DE19503482C2 - Werkzeugmaschine mit einem Ständer, an dem zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander verfahrbar sind - Google Patents
Werkzeugmaschine mit einem Ständer, an dem zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander verfahrbar sindInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine
mit einem Ständer nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Auf derartigen Werkzeugmaschinen erfolgt die Bohr- und/oder
Fräsbearbeitung von Werkstücken, mit mindestens zwei
Spindelstöcken.
Bekannt sind Werkzeugmaschinen, bei denen der Spindel
stock die Werkzeuge unmittelbar aus einem feststehenden
oder beweglichen Werkzeugmagazin entnimmt oder dort
ablegt. Bei solchen Werkzeugmaschinen muß der Spindel
stock nach Beendigung eines Bearbeitungsvorganges an
das Werkzeugmagazin herangeführt werden. Dort erfolgte
der Werkzeugwechsel und anschließend wird der Spindel
stock wieder an das Werkstück zugestellt. Hierbei er
fordert ein Werkzeugwechsel eine erhebliche Zeit, die
nicht nur durch die Bewegungsvorgänge bestimmt wird,
die der Spindelstock ausführen muß, sondern auch durch
Zeitverluste, die mit dem Abbremsen und Beschleunigen
der Arbeitsspindel verbunden sind. Während des gesamten
Werkzeugwechsels steht die Werkzeugmaschine nicht für
Bearbeitungsvorgänge zur Verfügung.
Bei Werkzeugmaschinen, die zahlreiche Arbeitsspindeln in
Revolver-Anordnung enthalten, nimmt das Wegführen der
einen Arbeitsspindel und das Heranführen der anderen
Arbeitsspindel an das Werkstück einschließlich der Kop
pel- und Beschleunigungsvorgänge erhebliche Zeit in
Anspruch. Zudem kann zwar während des Einsatzes einer
Arbeitsspindel eine andere Arbeitsspindel mit neuen
Werkzeugen bestückt werden, jedoch ist hierbei der Auf
wand an Arbeitsspindeln sehr groß. Außerdem muß ein
Werkzeugmagazin benutzt werden, das an die Revolver-An
ordnung, die sich in der Arbeitsstellung befindet,
herangeführt wird.
Eine Werkzeugmaschine, von der der Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus JP 59-69242 A
(Patent Abstracts of Japan M-317, August 15, 1984, Vol.
8, No. 177). Diese Werkzeugmaschine weist einen Ständer
auf, an dem zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander in
vertikaler Richtung verfahrbar sind. Über jedem Spindel
stock ist ein eigenes Werkzeugmagazin einschließlich
Werkzeugwechsler angeordnet, das zusammen mit dem Spin
delstock bewegt wird. Die Übergabe der Werkzeuge von
einem Werkzeugmagazin zu dem zugehörigen Spindelstock
erfolgt durch einen Schwenkarm. Der gesamte Ständer der
Werkzeugmaschine ist in Zustellrichtung (zum Werkzeug
hin) verfahrbar. Ein Vorteil dieser Werkzeugmaschine
besteht darin, daß jeweils einer der Spindelstöcke an
dem Werkstück angreifen kann, während an dem anderen
Spindelstock ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden
kann. Damit wird ein erheblicher Zeitvorteil erreicht,
weil die Werkzeugwechselzeit entfällt.
Ferner ist aus dem Patent DD 2 63 725 A1 eine Werkzeug
maschine mit einem einzigen Spindelstock bekannt, der am
Ständer vertikal verfahrbar ist. Außerdem kann der Spin
delstock in seiner Längsrichtung horizontal verfahren
werden, um Werkzeuge mit einem Werkzeugmagazin auszutau
schen. Das Werkzeugmagazin ist vor dem Maschinenständer
angeordnet und trägt verschiedene Werkzeuge an einem
horizontal bewegbaren Schieber, wobei jedes Werkzeug in
eine Übernahmeposition für den Spindelstock gefahren
werden kann. Dabei muß die Führung für das Werkzeugmaga
zin mindestens doppelt so lang sein wie der die Werkzeu
ge tragende Magazinschlitten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug
maschine zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen
sehr schnellen Werkzeugwechsel ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind an dem
Ständer zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander längs
vertikaler Führungen verfahrbar. Zusätzlich ist jeder
Spindelstock in seiner Längsrichtung horizontal ver
fahrbar. Während der eine Spindelstock mit einem Werk
zeug das Werkstück bearbeitet, ist der andere Spindel
stock frei, um an ein Werkzeugmagazin heranzufahren und
das alte Werkzeug abzugeben und ein neues Werkzeug auf
zunehmen. Wenn der die Bearbeitung durchführende Spin
delstock seine Arbeit beendet hat, wird er zurückgezogen
und der Spindelstock mit dem neuen Werkzeug wird an das
Werkstück angesetzt. Auf diese Weise kann nach
Beendigung eines Bearbeitungsschrittes die Werkzeug
wechselzeit auf diejenige Zeit begrenzt werden, die
üblicherweise für das Verfahren von einer Arbeitsposi
tion zur nächsten benötigt wird. Für den Werkzeugwechsel
wird somit keine oder nahezu keine zusätzliche Zeit
benötigt. Er kann in etwa einer Sekunde durchgeführt
werden. Die Werkstückbearbeitung erfolgt durch den al
ternierenden Einsatz der beiden Spindelstöcke, wobei
sich jeweils ein Spindelstock im Einsatz am Werkstück
befindet, während der andere entweder den Werkzeugwech
sel durchführt oder in Wartestellung verharrt.
Das gemeinsame Werkzeugmagazin für beide Spindelstöcke
hat zwei Wechselpositionen, nämlich für jeden Spindel
stock eine. Die einzelnen Werkzeuge werden unter automa
tischer Steuerung des Werkzeugmagazins in die Wechselpo
sition für den jeweiligen Spindelstock gebracht, für den
sie bestimmt sind. Die Spindelstöcke werden hinter das
Werkzeugmagazin gefahren, um durch einfaches Vorfahren
das in der Wechselposition befindliche Werkzeug zu über
nehmen. Daher sind keine Übergabevorrichtungen zwischen
Werkzeugmagazin und Spindelstock erforderlich. Das Werk
zeugmagazin hat eine kurze Baulänge und eine hohe Auf
nahmefähigkeit für Werkzeuge, wobei beide Spindelstöcke
von dem horizontalen Untertrum des Umlaufmagazins be
dient werden und die Wechselpositionen sich in gleicher
Höhe befinden.
Durch die Doppelanordnung der Spindelstöcke wird eine
Entkopplung zwischen dem Bewegungsablauf zur Bearbeitung
(Hauptzeit) und dem Werkzeugwechsel (Nebenzeit) bewirkt.
Die unproduktiven Nebenzeiten werden durch den abwech
selnden Einsatz des jeweils mit dem neuen Werkzeug be
stückten und auf Arbeitsdrehzahl beschleunigten Spindel
kopfes praktisch eliminiert. Durch die Entkopplung kön
nen die mit dem Werkzeugwechsel zusammenhängenden Bewe
gungsabläufe derart gestaltet werden, daß Beschleuni
gungssprünge und Stöße weitgehend vermieden werden,
insbesondere beim Hochlaufen und Abbremsen der Arbeits
spindel eines Spindelstocks, bei Magazin- und Werkzeug
spannbewegungen und bei Axialbewegung des Spindelstocks
zum Werkzeugwechsel. Auf diese Weise wird die Lebens
dauer der mechanischen und elektrischen Komponenten
verlängert.
Die Spindelstöcke können mit unterschiedlichen Lei
stungsdaten ausgerüstet werden, wobei für den jeweils
aktuellen Einsatz derjenige Spindelstock benutzt wird,
der für diesen Bearbeitungsvorgang geeignet ist. So kann
beispielsweise ein Spindelstock für die Leistungszer
spanung mit großen Fräswerkzeugen dimensioniert sein und
der andere für den Einsatz schnelldrehender Bohrwerkzeu
ge.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Werkzeug
maschine bei Ausfall eines Spindelstocks immer noch
einsatzfähig ist, obwohl dann für den Werkzeugwechsel
mehr Zeit benötigt wird. Ferner ist es möglich, unter
gewissen Voraussetzungen zwei Werkstücke gleichzeitig
und parallel zu bearbeiten.
Der Ständer der Werkzeugmaschine ist vorzugsweise ein
Portalständer mit zwei senkrechten Säulen und einem
Querhaupt. Die Führungsbahnen der Spindelstöcke befinden
sich dabei an den einander zugewandten Innenseiten der
Säulen. Alternativ ist es aber auch möglich, einen Stän
der zu verwenden, der aus einer einzigen Säule besteht
und bei dem die Führungsbahnen der Spindelköpfe sich an
den einander abgewandten Außenseiten befinden. Das Werk
zeugmagazin ist an der Vorderseite des Ständers vorge
setzt.
Das Werkzeugmagazin befindet sich vorzugsweise am oberen
Ende des Ständers, kann jedoch auch am unteren Ende
angeordnet sein, beispielsweise im Maschinensockel. Wenn
das Werkzeugmagazin am oberen Ende des Ständers ange
bracht ist, ist es für den Bediener wegen der großen
Höhe schwierig, die Bestückung des Werkzeugmagazins mit
Werkzeugen vorzunehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der Erfindung kann das Werkzeugmagazin um eine
Achse in der Nähe seines einen Endes ver
schwenkt werden, um das andere Ende in eine
Bestückungsposition abzusenken.
Die Werkzeugmaschine hat vorzugsweise einen Werkstück
träger, der quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke
horizontal verfahrbar ist. Eine derartige Werkzeugma
schine bildet ein eigenständiges Bearbeitungszentrum.
Durch Integration des Werkstückträgers in eine Trans
ferstraße kann die Maschine auch als flexible Arbeits
station in verketteten Anlagen eingesetzt werden.
Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise vollständig nume
risch gesteuert, d. h. die gesamten Bewegungsabläufe der
Spindelstöcke, des Werkzeugmagazins und des Werkstück
trägers sind entsprechend einer vorgegebenen Programm
folge gesteuert und miteinander koordiniert, so daß
alle Bewegungen automatisch ausgeführt werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugma
schine, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit
einem Querschnitt durch das Oberteil und das
Werkzeugmagazin und
Fig. 3 eine Teildarstellung von Fig. 1 bei in die Be
stückungsposition heruntergeschwenktem Werk
zeugmagazin.
Die Werkzeugmaschine weist gemäß Fig. 1 einen Ständer
10 auf, der von einem Sockel 11 aufragt. Der Ständer 10
ist ein Portalständer mit zwei voneinander beabstandeten
vertikalen Säulen 12, die durch ein Querhaupt 13 an
den oberen Enden miteinander verbunden sind.
An den einander zugewandten Innenseiten der Säulen 12
befinden sich vertikale Führungen 14 für jeweils einen
vertikal verfahrbaren Schlitten 15. Jeder Schlitten 15
weist eine Horizontalführung auf, längs der ein Spin
delstock 16 bzw. 17 horizontal verfahrbar ist. Der
Spindelstock 16 bzw. 17 enthält die Antriebseinrichtung
für eine Arbeitsspindel 18, die aus seinem vorderen
Ende herausragt und eine Aufnahme für ein Werkzeug auf
weist.
Vor dem Ständer 10 ist auf dem Sockel 11 ein Werkstück
träger 20 angeordnet, der längs einer horizontalen Füh
rung 21 quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke 16 und
17 verfahrbar ist. Diese Bewegungsrichtung des Werk
stückträgers 20 ist die X-Richtung, die vertikale Rich
tung ist die Y-Richtung und die Längsrichtung der Spin
delstöcke 16, 17 ist die Z-Richtung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werk
stückträger 20 ausschließlich in X-Richtung verfahrbar.
Die Bewegungen in Y-Richtung und in Z-Richtung werden
von dem jeweiligen Spindelstock durchgeführt.
Der Werkstückträger 20 kann ausgerüstet sein mit einem
Rundtisch, einer Wendeeinrichtung, einer Palettenspann
einrichtung, einer Palettenwechseleinrichtung u. dgl.
Wichtig ist, daß er das Werkstück in exakt definierter
Form aufnehmen und positionieren kann.
Auf dem Querhaupt 13 befinden sich die Antriebe 22, 23
für die Vertikalbewegungen der Spindelstöcke 16, 17. Die
Spindelstöcke sind unabhängig voneinander in Y-Richtung
und in Z-Richtung einzeln verfahrbar. Während bei
spielsweise der Spindelstock 17 eine Werkstückbearbei
tung vornimmt, kann der Spindelstock 16 in die Über
nahmeposition zum Werkzeugwechsel gefahren werden.
An dem Ständer 10 ist vorgesetzt das Werkzeugmagazin 24
in fester Höhe angeordnet. Das Werkzeugmagazin weist
eine endlose umlaufende Kette auf, an der Werkzeughal
ter 25 befestigt sind. Die Werkzeughalter 25 haben
Greifarme, die jeweils ein Werkzeug 26 festhalten kön
nen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Spindelstock 16 in
eine Übernahmeposition UP hinter dem Werkzeugmagazin 24
hochgefahren werden. Die Übernahmeposition ist die obe
re Endstellung des Spindelstocks 16 in Y-Richtung und
gleichzeitig die rückwärtige Endstellung in Z-Richtung.
In der Übernahmeposition befindet sich die Spindel 18
axial ausgerichtet hinter dem Werkzeug 26, das sich in
der Wechselposition WP im Werkzeugmagazin 24 befindet.
Wird aus der Übernahmeposition UP heraus der Spindel
stock 16 geringfügig in Richtung der Z-Achse vorgescho
ben, so ergreift er das rückwärtige Ende des Werkzeugs
26 mit der Aufnahme der Arbeitsspindel 18. Gleichzeitig
findet in der Arbeitsspindel 18 eine Verriegelung des
Werkzeugs 26 statt. Der Spindelstock 16 kann dann nach
unten bewegt werden und er löst dabei das Werkzeug 26
von dem Werkzeugmagazin 24.
Damit das Werkzeugmagazin 26, das am oberen Ende des
Ständers 10 angeordnet ist, bequem von einer Bedie
nungsperson manuell mit Werkzeugen bestückt werden
kann, ist das Werkzeugmagazin um eine horizontale
Schwenkachse 30 schwenkbar, die in Fig. 1 angedeutet
ist, obwohl sie dort nicht sichtbar ist. Die Schwenk
achse 30 befindet sich in der Nähe des einen Endes des
langgestreckten Werkzeugmagazins. Wenn das Werkzeugma
gazin um die Schwenkachse 30 herum verschwenkt wird,
nimmt es die in Fig. 3 dargestellte Schwenkposition
ein, in der das Ende 24a heruntergeschwenkt ist. Die
Werkzeuge 26 in der Nähe des heruntergeschwenkten Endes
24a sind somit leicht zugänglich. Zum Verschwenken des
Werkzeugmagazins ist auf dem Querhaupt 13 ein Zylinder
31 angeordnet. Im übrigen wird die Kette des Werkzeug
magazins 24 von einem numerisch gesteuerten Antrieb
angetrieben, wobei die einzelnen Werkzeughalter 25 je
weils in die gewünschte Position gefahren werden kön
nen.
Das Werkzeugmagazin 24 ist von einer Haube 32 bedeckt,
die am oberen Ende des Ständers 10 angebracht ist und
die nur nach unten offen ist.
Claims (4)
1. Werkzeugmaschine mit einem Ständer (10), an dem
zwei Spindelstöcke (16, 17) unabhängig voneinander
längs vertikaler Führungen (14) verfahrbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Spindelstock (16, 17) zusätzlich in sei
ner Längsrichtung am Ständer (10) horizontal ver
fahrbar ist, daß an dem Ständer ein für beide
Spindelstöcke gemeinsames Werkzeugmagazin angeord
net ist, das als Umlaufmagazin mit endlos umlau
fender Kette ausgebildet ist, und daß jeder der
Spindelstöcke in eine Übernahmeposition (UP) zur
Aufnahme eines Werkzeugs (26) aus dem Werkzeugma
gazin (24) bewegbar ist, um ein Werkzeug (26) aus
dem Werkzeugmagazin (24) zu übernehmen.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) am oberen
Ende des Ständers (10) in fester Höhe angeordnet
ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) eine
längliche Form aufweist und um eine Schwenkachse
(30) in der Nähe seines einen Ende schwenkbar
ist, um das andere Ende in eine Bestückungsposi
tion abzusenken.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß vor dem Ständer (10) ein
Werkstückträger (20) angeordnet ist, der quer zur
Längsrichtung der Spindelstöcke (16, 17) horizontal
verfahrbar ist.
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