DE10243394A1

DE10243394A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Komplettbearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE10243394A1
Application number: DE2002143394
Authority: DE
Inventors: Norbert HESSBRÜGGEN
Original assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Komplettbearbeitung von Werkstücken, wobei zunächst in einer ersten Werkzeugmaschine die Vorderseite bearbeitet wird, das Werkstück, ohne es loszulassen, direkt von Spindel zu Spindel an eine zweite Werkzeugmaschine übergeben und dort auf der Rückseite bearbeitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in Werkzeugmaschinen und eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchführbar ist.
Eine derartige Maschine ist aus der DD 258 955 A1 bekannt. Bei dieser Maschine sind zwei parallel gelagerte Drehspindeln in getrennten Spindelstöcken vorgesehen, die geschwenkt werden können, so dass in der geschwenkten Lage die beiden Spannmittel einander zugewandt sind und die Drehspindeln eine gemeinsame Achse haben. Auf diese Weise lässt sich eine Vorder- und Rückseitenbearbeitung durchführen, ohne dass eine Wendestation vorgesehen werden muss. Die Bearbeitungsmöglichkeiten sind jedoch eingeschränkt, da lediglich mittige oder achsparallele Bearbeitungen möglich sind. Die Drehmaschine ist ferner auf die Zweiseitenbearbeitung festgelegt, d.h. die Werkstücke werden von der ersten Drehspindel aufgenommen, bearbeitet, an die zweite Drehspindel übergeben, dort bearbeitet und anschließend abtransportiert. Das Bearbeiten von Werkstücken in einer Aufspannung ist auf dieser Maschine daher nicht wirtschaftlich durchführbar. Über die Erstaufnahme der Werkstücke und den Abtransport nach erfolgter Bearbeitung ist nichts offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, womit Werkstücke wahlweise in einer Aufspannung oder auf der Vorderund Rückseite kostengünstig bearbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Vorderund Rückseiten von klassischen Futterteilen vorteilhaft auf zwei einander zugeordneten Werkzeugmaschinen bearbeitet werden können, wobei zunächst in der ersten Werkzeugmaschine die Vorderseite zu bearbeitet wird, das Werkstück ohne es loszulassen direkt von Spindel zu Spindel an die zweite Werkzeugmaschine übergeben und dort auf der Rückseite zu bearbeitet wird. Da jede der beiden Werkzeugmaschinen für sich voll funktionstüchtig ausgeführt ist, lassen sich darauf auch einseitig zu bearbeitende Werkstücke kostengünstig herstellen. Mit der Maschinenanordnung können also Werkstücke in einer Rufspannung oder wahlweise auf der Vorder- und Rückseite kostengünstig bearbeitet werden.
Nach einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, die einander zugeordneten Werkzeugmaschinen mit einer elastischen, gedämpften Verbindung aneinander zu koppeln. Damit wird auch über große Zeiträume verhindert, dass die Maschinen sich relativ zueinander bewegen.
Um die Werkstücke bei der Übergabe von Spindel zu Spindel zentrisch abgreifen zu können, können die einander zugeordneten Werkzeugmaschinen auch starr miteinander verbunden werden.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren folgende Schritte auf:

a) Aufnahme eines Werkstücks von einer Transporteinrichtung mittels einer vertikalen Werkstückspindel;
b) Bearbeiten des Werkstücks in mindestens einer Bearbeitungszone;
c) Schwenken der Werkstückspindel in eine horizontale Position;
d) direkte Übergabe des Werkstücks, wobei die Werkstückspindel eines zweiten Bearbeitungszentrums das Werkstück ergreift bevor es von der Spindel des ersten Bearbeitungszentrums losgelassen wurde;
e) wobei die beiden Werkstückspindeln eine gemeinsame Achse haben;
f) Bearbeiten des Werkstücks im zweiten Bearbeitungszentrum und
g) Ablage des fertig bearbeiteten Werkstücks auf der Transportvorrichtung

Als Transporteinrichtung nach a) ist ein Förderband vorgesehen, welches die Werkstücke in den Wirkbereich der Werkstückspindel bringt. Die Werkstückspindel ist an einem Kreuzschlitten angeordnet. Sie dient zum Greifen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken und arbeitet nach dem Pick-up-Prinzip. Sie kann ferner um eine Schwenkachse, vorzugsweise rechtwinklig zu den beiden Bewegungsrichtungen des Kreuzschlittens, geschwenkt werden.
Die Bearbeitungszone nach b) ist definiert durch den Eingriffsbereich des Werkzeugs, in dem es mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden kann.
Zur Bearbeitung der Rückseite des Werkstücks schwenken die Werkstückspindeln in eine horizontale Position, wobei die Spannmittel einander zugewandt sind. Zur absolut zentrischen Übergabe des Werkstücks sind die einander zugeordneten Werkzeugmaschinen entsprechend ausgerichtet, so dass die durch die Schwenkbewegungen der Werkstückspindelachsen definierten Flächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Außerdem werden die Werkstückspindeln durch Bewegen längs ihrer vertikalen Führungsbahnen in der Höhe positioniert, so dass ihre Drehachsen auf einer gemeinsamen Achse liegen. Anschließend ergreift das Spannmittel der zweiten Maschine das Werkstück und positioniert es zur Rückseitenbearbeitung. Nach erfolgter Bearbeitung wird das Werkstück auf die Transporteinrichtung abgelegt.
Klassische Futterteile können nach diesem Verfahren auf der Vorder- und Rückseite bearbeitet werden. Bei der Bearbeitung von Werkstücken in einer Aufspannung entfällt die Werkstückübergabe, d.h. beide Werkzeugmaschinen bearbeiten die Werkstücke unabhängig voneinander.
Zur erfindungsgemäßen Durchführung des Verfahrens ist eine Gruppe von mindestens zwei Bearbeitungszentren mit folgenden Merkmalen vorgesehen:

1. Die vertikalen Werkstückspindeln sind in mindestens zwei Achsrichtungen verfahrbar.
2. Die Werkstückspindeln sind senkrecht zu ihren Drehachsen schwenkbar.
3. Die Werkstückspindeln dienen zum Greifen, Spannen, Abgeben und Antreiben von Werkstücken.
4. Zur direkten Werkstückübergabe von einem Bearbeitungszentrum zu einem anderen sind die Werkstückspindeln in eine horizontale Lage schwenkbar, und haben dabei eine gemeinsame Drehachse.

Bei der direkten Übergabe des Werkstücks nach 4. sind die einander zugeordneten Werkzeugmaschinen in einer Ebene ausgerichtet, so dass die durch die durch die Schwenkbewegungen und/oder Linearbewegungen der Werkstückspindelachsen definierten Flächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Um zu erreichen, dass die Werkstückspindeln in der geschwenkten Stellung eine gemeinsame Achse haben, sind diese zusätzlich in der Höhe entsprechend zu positionieren. Dies wird durch Bewegen der Spindelstöcke entlang der senkrechten Führungsbahnert erreicht. Dabei sind Korrekturen über die Maschinensteuerung jederzeit möglich.
Ferner ist sicherzustellen dass die einmal durchgeführte Ausrichtung der Maschinen über die Dauer der Betriebszeit erhalten bleibt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind dazu elastische, gedämpfte und/oder starre Kupplungen vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die starre Kupplung lösbar ausgeführt und wird nur für die Dauer der Werkstückübergabe fixiert. Auf diese Weise werden die bei der Bearbeitung zwangsläufig entstehenden Schwingungen nicht von einer Maschine auf die andere übertragen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren erläutert:
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschinengruppe
2 zeigt die Seitenansicht einer Werkzeugmaschine im Schnitt
3 zeigt eine Kupplung in vergrößerter Darstellung
In 1 bilden zwei Werkzeugmaschinen 28, 28' eine Werkzeugmaschinengruppe. Sie sind über elastische Kupplungen 17 und starre Kupplungen 16 miteinander verbunden. Jede der Werkzeugmaschinen weist einen Grundkörper 1 mit Führungsbahnen 2 auf. Die Kreuzschlitten 3, 3' sind über nicht dargestellte Antriebe entlang der Führungsbahnen 2 in X-Richtung bewegbar.
An den Kreuzschlitten befinden sich Führungsbahnen 7, auf welchen die Spindelstöcke 6 mit den Motorspindeln 8, 8' geführt sind und von ebenfalls nicht dargestellten Linearantrieben in Z-Richtung bewegbar sind. An den unteren Enden der Motorspindeln 8, 8' befinden sich die Futter 9, 9', welche zum Greifen, Spannen und Antreiben von Werkstücken 10 geeignet sind. Über die Transportvorrichtung 11 werden die unbearbeiteten Werkstücke zugeführt. Der Abtransport der fertigbearbeiteten Werkstücke erfolgt über die Transportvorrichtung 11'. Für die Bearbeitung der Werkstücke 10 in den Bearbeitungszonen 20, 21 sind die für Bearbeitungszentren typischen Werkzeuge zum Drehen, Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Senken, Schleifen etc. vorgesehen. In der Bearbeitungszone 20 ist beispielsweise ein Werkzeugrevolver 14 mit Werkzeugen 15 vorgesehen. Für die Bearbeitungszone 21 wird eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge 25 in einem nicht dargestellten Werkzeugmagazin bereitgehalten. Die Motorspindel 4 ist über einen Schlitten 5 entlang von Führungsbahnen 19 in Y-Richtung, rechtwinklig zu den Bewegungsrichtungen des Kreuzschlittens 3', bewegbar angeordnet.
Ein Bearbeitungszyklus zur Vorder- und Rückseitenbearbeitung beginnt mit der Entnahme eines Werkstücks 10 von der Transporteinrichtung 11. Dann bewegt sich der Kreuzschlitten 3 mit der Arbeitsspindeleinheit entlang der Führungsbahn 2 (in X-Richtung) in den Wirkbereich der Bearbeitungszone 20. Nach erfolgter Bearbeitung durch Werkzeuge 15 des Werkzeugrevolvers 14 schwenken die Werkstückspindeln 8, 8' in eine horizontale Position, und werden in der Höhe derart positioniert, dass sich die Futter 8, 8' gegenüberliegen und beide Werkstückspindeln eine gemeinsame Drehachse 12 haben. Zur Übergabe des Werkstücks 10 bewegen sich die Kreuzschlitten 3, 3' entlang der Führungsbahnen 2 relativ zueinander. Dabei gelangt das Werkstück 10 in den Wirkbereich des Futter 9' und wird von diesem zentrisch abgegriffen, bevor es das Futter 9 loslässt. Durch Bewegen des Kreuzschlitten 3' entlang der Führungsbahnen 2 wird das Werkstück 10 der Bearbeitungszone 21 zugeführt. Dort wird die Werkstückrückseite vom Werkzeug 25 bearbeitet. Gleichzeitig entnimmt die Werkstückspindel 8 ein weiteres unbearbeitetes Werkstück von der Transporteinrichtung 11. Ein Bearbeitungszyklus endet mit dem Ablegen des Werkstücks 10 in der Transporteinrichtung 11'.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken 10 in einer Aufspannung entfällt die Werkstückübergabe und beide Werkzeugmaschinen 28, 28' bearbeiten die Werkstücke unabhängig voneinander, d.h. die Werkzeugmaschine 28 entnimmt das unbearbeitete Werkstück 10 von der Transporteinrichtung 11 und legt es nach erfolgter Bearbeitung wieder auf die Transporteinrichtung 11 zurück. Die Werkzeugmaschine 28' arbeitet analog mit der Transporteinrichtung 11'.
2 zeigt die schematische Seitenansicht einer Werkzeugmaschine im Schnitt. Zur hochpräzisen Führung ist der Kreuzschlitten 3 zusätzlich zu den Führungsbahnen 2 noch auf einer Führungsbahn 2' geführt. Durch die beidseitige Anordnung der Führungsbahnen wird ein besonders kurzer symmetrischer Kraftfluss erreicht. Daraus resultiert eine sehr hohe statische und dynamische Steifigkeit der Werkzeugmaschine. Der Spindelstock 6 ist gabelförmig ausgeführt und entlang von Führungsbahnen 7 in Führungsschuhen 13 beweglich geführt. Die Motorspindel 8 ist drehbar gelagert und kann um die Achse B geschwenkt werden.
Zentrierkupplungen 16, 16' verbinden die einander zugeordneten Werkzeugmaschinen miteinander um sicherzustellen, dass die einmal durchgeführte Ausrichtung der Maschinen über die Dauer der Betriebszeit erhalten bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Kupplungen 16, 16' lösbar ausgeführt und werden lediglich für die Dauer der Werkstückübergabe fixiert. Ruf diese Weise werden die bei der Bearbeitung zwangsläufig entstehenden Schwingungen nicht von einer Maschine auf die andere übertragen. Besonders vorteilhaft werden die Kupplungen 16, 16' auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückspindel 8 möglichst in räumlicher Nähe zu den Führungsbahnen 2, 2' angeordnet.
Nach 3 sind die Kupplungen 16, 16' als Spannzangen ausgeführt. Die Spannzange 18 weist an ihrem Ende einen Spannkegel 24 auf und ist mit mindestens einem Schlitz 26 versehen. Durch Verschieben der Spannzange 18 wird der Spannkegel 24 vom Konus 27 gegen den Stehbolzen 22 gepresst und fixiert dabei die einander zugeordneten Maschinen relativ zueinander. Mit dieser Fixierung wird die absolut zentrische Übergabe des Werkstücks von einer Werkzeugmaschine zur anderen ermöglicht. Da die Gegenspindel das Werkstück abgreift, bevor die Werkstückspindel der ersten Maschine es loslässt, lassen sich bei der Bearbeitung von Vorder- und Rückseite sehr enge Toleranzen einhalten.
Da jede der beiden Werkzeugmaschinen für sich vo11 funktionstüchtig ausgeführt ist, lassen sich darauf auch einseitig zu bearbeitende Werkstücke kostengünstig herstellen. Mit der Maschinenanordnung können also Werkstücke einseitig oder wahlweise auf der Vorder- und Rückseite kostengünstig bearbeitet werden.

1: Grundkörper
2: Führungsbahn
3: 3' Kreuzschlitten
4: Motorspindel
5: Schlitten
6: Spindelstock
7: Führungsbahn
8: 8' Motorspindel
9: 9' Futter
10: Werkstück
11: 11' Transporteinrichtung
12: Drehachse
13: Führungsschuh
14: Werkzeugrevolver
15: Werkzeug
16: 16' Zentrierkupplung
17: Elastische Kupplung
18: Spannzange
19: Führungsbahn
20: Bearbeitungszone
21: Bearbeitungszone
22: Stehbolzen
23: Schwenkachse
24: Spannkegel
25: Werkzeug
26: Schlitz
27: Konus
28: 28' Werkzeugmaschine

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken in mindestens zwei Werkzeugmaschinen mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufnahme eines Werkstücks von einer Transporteinrichtung mittels einer vertikalen Werkstückspindel; b) Bearbeiten des Werkstücks in mindestens einer Bearbeitungszone; c) Schwenken der Werkstückspindel in eine horizontale Position; d) direkte Übergabe des Werkstücks, wobei die Werkstückspindel einer zweiten Werkzeugmaschine das Werkstück ergreift bevor es von der Spindel des ersten Werkzeugmaschine losgelassen wurde; e) wobei die Werkstückspindeln beider Werkzeugmaschinen eine gemeinsame Achse haben; f) Bearbeiten des Werkstücks in der zweiten Werkzeugmaschine g) Ablage des fertig bearbeiteten Werkstücks auf der Transportvorrichtung
Verfahren nach Anspruch 1 mit mindestens drei Werkzeugmaschinen, wobei die Schritte c) bis f) so oft wiederholt werden, bis alle Bearbeitungsschritte durchgeführt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen elastisch miteinander verbindbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen relativ zueinander starr fixierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung der Werkzeugmaschinen lösbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen nur für die Dauer der Werkstückübergabe starr miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschinengruppe mit mindestens zwei Werkzeugmaschinen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche, mit vertikalen Werkstückspindeln, die senkrecht zu ihrer Drehachse geschwenkt werden können, die zum Greifen, Spannen, Abgeben und Antreiben von Werkstücken dienen, dadurch gekennzeichnet, dass zur direkten Werkstückübergabe von einer ersten Werkzeugmaschine zu einer zweiten Werkzeugmaschine die Achsen der Werkstückspindeln der beiden Werkzeugmaschinen in der geschwenkten Lage eine gemeinsame Drehachse haben.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vom Wirkbereich der Werkstückspindel einer ersten Werkzeugmaschine direkt in den Wirkbereich einer Werkstückspindel einer zweiten Werkzeugmaschine übergeben werden kann.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen in einer Ebene ausgerichtet sind, wobei die durch die durch die Schwenkbewegungen und/oder Linearbewegungen der Werkstückspindelachsen definierten Flächen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindeln durch Bewegen längs ihrer vertikalen Führungsbahnen in der Höhe positioniert werden, so dass sie eine gemeinsame Drehachse haben.
Werkzeugmaschinengruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Werkzeug entlang einer Führungsbahn beweglich angeordnet ist.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug vorzugsweise in einer Richtung rechtwinklig zu den Bewegungsrichtungen des Kreuzschlittens bewegbar angeordnet ist.
Werkzeugmaschinengruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen elastisch miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschinengruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen starr miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung der Werkzeugmaschinen gelöst werden kann.
Werkzeugmaschinengruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen für die Dauer der Werkstückübergabe starr miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschinengruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen in einer Betriebsart zur Bearbeitung von Werkstücken in einer Aufspannung oder wahlweise in einer Betriebsart zur Bearbeitung von Werkstücken auf der Vorder- und Rückseite einsetzbar sind.