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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur Bearbeitung
von wellenförmigen Werkstücken, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Werkzeugmaschinen
mit mehreren nebeneinander angeordneten vertikalen Arbeitsspindeln
und einer Transporteinrichtung zum automatischen Werkstückwechsel
sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen
bekannt. Vielfach sind an jeder der Arbeitsspindeln gesonderte Werkstückwechseleinrichtungen
vorgesehen, die eine Entnahme der fertig bearbeiteten Werkstücke und
Einwechslung von noch zu bearbeitenden Werkstücken ermöglichen. Dies ist jedoch in
der Regel mit einem hohen konstruktiven und technischen Aufwand
verbunden.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 0 215 209 A2 ist
eine Werkzeugmaschine bekannt, die eine an einem Spindelstock in der
Z-Achse vertikal verfahrbare Arbeitsspindel aufweist. Der Spindelstock
ist auf einem ständerartigen Teil
eines Maschinenbetts in der Y-Achse verfahrbar geführt. Auf
dem Maschinenbett ist ferner ein Maschinentisch in der X-Achse horizontal
verfahrbar angeordnet. Der horizontal verfahrbare Maschinentisch
ist in einen Bearbeitungsbereich und einen Vorratsbereich zur Bereitstellung
unbearbeiteter Werkstücke unterteilt.
Auf dem Bearbeitungsbereich des Maschinentischs ist ein Werkzeughalter
befestigt. Bei dieser bekannten Werkzeugmaschine erfolgt der Werkstückwechsel
in einer ersten Ausführung
nach dem sogenannten Pick-up-Prinzip, indem der Arbeitstisch mit
den darauf angeordneten unbearbeiteten Werkstücken unter die Arbeitsspindel
verfahren und diese zum Werkstückwechsel
in der Z-Achse bewegt wird. In einer weiteren Ausführung kann
seitlich an dem Spindelstock ein in der Vertikalachse beweglicher Träger mit
einem einseitigen Greifer vorgesehen sein, durch welche Werkstücke vom
Vorratsbereich entnommen und in einer Spannvorrichtung abgelegt werden.
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Aus
der
EP 0 255 612 A1 ist
ein Portalsystem zur mehrdimensionalen Bewegung von Transport- und Arbeitsmitteln
bekannt, das ein Portal und einen an diesem verfahrbaren Schlitten
mit einer in mehreren Richtungen linear und rotatorisch bewegbaren Handhabungseinheit
enthält.
Zum Werkstückwechsel
an einer Bearbeitungsmaschine kann die Handhabungseinheit z. B.
als Doppelgreifer ausgeführt sein.
Beim Einsatz eines derartigen Portalsystems an einer Werkzeugmaschine
ergibt sich jedoch die Problematik, dass zur Durchführung eines
Werkstückwechsels
die den Arbeitsraum üblicherweise
abtrennende Arbeitsraumverkleidung auf der Bedienerseite geöffnet werden
muß. Da
hierbei in der Regel auch die Arbeitseinheiten stillgesetzt werden
müssen,
treten besonders bei mehrstufigen Bearbeitungsvorgängen unerwünschte Maschinenstillstände auf.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten
Art zu schaffen, die einen einfachen und schnellen Werkstückwechsel
mit reduzierten Maschinenstillstandszeiten ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen
und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
ist die Transporteinrichtung in der Werkzeugmaschine integriert
und im wesentlichen innerhalb des Arbeitsraums angeordnet. Für einen
Werkstückwechsel
muß die
vordere Arbeitsraumabdeckung nicht geöffnet werden, so dass ein Werkstückwechsel
an einer der Arbeitsspindeln auch dann vorgenommen werden kann,
wenn noch eine Bearbeitung an den anderen Arbeitsspindeln erfolgt.
Durch die Transporteinrichtung kann der Anwendungsbereich der Werkzeugmaschine
erheblich erweitert werden. So ist beispielsweise außer der
mehrstufigen Bearbeitung von Werkstücken an aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen
auch eine simultane Parallelbearbeitung möglich.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausführung der
Erfindung ist der Laufwagen an der Oberseite des Arbeitsraums über eine
Führungsbahn
zwischen den Arbeitsspindeln und der vorderen Arbeitsraumabdeckung
verfahrbar angeordnet. Die Führungsbahn
enthält
z. B. Führungsschienen,
die an einem Querträger
angeordnet sind. An den Führungsschienen
ist der Laufwagen über
entsprechende Führungsschuhe
oder dgl. geführt.
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Der
Querträger
mit den entsprechenden Führungsschienen
kann auf der Oberseite eines gemeinsamen Maschinengestells angeordnet
sein, das die zwei oder mehreren nebeneinander angeordneten Arbeitsspindeln
trägt.
Der Querträger
kann aber auch über
mehrere nebeneinander angeordnete Gestellelemente verlaufen, die
jeweils eine vertikale Arbeitsspindel tragen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführung
sind die Werkstückzuführung und
die Werkstückablage
seitlich neben der Werkzeugmaschine angeordnet. Die Führungsbahn
für den
Laufwagen ragt dabei seitlich aus den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine
heraus, damit die Werkstücke
aus der Werkstückzuführung entnommen
und in der Werkstückablage
wieder abgelegt werden können.
Hierzu weist die Arbeitsraumverkleidung z. B. seitliche Türen oder
Durchlässe
auf, die bei Bedarf geöffnet
werden können.
Der Abstand der seitlichen Öffnungen
von den Arbeitsstationen ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass die
Arbeitsspindeln bzw. Antriebseinheiten während des Werkstückwechsels
nicht stillgesetzt werden müssen.
Alternativ kann auch eine Schleuse mit jeweils zwei Schließeinheiten
vorgesehen sein.
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Die
Greiferanordnung enthält
in einer vorteilhaften Ausführung
mindestens einen Werkzeuggreifer, der zum Aufnehmen, Bewegen und
Ablegen der Werkstücke,
insbesondere von wellenförmigen
Teilen, dient. Der Werkstückgreifer
ist in zweckmäßiger Weise
um eine Rotationsachse drehbar. Dadurch können die Werkstücke geschwenkt
oder gewendet werden. Wellenförmige
Teile können
so z. B. senkrecht zu ihrer Längsachse
verschwenkt werden, um diese aus der vertikalen in eine horizontale
Lage zu bewegen.
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Eine
weitere Dreh- oder Schwenkachse, ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Laufwagens, ermöglicht
eine Bewegung der Werkstücke
in den Wirkbereich der Arbeitsspindeln. In einer konstruktiv einfachen
und nur einen geringen Platzbedarf erfordernden Ausführung kann
dies z. B. durch einen Träger
erfolgen, der über
ein Parallelkurbelgetriebe an dem Laufwagen angelenkt ist. Das Parallelkurbelgetriebe
kann aus jeweils zwei an den beiden Seiten des Trägers und
entsprechend an der Unterseite des Laufwagens angelenkten Gelenkstäben bestehen,
die über
einen geeigneten Antrieb verschwenkbar sind. Die Gelenkstangen sind
an den beiden Seite des Laufwagens zweckmäßigerweise derart beabstandet
angeordnet, dass sie bei einer Werkzeugwechselstellung seitlich
der Arbeitsspindel angeordnet sind, so dass es bei der Einschwenkbewegung
des Trägers
zu keinen Kollisionen mit der Arbeitsspindel kommen kann.
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Zum
Aufnehmen, Einsetzen oder Ablegen der Werkstücke kann an der Transportvorrichtung
bei Bedarf eine weitere Bewegungsachse vorgesehen sein.
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Weitere
Besonderheiten und Vorzüge
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
Werkzeugmaschine mit mehreren vertikalen Bearbeitungsstationen und
einer Transporteinrichtung in einer schematischen Vorderansicht
und
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2 ein
Maschinengestell der in 1 dargestellten Werkzeugmaschine
mit der Transporteinrichtung in einer schematischen Seitenansicht.
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In 1 ist
eine Werkzeugmaschine 1 mit zwei nebeneinander liegenden
Bearbeitungsstationen 1a und 1b zur Vertikalbearbeitung
wellenförmiger
Werkstücke 2 und
einer Transportvorrichtung 3 zum Transport der Werkstücke 2 von
einer Werkstückzuführungsstation 4 zu
den Bearbeitungsstationen 1a bzw. 1b und einer
Werkstückablagestation 5 gezeigt.
Die Werkstückzuführungsstation 4 und
die Werkstückablagestation 5 sind
auf den beiden Seiten der Werkzeugmaschine 1 angeordnet.
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Die
Werkzeugmaschine 1 enthält
ein in 2 in einer Seitenansicht dargestelltes formsteifes Maschinengestell,
das ein breiteres unteres Gestellteil 6 und ein von diesem
in Art einer Wand nach oben ragendes schmaleres oberes Gestellteil 7 mit
einer vertikalen vorderen Wandfläche 8 aufweist.
Von der vorderen Wandfläche 8,
dem nach vorne vorstehenden Bereich des unteren Gestellteils 6 und
einem auf der Oberseite des oberen Gestellteils 7 angeordneten
und nach vorne vorstehenden Querträger 9 wird ein Arbeitsraum 10 begrenzt,
der nach vorne durch eine als Schiebetür oder dgl. ausgeführte vordere
Arbeitsraumabdeckung 11 abgeschlossen ist. Die als Schiebetür ausgeführte vordere
Arbeitsraumabdeckung 11 ist zwischen einer am vorderen
Ende des unteren Gestellteils 6 befestigten unteren Führungsschiene 12 und
einer an vorderen Ende des Querträgers 9 angeordneten
oberen Führungsschiene 13 verschiebbar
geführt.
Auch zur Seite wird der Arbeitsraum 10 durch in 1 dargestellte
seitliche Abdeckungen 14 in Form von Schiebetüren o. ä. abgetrennt.
An der Rückseite
des Maschinengestells ist ein Schalt- oder Steuerschrank 15 befestigt.
Das Maschinengestell ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Monoblock-Bauweise
z. B. aus Polymerharzbeton hergestellt. Ein derartiges Maschinengestell
zeichnet sich durch hervorragende Dämpfungseigenschaften, gutes
Wärmeverhalten
und hohe Formstabilität
aus. Das Maschinengestell kann aber auch als Stahlgussteil oder
als Schweißkonstruktion ausgeführt sein.
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Wie
aus 1 hervorgeht, sind an der vorderen Wandfläche 8 des
wandförmigen
oberen Gestellteils 7 zwei voneinander seitlich beabstandete, vertikale
Arbeitsspindeln 16 mit jeweils einem zugehörigen Reitstock 17 angeordnet.
Bei der gezeigten Ausführungsform
sind die beiden Arbeitsspindeln 16 an der Oberseite der
Wandfläche 8 angeordnet
und sind als ortsfeste Motorspindeln ausgeführt. Sie weisen ein geeignetes
Spannfutter 18 zum automatischen Spannen der Werkstücke 2 auf.
Die bei der dargestellten Ausführung
an der Unterseite der Wandfläche 8 angeordneten
Reitstöcke 17 mit
den zugehörigen
Reitstockspitzen 19 sind über vertikale Führungsschienen 20 an
der Wandfläche 8 vertikal verschiebbar
geführt.
Die Arbeitsspindeln 16 können aber in entsprechender
Weise auch an der Unterseite und die Reitstöcke 17 an der Oberseite
der Wandflä che 8 angeordnet
sein. An den vertikalen Führungsschienen 20 sind
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ferner Lünetten 21 zur
Abstützung
der Werkstücke 2 angebracht.
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An
der vorderen Wandfläche 8 sind
außerdem
drei als Sternrevolver ausgeführte
Werkzeugträger 22 über je einen
Kreuzschlitten vertikal und horizontal verfahrbar angeordnet. Die
Werkzeugträger 22 können aber
auch als Vierkantrevolver, Scheibenrevolver o. ä. ausgebildet sein. Die drei
Kreuzschlitten sind derart angeordnet, dass sich auf den beiden Seiten
der Arbeitsspindeln 16 jeweils ein Werkzeugträger 22 befindet.
Die Kreuzschlitten bestehen aus jeweils einem über vertikale Führungsschienen 23 an der
Wandfläche 8 in
Längsrichtung
der Werkstücke 2 verschiebbar
geführten
und motorisch verfahrbaren Vertikalschlitten 24 sowie einem
motorisch verfahrbaren Horizontalschlitten 25, der über horizontale Führungsschienen 26 an
der Vorderseite des Vertikalschlittens 24 quer zur Längsrichtung
der Werkstücke 2 verschiebbar
geführt
ist.
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Die
Transportvorrichtung 3 enthält einen Laufwagen 27,
der innerhalb des Arbeitsraumes 10 an dessen Oberseite
zwischen den Arbeitsspindeln 16 und der vorderen Arbeitsraumabdeckung 11 parallel
zur vorderen Wandfläche 8 in
einer Horizontalachse 28 (1) motorisch
verfahrbar angeordnet ist. Der Laufwagen 27 ist hierzu über Führungsschienen 29 und
entsprechende Führungsschuhe 30 an der
Unterseite des Querträgers 9 verfahrbar
geführt. Der
Querträger 9 mit
den Führungsschienen 29 ragt gegenüber den
oberen und unteren Gestellteilen 6 und 7 an beiden
Seiten aus dem Arbeitsraum 10 seitlich vor, so dass der
Laufwagen 27 auch über
die Werkstückzuführungsstation 4 und
die Werkstückablagestation 5 verfahren
werden kann. An dem Laufwagen 27 ist eine quer zu dessen
Verfahrrichtung bewegliche Greiferanordnung 31 mit einem
um eine Horizontalachse 32 drehbaren Werkstückgreifer 33 angeordnet.
Bei der gezeigten Ausführung
ist der Werkstückgreifer 33 durch
einen Stellmotor 34 um die Horizontalachse 32 drehbar.
Der Stellmotor 34 mit dem Werkstückgreifer 33 ist über eine
Halterung 35 mittels einer Führungsstange 36 vertikal
beweglich und durch eine über
einem Motor 37 drehangetriebene Antriebsspindel 38 in
der Höhe
verfahrbar an einem Träger 39 geführt. Der
Träger 39 ist
zur Bewegung in Richtung der Arbeitsspindel 16 bzw. von
dieser weg über
eine Art Parallelkurbelgetriebe 40 mit vier parallel beweglichen
Gelenkstangen 41 verschwenkbar an dem Laufwagen 27 angelenkt.
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Durch
geeigneten Antrieb der Gelenkstangen 41 kann der Träger 39 mit
dem daran angeordneten Werkstückgreifer 33 zum
Einwechseln und Auswechseln eines Werkstücks an der Arbeitsspindel 16 zu
dieser hin oder von dieser wegbewegt werden. Der Träger 39 kann
aber auch über
einen quer zum Laufwagen 27 verfahrbaren Schlitten oder
dgl. an dem Laufwagen 27 angeordnet sein. Der Werkstückgreifer 33 ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Einfachgreifer ausgeführt.
Ggf. kann der Werkstückgreifer 33 auch
als Doppelgreifer ausgeführt
und der Stellmotor 34 auch noch um die Führungsstange 36 drehbar
ausgeführt
sein.
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Für die zum
Kreuzschlitten und zum Revolverkopf führenden elektrischen Leitungen,
Hydraulik-, Kühlmittel-,
Druckluft- oder sonstigen Steuer- und
Versorgungsleitungen ist eine in 2 dargestellte
Energieführungseinrichtung
vorgesehen. Diese umfaßt
einen z. B. in Form einer Lanze ausgeführten starren Führungskanal 42,
der mit seinem unteren Ende auf dem Vertikalschlitten 24 befestigt
und mit diesem in Vertikalrichtung verfahrbar ist. Dieser Führungskanal 42 verläuft entlang
der vorderen Wandfläche 8 nach
oben und steht auch in der untersten Stellung des Vertikalschlittens 24 über das obere
Ende des wandförmigen
oberen Gestellteils 7 nach oben vor. Der Führungskanal 42 ist
hinter einer oberen Abdeckung 43 angeordnet, durch welche
die Führungsschienen
vor den bei der Bearbeitung anfallenden Spänen, Kühlschmierstoffen und dgl. geschützt werden.
Bei der gezeigten Ausführung
besteht die Abdeckung 43 aus einem auf dem Vertikalschlitten 24 angeordneten
und mit diesem vertikal beweglichen festen Abdeckblech, das in unmittelbarer Nähe der Führungsschienen 23 angeordnet
ist. Dadurch sind die in dem Führungskanal 42 angeordneten
Steuer- und Versorgungsleitungen ohne Einschränkung des Arbeitsbereichs vollständig verdeckt und
optimal geschützt.
An dem oberen Ende des Führungskanals 42 ist
eine über
das obere Gestellsteil 7 nach hinten verlaufene Brücke 44 vorgesehen. Zwischen
der Brücke 44 und
dem an der Hinterseite angeordneten Steuerschrank 15 verläuft eine
Energieführungs-
bzw. Schleppkette 45, die in einem Zwischenraum 46 zwischen
einer hinteren Wandfläche 47 des
oberen Gestellteils 7 und der Rückseite 48 des Steuerschranks 15 untergebracht
ist.
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An
der Unterseite des Kreuzschlittens ist ferner ein zwischen dem Vertikalschlitten 24 und
dem Horizontalschlitten 25 angeordneter flexibler Führungskanal 49 für die zwischen
dem Vertikalschlitten 24 und dem Horizontalschlitten 25 verlaufenden Steuer-
und Versorgungsleitungen vorgesehen. Dieser Führungskanal 49 ist
hinter einer unteren Abdeckung 50 angeordnet, die bei der
gezeigten Ausführung
in An eines Rolladens ausgebildet ist. Die obere und untere Abdeckung 43 bzw. 50 können aber
ebenso aus gegeneinander verschiebbaren starren Elementen bestehen
oder als Faltenbalg- bzw. Lamellenabdeckung und dgl. ausgeführt sein.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine kann ein automatischer
Werkzeugwechsel an einer der beiden vertikalen Arbeitsspin deln 16 mit
Hilfe der gemeinsamen Transporteinrichtung 3 besonders
schnell und einfach selbst dann erfolgen, wenn das Werkstück in der
anderen Arbeitsspindel noch bearbeitet wird. Die Transporteinrichtung 3 kann
ohne Beeinträchtigung
der Bearbeitung in eine Werkstückwechselstellung
vor der Arbeitsspindel 16 verfahren und dort für einen
Werkzeugwechsel bereitstehen. Über
eine entsprechende Schwenk- oder Verfahrbewegung des Trägers 39 mit dem
Werkzeuggreifer 33 kann dann ein fertig bearbeitetes Werkstück 2 an
der Arbeitsspindel 16 entnommen und zu der Ablagestation 5 transportiert werden.
Anschließend
kann dann ein neues Werkstück
aus der Werkstückzuführungsstation 4 entnommen
und zu der Arbeitsspindel 16 transportiert werden.