DE102022113434A1

DE102022113434A1 - Werkzeuggegenhalter und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102022113434A1
Application number: DE102022113434.2A
Authority: DE
Inventors: Udo TÜLLMANN
Original assignee: Werkzeugmaschinenbau Ziegenhain GmbH
Current assignee: Werkzeugmaschinenbau Ziegenhain GmbH
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeuggegenhalter (30) zur lösbaren Anordnung an einem Bearbeitungskopf (10) einer Werkzeugmaschine (1), welche eine Werkzeugspindel (11) zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs (20) aufweist, wobei der Werkzeuggegenhalter (30) folgendes umfasst:- einen Befestigungsabschnitt (32) zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt (52) des Bearbeitungskopfs (10),- einen am Befestigungsabschnitt (32) angeordneten längserstreckten Schaftabschnitt (34), welcher sich in einer Montagestellung des Befestigungsabschnitts (32) am Gegenbefestigungsabschnitt (52) des Bearbeitungskopfs (10) entlang einer Werkzeugachse (12) der Werkzeugspindel (11) erstreckt, und- einen Gegenlagerabschnitt (36), welcher dem Befestigungsabschnitt (32) abgewandt am Schaftabschnitt (34) angeordnet ist und eine Werkzeuglagerung (37) aufweist, die zur drehbaren Lagerung eines dem Bearbeitungskopf (10) abgewandten Endabschnitts (23) des Werkzeugs (20) ausgestaltet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeuggegenhalter zur lösbaren Anordnung an einem Bearbeitungskopf einer Werkzeugmaschine. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung einen Bearbeitungskopf einer Werkzeugmaschine sowie eine dementsprechend ausgestattete Werkzeugmaschine. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wechseln eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine.
Hintergrund
Für die Fertigung und Bearbeitung von Zahnrädern ist das sogenannte Wälzschälen oder Wälzfräsen hinlänglich bekannt. Hierbei wird ein verzahntes oder zu verzahnendes Werkstück mittels einer Werkstückspindel um eine Werkstückachse gedreht. Ein Wälzschälwerkzeug oder ein Wälzfräser wird alsdann unter einem vorgegebenen Winkel relativ zur Drehachse des Werkstücks gedreht und gelangt mit dem Werkstück spanabhebend in Eingriff.
Beim Wälzschälen sowie auch beim Wälzfräsen wird eine gekoppelte Bewegung des Werkzeugs in Bezug zur Bewegung des Werkstücks ausgeführt. Die Drehachse des Werkzeugs und die Drehachse des Werkstücks sind hierbei relativ zueinander um den sogenannten Achskreuzwinkel geneigt ausgerichtet. Die Rotationsachse des Werkzeugs verläuft insbesondere windschief zur Rotationsachse des Werkstücks.
Das Wälzschälen vereint das sogenannte Wälzfräsen und -stoßen durch kontinuierliches Abwälzen des Werkzeugs mit einem axialen Vorschub gegenüber dem Werkstück. Die gekreuzte, mithin windschiefe Anordnung der Achsen von Werkzeug und Werkstück bewirkt eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden Werkzeug und dem rotierenden Werkstück. Diese Relativbewegung wird als Schnittbewegung ausgenutzt und hat ihre Hauptschnittrichtung entlang der Zahnlücke des Werkstücks. Die Größe der Schnittgeschwindigkeit ist dabei von der Größe des Achskreuzwinkels und von der Drehzahl des Werkzeugs bzw. des Werkstücks abhängig.
Beim Wälzfräsen werden typischerweise Achskreuzwinkel zwischen der Werkzeugachse und der Werkstückachse in einer Größenordnung zwischen 60° und 90° verwirklicht. Das Wälzfräsen eignet sich besonders gut für die Bearbeitung von längserstreckten Wellen. Ein Wälzfräswerkzeug weist typischerweise eine vergleichsweise lange Erstreckung entlang der Werkzeugachse auf. Während der Bearbeitung des Werkstücks kann das Werkzeug einer Shiftbewegung in Längsrichtung der Werkzeugachse unterliegen, wodurch die Werkzeugstandzeit erhöht und der Verschleiß am Werkzeug verringert werden kann.
Aufgrund der sich vergleichsweise lang erstreckenden Ausgestaltung des Wälzfräswerkzeugs ist es üblich, dass einer Werkzeugspindel abgewandte Ende des Wälzfräswerkzeugs an einem Gegenlager drehbar zu lagern. Ein solcher Aufbau ist vergleichsweise aufwendig und komplex und eignet sich nur bedingt für einen frei im Raum schwenkbaren, drehbaren oder positionierbaren Bearbeitungskopf einer Werkzeugmaschine.
Für das Wälzschälen, das heißt für eine wälzschälende Bearbeitung eines Werkstücks sind geringere Achskreuzwinkel, typischerweise in einer Größenordnung zwischen 15° bis 30° vorgesehen. Derart kleine Winkel machen die Bearbeitung von längserstreckten Werkstücken, etwa von Wellen, recht komplex. Um eine kollisionsfreie Anordnung des Bearbeitungskopfs oder der Werkzeugspindel gegenüber dem Werkstück zu erzielen und um Kollisionen zu vermeiden, ist es erforderlich, das Werkzeug vergleichsweise lang in Richtung der Werkzeugachse von der Werkzeugspindel auskragen zu lassen.
Eine Verzahnung, bzw. ein effektiver Bearbeitungsbereich des Wälzschälwerkzeugs befindet sich typischerweise an einem freien Längsende des Wälzschälwerkzeugs. Für die Bearbeitung von verzahnten Abschnitten längserstreckter Wellen sind für die wälzschälende Bearbeitung vergleichsweise lange, bzw. weit auskragende Wälzschälwerkzeug vorzusehen.
Dies ist erforderlich, um Kollisionen zwischen dem etwa frei postionierbaren und die Werkzeugspindel tragenden Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine und dem Werkstück zu vermeiden. Lang auskragende Werkzeuge haben jedoch den Nachteil, dass im Bearbeitungseingriff mit dem Werkstück unerwünschte Schwingungen auftreten können, die zu Lasten der Präzision der Bearbeitung gehen können. Zur Vermeidung solcher Schwingungen können allenfalls die Dimensionen des Werkzeugs und/oder des Bearbeitungskopfs vergrößert werden, was jedoch mit höheren Investitions- und Werkzeugkosten für den Bearbeitungskopf und die Werkzeugmaschine einherginge.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Bearbeitungskopf und eine verbesserte Werkzeugmaschine bereitzustellen, die möglichst universell sowohl für das Wälzschälen als auch für das Wälzfräsen verwendbar sind. Der Bearbeitungskopf und die Werkzeugmaschine sollen mit möglichst einfachen Mitteln möglichst kostengünstig und effizient realisierbar sein. Es ist ferner Zielsetzung, einen automatischen, das heißt maschinell gesteuerten Werkzeugswechsel zu ermöglichen und die oben beschriebenen Nachteile zu reduzieren oder gänzlich zu umgehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Werkzeuggegenhalter zur lösbaren Anordnung an einem Bearbeitungskopf einer Werkzeugmaschine vorgesehen. Der Bearbeitungskopf weist eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs auf. Der Werkzeuggegenhalter umfasst einen Befestigungsabschnitt zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt des Bearbeitungskopfs. Der Werkzeuggegenhalter umfasst ferner einen am Befestigungsabschnitt angeordneten längserstreckten Schaftabschnitt, welcher sich in einer Montagestellung des Befestigungsabschnitts am Gegenbefestigungsabschnitt des Bearbeitungskopfs entlang einer Werkzeugachse der Werkzeugspindel erstreckt.
Der Werkzeuggegenhalter umfasst ferner einen Gegenlagerabschnitt, welcher dem Befestigungsabschnitt abgewandt am Schaftabschnitt angeordnet ist. Der Gegenlagerabschnitt weist eine Werkzeuglagerung auf, die zur drehbaren Lagerung eines dem Bearbeitungskopf abgewandten Endabschnitts des Werkzeugs ausgestaltet ist. Der Werkzeuggegenhalter kann als solcher als Werkzeughalter für das am Bearbeitungskopf auskragende Werkzeug oder für das von der Werkzeugspindel hervorstehende Ende des Werkzeugs fungieren. Dadurch, dass der Werkzeuggegenhalter selbst lösbar am Bearbeitungskopf anordenbar ist, kann der Bearbeitungskopf universell für unterschiedlichste Werkzeuge und unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren, nämlich beispielsweise für das Wälzschälen als auch für das Wälzfräsen, eingesetzt werden.
Der am Bearbeitungskopf anordenbare Werkzeuggegenhalter mit seinem Gegenlagerabschnitt kann insbesondere das von der Werkzeugspindel hervorstehende freie Ende des Bearbeitungswerkzeugs aufnehmen und gegen die Werkzeugspindel verspannen, insbesondere axial gegen die Werkzeugspindel verspannen, um das Bearbeitungswerkzeug sicher und dauerhaltbar an der Werkzeugspindel zu fixieren. Ist ein Werkzeugwechsel vorgesehen, kann der Werkzeuggegenhalter vom Bearbeitungskopf gelöst bzw. abgenommen werden. Im vom Bearbeitungskopf demontierten Zustand ermöglicht der Werkzeuggegenhalter einen bestimmungsgemäßen Austausch des Bearbeitungswerkzeugs am Bearbeitungskopf, sodass der Bearbeitungskopf universell mit unterschiedlichsten Bearbeitungswerkzeugen bestückbar und zur dementsprechenden Bearbeitung des Werkzeugs nutzbar ist.
Mittels des sich entlang der Werkzeugachse erstreckenden Schaftabschnitts und des daran angeordneten Gegenlagerabschnitts kann das von der Werkzeugspindel in Richtung der Werkzeugsachse hervorstehende Bearbeitungswerkzeug etwa mit seinem freien Ende drehbar gelagert werden, sodass etwaige Schwingungen oder Vibrationen bei der Bearbeitung eines Werkstücks signifikant deutlich reduziert werden können. Zudem kann das mit seinen gegenüberliegenden Endabschnitten einerseits am Gegenlagerabschnitt und andererseits an der Werkzeugspindel gelagerte Bearbeitungswerkzeug während der Bearbeitung des Werkzeugs einer Shiftbewegung, das heißt einer Längsverschiebung entlang der Werkzeugachse unterliegen. Insoweit eignet sich der Werkzeuggegenhalter insbesondere für in Längsrichtung der Werkzeugachse längserstreckte Bearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise ein Wälzfräswerkzeug. Der Werkzeuggegenhalter kann aber auch gleichermaßen zur Lagerung eines Wälzschälwerkzeugs vorgesehen und ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Werkzeuglagerung einen drehbar am Gegenlagerabschnitt gelagerten Einsatz mit einer Aufnahme für den Endabschnitt des Werkzeugs auf. Die Aufnahme kann passgenau an die Geometrie des Endabschnitts des Bearbeitungswerkzeugs angepasst sein. Beispielsweise kann die Aufnahme eine konische Geometrie aufweisen, die komplementär zur konischen Geometrie des freien Endes des Bearbeitungswerkzeugs ausgestaltet ist. Auf diese Art und Weise kann das Werkzeug besonders sicher und vibrationsfrei am drehbar gelagerten Einsatz des Gegenlagerabschnitts gelagert werden. Jene Lagerung ermöglicht insbesondere eine axiale Verspannung und eine dementsprechend sichere Halterung des Bearbeitungswerkzeugs am Bearbeitungskopf respektive am Werkzeuggegenhalter.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Werkzeuglagerung einen in Längsrichtung des Schaftabschnitts relativ zum Schaftabschnitt verschiebbaren Lagerhalter auf. Der Lagerhalter ermöglicht eine Längsverschiebung des Einsatzes relativ zum Gegenlagerabschnitt, respektive relativ zum Befestigungsabschnitt oder Schaftabschnitt des Werkzeuggegenhalters. Der Werkzeuggegenhalter, welcher als ein ein- oder mehrteiliger Körper, umfassend den Befestigungsabschnitt, den Gegenlagerabschnitt und den Schaftabschnitt, ausgestaltet sein kann, kann im Wesentlichen starr am Bearbeitungskopf angeordnet sein.
Der verschiebbar an dem Gegenlagerabschnitt angeordnete Lagerhalter ermöglicht indes eine Längsverschiebung des Einsatzes der Werkzeuglagerung, so etwa zum Zwecke der Werkzeugmontage oder -demontage, bzw. zum Zwecke der Auswechslung des Werkzeugs am Bearbeitungskopf, respektive am Werkzeuggegenhalter. Der Lagerhalte kann dabei drehfest am Gegenlagerabschnitt angeordnet sein.
Der Lagerhalter kann maschinell, das heißt mittels eines Antriebs verschiebbar gegenüber dem Schaftabschnitt, bzw. gegenüber dem Gegenlagerabschnitt am Werkzeuggegenhalter angeordnet sein. Insoweit kann eine Verschiebung des Lagerhalters automatisch oder elektronisch gesteuert erfolgen, sodass sich der Werkzeuggegenhalter für einen automatischen Werkzeugswechsel eignet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeuggegenhalters ist der Einsatz drehbar am Lagerhalter angeordnet. Der Lagerhalter selbst kann drehfest am Schaftabschnitt und/oder am Gegenlagerabschnitt angeordnet, aber längsverschieblich hieran befestigt oder angeordnet sein. Die drehbare Lagerung des Einsatzes am Lagerhalter ermöglicht eine Längsverschiebung der das Werkzeug aufnehmenden Aufnahme der Werkzeuglagerung, sodass das mit einem ersten Endabschnitt an der Werkzeugspindel befestigte bzw. gelagerte Werkzeug auch mit seinem gegenüberliegenden zweiten Längsende in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Werkzeugachse verspannt und hierdurch sicher gelagert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Werkzeuglagerung einen mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktor auf, mittels welchem der Lagerhalter in Längsrichtung des Schaftabschnitts verschiebbar ist. Der Aktor kann beispielsweise einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor, ggf. auch einen elektromotorischen Aktor aufweisen. Ein mit dem Lagerhalter wirkverbundener Aktor ermöglicht eine Fernbetätigung der Längsverschiebung des das Werkzeug aufnehmenden Einsatzes im Bereich des Gegenlagerabschnitts.
Der fernbetätigbare Aktor kann von einer Steuerung der Werkzeugmaschine gesteuert werden. Der Aktor ist einerseits mit dem Gegenlagerabschnitt des Werkzeuggegenhalters und andererseits mit dem Lagerhalter, respektive mit dem das Werkzeug aufnehmenden Einsatz verbunden. Mittels des Aktors kann der Lagerhalter maschinell, bzw. automatisch zwischen einer Freigabestellung und einer Haltestellung bewegt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Lagerhalter mittels einer Schiebeführung in Längsrichtung verschiebbar am Gegenlagerabschnitt des Werkzeuggegenhalters gelagert sein. Die Schiebeführung weist beispielsweise miteinander in Eingriff stehende und komplementär zueinander ausgestaltete Führungsprofile aufseiten des Gegenlagerabschnitts und/oder aufseiten des Lagerhalters auf.
Mittels des in Längsrichtung verschiebbaren Lagerhalters können ferner unterschiedlich lange Werkzeuge sicher und universell mit dem Werkzeuggegenhalter gelagert bzw. am Bearbeitungskopf angeordnet werden. Der Werkzeuggegenhalter mit seinem Grundkörper, welcher den Befestigungsabschnitt, den Schaftabschnitt und den Gegenlagerabschnitt aufweist, und welcher ggf. ein- oder mehrteilig ausgestaltet sein kann, kann eine konstante, das heißt immer gleichbleibende Außenkontur aufweisen. Mittels des am Gegenlagerabschnitt verschiebbaren Einsatzes kann die Aufnahme für den auskragenden Endabschnitt des Werkzeugs in Längsrichtung verschoben werden, sodass der Werkzeuggegenhalter bedarfsgerecht an unterschiedliche Werkzeuggeometrien, insbesondere an unterschiedliche Werkzeuglängen variabel anpassbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Schaftabschnitt eine sich durchgehend vom Befestigungsabschnitt zum Gegenlagerabschnitt erstreckende Seitenwand auf. Der Schaftabschnitt und der Befestigungsabschnitt können einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein. Der Gegenlagerabschnitt kann über die Seitenwand bzw. über den Schaftabschnitt mit dem Befestigungsabschnitt verbunden sein. Eine sich durchgehend vom Befestigungsabschnitt zum Gegenlagerabschnitt erstreckende Seitenwand kann dem Werkzeuggegenhalter, insbesondere seinem Grundkörper ein besonders hohes Maß an Stabilität und Steifigkeit verleihen, welches für die Lagerung des freien Endes des Bearbeitungswerkzeugs von Vorteil ist. Die Seitenwand kann eine zylindrische Kontur oder Formgebung aufweisen. Sie kann insbesondere eine hohlzylindrische Aufnahme für das Werkzeug umschließen. Der Schaftabschnitt kann insbesondere von der längserstreckten bzw. (teil-)zylindrischen Seitenwand gebildet sein. Die Seitenwand kann als geschlossene Wand ohne Durchgangsöffnungen ausgestaltet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Seitenwand einen oder mehrere Kühlmittelkanäle auf, der oder die in einen oder mehrere Auslässe mündet bzw. münden. Die Kühlmittelkanäle ermöglichen die Zufuhr eines Kühlmittels für den etwa spanabhebenden Bearbeitungsprozess, welcher mittels des Werkzeugs durchführbar ist.
Der oder die Auslässe sind typischerweise zum Werkzeug bzw. zum Werkstück hin ausgerichtet. Sie können an der Innenwand, das heißt an der Innenseite des Seitenwand des Schaftabschnitts ausgestaltet oder vorgesehen sein. Sie können aber auch stirnseitig, etwa angrenzend an den Gegenlagerabschnitt vorgesehen sein. Ferner ist denkbar, dass sich der oder die Kühlmittelkanäle vom Schaftabschnitt bis in den Gegenlagerabschnitt erstrecken. Ferner ist denkbar, dass der oder die Kühlmittelkanäle auch durch den Befestigungsabschnitt verlaufen und über den Befestigungsabschnitt mit einer Kühlmittelzufuhr verbindbar sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Seitenwand des Schaftabschnitts eine seitliche Aussparung auf, über welche das Bearbeitungswerkzeug mit einem Werkstück spanabhebend in Eingriff bringbar ist. Beispielsweise kann der Schaftabschnitt eine zylindrische Form aufweisen, die in Umfangsrichtung nur teilweise geschlossen ist. Die Seitenwand kann insbesondere eine Art Halbzylinder oder eine nach Art eines Dreiviertel-Zylinders ausgestaltete Mantelfläche aufweisen, bzw. insoweit das Bearbeitungswerkzeug nur über einen Teilbereich seines Außenumfangs einhausen oder umschließen.
Die seitliche Aussparung kann sich nur über einen Teilbereich der Längserstreckung des Schaftabschnitts, aber auch über die gesamte Längserstreckung des Schaftabschnitts erstrecken. Die Aussparung kann sich beispielsweise durchgehend vom Befestigungsabschnitt bis zum Gegenlagerabschnitt erstrecken. Dies ermöglicht die Verwirklichung eines vergleichsweise großen Bearbeitungsbereichs für das Bearbeitungswerkzeug.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeuggegenhalters weist der Befestigungsabschnitt eine Befestigungsplatte mit mehreren über die Fläche der Befestigungsplatte verteilt angeordneten Befestigungselementen auf. Die Befestigungselemente sind mit komplementär hierzu ausgestalteten und am Bearbeitungskopf angeordneten oder ausgebildeten Gegenbefestigungselementen lösbar in Eingriff bringbar. Die Befestigungsplatte kann flanschartig vom Außenumfang des Schaftabschnitts hervorstehen. Dies ermöglicht die Verwirklichung einer vergleichsweise großen Anlagefläche für den Befestigungsabschnitt am Bearbeitungskopf.
Hierdurch kann eine besonders stabile und dauerhaltbare wechselseitige Befestigung von Werkzeuggegenhalter und Bearbeitungskopf erzielt werden. Mittels mehreren über die Fläche der Befestigungsplatte verteilt angeordneten und dem Schaftabschnitt insbesondere abgewandten Befestigungselementen kann die Befestigungsplatte über mehrere Befestigungspunkte am Bearbeitungskopf befestigt werden. Die Befestigungselemente und Gegenbefestigungselemente können hierbei formschlüssig miteinander in Eingriff bringbar sein. Beispielsweise können die Befestigungselemente in Form von Befestigungszapfen ausgestaltet sein, die in komplementär hierzu ausgestaltete Zapfenaufnahmen der Gegenbefestigungselemente eintauchen können.
Insbesondere können im Bereich der Gegenbefestigungselemente des Bearbeitungskopfs hydraulisch oder pneumatisch verstellbare Verschlussglieder vorgesehen sein, mittels derer die Befestigungselemente an den jeweiligen Gegenbefestigungselementen sicher und dauerhaltbar befestigt werden können. Befestigungselemente und Gegenbefestigungselemente können beispielsweise nach Art eines Spannsystems, etwa eines Nullpunkt-Spannsystems implementiert sein. Die über die Fläche der Befestigungsplatte verteilt angeordneten Befestigungselemente und die komplementär am Bearbeitungskopf hierzu angeordneten und ausgebildeten Gegenbefestigungselemente ermöglichen eine mehrfache punktuelle Lagerung, Abstützung und Befestigung des Werkzeuggegenhalters am Bearbeitungskopf.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Befestigungsplatte eine Durchgangsöffnung auf, welche sich in einer Aufnahme für das Bearbeitungswerkzeug erstreckt. Die Durchgangsöffnung der Befestigungsplatte ist insbesondere fluchtend zur Aufnahme des Schaftabschnitts angeordnet oder ausgebildet. Insoweit kann der Werkzeuggegenhalter nach Montage des Bearbeitungswerkzeugs an der Werkzeugspindel am Bearbeitungskopf angeordnet werden. Das bereits am Bearbeitungskopf angeordnete oder befestigte Bearbeitungswerkzeug kann im Zuge der Montage des Werkzeuggegenhalters am Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine durch die Durchgangsöffnung der Befestigungsplatte hindurch in die vom Schaftabschnitt des Werkzeuggegenhalters zumindest bereichsweise umschlossene Aufnahme eingeführt werden.
Eine Flächennormale der Befestigungsplatte kann sich typischerweise entlang der Werkzeugachse bzw. parallel zur Längsrichtung des Schaftabschnitts erstrecken.
Nach einer weiteren Ausgestaltung umschließt die Seitenwand die Aufnahme in Bezug auf die Werkzeugdrehachse in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise. Die Seitenwand und die Aussparung der Seitenwand können sich zu einer etwa zylindrischen Mantelfläche komplementieren oder ergänzen.
Wandabschnitte der Seitenwand, welche an die Aussparung angrenzen und welche insoweit eine in Umfangsrichtung weisende Stirnfläche aufweisen, können mit Auslässen für das Kühlmittel versehen sein, welche mit den oder mit mehreren Kühlmittelkanälen fluidführend in Verbindung stehen. Auch solche Seitenwandabschnitte oder in die Seitenwand integrierte und mit ihrer Flächennormalen in etwa in Tangentialrichtung weisenden seitlichen Stirnflächen eignen sich besonders gut zur Implementierung von Auslässen für das Kühlmittel.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Befestigungsabschnitt eine oder mehrere Medienkupplungen auf, die mit einer komplementär ausgestalteten Gegenkupplung des Gegenbefestigungsabschnitts des Bearbeitungskopfs fluidführend in Eingriff bringbar sind. Ein solcher Eingriff von Medienkupplung und Gegenkupplung wird insbesondere dann erreicht, wenn die Befestigungselemente des Werkzeuggegenhalters mit den am Bearbeitungskopf ausgestalteten oder vorgesehenen Gegenbefestigungselementen in Eingriff gelangen. Die wechselseitige Anordnung von Befestigungselementen und Medienkupplungen ist insoweit identisch oder komplementär zur wechselseitigen Anordnung von Gegenbefestigungselementen und Gegenkupplungen.
Grundsätzlich kann es ausreichend sein, wenn lediglich eine Medienkupplung am Befestigungsabschnitt und eine dementsprechend oder komplementär hierzu ausgestaltete Gegenkupplung am Gegenbefestigungsabschnitt vorgesehen ist bzw. sind. Es können aber auch aufseiten des Befestigungsabschnitts jeweils mehrere Medienkupplungen und dementsprechend auch aufseiten des Gegenbefestigungsabschnitts jeweils mehrere Gegenkupplungen vorgesehen oder ausgebildet sein.
Eine erste Medienkupplung und Gegenkupplung kann beispielsweise zur fluidführenden Übertragung eines Kühlmittels ausgestaltet sein. Eine weitere Medienkupplung und eine hiermit in Eingriff bringbare komplementär ausgestaltete Gegenkupplung kann zur fluidführenden Übertragung eines Antriebsmediums, etwa eines hydraulischen oder pneumatischen Fluids ausgestaltet sein. Die entsprechende Medienkupplung kann dann beispielsweise fluidführend entweder mit einem Kühlmittelauslass oder mit einem mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktor gekoppelt sein.
Über die Medienkupplung ist somit nicht nur ein Kühlmittel vom Bearbeitungskopf an den Werkzeuggegenhalter, sondern auch ein zur Betätigung des mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktors erforderliches oder hierfür vorgesehenes Antriebsmedium vom Bearbeitungskopf zum Werkzeuggegenhalter übertragbar. Der Werkzeuggegenhalter benötigt insoweit keinerlei elektrische Anschlüsse, etwa zur bestimmungsgemäßen Verschiebung oder Bewegung des Lagerhalters.
Bei anderen Ausführungsformen kann natürlich auch eine elektrische Kopplung zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkzeuggegenhalter vorgesehen sein, über welche etwa elektrische Signale und/oder eine elektrische Energieversorgung, beispielsweise für einen elektrischen und mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktor vom Bearbeitungskopf auf den Werkzeuggegenhalter übertragbar sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind im Bereich des Schaftabschnitts oder des Gegenlagerabschnitts ein oder mehrere Kühlmittelkanäle ausgebildet, die mit der Medienkupplung in Strömungsverbindung stehen. Der oder die Kühlmittelkanäle können, wie bereits zuvor erwähnt, in Auslässe münden, die zum Bearbeitungswerkzeug oder zum Werkstück gerichtet sind. Über die Medienkupplung und Gegenkupplung kann insoweit ein vom Bearbeitungskopf bereitstellbares Kühlmittel in einen oder in mehrere Kühlkanäle des Werkzeuggegenhalters eingekoppelt und über am Werkzeuggegenhalter ausgestaltete oder ausgebildete Auslässe in Richtung zum Bearbeitungswerkzeug oder Werkstück gefördert werden.
Bei weiteren Ausgestaltungen oder ergänzend hierzu können im Bereich des Schaftabschnitts und/oder des Gegenlagerabschnitts ein oder mehrere fluidführende Kanäle für ein Antriebsmedium des Aktors bereitgestellt werden. Solche fluidführenden Kanäle können ähnlich wie die Kühlmittelkanäle durch den Wandabschnitt des Schaftabschnitts verlaufen und den mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktor fluidtechnisch beispielsweise mit einer Hydraulik oder Pneumatik des Bearbeitungskopfs verbinden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Werkzeuggegenhalter zur Aufnahme eines Wälzschälwerkzeugs oder Wälzfräswerkzeugs ausgestaltet. Er kann insbesondere durch die verschiebbare Lagerung des Einsatzes des Gegenlagerabschnitts sowohl zur Aufnahme eines Wälzschälwerkzeugs als auch zur Aufnahme eines Wälzfräswerkzeugs universell ausgestaltet bzw. ausgebildet sein.
Dies ermöglicht es, den Bearbeitungskopf sowohl für wälzfräsende als auch für wälzschälende Bearbeitungsprozesse des Werkstücks einzusetzen.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung schließlich einen Bearbeitungskopf einer Werkzeugmaschine. Der Bearbeitungskopf umfasst eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Endabschnitts eines Bearbeitungswerkzeugs, welches sich entlang einer Werkzeugachse der Werkzeugspindel erstreckt. Der Bearbeitungskopf weist ferner einen Gegenbefestigungsabschnitt zur lösbaren Befestigung eines zuvor beschriebenen Werkzeuggegenhalters auf. Insoweit gelten sämtliche zuvor beschriebenen Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Ausgestaltungen des Werkzeuggegenhalters auch gleichermaßen für den Bearbeitungskopf.
So weist der Gegenbefestigungsabschnitt insbesondere ein oder mehrere Gegenbefestigungselemente auf, die mit den Befestigungselementen des Werkzeuggegenhalters in Eingriff bringbar sind. Der Gegenbefestigungsabschnitt weist nach weiteren Ausführungsformen ein oder mehrere Gegenkupplungen auf, die mit der oder mit den Medienkupplungen des Befestigungsabschnitts des Werkzeuggegenhalters fluidführend koppelbar bzw. fluidführend in Eingriff bringbar sind. Der Gegenbefestigungsabschnitt, insbesondere die daran vorgesehenen Gegenbefestigungselemente können ein oder mehrere Nullpunkt-Spannvorrichtungen aufweisen, die zusammen mit den Befestigungselementen des Befestigungsabschnitts quasi ein Nullpunkt-Spannsystem bilden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Gegenbefestigungsabschnitt an einer Stirnwand des Bearbeitungskopfs ausgebildet. An jener Stirnwand befindet sich auch die Werkzeugspindel. Die Werkzeugspindel kann in jene Stirnwand eingelassen sein oder auch in Richtung der Werkzeugachse von der Stirnwand hervorstehen. Das Bearbeitungswerkzeug kann im an der Werkzeugspindel montierten Zustand von der Stirnwand des Gegenbefestigungsabschnitts hervorstehen. Wenn der Werkzeuggegenhalter mittels seines Befestigungsabschnitts am Gegenbefestigungsabschnitt des Bearbeitungskopfs lösbar angeordnet ist, kann er insoweit das Bearbeitungswerkzeug zumindest bereichsweise umschließen, zumindest aber dasjenige Längsende des Bearbeitungswerkzeugs, welches vom Bearbeitungskopf hervorsteht, mittels des Gegenlagerabschnitts lagern und optional auch in Axialrichtung gegenüber dem Bearbeitungskopf verspannen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Gegenbefestigungsabschnitt des Bearbeitungskopfs mehrere über die Fläche der Stirnwand beabstandet voneinander angeordnete Gegenbefestigungselemente auf, die mit komplementär ausgestalteten Befestigungselementen des Befestigungsabschnitts des Werkzeuggegenhalters lösbar in Eingriff bringbar sind. Die Gegenbefestigungselemente können insbesondere formschlüssig mit den Befestigungselementen in Eingriff bringbar sein. Die Gegenbefestigungselemente können beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein. Sie können beispielsweise nach Art eines Nullpunkt-Spannsystems implementiert sein. Die Befestigungselemente können beispielsweise aufseiten des Bearbeitungskopfs in Form von T- bzw. tellerartigen Zapfen ausgestaltet sein, die jeweils in eine komplementär hierzu ausgestaltete Aufnahme eines Gegenbefestigungselements einführbar und dort beispielsweise verriegelbar und/oder verspannbar sind.
Mittels mehreren über die Fläche der Stirnwand beabstandet voneinander angeordneten Gegenbefestigungselementen können mehrere wechselseitig in Eingriff stehende Befestigungsstrukturen oder Befestigungspunkte verwirklicht werden, sodass eine besonders stabile und sichere Befestigung des Werkzeuggegenhalters am Bearbeitungskopf erfolgen kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Gegenbefestigungsabschnitt eine oder mehrere fluidführende Gegenkupplungen auf, die mit komplementär hierzu ausgestalteten Medienkupplungen des Befestigungsabschnitts des Werkzeuggegenhalters fluidführend in Eingriff bringbar sind. Mittels der fluidführenden Kopplung zumindest einer Medienkupplung des Werkzeuggegenhalters mit einer komplementär hierzu ausgestalteten Gegenkupplung des Bearbeitungskopfs kann ein Antriebsmedium für den mit dem Lagerhalter wirkverbundenen Aktor seitens des Bearbeitungskopfs bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann eine am Bearbeitungskopf ohnehin vorgesehne Pneumatik oder Hydraulik mit einem hydraulischen oder pneumatischen Aktor des Werkzeuggegenhalters gekoppelt werden, sodass durch eine entsprechende pneumatische oder hydraulische Ansteuerung des Aktors der Lagerhalter im Bereich des Gegenlagerabschnitts in Längsrichtung verschoben werden kann, um beispielsweise das Werkzeug zu seiner Auswechslung freizugeben oder um ein Werkzeug am Werkzeuggegenhalter bzw. am Bearbeitungskopf zu verspannen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Bearbeitungskopfs schwenkbar an einer Werkzeugmaschine gelagert. Der Bearbeitungskopf kann insbesondere bezüglich einer in etwa senkrecht zur Werkzeugachse verlaufenden Achse schwenkbar an der Werkzeugmaschine gelagert sein. Ferner kann der Bearbeitungskopf zumindest hinsichtlich einer, vorzugsweise hinsichtlich zweier oder sogar dreier Raumrichtungen verschiebbar an der Werkzeugmaschine gelagert sein. Für eine Verschiebung entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und/oder einer Z-Achse sind geeignete Positioniereinrichtungen, insbesondere schienengeführte Verschiebesysteme vorgesehen.
Die Bewegung und Ausrichtung des Bearbeitungskopfs kann maschinell gesteuert werden. Die Positioniereinrichtungen zur freien und nahezu beliebigen Positionierung des Bearbeitungskopfs können mit elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbaren Antrieben oder Aktoren versehen sein, die von einer Steuerung der Werkzeugmaschine zur geforderten Positionierung des Bearbeitungskopfs ansteuerbar sind. Gleichermaßen kann mittels der Steuerung auch die Ausrichtung des Bearbeitungskopfs mit Hilfe eines entsprechend ansteuerbaren Dreh- oder Schwenkantriebs bedarfsgerecht eingestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Werkzeugmaschine, welche einen zuvor beschriebenen Bearbeitungskopf und einen am Bearbeitungskopf lösbar anordenbaren Werkzeuggegenhalter aufweist. Die Werkzeugmaschine kann ferner eine Basis aufweisen, an welcher der Bearbeitungskopf verschiebbar und/oder schwenkbar gelagert ist. Ferner kann die Werkzeugmaschine eine Werkstückspindel bzw. einen Spindelstock und optional ein Spannfutter für das Werkstück aufweisen. Die Werkzeugmaschine kann je nach Auswahl des Werkzeugs am Bearbeitungskopf, beispielsweise als Wälzfräsmaschine oder als Wälzschälmaschine implementiert sein. Insbesondere können mit dem frei beweglichen und/oder frei schwenk- bzw. drehbaren Bearbeitungskopf die für den jeweiligen Bearbeitungsprozess vorgesehenen Achskreuzwinkel bedarfsgerecht eingestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Werkzeugmaschine ferner ein Werkzeugmagazin oder Werkzeugwechselmagazin auf, an welchem mehrere Bearbeitungswerkzeuge und zumindest ein zuvor beschriebener Werkzeuggegenhalter lösbar anordenbar sind. Ein Werkzeugmagazin ermöglicht ein automatisiertes Wechseln des Werkzeugs am Bearbeitungskopf. Das Werkzeugmagazin weist typischerweise einen gegenüber einer Basis beweglichen Werkzeugträger auf, an welchem mehrere Werkzeughalterungen für jeweils ein oder mehrere Werkzeuge vorgesehen sind.
Der Werkzeugträger kann entsprechend der Anordnung der einzelnen Werkzeuge am Werkzeugträger relativ zur Basis der Werkzeugmaschine bewegt werden, sodass ein beispielsweise für die Bearbeitung eines Werkstücks vorgesehenes Bearbeitungswerkzeug in eine Werkzeugentnahmeposition bringbar ist, in welcher das betreffende Bearbeitungswerkzeug am Bearbeitungskopf anordenbar und mittels des Bearbeitungskopfs vom Werkzeugmagazin abgenommen oder gelöst werden kann. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der zuvor beschriebene Werkzeuggegenhalter am Werkzeugmagazin lösbar anordenbar ist.
Wird beispielsweise ein Werkzeug ausgewählt, für welches der oben genannte Werkzeuggegenhalter zusätzlich am Bearbeitungskopf anzuordnen ist, so kann ein entsprechender Werkzeugwechsel bzw. die Montage eines solchen Werkzeugs zweistufig erfolgen. In einem ersten Schritt ist dabei vorgesehen, dass das Werkzeugmagazin eine Werkzeugentnahmeposition anfährt, in welcher das für die Bearbeitung des Werkstücks jeweils vorgesehene Bearbeitungswerkzeug mittels des Bearbeitungskopfs vom Werkzeugmagazin abgenommen wird. Alsdann kann das Werkzeugmagazin in eine Halterentnahmeposition oder -konfiguration verbracht oder ausgerichtet werden, in welcher der zunächst am Werkzeugträger gehaltene Werkzeuggegenhalter mit dem Bearbeitungskopf gekoppelt bzw. verbunden oder hieran befestigt werden kann. Nach einem Befestigen des Werkzeuggegenhalters am Bearbeitungskopf kann durch eine entsprechende Bewegung des Bearbeitungskopfs der Werkzeuggegenhalter vom Werkzeugmagazin abgenommen bzw. entnommen werden.
Nach einer erfolgten Montage des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkzeuggegenhalters kann eine bestimmungsgemäße Bearbeitung des Werkstücks durchgeführt werden. Für einen erneuten Werkzeugwechsel kann zunächst der Werkzeuggegenhalter mittels des Bearbeitungskopfs am Werkzeugträger des Werkzeugmagazins angeordnet und vom Bearbeitungskopf gelöst werden. Alsdann kann das Werkzeugmagazin in eine Werkzeugentnahmeposition überführt oder ausgerichtet werden und es kann eine entsprechende Abnahme bzw. Auswechslung des Bearbeitungswerkzeugs erfolgen.
Die Werkzeugmaschine ist mit einem zuvor beschriebenen Werkzeuggegenhalter ausgestattet. Insoweit gelten sämtliche Merkmale, Wirkungen und Vorteile, die zuvor im Zusammenhang mit dem Werkzeuggegenhalter und/oder mit dem Bearbeitungskopf beschrieben wurden, auch gleichermaßen für die Werkzeugmaschine; und umgekehrt.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung schließlich ein Verfahren zum Wechseln eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren ist hierbei insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Werkzeugmaschine, einem zuvor beschriebenen Bearbeitungskopf und/oder mit einem zuvor beschriebenen Werkzeuggegenhalter durchführbar. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch das Ausrichten eines Werkzeugmagazins in eine Werkzeugentnahmeposition. In der Werkzeugentnahmeposition kann typischerweise der Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine ein vom Werkzeugmagazin gehaltenes Werkzeug aufnehmen. Hierbei kann das am Werkzeugmagazin zunächst gehaltene Werkzeug am Bearbeitungskopf angeordnet werden und schließlich mittels des Bearbeitungskopfs vom Werkzeugmagazin entnommen werden.
Alsdann erfolgt typischerweise ein Ausrichten oder Überführen des Werkzeugmagazins in eine Halterentnahmeposition. In der Halterentnahmeposition ist der zuvor beschriebene und am Werkzeugmagazin angeordnete Werkzeuggegenhalter in eine Entnahmeposition überführt, in welcher der Werkzeuggegenhalter am Bearbeitungskopf anordenbar ist. In der Halterentnahmeposition kann der am Werkzeugmagazin gehaltene Werkzeuggegenhalter am Bearbeitungskopf angeordnet und mit dem Bearbeitungskopf verbunden werden. Nach einer Befestigung des Werkzeughaltes am Bearbeitungskopf kann alsdann der Werkzeuggegenhalter mittels des Bearbeitungskopfs vom Werkzeugmagazin entnommen bzw. hiervon gelöst werden.
Gleichermaßen kann auch eine umgekehrte Auswechslung eines Werkzeugs vorgesehen sein, nämlich wenn der Bearbeitungskopf mit einem Bearbeitungswerkzeug und mit dem Werkzeuggegenhalter bestückt ist. Hier kann in einem ersten Schritt zunächst das Werkzeugmagazin in eine Halterentnahmeposition überführt werden, in welcher der Bearbeitungskopf den Werkzeuggegenhalter am Werkzeugmagazin positionieren und ablegen kann. Alsdann kann das Werkzeugmagazin in die bereits erwähnte Werkzeugentnahmeposition überführt oder ausgerichtet werden, in welcher der Bearbeitungskopf das daran angeordnete Bearbeitungswerkzeug am Werkzeugmagazin, insbesondere an dessen Werkzeugträger ablegen und vom Bearbeitungskopf lösen kann. Alsdann kann der Bearbeitungskopf anderweitig mit Werkzeugen und/oder Werkzeuggegenhaltern bestückt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten des Werkzeuggegenhalters, des Bearbeitungskopfs, der Werkzeugmaschine und des Verfahrens zum Wechseln eines Werkzeugs werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines mit einem Werkzeuggegenhalter und einem Bearbeitungswerkzeug bestückten Bearbeitungskopfs einer Werkzeugmaschine,
2 eine Explosionsdarstellung von Werkzeuggegenhalter, Bearbeitungswerkzeug und Bearbeitungskopf,
3 eine isolierte perspektivische Darstellung des Werkzeuggegenhalters,
4 eine weitere perspektivische Darstellung des Bearbeitungskopfs,
5 einen Querschnitt durch den Bearbeitungskopf gemäß 1,
6 eine vergrößerte Darstellung des Gegenlagerabschnitts des Werkzeuggegenhalters gemäß 5 mit einer Werkzeuglagerung in Freigabestellung,
7 einen Querschnitt gemäß 6, jedoch mit der Werkzeuglagerung in Haltestellung,
8 eine perspektivische isolierte Darstellung eines Werkzeugmagazins,
9 eine weitere perspektivische Darstellung des Werkzeugmagazins,
10 eine bereichsweise vergrößerte Darstellung des Werkzeugmagazins,
11 eine perspektivische und ausschnittsweise Darstellung der Werkzeugmaschine mit dem Werkzeugmagazin in einer Werkzeugentnahmeposition,
12 eine der 11 entsprechende Darstellung, jedoch mit dem Werkzeugmagazin in einer Halterentnahmeposition,
13 eine weitere Darstellung der Werkzeugmaschine mit dem am Bearbeitungskopf befestigten Werkzeuggegenhalter,
14 eine perspektivische Darstellung der Werkzeugmaschine,
15 den Bearbeitungskopf im Bearbeitungseingriff mit einem Werkstück,
16 eine perspektivische Darstellung der Konfiguration gemäß 15,
17 eine weitere Ausgestaltung eines Bearbeitungskopfs mit dem Werkzeuggegenhalter, jedoch mit einem weiteren Bearbeitungswerkzeug,
18 eine Explosionsdarstellung des Bearbeitungskopfs gemäß 17,
19 eine weitere perspektivische Darstellung des Bearbeitungskopfs gemäß 17,
20 eine Darstellung des Bearbeitungskopfs gemäß der 17 bis 19 im Eingriff mit einem Werkstück,
21 eine perspektivische Darstellung gemäß 20 und
22 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Wechseln eines Werkzeugs mithilfe der Werkzeugmaschine.

Detaillierte Beschreibung
In den 1 bis 21 ist ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine 1 in unterschiedlichen Konfigurationen und mit zwei unterschiedlichen Bearbeitungswerkzeugen 20 gezeigt. Die Werkzeugmaschine 1 weist eine Basis 2 auf, an welcher über mehrere Positioniereinrichtungen 3, 4, 5 ein Bearbeitungskopf 10 beweglich gelagert ist. An der Basis 2 ist ferner ein Spindelstock 14 zur Aufnahme eines Werkstücks 8 angeordnet. Das Werkstück 8 kann mittels eines Reitstocks 16 und einer daran vorgesehenen Reitstockspindel 17 drehbar an der Basis 2 gelagert sein. Der Spindelstock 14, mittels welchem das Werkstück 8 drehend bearbeitet werden kann, weist ferner ein Spannfutter 15 auf, um das Werkstück 8 am Spindelstock 14 bzw. an der Werkstückspindel lösbar einzuspannen. Der Spindelstock 14 bzw. die Reitstockspindel 17 definieren eine Werkstückachse 9, bezüglich welcher das Werkstück 8 drehbar an der Basis 2 gelagert werden kann.
Die auszugsweise in den 14 und 15 gezeigte Werkzeugmaschine 1 verfügt über mehrere Positioniereinrichtungen 3, 4, 5, die jeweils als Schiebeführungen mit diversen längserstreckten Führungsschienen und hieran gelagerten Schlitten ausgestaltet sind. Die Positioniereinrichtungen 3, 4, 5 verfügen über motorisch oder anderweitig angetriebene Antriebe, mittels derer der Bearbeitungskopf 10 in sämtlichen Raumrichtungen X, Y, Z beliebig und vorzugsweise auch stufenlos verfahren bzw. positioniert werden kann.
Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Positioniereinrichtung 3 ein oder mehrere parallel zur X-Richtung ausgerichtete Führungsschienen auf, mittels derer die Positioniereinrichtung 3 und ein hieran befestigter oder hiervon ausgestalteter Schlitten in X-Richtung bewegt werden kann. An der Positioniereinrichtung 3 ist eine weitere Positioniereinrichtung 4 vorgesehen, welche gegenüber der Positioniereinrichtung 3 in Y-Richtung verschiebbar gelagert ist. Auch hierfür ist ein Schienen-Schlittensystem vorgehen. Schließlich ist an der Positioniereinrichtung 4 eine vertikal ausgerichtete Positioniereinrichtung 5 vorgesehen, an welcher letztlich der Bearbeitungskopf 10 bezüglich einer Schwenkachse 6 drehbar gelagert ist. Die Positioniereinrichtung 5 weist in Vertikalrichtung verlaufende Führungsschienen und hiermit in Eingriff stehende Schlitten oder Schlittenführungen auf und ermöglicht ein Verschieben des Bearbeitungskopfs in Z-Richtung.
Sämtliche Positioniereinrichtungen weisen eigene Antriebe auf, sodass der Bearbeitungskopf beliebig in den drei Raumrichtungen verschiebbar ist. Zudem kann der Bearbeitungskopf 10 um die Schwenkachse 6 verschwenkt werden.
Am Bearbeitungskopf 10 ist ein Werkzeug 20, etwa ein Wälzfräswerkzeug angeordnet, welches sich entlang einer Werkzeugachse 12 erstreckt. Das Werkzeug 20 ist hierbei und insbesondere, wie in den 14 und 15 gezeigt, mittels eines Werkzeuggegenhalters 30 ergänzend am Bearbeitungskopf 10 befestigt oder gelagert. Wie insbesondere in 15 ersichtlich, erstreckt sich die Werkstückachse 9 unter einem vorgegebenen Winkel zur Werkzeugachse 12. Wenn das Werkzeug 20 als Wälzfräswerkzeug ausgestaltet ist kann der Winkel oder Achskreuzwinkel zwischen der Werkstückachse 9 und der Werkzeugachse 12 etwa zwischen 60° und 90° betragen.
In den 1 bis 7 ist der Bearbeitungskopf 10 mit dem daran vorgesehenen Werkzeuggegenhalter 30 im Detail dargestellt. Der Bearbeitungskopf 10 zeigt eine drehbar gelagerte Werkzeugspindel 11 zur Aufnahme eines ersten Endabschnitts 22 des Werkzeugs 20. Die Werkzeugspindel 11 und das darin gelagerte Werkzeug 20 definieren eine Werkzeugachse 12. Der Bearbeitungskopf 10 weist im Bereich der Werkzeugspindel 11 eine Stirnwand 51 auf, welche einen Gegenbefestigungsabschnitt 52 aufweist oder definiert. Der Gegenbefestigungsabschnitt 52 ist komplementär zu einem Befestigungsabschnitt 32 des Werkzeuggegenhalters 30 ausgebildet. Der Werkzeuggegenhalter 30 weist einen Grundkörper 31 mit einem Befestigungsabschnitt 32, einem Schaftabschnitt 34 und mit einem Gegenlagerabschnitt 36 auf. Der Befestigungsabschnitt 32 ist über den Schaftabschnitt 34 mit dem Gegenlagerabschnitt 36 verbunden. Der Schaftabschnitt 34 befindet sich zwischen dem Gegenlagerabschnitt 36 und dem Befestigungsabschnitt 32. Der Befestigungsabschnitt dient der Befestigung des Werkzeuggegenhalters 30 am Bearbeitungskopf 10. Der Schaftabschnitt 34 erstreckt sich in Montagestellung am Bearbeitungskopf 10 in etwa in Längsrichtung bzw. in Axialrichtung der Werkzeugachse 12. Der Gegenlagerabschnitt 36 ist an dem dem Befestigungsabschnitt 32 abgewandten Ende des Schaftabschnitts 34 am Schaftabschnitt 34 angeordnet oder hieran ausgebildet.
Der Grundkörper 31 des Werkzeuggegenhalters kann am Befestigungsabschnitt 32, insbesondere an einer dem Schaftabschnitt 34 abgewandten Seite eine Befestigungsplatte 33 aufweisen. Die Befestigungsplatte 33 kann etwa flanschartig von der dem Gegenlagerabschnitt 36 abgewandten Ende des Schaftabschnitts 34 radial hervorstehen oder auskragen. Die Befestigungsplatte 33 weist an ihrem dem Schaftabschnitt 34 abgewandten Ende, mithin an einer Stirnfläche, mehrere über die Platte verteilt angeordnete Befestigungselemente 43 auf, die vorliegend als Befestigungszapfen 44 ausgestaltet sind. Die Befestigungszapfen 44 weisen einen verbreiterten Kopf und einen demgegenüber radial verjüngten Hals auf.
Die Befestigungszapfen 44, mithin die Befestigungselemente 43, sind hinsichtlich ihrer Ausgestaltung und Anordnung komplementär oder entsprechend einer Anordnung und Ausgestaltung von Gegenbefestigungselementen 53 im Bereich der Stirnwand 51 des Bearbeitungskopfs 10 ausgestaltet. Jedes der Befestigungselemente 43 kann mit einem komplementär oder korrespondierenden Gegenbefestigungselement 53 in Eingriff gebracht werden. Die Gegenbefestigungselement können jeweils eine mit einem zugehörigen Befestigungselement korrespondierende Aufnahme 54 aufweisen.
Die Gegenbefestigungselemente 53 können ein Spannsystem aufweisen bzw. mit Spanngliedern oder Verschlussgliedern versehen sein, mittels derer ein Befestigungszapfen 44 des jeweiligen Befestigungselements 43 formschlüssig in einer Aufnahme 54 des Gegenbefestigungselements 53 gehalten und verriegelt werden kann. Das Befestigungselement 43 und ein komplementär hierzu ausgestaltetes Gegenbefestigungselement 53 können als Nullpunkt-Spannsystem ausgebildet sein. Mittels der Befestigungselemente 43 ist der Werkzeuggegenhalter 30 lösbar an den Gegenbefestigungselementen 53 des Gegenbefestigungsabschnitts 52 an der Stirnwand 51 des Bearbeitungskopfs 10 anordenbar und fixierbar.
Wie insbesondere in den 1 bis 4 dargestellt, weist der Schaftabschnitt 34, welcher einteilig mit der Befestigungsplatte 33 ausgestaltet sein kann, eine zylindrische Seitenwand 35 auf, die in Umfangsrichtung von einer Aussparung 40 unterbrochen ist. Die Seitenwand 35 kann sich hierbei durchgehend vom Befestigungsabschnitt 32 bis zum Gegenlagerabschnitt 36 erstrecken. Die Seitenwand 35 kann eine etwa hohlzylindrische Aufnahme 41 zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung und vollständig in Längsrichtung umschließen.
Die Aufnahme 41 ist derart konfiguriert und bemessen, dass das Bearbeitungswerkzeug 20 darin aufgenommen werden kann. Die Aufnahme 41 ist über eine Durchgangsöffnung 42 in der Befestigungsplatte 33 zugänglich. Andernends ist die Aufnahme 41 in Längsrichtung vom Gegenlagerabschnitt 36 begrenzt oder verschlossen. Der Gegenlagerabschnitt 36 kann einen Ring 50 aufweisen, welcher an dem der Befestigungsplatte 33 bzw. dem Befestigungsabschnitt 32 abgewandten Ende des Schaftabschnitts 34 befestigt ist. Der Ring 50 verleiht dem Werkzeuggegenhalter 30 ein erhöhtes Maß an Stabilität und Festigkeit. Zudem kann an dem Ring 50 eine noch näher zu beschreibende Werkzeuglagerung 37 angeordnet sein.
Die Seitenwand 35 des Schaftabschnitts 34 ist in Umfangsrichtung unterbrochen. Sie kann insoweit eine halbzylindrische oder dreiviertelzylindrische oder jedwede anderweitige teilzylindrische Form aufweisen. Die Aussparung 40 kann sich ununterbrochen vom Befestigungsabschnitt 32, mithin von der Befestigungsplatte 33 bis zum Gegenlagerabschnitt 36, mithin bis zum Ring 50 erstrecken. Die Seitenwand 35 kann angrenzend an die Aussparung 40 einen Wandabschnitt 38 bzw. eine in Umfangsrichtung weisende Stirnfläche mit mehreren Auslässen 39 aufweisen.
Die Auslässe 39 können mit einem vorliegend nicht explizit gezeigten fluidführenden Kanal strömungstechnisch gekoppelt sein. Der fluidführende Kanal kann im Inneren des Schaftabschnitts 34 und/oder auch im Inneren des Befestigungsabschnitts 32, mithin im Inneren der Befestigungsplatte 33 verlaufen. Über den Kanal und die Auslässe 39 kann beispielsweise ein Kühlmittel für den Werkstückbearbeitungsprozess zugeführt und auf das Werkstück 8 bzw. auf das Werkzeug 20 aufgebracht werden.
Der Gegenlagerabschnitt 36 weist, wie insbesondere in den 5 bis 7 gezeigt, einen drehbar gelagerten Einsatz 60 mit einer Aufnahme 61 für den Endabschnitt 23 des Bearbeitungswerkzeugs 20 auf. Die Innengeometrie der Aufnahme 61 kann passgenau bzw. korrespondierend oder komplementär zur Außengeometrie des Endabschnitts 23 des Bearbeitungswerkzeugs 20 ausgebildet sein. Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme 61 eine konische Aufnahme mit einem Innenkonus, der korrespondierend zu einem Außenkonus 24 des Endabschnitts 23 des Werkzeugs 20 ausgebildet ist.
Der Einsatz 60 ist drehbar an einem Lagerhalter 64 gelagert. Der Lagerhalter 64 ist verschiebbar am Ring 50 bzw. verschiebbar an der Werkzeuglagerung 37, mithin verschiebbar am Gegenlagerabschnitt 36 angeordnet. Der Lagerhalter kann drehfest am Gegenlagerabschnitt 36 angeordnet sein. Der Einsatz kann in Längsrichtung, bzw. in Axialrichtung der Werkzeugachse 12 am Lagerhalter fixiert sein. Der Innenraum des Lagerhalters 64 kann, wie insbesondere in den 3 bis 7 gezeigt, zum freien Ende des Gegenlageranschnitts 36 mit einer Verschlussplatte 66 verschlossen sein.
Der Lagerhalter 64 kann längsverschieblich am Gegenlagerabschnitt 36, etwa entsprechend einer vorgegebenen Schiebeführung verschiebbar gelagert sein. Der Lagerhalter 64 kann dabei insbesondere mittels eines Aktors 65 zwischen einer in 6 gezeigten Freigabestellung und einer in 7 gezeigten Haltestellung verschiebbar gelagert sein. Der Aktor 65 kann beispielsweise als hydraulischer oder als pneumatischer Aktor implementiert sein. Ein Antriebsmedium, etwa ein Fluid für den pneumatischen oder hydraulischen Aktor kann über vorliegend nicht gezeigte fluidführende Kanäle zur Verfügung gestellt werden.
Der Aktor 65 kann in Bezug auf die Längserstreckung des Schaftabschnitts 34 als unidirektional oder bidirektional wirkender Aktor implementiert sein. Bei einem unidirektional wirkenden Aktor, welche lediglich dazu ausgestaltet ist, beispielsweise den Abstand zwischen dem Lagerhalter 64 und dem Befestigungsabschnitt 32 zu verkürzen kann beispielsweise ein Rückstellelement, etwa in Form einer Rückstellfeder oder eines Federkraftspeichers zwischen dem Lagerhalter 64 und dem Gegenlagerabschnitt 36 angeordnet sein.
Ein bidirektionaler Aktor 65 kann beispielsweise einen doppeltwirkenden Hydraulik- oder Pneumatikzylinder aufweisen. Ferner ist denkbar, dass der Aktor 65 mehrere Hydraulik- oder Pneumatikzylinder aufweist, die für sich betrachtet als unidirektionale Aktoren ausgestaltet aber entgegengerichtet mit dem Lagerhalter 64 gekoppelt sind. Somit können beispielsweise ein erster Hydraulik- oder Pneumatikzylinder zur Verschiebung des Lagerhalters in eine erste Längsrichtung und ein zweiter Hydraulik- oder Pneumatikzylinder zur Verschiebung des Lagerhalters 64 in eine zweite, typischerweise hierzu entgegengesetzte Längsrichtung vorgesehen sein.
Eine fluidführende Kopplung für ein Antriebsmedium des pneumatischen oder hydraulischen Aktors 65 als auch ein Kühlmittel kann über eine fluidübertragende Kopplung zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und dem Befestigungsabschnitt 32 erzielt werden. Hierzu weist der Befestigungsabschnitt 32 mehrere Medienkupplungen 45, 46, 47 auf, die komplementär und korrespondierend zu entsprechenden Gegenkupplungen 55, 56, 57 des Bearbeitungskopfs 10 ausgebildet sind. Die Gegenkupplungen 55, 56, 57 können an der Stirnwand 51 des Bearbeitungskopfs 10 verteilt angeordnet sein.
Dementsprechend können entsprechende Medienkupplungen 45, 46, 47 an der dem Schaftabschnitt 34 abgewandten Seite der Befestigungsplatte 33 angeordnet oder ausgebildet sein.
Die wechselseitige bzw. relative Anordnung der Medienkupplungen 45, 46, 47 zu den Befestigungselementen 43 entspricht der Anordnung der Gegenkupplungen 55, 56, 57 relativ zu den Gegenbefestigungselementen 53. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass beispielsweise die Medienkupplung 45 mit der Gegenkupplung 55 fluidübertragend in Eingriff ist oder gelangt, wenn die Befestigungselemente 43 mit den Gegenbefestigungselementen 53 in Eingriff sind oder hiermit verriegelt sind. Gleichermaßen können fluidübertragende Kopplungen zwischen der Medienkupplung 46 und der Gegenkupplung 56 sowie zwischen der Medienkupplung 47 und der Gegenkupplung 57 erzielt werden.
Zumindest eine der Medienkupplungen 45 ist mit einem fluidführenden Kanal verbunden, welcher mit den Auslässen 39 fluidführend in Verbindung steht. Über die mit der Gegenkupplung 55 in Eingriff stehende Medienkupplung 45 kann beispielsweise ausgehend vom Bearbeitungskopf 10 ein Kühlmittel in einen kühlmittelführenden Kanal geleitet und über Auslässe 39 dem Werkstück 8 oder dem Werkzeug 20 zugeführt werden.
Über eine andere Medienkupplung 46 kann bei entsprechender Kopplung mit beispielsweise der Gegenkupplung 56 eine hydraulische oder pneumatische Verbindung zwischen dem Aktor 65 und einer Hydraulik oder Pneumatik des Bearbeitungskopfs 10 hergestellt werden. Mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Kopplung kann ein hydraulisches oder pneumatisches Fluid, ausgehend vom Bearbeitungskopf im Aktor 65 zugeführt werden, sodass der Lagerhalter 64 beispielsweise ausgehend von der in 6 gezeigten Freigabestellung in Richtung zum Bearbeitungskopf 10 verschoben und hierdurch das Werkzeug 20 entsprechend axial verspannt und somit sicher am Werkzeuggegenhalter 30 drehbar fixiert werden kann.
Die Werkzeugmaschine 1 verfügt ferner über ein Werkzeugmagazin 80, welches in den 8 bis 13 detaillierter dargestellt ist. Das Werkzeugmagazin oder Werkzeugwechselmagazin 80 weist eine ortsfeste Basis 81 mit einem drehbar hieran gelagerten tellerartigen Werkzeugträger 82 auf. Mittels eines Antriebs 83 kann der Werkzeugträger 82 bezüglich einer Drehachse gegenüber der Basis 81 gedreht oder verschwenkt werden. Über den Werkzeugträger 82 verteilt sind mehrere Werkzeughalterungen 86 vorgesehen oder angeordnet, welche jeweils der Aufnahme eines Werkzeugs 84, 85 dienen. Wie insbesondere in 10 gezeigt, kann eine Werkzeughalterung 86 beispielsweise eine nach oben offene Klaue 87 aufweisen, mittels welcher ein Werkzeug 85 etwa nach oben aus der Werkzeughalterung 86 entnehmbar ist oder von oben darin einsetzbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorgesehen, dass der Werkzeuggegenhalter 30 bei Nichtbenutzung am Werkzeugmagazin 80 gelagert und befestigt werden kann. Hierfür weist der Werkzeuggegenhalter 30 etwa an seiner Unterseite mehrere verteilt angeordnete Befestigungsstellen 48 mit je einer Aufnahme 49 für beispielsweise einen an der Oberseite des Werkzeugträgers 82 vorliegend nicht gezeigten komplementär ausgestalteten Zapfen auf. Bei Nichtgebrauch kann der Werkzeuggegenhalter 30 am Werkzeugmagazin 80 positioniert und angeordnet werden. In der Montageposition am Werkzeugmagazin 80 weist der Befestigungsabschnitt 32 mit den daran vorgesehenen Befestigungselementen 43 radial nach außen.
Soll nun beispielsweise das Werkzeug 20, etwa in Form eines Wälzfräswerkzeugs 26 für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt des Werkstücks 8 verwendet werden, so ist vorgesehen, dass der Werkzeugträger 32 mittels des Antriebs 83 in eine in 11 gezeigte Werkzeugentnahmeposition überführt wird. In der Werkzeugentnahmeposition erstreckt sich die Längsachse des Bearbeitungswerkzeugs 20 in etwa in Verlängerung der Werkzeugachse 12 des Bearbeitungskopfs 10. Durch eine entsprechende Zustellbewegung des Bearbeitungskopfs 10, etwa in Axialrichtung der Werkzeugachse 12, kann der erste Endabschnitt 22 des Bearbeitungswerkzeugs 20 von der Werkzeugspindel 11 aufgenommen und durch eine entsprechende Zustellung bzw. durch einen Verriegelungsmechanismus der Werkzeugspindel 11 hieran befestigt werden.
Alsdann kann der Bearbeitungskopf 10 beispielsweise nach oben verfahren werden, um das Bearbeitungswerkzeug 20 aus der Werkzeughalterung 86 zu entnehmen. Hiernach und wie in 12 dargestellt, kann das Werkzeugmagazin 80, insbesondere dessen Werkzeugträger 82 in eine Halteentnahmeposition überführt werden, in welcher der am Werkzeugträger 82 angeordnete Werkzeuggegenhalter 30 in etwa fluchtend bzw. mit seiner Längserstreckung in gedachter Verlängerung des Werkzeugs 20 ausgerichtet ist. Der Bearbeitungskopf 10 mit dem daran angeordneten Werkzeug 20 kann alsdann durch die Durchgangsöffnung 42 des Werkzeuggegenhalters 30 hindurch in die Aufnahme 41 eingeführt werden.
Mit Erreichen einer Endmontagestellung, wie diese beispielsweise in 13 angedeutet ist, gelangen die am Befestigungsabschnitt 32 vorgesehenen Befestigungselemente 43 mit den am Bearbeitungskopf 10 vorgesehenen Gegenbefestigungselementen 53 in Eingriff. Sobald eine wechselseitige Verbindung zwischen dem Werkzeuggegenhalter 30 und dem Bearbeitungskopf 10 erreicht wurde, kann der Bearbeitungskopf 10 beispielsweise angehoben werden, um den Werkzeuggegenhalter 30 vom Werkzeugträger 82 zu lösen. Zuvor oder auch danach kann optional die Werkzeuglagerung 37 in eine Haltestellung überführt werden, indem beispielsweise der Aktor 65 aufgrund der hydraulischen Kopplung mit dem Bearbeitungskopf 10 den Lagerhalter 64 und den daran angeordneten Einsatz 60 in Axialrichtung, das heißt entlang der Werkzeugachse 12 in Richtung zum Bearbeitungskopf 10 verschiebt, sodass der freie Endabschnitt 23 des Bearbeitungswerkzeugs 20 sicher am Gegenlagerabschnitt 36 des Werkzeuggegenhalters 30 gelagert ist.
Alsdann kann eine Bearbeitung des Werkstücks 8, etwa eine Wälzfräsbearbeitung erfolgen, während welcher der Bearbeitungskopf reversierend entlang der Werkzeugachse 12 relativ zum Werkstück 8 bewegt wird.
Für einen erneuten Werkzeugwechsel wird die anhand der 11 bis 13 beschriebene Prozedur in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. So ist zunächst der Lagerhalter 64 aus seiner in 7 gezeigten Haltestellung in eine in 6 gezeigte Freigabestellung zu überführen, um etwa den freien Endabschnitt 23 des Werkzeugs 20 freizugeben. Alsdann kann der Bearbeitungskopf 10 das Werkzeugmagazin 80 anfahren, welches mit seinem Werkzeugträger 82 die Halterentnahmeposition einnimmt. Durch Absenken des Bearbeitungskopfs kann der Werkzeuggegenhalter 30 mit seinen Befestigungsstellen 48 an hiermit korrespondierenden Gegenbefestigungsstellen, etwa an der Oberseite des Werkzeugträgers 82 in Eingriff gelangen, sodass der Werkzeuggegenhalter 80 sicher am Werkzeugträger 82 angeordnet werden kann.
Hiernach können die Gegenbefestigungselemente 53 und die Befestigungselemente 43 außer Eingriff gebracht werden. Ein solches Lösen kann ferner mit einer Entkopplung der Medienkupplungen 45, 46, 47 und der zugehörigen Gegenkupplungen 55, 56, 57 einhergehen. Alsdann kann der Bearbeitungskopf mit seinem daran angeordneten Werkzeug 20 entlang der Werkzeugachse 12 aus der Aufnahme 41 herausgezogen werden. In einem weiteren Schritt kann das Werkzeugmagazin schließlich eine Werkzeugentnahmeposition anfahren, in welcher eine freie und unbestückte Werkzeughalterung 86 in den Bereich des Bearbeitungskopfs 10 überführt wird. Das Bearbeitungswerkzeug 20 kann alsdann in die Werkzeughalterung 86 eingesetzt werden, bevor der Eingriff von Werkzeugspindel 11 und Endabschnitt 22 des Werkzeugs 20 gelöst wird und der Bearbeitungskopf 10 entlang der Werkzeugachse 12 vom am Werkzeugträger 82 gehaltenen Werkzeug 20 entfernt wird.
In den 17 bis 21 ist nochmals ein weiteres Ausführungsbeispiel eines weiteren Bearbeitungswerkzeugs 20 gezeigt. Dieses ist als Wälzschälwerkzeug 28 ausgestaltet. Wie bereits das Wälzfräswerkzeug 26 weist auch das Wälzschälwerkzeug 28 einen längserstreckten Schaft 25 mit einem Bearbeitungsbereich 21 auf. Beim Wälzschälwerkzeug 28 befindet sich der Bearbeitungsbereich 21 etwa in Form eines Verzahnwerkzeugs nahe dem zweiten Endabschnitt 23 des Schafts 25. Zudem weist der Bearbeitungsbereich 21 des Wälzschälwerkzeugs 28 eine deutlich kürzere Längserstreckung als der Bearbeitungsbereich 21 des Wälzfräswerkzeugs 26 auf. Wie insbesondere in den 20 und 21 gezeigt, sind für die Wälzschälbearbeitung deutlich kleinere Achskreuzwinkel, etwa im Bereich zwischen 10° bis 40° oder zwischen 15° bis 30° vorzusehen.
Die radialen Abmessungen des Bearbeitungskopfs 10 erfordern bei Einstellung eines solch geringen Achskreuzwinkels, wie dies beispielsweise in 20 und 21 deutlich wird, ein vergleichsweise lang von der Werkzeugspindel 11 hervorstehendes bzw. auskragendes Bearbeitungswerkzeug 20, um eine Kollision des Bearbeitungskopfs 10 mit dem Werkstück 8 oder weiteren Komponenten der Werkzeugmaschine 1, etwa dem Reitstock 16 oder der Reitstockspindel 17 zu vermeiden.
Das vergleichsweise lang auskragende Wälzschälwerkzeug 28 wird über seinen zweiten Endabschnitt 22, welcher gleichermaßen mit einen Konus 24 versehen sein kann, drehbar am Gegenlagerabschnitt 36 des Werkzeuggegenhalters 30 gelagert. Insoweit ermöglicht die Anordnung von Bearbeitungskopf 10 mit dem Werkzeuggegenhalter 30 die universelle Aufnahme und Lagerung unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge 20, etwa eines Wälzfräswerkzeugs 26 als auch eines Wälzschälwerkzeugs 28 für unterschiedliche Bearbeitungsschritte, etwa für das Wälzfräsen einerseits und für ein Wälzschälen andererseits. Der Werkzeuggegenhalter 30 ermöglicht insoweit eine universelle Verwendung der Werkzeugmaschine, beispielsweise zum Wälzfräsen als auch zum Wälzschälen.
Im Flussdiagramm der 22 sind nochmals die einzelnen Verfahrensschritte für den Werkzeugwechsel dargestellt. In einem ersten Schritt 100 wird beispielsweise das Werkzeugmagazin 80 in eine Werkzeugentnahmeposition überführt oder ausgerichtet. Im nachfolgenden Schritt 102 wird der Bearbeitungskopf 10 derart angeordnet oder zugestellt, dass er das beispielsweise am Werkzeugträger 82 lösbar angeordnete Werkzeug 20, 84, 85 an der Werkzeugspindel 11 aufnimmt. Der Bearbeitungskopf 10 kann alsdann mit dem daran angeordneten Bearbeitungswerkzeug 20 temporär von dem Werkzeugmagazin 80, beispielsweise nach oben entfernt werden, um beispielsweise eine ungehinderte und kollisionsfreie weitere Bewegung oder Ausrichtung des Werkzeugmagazins 80 zu ermöglichen.
Alsdann und in einem nächsten Schritt 104 wird das Werkzeugmagazin 80 in eine Entnahmeposition für den Werkzeuggegenhalter überführt, wie dies beispielsweise in 12 gezeigt ist. Der Bearbeitungskopf 10 mit dem daran angeordneten Werkzeug 20 fährt sodann in eine den Werkzeuggegenhalter 30 aufnehmende Stellung und nimmt den Werkzeuggegenhalter im Schritt 106 auf. Hierbei werden der Befestigungsabschnitt 42 des Werkzeuggegenhalters 30 und der Gegenbefestigungsabschnitt 52 des Bearbeitungskopfs 10 miteinander verbunden. Der Bearbeitungskopf 10 mit dem daran angeordneten Werkzeuggegenhalter kann alsdann relativ zum Werkzeugmagazin 80 angehoben werden, um insbesondere den Werkzeuggegenhalter 30 vom Werkzeugträger 82 zu lösen.
In einem nachfolgenden Schritt 108 kann noch eine Verspannung des Werkzeugs 20 seitens der Werkzeuglagerung 37 erfolgen. Beispielsweise kann der mit dem Lagerhalter 64 wirkverbundene Aktor 65 durch die fluidtechnische Kopplung zwischen einer Medienkupplung 45, 46, 47 mit einer korrespondierenden Gegenkupplung 55, 56, 57 in die in 7 gezeigte Haltestellung überführt werden, in welcher das Werkzeug 20 axial zwischen dem Gegenlagerabschnitt 36 und der Werkzeugspindel 11 eingespannt werden kann. Hiernach kann in einem Schritt 110 eine, beispielsweise in den 15 oder 21 gezeigte Bearbeitung des Werkstücks 8 erfolgen.
Mittels des Werkzeugmagazins 80 und einer dementsprechenden Steuerung der Werkzeugmaschine 1 kann ein vollautomatisierter Werkzeugwechsel ggf. gepaart mit einem Werkzeuggegenhalter erfolgen. Die Verwendung des Werkzeuggegenhalters und dessen lösbare Kopplung am Bearbeitungskopf als auch seine Zwischenlagerung am Werkzeugmagazin ermöglicht eine größtmögliche Flexibilität für die Bearbeitung von Werkstücken an ein und derselben Werkzeugmaschine. An einem eingespannten Werkstück 8 können Wälzfräs- und Wälzschälprozesse nacheinander mit ein und demselben Bearbeitungskopf durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Bearbeitung von verzahnten Werkstücken in kleinen und mittleren Losgrößen. Auf Anwenderseite können die Gesamt-Investitionskosten für eine kombinierte Bearbeitung von Werkstücken nach dem Wälzfräsen und den Wälzschälen in vorteilhafter Weise reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
2: Basis
3: Positioniereinrichtung
4: Positioniereinrichtung
5: Positioniereinrichtung
6: Schwenkachse
8: Werkstück
9: Werkstückachse
10: Bearbeitungskopf
11: Werkzeugspindel
12: Werkzeugachse
14: Spindelstock
15: Spannfutter
16: Reitstock
17: Reitstockspindel
20: Werkzeug
21: Bearbeitungsbereich
22: Endabschnitt
23: Endabschnitt
24: Konus
25: Schaft
26: Wälzfräswerkzeug
28: Wälzschälwerkzeug
30: Werkzeuggegenhalter
31: Grundkörper
32: Befestigungsabschnitt
33: Befestigungsplatte
34: Schaftabschnitt
35: Seitenwand
36: Gegenlagerabschnitt
37: Werkzeuglagerung
38: Wandabschnitt
39: Auslass
40: Aussparung
41: Aufnahme
42: Durchgangsöffnung
43: Befestigungselement
44: Befestigungszapfen
45: Medienkupplung
46: Medienkupplung
47: Medienkupplung
48: Befestigungsstelle
49: Aufnahme
50: Ring
51: Stirnwand
52: Gegenbefestigungsabschnitt
53: Gegenbefestigungselement
54: Aufnahme
55: Gegenkupplung
56: Gegenkupplung
57: Gegenkupplung
60: Einsatz
61: Aufnahme
62: Konus
64: Lagerhalter
65: Aktor
66: Verschlussplatte
80: Werkzeugmagazin
81: Basis
82: Werkzeugträger
83: Antrieb
84: Werkzeug
85: Werkzeug
86: Werkzeughalterung
87: Klaue

Claims

Werkzeuggegenhalter (30) zur lösbaren Anordnung an einem Bearbeitungskopf (10) einer Werkzeugmaschine (1), welche eine Werkzeugspindel (11) zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs (20) aufweist, wobei der Werkzeuggegenhalter (30) folgendes umfasst: - einen Befestigungsabschnitt (32) zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt (52) des Bearbeitungskopfs (10), - einen am Befestigungsabschnitt (32) angeordneten längserstreckten Schaftabschnitt (34), welcher sich in einer Montagestellung des Befestigungsabschnitts (32) am Gegenbefestigungsabschnitt (52) des Bearbeitungskopfs (10) entlang einer Werkzeugachse (12) der Werkzeugspindel (11) erstreckt, und - einen Gegenlagerabschnitt (36), welcher dem Befestigungsabschnitt (32) abgewandt am Schaftabschnitt (34) angeordnet ist und eine Werkzeuglagerung (37) aufweist, die zur drehbaren Lagerung eines dem Bearbeitungskopf (10) abgewandten Endabschnitts (23) des Werkzeugs (20) ausgestaltet ist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach Anspruch 1, wobei die Werkzeuglagerung (37) einen drehbar am Gegenlagerabschnitt (36) gelagerten Einsatz (60) mit einer Aufnahme (61) für den Endabschnitt (23) des Werkzeugs (20) aufweist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeuglagerung (37) einen in Längsrichtung des Schaftabschnitts (34) relativ zum Schaftabschnitt (34) verschiebbaren Lagerhalter (64) aufweist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach Anspruch 3, wobei die Werkzeuglagerung (37) einen mit dem Lagerhalter (64) wirkverbundenen Aktor (65) aufweist, mittels welchem der Lagerhalter (64) in Längsrichtung des Schaftabschnitts (34) verschiebbar ist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaftabschnitt (34) einen sich durchgehend vom Befestigungsabschnitt (32) zum Gegenlagerabschnitt (36) erstreckende Seitenwand (35) aufweist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsabschnitt (32) eine Befestigungsplatte (33) mit mehreren über die Fläche der Befestigungsplatte (33) verteilt angeordneten Befestigungselementen (43) aufweist, die mit komplementär hierzu ausgestalteten und am Bearbeitungskopf (10) angeordneten oder ausgebildeten Gegenbefestigungselementen (53) lösbar in Eingriff bringbar sind.
Werkzeuggegenhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsabschnitt (32) eine oder mehrere Medienkupplungen (45, 46, 47) aufweist, die mit einer komplementär ausgestalteten Gegenkupplung (55, 56, 57) des Gegenbefestigungsabschnitts (52) fluidführend in Eingriff bringbar sind.
Werkzeuggegenhalter (30) nach Anspruch 4 und 7, wobei der Aktor (65) der Werkzeuglagerung (37) mittels eines über die Medienkupplung (45, 46, 47) bereitstellbaren Fluiddrucks betätigbar ist.
Werkzeuggegenhalter (30) nach Anspruch 7 oder 8, wobei im Bereich des Schaftabschnitts (34) oder des Gegenlagerabschnitts (36) ein oder mehrere Kühlmittelkanäle ausgebildet sind, die mit der Medienkupplung (45, 46, 47) in Strömungsverbindung stehen.
Bearbeitungskopf (10) einer Werkzeugmaschine (1), umfassend: - eine Werkzeugspindel (1) zur Aufnahme eines Endabschnitts (22) eines Bearbeitungswerkzeugs (20), welches sich entlang einer Werkzeugachse (12) der Werkzeugspindel (11) erstreckt, und - einen Gegenbefestigungsabschnitt (52) zur lösbaren Befestigung eines Werkzeuggegenhalters (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bearbeitungskopf (10) nach Anspruch 10, wobei der Gegenbefestigungsabschnitt (52) mehrere beabstandet voneinander angeordnete Gegenbefestigungselemente (53) aufweist, welche mit komplementär ausgestalteten Befestigungselementen (43) des Befestigungsabschnitts (32) des Werkzeuggegenhalters (30) lösbar in Eingriff bringbar sind.
Bearbeitungskopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, wobei der Gegenbefestigungsabschnitt (52) eine oder mehrere fluidführende Gegenkupplungen (55, 56, 57) aufweist, die mit komplementär hierzu ausgestalteten Medienkupplungen (45, 46, 47) des Befestigungsabschnitts (32) des Werkzeuggegenhalters (30) fluidführend in Eingriff bringbar sind.
Werkzeugmaschine (1) mit einem Bearbeitungskopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12 und mit einem Werkzeuggegenhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 13, ferner mit einem Werkzeugmagazin (80), an welchem mehrere Bearbeitungswerkzeuge (26, 28, 84, 85) und zumindest ein Werkzeuggegenhalter (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 lösbar anordenbar ist.
Verfahren zum Wechseln eines Werkzeugs (20) einer Werkzeugmaschine (1) mit den folgenden Schritten: - Überführen eines Werkzeugmagazins (80) in eine Werkzeugentnahmeposition, - Anordnung eines vom Werkzeugmagazin (80) gehaltenen Werkzeugs (26) an einem Bearbeitungskopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12 und Entnahme des Werkzeugs (26) vom Werkzeugmagazin (80) mittels des Bearbeitungskopfs (10), - Überführen des Werkzeugmagazins (80) in eine Halterentnahmeposition, - Anordnung eines vom Werkzeugmagazin (80) gehaltenen Werkzeuggegenhalters (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 am Bearbeitungskopf (10) und Entnahme des Werkzeuggegenhalters (30) vom Werkzeugmagazin (80) mittels des Bearbeitungskopfs (10).