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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung, insbesondere spanenden Bearbeitung von Werkstücken.
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Werkzeugmaschinen weisen typischerweise eine Werkstückpositioniereinrichtung zur Bewegung und Positionierung von Werkstücken sowie eine Werkzeugaufnahme auf, über die dem aufgenommenen Werkzeug eine kontrollierte Antriebs- und Vorschubbewegung erteilbar ist. Die Werkstückpositioniereinrichtung hat die Aufgabe, das Gewicht des Werkstücks und die auf diese einwirkenden Bearbeitungskräfte an ein Maschinenbett abzuleiten. Dabei kommt es auf eine verlässliche und steife Werkstücklagerung besonders an, wenn eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Qualität erreicht werden soll. Bei dem gattungsgemäßen Grundkonzept der hier interessierenden Werkzeugmaschinen ist die Werkstückpositioniereinrichtung auf einem Maschinenbett in einer Horizontalrichtung verfahrbar (Fahrrichtung). Die Arbeitsspindel für das Bearbeitungswerkzeug ist quer zu der Fahrrichtung horizontal sowie zusätzlich vertikal verfahrbar.
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Eine Maschine nach einem solchen Konzept ist aus der
DE 10 2012 201 736 B3 bekannt. Diese Bearbeitungsmaschine weist zur horizontalen Lagerung und Führung der Werkstückpositioniereinrichtung drei zueinander parallele, sich horizontal erstreckende, an dem Maschinenbett befestigte Führungsschienen auf. Die drei Schienen werden von einem Schlitten überbrückt, der an jeder Schiene über jeweils zwei voneinander beabstandete Wälzkörperumlaufschuhe, d. h. somit insgesamt mittels sechs Wälzkörperumlaufschuhen gelagert ist. Zwischen einer außenständigen Schiene und der mittleren Schiene ist ein Linearmotor angebracht. Dieser steht der äußeren Schiene näher als der mittleren Schiene. Zwischen der anderen äußeren Schiene und der mittleren Schiene ist ein Spänekanal angeordnet, über dem sich der Schlitten des Werkstücktisches befindet.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine statische Überbestimmung an den Linearführungen des Schlittens gegeben.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind lediglich zwei Führungsschienen zu beiden Seiten des Linearmotors angeordnet, während die zuvor beschriebene dritte Führungsschiene jenseits des Spänekanals entfällt. Bei dieser Ausführungsform ist der Werkstücktisch horizontal auf einer auskragenden Konsole angeordnet und um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar.
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Bei dieser Ausführungsform ist wegen der fliegenden einseitigen Lagerung eine geringere Steifigkeit des frei auskragenden Werkstückträgers zu erwarten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine anzugeben, die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird mit der Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist ein Maschinenbett mit drei zueinander parallelen, sich in einer Fahrrichtung horizontal erstreckenden Führungsschienen auf. Zwischen einer außenständigen und der mittelständigen Führungsschiene ist eine Linearantriebseinrichtung angeordnet, die einen ersten Fahrschlitten antreibt. Dieser stützt sich vorzugsweise ausschließlich auf den beiden, der Linearantriebseinrichtung benachbarten Führungsschienen ab. Zu der Werkstückpositioniereinrichtung gehört außerdem ein zweiter Fahrschlitten, der auf der anderen, außenständigen Führungsschiene (der dritten Führungsschiene) abgestützt ist. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrschlitten wird durch einen Werkstückträger erbracht, der mit einer an dem ersten Fahrschlitten vorgesehenen Drehantriebseinrichtung verbunden ist. Diese legt eine horizontale, sich quer zu der Fahrrichtung erstreckende Schwenkachse A fest. Der Werkstückträger ist an dem zweiten Fahrschlitten ebenfalls schwenkbar gelagert. Bei einer Bewegung des ersten Fahrschlittens in Fahrrichtung (Z-Richtung) wird der zweite Fahrschlitten vermittels des Werkstückträgers mitgenommen.
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Der zweite Fahrschlitten dient der Vertikalabstützung des antriebsfernen Endes des Werkstückträgers und trägt somit wirksam zur Einleitung von Gewichts- und Bearbeitungskräften in das Maschinenbett bei. Somit lassen sich die Bearbeitungsgenauigkeit und die Bearbeitungsgüte erhöhen. Gleichzeitig wird ein schlankes Maschinenkonzept erhalten, bei dem die Positionierantriebe der Werkstückpositioniereinrichtung auf einer Seite desselben konzentriert angeordnet sind. Dieses Konzept ergibt außerdem eine sehr gute Zugänglichkeit zu dem Werkstück insbesondere im Hinblick auf den Werkstückwechsel. Der von dem Werkstückträger in Horizontalrichtung lediglich passiv mitgeschleppte zweite Fahrschlitten läuft auf nur einer Fahrschiene. Er kann kleinvolumig ausgebildet werden und ist somit beim Werkstückwechsel nicht im Wege.
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Durch den Wegfall eines alle drei Führungsschienen überbrückenden starren Schlittens ist keine statische Überbestimmung gegeben. Dies insbesondere dann nicht, wenn die Verbindung zwischen dem Werkstückträger und dem zweiten Fahrschlitten quer zur Fahrrichtung (horizontal) eine geringere Steifigkeit aufweist als in Abstützrichtung (senkrecht). Zur Erhöhung der Nachgiebigkeit quer zur Fahrrichtung kann das Lager, mit dem der Werkstückträger an dem zweiten Fahrschlitten befestigt ist, einen axialen Freigang aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Werkstückträger zur Verbindung mit dem Radiallager einen Abschnitt aufweisen, der axial zu der Schwenkachse eine geringere Steifigkeit aufweist, als quer zu dieser. Mit diesem Konzept lassen sich Zwangskräfte an den Führungsschienen minimieren und Toleranzvorgaben abmildern.
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Das vorgestellte Maschinenkonzept führt im Vergleich zu anderen Bauformen zu einer Massenreduzierung für die komplette Werkstückpositioniereinrichtung von bis zu 30%. Dadurch lassen sich höhere Fahrbeschleunigungen und höhere Drehbeschleunigungen erzielen. Alternativ können die betreffenden Antriebe schwächer ausgelegt werden, was wiederum zu einer Reduzierung des Gewichts und des technischen Aufwands führt.
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Zur Lagerung der beiden Fahrschlitten an den Führungsschienen dienen vorzugsweise Wälzkörperumlaufschuhe. Der erste Fahrschlitten weist dazu vorzugsweise auf der ersten und der zweiten Führungsschiene jeweils wenigstens einen, vorzugsweise zwei Wälzkörperumlaufschuhe auf. Diese sind in Draufsicht vorzugsweise in einem Viereck angeordnet, wodurch der erste Fahrschlitten um seine vertikale Hochachse steif arretiert ist. Um diese Hochachse wirkende dynamische Momente, die beim Anfahren oder Abbremsen der Linearantriebseinrichtung auftreten können, werden somit sicher von der ersten und der zweiten Führungsschiene auf das Maschinenbett übertragen. Der zweite Fahrschlitten ist an der dritten Führungsschiene beispielsweise lediglich über einen Wälzkörperumlaufschuh, gegebenenfalls auch über mehrere, gelagert. Dieser Wälzkörperumlaufschuh dient der Aufnahme von Gewichtskräften.
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Die Wälzkörperumlaufschuhe sind vorzugsweise vorgespannt, so dass sie auf den Führungsschienen spielfrei laufen. Vorzugsweise ist die Vorspannung der Wälzkörperumlaufschuhe des ersten Fahrschlittens größer als die Vorspannung des Wälzkörperumlaufschuhs des zweiten Fahrschlittens. Durch die geringere Vorspannung des Wälzkörperumlaufschuhs des zweiten Fahrschlittens ist dessen Reibung vermindert, wodurch dieser genauer der Bewegung des angetriebenen ersten Fahrschlittens folgen kann.
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Der zweite Fahrschlitten kann mit einer Arretiereinrichtung versehen sein, um den zweiten Fahrschlitten bedarfsweise ortsfest unverfahrbar zu halten. Diese Arretiereinrichtung kann beispielsweise vor oder hinter dem Wälzkörperumlaufschuh des zweiten Fahrschlittens vorgesehen sein, um diesen bedarfsweise und gesteuert gegen die Führungsschiene zu klemmen. Eine solche Klemmeinrichtung kann hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder anderweitig betätigbar ausgebildet sein.
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Durch die ortsfeste Arretierung des zweiten Fahrschlittens, insbesondere durch die hydraulische Klemmung des Klemmschuhs an der Führungsschiene, lässt sich die Steifigkeit der Werkstücklagerung weiter verbessern, weil dann bei der Bearbeitung des Werkstücks auch Kräfte in Richtung der Führungsschienen aufgenommen werden können. Dies erweitert die Palette der an dem Werkstück ausführbaren Bearbeitungsvorgänge auf solche, bei denen insbesondere zeitlich variante, zum Beispiel schwingende Reaktionskräfte in Z-Richtung wirken.
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Vorzugsweise weist der erste Fahrschlitten an den Führungsschienen längs der Fahrrichtung eine Stützweite auf, die mindestens so groß ist, wie der Abstand der ersten Führungsschiene von der zweiten Führungsschiene. Diese Geometrie gibt dem ersten Fahrschlitten eine besonders gute Richtungsstabilität, die das einseitige Anhängen des Werkstücktisches und das Mitschleppen des zweiten Fahrschlittens ohne Genauigkeitsverlust gestattet.
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Der Werkstückträger ist an dem ersten Fahrschlitten vorzugsweise über ein Axial-Radial-Wälzlager gehalten, das in Axialrichtung vorgespannt ist. An der anderen, gegenüber liegenden Seite ist der Werkstückträger an dem zweiten Fahrschlitten durch ein Radiallager gehalten. Dieses Konzept gestattet an dem ersten Fahrschlitten den Verzicht auf ein zweites Radiallager, wie es bei einer fliegenden Lagerung des Werkstückträgers erforderlich wäre. Dies gilt insbesondere bei einer in Vertikalrichtung steifen Anbindung des Werkstückträgers an den zweiten Fahrschlitten. Dies wird durch eine Verbindung zwischen dem Werkstückträger und dem Drehgelenk des zweiten Fahrschlittens in Gestalt eines Trägers erreicht, der sich radial zu der Schwenkachse A erstreckt.
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Vorzugsweise ist die Linearantriebseinrichtung zwischen der ersten Führungsschiene und der zweiten Führungsschiene außermittig angeordnet. Weiter vorzugsweise steht die Linearantriebseinrichtung dabei der innenliegenden zweiten Führungsschiene näher als der außenliegenden ersten Führungsschiene. Damit wird der erste Fahrschlitten außermittig angetrieben. Weil der Linearantrieb zu dem Werkstück hin versetzt ist, wird durch diesen asymmetrischen Antrieb des ersten Fahrschlittens beim Beschleunigen oder Abbremsen desselben das entstehende Moment um seine Hochachse und somit von den Führungsschienen aufzunehmenden Kräfte reduziert.
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Das Gewicht und die Geometrie des ersten Fahrschlittens des Werkstückträgers und des zweiten Fahrschlittens sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass in jedem Bearbeitungszustand an dem zweiten Fahrschlitten eine auf die dritte Führungsschiene hin gerichtete Kraft vorhanden ist. Dabei dominiert die auf den zweiten Fahrschlitten einwirkende Gewichtskraft derart, dass sie in keinem Bearbeitungszustand durch eine entgegen gerichtete Kraft überwunden würde.
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Außerdem werden die beim Beschleunigen und Abbremsen des ersten Fahrschlittens auftretenden Reaktionsmomente vorzugsweise ausschließlich über die erste und die zweite Führungsschiene auf das Maschinenbett übertragen. Der zweite Fahrschlitten dient lediglich dem Mittragen und somit der Abstützung des Gewichts, nicht aber der Aufnahme von Beschleunigungskräften bzw. -momenten. Ist er jedoch mit einer Bremseinrichtung versehen (Klemmeinrichtung) kann er zusätzlich zur Ableitung von Bearbeitungskräften in das Maschinengestell dienen.
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Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine, in schematisierter perspektivischer Ansicht,
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2 die Bearbeitungsmaschine nach 1, in weiter schematisierter Stirnansicht,
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3 eine Linearführung, bestehend aus Führungsschiene und Wälzkörperumlaufschuh, in schematisierter Querschnittsdarstellung,
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4 einen klemmbaren Schuh, in schematisierter Querschnittsdarstellung,
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5 ein Kreuzrollenlager, wie es zur Lagerung des Werkstückträgers vorgesehen ist, in schematisierter Längsschnittdarstellung,
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6 ein Axial-Radial-Wälzlager in alternativer Ausführungsform zu einem Kreuzrollenlager, in schematisierter Längsschnittdarstellung.
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7 eine Lagereinheit für die Lagerung des Werkstückträgers des zweiten Fahrschlitten, in schematisierter Längsschnittdarstellung und
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8 die Führungsschienen und Wälzkörperumlaufschuhe der Werkstückpositioniereinrichtung, in schematisierter Draufsicht zur Veranschaulichung der Abstützgeometrie.
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In 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht, die der spanenden oder sonstigen Bearbeitung von Werkstücken dient. Zur Veranschaulichung ist ein Werkstück 11 in 2 schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Werkzeugmaschine 10 weist ein Maschinenbett 12 auf, das einen sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt 13 und einen davon aufragenden Teil 14 aufweist. An dem aufragenden Teil 14 ist eine drehend angetriebene Arbeitsspindel 15 zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen. Die Arbeitsspindel 15 ist durch nicht weiter veranschaulichte Führungs- und Antriebsmittel in mindestens einer, vorzugsweise zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen X und Y, d. h. horizontal und vertikal, verfahrbar. Weitere Bewegungsmöglichkeiten, Kipp-, Neige-, Schwenkmöglichkeiten sowie die Möglichkeit des Axialvorschubs können vorgesehen sein.
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Der horizontale Abschnitt 13 des Maschinenbetts 12 trägt eine Werkstückpositioniereinrichtung 16. Diese ist dazu eingerichtet, das Werkstück 11 auf die Arbeitsspindel 15 hin und von dieser weg in Z-Richtung horizontal zu verfahren und das Werkstück außerdem zumindest optional um eine quer dazu orientierte, vorzugsweise horizontale Schwenkachse A zu drehen und in vorgegebener Drehposition zu halten.
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Um das Fahren des Werkstücks 11 in Z-Richtung zu ermöglichen, sind auf oder an dem Abschnitt 13 des Maschinenbetts 12 insgesamt drei, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Führungsschienen 17, 18, 19 vorgesehen. Die erste und zweite Führungsschiene 17, 18 sind in einem geringeren Abstand zueinander angeordnet als die zweite Führungsschiene 18 und dritte Führungsschiene 19 zueinander. Alle drei Führungsschienen 17, 18, 19 sind vorzugsweise horizontal parallel zueinander orientiert. Es ist auch möglich, die Führungsschienen 7, 18 in einer ersten Horizontalebene und die dritte Führungsschiene 19 oberhalb dieser Horizontalebene anzuordnen
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Auf der ersten Führungsschiene 17 und der zweiten Führungsschiene 18 ist ein erster Fahrschlitten 20 längs zu den Führungsschienen 17, 18 verschiebbar gelagert. Dazu ist der Fahrschlitten 20 mit wenigstens zwei Wälzkörperumlaufschuhen 21, 22 (2) oder, wie es aus 8 hervorgeht, mit insgesamt vier solchen Wälzkörperumlaufschuhen 21, 22, 23, 24 versehen. Diese tragen den ersten Fahrschlitten 20 und sind vorzugsweise an dessen Ecken angeordnet, um eine quadratische oder rechteckige Fläche aufzuspannen wie in 8 zusammen mit dem gestrichelt dargestellten Fahrschlitten 20 veranschaulicht ist.
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Die Wälzkörperumlaufschuhe 21, 22, 23, 24 können von jeder geeigneten Bauart sein. Beispielhaft ist in 3 ein als Rollenumlaufschuh ausgebildeter Wälzkörperumlaufschuh 21 veranschaulicht. Dieser weist insgesamt vier Wälzkörpergruppen (Rollen) auf, die auf vier Laufbahnen 25, 26, 27, 28 angeordnet sind und denen Rückführungsbahnen zugeordnet sind. Die Wälzkörperumlaufschuhe 21, 22, 23, 24 können sich über die gesamte Länge des Fahrschlittens 20 erstrecken (oder sie können an in Fahrrichtung voneinander beabstandeten Stellen angeordnet sein. Jedenfalls aber definieren sie auf zumindest einer der beiden Führungsschienen 17, 18 eine Länge, die ausreicht, um auftretende Momente M um die Hochachse H (8) aufzunehmen und über die betreffende Laufschiene 17 und/oder 18 in das Maschinenbett abzuleiten.
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Zum Antrieb des Fahrschlittens 20 dient eine Linearantriebseinrichtung 29, die sowohl dazu eingerichtet ist, den Fahrschlitten 18 in Z-Richtung, d. h. längs der zueinander parallelen Führungsschienen 17, 18 zu beschleunigen oder abzubremsen sowie darüber hinaus diesen präzise zu positionieren und in vorgegebener Position zu halten. Geeignete Antriebe sind insbesondere positionsgeregelte Antriebe, wie beispielsweise der in 1 und 2 beispielhaft veranschaulichte Spindelantrieb 30. Dieser ist vorzugsweise zwischen den Führungsschienen 17, 18 angeordnet. Wie besonders aus 1 und 8 hervorgeht, ist der in 8 lediglich durch eine strichpunktierte Linie symbolisierte Spindelantrieb 30 außermittig angeordnet. Die strichpunktierte Linie des Spindelantriebs 30 markiert die Drehachse der Spindel, die in einem Abstand zu der Führungsschiene 17 angeordnet ist, der größer ist als der Abstand zu der Führungsschiene 18. Damit werden Beschleunigungskräfte F außermittig in den Fahrschlitten 20 ein- und aus diesem ausgeleitet.
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An dem Fahrschlitten 20 ist ein Werkstückträger 31 um die horizontale Drehachse A schwenkbar gelagert. Der Werkstückträger 31 definiert eine Werkstückaufspannfläche 32, die auf der Drehachse A oder leicht unterhalb dieser liegt, so dass die Drehachse A durch das Werkstück 11 verläuft.
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Der Werkstückträger 31 ist über ein Axial-Radial-Wälzlager 33 an dem Fahrschlitten 20 gelagert, wie es beispielhaft aus 5 hervorgeht. Das Axial-Radial-Wälzlager 33 kann als Kreuzrollenlager ausgebildet sein, mit einem Innenring 34, der eine Dreiecknut für kreuzweise angeordnete Lagerrollen aufweist. Diese weisen abwechselnd rechtwinklig zueinander stehende Drehachsen auf, die in 5 strichpunktiert angedeutet sind. Das zugeordnete äußere Lagerteil besteht aus zwei Außenringen 35, 36, die durch eine Feder 37 und eine Mutter 38 gegeneinander gespannt sein können. Alternativ kann eine Lagerkonfiguration nach 6 vorgesehen sein. Das dort dargestellte Axial-Radial-Wälzlager 33a umfasst ein Radiallager 39 und zwei gegeneinander gespannte Axiallager 40, 41. Die Axiallager 40, 41 können durch nicht weiter veranschaulichte Mittel federnd gegeneinander gespannt sein.
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An dem von dem ersten Fahrschlitten 20 fern liegenden Ende 42 (2) des Werkstückträgers 31 ist dieser über einen Abschnitt 43 mit einem Drehlager 44 verbunden, das konzentrisch zu der Achse A angeordnet ist. Das Drehlager 44 ist mit einem zweiten Fahrschlitten 45 verbunden, der auf der Führungsschiene 19 läuft. Dazu ist mindestens ein Wälzkörperumlaufschuh 46 vorgesehen (3 und 8). Der Wälzkörperumlaufschuh 46 kann den gleichen Aufbau aufweisen, wie die Wälzkörperumlaufschuhe 21 bis 24. Vorzugsweise ist es jedoch leichtgängiger als diese aufgebaut, z. B. indem die Wälzkörper mit einer geringeren Vorspannung gehalten sind. Während die Wälzkörperumlaufschuhe 22, 24 des ersten Fahrschlittens 20 mit den Wälzkörperumlaufschuhen 21, 23 des ersten Fahrschlittens ein Viereck bilden, bilden sie mit dem Wälzkörperumlaufschuh 46 des zweiten Fahrschlittens 45 ein vorzugsweise gleichschenkliges Dreieck. Dabei kann insbesondere der Abstand zwischen den Führungsschienen 18, 19 größer sein als der Abstand zwischen den Führungsschienen 17, 18. Auch kann der Abstand der Führungsschienen 18, 19 voneinander größer sein, als Abstand zwischen den voneinander weg weisenden Stirnseiten der Wälzkörperumlaufschuhe 22, 24. Die erfindungsgemäße Konfiguration ermöglicht die Aufnahme raumgreifender Werkstücke auf einer vergleichsweise kleinen Werkzeugmaschine, die wenig Aufstellfläche benötigt.
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Es ist auch möglich, anstelle des Wälzkörperumlaufschuhs 46 einen Gleitschuh oder ein hydrostatisches Lager vorzusehen. Ein solches kann zwischen der Laufbahn der Fahrschiene 19 und der entsprechenden Führungsfläche des Lagerschuhs einen engen Spalt aufweisen, der mit einem unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigen Fluid gefüllt ist. Dies stellt eine besonders reibungsarme Variante dar, bei der der zweite Fahrschlitten 45 dem ersten Fahrschlitten 20 besonders präzise folgt.
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Das Drehlager 44 ist ein Radiallager, das in erster Linie, vorzugsweise jedoch ausschließlich, Radialkräfte überträgt. Es kann entsprechend einer schematisch in 7 angedeuteten Bauform ausgebildet sein. Insbesondere kann es wie dargestellt aus zwei gegeneinander verspannten Schrägrollenlagern oder Schrägkugellagern 47, 48 bestehen, die dazu dienen, einen Zapfen 49 drehbar in einem Lagergehäuse zu lagern. Die Außenringe der Wälzlager 47, 48 können in dem Lagergehäuse 50 axial verschieblich gelagert sein.
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Zusätzlich oder alternativ ist der Abschnitt 43 vorzugsweise in Richtung quer zu der Achse A steif jedoch längs der Achse A etwas nachgiebig, d. h. etwas weniger steif ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem ersten Fahrschlitten 20 und dem zweiten Fahrschlitten 45 wird lediglich durch den Werkstückträger 31 einschließlich des Abschnitts 43 und gegebenenfalls des Zapfens 49 erbracht. Der zweite Fahrschlitten 45 ist nicht angetrieben. Angetrieben ist lediglich der erste Fahrschlitten 20. Der zweite Fahrschlitten 45 dient nur der Abstützung insbesondere der Gewichtskraft EG des Werkstücks 11 sowie des zugeordneten Werkstückträgers 31, wobei sich diese Gewichtskraft EG auf beide Fahrschlitten 20, 45 aufteilt (F1, F2).
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Bedarfsweise kann jedoch der Fahrschlitten 45 ortsfest arretierbar sein. Dazu kann ein gesteuert blockierbarer Klemmschuh 53 vor oder hinter dem Wälzkörperumlaufschuh angebaut sein. 4 veranschaulicht dazu ein Ausführungsbeispiel. Der dort veranschaulichte Klemmschuh 53 weist mindestens einen, vorzugsweisen zwei einander gegenüber liegende, die Führungsschiene 19 zwischen einander klemmende Bremsbacken 51, 52 auf, die als hydraulische Kolben ausgebildet oder mit solchen verbunden sein können, um bedarfsweise druckbeaufschlagt oder gelöst zu werden. Eine Druckleitung zur Beaufschlagung der Kolben bzw. Bremsbacken 51, 52 mit Hydraulikfluid kann sich durch den Werkstückträger 31 erstrecken. An dem Drehlager 44 kann dann eine entsprechende Fluiddrehkupplung vorgesehen sein, um die Fluidleitung des Werkstückträgers 31 mit dem Wälzkörperumlaufschuh 46 zu verbinden.
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Die insoweit beschriebene Werkzeugmaschine 10 arbeitet wie folgt:
Zur Bearbeitung eines Werkstücks 11 wird dieses auf der Werkstückaufspannfläche 32 des Werkstückträgers 31 platziert und gespannt. Weil sich das Lagergehäuse 44 nur wenig über die A-Achse erstreckt, ist der Zugang zu der Werkstückaufspannfläche 32 auch von der Seite her gut möglich. Entsprechende Handlingapparate können das Werkstück 11 nahezu ungehindert sowohl aus Z-Richtung wie auch aus X-Richtung auf den Werkstückträger 31 und von diesem weg transportieren.
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Zur Bearbeitung wird der Fahrschlitten 20 in eine gewünschte Bearbeitungsposition verbracht. Er nimmt über den Werkstückträger 31 den zweiten Fahrschlitten 45 mit. Vorzugsweise läuft der zweite Fahrschlitten 45 besonders reibungsarm. Zu diesem Zweck kann er zum Beispiel mit lediglich einem Wälzkörperumlaufschuh 46 versehen sein, der zudem mit verringerter Rollenvorspannung arbeiten kann. Der zweite Fahrschlitten 45 folgt deswegen dem ersten Fahrschlitten 20 präzise. Ist die gewünschte Z-Position erreicht, blockiert die Linearantriebseinrichtung 29 den weiteren Vortrieb des ersten Fahrschlittens 20. Der zweite Fahrschlitten 45 verbleibt somit in Position. Die Gewichtskraft des Werkstücks 11 teilt sich auf beide Fahrschlitten 20, 45 auf.
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Bei Ausführungsformen mit Feststelleinrichtung können, sofern das Werkstück in Z-Richtung nicht bewegt werden soll, die Bremsbacken 51, 52 aktiviert werden, wodurch der zweite Fahrschlitten 45 in Z-Position arretiert wird. Dies hat den Vorzug, dass auch in Z-Richtung auftretende Kräfte, die beispielsweise von der Werkstückbearbeitung herrühren können, von beiden Fahrschlitten 20, 45 aufgenommen und in das Maschinenbett 13 abgeleitet werden.
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Das Werkstück 11 kann mittels der nicht weiter beschriebenen Schwenkeinrichtung während der Bearbeitung oder zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten um die A-Achse geschwenkt werden. Auftretende Beschleunigungskräfte werden hierbei nur von dem ersten Fahrschlitten 20 aufgenommen und in das Maschinenbett 13 abgeleitet. Das Drehlager 44 ist hingegen immer frei drehbar.
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Soll das Werkstück 11 in Z-Richtung bewegt werden, wird dies von der Linearantriebseinrichtung 29 bewirkt, die den ersten Fahrschlitten 20 beschleunigt und bremst. Dadurch können, insbesondere wenn der Schwerpunkt S (siehe 8) der Gesamtanordnung, bestehend aus Werkstückpositioniereinrichtung 16 und Werkstück 11, außerhalb der Mitte des ersten Fahrschlittens 20 liegt, Momente M auftreten. Zur Minderung derselben liegt die Linearantriebseinrichtung 29 der innenliegenden Schiene 18 näher als der außenliegenden Führungsschiene 17. Verbleibende oder dennoch entstehende Drehmomente M werden von den Wälzkörperumlaufschuhen 21 bis 24 aufgenommen. Der Wälzkörperumlaufschuh 26 dient hingegen lediglich der Gewichtsabstützung.
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Die Werkzeugmaschine 10 weist eine asymmetrisch aufgebaute Werkstückpositioniereinrichtung 16 auf, die auf drei Führungsschienen 17, 18, 19 läuft. Sie umfasst zwei Fahrschlitten 20, 45, die untereinander durch einen um die A-Achse drehbar gelagerten Werkstückträger 31 verbunden sind. Während der erste Fahrschlitten 20 der Längs- und Drehpositionierung des Werkstückträgers 31 dient, ist der zweite Fahrschlitten 45 lediglich zur ergänzenden Gewichtsabstützung vorgesehen.
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Es ergibt sich ein mechanisch schlanker gewichtsarmer Aufbau mit hoher Positioniergenauigkeit. Es wird eine hohe dynamische Belastbarkeit und somit eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und eine besonders hohe Schwingungsfestigkeit ermöglicht. Bezugszeichen:
| 10 | Werkzeugmaschine |
| 11 | Werkstück |
| 12 | Maschinenbett |
| 13 | Abschnitt des Maschinenbetts |
| 14 | Teil des Maschinenbetts |
| 15 | Arbeitsspindel |
| 16 | Werkstückpositioniereinrichtung |
| 17 | erste Führungsschiene |
| 18 | zweite Führungsschiene |
| 19 | dritte Führungsschiene |
| 20 | erster Fahrschlitten |
| 21, 24, 46 | Wälzkörperumlaufschuhe |
| 25–28 | Laufbahnen |
| M | Moment |
| H | Hochachse |
| 29 | Linearantriebseinrichtung |
| 30 | Spindelantrieb |
| F | Beschleunigungskraft |
| 31 | Werkstückträger |
| 32 | Werkstückaufspannfläche |
| 33, 33a | Axial-Radial-Wälzlager |
| 34 | Innenring |
| 35, 36 | Außenring |
| 37 | Feder |
| 38 | Mutter |
| 39 | Radial-Lager |
| 40, 41 | Axial-Lager |
| 42 | Ende |
| 43 | Abschnitt |
| 44 | Drehlager |
| 45 | zweiter Fahrschlitten |
| 53 | Klemmschuh |
| 47, 48 | Schrägkugellager |
| 49 | Zapfen |
| 50 | Lagergehäuse |
| 51, 52 | Bremsbacken |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201736 B3 [0003]
