DE102013102961B4

DE102013102961B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102013102961B4
Application number: DE102013102961.2A
Authority: DE
Inventors: Manfred Klösener
Original assignee: ELHA MASCHINENBAU LIEMKE KG; ELHA-MASCHINENBAU LIEMKE KG
Current assignee: ELHA MASCHINENBAU LIEMKE KG; ELHA-MASCHINENBAU LIEMKE KG
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-23
Also published as: DE102013102961A1

Abstract

Eine Werkzeugmaschine, mit mehreren, vertikal übereinander angeordneten, fest stehenden und antreibbaren Werkzeugen (6) sowie einer mehrachsig translatorisch verfahrbaren, im Sinne eines Kragarmes vorstehenden Werkstückaufnahme (1), an deren freiem Endbereich in Funktionsstellung eine mit der Werkstückaufnahme (1) in Bearbeitungsrichtung verfahrbare Halteeinrichtung (7) angreift, mit der während der Bearbeitung eines Werkstücks (3) die Werkstückaufnahme (1) gehalten wird, ist so ausgebildet, dass die Halteeinrichtung (7) mittels einer Kupplung (12) an der Werkstückaufnahme (1) befestigt ist und an einem maschinenseitigen Holm (8) vertikal verstellbar gehalten ist, wobei sie Antriebselemente aufweist zum synchronen Verfahren der Kupplung (12) mit der Werkstückaufnahme (1) sowohl in horizontaler Bearbeitungsrichtung wie auch in vertikaler Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der EP 1 642 673 B2 ist eine solche spanende Werkzeugmaschine geoffenbart, die eine Vielzahl fest stehender, d. h. nicht translatorisch bewegbarer Werkzeuge aufweist, insbesondere Bohrer oder Fräser, die in Funktion rotieren.
Die ein zu bearbeitendes Werkstück tragende Werkstückaufnahme ist an der Stirnseite einer Trägerwelle befestigt, mit der das Werkstück translatorisch zu den jeweiligen Werkzeugen verfahren wird. Dabei sind vertikal übereinander, vielfach auch nebeneinander Werkzeuge angeordnet, zu denen das Werkstück bewegt wird. Die vertikale Bewegungsrichtung ist entsprechend dem kartesischen Koordinatensystem, die Y-Achse, während die horizontale zu dem jeweiligen Werkzeug gerichtete Richtung der X-Achse und eine Axialbewegung der Trägerwelle der Z-Achse entspricht.
Da die Werkstückaufnahme im Sinne eines Kragarmes vorsteht, wodurch bei der spanenden Bearbeitung des Werkstückes entsprechende Biegekräfte wirksam sind, die zu einer Bearbeitungsungenauigkeit führen, wird in der DE 10 2011 052 012 B4 vorgeschlagen, an deren freien Endbereich eine Halteeinrichtung form- oder kraftschlüssig anzuschließen, die mittels eines ortsfesten Antriebsaggregats in eine translatorische Richtung entlang der X-Achse synchron mit der Werkstückaufnahme zu verfahren, wobei hierzu eine Zugstange vorgesehen ist, die einerseits an der Werkstückaufnahme und andererseits am Antriebsaggregat angeschlossen ist.
Prinzipiell hat sich diese konstruktive Lösung bewährt. Allerdings führt die ortsfeste Anordnung des Antriebs dazu, dass bei Anordnung mehrerer übereinander liegender, Werkzeuge aufnehmender Spindelköpfe jeder der Spindelköpfe, mit einer solchen Halteeinrichtung einschließlich eines Antriebs ausgerüstet sein muss, um je nach Bearbeitungsposition der Werkstückaufnahme einen sicheren Halt zu gewährleisten.
Naturgemäß ist dies mit einem nicht unerheblichen Fertigungsaufwand verbunden, der den steten Forderungen nach einer Kostenoptimierung hinsichtlich der Herstellung einer Werkzeugmaschine entgegensteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass sie konstruktiv einfacher aufgebaut und kostengünstiger herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese konstruktive Ausbildung ist für alle Bearbeitungspositionen lediglich eine Halteeinrichtung erforderlich, die dann die bei der Bearbeitung auftretenden Biegekräfte aufnimmt, so dass die Werkstückaufnahme in jeder Position im Sinne eines zweiseitig eingespannten Trägers gesichert ist.
Dabei verfährt die Halteeinrichtung gemeinsam mit der Werkstückaufnahme in vertikaler Richtung zu den übereinander liegenden Spindelköpfen, wobei der Angriff der Halteeinrichtung an der Werkstückaufnahme unverändert bleibt. Zur vertikalen Bewegung hingegen, also zur Verstellung in Y-Richtung ist die Halteeinrichtung verschiebbar an einem ortsfesten Holm gehalten.
In an sich bekannter Weise ist die Halteeinrichtung mit mindestens einem Zuganker versehen, der einerseits direkt oder indirekt am Holm und andererseits an der Werkstückaufnahme gehalten ist, wobei dieser Zuganker dem entsprechen kann, wie er aus der erwähnten DE 10 2011 052 012 B4 bekannt ist.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei winklig zueinander angeordnete Zuganker gemeinsam an der Werkstückaufnahme angreifen, während ihr jeweils anderes Ende an Linearmotoren angeschlossen sind, die sich auf einer Führung am Holm in Y-Richtung bewegen.
Bei gleichmäßiger und gleichgerichteter Bewegung der Linearmotoren erfolgt die vertikale Bewegung der Halteeinrichtung synchron mit der der Werkstückaufnahme, während bei einer gegensätzlichen Bewegung der Linearmotoren der gemeinsame Angriffspunkt der Zugstangen an der Werkstückaufnahme eine Bewegung in X-Richtung vollführt, entsprechend der der Werkstückaufnahme, wenn das aufgespannte Werkstück zur Bearbeitung gegen das Werkzeug verfahren wird.
Statt an dem gleichgerichtet oder relativ zueinander bewegbaren Linearmotoren können die winklig zueinander stehenden Zuganker an Hydraulik- oder Elektroantrieben angeschlossen sein, die ortsfest, jedoch gelenkig an einem vertikal verfahrbaren Schlitten befestigt sind.
Durch Hin- und Herverfahren der Zuganker verändert sich der Abstand des Angriffspunktes an der Werkstückaufnahme zu den Anlenkbereichen der Hydraulik- bzw. Elektroantriebe am Schlitten. Somit erfolgt unter Veränderung des Einschlusswinkels der beiden Zuganker eine Bewegung in X-Richtung, entsprechend der der Werkstückaufnahme. Durch die winklige Stellung der beiden Zuganker zueinander wird die Werkstückaufnahme sowohl in X- wie auch in Y-Richtung abgestützt.
Eine derartige Abstützung wird auch dann erreicht, wenn an dem vertikal ausgerichteten Schlitten ein Spindelantrieb angeschlossen ist, mit zwei gegenläufig bewegbaren Spindelmuttern, die jeweils einen Zuganker tragen und die auf einer Spindel mit Rechts-Links-Gewinde geführt sind.
Eine Abstützung lediglich in X-Richtung wird durch eine Konzeption erreicht, bei der lediglich ein Zuganker vorgesehen ist, der in X-Richtung verstellbar ist, beispielsweise hydraulisch oder elektromotorisch, letzteres durch einen Spindeltrieb, wobei der Antrieb an einem Schlitten angeordnet ist, der in Y-Richtung auf dem Holm verfahrbar ist.
Die genannten Ausführungsvarianten zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass die Werkzeugmaschine von der Vorder-, also Bedienseite her im Wesentlichen frei zugänglich ist, so dass Bestückungsautomaten, beispielsweise ein Roboter, das zu bearbeitende oder bearbeitete Werkstück an die Werkstückaufnahme übergeben oder von dieser entnehmen kann.
Da bei einer Bearbeitung des Werkstücks in Z-Richtung, also in Achsrichtung der Trägerwelle, keine nennenswerten, die Bearbeitungsqualität beeinträchtigenden Belastungen auftreten, ist in dieser Richtung eine Abstützung nicht erforderlich. Jedoch ist die Spanneinrichtung so gelagert, dass einer Bewegung der Werkstückaufnahme in Z-Richtung, in einer Verfahrstrecke von beispielsweise +/–100 mm gefolgt werden kann, wozu entsprechende Lagerungen vorgesehen sind, insbesondere Schwenklager oder Kugelzapfen.
Im Übrigen kann die Halteeinrichtung mit Schwingungsdämpfern ausgestattet sein, so dass beispielsweise durch Schneideingriffe am Werkstück auftretende Schwingungen gedämpft werden.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in schematischer schaubildlicher Darstellung
2 das Ausführungsbeispiel nach 1 in einer schematischen Seitenansicht
3–7 jeweils eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung, gleichfalls in schematischer Darstellung.
In der 1 ist eine mehrachsig translatorisch verfahrbare, im Sinne eines Kragarmes vorstehende Werkstückaufnahme 1 dargestellt, die stirnseitig an einer Trägerwelle 2 gehalten ist und an der seitlich mehrere zu bearbeitende Werkstücke 3 eingespannt sind.
Zur spanenden Bearbeitung der Werkstücke 3 sind Werkzeuge 6, im Beispiel Bohrer, in antreibbaren Werkzeugspindeln 5 gehalten, die in einem Spindelkopf 4 gelagert sind. Dabei sind vertikal übereinander liegend mehrere Spindelköpfe 4 mit jeweils einer Mehrzahl von Werkzeugspindeln 5 und Werkzeugen 6 angeordnet, wobei die Spindelköpfe 4 ortsfest positioniert sind.
Die Werkstückaufnahme 1 wird zur Bearbeitung der Werkstücke 3 im Koordinatensystem in X-Richtung gegen die Werkzeuge 6 verfahren, wie in den 2 bis 6 deutlich bezeichnet ist.
Am freien Endbereich der Werkstückaufnahme 1 greift in deren Funktionsstellung eine Halteeinrichtung 7 an, wozu eine Kupplung 12 vorgesehen ist, die im Beispiel stirnseitig an der Werkzeugaufnahme 1 befestigt ist.
Mittels der Halteeinrichtung 7, die andererseits an einem ortsfesten Holm 8 gehalten ist, ist die Werkstückaufnahme 1 über die gesamte Bearbeitungsstrecke in X-Richtung sicher eingespannt.
Hierzu weist bei dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel die Halteeinrichtung 7 zwei winklig zueinander stehende Zuganker 11 auf, die gemeinsam schwenkbeweglich zueinander an der Kupplung 12 angeschlossen sind und mit ihrem jeweiligen gegenüberliegenden Ende an einem am Holm 8 vertikal beweglich gelagerten Linearmotor 9 mittels eines Gelenkes 10 angeschlossen sind.
Beide Linearmotoren 9 sind sowohl gleichgerichtet wie auch gegensinnig zueinander verfahrbar, so dass bei gegensinniger Bewegung durch Spreizung der Zuganker 11 eine Bewegung der Kupplung 12 in X-Richtung erfolgt, synchron mit der entsprechenden Bewegung der Werkstückaufnahme 1. Bei gleichgerichteter Bewegung der Linearmotoren 9 wird eine Bewegung in Y-Richtung durchgeführt wird, um dem Verfahrweg der Werkstückaufnahme 1 zu einem oberhalb oder unterhalb liegenden weiteren Spindelkopf 4 zu folgen, wobei in jedem Fall die Werkstückaufnahme 1 von der Halteeinrichtung 7 eingespannt bleibt.
Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die winklig zueinander stehenden Zuganker 11 jeweils an einem Kraftspeicher, hier in Form eines Hydraulikaggregats 14 angeschlossen, die wiederum an einem Schlitten 13 angelenkt sind, der in Y-Richtung verfahrbar am Holm 8 befestigt ist.
Die Zuganker 11 bilden hierbei Kolbenstangen, die an jeweils einem Kolben des Hydraulikaggregats 14 angeschlossen sind, bei deren Verstellung eine Veränderung der Lage der Kupplung 12 in X-Richtung erfolgt, vergleichbar dem Beispiel in der 1 bzw. der 2.
Eine Verstellung in X- und Y-Richtung ist auch mit der in der 4 gezeigten Konstruktion möglich, bei der die gleichfalls winklig zueinander stehenden Zuganker 11 an einem Spindeltrieb 16 angeschlossen sind, bestehend jeweils aus einer Spindelmutter 17, an denen die Zuganker 11 befestigt sind, und einer Gewindespindel 18 mit zwei gegenläufigen Gewindeabschnitten, auf denen die Spindelmuttern 17 geführt sind, so dass die Zuganker 11 bei einer Verdrehung der Gewindespindel 18 relativ zueinander verschwenken und eine Bewegung der Kupplung 12 in X-Richtung erfolgt.
Die Bewegung in Y-Richtung geschieht wie bei dem in der 3 gezeigten Beispiel durch den Schlitten 13, der verschiebbar am Holm 8 gehalten ist, wozu ein entsprechender Antrieb vorgesehen ist. Während bei den vorbeschriebenen Beispielen eine Abstützung der Werkstückaufnahme 1 sowohl in X- wie auch in Y-Richtung erfolgt, ist bei den folgenden Beispielen in den 5 und 6 nur eine Abstützung in X-Richtung vorgesehen.
Dabei ist bei der in der 5 gezeigten Variante lediglich ein Hydraulikzylinder 14 am Schlitten 13 angeordnet, mit einem über die Kupplung 12 an der Werkstückaufnahme 1 angelenkten, eine Kolbenstange bildenden Zuganker 11.
Dieser ist bei der Ausführung nach der 6 als beispielsweise Kugelrollspindel mit Rechts- und Linkslauf ausgebildet, die am Schlitten 13 gehalten und über diesen vertikal verfahrbar ist.
Die Kupplung 12 und die Gelenke 10 sind so ausgebildet, dass die Halteeinrichtung 7 eine begrenzte Schwenkbewegung in Z-Richtung, also in axialer Richtung der Trägerwelle 2 vollführen kann, wenn dies erforderlich ist.
Die Beispiele nach den 1–6 verdeutlichen eine freie Zugänglichkeit zu den Werkzeugen 6 durch Anfahren in eine Parkposition.
In der 7 ist dargestellt, dass die Halteeinrichtung 7 an einem maschinenseitigen Rahmen 15 angeordnet ist und eine Traverse 19 aufweist, die einen mit der Werkstückaufnahme 1 in vorbeschriebener Weise verbundenen Halter 20 aufweist.
Die Traverse 19 ist in vertikaler Richtung verstellbar an Gewindestangen 21 gelagert, die über am Rahmen 15 gehaltene Motoren 22 antreibbar sind, ebenso wie eine Gewindestange 21 über einen Motor 22, der an der Traverse 19 befestigt ist, wobei der Halter 20 mit einem Innengewinde auf der Gewindestange 21, entsprechend der Bearbeitungsrichtung der Werkstückaufnahme 1 verfahrbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückaufnahme
2: Trägerwelle
3: Werkstück
4: Spindelkopf
5: Werkzeugspindel
6: Werkzeug
7: Halteeinrichtung
8: Holm
9: Linearmotor
10: Gelenk
11: Zuganker
12: Kupplung
13: Schlitten
14: Hydraulikaggregat
15: Rahmen
16: Spindeltrieb
17: Spindelmutter
18: Gewindespindel
19: Traverse
20: Halter
21: Gewindestange
22: Motor

Claims

Werkzeugmaschine, mit mehreren, vertikal übereinander angeordneten, fest stehenden und antreibbaren Werkzeugen (6) sowie einer mehrachsig translatorisch verfahrbaren, im Sinne eines Kragarmes vorstehenden Werkstückaufnahme (1), an deren freiem Endbereich in Funktionsstellung eine mit der Werkstückaufnahme (1) in Bearbeitungsrichtung verfahrbare Halteeinrichtung (7) angreift, mit der während der Bearbeitung eines Werkstücks (3) die Werkstückaufnahme (1) im Sinne eines zweiseitig eingespannten Trägers gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (7) mittels einer Kupplung (12) an der Werkstückaufnahme (1) befestigt ist und an einem maschinenseitigen Holm (8) vertikal verstellbar gehalten ist, wobei sie Antriebselemente aufweist zum synchronen Verfahren der Kupplung (12) mit der Werkstückaufnahme (1) sowohl in horizontaler Bearbeitungsrichtung wie auch in vertikaler Richtung.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (7) zwei winklig zueinander stehende Zuganker (11) aufweist, die an einem Ende an der Kupplung (12) und mit ihrem jeweils anderen Ende verschiebbar am Holm (8) gehalten sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kupplung (12) abgewandten Enden der Zuganker (11) jeweils an einem am Holm (8) angeschlossenen Linearmotor (9) angelenkt sind, die in vertikaler Richtung längs verschieblich gleichgerichtet oder gegensinnig am Holm (8) gelagert sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (7) einen am Holm (8) vertikal verschieblich gehaltenen Schlitten (13) aufweist, an dem mindestens ein Zuganker (11) direkt oder indirekt gelenkig gehalten ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die winklig zueinander stehenden Zuganker (11) im Sinne einer Kolbenstange an einem Antriebsaggregat angeschlossen ist, das am Schlitten (13) angelenkt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker (11) am Kolben eines Hydraulik- oder Pneumatikaggregats oder einem Elektromotor angeschlossen ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulik- oder Pneumatikaggregat (14) oder der Elektromotor starr oder bei Anordnung zweier Aggregate (14) gelenkig am Schlitten (13) angeschlossen ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (7) begrenzt schwenkbeweglich in Längsachsrichtung (Z-Richtung) der Werkstückaufnahme (1) gehalten ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die winklig zueinander stehenden Zuganker (11) mit ihren der Kupplung (12) abgewandten Enden jeweils an einem Spindeltrieb (16) gehalten sind, mit einer Spindelmutter (17) und einer damit korrespondierenden, mit gegensinnig ausgebildeten Gewindeabschnitten versehenen drehbaren Gewindespindel (18), wobei die Spindeltriebe (16) relativ zum Schlitten (13) verschieblich gelagert sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (7) eine Traverse (19) aufweist, an der ein Motor (22) angeschlossen ist, der eine in Bearbeitungsrichtung der Werkstückaufnahme (1) ausgerichtete Gewindestange (21) antreibt, auf der ein verdrehsicher an der Traverse (19) gehaltener Halter (20) geführt ist, der am Endbereich der Werkstückaufnahme (1) angreift, wobei die Traverse (19) mit zwei vertikal ausgerichteten Gewindestangen (21) korrespondiert, die über an einem maschinenseitigen Rahmen (15) gehaltene Motoren (22) drehbar sind.