DE112016001314T5

DE112016001314T5 - Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE112016001314T5
Application number: DE112016001314.0T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Mori; Yuhei MEZAWA; Shigeyuki Takashima; Makoto Fujishima; Shigetsugu Sakai
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-12-28
Also published as: CN107427972B; US20180065208A1; US11260474B2; JP2016175153A; JP5937249B1; CN107427972A; WO2016152475A1

Abstract

Eine Bearbeitungsmaschine (100) ermöglicht subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück. Die Bearbeitungsmaschine (100) enthält einen ersten Spindelstock (111) und einen zweiten Spindelstock (116), die in einem Bearbeitungsbereich (200) angeordnet und zum Halten eines Werkstücks ausgeführt sind, eine Werkzeugspindel (121) sowie einen unteren Werkzeugträger (131), die in dem Bearbeitungsbereich (200) angeordnet und zum Halten eines Werkzeugs ausgeführt sind, das für subtraktive Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, einen Kopf (61) für additive Bearbeitung, der so ausgeführt ist, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück ein Material ausstößt, eine Werkstück-Greifeinrichtung (51), die so ausgeführt ist, dass sie das Werkstück bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich (200) hinein und aus ihm heraus ergreift, sowie einen Roboterarm (31), an dem der Kopf (61) für additive Bearbeitung und die Werkzeug-Greifeinrichtung (51) angebracht werden können. Dementsprechend wird die Bearbeitungsmaschine geschaffen, mit der die Produktivität auf einfache und leichte Weise verbessert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Bearbeitungsmaschinen und insbesondere eine Bearbeitungsmaschine, die subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück ermöglicht.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im Zusammenhang mit herkömmlichen Bearbeitungsmaschinen offenbart beispielsweise die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-314168 eine Vorrichtung zum Laserstrahl-Auftragschweißen für Pumpvorrichtungen, die zum schnellen und präzisen Auftragschweißen ohne Entstehung von Rissen in einem Trägermaterial dient (Patentdokument 1). Die in Patentdokument 1 offenbarte Vorrichtung zum Laserstrahl-Auftragschweißen enthält eine Pulver-Zuführeinrichtung, die ein Metallmaterial (Pulver) mittels Argongas als einem Trägergas zuführt, eine Vortex-Pulver-Zuführdüse, die das zugeführte Metallmaterial gleichmäßig mit dem Argongas mischt und gleichzeitig ein Gasgemisch aus Argon und Stickstoff als ein Schutzgas verwendet, sowie einen Mehrachs-Roboter, der die Vortex-Pulver-Zuführdüse bewegt.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-206137 offenbart eine Reparaturvorrichtung, die dazu dient, Auftragschweißen ohne menschliche Arbeitskraft auf einfache Weise durchzuführen (Patentdokument 2). Die in Patentdokument 2 offenbarte Reparaturvorrichtung enthält eine Materialzuführ-Einheit, eine Laservorrichtung, die einen Laser-Punktstrahl emittiert, sowie einen Schweißroboter mit einem Arm mit mehreren Gelenken zum Bewegen des Laser-Punktstrahls in dreidimensionalen Richtungen.
LISTE DER ANFÜHRUNGEN
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-314168
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-206137

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Additive Bearbeitung ist ein Prozess, bei dem eine dreidimensionale Form geschaffen wird, indem Materialien auf einem Werkstück abgeschieden werden. Im Unterschied dazu ist subtraktive Bearbeitung ein Prozess, bei dem eine dreidimensionale Form aus einem Werkstück geschaffen wird, indem Materialien von dem Werkstück entfernt werden. Die Masse des Werkstücks hat nach additiver Bearbeitung zugenommen, während die Masse des Werkstücks nach subtraktiver Bearbeitung abgenommen hat. Die additiven und subtraktiven Herstellungsprozesse werden so kombiniert, dass die jeweiligen Vorteile dieser Prozesse genutzt werden, um die abschließende Form des Werkstücks herzustellen.
Für additive Bearbeitung und subtraktive Bearbeitung werden jedoch separate Werkzeuge eingesetzt, und daher bei dem Prozess für ein Werkstück eine bestimmte Zeit zum wechselseitigen Umstellen zwischen additiver Bearbeitung und subtraktive Bearbeitung erforderlich. Um die Gesamtzeit vom Beginn bis zum Ende des Prozesses für das Werkstück zu verkürzen und die Produktivität der Bearbeitungsmaschine zu verbessern, muss die Zeit verkürzt werden, die zum Umstellen des Prozesses benötigt wird. Gleichzeitig müssen Mittel geschaffen werden, mit denen sich die Produktivität einer derartigen Bearbeitungsmaschine auf einfache und leichte Weise bei minimaler Hinzufügung neuer Einrichtungen verbessern lässt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die oben aufgeführten Probleme zu lösen und eine Bearbeitungsmaschine zu schaffen, deren Produktivität auf einfache und leichte Weise verbessert wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Bearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück. Die Bearbeitungsmaschine enthält einen Werkstückhalter, der in einem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkstücks ausgeführt ist, einen Werkzeughalter, der in dem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkzeugs ausgeführt ist, das für subtraktive Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, einen Kopf für additive Bearbeitung, der so ausgeführt ist, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück ein Material ausstößt, eine Werkstück-Greifeinrichtung, die so ausgeführt ist, dass sie das Werkstück bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus ergreift, sowie einen Roboterarm, an dem der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkzeug-Greifeinrichtung angebracht werden können.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Bearbeitungsmaschine geschaffen werden, mit der die Produktivität auf einfache und leichte Weise verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht, die eine Bearbeitungsmaschine in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Perspektivansicht, die Werkstücke, eine Werkstück-Greifeinrichtung und einen Kopf für additive Bearbeitung zeigt, die an einem Stocker in der Bearbeitungsmaschine in 1 gelagert werden.
3 ist eine Perspektivansicht, die einen Roboterarm der Bearbeitungsmaschine in 1 zeigt.
4 ist eine Perspektivansicht, die das Innere eines Bearbeitungsbereiches bei additiver Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine in 1 zeigt.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereiches, der in 4 von einer Strich-Zweipunkt-Linie V umschlossen ist.
6 ist eine Perspektivansicht, die ein erstes Einsatzbeispiel für Verwendung des Roboterarms in 3 zeigt.
7 ist eine Perspektivansicht, die ein zweites Einsatzbeispiel für Verwendung des Roboterarms in 3 zeigt.
8 ist eine Perspektivansicht, die eine Abwandlung des Kopfes für additive Bearbeitung in 2 zeigt.
9 ist eine schematische Darstellung, die eine Form eines Werkstücks zeigt, die mittels additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung verändert wird.
10 ist eine Darstellung, die schematisch einen ersten Schritt eines Bearbeitungsverfahrens in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Darstellung, die schematisch einen zweiten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Darstellung, die schematisch einen dritten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Darstellung, die schematisch einen vierten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Darstellung, die schematisch einen fünften Schritt Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Darstellung, die schematisch einen sechsten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine Darstellung, die schematisch einen siebten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Darstellung, die schematisch einen achten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Darstellung, die schematisch einen neunten Schritt des Bearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, werden die gleichen oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Vorderansicht, die eine Bearbeitungsmaschine in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 ist ein Verkleidungsgehäuse, das das äußere Erscheinungsbild der Bearbeitungsmaschine bestimmt, so dargestellt, als ob es transparent wäre, so dass das Innere der Bearbeitungsmaschine sichtbar ist.
Bearbeitungsmaschine 100, die in 1 dargestellt ist, ist eine hybride AM/SM-Bearbeitungsmaschine, die additive Bearbeitung (additive manufacturing – AM) eines Werkstücks und subtraktive Bearbeitung (subtractive manufacturing – SM) eines Werkstücks durchführen kann. Bearbeitungsmaschine 100 weist als SM-Funktionen eine Dreh-Funktion, die mittels eines stationären Werkzeugs ausgeführt wird, und eine Fräs-Funktion auf, die mittels eines rotierenden Werkzeugs ausgeführt wird.
Zunächst wird der Gesamtaufbau von Bearbeitungsmaschine 100 beschrieben. Bearbeitungsmaschine 100 enthält ein Bett 141, einen ersten Spindelstock 111, einen zweiten Spindelstock 116, eine Werkzeugspindel 121 sowie einen unteren Werkzeugträger 131.
Bett 141 ist ein Sockelelement, das den ersten Spindelstock 111, den zweiten Spindelstock 116, Werkzeugspindel 121 sowie den unteren Werkzeugträger 131 trägt und auf einer Installationsfläche in einem Werk oder dergleichen installiert ist.
Der erste Spindelstock 111 und der zweite Spindelstock 116 sind einander in der Richtung der z-Achse zugewandt, die sich horizontal erstreckt. Der erste Spindelstock 111 und der zweite Spindelstock 116 weisen eine Spindel 112 bzw. eine Spindel 117 auf, mit denen ein Werkstück bei einem Dreh-Prozess gedreht wird, der mittels eines stationären Werkzeugs durchgeführt wird. Spindel 112 kann sich um eine Mittelachse 201 herum drehen, die parallel zu der z-Achse verläuft. Spindel 117 kann sich um eine Mittelachse 202 herum drehen, die parallel zu der z-Achse verläuft. Spindel 112 und Spindel 117 sind jeweils mit einem Spannmechanismus versehen, mit dem ein Werkstück lösbar gehalten wird.
Werkzeugspindel (oberer Werkzeugträger) 121 veranlasst ein rotierendes Werkzeug, sich bei einem Fräs-Prozess zu drehen, der mit dem rotierenden Werkzeug durchgeführt wird. Werkzeugspindel 121 kann sich um eine Mittelachse 203 herum drehen, die parallel zu einer x-Achse verläuft, die sich vertikal erstreckt. Werkzeugspindel 121 ist mit einem Klemmmechanismus versehen, mit dem das rotierende Werkzeug lösbar gehalten wird.
Werkzeugspindel 121 ist über eine Säule oder dergleichen (nicht dargestellt) oberhalb von Bett 141 gelagert. Werkzeugspindel 121 kann mit verschiedenen Vorschubmechanismen, Führungsmechanismen, einem Servomotor und dergleichen, die/der sich an der Säule oder dergleichen befinden/befindet, in der Richtung der x-Achse, der Richtung einer y-Achse, die horizontal und im rechten Winkel zu der Richtung der z-Achse verläuft, sowie der Richtung der z-Achse bewegt werden. Die Position der spanenden Bearbeitung mit dem an Werkzeugspindel 121 angebrachten rotierenden Werkzeug bewegt sich dreidimensional. Des Weiteren kann Werkzeugspindel 121 um eine Mittelachse herum gedreht werden, die parallel zu der y-Achse verläuft.
Eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung zum automatischen Wechseln eines an Werkzeugspindel 121 angebrachten Werkzeugs sowie ein Werkzeugmagazin, in dem an Werkzeugspindel 121 anzubringende Austauschwerkzeuge aufbewahrt sind, sind, obwohl in 1 nicht dargestellt, um den ersten Spindelstock 111 herum vorhanden.
An dem unteren Werkzeugträger 131 ist eine Vielzahl stationärer Werkzeuge zum Drehen angebracht. Der untere Werkzeugträger 131 hat die Form eines sogenannten Revolvers, und eine Vielzahl stationärer Werkzeuge ist radial an dem unteren Werkzeugträger 131 angebracht. Der untere Werkzeugträger 131 dient zum drehenden Weiterschalten.
Das heißt, der untere Werkzeugträger 131 enthält eine Dreh-Einheit 132. Dreh-Einheit 132 kann um eine Mittelachse 204 herum gedreht werden, die parallel zu der z-Achse verläuft. An Positionen (in der vorliegenden Ausführungsform zehn Positionen), die in Abständen in der Umfangsrichtung auf Mittelachse 204 zentriert angeordnet sind, sind Werkzeughalter zum Halten stationärer Werkzeuge angebracht. Dreh-Einheit 132 dreht sich um Mittelachse 204 herum, um so die von den Werkzeughaltern gehaltenen stationären Werkzeuge in Umfangsrichtung zu bewegen, und ein zum Drehen eingesetztes stationäres Werkzeug wird weitergeschaltet.
Der untere Werkzeugträger 131 ist über einen Sattel oder dergleichen (nicht dargestellt) oberhalb von Bett 141 gelagert. Der untere Werkzeugträger 131 kann mit verschiedenen Vorschubmechanismen, Führungsmechanismen, einem Servomotor und dergleichen, die/der sich an dem Sattel oder dergleichen befinden/befindet, in der Richtung der x-Achse und der Richtung der z-Achse bewegt werden.
Bearbeitungsmaschine 100 enthält des Weiteren eine Seitenverkleidung 142. Seitenverkleidung 142 ist dem ersten Spindelstock 111 in Bezug auf den zweiten Spindelstock 116 gegenüberliegend angeordnet. Seitenverkleidung 142 trennt einen Bearbeitungsbereich 201 und einen Außenbereich 205 voneinander. In Bearbeitungsbereich 200 sind der erste Spindelstock 111, der zweite Spindelstock 116, Werkzeugspindel 121 sowie der untere Werkzeugträger 131 angeordnet. Seitenverkleidung 142 ist mit einem Verschluss 143 versehen, der geöffnet/geschlossen werden kann.
2 ist eine Perspektivansicht, die Werkstücke, eine Werkstück-Greifeinrichtung und einen Kopf für additive Bearbeitung zeigt, die an einer Zwischenlagerungseinrichtung, einem sogenannten Stocker, in der Bearbeitungsmaschine in 1 gelagert werden. Bearbeitungsmaschine 100 enthält, wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 zu sehen ist, des Weiteren einen Stocker 156, eine Werkstück-Greifeinrichtung 51 sowie einen Kopf 61 für additive Bearbeitung.
Stocker 156 ist in Außenbereich 205 angeordnet. Stocker 156 hat die Form eines Tischs, auf dem Werkstück 41, Werkstück-Greifeinrichtung 51 und Kopf 61 für additive Bearbeitung gelagert werden können. Stocker 156 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann jede beliebige Einrichtung sein, an der Werkstücke 41, Werkstück-Greifeinrichtung 51 sowie Kopf 61 für additive Bearbeitung gelagert werden können. Stocker 156 kann beispielsweise ein Wagen mit Rädern oder ein Regal sein.
Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergreift ein Werkstück, wenn das Werkstück zwischen Bearbeitungsbereich 200 und Außenbereich 205 transportiert wird. Die in 2 dargestellte Werkstück-Greifeinrichtung 51 ist eine Greifeinrichtung mit einem Arm, die jeweils ein Werkstück ergreifen kann. Kopf 61 für additive Bearbeitung führt additive Bearbeitung durch, indem er Materialpulver auf ein Werkstück zu ausstößt und einen Laserstrahl auf das Werkstück zu emittiert (directed energy deposition – DED).
Bearbeitungsmaschine 100 enthält des Weiteren einen Roboterarm 31, an dem Kopf 61 für additive Bearbeitung und Werkstück-Greifeinrichtung 51 angebracht werden können. In der vorliegenden Ausführungsform sind Kopf 61 für additive Bearbeitung und Werkstück-Greifeinrichtung 51 so ausgeführt, dass sie abnehmbar an Roboterarm 31 angebracht werden.
Im Folgenden wird ein Aufbau von Werkstück-Greifeinrichtung 51 im Einzelnen beschrieben. Werkstück-Greifeinrichtung 51 enthält ein Paar Greiffinger 52, einen Trägerteil 53 sowie einen Kopplungsteil 54.
Kopplungsteil 54 dient, wie weiter unten beschrieben, als ein Kopplungsmechanismus zum Verbinden von Werkstück-Greifeinrichtung 51 mit einem Kopplungsteil 36 von Roboterarm 31. Kopplungsteil 54 ist an Trägerteil 53 angebracht. Werkstück-Greifeinrichtung 51 ist so ausgeführt, dass sie über Kopplungsteil 54 abnehmbar an Roboterarm 31 angebracht ist.
An Trägerteil 53 ist ein Paar Greiffinger 52 angebracht. Die paarigen Greiffinger 52 sind Kopplungsteil 54 in Bezug auf Trägerteil 53 gegenüberliegend angeordnet. Die Greiffinger 52 des Paars sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, und werden aufeinander zu bewegt, um Werkstück 41 zu ergreifen. Trägerteil 53 trägt die paarigen Greiffinger 52 so, dass die Finger aufeinander zu und voneinander weg verschoben werden können.
Im Folgenden wird ein Aufbau von Kopf 61 für additive Bearbeitung im Einzelnen beschrieben. Kopf 61 für additive Bearbeitung enthält einen Hauptkörper 62, einen Laserstrahl-Emissionsteil 65, einen Kopplungsteil 63 sowie einen Verbindungsteil 64.
Kopplungsteil 63 dient als ein Kopplungsmechanismus, der, wie weiter unten beschrieben, Kopf 61 für additive Bearbeitung mit Kopplungsteil 36 von Roboterarm 31 verbindet. Kopplungsteil 63 ist an Hauptkörper 62 angebracht. Kopf 61 für additive Bearbeitung (Hauptkörper 62) ist so ausgeführt, dass er über Kopplungsteil 63 abnehmbar an Roboterarm 31 angebracht ist.
Hauptkörper 62 hat eine L-förmig gebogene Form. An Hauptkörper 62 sind Laserstrahl-Emissionsteil 65 und Verbindungsteil 64 angebracht. Laserstrahl-Emissionsteil 65 ist an einem Ende des L-förmigen Hauptkörpers 62 angebracht, und Verbindungsteil 64 ist an seinem anderen Ende angebracht. Hauptkörper 63 nimmt Elemente, wie beispielsweise Kollimationslinse und Reflexionsspiegel, auf, mit denen ein Laserstrahl von Verbindungsteil 64 auf Laserstrahl-Emissionsteil 65 zu gerichtet wird. In Laserstrahl-Emissionsteil 65 ist eine Öffnung 66 ausgebildet, und der Laserstrahl sowie Materialpulver treten über Öffnung 66 aus. Laserstrahl-Emissionsteil 65 nimmt ein optisches Element 68 auf. Das optische Element 68 ist ein Element (wie beispielsweise eine Kondensorlinse und ein Spiegel), mit dem ein Laserstrahl auf ein Werkstück gebündelt wird und ein mit Laserstrahl bestrahlter Bereich auf dem Werkstück erzeugt wird. Öffnung 66 hat eine Öffnungsform, die es einem von dem optischen Element 68 auf ein Werkstück zu gerichteten Laserstrahl ermöglicht, durch sie hindurchzutreten.
Bearbeitungsmaschine 100 enthält, wie in 1 gezeigt, des Weiteren eine Materialpulver-Zuführeinrichtung 70, einen Laser-Oszillator 76 sowie ein Röhrenelement 73. Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 und Laser-Oszillator 76 sind in Außenbereich 25 angeordnet. Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 enthält einen Materialpulver-Behälter 72 zum Aufbewahren von Materialpulver, das für additive Bearbeitung eingesetzt wird, sowie eine Misch-Einheit 71 zum Mischen des Materialpulvers mit Trägergas. Laser-Oszillator 76 erzeugt einen Laserstrahl, der zum additiven Bearbeiten eingesetzt wird. Röhrenelement 73 nimmt eine Lichtleitfaser, mit der der Laserstrahl von Laser-Oszillator 76 auf Kopf 61 für additive Bearbeitung zu geleitet wird, sowie ein Rohr auf, mit dem das von Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 zugeführte Materialpulver auf Kopf 61 für additive Bearbeitung zu geleitet wird.
Röhrenelement 73 führt von Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 und Laser-Oszillator 76 zu Kopf 61 für additive Bearbeitung, und sein Ende ist mit Verbindungsteil 64 von Kopf 61 für additive Bearbeitung verbunden. Das Materialpulver von Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 und der Laserstrahl von Laser-Oszillator 76 werden über Röhrenelement 73 in Kopf 61 für additive Bearbeitung eingeleitet. Eine Röhre zum Zuführen von Luft führt von einer Luftquelle zu Roboterarm 31 (nicht dargestellt).
Mit Bearbeitungsmaschine 100 durchzuführende additive Bearbeitung ist nicht auf das oben erwähnte DED-Verfahren beschränkt, und es kann sich beispielsweise um Extrusion von Material, bei der ein geschmolzener thermoplastischer Kunststoff auf ein Werkstück aufgebracht wird, um eine dreidimensionale Form zu erzeugen, oder um das Pulverbett-Verfahren (powder bed fusion) handeln, bei dem Wärme eingesetzt wird, um das Pulverbett um eine Oberfläche des Pulverbetts herum zum Schmelzen zu bringen und erhärten zu lassen und so eine Schicht auszubilden.
3 ist eine Perspektivansicht, die einen Roboterarm der Bearbeitungsmaschine in 1 zeigt. Ein Aufbau von Roboterarm 31 wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 im Einzelnen beschrieben. Roboterarm 31 enthält einen Bewegungsmechanismus 21, einen Träger 32, einen Arm 33 und einen Kopplungsteil 36.
Bewegungsmechanismus 21 ist so ausgeführt, dass er zwischen Bearbeitungsbereich 200 und Außenbereich 205 bewegt werden kann. Bewegungsmechanismus 21 veranlasst Roboterarm 31 sich zwischen einer Position 31A im Inneren des Bearbeitungsbereiches und einer Position 31B außerhalb des Bearbeitungsbereiches zu bewegen. Roboterarm 31 wird über den geöffneten Verschluss 143 zwischen Position 31A innerhalb des Bearbeitungsbereiches und Position 31B außerhalb des Bearbeitungsbereiches bewegt.
Bewegungsmechanismus 21 schließt einen Mechanismus ein, mit dem Roboterarm 31 linear hin- und herbewegt wird, und dieser Mechanismus schließt ein Trägerelement 23, eine Linearführung 22, einen Zahnstangentrieb 25, einen Servomotor (nicht dargestellt) sowie eine Stützsäule 24 ein.
Trägerelement 23 besteht aus einem Plattenmaterial, an dem Träger 32 und der Servomotor angebracht sind. Linearführung 22 und Zahnstangentrieb 25 werden durch Stützsäule 24 in einer bestimmten Höhe über einer Fläche positioniert, auf der Bearbeitungsmaschine 100 installiert ist. Linearführung 22 dient als ein Führungsmechanismus, mit dem Trägerelement 23 in der Richtung parallel zu der z-Achse geführt wird. Zahnstangentrieb 25 wandelt von dem Servomotor ausgegebene Drehung in lineare Bewegung um, so dass Trägerelement 23 in der Richtung der z-Achse bewegt wird.
Träger 32 wird von Bewegungsmechanismus 21 getragen. Träger 32 hat eine Form, die von Bewegungsmechanismus 21 in der vertikalen Richtung nach unten vorsteht. Arm 33 ist mit Träger 32 so gekoppelt, dass Arm 33 um eine Schwenkachse 211 herum geschwenkt werden kann. In 3 erstreckt sich Schwenkachse 211 in der Richtung parallel zu der y-Achse. Kopplungsteil 36 ist an dem vorderen Ende von Arm 33 angeordnet.
Arm 33 ist so ausgebildet, dass er sich in Form eines Arms von Träger 32 auf Kopplungsteil 36 zu erstreckt. Das eine und das andere Ende von Arm 33 sind mit Träger 32 bzw. Kopplungsteil 36 versehen. Arm 33 ist so ausgebildet, dass er sich in Form eines Arms in einer Ebene im rechten Winkel zu Schwenkachse 211 erstreckt. Arm 33 wird, wie in 3 mit einem Pfeil 221 dargestellt, an Schwenkachse 211 als einem Drehpunkt geschwenkt. Wenn Arm 33 geschwenkt wird, wird die Position von Kopplungsteil 36 in einer Ebene im rechten Winkel zu Schwenkachse 211 geändert.
Kopplungsteil 36 dient als ein Kopplungsmechanismus zum Verbinden von Roboterarm 31 mit Kopplungsteil 54 von Werkzeug-Greifeinrichtung 51 und Kopplungsteil 63 von Kopf 61 für additive Bearbeitung, die oben erwähnt sind.
Arm 33 besteht aus einer ersten beweglichen Einheit 33L, einer zweiten beweglichen Einheit 33M und einer dritten beweglichen Einheit 33N.
Die erste bewegliche Einheit 33L ist mit Träger 32 so gekoppelt, dass sie um Schwenkachse 211 (erste Schwenkachse) herum geschwenkt werden kann. Die erste bewegliche Einheit 33L ist so ausgebildet, dass sie sich in Form eines Arms in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 211 von Träger 32 aus erstreckt. Die erste bewegliche Einheit 33L wird, wie in 3 mit einem Pfeil 221 dargestellt, an Schwenkachse 211 als einem Drehpunkt geschwenkt.
Die zweite bewegliche Einheit 33M ist mit der ersten beweglichen Einheit 33L so gekoppelt, dass sie um eine Schwenkachse 212 (zweite Schwenkachse) herum geschwenkt werden kann. Schwenkachse 212 erstreckt sich in der Richtung parallel zu Schwenkachse 211. Die zweite bewegliche Einheit 33M ist mit dem Ende der ersten beweglichen Einheit 33L gekoppelt, das sich in Form eines Arms von Träger 32 aus erstreckt. Die zweite bewegliche Einheit 33M erstreckt sich von der ersten beweglichen Einheit 33L in Form eines Arms in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 212. Die zweite bewegliche Einheit 33M wird, wie mit einem Pfeil 222 in 3 dargestellt, an Schwenkachse 212 als einem Drehpunkt geschwenkt.
Die dritte bewegliche Einheit 33N ist mit der zweiten beweglichen Einheit 33M so gekoppelt, dass sie um eine Schwenkachse 213 (dritte Schwenkachse) herum geschwenkt werden kann. Schwenkachse 213 erstreckt sich in der Richtung parallel zu Schwenkachse 211 und Schwenkachse 212. Die dritte bewegliche Einheit 33N ist mit dem Ende der zweiten beweglichen Einheit 33M gekoppelt, das sich in Form eines Arms von der ersten beweglichen Einheit 33L aus erstreckt. Die dritte bewegliche Einheit 33N erstreckt sich von der zweiten beweglichen Einheit 33M in Form eines Arms in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 213. Die dritte bewegliche Einheit 33N wird, wie in 3 mit einem Pfeil 223 dargestellt, an Schwenkachse 213 als einem Drehpunkt geschwenkt.
Träger 32 kann, wie mit einem Pfeil 224 in 3 dargestellt, um eine Drehachse 214 (erste Drehachse) herum gedreht werden. Drehachse 214 erstreckt sich in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 211. Drehachse 214 erstreckt sich in der vertikalen Richtung.
Die zweite bewegliche Einheit 33M erstreckt sich in Form eines Arms in der axialen Richtung einer Drehachse 215 (zweite Drehachse). Die zweite bewegliche Einheit 33M kann, wie mit einem Pfeil 225 in 3 dargestellt, um Drehachse 215 herum gedreht werden. Drehachse 215 erstreckt sich in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 212. Die dritte bewegliche Einheit 33N erstreckt sich in Form eines Arms in der axialen Richtung von Drehachse 216 (dritte Drehachse) aus. Die dritte bewegliche Einheit 33N kann, wie mit einem Pfeil 226 in 3 dargestellt, um Drehachse 216 herum gedreht werden. Drehachse 216 erstreckt sich in der Richtung im rechten Winkel zu Schwenkachse 213.
Roboterarm 31 ist damit so ausgeführt, dass sechs Achsen (die Schwenkachsen 211 bis 213 sowie die Drehachsen 214 bis 216) unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Obwohl Roboterarm 31, der in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird, ein Roboterarm ist, dessen sechs Achsen gesteuert werden können, kann der Roboterarm jeder beliebige Roboterarm sein, bei dem mehrere Achsen in einer anderen Anzahl als sechs gesteuert werden können. Des Weiteren ist es, obwohl Roboterarm 31 in der vorliegenden Ausführungsform einen Linearbewegungsmechanismus (Bewegungsmechanismus 21) aufweist, möglich, dass der Roboterarm nicht über einen derartigen Linearbewegungsmechanismus verfügt oder so ausgeführt ist, dass er lediglich Linearbewegungsmechanismen für mehrere Achsen (üblicherweise drei Achsen) hat.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 zu sehen ist, wenn ein Werkstück zwischen Bearbeitungsbereich 200 und Außenbereich 205 transportiert wird, Werkstück-Greifeinrichtung 51 an Roboterarm 31 angebracht. Im Folgenden wird beispielsweise davon ausgegangen, dass ein an Stocker 156 gelagertes Werkstück 41 von Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein transportiert wird, um es an dem ersten Spindelstock 111 anzubringen.
Zunächst wird Roboterarm 31 aktiviert und veranlasst, dass die an Stocker 156 gelagerte Werkstück-Greifeinrichtung 51 an Roboterarm 31 angebracht wird. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass das an Stocker 156 gelagerte Werkstück 41 mit Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergriffen wird.
Dann wird Roboterarm 31 von Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein bewegt, so dass Werkstück 41 in Bearbeitungsbereich 200 eintreten kann. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass sich das ergriffene Werkstück 41 Spindel 112 des ersten Spindelstocks 111 nähert. Nachdem Werkstück 41 an eine vorgegebene Position in Bezug auf Spindel 112 gebracht worden ist, wird Werkstück 41 an Spindel 112 gespannt gehalten. Wenn Werkstück 41 festgespannt ist, wird Werkstück 41 von Werkstück-Greifeinrichtung 51 freigegeben. Abschließend wird Roboterarm 31 aus Bearbeitungsbereich 200 in Außenbereich 205 abgezogen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist Kopf 61 für additive Bearbeitung an Roboterarm 31 angebracht, wenn additive Bearbeitung an einem Werkstück durchgeführt wird. Im Folgenden wird beispielsweise davon ausgegangen, dass additive Bearbeitung an Werkstück 41 durchgeführt wird, das an dem ersten Spindelstock 111 angebracht ist.
4 ist eine Perspektivansicht, die das Innere eines Bearbeitungsbereiches bei additiver Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine in 1 zeigt. Roboterarm 31 wird, wie unter Bezugnahme auf 1, 2 und 4 zu sehen ist, zunächst aktiviert, um zu veranlassen, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung, der an Stocker 156 gelagert ist, an Roboterarm 31 angebracht wird.
Dann wird Roboterarm 31 von Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein bewegt, um zu ermöglichen, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung in Bearbeitungsbereich 200 eintritt. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass sich Kopf 61 für additive Bearbeitung Werkstück 41 nähert, das an dem ersten Spindelstock 111 angebracht ist.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereiches, der in 4 von einer Strich-Zweipunkt-Linie V umschlossen ist. Betätigung von Roboterarm 31 und/oder Drehung von Spindel 112 veranlasst, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung Werkstück 41 überstreicht, wobei Öffnung 66 der Oberfläche von Werkstück 41 zugewandt ist. Dabei treten ein Laserstrahl 311, Materialpulver 312 sowie Schutz-und-Träger-Gas 311 über Öffnung 66 von Kopf 61 für additive Bearbeitung auf Werkstück 41 zu. Dementsprechend wird ein Schmelzbad 314 an der Oberfläche von Werkstück 41 erzeugt, so dass Materialpulver 312 zum Schmelzen gebracht und abgeschieden wird.
Das heißt, eine Plattierungsschicht 316 wird an der Oberfläche von Werkstück 41 ausgebildet. Auf Plattierungsschicht 116 wird ein Plattierungsmaterial 15 aufgebracht. Plattierungsmaterial 315 wird zu einer an der Oberfläche von Werkstück 41 ausgebildeten Schicht abgekühlt, die bearbeitet werden kann. Anstelle von Laserstrahl 311 kann ein Elektronenstrahl eingesetzt werden. Als das Materialpulver kann Metallpulver aus Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung oder dergleichen eingesetzt werden, oder es kann Keramikpulver eingesetzt werden.
Nachdem additive Bearbeitung abgeschlossen ist, wird Roboterarm 31 aus Bearbeitungsbereich 200 in Außenbereich 205 abgezogen.
Eine hybride AM/SM-Bearbeitungsmaschine, die additive Bearbeitung und subtraktive Bearbeitung für ein Werkstück ermöglicht, kann, wie unter Bezugnahme auf 1 bis 5 zu sehen ist, mittels einer Anordnung implementiert werden, bei der Kopf 61 für additive Bearbeitung an Werkzeugspindel 121 angebracht wird, um additive Bearbeitung durchzuführen. Eine derartige Anordnung macht es jedoch erforderlich, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung an Werkzeugspindel 121 angebracht wird, wenn additive Bearbeitung durchgeführt wird, und macht es erforderlich, dass ein rotierendes Werkzeug an Werkzeugspindel 121 angebracht wird, wenn subtraktive Bearbeitung durchgeführt wird. Dementsprechend dauert Umstellung eines Prozesses zum Bearbeiten von Werkstücken zwischen additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung lang.
Im Unterschied dazu ermöglicht Herstellungsmaschine 100 in der vorliegenden Ausführungsform Anbringung von Kopf 61 für additive Bearbeitung an Roboterarm 31 zum Durchführen von additiver Bearbeitung an einem Werkstück. Die Bearbeitungsmaschine kann daher sofort von additiver Bearbeitung zu subtraktiver Bearbeitung wechseln. Dabei dient Roboterarm 31, der zum Transportieren des Werkstücks installiert ist, zum Anbringen von Kopf 61 für additive Bearbeitung, und daher kann die Umstellzeit, die zum Wechseln zwischen additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung erforderlich ist, auf einfache und leichte Weise verkürzt werden.
Obwohl oben in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform die Strukturen von Roboterarm 31 beschrieben sind, von denen Kopf 61 und Werkstück-Greifeinrichtung 51 selektiv angebracht werden, kann Roboterarm 31 einen Aufbau haben, der es ermöglicht, dass sowohl Kopf 61 für additive Bearbeitung als auch Werkstück-Greifeinrichtung 51 an Roboterarm 31 angebracht werden. In diesem Fall ist es möglich, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung und Werkstück-Greifeinrichtung 51 nicht abnehmbar an Roboterarm 31 angebracht werden.
6 ist eine Perspektivansicht, die ein erstes Einsatzbeispiel für Verwendung des Roboterarms in 3 zeigt. Eine Saugdüse 81, mit der Reste von Materialpulver aufgesammelt werden, die aufgrund additiver Bearbeitung in Bearbeitungsbereich 200 entstehen, kann an Roboterarm 31 angebracht werden.
Saugdüse 81 schließt einen Schlauch 82 und einen Kopplungsteil 83 ein. Schlauch 82 ist mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt) verbunden, die bewirkt, dass ein Unterdruck erzeugt wird. Kopplungsteil 83 dient als ein Kopplungsmechanismus, der Saugdüse 81 mit Kopplungsteil 36 von Roboterarm 31 verbindet.
7 ist eine Perspektivansicht, die ein zweites Einsatzbeispiel bei Verwendung des Roboterarms in 3 zeigt. Materialpulver-Behälter 72 von Materialpulver-Zuführeinrichtung 70 erstreckt sich von Misch-Einheit 71 nach oben und hat eine Röhrenform mit einer Öffnung an seinem Ende. Materialpulver-Behälter 72 ist so ausgeführt, dass er über seine Öffnung mit Materialpulver nachgefüllt wird.
Werkstück-Greifeinrichtung 51, die an Roboterarm 31 angebracht ist, kann eingesetzt werden, um Materialpulver-Behälter 72 mit Materialpulver aufzufüllen. Das heißt, ein Behältnis 86, das Materialpulver enthält, wird mit der an Roboterarm 31 angebrachten Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergriffen. Roboterarm 31 wird aktiviert und füllt Materialpulver-Behälter 72 mit Materialpulver aus Behältnis 86 nach.
8 ist eine Perspektivansicht, die eine Abwandlung des Kopfes für additive Bearbeitung in 2 zeigt. In der vorliegenden Abwandlung ist, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, Laserstrahl-Emissionsteil 65 so ausgeführt, dass er abnehmbar an Hauptkörper 62 angebracht ist. An Stocker 156 (siehe 1) sind mehrere Laserstrahl-Emissionsteile 68 unterschiedlicher Typen gelagert. Je nach dem Typ des optischen Elementes 68 variiert die Form des mit Laserstrahl bestrahlten Bereiches an einem Werkstück (z. B. Kreisform oder rechteckige Form) und/oder variiert die Größe (z. B. φ2 mm oder φ4 mm). Roboterarm 31, an dem Kopf 61 für additive Bearbeitung angebracht ist, wird aktiviert und bringt an Hauptkörper 62 einen Laserstrahl-Emissionsteil 65 an, der ein optisches Element 68 enthält, das für die durchzuführende additive Bearbeitung geeignet ist.
Der oben beschriebene Aufbau von Bearbeitungsmaschine 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden zusammengefasst. Bearbeitungsmaschine 100 in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück. Bearbeitungsmaschine 100 enthält den ersten Spindelstock 111 und den zweiten Spindelstock 116, die in Bearbeitungsbereich 200 angeordnet sind und als ein Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks dienen, Werkzeugspindel 121 und den unteren Werkzeugträger 131, die in Bearbeitungsbereich 200 angeordnet sind und als ein Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs dienen, das für subtraktive Bearbeitung für ein Werkstück eingesetzt wird, Kopf 61 für additive Bearbeitung, mit dem Material ausgestoßen wird, wenn additive Bearbeitung an einem Werkstück durchgeführt wird, Werkstück-Greifeinrichtung 51, mit der ein Werkstück ergriffen wird, wenn das Werkstück in Bearbeitungsbereich 200 hinein oder aus ihm heraus transportiert wird, sowie Roboterarm 31, an dem Kopf 61 für additive Bearbeitung und Werkstück-Greifeinrichtung 51 angebracht werden können.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht Verkürzung der bei dem Bearbeitungsprozess für ein Werkstück erforderlichen Zeit zum Wechseln zwischen additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung sowie Verbesserung der Produktivität auf einfache und leichte Weise.
Obwohl sich die oben stehende Beschreibung auf eine hybride AM/SM-Bearbeitungsmaschine bezieht, deren Konfiguration auf einer multifunktionalen Bearbeitungsmaschine basiert, die sowohl eine Dreh-Funktion als auch eine Fräs-Funktion aufweist, ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. Das heißt, die Konfiguration einer hybriden AM/SM-Bearbeitungsmaschine kann auf einer Drehbank basieren, die eine Dreh-Funktion aufweist, oder auf einem Bearbeitungszentrum, das eine Fräs-Funktion aufweist. Wenn die Konfiguration der hybriden AM/SM-Bearbeitungsmaschine auf dem Bearbeitungszentrum basiert, wird ein Tisch als ein Werkstückhalter eingesetzt, mit dem ein Werkstück in einem Bearbeitungsbereich gehalten wird.
Zweite Ausführungsform
In Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden ein Beispiel für ein Bearbeitungsverfahren zum Durchführen additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung an einem Werkstück unter Verwendung von Bearbeitungsmaschine 100 in der ersten Ausführungsform beschrieben.
9 ist eine schematische Darstellung, die eine Form eines Werkstücks zeigt, die mittels additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung verändert wird. Zunächst wird, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, ein Trägermaterial 42 gefertigt. Trägermaterial 42 hat eine Scheibenform. Anschließend wird additive Bearbeitung durchgeführt, um ein Zwischenerzeugnis 46 herzustellen, das aus Trägermaterial 42 und einem Plattierungsabschnitt 43 besteht, der an einer Endfläche von Trägermaterial 42 ausgebildet ist. Plattierungsabschnitt 43 hat eine zylindrische Form. Anschließend wird subtraktive Bearbeitung durchgeführt, um einen Gewindeabschnitt 44 an der Außenumfangsfläche von Plattierungsabschnitt 43 auszubilden. Abschließend wird Trägermaterial 42 von Plattierungsabschnitt 43 getrennt, um ein Enderzeugnis 47 herzustellen, das einen daran ausgebildeten Gewindeabschnitt 44 enthält.
10 bis 18 sind schematische Darstellungen, die jeweils einen Schritt eines Verfahrens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
In Bearbeitungsbereich 200 wird, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, Trägermaterial 42 an dem ersten Spindelstock 111 angebracht. In Außenbereich 205 sind ein in einem vorhergehenden Schritt gefertigtes Zwischenerzeugnis 46A, eine Werkstück-Greifeinrichtung 51 sowie ein Kopf 61 für additive Bearbeitung an Stocker 156 gelagert. In der vorliegenden Ausführungsform ist Werkstück-Greifeinrichtung 51 eine Doppelarm-Greifeinrichtung, die in der Lage ist, gleichzeitig zwei Werkstücke zu ergreifen, und enthält ein Paar Greiffinger 52P sowie ein Paar Greiffinger 52Q.
Zunächst wird Roboterarm 31 aktiviert und veranlasst, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung, der an Stocker 156 gelagert ist, an Roboterarm 31 angebracht wird.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, aus Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass sich Kopf 61 für additive Bearbeitung dem an dem ersten Spindelstock 111 angebrachten Trägermaterial 42 nähert. Mittels Kopf 61 für additive Bearbeitung wird Plattierungsabschnitt 43 an einer Endfläche von Trägermaterial 42 ausgebildet. Dementsprechend wird ein Zwischenerzeugnis 46B hergestellt.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 12 zu sehen ist, aus Bearbeitungsbereich 200 heraus in Außenbereich 205 bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert, lagert Kopf 61 für additive Bearbeitung an Stocker 156 und veranlasst, dass anstelle von Kopf 61 für additive Bearbeitung die an Stocker 156 gelagerte Werkzeug-Greifeinrichtung 51 an Roboterarm 31 angebracht wird.
Wie unter Bezugnahme auf 13 zu sehen ist, wird Roboterarm 31 dann aktiviert und veranlasst, dass Zwischenerzeugnis 46A mit den Greiffingern 52P von Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergriffen wird.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 14 zu sehen ist, aus Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass sich Werkstück-Greifeinrichtung 51 den an dem ersten Spindelstock 111 angebrachten Zwischenerzeugnis 46B nähert, und veranlasst, dass Zwischenerzeugnis 46B mit den Greiffingern 52Q von Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergriffen wird. Die Greiffinger 52P und die Greiffinger 52Q werden gedreht, um bezüglich des an dem ersten Spindelstock 100 angebrachten Werkstücks zwischen dem Zwischenerzeugnis 46B und dem Zwischenerzeugnis 46A zu wechseln.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 15 zu sehen ist, aus Bearbeitungsbereich 200 heraus in Außenbereich 205 bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass Zwischenerzeugnis 46B an Stocker 156 gelagert wird. Zwischenerzeugnis 46B, dessen Temperatur sich durch die oben unter Bezugnahme auf 11 beschriebene additive Bearbeitung erhöht hat, wird an Stocker 156 bis zum nächsten Schritt des Wechselns des Werkstücks, wie er oben unter Bezugnahme auf 14 beschrieben ist, abgekühlt. Roboterarm 31 wird an einer Position vor Verschluss 143 (der in 16 gezeigten Position) im Bereitschaftszustand gehalten.
In Bearbeitungsbereich 200 wird, nachdem Roboterarm in Außenbereich 205 abgezogen worden ist und Verschluss 143 geschlossen worden ist, subtraktive Bearbeitung zum Ausbilden von Gewindeabschnitt 44 in Plattierungsabschnitt 43 von Zwischenerzeugnis 46A begonnen. In der vorliegenden Ausführungsform wird Kopf 31 für additive Bearbeitung an Roboterarm 31 angebracht, um additive Bearbeitung an dem Werkstück durchzuführen. Daher ist es möglich, den unteren Werkzeugträger 131 oder Werkzeugspindel 121 im Bereitschaftszustand zu halten, in dem ein Werkzeug für subtraktive Bearbeitung an dem unteren Werkzeugträger 131 oder Werkzeugspindel 121 angebracht ist, und damit die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um zwischen additiver Bearbeitung und subtraktiver Bearbeitung zu wechseln.
Der erste Spindelstock 111 und der zweite Spindelstock 116 werden, wie unter Bezugnahme auf 16 zu sehen ist, veranlasst, sich einander zu nähern, wobei gleichzeitig die Drehungen von Spindel 112 und Spindel 117 miteinander synchronisiert werden. Ein Ende von Plattierungsabschnitt 43 von Zwischenerzeugnis 46A wird mittels Spannen an Spindel 117 gehalten. Die einander gegenüberliegenden Enden von Zwischenerzeugnis 46A werden mit dem ersten Spindelstock 111 und dem zweiten Spindelstock 116 gehalten, und in diesem Zustand wird subtraktive Bearbeitung (abspanende Bearbeitung) zum Trennen von Trägermaterial 42 von Plattierungsabschnitt 43 durchgeführt. Dementsprechend verbleibt Trägermaterial 42 an dem ersten Spindelstock 111, und ein Enderzeugnis 47 verbleibt an dem zweiten Spindelstock 116.
Bei subtraktiver Bearbeitung füllt Schneidöl die Atmosphäre in Bearbeitungsbereich 200. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich Kopf 61 für additive Bearbeitung bei subtraktiver Bearbeitung in Außenbereich 205, und daher kann verhindert werden, dass Kopf 61 für additive Bearbeitung, der optische Elemente aufweist, dem Schneidöl ausgesetzt wird. Selbst bei Störung von Steuerung von Roboterarm 31, an dem Kopf 61 für additive Bearbeitung angebracht ist, kann verhindert werden, dass die Störung Bearbeitungsbereich 200 beeinflusst.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 17 zu sehen ist, von Außenbereich 205 in Bearbeitungsbereich 200 hinein bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst, dass sich Werkstück-Greifeinrichtung 51 dem an dem zweiten Spindelstock 116 angebrachten Enderzeugnis 47 nähert, und veranlasst, dass Enderzeugnis 47 mit Werkstück-Greifeinrichtung 51 ergriffen wird.
Roboterarm 31 wird dann, wie unter Bezugnahme auf 18 zu sehen ist, aus dem Bearbeitungsbereich 200 heraus in Außenbereich 205 bewegt. Roboterarm 31 wird aktiviert und lagert Enderzeugnis 47 an Stocker 156. Roboterarm 31 wird aktiviert und veranlasst Lagerung von Werkstück-Greifeinrichtung 51 an Stocker 156. Dementsprechend kehrt der Prozess zu dem oben unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Schritt zurück.
Mit Bearbeitungsmaschine 100 und dem Bearbeitungsverfahren in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die oben beschriebenen charakteristischen Eigenschaften aufweisen, können ebenfalls die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Effekte erzielt werden.
Eine Bearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück. Die Bearbeitungsmaschine enthält einen Werkstückhalter, der in einem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkstücks ausgeführt ist, einen Werkzeughalter, der in dem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkzeugs ausgeführt ist, das für subtraktive Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, einen Kopf für additive Bearbeitung, der so ausgeführt ist, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück ein Material ausstößt, eine Werkstück-Greifeinrichtung, die so ausgeführt ist, dass sie das Werkstück bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus ergreift, sowie einen Roboterarm, an dem der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkzeug-Greifeinrichtung angebracht werden können.
Mit der so ausgeführten Bearbeitungsmaschine können der Kopf für additive Bearbeitung, der bei additiver Bearbeitung für ein Werkstück ein Material ausstößt, sowie die Werkstück-Greifeinrichtung, die das Werkstück bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus ergreift, an dem Roboterarm angebracht werden. Dieser Roboterarm ermöglicht Verbesserung der Produktivität der Bearbeitungsmaschine auf einfache und leichte Weise.
Vorzugsweise sind der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkstück-Greifeinrichtung so ausgeführt, dass sie abnehmbar an dem Roboterarm angebracht werden. Der Kopf für additive Bearbeitung ist so ausgeführt, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück an dem Roboterarm angebracht wird. Die Werkstück-Greifeinrichtung ist so ausgeführt, dass sie bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus an dem Roboterarm angebracht wird.
Bei der so ausgeführten Bearbeitungsmaschine wird in Abhängigkeit davon, ob ein Werkstück zu transportieren ist oder additive Bearbeitung durchzuführen ist, der Kopf für additive Bearbeitung oder die Werkstück-Greifeinrichtung an dem Roboterarm angebracht, wodurch die Größe des Roboterarms verringert werden kann.
Vorzugsweise enthält die Bearbeitungsmaschine des Weiteren einen Stocker, der außerhalb des Bearbeitungsbereiches angeordnet ist und an dem der Kopf für additive Bearbeitung gelagert werden kann.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine ermöglicht es, den Kopf für additive Bearbeitung aus dem Bearbeitungsbereich abzuziehen, wenn subtraktive Bearbeitung durchgeführt werden soll.
Vorzugsweise ist der Kopf für additive Bearbeitung so ausgeführt, dass er additive Bearbeitung durchführt, indem er Materialpulver auf das Werkstück zu ausstößt und einen Laserstrahl auf das Werkstück zu emittiert. Der Kopf für additive Bearbeitung enthält einen Hauptkörper, der zum Anbringen an dem Roboterarm ausgeführt ist, sowie einen Laserstrahl-Emissionsteil, der so ausgeführt ist, dass er abnehmbar an dem Hauptkörper angebracht ist, um einen Laserstrahl zu emittieren und einen mit Laserstrahl bestrahlten Bereich an dem Werkstück auszubilden. Der Stocker ist so ausgeführt, dass eine Vielzahl der Laserstrahl-Emissionsteile daran gelagert wird, die sich hinsichtlich des auszubildenden mit Laserstrahl bestrahlten Bereichs voneinander unterscheiden.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine ermöglicht es, in Abhängigkeit von dem Typ an einem Werkstück durchzuführender additiver Bearbeitung einen geeigneten Laserstrahl-Emissionsteil an dem Roboterarm anzubringen.
Vorzugsweise enthält die Bearbeitungsmaschine des Weiteren eine Saugdüse, die so ausgeführt ist, dass sie mit einer Unterdruckquelle verbunden wird, die so ausgeführt ist, dass sie Erzeugung eines Unterdrucks bewirkt, wobei die Saugdüse an dem Roboterarm angebracht werden kann.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine ermöglicht des Reste und dergleichen, die in dem Bearbeitungsbereich erzeugt werden, bei additiver Bearbeitung durch Aktivieren des Roboterarms anzusaugen, an dem die Saugdüse angebracht ist.
Vorzugsweise enthält der Roboterarm einen Bewegungsmechanismus, der so ausgeführt ist, dass er in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus bewegt werden kann, einen Träger, der von dem Bewegungsmechanismus getragen wird, sowie einen Arm, der schwenkbar mit dem Träger gekoppelt ist, wobei der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkstück-Greifeinrichtung an dem Arm angebracht werden können.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine ermöglicht Verbesserung des Freiheitsgrades, wenn der Kopf für additive Bearbeitung veranlasst wird, sich bei additiver Bearbeitung einem Werkstück zu nähern.
Vorzugsweise ist der Werkstückhalter ein Spindelstock, der so ausgeführt ist, dass er das Werkstück dreht, oder ein Tisch, an dem das Werkstück befestigt wird.
Die so ausgeführte Bearbeitungsmaschine ermöglicht Transport eines Werkstücks zwischen dem Spindelstock oder dem Tisch in dem Bearbeitungsbereich und der Außenseite des Bearbeitungsbereiches mittels der an dem Roboterarm angebrachten Werkstück-Greifeinrichtung.
Vorzugsweise ist der Werkzeughalter ein Werkzeugträger, an dem ein Werkzeug befestigt wird, oder eine Werkzeugspindel, die zum Drehen eines Werkzeugs ausgeführt ist.
Bei der so ausgeführten Bearbeitungsmaschine ermöglicht es die Bearbeitungsmaschine, die den Werkzeugträger oder die Werkzeugspindel enthält, beliebige der oben beschriebenen Effekte zu erzielen.
Es sollte klar sein, dass die hier offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht der Darstellung und nicht der Einschränkung dienen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll durch die Patentansprüche und nicht durch die obenstehende Beschreibung definiert werden und schließt alle Abwandlungen und Veränderungen ein, die hinsichtlich Bedeutung und Schutzumfang äquivalent zu den Patentansprüchen sind.
INDUSTRIELLE EINSATZMÖGLICHKEITEN
Die vorliegende Erfindung wird hauptsächlich bei hybriden AM/SM-Bearbeitungsmaschinen eingesetzt, die additive Bearbeitung und subtraktive Bearbeitung für ein Werkstück ermöglichen.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

21 Bewegungsmechanismus; 22 Linearführung; 23 Trägerelement; 24 Stützsäule; 25 Zahnstangentrieb; 31 Roboterarm; 31A Position im Inneren des Bearbeitungsbereiches; 31B Position außerhalb des Bearbeitungsbereiches; 32 Träger; 33 Arm; 33L erste bewegliche Einheit; 33M zweite bewegliche Einheit; 33N dritte bewegliche Einheit; 36, 54, 63, 83 Kopplungsteil; 41 Werkstück; 42 Trägermaterial; 43 Plattierungsabschnitt; 44 Gewindeabschnitt; 46, 46A, 46B, Zwischenerzeugnis; 47, Enderzeugnis; 51 Werkstück-Greifeinrichtung; 52, 52P, 52Q Greiffinger; 53 Trägerteil; 61 Kopf für additive Bearbeitung; 62 Hauptkörper; 64 Verbindungsteil; 65 Laserstrahl-Emissionsteil; 66 Öffnung; 68 optisches Element; 70 Materialpulver-Zuführeinrichtung; 71 Misch-Einheit; 72 Materialpulver-Behälter; 73 Röhrenelement; 76 Laser-Oszillator; 81 Saugdüse; 82 Schlauch; 86 Behältnis; 100 Bearbeitungsmaschine; 111 erster Spindelstock; 112, 117 Spindel; 116 zweiter Spindelstock; 121 Werkzeugspindel; 131 unterer Werkzeugträger; 132 Dreh-Einheit; 141; 142 Seitenverkleidung; 143 Verschluss; 146 Stocker; 200 Bearbeitungsbereich; 201, 202, 203, 204 Mittelachse; 205 Außenbereich; 211, 212, 213 Schwenkachse; 214, 215, 216 Drehachse; 311 Laserstrahl; 312 Materialpulver; 313 Gas; 314 Schmelzbad; 315 Plattierungsmaterial; 316 Plattierungsschicht

Claims

Bearbeitungsmaschine, die subtraktive Bearbeitung und additive Bearbeitung für ein Werkstück ermöglicht, wobei die Bearbeitungsmaschine umfasst: einen Werkstückhalter, der in einem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkstücks ausgeführt ist; einen Werkzeughalter, der in dem Bearbeitungsbereich angeordnet und zum Halten eines Werkzeugs ausgeführt ist, das für subtraktive Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird; einen Kopf für additive Bearbeitung, der so ausgeführt ist, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück ein Material ausstößt; eine Werkstück-Greifeinrichtung, die so ausgeführt ist, dass sie das Werkstück bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus ergreift; sowie einen Roboterarm, an dem der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkzeug-Greifeinrichtung angebracht werden können.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, wobei der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkstück-Greifeinrichtung so ausgeführt sind, dass sie abnehmbar an dem Roboterarm angebracht werden, der Kopf für additive Bearbeitung so ausgeführt ist, dass er bei additiver Bearbeitung für das Werkstück an dem Roboterarm angebracht wird, und die Werkstück-Greifeinrichtung so ausgeführt ist, dass sie bei Transport des Werkstücks in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus an dem Roboterarm angebracht wird.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren einen Stocker umfasst, der außerhalb des Bearbeitungsbereiches angeordnet ist und an dem der Kopf für additive Bearbeitung gelagert werden kann.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3, wobei der Kopf für additive Bearbeitung so ausgeführt ist, dass er additive Bearbeitung durchführt, indem er Materialpulver auf das Werkstück zu ausstößt und einen Laserstrahl auf das Werkstück zu emittiert, der Kopf für additive Bearbeitung enthält: einen Hauptkörper, der zum Anbringen an dem Roboterarm ausgeführt ist; sowie einen Laserstrahl-Emissionsteil, der so ausgeführt ist, dass er abnehmbar an dem Hauptkörper angebracht ist, um einen Laserstrahl zu emittieren und einen mit Laserstrahl bestrahlten Bereich an dem Werkstück auszubilden, und der Stocker so ausgeführt ist, dass eine Vielzahl der Laserstrahl-Emissionsteile daran gelagert werden, die sich hinsichtlich des auszubildenden mit Laserstrahl bestrahlten Bereichs voneinander unterscheiden.
Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren eine Saugdüse umfasst, die so ausgeführt ist, dass sie mit einer Unterdruckquelle verbunden wird, die so ausgeführt ist, dass sie Erzeugung eines Unterdrucks bewirkt, wobei die Saugdüse an dem Roboterarm angebracht werden kann.
Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Roboterarm enthält: einen Bewegungsmechanismus, der so ausgeführt ist, dass er in den Bearbeitungsbereich hinein und aus ihm heraus bewegt werden kann; einen Träger, der von dem Bewegungsmechanismus getragen wird; sowie einen Arm, der schwenkbar mit dem Träger gekoppelt ist, wobei der Kopf für additive Bearbeitung und die Werkstück-Greifeinrichtung an dem Arm angebracht werden können.
Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Werkstückhalter ein Spindelstock, der so ausgeführt ist, dass er das Werkstück dreht, oder ein Tisch ist, an dem das Werkstück befestigt wird.
Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Werkzeughalter ein Werkzeugträger, an dem ein Werkzeug befestigt wird, oder eine Werkzeugspindel ist, die zum Drehen eines Werkzeugs ausgeführt ist.