist die Spanneinrichtung zumindest zwei Spannfutter auf, wobei insbesondere zumindest eines der Spannfutter verfahrbar, insbesondere vertikal verfahrbar, am Maschinengestell angeordnet ist. Durch ein Verfahren des verfahrbaren Spannfutters kann die Spanneinrichtung z. B. an verschiedene Werkzeuglängen angepasst werden. Weiterhin weist die Bearbeitungsmaschine zumindest eine wie oben beschriebene Bearbeitungseinrichtung auf, die verfahrbar am Maschinengestell angeordnet ist und einem in der Werkstückspanneinrichtung eingespannten Werkstück zustellbar ist. Insbesondere weist eine Führungsvorrichtung der zumindest einen Bearbeitungseinrichtung eine erste Führungseinheit zum Verfahren der zumindest einen Bearbeitungseinrichtung in eine erste Richtung, eine zweite Führungseinheit zum Verfahren zumindest einen Bearbeitungseinrichtung in eine zweite Richtung, senkrecht zur ersten Richtung, und optional eine dritte Führungseinheit zum Verfahren zumindest einen Bearbeitungseinrichtung in eine dritte Richtung, senkrecht zur ersten und zweiten Richtung auf. D. h. die zumindest eine Bearbeitungseinrichtung kann in zwei vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen verfahren werden und gewährleistet damit eine flexible Bearbeitung eines zu bearbeitenden Werkstücks.
-
Vorzugsweise sind zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen vorgesehen, die insbesondere auf einer Seite der Werkstückspanneinrichtung und/oder auf beiden bzw. gegenüberliegenden Seiten der Werkstückspanneinrichtung angeordnet sind. Die zumindest zwei Bearbeitungseinrichtung sind unabhängig voneinander verfahrbar bzw. einem Werkstück zustellbar. D. h. ein Werkstück kann gleichzeitig an zwei Stellen bearbeitet werden, beispielsweise an seinen beiden Enden. Insbesondere ist mittels einer ersten Bearbeitungseinrichtung ein erster Bereich eines eingespannten Werkstücks bearbeitbar, während mit einer zweiten Bearbeitungseinrichtung ein zweiter, zum ersten Werkstückbereich axial versetzter Bereich des Werkstücks bearbeitbar ist.
-
Bevorzugt ist eine Werkzeugspindelachse der Werkzeugspindeln parallel zur Antriebsachse des Antriebsmotors ausgerichtet. Insbesondere ist die Werkzeugspindelachse zumindest eines der Werkzeugspindeln einer Bearbeitungseinrichtung so ausgerichtet, dass ein in die Werkzeugspindel eingespanntes Werkzeug bzgl. der Werkzeugspindel nach oben weist. Dies ist insbesondere Vorteilhaft beim Vorsehen von zumindest zwei hängend angeordneten Bearbeitungseinrichtungen, wobei mithilfe einer Bearbeitungseinrichtung mit nach oben ausgerichteten Werkzeugen bzw. Werkzeugspindeln ein eingespanntes Werkstück von unten bzw. ein unteres Ende des Werkstücks bearbeitbar ist. Die zweite Bearbeitungseinrichtung weist bzgl. der Werkzeugspindeln nach unten gerichtete Werkzeuge auf zum Bearbeiten eines oberen Endes des eingespannten Werkstücks.
-
Nachfolgend wird beispielhaft ein Verfahren zum Betreiben einer wie oben beschriebenen Bearbeitungsmaschine mit zumindest einer wie oben beschriebenen Bearbeitungseinrichtung beschrieben. Bei einer Erstausrüstung der Bearbeitungseinrichtung wird zunächst eine Vielzahl von verschiedenen evtl. bereits mit Werkzeugen bestückten Werkzeugspindeln bereitgestellt. Je nach Bedarf d. h. je nach der gewünschten Bearbeitung eines Werkstücks wird die Bearbeitungseinrichtung mit den entsprechenden Werkzeugspindeln bestückt. D. h. am Werkzeugträgerelement werden die entsprechenden Werkzeugspindeln angebracht bzw. befestigt. Insbesondere kann beim Anbringen einer Handhabungseinrichtung ein zu bearbeitende Werkstück in das Spannfutter der Bearbeitungsmaschine transportiert und eingespannt werden. Anschließend wird durch das Schwenken des Werkzeugträgerelements eine gewünschte Werkzeugspindel in eine Arbeitsposition gebracht. In der Arbeitsposition wird das antriebseitige Kupplungselement der Bearbeitungseinrichtung in das abtriebseitige Kupplungselement der Werkstückspindel in Arbeitsposition eingekuppelt. D. h. die Werkzeugspindel ist durch die Kupplung und das Getriebe mit dem Antriebsmotor verbunden. Anschließend wird der Antriebsmotor aktiviert und damit die Werkzeugspindel und das eingespannte Werkzeug angetrieben. Schließlich wird die verfahrbar am Maschinengestell gelagerte Bearbeitungsvorrichtung einem eingespannten Werkstück zugestellt, um es zu bearbeiten. Nach evtl. mehreren Bearbeitungsschritten mit verschiedenen an der Bearbeitungseinrichtung angebrachten Werkzeugspindeln wird ein eingespanntes Werkstück mittels der Handhabungseinrichtung aus dem Spannfutter entnommen und beispielsweise einer weiteren Bearbeitungsmaschine zugestellt, einer weiteren Handhabungseinrichtung übergeben oder in ein Magazin abgelegt.
-
Für Ausgestaltungen der oben beschriebenen Bearbeitungseinrichtung, der Bearbeitungsmaschine und des Verfahrens kann jedes einzelne Merkmal der Ansprüche oder der Beschreibung hinzugefügt werden oder jede beliebige Kombination von einzelnen Merkmalen kann den Ansprüchen hinzugefügt werden.
-
Anhand der Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Vorderansicht einer Bearbeitungsmaschine mit zwei Bearbeitungseinrichtungen,
-
2 eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungseinrichtung von 1 von unten,
-
3 eine Ansicht der Bearbeitungseinrichtung von 2 von unten,
-
4 eine geschnittene Seitenansicht der Bearbeitungseinrichtung von 2,
-
5a ein Detail der Bearbeitungseinrichtung von 2 im ausgekuppelten Zustand,
-
5b ein Detail der Bearbeitungseinrichtung von 2 im eingekuppelten Zustand,
-
6 ein Detail der Ansicht der Bearbeitungseinrichtung von 2,
-
7 eine Draufsicht auf die Bearbeitungseinrichtung von 2,
-
8 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils der Bearbeitungseinrichtung von 2, und
-
9 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils der Bearbeitungseinrichtung von 2.
-
1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Bearbeitungsmaschine 1 mit einer vertikalen Bearbeitungsachse, d. h. eine Vertikalbearbeitungsmaschine. In einer Wanne 18 werden bei der Bearbeitung eines Werkstücks (nicht gezeigt) auftretende Späne und Kühlwasser aufgefangen. An einem Maschinengestell 2 ist ein erstes Spannfutter 4 fest mit dem Gestell 2 verbunden, ein zweites Spannfutter 6 ist über dem ersten Spannfutter 4 vertikal verfahrbar am Gestell 2 gelagert. Je nach Bedarf bzw. nach Größe oder Länge eines einzuspannenden Werkstücks wird die Position des verfahrbaren Spannfutters 6 angepasst. Auf gegenüberliegenden Seiten der Spannfutter 4, 6 bzw. auf gegenüberliegenden Seiten der vertikalen Bearbeitungsachse der Maschine 1 ist jeweils eine Bearbeitungseinrichtung 30, 30' angeordnet. Jede der Bearbeitungseinrichtungen 30, 30' weist einen Grundkörper 32 und ein drehbar am Grundkörper 32 gelagertes Werkzeugträgerelement 34 auf (2). Die Bearbeitungseinrichtungen 30, 30' bzw. deren Grundkörper 32 sind jeweils über einen Schlitten an einer Z-Führung 8, 8' mit einem Z-Antriebsmotor 10, 10', eine senkrecht zur Z-Führung liegende X-Führung 12, 12' mit einem X-Antriebsmotor (nicht gezeigt) und eine senkrecht zur Z- und X-Führung liegende Y-Führung (nicht gezeigt) mit einem Y-Antriebsmotor 16, 16' am Maschinengestell 2 verfahrbar angeordnet. Durch die Führungen ist jede Bearbeitungseinrichtung 30, 30' in alle drei Raumrichtungen X, Y, Z einzeln verfahrbar bzw. einem eingespannten Werkstück zustellbar. Ein eingespanntes Werkstück kann somit an zwei Stellen vorzugsweise gleichzeitig und unabhängig voneinander bearbeitet werden, insbesondere an beiden Enden.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bearbeitungseinrichtung 30 von 1 von unten. Um einen Einblick in das Werkzeugträgerelement 34 zu erhalten, ist eine untere Abdeckung des Werkzeugträgerelements 34 in 2 weggelassen. Am Grundkörper 32 ist das um eine Schwenkachse A schwenkbare Werkzeugträgerelement 34 gelagert. Entlang seines Umfangs sind fünf Werkzeugspindeln 56a–e angeordnet sowie ein hydraulisch angesteuerter Greifer 60 mit Greifarmen bzw. Greiffingern 62a–b. Die Werkzeugspindeln 56a–e sind antreibbar und damit zur Verwendung mit rotierend anzutreibenden Werkzeugen wie z. B. Fräsern, Bohrern oder Schleifwerkzeugen geeignet. Die Werkzeugspindeln 56a–e weisen jeweils eine Werkzeugaufnahme 58a–e auf, die nach unten weist. Im Gegensatz dazu weisen die Werkzeugaufnahmen der Bearbeitungseinrichtung 30' von 1 nach oben, um eine möglichst platzsparende Bearbeitung eines Werkstücks von unten zu ermöglichen. Insbesondere sind die Werkzeugspindeln 56a–e austauschbar bzw. auswechselbar, so dass sich eine Vielzahl an Variationsmöglichkeiten bei der Bearbeitung von Werkstücken ergibt. Bei beiden Bearbeitungseinrichtungen 30, 30' ist das Werkzeugträgerelement 34 bezüglich des Grundkörpers 32 hängend angeordnet, so dass bei der Bearbeitung eines Werkstücks auftretende Späne und Kühlflüssigkeit die oben beschriebenen Führungen und Antriebsmotoren der Bearbeitungseinrichtungen 30, 30' nicht verunreinigen. Wie in 2 dargestellt ist das Werkzeugträgerelement 34 und damit die Werkzeugspindeln 56a–e mit einem Schwenkmotor 64 um die Schwenkachse A schwenkbar, so dass jeweils eine Werkzeugspindel 56a–e oder der Greifer 60 in einer Arbeitsposition ist, d. h. einem Werkstück zugestellt werden kann. Wenn eine Werkzeugspindel 56a–e in die Arbeitsposition geschwenkt ist, kann es an den Antriebsmotor 38 bzw. an dessen Antriebswelle 36 (4) gekuppelt werden.
-
3 zeigt eine Ansicht der Bearbeitungseinrichtung 30 von 2 von unten. Auch hier ist eine untere Abdeckung des Werkzeugträgerelements 34 weggelassen. Jede der Werkzeugspindeln 56a–e ist mit einem Zwischenzahnrad 54a–e und einem abtriebseitigen Zahnrad 44a–e verbunden, wobei in jedem abtriebseitigen Zahnrad 44a–e ein abtriebsseitiges Kupplungselement bzw. ein Rastbolzen 50c einer Schaltkupplung 46 (5a–b) angeordnet ist. Unterhalb des schwenkbaren Werkzeugträgerelements 34 ist ein antriebseitiges Zahnrad 42 mit einem antriebseitigen Kupplungselement bzw. einem Kupplungsbolzen 48 der Schaltkupplung 46 (5a–b) angeordnet. Dieses antriebsseitige Zahnrad 42 und der Kupplungsbolzen 48 sind nicht mit dem Werkzeugträgerelement 34 schwenkbar, sondern bleiben ortsfest in einer vorgegebenen Position, insbesondere der Arbeitsposition der Bearbeitungseinheit 30, stehen. Das Zahnrad 42 und der Kupplungsbolzen sind mit einer in der Bearbeitungseinrichtung 30 (dreh-)feststehenden Flanschhohlwelle 53 (4) verbunden. Die Flanschhohlwelle 53 ist an ihrem oberen Ende mit dem Grundkörper der Bearbeitungseinrichtung 30 verschraubt. Beim Betrieb der Bearbeitungsmaschine 1 bzw. der Bearbeitungseinrichtung 30 wird eine gewünschte Werkzeugspindel 56a–e in die Bearbeitungsposition geschwenkt – in 3 ist die Werkzeugspindel 56c in der Arbeitsposition – so dass die Schaltkupplung 46 bzw. der Kupplungsbolzen 48 in den Rastbolzen 50c (5a–b) einkuppeln kann.
-
Die Richtung des Greiferhubs D bzw. die Ausfahrrichtung des hydraulisch angesteuerten Greifers 60 ist in 3 dargestellt. Die beiden hydraulisch angesteuerten Greiffinger 62a–b können durch ein Zusammenfahren bzw. ein Auseinanderfahren ein Werkstück greifen bzw. loslassen, wie durch den Doppelpfeil angedeutet.
-
4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Bearbeitungseinrichtung 30 von 2 in der Ebene der Schwenkachse A. Hier ist das Zusammenwirken der zuvor beschriebenen Zahnräder und Kupplungselemente der Schaltkupplung 46 anhand der sich in Arbeitsposition befindlichen Werkzeugspindel 56c dargestellt. Der nur teilweise dargestellte und am Grundkörper 32 befestigte Werkzeugspindelmotor 38 weist eine Antriebswelle 36 auf, deren Achse mit der Schwenkachse A übereinstimmt. Die Antriebswelle 36 weist an ihrem im Werkzeugträgerelement 34 gelagerten Ende ein Antriebszahnrad 40 auf, das über das antriebsseitiges Zahnrad 42, das abtriebseitiges Zahnrad 44c und das Zwischenzahnrad 54c mit der Werkzeugspindel 56c, die in Arbeitsposition ist, verbindbar ist, so dass die Werkzeugspindel 56c rotierend um ihre Spindelachse B angetrieben werden kann. In 4 ist das Schaltgetriebe 46 im ausgekuppelten Zustand dargestellt. Das Zahnradgetriebe, das die Antriebswelle 36 mit der Werkzeugspindel 56c verbindet ist, ein Stirnradgetriebe und bietet eine robuste, laufruhige und geräuscharme Verbindung zwischen Spindelmotor 38 und Werkzeugspindel 56c. Die Zahnräder bzw. das Zahnradgetriebe ist mittels einer Druckumlaufschmierung geschmiert und gekühlt. Ausgehend von einer Ölwanne 84, die unterhalb des Werkzeugträgerelements 34 angeordnet ist, wird in einer Druckumlaufschmierung mittels einer Ölpumpe 86, 86' (1) Öl in die Zahnflanken der Zahnräder und in die Lager der aktiven Werkzeugspindel 56c eingebracht. Am unteren Ende der Bearbeitungseinrichtung 30 ist ein gesteuerter Drehverteiler 88 angeordnet, mit dem die jeweilig aktive Werkzeugspindel – hier 56c – mit Kühlwasser zur Werkzeugkühlung versorgt wird.
-
5a zeigt die in 4 dargestellte Schaltkupplung 46 mit den antriebseitigen und abtriebseitigen Zahnrädern 42 und 44c. In 5a ist die Schaltkupplung ausgekuppelt dargestellt. Dabei ist der Kupplungsbolzen 48 hydraulisch angesteuert, insbesondere entlang der Kupplungsachse C hydraulisch einfahrbar und ausfahrbar. 5b zeigt die Schaltkupplung im eingekuppelten Zustand bzw. Position. Der Kupplungsbolzen 48 wird hydraulisch entlang der Kupplungsachse C nach oben verfahren oder geschoben, wodurch die beiden Kupplungselemente 48 und 50d ineinander eingreifen bzw. der Kupplungsbolzen 48 den Rastbolzen 50c hochdrückt. Das Drehmoment bzw. die Drehbewegung des Werkzeugspindelmotors 38 kann nun auf die Werkzeugspindel 56c übertragen werden.
-
Wie in 5a dargestellt ist am oberen Ende des Rastbolzens 50c eine Rastverzahnung 51 angeordnet bzw. ausgebildet, die mit einer entsprechende Verzahnung der feststehenden Scheibe 51 im Eingriff steht und somit eine Drehpositionssicherung bildet. Die Verzahnung verhindert – wie in 5a dargestellt – ein Verdrehen des Zahnrads 44c und somit der angekoppelten Werkzeugspindel 56c. D. h. die Position, die die Werkzeugspindel 56c beim Auskuppeln der Schaltkupplung 46 aufweist, wird bis zum nächsten Einkuppeln der Schaltkupplung 46 beibehalten. Dadurch ist eine exakte Ausrichtung der Kupplungselemente 48 und 50d zueinander bis zum nächsten Einkuppeln gewährleistet. Wie in 5b dargestellt wird durch das Einkuppeln der Schaltkupplung 46 bzw. durch das hydraulische nach oben Fahren des Kupplungsbolzens 48 der Rastbolzen 50c nach oben geschoben, so dass die Verzahnungen der Scheibe 52 und die Rastverzahnung 51 des Rastbolzens 50c nicht mehr ineinandergreifen. D. h. im eingekuppelten Zustand ist das abtriebseitige Zahnrad 44c und somit die Werkzeugspindel 56c frei drehbar.
-
6 zeigt ein Detail der Ansicht der Bearbeitungseinrichtung 30 von 2, bei dem eine Abfrageeinrichtung bzgl. des Kupplungszustands der Schaltkupplung 46 der Bearbeitungseinrichtung 30 dargestellt ist. Die Abfrageeinrichtung weist einen Tastkopf 78 auf, der über einen Hebelarm 82 mit der Schaltkupplung 46 der Bearbeitungseinrichtung 30 verbunden ist. Die Kupplungsbewegung des Kupplungsbolzens 48 beim Einkuppeln bzw. Auskuppeln der Schaltkupplung 46 wird mittels des Hebelarms 82 auf den Tastkopf 78 übertragen, der dann entweder einen ersten oder zweiten Tastkontakt 80a–b kontaktiert. Durch den Kontakt mit dem entsprechenden Tastkontakt 80a–b empfängt eine Steuerung der Bearbeitungsmaschine 1 jeweils ein Signal, dass die Schaltkupplung 46 bzw. eine Werkzeugspindel 56a–e eingekuppelt bzw. ausgekuppelt ist. Entsprechend wird bei Empfang des Signals, dass die Schaltkupplung 46 eingekuppelt ist, der Werkzeugspindelmotor 38 aktiviert bzw. ist aktivierbar. Solange das Signal empfangen wird, dass die Schaltkupplung 46 ausgekuppelt ist, bleibt der Werkzeugspindelmotor 38 deaktiviert bzw. ausgeschalten.
-
7 zeigt eine Draufsicht auf die Bearbeitungseinrichtung 30 von 2. Die Werkzeugspindeln 56a–e und der Greifer 60 sind im Winkelabstand von 60 Grad am Umfang des Werkzeugträgerelements 34 angeordnet.
-
8 zeigt eine geschnittene Seitenansicht durch den Grundkörper 32 der Bearbeitungseinrichtung 30 entlang der in 7 gezeigten Schnittebene B-B. Der teilweise dargestellte Schwenkmotor 64 ist über ein Stirnradgetriebe mit einer Hohlwelle 66 verbunden, die konzentrisch um die Antriebswelle 36 angeordnet ist. Mittels einer dreiteiligen Hirth-Verzahnung 68 kann eine Schwenkposition des Werkzeugträgerelements 34 (hier nicht dargestellt) festgestellt bzw. gesichert werden. Dazu weist die Hirth-Verzahnung 68 eine feststehende Verzahnung 70 auf, die mit dem Grundkörper 32 verbunden ist, eine drehbare Verzahnung 72, die mit der Hohlwelle 66 verbunden ist, sowie eine Verbindungsverzahnung 74, die in die beiden Verzahnungen 70 und 72 eingreift bzw. sie verbindet, wenn eine Schwenkposition gesichert werden soll. Zwischen der feststehenden Verzahnung 70 und der drehbaren Verzahnung 72 ist ein Wälzlager 76 angeordnet, so dass bei einer Schwenkbewegung die beiden Verzahnungen 70, 72 gegeneinander verdreht werden können. In 8 ist die Schwenkposition gesichert, d. h. die Verbindungsverzahnung 74 greift in die Verzahnungen 70 und 72 ein. Dazu ist die Hirth-Verzahnung 68 hydraulisch ansteuerbar. Zum Sichern der Schwenkposition wird in einer Druckkammer 90a ein Hydraulikdruck aufgebaut, durch den die Verbindungsverzahnung 74 nach unten auf die beiden Verzahnungen 70 und 72 gepresst wird. Ein Doppelpfeil deutet die Wirkung des Hydraulikdrucks an. D. h. zusätzlich zum Formschluss der Verzahnungen treten durch die hydraulische Ansteuerung mit einem Druck von bis zu 60 bar Klemmkräfte zwischen der Verbindungsverzahnung 74 und den Verzahnungen 70 und 72 auf bzw. die Verzahnungen werden zusammengepresst.
-
9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Teils des Grundkörpers 32 der Bearbeitungseinrichtung 30 von 2 mit einer gelösten Hirth-Verzahnung 68. Zum Lösen der Hirth-Verzahnung 68 wird die Verbindungsverzahnung 74 hydraulisch angehoben, bis – wie in 9 dargestellt – die Verzahnungen 72 und 70 nicht mehr in die Verbindungsverzahnung 74 eingreifen. Dazu wird in einer Druckkammer 90b ein Hydraulikdruck von bis zu 60 bar erzeugt, wodurch die Verbindungsverzahnung 74 angehoben wird. Die Wirkung des Hydraulikdrucks ist mit einem Doppelpfeil angedeutet. In dieser Position kann die Hohlwelle 66 und damit das Werkzeugträgerelement 34 mittels des Schwenkmotors 64 geschwenkt werden, bis eine gewünschte Werkzeugspindel 56a–e oder ein Greifer 60 in der Arbeitsposition ist. Anschließend wird die Verbindungsverzahnung 74 wieder abgesenkt, wie in 8 dargestellt, so dass sie in die beiden Verzahnungen 70 und 72 eingreift und somit die Schwenkposition sichert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bearbeitungsmaschine
- 2
- Maschinengestell
- 4
- Spannfutter
- 6
- verfahrbares Spannfutter
- 8, 8'
- Z-Führung
- 10, 10'
- Z-Antriebsmotor
- 12, 12'
- X-Führung
- 16, 16'
- Y-Antriebsmotor
- 18
- Wanne
- 30, 30'
- Bearbeitungseinrichtung
- 32
- Grundkörper
- 34
- Werkzeugträgerelement
- 36
- Antriebswelle
- 38, 38'
- Werkzeugspindelmotor
- 40
- Antriebszahnrad
- 42
- antriebseitiges Zahnrad
- 44a–e
- abtriebseitiges Zahnrad
- 46
- Schaltkupplung
- 48
- Kupplungsbolzen
- 50c
- Rastbolzen
- 50d
- Kupplungselement
- 51
- Rastverzahnung
- 52
- feststehende Scheibe
- 53
- Flanschhohlwelle
- 54a–e
- Zwischenzahnrad
- 56a–e
- Werkzeugspindel
- 58a–e
- Werkzeugaufnahme
- 60
- Greifer
- 62a–b
- Greiffinger
- 64, 64'
- Schwenkmotor
- 66
- Hohlwelle
- 68
- Hirth-Verzahnung
- 70
- feststehende Verzahnung
- 72
- drehbare Verzahnung
- 74
- Verbindungsverzahnung
- 76
- Wälzlager
- 78
- Tastkopf
- 80a–b
- Tastkontakt
- 82
- Hebelarm
- 84
- Ölwanne
- 86, 86'
- Ölpumpe
- 88
- Drehverteiler
- 90a–b
- Druckkammer
- A
- Schwenkachse
- B
- Werkzeugspindelachse
- C
- Kupplungsachse
- D
- Greiferhub
