DE102015108194A1

DE102015108194A1 - Werkzeugmaschine mit horizontalen Arbeitsspindeln

Info

Publication number: DE102015108194A1
Application number: DE102015108194.6A
Authority: DE
Inventors: Nils Huber; Pascal Schnebelt
Original assignee: FFG WERKE GmbH
Current assignee: FFG WERKE GmbH
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24
Also published as: WO2016188864A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (10) bzw. ein Verfahren zur Bearbeitung und/oder zum Messen und/oder zum Prüfen von T-Fittings (12). Die Werkzeugmaschine (10) hat eine erste Arbeitseinheit (28a), eine zweite Arbeitseinheit (28b) und eine dritte Arbeitseinheit (28c). Die Arbeitseinheiten (28a, 28b, 28c) sind horizontal um jeweils 90° versetzt angeordnet. Ein Werkstückträger (22) ist zwischen genau zwei Drehstellungen um eine vertikale Schrittschaltachse (A) drehbar. Auf gegenüberliegenden Seiten ist jeweils eine Werkstückspanneinheit (23) am Werkstückträger (23) angeordnet. In jeder Drehstellung befindet sich eine Werkstückspanneinheit (23) in einer Ladestation (21) und die jeweils andere Werkstückspanneinheit (23) in einer Arbeitsstation (24) innerhalb eines Arbeitsraumes (14) der Werkzeugmaschine (10). Die Bearbeitung des T-Fittings, das in der Arbeitsstation (24) gehalten wird, erfolgt über die drei Arbeitseinheiten (28) zumindest zeitweise gleichzeitig an drei unterschiedlichen Seiten. Vertikal oberhalb und vertikal unterhalb des Arbeitsraumes sind keine Arbeitseinheiten bzw. Bearbeitungs- oder Prüf- oder Messmittel angeordnet. Ein freier Spänefall in eine Auffangwanne (15) ist gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks. Die Werkzeugmaschine weist wenigstens eine Arbeitseinheit mit wenigstens einem Werkzeug auf. Das Werkstück kann in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine durch eine Werkstückspanneinheit gehalten und bearbeitet werden. Anstelle einer spanenden Bearbeitung kann die Arbeitseinheit alternativ oder zusätzlich auch Mess- und/oder Prüfwerkzeuge aufweisen, um das Werkstück zu messen bzw. zu prüfen.
DE 43 01 393 A1 beschreibt beispielsweise eine Rundtakt-Werkzeugmaschine mit einem drehbaren Werkstückträger, an dem mehrere Werkstücke in jeweils einer Werkstückspanneinheit gehalten werden können. In jeder Drehposition des Werkstückträgers ist einem Werkstück wenigstens eine Arbeitseinheit mit wenigstens einem Werkzeug zugeordnet. Nach jedem Bearbeitungsschritt wird der Werkstückträger um eine vertikale Schrittschaltachse weitergedreht, so dass eine sequenzielle Bearbeitung des Werkstücks in den unterschiedlichen Drehstellungen des Werkstückträgers erfolgt.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken kann es abhängig vom Werkstück erforderlich sein, eine Bearbeitung an mehreren Seiten vorzunehmen. Dies ist bei der bekannten Werkzeugmaschine in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitstakten möglich, wenn das Werkstück mit Hilfe der Werkstückspanneinheit um eine Drehachse der Werkstückspanneinheit gedreht wird.
Ausgehend hiervon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden die bekannte Werkzeugmaschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
Die Werkzeugmaschine weist einen um eine vertikale Schrittschaltachse drehbar gelagerten Werkstückträger auf, der auf zwei entgegengesetzten Trägerseiten jeweils eine Werkstückspanneinheit zum Aufspannen eines Werkstücks aufweist. Über einen Schrittantrieb kann der Werkstückträger zwischen zwei Drehstellungen um die vertikale Schrittschaltachse gedreht werden, wobei die Schrittschaltbewegung vorzugsweise abwechselnd in und entgegen dem Uhrzeigersinn um jeweils 180° zwischen den beiden Drehstellungen ausgeführt wird. Es erfolgt in diesem Fall also keine vollständige 360°-Drehung um die Schrittschaltachse wie bei einer Rundtaktmaschine. In beiden Drehstellungen befindet sich jeweils eine der beiden Werkstückspanneinheiten in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine, während sich die andere Werkstückspanneinheit in einer Ladestation außerhalb des Arbeitsraumes befindet. In der Ladestation kann ein bearbeitetes Werkstück entnommen und ein noch unbearbeitetes Werkstück eingesetzt bzw. aufgespannt werden.
Die Werkzeugmaschine weist drei Arbeitseinheiten auf, die jeweils eine durch einen Spindelantrieb um eine horizontale Arbeitsspindelachse antreibbare Arbeitsspindel aufweisen. Über die antreibbare Arbeitsspindel kann ein Werkzeug der Arbeitseinheit betätigt und/oder angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass jede Arbeitseinheit mehrere Werkzeuge aufweist, von denen jeweils eines ausgewählt und mit der Arbeitsspindel gekoppelt werden kann. Dazu kann das betreffende Werkzeug in eine Arbeitsposition an der Arbeitseinheit bewegt werden, in der es mit der Arbeitsspindel bewegungsgekoppelt ist.
Die Werkzeugmaschine verfügt über eine erste Arbeitseinheit, eine zweite Arbeitseinheit und eine dritte Arbeitseinheit. Sämtliche Arbeitsspindelachsen sind horizontal ausgerichtet, wobei sie sich in einer gemeinsamen oder in unterschiedlichen Horizontalebenen befinden können. Die Arbeitsspindelachsen der ersten und der zweiten Arbeitseinheit sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei die erste und die zweite Arbeitseinheit auf sich gegenüberliegenden Seiten des Arbeitsraumes der Werkzeugmaschine angeordnet sind. Die Arbeitsspindelachse der dritten Arbeitseinheit ist rechtwinklig zu den beiden anderen Arbeitsspindelachsen ausgerichtet. Die drei Arbeitsspindelachsen können sich in unterschiedlichen Horizontalebenen befinden und somit in Vertikalrichtung betrachtet versetzt zueinander angeordnet sein. In diesem Fall schneiden sich die Arbeitsspindelachsen nicht. Befinden sich die zwei oder drei Arbeitsspindelachsen in einer gemeinsamen Horizontalebene, können sie einen oder mehrere Schnittpunkte bilden.
Vorzugsweise weist zumindest eine der Arbeitseinheiten oder weisen alle Arbeitseinheiten einen Schlitten auf, mittels dem die Arbeitseinheit relativ zu einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine rechtwinklig zur jeweiligen Arbeitsspindelachse bewegbar gelagert ist. Über den Schlitten kann die Arbeitsspindel und das wenigstens eine Werkzeug der Arbeitseinheit vorzugsweise in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Raumrichtungen und somit in einer Ebene rechtwinkelig zu der Arbeitsspindelachse bewegbar angeordnet sein. Zum Antrieb des Schlittens dient jeweils wenigstens ein Schlittenantrieb. Zur Bewegung in unterschiedliche Raumrichtungen können jedem Schlitten mehrere Schlittenantriebe zugeordnet sein.
Durch die horizontale Ausrichtung der Arbeitseinheiten ist ein freier Spänefall beim Bearbeiten des Werkstücks im Arbeitsraum sichergestellt. Bei der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks vertikal von unten oder vertikal von oben können Späne von einer Arbeitseinheit auf eine andere Arbeitseinheit fallen und die Bearbeitung oder bewegte Maschinenelemente stören, was bei der Erfindung vermieden ist. Dadurch, dass sich alle Arbeitseinheiten horizontal neben dem Werkstückträger befinden, ist für eine Bedienperson eine ergonomische Zugänglichkeit zu den Arbeitseinheiten bzw. den Werkzeugen möglich. Das rechtwinklige Anordnen der Arbeitsspindelachsen gewährleistet, dass im Bereich zwischen zwei unmittelbar benachbarten Arbeitseinheiten der Zugang zu den Werkzeugen bzw. zum Arbeitsraum ungehindert erfolgen kann.
Die Werkzeugmaschine ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zur Bearbeitung von Werkstücken eingerichtet, die an drei Seiten bearbeitet werden sollen, beispielsweise T-Fittings. Die Werkstücke oder T-Fittings können in einer einzigen Aufspannung gleichzeitig von drei Seiten bearbeitet und nach der Bearbeitung durch eine Drehung des Werkstückträgers zurück in die Ladestation transportiert werden. Somit ist eine sehr effiziente Bearbeitung möglich. Eine Drehbarkeit der Werkstückspanneinheit um eine horizontale Drehachse ist nicht notwendig. Im einfachsten Fall kann der Werkstückträger daher nur einen Bewegungsfreiheitsgrad aufweisen, nämlich die Drehbarkeit um die Schrittschaltachse.
Wenigstens eine und vorzugsweise jede Arbeitseinheit kann einen Werkzeugrevolver mit einem Revolverkopf aufweisen. An diesen Revolverkopf sind mehrere Werkzeugaufnahmen angeordnet, so dass der Werkzeugrevolver mehrere Werkzeuge aufnehmen kann. Insbesondere ist der Revolverkopf mittels eines Revolverantriebs um eine Revolverschaltachse drehbar. Die Revolverschaltachse ist – vorzugsweise um einen Betrag von 45° oder 135° – geneigt gegenüber der betreffenden Arbeitsspindelachse. Durch Drehen des Revolverkopfes um die Revolverschaltachse kann ein Werkzeug in eine Arbeitsposition gedreht und in dieser Arbeitsposition mit der Arbeitsspindel bewegungsgekoppelt werden. Werkzeugwechselsysteme mit Greifern zum Austauschen von Werkzeugen können entfallen. Währen sich ein Werkstück im Arbeitsraum befindet, kann es durch ein oder mehrere Werkzeuge über die jeweilige Arbeitseinheit bearbeitet werden.
Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass jede Arbeitseinheit ausschließlich einer Seite des Werkstücks zugeordnet ist und lediglich an dieser Seite am Werkstück angreift oder an dieser Seite in eine Öffnung am Werkstück eingreift. Bei der gleichzeitigen Bearbeitung des Werkstücks während einer Arbeitsphase an mehreren Seiten greift ein Werkzeug einer Arbeitseinheit ausschließlich von der der jeweiligen Arbeitseinheit zugewandten Seite des Werkstücks an bzw. in das Werkstück ein.
Wenigstens eine und vorzugsweise jede Arbeitseinheit kann einen Stellantrieb aufweisen. Mittels des Stellantriebs ist die Arbeitsspindel gemeinsam mit dem wenigstens einen Werkzeug entlang bzw. parallel zu der Arbeitsspindelachse verschiebbar. Dadurch kann das Werkzeug auf die zu bearbeitende Seite des Werkstücks zubewegt bzw. von der zu bearbeitenden Seite wegbewegt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann jede Werkstückspanneinheit jeweils über einen Drehantrieb um eine horizontale Drehachse drehbar sein. Auf diese Weise kann eine 5-Seiten-Bearbeitung des Werkstücks in einer Aufspannung erfolgen.
Vorzugsweise verfügt die Werkzeugmaschine über eine Steuereinheit, mittels der der Schrittantrieb und/oder die Spindelantriebe und/oder die Revolverantriebe und/oder die Schlittenantriebe und/oder die Stellantriebe und/oder die Drehantriebe angesteuert werden. Die Antriebe können jeweils unabhängig voneinander individuell angesteuert werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, wenigstens jeweils einen der Antriebe der Arbeitseinheiten, also die Spindelantriebe und/oder wenigstens jeweils einen der Schlittenantriebe und/oder die Stellantriebe, derart anzusteuern, dass das im Arbeitsraum angeordnete Werkstück während einer Arbeitsphase zumindest zeitweise an drei Seiten gleichzeitig bearbeitet bzw. gemessen bzw. geprüft wird. Dabei wird durch die Steuereinheit sichergestellt, dass eine Seite eines Werkstücks jeweils nur durch ein Werkzeug einer Arbeitseinheit bearbeitet bzw. gemessen bzw. geprüft wird. Für die Bearbeitung einer jeweiligen Werkstückseite weist jede Arbeitseinheit alle hierfür erforderlichen Werkzeuge auf.
Die Steuereinheit kann außerdem dazu eingerichtet sein, nach dem Ende einer Arbeitsphase, also nach der Bearbeitung bzw. Messung bzw. Prüfung eines Werkstücks, einen Werkstückwechsel zu veranlassen. Hierfür wird der Schrittantrieb des Werkstückträgers angesteuert, so dass sich dieser aus der aktuellen Drehstellung in die jeweils andere Drehstellung bewegt. Das bislang in der Ladestation vorhandene Werkstück wird dadurch in den Arbeitsraum bewegt und umgekehrt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, vor und/oder während der Ansteuerung des Schrittantriebes zumindest jeweils einen Antrieb der Arbeitseinheiten so anzusteuern, dass die Werkezuge der Arbeitseinheiten aus einem Schwenkbereich des Werkstückträgers und der in den Werkstückspanneinheiten gehaltenen Werkstücke herausbewegt werden. Diese Bewegung des wenigstens einen Antriebs jeder Arbeitseinheit erfolgt koordiniert mit der Drehung des Werkstückträgers, so dass Kollisionen vermieden werden. Insbesondere kann die Steuereinheit über den wenigstens einen Schlittenantrieb und/oder über den Stellantrieb aus dem Schwenkbereich herausbewegen. Vorzugsweise können hierfür ausschließlich die Stellantriebe verwendet werden. Gleichzeitig oder im Anschluss daran kann über den jeweils wenigstens einen Schlittenantrieb die Arbeitsspindelachse in die Position bewegt werden, in der sie für die nachfolgende Bearbeitung des nächsten Werkstücks benötigt wird, so dass eine Zustellbewegung durch den Stellantrieb erfolgen kann, sobald sich das Werkstück nach Ende der Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers im Arbeitsbereich befindet.
Insbesondere ist unterhalb des Arbeitsbereichs eine Auffangwanne für Späne und/oder Kühlmittel vorhanden. Vorzugsweise ist der Raum zwischen einem im Arbeitsbereich angeordneten Werkstück und der Auffangwanne frei von Maschinenbestandteilen. Insbesondere sind keine beweglichen Maschinenteile in diesem Raum angeordnet. Dadurch ist ein freier Spänefall in die Auffangwanne sichergestellt. Die von einem Werkzeug bei der Bearbeitung gegebenenfalls gebildeten Späne fallen frei in die Auffangwanne und stören andere bewegte Maschinenteile, insbesondere andere Arbeitseinheiten nicht.
Mit Hilfe dieser Werkzeugmaschine können Werkstücke, insbesondere T-Fittings gleichzeitig an drei Seiten mit jeweils einer zugeordneten Arbeitseinheit effizient bearbeitet und/oder gemessen und/oder geprüft werden. Die Werkzeugmaschine weist lediglich zwei Stationen auf, nämlich eine Ladestation und eine Arbeitsstation im Arbeitsraum, in der sich die Werkstücke befinden können. Die an einer Seite des Werkstücks erforderliche Bearbeitung, Messung oder Prüfung wird durch die jeweils zugeordnete Arbeitseinheit vollständig in einer Aufspannung des Werkstücks durchgeführt. Eine Bewegung des Werkstücks innerhalb der Arbeitsstation kann vorteilhafterweise entfallen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische, blockschaltbildähnliche Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine mit einer einzigen Ladestation, einer einzigen Arbeitsstation und drei horizontal ausgerichteten Arbeitseinheiten.
In der Figur ist eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung und/oder Prüfung und/oder Messung von Werkstücken 11 veranschaulicht, wobei die Werkzeugmaschine 10 beispielsgemäß dazu eingerichtet ist, T-Fittings 12 zu bearbeiten. Die Werkzeugmaschine 10 hat ein Maschinengestell, an dem ein Maschinengehäuse 13 angeordnet ist. Das Maschinengehäuse 13 umgibt einen Arbeitsraum 14 der Werkzeugmaschine, der durch Wände abgeschlossen sein kann. In den Wänden können auch eine oder mehrere Türen oder Klappen vorhanden sein, um den Zugang zum Arbeitsraum zu ermöglichen.
Zu dem Maschinengehäuse 13 gehört eine Auffangwanne 15, die unterhalb des Arbeitsraumes 14 angeordnet ist. Bei der spanenden Bearbeitung werden Späne und/oder Kühlmittel in der Auffangwanne 15 aufgefangen und über einen unterhalb des Maschinengehäuses 13 angeordneten Ablaufkanal 16 aus dem Arbeitsraum 14 abgeführt.
Das Maschinengehäuse 13 hat beim Ausführungsbeispiel einen sechseckigen Grundriss. Das Maschinengehäuse 13 weist eine erste Tragstruktur 13a, eine der ersten Tragstruktur 13a gegenüberliegende zweite Tragstruktur 13b sowie einer dritte Tragstruktur 13c auf. Die drei Tragstrukturen 13a, 13b, 13c haben vorzugsweise dieselben Dimensionen. Die erste und die zweite Tragstruktur 13a, 13b erstrecken sich in Ebenen, die parallel zueinander und parallel ausgerichtet sind.
Das Maschinengehäuse 13 hat vorzugsweise eine Außenkontur, die symmetrisch zu einer Symmetrieebene E ausgeführt ist. Zumindest der Grundriss des Maschinengehäuses 13 ist symmetrisch zur Symmetrieebene E ausgeführt. Die dritte Tragstruktur 13c erstreckt sich in einer Ebene rechtwinklig zu der Symmetrieebene E. Die erste und zweite Tragstruktur 13a, 13b sind bezüglich der Symmetrieebene E auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet.
An einer Bedienseite 20 des Maschinengehäuses 13 befindet sich eine Ladestation 21. Die Bedienseite 20 ist bezüglich des Arbeitsraumes 14 gegenüberliegend zu der dritten Tragstruktur 13c angeordnet. Benachbart zu der Bedienseite 20 ist innerhalb des Maschinengehäuses 13 ein Werkstückträger 22 angeordnet. Der Werkstückträger 22 hat zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Trägerseiten, an denen jeweils eine Werkstückspanneinheit 23 angeordnet ist. Die eine Werkstückspanneinheit 23 befindet sich in der Ladestation 21 und die jeweils andere Werkstückspanneinheit 23 befindet sich in einer Arbeitsstation 24 innerhalb des Arbeitsraumes 14. Über einen Schrittantrieb 25 kann der Werkstückträger 22 um eine vertikale Schrittschaltachse A zwischen zwei definierten Drehstellungen im Uhrzeigersinn oder alternativ entgegen des Uhrzeigersinns gedreht werden. Die Schrittschaltbewegung zwischen den beiden Drehstellungen beträgt jeweils 180°. In jeder Drehstellung des Werkstückträgers 22 befindet sich eine der beiden Werkstückspanneinheiten 23 in der Ladestation 21, während die jeweils andere Werkstückspanneinheit 23 in der Arbeitsstation 24 angeordnet ist. Der Schrittantrieb 25 wird durch eine Steuereinheit 26 mittels eines Schrittschaltsignals SW angesteuert.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel können die beiden Werkstückspanneinheiten 23 optional um jeweils eine horizontale Drehachse D mittels eines jeweils zugeordneten Drehantriebs 27 gedreht werden. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein Werkstück 11 bzw. ein T-Fitting 12 in der Arbeitsstation 24 um 90° um die Drehachse D zu drehen, so dass weitere Seiten des Werkstücks 11 durch ohnehin vorhandene Arbeitseinheiten 28 bearbeitet und/oder gemessen und/oder geprüft werden können. Zur Ansteuerung der Drehantriebe 27 kann die Steuereinheit 26 jeweils ein betreffendes Drehsignal SD1, SD2 erzeugen.
Wie in der Figur veranschaulicht, befindet sich die Ladestation 21 außerhalb des Maschinengehäuses 13 und außerhalb des Arbeitsraumes 14 der Werkzeugmaschine 10. In der Ladestation 21 kann ein bereits bearbeitetes Werkstück 11 aus der Werkstückspanneinheit 23 entnommen und ein noch nicht bearbeitetes Werkstück 11 in die Werkstückspanneinheit 23 eingesetzt werden. In der Figur ist dies schematisch durch die entsprechenden Blockpfeile mit den die Werkstücke 11 darstellenden T-Fittings 12 veranschaulicht. Nach dem Abschluss einer Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers 22 um seine Schrittschaltachse A wird das bereits bearbeitete T-Fitting 12b aus der sich in der Ladestation 21 befindenden Werkstückspanneinheit 23 entnommen und ein noch nicht durch die Werkzeugmaschine 10 bearbeitetes, unbearbeitetes T-Fitting 12u in die Werkstückspanneinheit 23 eingesetzt. Dieser Werkstückwechsel in der Ladestation 21 kann durch eine Bedienperson oder alternativ automatisiert durch eine Greifeinrichtung ausgeführt werden. Der Transport der Werkstücke 11 bzw. T-Fittings 12 zwischen der Ladestation 21 und der Arbeitsstation 24 findet ausschließlich durch den Werkstückträger 22 und dessen Schrittschaltbewegung um die Schrittschaltachse A statt.
Zur Bearbeitung und/oder Messung und/oder Prüfung eines T-Fittings 12 in der Arbeitsstation 24 weist die Werkzeugmaschine 10 drei Arbeitseinheiten 28, nämlich eine an der ersten Tragstruktur 13a angeordnete erste Arbeitseinheit 28a, eine an der zweiten Tragstruktur 13b angeordnete zweite Arbeitseinheit 28b und eine an der dritten Tragstruktur 13c angeordnete dritte Arbeitseinheit 28c auf.
Die drei Arbeitseinheiten 28 sind beim Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut. Die Arbeitseinheiten 28 werden daher nachfolgend unter Bezugnahme auf die erste Arbeitseinheit 28a beschrieben.
Die erste Arbeitseinheit 28a weist eine erste Arbeitsspindelachse W1 auf, die horizontal ausgerichtet ist. Ein Spindelantrieb 32 wird über ein erstes Antriebssignal S1a durch die Steuereinheit 26 angesteuert. Über den Spindelantrieb 32 kann eine Arbeitsspindel 33 der ersten Arbeitseinheit 28a angetrieben werden. Die Arbeitsspindel 33 ist koaxial zu der ersten Arbeitsspindelachse W1 angeordnet ist und dazu dient ein Werkzeug 34 der ersten Arbeitseinheit 28a zu betätigen und insbesondere rotierend anzutreiben.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die erste Arbeitseinheit 28a mehrere Werkzeuge 34 auf, die jeweils in einer Werkzeugaufnahme 35 angeordnet sind. Die Werkzeugaufnahme 35 ist beispielsgemäß an einem Revolverkopf 36 eines Werkzeugrevolvers 37 angeordnet. Der Revolverkopf 36 ist mittels eines Revolverantriebs 38 um eine Revolverachse R in vorgegebenen Drehwinkelschritten antreibbar, so dass sich immer eines der Werkzeuge 34 bzw. eine der Werkzeugaufnahmen 35 in einer Arbeitsposition befindet, in der eine Bewegungskopplung bzw. Antriebsverbindung des Werkzeugs 34 mit der Arbeitsspindel 33 hergestellt ist. Die außerhalb der Arbeitsposition angeordneten Werkzeuge 34 des Revolverkopfes 37 sind unbetätigt bzw. nicht angetrieben.
Die Revolverachse R ist geneigt zur ersten Arbeitsspindelachse W1 ausgerichtet, beispielsgemäß in einem Winkel von 45° bzw. 135°, je nachdem ob der spitze oder der stumpfe Winkel gemessen wird. In der Arbeitsposition erstreckt sich die jeweilige Achse einer Werkzeugaufnahme entlang oder parallel zur ersten Arbeitsspindelachse W1. Dazu sind die Werkzeugaufnahmen 35 am Revolverkopf 36 wiederum geneigt gegenüber der Revolverachse R ausgerichtet.
Die erste Arbeitseinheit 28a ist über einen Schlitten 39 translatorisch bewegbar an der ersten Tragstruktur 13a angeordnet. Mittels des Schlittens 39 kann die erste Arbeitseinheit 28a zwei Raumrichtungen und somit in einer Ebene, beispielsgemäß einer Vertikalebene, rechtwinkelig zu der ersten Arbeitsspindelachse W1 bewegt werden. Hierfür hat der Schlitten beispielsgemäß zwei Schlittenantriebe 40, die unabhängig voneinander durch ein zweites Antriebssignal S2a und ein drittes Antriebssignal S3a durch die Steuereinheit 26 ansteuerbar sind.
Der Revolverantrieb 38 ist über ein viertes Ansteuersignal S4a durch die Steuereinheit 26 ansteuerbar.
Der Revolverkopf 37 der ersten Arbeitseinheit 28a sitzt an einem Ende eines Führungsrohres 41, das relativ zum Schlitten 39 parallel oder entlang der ersten Arbeitsspindelachse W1 bewegbar angeordnet ist. Zur translatorischen Bewegung des Führungsrohres 41 relativ zum Schlitten 39 dient ein Stellantrieb 42. Gemeinsam mit dem Führungsrohr 41 wird somit die im Führungsrohr 41 angeordnete Arbeitsspindel 33, der am Führungsrohr 41 sitzende Spindelantrieb 32 und der Werkzeugkopf 37 translatorisch bewegt. Dadurch können die Werkzeuge 34 auf das in der Arbeitsstation 24 angeordnete T-Fitting 12 zu bzw. von diesem weg bewegt werden.
Wir erläutert, sind alle Arbeitseinheiten 28 identisch aufgebaut. Die Arbeitsspindel 33 der zweiten Arbeitseinheit 28b erstreckt sich entlang einer zweiten Arbeitsspindelachse W2 und die Arbeitsspindel 33 der dritten Arbeitseinheit 28c erstreckt sich entlang einer dritten Arbeitsspindelachse W3. Die erste Arbeitsspindelachse W1 und die zweite Arbeitsspindelachse W2 sind parallel zueinander ausgerichtet. Die erste Arbeitseinheit 28a und die zweite Arbeitseinheit 28b liegen sich auf entgegengesetzten Seiten bezüglich der Symmetrieebene E gegenüber. Ein Werkzeug 34 der ersten Arbeitseinheit 28a bearbeitet ein T-Fitting 12 daher an einer ersten Seite und ein Werkzeug 34 der zweiten Arbeitseinheit 28b an der der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des T-Fittings 12.
Die dritte Arbeitsspindelachse W3 ist rechtwinklig zu den beiden anderen Arbeitsspindelachsen W1, W2 ausgerichtet. Sie erstreckt sich beispielsgemäß parallel zu der Symmetrieebene E. Die dritte Arbeitseinheit 28c ist auf der der Ladestation 21 entgegengesetzten Seite des Maschinengehäuses 13 angeordnet.
Die Arbeitseinheiten 28 lassen sich über die jeweiligen Schlittenantriebe 40 und die bewegliche Lagerung durch die Schlitten 39 vertikal und rechtwinklig zur jeweiligen Arbeitsspindelachse W1, W2, W3 in einer Ebene unabhängig voneinander bewegen. Hierfür werden die Arbeitseinheiten 28 durch die entsprechenden Ansteuersignale der Steuereinheit 26 angesteuert. Für jede Arbeitseinheit 28 werden fünf Ansteuersignale S1 bis S5 erzeugt, wobei die Kennzeichnung durch den Kleinbuchstaben die Zuordnung zu der jeweiligen Arbeitseinheit angibt. Somit können die Arbeitsspindelachsen W1 in einer gemeinsamen Horizontalebene oder in zwei oder drei unterschiedliche Horizontalebenen angeordnet sein.
Im Bereich zwischen zwei unmittelbar benachbarten Arbeitseinheiten 28a, 28c oder 28b, 28c kann eine verschließbare Öffnung im Maschinengehäuse 13 einen Zugang zu den Werkzeugen 34 bzw. zum Arbeitsraum 14 ermöglichen. Der die erste Tragstruktur 13a mit der dritten Tragstruktur 13c verbindende Maschinengehäuseabschnitt kann schräg zu den beiden angrenzenden Tragstrukturen 13a, 13c ausgerichtet sein. Entsprechend kann der die zweite Tragstruktur 13b mit der dritten Tragstruktur 13c verbindende Maschinengehäuseabschnitt schräg zu den beiden angrenzenden Tragstrukturen 13b, 13c ausgerichtet sein.
Die Werkzeugmaschine 10 arbeitet wie folgt:
Zu Beginn des Betriebs wird in der Ladestation 21 ein unbearbeitetes T-Fitting 12u in die Werkstückspanneinheit 23 eingesetzt, die sich aktuell in der Ladestation 21 befindet. Im Anschluss daran wird über den Schrittantrieb 25 eine Drehung des Werkstückträgers 22 um die Schrittschaltachse A ausgeführt. Dadurch wird das unbearbeitete T-Fitting 12u in die Arbeitsstation 24 im Arbeitsraum 14 bewegt. Die andere Werkstückspanneinheit 23, die zu diesem Zeitpunkt noch kein Werkstück 11 bzw. T-Fitting 12 hält, wird in der Ladestation 21 mit einem unbearbeiteten T-Fitting 12u bestückt. Das sich anschließende Verfahren kann zyklisch ausgeführt werden.
Das in der Arbeitsstation 24 angeordnete T-Fitting 12 wird während einer Arbeitsphase durch die Werkzeuge 34 der Arbeitseinheiten 28 bearbeitet bzw. geprüft bzw. gemessen. Beispielsweise bearbeitet die erste Arbeitseinheit 28a das T-Fitting 12 an einer ersten Seite, die zweite Arbeitseinheit 28b bearbeitet das T-Fitting 12 an einer entgegengesetzten zweiten Seite und die Arbeitseinheit 28c bearbeitet das T-Fitting 12 an einer der Werkstückspanneinheit 23 abgewandten dritten Seite. Die Bearbeitung an den drei Seiten des T-Fittings 12 erfolgt zumindest zeitweise während der Arbeitsphase gleichzeitig an allen drei Seiten. Dabei kann jede Arbeitseinheit 28 das Werkzeug 34 ein oder mehrmals wechseln. Dies hängt davon ab, welche Bearbeitungs- und/oder Mess- und/oder Prüfschritte an der jeweiligen Seite des T-Fittings ausgeführt werden müssen. Beispielsweise werden Gewinde in das jeweils an der Seite befindliche Rohrende des T-Fittings 12 geschnitten und/oder Löcher in Verbindungsflansche gebohrt, usw. Die Antriebe der verschiedenen Arbeitseinheiten 28 werden durch die Steuereinheit 26 während der Arbeitsphase unabhängig voneinander angesteuert.
Nachdem die Bearbeitung des im Arbeitsraum 14 bzw. der Arbeitsstation 24 angeordneten T-Fittings 12 abgeschlossen ist, veranlasst die Steuereinheit 26, dass die Werkzeuge 34 aus einem Schwenkbereich B des Werkstückträgers 22 sowie der an den Werkstückspanneinheiten 23 des Werkstückträgers 22 gehaltenen T-Fittings 12 herausbewegt werden. Hierfür steuert die Steuereinheit 26 einen oder mehrere der Antriebe der Arbeitseinheiten 28 an. Beispielsweise können die Werkzeuge 34 mit Hilfe der Stellantriebe 42 und/oder der Schlittenantriebe 40 aus dem Schwenkbereich B herausbewegt werden.
Koordiniert mit dem Bewegen der Werkzeuge 34 aus dem Schwenkbereich B heraus steuert die Steuereinheit 26 den Schrittantrieb 25 des Werkstückträgers 22 an, so dass dieser aus seiner aktuellen Drehstellung in die jeweils andere Drehstellung bewegt wird. Dadurch wird das bearbeitete T-Fitting 12b in die Ladestation 21 transportiert, während das zuvor in der Werkstückspanneinheit 23 in der Ladestation 21 gehaltente, unbearbeitete T-Fitting 12u in die Arbeitsstation 24 transportiert wird.
Anschließend kann das bearbeitete T-Fitting 12b aus der Werkstückspanneinheit 23 in der Ladestation 21 entnommen und ein noch unbearbeitetes T-Fitting 12u in diese Werkstückspanneinheit 23 in der Ladestation 21 eingesetzt werden. Während diesem Werkstückwechsel in der Ladestation 21 steuert die Steuereinheit 26 die Arbeitseinheiten 28 zur Bearbeitung des in der Arbeitsstation 24 angeordneten T-Fittings 12 an. Sobald die Bearbeitung abgeschlossen und der Werkstückwechsel in der Ladestation 21 ausgeführt wurde, erfolgt erneut die Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers 22 um seine Schrittschaltachse A.
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine 10 bzw. ein Verfahren zur Bearbeitung und/oder zum Messen und/oder zum Prüfen von T-Fittings 12. Die Werkzeugmaschine 10 hat eine erste Arbeitseinheit 28a, eine zweite Arbeitseinheit 28b und eine dritte Arbeitseinheit 28c. Die Arbeitseinheiten 28a, 28b, 28 sind horizontal um jeweils 90° versetzt angeordnet. Ein Werkstückträger 22 ist zwischen genau zwei Drehstellungen um eine vertikale Schrittschaltachse A drehbar. Auf gegenüberliegenden Seiten ist jeweils eine Werkstückspanneinheit 23 am Werkstückträger 23 angeordnet. In jeder Drehstellung befindet sich eine Werkstückspanneinheit 23 in einer Ladestation 21 und die jeweils andere Werkstückspanneinheit 23 in einer Arbeitsstation 24 innerhalb eines Arbeitsraumes 14 der Werkzeugmaschine 10. Die Bearbeitung des T-Fittings 12, das in der Arbeitsstation 24 gehalten wird, erfolgt über die drei Arbeitseinheiten 28 zumindest zeitweise gleichzeitig an drei unterschiedlichen Seiten. Vertikal oberhalb und vertikal unterhalb des Arbeitsraumes 14 sind keine Arbeitseinheiten bzw. Bearbeitungs- oder Prüf- oder Messmittel angeordnet. Ein freier Spänefall in eine Auffangwanne 15 ist gewährleistet.
Bezugszeichenliste

10: Werkzeugmaschine
11: Werkstücke
12: T-Fitting
12b: bearbeitetes T-Fitting
12u: unbearbeitetes T-Fitting
13: Maschinengehäuse
13a: erste Tragstruktur
13b: zweite Tragstruktur
13c: dritte Tragstruktur
14: Arbeitsraum
15: Auffangwanne
16: Abfuhrkanal
20: Bedienseite
21: Ladestation
22: Werkstückträger
23: Werkstückspanneinheit
24: Arbeitsstation
25: Schrittantrieb
26: Steuereinheit
27: Drehantrieb
28: Arbeitseinheit
28a: erste Arbeitseinheit
28b: zweite Arbeitseinheit
28c: dritte Arbeitseinheit
32: Spindelantrieb
33: Arbeitsspindel
34: Werkzeug
35: Werkzeugaufnahme
39: Schlitten
40: Schlittenantrieb
41: Führungsrohr
42: Stellantrieb
A: Schrittschaltachse
B: Schwenkbereich
D: Drehachse
E: Symmetrieebene
R: Revolverschaltachse
S1a: erstes Antriebssignal für die erste Arbeitseinheit
S1b: erstes Antriebssignal für die zweite Arbeitseinheit
S1c: erstes Antriebssignal für die dritte Arbeitseinheit
S2a: zweites Antriebssignal für die erste Arbeitseinheit
S2b: zweites Antriebssignal für die zweite Arbeitseinheit
S2c: zweites Antriebssignal für die dritte Arbeitseinheit
S3a: drittes Antriebssignal für die erste Arbeitseinheit
S3b: drittes Antriebssignal für die zweite Arbeitseinheit
S3c: drittes Antriebssignal für die dritte Arbeitseinheit
S4a: viertes Antriebssignal für die erste Arbeitseinheit
S4b: viertes Antriebssignal für die zweite Arbeitseinheit
S4c: viertes Antriebssignal für die dritte Arbeitseinheit
S5a: fünftes Antriebssignal für die erste Arbeitseinheit
S5b: fünftes Antriebssignal für die zweite Arbeitseinheit
S5c: fünftes Antriebssignal für die dritte Arbeitseinheit
SD1: Drehsignal
SD2: Drehsignal
SW: Schrittschaltsignal
W1: erste Arbeitsspindelachse
W2: zweite Arbeitsspindelachse
W3: dritte Arbeitsspindelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4301393 A1 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine (10) mit einem um eine vertikale Schrittschaltachse (A) drehbar gelagerten und durch einen Schrittantrieb (25) zwischen zwei verschiedenen Drehstellungen weiterdrehbaren Werkstückträger (22), der auf entgegengesetzten Trägerseiten jeweils eine Werkstückspanneinheit (23) zum Aufspannen jeweils eines Werkstücks (11) aufweist, wobei sich in den beiden Drehstellungen jeweils eine Werkstückspanneinheit (23) in einem Arbeitsraum (14) und die andere Werkstückspanneinheit (23) in einer Ladestation (21) außerhalb des Arbeitsraumes (14) befindet, mit drei Arbeitseinheiten (28) die jeweils eine mittels eines Spindelantriebs (32) um eine horizontale Arbeitsspindelachse (W1, W2, W3) antreibbare Arbeitsspindel (33) aufweisen, um jeweils wenigstens ein Werkzeug (34) der jeweiligen Arbeitseinheit (28) zu betätigen oder anzutreiben, wobei eine erste Arbeitseinheit (28a) und eine zweite Arbeitseinheit (28b) der drei Arbeitseinheiten (28) auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitsraumes (14) angeordnet sind und eine dritte Arbeitseinheit (28c) der drei Arbeitseinheiten (28) derart angeordnet ist, dass ihre Arbeitsspindelachse (W3) rechtwinkelig zu den beiden Arbeitsspindelachsen (W1, W2) der ersten und zweiten Arbeitseinheit (28a, 28b) ausgerichtet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitseinheit (28) einen Werkzeugrevolver (37) mit einem Revolverkopf (36) aufweist, an dem mehrere Werkzeugaufnahmen (35) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Revolverkopf (36) mittels eines Revolverantriebs (38) um eine Revolverschaltachse (R) drehbar ist, die gegenüber der Arbeitsspindelachse (W1, W2, W3) der Arbeitseinheit (28) geneigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitseinheit (28) einen Schlitten (39) aufweist, der mittels wenigstens eines Schlittenantriebs (40) in einer oder zwei Richtungen rechtwinkelig zu der jeweiligen Arbeitsspindelachse (W1, W2, W3) bewegbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel (33) und das wenigstens eine Werkzeug (34) jeder Arbeitseinheit (28) mittels eines Stellantriebs (42) entlang und/oder parallel zu der jeweiligen Arbeitsspindelachse (W1, W2, W3) verschiebbar sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Werkstückspanneinheiten (23) jeweils ein Drehantrieb (27) zugeordnet ist, mittels dem die Werkstückspanneinheit (23) um eine horizontale Drehachse (D) drehbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (26) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, den Schrittantrieb (25) und/oder die Spindelantriebe (32) und/oder die Revolverantriebe (38) und/oder die Schlittenantriebe (40) und/oder die Stellantriebe (42) und/oder die Drehantriebe (27) anzusteuern.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) dazu eingerichtet ist, die Spindelantriebe (32) und/oder die Schlittenantriebe (40) und/oder die Stellantriebe (42) derart anzusteuern, dass ein im Arbeitsraum (14) angeordnetes Werkstück (11) während einer Arbeitsphase mittels der drei Arbeitseinheiten (28) zumindest zeitweise an drei Seiten gleichzeitig bearbeitet und/oder gemessen und/oder geprüft wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) dazu eingerichtet ist, nach dem Ende einer Arbeitsphase, während der ein im Arbeitsraum (14) befindliches Werkstück (11) bearbeitet wird, einen Werkstückwechsel zu veranlassen und dabei den Schrittantrieb (25) anzusteuern, so dass dieser eine Drehung des Werkstückträgers (22) ausführt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) da- zu eingerichtet ist, vor und/oder während der Ansteuerung des Schrittantriebs (25) zumindest jeweils einen Schlittenantrieb (40) und/oder jeweils den Stellantrieb (42) der Arbeitseinheiten (28) derart anzusteuern, dass das wenigstens eine Werkzeug (34) der Arbeitseinheiten (28) aus einem Schwenkbereich (B) des Werkstückträgers (22) und der in den Werkstückspanneinheiten (23) gehaltenen Werkstücke (11) heraus bewegt wird.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Arbeitsbereichs (14) eine Auffangwanne (15) für Späne vorhanden ist, wobei der Bereich zwischen dem im Arbeitsbereich (14) angeordneten Werkstück (11) und der Auffangwanne (15) frei ist von Maschinenbestandteilen.
Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (10), mit einem um eine vertikale Schrittschaltachse (A) drehbar gelagerten und durch einen Schrittantrieb (25) zwischen zwei verschiedenen Drehstellungen weiterdrehbaren Werkstückträger (22), der auf entgegengesetzten Trägerseiten jeweils eine Werkstückspanneinheit (23) zum Aufspannen jeweils eines Werkstücks (11) aufweist, wobei sich in den beiden Drehstellungen jeweils eine Werkstückspanneinheit (23) in einem Arbeitsraum (14) und die andere Werkstückspanneinheit (23) in einer Ladestation (21) außerhalb des Arbeitsraumes (14) befindet, mit drei Arbeitseinheiten (28) die jeweils eine mittels eines Spindelantriebs (32) um eine horizontale Arbeitsspindelachse (W1, W2, W3) antreibbare Arbeitsspindel (33) aufweisen, um jeweils wenigstens ein Werkzeug (34) der jeweiligen Arbeitseinheit (28) anzutreiben oder zu betätigen, wobei eine erste Arbeitseinheit (28a) und eine zweite Arbeitseinheit (28b) der drei Arbeitseinheiten (28) auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitsraumes (14) angeordnet sind und eine dritte Arbeitseinheit (28c) der drei Arbeitseinheiten (28) derart angeordnet ist, dass ihre Arbeitsspindelachse (W3) rechtwinkelig zu den beiden Arbeitsspindelachsen (W1, W2) der ersten und zweiten Arbeitseinheit (28a, 28b) ausgerichtet ist, mit folgenden Schritten: – Bearbeiten und/oder Messen und/oder Prüfen eines im Arbeitsraum (14) durch die eine Werkstückspanneinheit (23) gehaltenen Werkstücks (11) während einer Arbeitsphase, wobei zumindest zeitweise während der Arbeitsphase gleichzeitig an drei Seiten des Werkstücks (11) eine Bearbeitung und/oder Messung und/oder Prüfung durch die Arbeitseinheiten (28) ausgeführt wird, – Herausbewegen der Werkzeuge (34) der Arbeitseinheiten (28) aus einem Schwenkbereich (B) des Werkstückträgers (22) und der in den Werkstückspanneinheiten (23) gehaltenen Werkstücke (11) und Drehen des Werkstückträgers (22) um die Schrittschaltachse (A) in seine andere Drehstellung, – Entnehmen des bearbeiteten Werkstücks (11) aus der in der Ladestation (21) angeordneten Werkstückspanneinheit (23) und Einsetzen eines anderen, unbearbeiteten Werkstücks (11) in die in der Ladestation (21) angeordneten Werkstückspanneinheit (23).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte zyklisch wiederholt ausgeführt werden.