DE102016101991A1 - Method for machining a workpiece and machine tool - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur spanenden und thermischen Bearbeitung eines Werkstücks (5), ist so ausgebildet, dass das Werkstück (5) zur Bearbeitung mittels eines Werkstückträgers (3) einer Werkzeugmaschine sowohl zu mindestens einem ortsfesten Zerspanungswerkzeug (9) wie auch zu mindestens einer ortsfesten thermischen Bearbeitungsvorrichtung (6) verfahren wird.A method for machining and thermally processing a workpiece (5) is designed such that the workpiece (5) for machining by means of a workpiece carrier (3) of a machine tool both to at least one stationary cutting tool (9) as well as at least one stationary thermal processing device (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden und thermischen Bearbeitung eines Werkstücks. The invention relates to a method for machining and thermal processing of a workpiece.

Aus dem Stand der Technik ist ein derartiges Verfahren mittels einer sogenannten Hybridmaschine bekannt, bei der eine Zerspanungseinrichtung wie auch eine thermische Bearbeitungsvorrichtung zu dem insoweit ortsfesten Werkstück verfahren werden. D.h., das Werkstück verharrt in seiner Position, während die Bearbeitungseinrichtungen zur Bearbeitung jeweils in den Wirkbereich gebracht werden. Such a method is known from the prior art by means of a so-called hybrid machine, in which a cutting device as well as a thermal processing device are moved to the workpiece stationary in this respect. That is, the workpiece remains in its position while the processing means are brought into the operative area for machining respectively.

Unter dem Begriff „thermische Bearbeitung“ ist beispielsweise ein Auftragsschweißen mittels Laser oder dergleichen, ein Metall-Pulver-Auftragsverfahren zu verstehen, während die spanende Bearbeitung mittels Zerspanungswerkzeugen wie Bohrern oder Fräsern erfolgt. By the term "thermal processing" is meant, for example, a build-up welding by means of laser or the like, a metal powder application process, while the machining is carried out by means of cutting tools such as drills or milling cutters.

Allerdings gestaltet sich das bekannte Verfahren insofern problematisch, als beispielsweise die Zerspanung mit einer Verschmutzung des bearbeiteten Werkstücks einhergeht, insbesondere durch Staub, Kühlmittel und Späne, wodurch die thermische Bearbeitung zumindest behindert wird. However, the known method is problematic insofar as, for example, cutting is accompanied by contamination of the machined workpiece, in particular by dust, coolant and chips, whereby the thermal processing is at least hindered.

Vielfach ist der Bearbeitungsraum, also die Umgebung des Werkstücks zu reinigen, was naturgemäß nur mit einem entsprechenden Aufwand möglich ist, der einen optimierten Fertigungsablauf nicht zulässt. Insoweit ist dieses sozusagen Hybridverfahren nicht geeignet, den gestellten Anforderungen hinsichtlich einer optimierten Fertigung in dem gewünschten Maße zu entsprechen. In many cases, the processing space, ie to clean the environment of the workpiece, which is naturally possible only with a corresponding effort that does not allow an optimized production process. In that regard, this so-called hybrid method is not suitable to meet the demands made in terms of optimized production to the desired extent.

Überdies sind auch die baulichen Voraussetzungen für eine rationelle Durchführung des bekannten Verfahrens nicht geeignet, wobei hierzu insbesondere die Notwendigkeit einer flexiblen Zuführung von Materialien sowie beispielsweise Schutzgas mit entsprechenden Leitungen zählt. Als Material kommt dabei Metallpulver zum Einsatz, das auf das Werkstück aufgetragen wird, unter Einsatz von Wärme. Ein solches thermisches Spritzverfahren für Metallpulver ist im Übrigen als MPA-Technik bekannt. Moreover, the structural conditions for a rational implementation of the known method are not suitable, in which case in particular the need for flexible supply of materials and, for example, inert gas with corresponding lines counts. The material used is metal powder, which is applied to the workpiece, using heat. Incidentally, such a thermal spraying method for metal powder is known as MPA technique.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Bearbeitung von Werkstücken störungsfreier, rationeller und kostengünstiger möglich ist. The invention has for its object to further develop a method of the generic type so that the machining of workpieces is trouble-free, efficient and cost-effective.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device for carrying out the method.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem, im Gegensatz zum Stand der Technik, das Werkstück zur Bearbeitung sowohl zu einer ortsfesten Zerspanungseinrichtung wie auch zu einer ortsfesten thermischen Bearbeitungsvorrichtung verfahren wird, d.h., die notwendige Verfahrbewegung erfolgt nun nicht mehr von dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug, sondern vom Werkstück, bleibt der jeweilige Arbeitsraum unbeeinflusst von den bearbeitungstypischen Nachteilen des jeweils anderen Bearbeitungswerkzeuges. Hierzu zählt beispielsweise der Anfall von Staub, Kühlflüssigkeit oder Spänen bei der spanenden Bearbeitung, wie zum Stand der Technik beschrieben, der nunmehr keinen Einfluss auf die thermische Bearbeitung hat, die gemäß der Erfindung an einem anderen Ort erfolgt. By the method according to the invention, in which, in contrast to the prior art, the workpiece for processing both a stationary cutting device as well as a stationary thermal processing device is moved, ie, the necessary movement now no longer takes place from the respective processing tool, but from Workpiece, the respective work space remains unaffected by the typical machining disadvantages of the other machining tool. These include, for example, the accumulation of dust, cooling liquid or chips in the machining, as described in the prior art, which now has no effect on the thermal processing, which takes place according to the invention at a different location.

Sowohl die thermische Bearbeitungseinrichtung wie auch die Zerspanungsvorrichtung sind stationär fest angeordnet, d.h. die Material-, Gas- und Stromleitungen werden nun nicht mehr bewegt, da die entsprechenden Bearbeitungswerkzeuge in ihrer örtlichen Position verharren. Daraus ergibt sich im Übrigen die Vermeidung eines bewegungsbedingten Verschleißes sowohl der Zuführleitungen wie auch der Bearbeitungswerkzeuge. Both the thermal processor and the chipper are fixedly mounted in place, i. The material, gas and power lines are now no longer moving, since the corresponding processing tools remain in their local position. This results in the rest of the avoidance of a movement-related wear of both the supply lines as well as the processing tools.

Naturgemäß wird durch die optimierte Fertigung eine deutliche Kostenreduzierung erreicht, ebenso wie durch eine Erhöhung der Standzeit der beteiligten Funktionsteile. Naturally, a significant cost reduction is achieved by the optimized production, as well as by increasing the service life of the functional parts involved.

Eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens weist ein Maschinengestell auf, mit einer Mehrzahl gegenüber dem Maschinengestell translatorisch fest stehender Werkzeugköpfe mit jeweils mehreren, spindelgelagerten und antreibbaren Zerspanungswerkzeugen. Weiter ist die Vorrichtung mit einem mehrachsig translatorisch zu den Werkzeugköpfen hin bewegbaren, im Sinne eines Kragarmes vorstehenden Werkstückträger versehen sowie außerhalb des Eingriffsbereichs der Werkzeuge mit mindestens einer Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines am Werkstückträger gehaltenen Werkstücks. A machine tool for carrying out the method has a machine frame, with a plurality relative to the machine frame translationally fixed tool heads, each with a plurality of spindle-mounted and drivable cutting tools. Furthermore, the device is provided with a multi-axis translationally movable toward the tool heads, in the sense of a cantilever projecting workpiece carrier and outside the engagement region of the tools with at least one device for thermal processing of a workpiece carrier held on the workpiece.

Da bei dieser Werkzeugmaschine das Werkstück zu den Zerspanungswerkzeugen bzw. zur thermischen Bearbeitungsvorrichtung bewegt wird, kann zu deren Platzierung ein Teil des durch das Maschinengestell begrenzten Raumes genutzt werden. Since in this machine tool the workpiece is moved to the cutting tools or to the thermal processing device, for the placement of which a part of the space bounded by the machine frame can be used.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Bearbeitungsraum, in dem die thermische Bearbeitungsvorrichtung angeordnet ist, gegenüber dem Zerspanungsraum hermetisch abgedichtet sein, um so einen absoluten Schutz dieses Bearbeitungsraumes gegenüber beim Zerspanen anfallenden Spänen oder dergleichen zu erreichen. According to an advantageous embodiment of the invention, the processing space in which the thermal processing device is arranged to be hermetically sealed against the Zerspanungsraum so as to achieve absolute protection of this processing space against chips or the like arising during machining.

Diese hermetische Abdichtung ist allerdings so gestaltet, dass ein Einfahren des oder der zu bearbeitenden Werkstücke problemlos möglich ist, wobei hierzu entsprechende Klappen oder dergleichen vorgesehen sind, die zum Einfahren des Werkstücks, d.h. des Werkstückträgers zu öffnen sind, gegebenenfalls zur thermischen Bearbeitung auch geschlossen werden, um so den Zerspanungsraum vor dabei anfallenden Verschmutzungen zu schützen. However, this hermetic seal is designed so that a retraction of the workpiece or workpieces to be machined is easily possible, for which purpose flaps or the like are provided, which are to be opened for retraction of the workpiece, ie the workpiece carrier, optionally also closed for thermal processing so as to protect the cutting area from accumulating soiling.

Aus der EP 1 642 673 A1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, mit Werkzeugköpfen und einem translatorisch zu den Werkzeugköpfen hin bewegbaren, im Sinne eines Kragarmes vorstehenden Werkstückträger. Diese Werkzeugmaschine, die sich in ihrer Funktion bewährt hat, kann derart modifiziert werden, dass in ihr die Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung angeordnet ist, wobei diese vorzugsweise oberhalb der Werkzeugköpfe angeordnet ist. From the EP 1 642 673 A1 is a machine tool known, with tool heads and a translationally movable towards the tool heads, in the sense of a cantilever projecting workpiece carrier. This machine tool, which has proven itself in its function, can be modified such that in it the device for thermal processing is arranged, which is preferably arranged above the tool heads.

Im Übrigen kann der Aufnahmeraum für die thermische Bearbeitungsvorrichtung im Bedarfsfall derart hermetisch abgedichtet sein, dass darin ein Unterdruck hergestellt wird, falls dies für die thermische Bearbeitung zwingend oder sinnvoll sein sollte. Incidentally, if necessary, the receiving space for the thermal processing device can be hermetically sealed in such a way that a negative pressure is produced therein, if this should be mandatory or sensible for the thermal processing.

Durch die hermetische Abdichtung besteht auch die Möglichkeit den thermischen Bearbeitungraum mit beispielsweise Schutzgas zu beaufschlagen, das für die thermische Bearbeitung erforderlich sein kann, wobei das Schutzgas dauerhaft darin verbleibt und lediglich geringe Verlustmengen ausgeglichen werden müssen. Due to the hermetic sealing, it is also possible to apply the thermal processing space with, for example, protective gas, which may be required for the thermal processing, wherein the protective gas remains permanently in it and only small quantities of losses have to be compensated.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung nochmals beschrieben. The method according to the invention and a machine tool for carrying out the method will be described again below with reference to the attached drawing.

Die einzige Figur zeigt eine Werkzeugmaschine in einer schematischen perspektivischen Vorderansicht. The single FIGURE shows a machine tool in a schematic perspective front view.

In der Figur ist eine Werkzeugmaschine abgebildet, mit der eine spanende und thermische Bearbeitung eines Werkstücks 5 erfolgt. In the figure, a machine tool is shown, with a machining and thermal processing of a workpiece 5 he follows.

Diese Werkzeugmaschine weist ein Maschinengestell 1 auf, an der eine Mehrzahl gegenüber dem Maschinengestell 1 translatorisch fest stehender Werkzeugköpfe 2 angeordnet sind. This machine tool has a machine frame 1 on, at the majority of the machine frame 1 translationally fixed tool heads 2 are arranged.

Jeder Werkzeugkopf 2, der im Übrigen auch als Revolverkopf ausgebildet sein kann, ist mit Werkzeugspindeln 10 bestückt, die der Aufnahme von Zerspanungswerkzeugen 9 dienen, die antreibbar sind. Dabei kommen als Zerspanungswerkzeuge beispielsweise Fräser oder Bohrer zum Einsatz. Every tool head 2 , which may also be designed as a turret by the way, is with tool spindles 10 equipped, the inclusion of cutting tools 9 serve, which are drivable. For example, cutters or drills are used as cutting tools.

Des Weiteren weist die Werkzeugmaschine einen Werkstückträger 3 auf, der im Sinne eines Kragarmes vorsteht und an dessen freier Stirnseite eine Werkstückhalteeinrichtung 4 befestigt ist zur Halterung mindestens eines Werkstücks 5, im Beispiel mehrerer, in Achsrichtung des Werkstückträgers 3 gesehen hintereinander liegend. Furthermore, the machine tool has a workpiece carrier 3 on, which projects in the sense of a cantilever and at the free end side of a workpiece holding device 4 is attached to support at least one workpiece 5 , in the example of several, in the axial direction of the workpiece carrier 3 Seen lying one behind the other.

Der Werkstückträger 3 ist mehrachsig translatorisch zu den Werkzeugköpfen hin bewegbar, d.h., in X-, Y- und Z-Richtung, entsprechend der Angabe, sowie rotatorisch in beide Drehrichtungen, gemäß der Pfeilangabe. The workpiece carrier 3 is multiaxial translationally movable toward the tool heads, ie, in the X, Y and Z directions, as indicated, and rotationally in both directions of rotation, as indicated by the arrow.

Außerhalb des Eingriffsbereichs der Werkzeuge 9 ist eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung 6 am Maschinengestell 1 gehalten, mit mehreren Bearbeitungswerkzeugen 7, beispielsweise zum Metall-Pulver-Auftragsschweißen des jeweiligen Werkstücks 5. Outside the area of engagement of the tools 9 is a device for thermal treatment 6 on the machine frame 1 held, with several editing tools 7 For example, for metal powder build-up welding of the respective workpiece 5 ,

Die thermische Bearbeitungsvorrichtung 6 ist räumlich durch durch einen Späneschutz mit einer Klappe 8 vom Eingriffsbereich der Werkzeuge 9 getrennt und bildet so einen Schutz vor bei der Zerspanung anfallenden Spänen, Kühlwasser oder dergleichen. The thermal processing device 6 is spatially through by a chip protection with a flap 8th from the engagement area of the tools 9 separated and thus forms a protection against chips, cooling water or the like arising during machining.

Nach einem spanenden Bearbeiten des Werkstücks 5 mittels der Zerspanungswerkzeuge 9 wird der Werkstückträger 3 in Y-Richtung zur thermischen Bearbeitungsvorrichtung 6 verfahren, wobei sich die Klappe 8 öffnet, so dass ein freier Zugang zu dem thermischen Bearbeitungswerkzeug 7 möglich ist. After a machining of the workpiece 5 by means of the cutting tools 9 becomes the workpiece carrier 3 in the Y direction to the thermal processing device 6 proceed, taking the flap 8th opens, allowing free access to the thermal processing tool 7 is possible.

Nach dem beispielsweise Auftragsschweißen wird der Werkstückträger 3 in entgegengesetzte Y-Richtung verfahren, während sich die Klappe 8 schließt und das Werkstück 5 spanend bearbeitet werden kann. After, for example, build-up welding of the workpiece carrier 3 move in opposite Y-direction while the flap 8th closes and the workpiece 5 can be machined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1642673 A1 [0016] EP 1642673 A1 [0016]

Claims (10)

Verfahren zur spanenden und thermischen Bearbeitung eines Werkstücks (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) zur Bearbeitung mittels eines Werkstückträgers (3) einer Werkzeugmaschine sowohl zu mindestens einem ortsfesten Zerspanungswerkzeug (9) wie auch zu mindestens einer ortsfesten thermischen Bearbeitungsvorrichtung (6) verfahren wird. Method for cutting and thermally processing a workpiece ( 5 ), characterized in that the workpiece ( 5 ) for processing by means of a workpiece carrier ( 3 ) of a machine tool both to at least one stationary cutting tool ( 9 ) as well as at least one fixed thermal processing device ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) wechselweise zum Zerspanungswerkzeug (9) und zur thermischen Bearbeitungsvorrichtung (6) verfahren wird. Method according to claim 1, characterized in that the workpiece ( 5 ) alternately to the cutting tool ( 9 ) and to the thermal processing device ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Bearbeitung in einem gegenüber dem Zerspanungswerkzeug (9) hermetisch abgedichteten Raum erfolgt. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal processing in a relative to the cutting tool ( 9 ) hermetically sealed space takes place. Werkzeugmaschine, mit einem Maschinengestell (1), einer Mehrzahl gegenüber dem Maschinengestell (1) translatorisch fest stehenden Werkzeugköpfen (2) mit jeweils mehreren, spindelgelagerten antreibbaren Zerspanungswerkzeugen (9), sowie einem mehrachsig translatorisch zu den Werkzeugköpfen (2) hin bewegbaren, im Sinne eines Kragarmes vorstehenden Werkstückträger (3), dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Eingriffsbereichs der Zerspanungswerkzeuge (9) mindestens eine Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung (6) eines am Werkstückträger (3) gehaltenen Werkstücks (5) vorgesehen ist. Machine tool, with a machine frame ( 1 ), a plurality relative to the machine frame ( 1 ) translationally fixed tool heads ( 2 ) each with a plurality of spindle-mounted drivable cutting tools ( 9 ), and a multiaxial translational to the tool heads ( 2 ) movable in the sense of a cantilever projecting workpiece carrier ( 3 ), characterized in that outside the engagement region of the cutting tools ( 9 ) at least one device for thermal processing ( 6 ) one on the workpiece carrier ( 3 ) held workpiece ( 5 ) is provided. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung (6) am Maschinengestell (1) befestigt ist. Machine tool according to claim 4, characterized in that the device for thermal processing ( 6 ) on the machine frame ( 1 ) is attached. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung (6) gegenüber dem Eingriffsbereich der Zerspanungswerkzeuge (9) durch einen Späneschutz geschützt ist. Machine tool according to claim 4 or 5, characterized in that the device for thermal processing ( 6 ) with respect to the engagement region of the cutting tools ( 9 ) is protected by a chip protection. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Späneschutz aus einer hermetischen Abdichtung des Bearbeitungsraumes der thermischen Bearbeitung (6) gebildet ist. Machine tool according to one of claims 4 to 6, characterized in that the chip protection from a hermetic seal of the processing space of the thermal processing ( 6 ) is formed. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Späneschutz eine bewegbare Klappe (8) aufweist. Machine tool according to one of claims 4 to 7, characterized in that the chip protection a movable flap ( 8th ) having. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung (6) in Y-Richtung oberhalb des Eingriffsbereichs der Zerspanungswerkzeuge (9) angeordnet ist. Machine tool according to one of claims 4 to 8, characterized in that the device for thermal processing ( 6 ) in the Y-direction above the engagement region of the cutting tools ( 9 ) is arranged. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Späneschutz zwischen der thermischen Bearbeitungsvorrichtung (6) und den dazu benachbarten Werkzeugköpfen (2) angeordnet ist. Machine tool according to one of claims 4 to 9, characterized in that the chip protection between the thermal processing device ( 6 ) and the adjacent tool heads ( 2 ) is arranged.
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