DE19534167C1 - CNC-Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeugrevolver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein CNC-Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeugrevolver zur mechanischen Bearbeitung von symmetrischen und asymmetrischen Werkstücken, wobei das Bearbeitungszentrum mit einer Werkstückaufnahme und einem Werkzeughalter ausgerüstet ist.

Numerisch- oder computergesteuerte Werkzeugmaschinen, als Dreh-, Bohr-, Fräsmaschinen ausgeführt, sind allgemein bekannt.

So weisen beispielsweise computergesteuerte Drehmaschinen in üblicher Weise eine Vielzahl von verschiedenen Werkzeugen auf, die in einem oder mehreren Werkzeugrevolvern magaziniert sind, um verschiedene spanabnehmende Arbeitsvorgänge kurzzeitig hintereinander an einem Werkstück vornehmen zu können. Das Werkstück ist dabei in einem rotierenden Einspannpuffer gehalten, und der Werkzeugrevolver wird auf den jeweils durchzuführenden Arbeitsgang zum Werkstück positioniert.

Da diese Umschalt- und Positionsvorgänge sehr zeitaufwendig sind, wurde bereits vorgeschlagen, so in der DE 37 40 223, daß bei computergesteuerten Drehmaschinen in mindestens einer der Einspannvorrichtungen des Werkzeugrevolvers ein linearer Werkzeug­ halter eingespannt ist, der mit einer Vielzahl von Einzelwerkzeugen bestückt ist.

Diese beschriebene Lösung bezieht sich auf eine Drehmaschine, bei der Einspannvorrichtungen des Werkzeugrevolvers, die üblicherweise zur Aufnahme eines einzigen Werkzeuges vorgesehen sind, mit einem Werkzeughalter bestückt werden, der seinerseits mit einer Vielzahl von Werkzeugen ausgerüstet ist, die für die Bearbeitung eines einzelnen Werkstückes benötigt werden.

Die einzelnen Werkzeuge können dabei durch die Bewegungsmöglichkeiten des Supports in Z- und X-Richtung mit einem Werkzeugrevolver in Arbeitsposition gefahren werden.

Auch diese vorgeschlagene Lösung hält an dem alten Grundprinzip einer sogenannten Revolverdrehmaschine fest, bei der der Werkzeugträger parallel zur Werkstückaufnahme angeordnet ist und der Werkzeugträger ist als Scheibenrevolver mit am Umfang angeordneten Werkzeugen ausgerüstet, die sowohl in Richtung der Arbeitsspindel als auch senkrecht zu dieser mit entsprechenden Werkzeugen für die Außen-, Innen- und Konturenbearbeitung verwendet werden.

Die Vorschubbewegung der Werkzeuge erfolgt in der Regel durch Bettschlitten, die auf dem Drehmaschinengestell geführt werden.

Die Nachteile dieser Werkzeugträgeranordnung liegen darin, daß der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine verhältnismäßig groß dimensioniert werden muß, um eine größere Anzahl von Werkzeugen einsetzen zu können. Der Arbeitsraum muß auch deshalb groß ausgebildet sein, um die Bewegungen eines oder mehrerer vorgesehener Scheibenrevolver kollisionsfrei zueinander realisieren zu können.

Mit dieser vorgeschlagenen Lösung wird dem allgemeinen Trend der Flexibilität in Produktionsbetrieben, sich auf eine schnellstmögliche Umstellung von Arbeitsprogrammen bzw. sich auf kleinere Losgrößen und Bauteile einzustellen, nicht Rechnung getragen und sie sichert auch keine Komplettbearbeitung auf einer Bearbeitungsmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein CNC-Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeugrevolver für die spanabhebende Bearbeitung von symmetrischen und asymmetrischen Werkstücken zu entwickeln, die die Aufnahme einer Vielzahl von Werkzeugen ermöglicht, dabei die Zuordnung von Werkstück zu den Werkzeugen in verschiedenen Ebenen sichert und deren Maschinenvolumen im Verhältnis zur Werkstuckgröße möglichst klein ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde ein CNC-Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeugrevolver geschaffen, welches aus einer, die zu bearbeitenden Werkstücke aufnehmenden Antriebs- und Spanneinheit sowie einem mit Werkzeugen bestückten Werkzeugrevolver besteht. Diese beiden Aggregate, die Antriebs- und Spanneinrichtung sowie der Werkzeugrevolver, sind unter einem bestimmten Winkel zur Senkrechten geneigt in einem Gehäuse angeordnet. Bevorzugterweise sind die Antriebs- und Spanneinrichtungen und der Werkzeugrevolver unter einem Winkel von 30 Grad zur Senkrechten geneigt, im gesamten Maschinensystem angeordnet.

Zueinander sind die Antriebs- und Spannvorrichtung und der Werkzeugrevolver jedoch achsfluchtend gelagert, was bedeutet, daß die senkrechte Achse des Werkzeugrevolvers zur Mittenachse der Antriebs- und Spannvorrichtung im rechten Winkel steht.

Der Werkzeugrevolver selbst ist ringförmig ausgebildet und besitzt in seinem Ring entsprechende Werkzeugaufnahmen, in die verschiedene Werkzeuge, beispielsweise Bohrer, Drehmeißel oder Fräser, eingesetzt, gelagert und angetrieben werden.

Der Werkzeugrevolver stellt ein in sich geschlossenes statisches Gebilde dar, besitzt entsprechende Führungen und ist gleichfalls tragendes Element, welcher drehbar über ein Wälzlager im Maschinengrundkörper, welcher aus einem Mineralguß besteht, gelagert ist.

Der Antrieb des Werkzeugrevolvers in Umfangsrichtung, um die entsprechenden Werkzeuge in ihre Arbeitsposition zu bringen, erfolgt schrittweise über einen im Maschinengrundkörper integrierten Zahnradantrieb. Die Drehbewegung des Werkzeugrevolvers ist dabei schrittartig gestaltet, vorzugsweise in einem Winkel von 15 Grad. Dies bedeutet, daß im Werkzeugrevolver 24 verschiedene Werkzeuge eingesetzt werden können, wobei zwei sich gegenüberliegende Werkzeuge sowohl einzeln als auch gemeinsam angetrieben werden können, um das eingesetzte Werkstück bearbeiten zu können.

Zum Antrieb der in den Werkzeugaufnahmen des Werkzeugrevolvers eingesetzten Werkzeuge besitzt der Werkzeugrevolver zwei Antriebsmodule, die vorzugsweise einander gegenüber und auf gleicher Achse liegend, am Umfang des Außenringes vom Werkzeugrevolver angeordnet sind.

Durch die schrittweise Drehbewegung des Werkzeugrevolvers wird ermöglicht, daß zwei horizontal gegenüberliegende Werkzeuge in ihrer Arbeitsstellung positioniert werden können. In dieser Stellung rasten sie jeweils in ein Vorschub/Antriebsmodul ein, die gleichzeitig antriebsseitig so ausgeführt sind, daß sie die Zustellbewegung der Werkzeuge auf das Werkstück realisieren. Das bedeutet, die Zustellbewegung der in Arbeitsposition gebrachten Werkzeuge erfolgt in der X-Achse, in horizontaler Ebene.

Wie bereits ausgeführt, kann der Werkzeugrevolver mit 24 verschiedenen Werkzeugen zur Normalbearbeitung oder mit 12 × 2 gleichen Werkzeugen zur Synchronbearbeitung ausgerüstet werden, wobei der Werkzeugrevolver gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Haltesystemen für die Werkzeuge ausgerüstet ist, die es ermöglichen, daß eine Innenbearbeitung der Werkstücke erfolgen kann. Zu diesem Zweck sind die Werkzeuge dann parallel zur Spindelachse der Antriebs- und Spanneinrichtung gelagert.

Die Antriebs- und Spanneinrichtung, welche gleichfalls in dem Maschinengrundkörper des Maschinensystems gelagert ist, ist so ausgeführt, daß sie Bewegungen in der Y-Richtung und der Z-Richtung ausführen kann.

Das bedeutet, daß die Verfahrbarkeit der Antriebs- und Spanneinrichtung zum Werkzeugrevolver realisiert und die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in Z-Richtung, in ihrer eigenen Achsrichtung, möglich ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht, daß das Werkstück in der horizontalen als auch in der vertikalen Lage verschoben werden kann, während die Werkzeuge zum Werkstück um 90° versetzt, im rechten Winkel zur Z-Achse, verfahren werden können und somit die Bewegung in der X-Richtung realisieren.

Das neugeschaffene Bearbeitungssystem sichert, daß sowohl Drehteile, also rotationssymmetrische Teile, als auch die Kombination aus beiden, bearbeitet werden können. Da der Werkzeugrevolver auch mit Innenbearbeitungswerkzeugen bestückt werden kann, die auch antreibbar sind, können sehr komplexe, sogar sphärische Werkstücke bearbeitet werden.

Zu den bereits ausgeführten umfangreichen Bearbeitungsmöglichkeiten kommen durch die konstruktive Ausführung und Anordnung von Antriebs- und Spanneinrichtung zum Werkzeugrevolver weitere Vorteile zum Tragen. So verbessert sich das Verhältnis des Werkstückvolumens zum Arbeitsraum zu vergleichbaren CNC-Futterdrehmaschinen bzw. CNC-Fräsmaschinen. Durch die 30°-Neigung des Werkzeugrevolvers wird ein fast freier Spänefall auf den unter dem Arbeitsraum liegenden Späneförderer realisiert und durch die Anwendung bzw. Ausführung des Maschinengrundkörpers in Mineralguß, verfügt das Bearbeitungssystem über hervorragende Dämpfungseinrichtungen.

Dieses neue Prinzip der Zuordnung von Antriebs- und Spanneinrichtung zum Werkzeugrevolver ist auch dahingehend ausbaufähig, daß der Werkzeugrevolver mit weniger Werkzeugen oder auch nur mit einem oder mehr als zwei Antriebsmodulen bestückt wird. Zum anderen sichert und gibt der geneigt und ringförmig ausgeführte Werkzeugrevolver die Möglichkeit, daß in seinem Außenring die Werkzeugaufnahmen zweireihig und parallel ausgeführt sein können, was somit einen zweiten Werkzeugaufnahmering darstellen würde.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt die

Fig. 1 den Grundaufbau des Bearbeitungszentrums in prinziphafter Darstellung

Fig. 2 die Zuordnung von Antriebs- und Spanneinrichtung zum Werkzeugrevolver

Fig. 3 eine Ansicht nach Fig. 2

Fig. 4, 5 symbolhafte Darstellungen von Werkzeugen in ihren Arbeitsstellungen.

Eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen CNC-.Bearbeitungssystems mit einem Werkzeugrevolver ist prinziphaft in der Fig. 1 dargestellt.

Es wird gezeigt, daß alle Bauelemente des gesamten Bearbeitungszentrums in einem Maschinengrundkörper 13 angeordnet sind, wobei die Antriebs- und Spanneinheit 1 und der Werkzeugrevolver 2 geneigt in dem Maschinengrundkörper 13 angeordnet sind. Unmittelbar zueinander sind die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 und der Werkzeugrevolver 2 achsfluchtend im Maschinengrundkörper 13 gelagert. Die Lagerung des Werkzeugrevolvers 2 erfolgt über vorgesehene Wälzlager 7, welche den Werkzeugrevolver 2 umfangsseitig umschließen und somit eine gute Lagerung im Maschinengrundkörper 13 sichern. Der Antrieb des Werkzeugrevolvers 2 erfolgt über einen Zahnantrieb, der in der Fig. 1 nicht näher dargestellt ist.

Die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 ist in der Fig. 1 mit den Bezugszeichen 1 und 5 bezeichnet, wobei der Antrieb unmittelbar über die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 1 erfolgt und die Spannung der zu bearbeitenden Werkstücke 3 geschieht mittels der Spanneinheit 5. In der Gesamtheit sind diese beide Elemente jedoch als Antriebs- und Spanneinrichtung zu betrachten, die, wie auch der Werkzeugrevolver 2, im Maschinengrundkörper 13 gelagert sind, wobei bei der weiteren Verwendung des Begriffes Antriebs- und Spanneinrichtung, diese mit dem Bezugszeichen 1 versehen wird.

Nach außen hin wird der Maschinengrundkörper 13 durch ein Verschlußteil 17 verschlossen, welches vorzugsweise aus einem durchsichtigen Material besteht, damit der Bedienende von außen auch optisch die Bearbeitungsvorgänge überwachen kann.

Unmittelbar zum gesamten Bearbeitungssystem gehören die Elektroschränke 16 und der Späneförderer 15 sowie eine Steuerung, die sich im Bereich des Bedienenden und vor dem Maschinengrundkörper 13 befindet. Zur Steuereinheit gehört das Bedientableau 26 und der Monitor 27, welche, wie bereits dargelegt, im Frontbereich des Bearbeitungszentrums angeordnet sind.

Die Anordnung und Lagerung der Antriebs- und Spanneinrichtung 1 sowie des Werkzeugrevolvers 2 im Maschinengrundkörper 13 ist bevorzugterweise unter einem Neigungswinkel von 30° zur Senkrechten ausgeführt, was sich vorteilhaft auf die ergonomischen Beziehungen als auch auf die Bedienbarkeit und den Werkstückwechsel sowie auf die Abführung der anfallenden Späne über den Späneförderer 15 positiv auswirkt.

Die Zuordnung der Antriebs- und Spanneinrichtung 1 zum Werkzeugrevolver 2 ist in schematischer Darstellung aus der Fig. 2 ersichtlich, wobei aus dieser Darstellung zu entnehmen ist, daß die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 und der Werkzeugrevolver 2 achsfluchtend zueinander gelagert sind.

Die ringförmige Ausgestaltung des Werkzeugrevolvers 2 gewährleistet, daß die zu bearbeitenden Werkstücke 3 in den Arbeitsbereich der Werkzeuge 4 gebracht werden können, die in den Werkzeugaufnahmen 9 antreibbar gelagert sind.

Der Werkzeugrevolver 2 ist ringförmig ausgebildet. In diesem Ring 8 sind die entsprechenden Werkzeugaufnahmen 9 umfangsseitig vorgesehen, welche die einzusetzenden Werkzeuge 4 aufnehmen.

Die für die Bearbeitung notwendigen Bewegungsabläufe werden durch die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 in der mit 19 bezeichneten Z-Richtung als auch in der mit 18 bezeichneten Y-Richtung realisiert.

Die Z-Richtung 19 verfährt also die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 in axialer Richtung und bringt das jeweilige Werkstück 3 achsfluchtend zum Werkzeugrevolver 2.

Die Y-Richtung 18 verdeutlicht die Verstellmöglichkeit der Antriebs- und Spanneinrichtung 1 in vertikaler Richtung. Somit ist die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 nach oben und unten verfahrbar, wodurch gesichert ist, daß die Werkstücke 3 auch außerhalb ihrer Symmetrieachse, daß heißt also zur Ausbildung asymmetrischer Gestaltungsformen, bearbeitet werden können.

Zur Herstellung von rotationssymmetrischen Teilen wird die Antriebs- und Spanneinrichtung 1 mit dem in der Spanneinrichtung 5 aufgenommenen Werkstück in Drehbewegung versetzt, was durch die Pfeilrichtung 20 angezeigt ist.

Die mit 20 bezeichnete Pfeilrichtung verdeutlicht nicht nur die reine Drehbewegung des zu bearbeitenden Werkstückes, mit dieser Pfeilrichtung soll auch gleichzeitig symbolisiert werden, daß eine geregelte C-Achse Sonderbearbeitungen möglich macht.

Diese Werkzeugaufnahmen 9 sind mit Werkzeugen 4 bestückt, die, wie in der Fig. 3 gezeigt, beispielsweise als Drehmeißel 12 oder Spiralbohrer 11 ausgebildet sein können.

Diese Werkzeuge 4 sind antreibbar und gemäß der Pfeilrichtung 22 in X-Richtung auf das Werkstück 3, bzw. vom Werkstück 3 weg gerichtet, verstellbar.

Die schrittweise Verstellung des Werkzeugrevolvers 2 wird mit der Verstellrichtung 21 gekennzeichnet. Die Verstellung des Werkzeugrevolvers 2 erfolgt jeweils über eine Taktgröße von 15°, wobei die Verstellrichtung sowohl rechts als auch linksdrehend ausgeführt werden kann. Bestimmt wird die Verstelleinrichtung nach den zu verwendenden bzw. in Arbeitsstellung zu bringenden Werkzeugen 4.

Die Arbeitsstellung der Werkzeuge 4 ist bildlich in der Fig. 3 dargestellt. Funktionsbedingt können dabei die Werkzeuge 4 sowohl einzeln als auch paarweise, jeweils abhängig vom Fertigungsprogramm und bei zu bearbeitenden rotationssymmetrischen Teilen vom Verhältnis des Durchmessers zur Länge, zum Einsatz kommen.

Bei der Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken, die von zwei sich gegenüberliegenden Werkzeugen 4 bearbeitet werden, übernehmen die Werkzeuge 4 im weitesten Sinne eine Stützfunktion, so daß auch in diesem Bearbeitungszentrum Werkstücke 4 bearbeitet werden können, die in ihrer Länge über in der Praxis bezeichnete und verwendete Futterteile hinausgehen.

Der Antrieb der Werkzeuge 4 erfolgt über am Werkzeugrevolver 2 angeordnete Module 10, welche dem Werkzeugrevolver 2 zugeordnet sind.

Die unmittelbare Anordnung der Module 10 zum Antrieb der Werkzeuge 4 ist in Fig. 3 gezeigt, wobei die Module 10 sowohl die lineare Bewegung der Werkzeuge in X-Richtung als auch die Drehbewegung der Werkzeuge 4 realisieren.

In den Fig. 4 und 5 sind verschiedene Arbeitsstellungen der Werkzeuge 4 symbolhaft dargestellt.

Dabei ist zu erwähnen, daß die Werkzeugaufnahmen 9 mit zwei verschiedenen Haltesystemen, für die Innen- und Außenbearbeitung, ausgerüstet sind. Das eine Haltesystem ist mit Werkzeugen 4 bestückt, die eine Außenbearbeitung am Werkstück 3 vornehmen, während das andere Haltesystem so ausgeführt ist, daß die eingesetzten Werkzeuge 4 für die Innenbearbeitung und Komplettverarbeitung Verwendung finden.

Bei der Innenbearbeitung sind die eingesetzten Werkzeuge 4, hier ein Drehmeißel 12, in Halterungen 24 eingesetzt, die unter einem Winkel von 90° abgewinkelt ausgeführt sind. Der Schaft 25 dient dabei als Führung in den Werkzeugaufnahmen 9, während die Halterung 24 zur Aufnahme, beispielsweise eines Drehmeißels 12, ausgebildet ist und somit gesichert ist, daß der Drehmeißel 12 parallel zur Z-Richtung 19 im Werkstück 3 die Innenbearbeitung vornehmen kann.

Die Ausbildung dieser Halterung ist in der Fig. 5 gezeigt.

Claims (8)

1. CNC-Bearbeitungszentrum für symmetrische und asymmetrische Werkstücke mit einer Antriebs- und Spanneinrichtung und einem Werkzeugrevolver, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebs- und Spanneinrichtung (1) und der Werkzeugrevolver (2) in einem Maschinengrundkörper (13) geneigt, vorzugsweise unter einem Winkel von 30° zur Senkrechten, in der Grundposition y = 0, zueinander achsfluchtend angeordnet sind,
die Antriebs- und Spanneinrichtung (1) in Z-Richtung (19) und Y-Richtung (18) ver­ fahrbar ist und der Werkzeugrevolver (2) ringförmig als mindestens ein Ring (8) aus­ geführt und in Umfangsrichtung segmentartig oder winkelverstellbar ist, wobei
der Ring (8) des Werkzeugrevolvers (2) umfangsseitig, unter vorzugsweise einem Winkel von 15°, mit Werkzeugaufnahmen (9) für den Einsatz von 24 Werkzeugen (4), ausgerüstet ist,
die Werkzeuge (4) antreibbar und in X-Richtung (22) verstellbar gelagert sind und dem Ring (8), in Arbeitsstellung der Werkzeuge (4) und an seinem Umfang, Antriebs­ module (10) zugeordnet sind.

2. CNC-Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (2) über Wälzlager (7) im aus Mineralguß ausgeführtem Maschinengrundkörper (13) gelagert ist.

3. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmodule (10) als Vorschub- und Antriebsmodule ausgeführt sind und die Zustellbewegung der Werkzeuge (4) auf der X-Achse realisieren.

4. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 3< dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (2) mit 12 × 2 gleichen Werkzeugen, somit eine Synchron­ bearbeitung ermöglichend, bestückbar ist.

5. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (2) zwei Werkzeugaufnahmeringe, die doppelte Anzahl von Werkzeugen (4) aufnehmend, aufweist.

6. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (2) zwei Halte- und Antriebssysteme aufweist, die 90° zur Z-Achse versetzt angeordnet sind und die Werkzeuge (4) aufnehmen.

7. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (4) für die Innenbearbeitung mit einer zum Schaft (25) um 90° ver­ setzten Halterung (24), in die einzelnen Werkzeuge (4) einsetzbar sind, ausgeführt sind.

8. CNC-Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die segmentartige Verstellung des Werkzeugrevolvers (2) in seiner Umfangsrichtung auch unter Winkelschritten von z. B. 30° erfolgen kann.