DE19716243A1 - Modulares Bearbeitungssystem zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum Schleifen von Werkstücken - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein modulares Bearbeitungssystem zum Bearbeiten von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus einem Prospekt der Firma UVA in Schweden ist eine Hochpräzisionsschleifmaschine bekannt geworden, die CNC- gesteuert ist und insbesondere für Innenschleifbearbeitung vorgesehen ist. Dieses Bearbeitungszentrum weist eine indexierbare Werkstückaufnahme auf, die zur Aufnahme von zwei Werkstücken vorgesehen ist. Den Werkstückaufnahmen ist jeweils gegenüberliegend eine Bearbeitungsstation mit Schleifspindeln zur Bearbeitung der in der Werkstückaufnahme angeordneten Werkstücke vorgesehen. Die erste Bearbeitungsstation weist eine auf einem Oberschlitten angeordnete Arbeitsspindel auf, der in einer U-Achse oszillierend bewegbar ist, d. h., daß die Schleifspindel in einer Diagonalen zu einer X- und Z-Achse in einer Ebene bewegbar ist. Der Oberschlitten ist auf einem Schleiftisch der Bearbeitungsstation angeordnet, der in einer W-Achse (Z- Richtung) für den axialen Vorschub vorgesehen ist. Die zweite, parallel zur ersten angeordneten Bearbeitungsstation weist zwei parallel zueinander angeordnete Schleifspindeln auf, die über einen Radialvorschub, der in der X-Achse bewegbar ist, für die Bearbeitung des Werkstücks positionierbar sind. Die Schleifspindeln sind über einen Oberschlitten auf einem Schleiftisch bewegbar angeordnet, der ebenfalls wie der erste Schleiftisch in der Z-Achse bewegbar ist. Nachdem eine Bearbeitungsfläche durch die von den Schleifspindeln aufgenommenen Werkzeuge bearbeitet ist, wird die indexierbare Werkstückaufnahme weitergetaktet, so daß der nächste Bearbeitungsvorgang erfolgen kann.

Dieses Bearbeitungszentrum weist den Nachteil auf, daß maximal zwei Bearbeitungsstationen vorgesehen sind, wodurch die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge begrenzt ist und für weitere Bearbeitungsvorgänge ein Umspannen des Werkstücks erforderlich ist.

Aus einem Prospekt Nr. 12d/5.91/2000a der Firma TRIPET AG in der Schweiz ist ein Innenschleifzentrum bekannt geworden, das mit einer Anzahl von bis zu vier Schleifspindeln ausgerüstet werden kann. Die Schleifspindeln sind beispielsweise auf einem Zwei- oder Vierspindelrevolverkopf angeordnet, der in einer Z-Achse, U-Achse ist. Die Zustellung beim Schleifen erfolgt mit der X-Achse auf der Werkstückseite. Eine B-Achse unter dem Werkstückspindelstock erlaubt konisches Schleifen im Bereich von -30° bis 45°. Desweiteren weist dieses Innenschleifzentrum ein Werkzeugmagazin auf, das wahlweise ein Auswechseln von bis zu 18 Werkzeugen für den jeweiligen Arbeitsgang ermöglicht.

Dieses Bearbeitungszentrum weist den Nachteil auf, daß durch die aufwendige Anordnung der Schleifspindeln und eines Werkzeugmagazins ein kostenintensives Innenschleifzentrum vorliegt. Desweiteren kann dieses Bearbeitungszentrum verschiedene Bearbeitungsoperationen nur nacheinander an einem Werkstück ausführen. Insbesondere während des Ein- und Ausspannvorganges des Werkstückes steht die Maschine still und eine verringerte Auslastung eines derartigen Innenschleifzentrums ist dadurch gegeben.

Aus einem Prospekt der Firma MECCANICA NOVA aus Italien ist desweiteren ein CNC-gesteuertes Bearbeitungszentrum zur Schleifbearbeitung von Werkstücken bekannt geworden, welches eine Arbeitsspindel zur Aufnahme einer Außenschleifscheibe und eine Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Revolverkopfes für Innenschleifscheiben aufweist. Durch den alternativen Einsatz der Arbeitsspindeln zum Innenschleifen und Außenschleifen sind große Zustellwege erforderlich, damit die jeweiligen Arbeitsspindeln sich gegenseitig nicht behindern. Desweiteren weist dieses Bearbeitungszentrum den Nachteil auf, daß Stillstandszeiten für das Be- und Entladen der Werkstückspindel gegeben ist. Darüber hinaus ist bei dieser wie auch bei den oben genannten Schleifarbeitszentren eine kostenintensive Maschinensteuerung erforderlich, um die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge zu synchronisieren. Desweiteren ist ein hoher zeitlicher Programmieraufwand gegeben, um die einzelnen Bearbeitungsphasen in einer zeitoptimierten Reihenfolge festzulegen. Die verschiedenen Schleifoperationen müssen nacheinander ausgeführt werden, wodurch die Schleifzeit sehr lang wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße modulare Bearbeitungssystem zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum Schleifen von Werkstücken, weist demgegenüber den Vorteil auf, daß wahlweise in Abhängigkeit der zu bearbeitenden Flächen Bearbeitungsstationen zu einem modularen Bearbeitungssystem kombinierbar sind und die jeweiligen Bearbeitungsstationen durch einen taktweisen Transport der Werkstückspindeln zu den Bearbeitungsstationen erfolgt. Dadurch können die einzelnen Bearbeitungsstationen einfach und kostengünstig ausgestaltet werden. Das Be- und Entladen einer Werkstückaufnahme mit den zu bearbeitenden Werkstücken parallel zur Hauptzeit der Bearbeitungstationen ausgeführt, da zumindest eine weitere Bearbeitungsstation zum Be- und Entladen der Werkstücke vorgesehen sein kann. Somit ist ein kostenoptimiertes und voll auslastbares modulares Bearbeitungssystem gegeben.

Dieses Bearbeitungssystem weist desweiteren den Vorteil auf, daß das zu bearbeitende Werkstück während der gesamten Bearbeitung bis zur Endbearbeitung in einer Einspannung von der Werkstückaufnahme aufgenommen wird, wodurch eine hohe Bearbeitungsqualität und geringe Toleranzen, wie beispielsweise Rundläufe bzw. Koaxialität von Innenbohrung zu Außenbohrung oder dergleichen ermöglicht ist. Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem ermöglicht werden, daß das Know-how des Anwenders selbst zur Bearbeitung von Bearbeitungsflächen eines Werkstücks beim Anwender bleiben kann, der entsprechend seinen Erfahrungen die einzelnen Bearbeitungsstationen entsprechend ansteuern und programmieren kann.

Durch den modularen Aufbau des Bearbeitungssystems ist darüber hinaus eine schnelle Anpassung an die Anzahl der Arbeitsvorgänge gegeben, die in Abhängigkeit des Werkstückes beispielsweise auch mehr als vier Stationen erfordern. Eine Begrenzung der aneinander geschalteten Bearbeitungsstationen ist nicht gegeben.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation ist insbesondere für ein flexibles Schleifsystem vorgesehen, bei dem beispielsweise Düsenkörper für Einspritzpumpen in Common Rail-Systemen bearbeitet werden können.

Ein weiterer Vorteil des modularen Bearbeitungssystems zum Bearbeiten von Werkstücken ist durch die kostengünstigen und einfach aufgebauten Bearbeitungsmodule bzw. Bearbeitungsstationen gegeben, die einen geringen Entwicklungsaufwand benötigen und in der Programmierung für die zu bearbeitende Fläche einfach und schnell erfolgen kann.

Die modulare Bauweise erlaubt die Ergänzung oder Reduzierung von Bearbeitungsstation, z. B. zum Schleifen, Entgraten, Polieren etc., so daß das System ohne großen Aufwand an den Bearbeitungsbedarf angepaßt werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bearbeitungsstation eine Arbeitsspindel aufweist, die entlang von zwei in einer Ebene liegenden Achsen positionierbar ist. Dafür kann die Bearbeitungsstation mit einem Schlitten ausgestaltet sein, der beispielsweise in einer X-, Z- oder U-Achse bewegbar ist. Auf diesem Bett- Schlitten kann ein Oberschlitten, auf dem die Arbeitsspindel positioniert ist, angeordnet sein, der in einer weiteren X- Achse, Z-Achse oder U-Achse bewegbar ist, die von der Achse des Bett-Schlittens abweicht. Dadurch ist ein einfacher Aufbau zum Bearbeiten einer Fläche des Werkstückes ermöglicht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bearbeitungsstation eine Arbeitsspindel aufweist, die in zumindest einer Achse, beispielsweise der X-Achse, Z-Achse oder U-Achse, bewegbar ist und um eine weitere Achse drehbar angeordnet ist. Somit kann die Flexibilität zur Bearbeitung der Flächen wiederum auf einfache Art und Weise erhöht werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Werkstückaufnahmen mit einem Transfersystem gemeinsam zu den jeweiligen Bearbeitungsstationen bewegt und positioniert werden können, so daß das Bearbeitungssystem ohne Stillstandszeiten arbeiten kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Werkstückaufnahmen im Transfersystem integriert sind und zu den jeweiligen Bearbeitungsstationen in einer Prismenführung positionierbar sind. Dadurch ist ermöglicht, daß eine exakte Positionierung des Werkstückes zu dem Bearbeitungswerkzeug nach dem Weitertakten zur jeweiligen Bearbeitungsstation gegeben ist, wodurch eine hohe Bearbeitungsqualität erzielbar ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach jedem Bearbeitungsvorgang die Prismenführung mit einer Reinigungseinrichtung gereinigt wird, so daß die Prismen von einem während des Bearbeitungsvorganges anfallenden Abfall, wie beispielsweise Späne oder Schleifstaub, gereinigt werden, so daß wiederum eine exakte Positionierung ermöglicht ist.

In den weiteren abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung, Patentansprüchen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein modulares Bearbeitungssystem zum Schleifen von mehreren Bearbeitungsflächen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein modulares Bearbeitungssystem 11 zum Bearbeiten von Werkstücken dargestellt. Das modulare Bearbeitungssystem 11 soll beispielsweise anhand einer Schleifbearbeitung, insbesondere von Düsenkörpern für Einspritzdüsen und ähnlichen, erläutert werden. Alternativ können ebenso weitere Bearbeitungsvorgänge vorgesehen sein, die auch beliebig miteinander kombinierbar sind, so daß beispielsweise die Bearbeitung Hartdrehen mit Schleifen kombiniert werden kann oder auch zunächst eine Dreh- oder Fräsbearbeitung vorgesehen sein kann, die mit einer Endbearbeitung oder Feinstbearbeitung, wie Hohnen, Schleifen, Läppen oder dergleichen, kombinierbar sein können.

Das Bearbeitungssystem 11 weist eine erste Bearbeitungsstation 12' auf, bei der ein Arbeitsschlitten 13 vorgesehen ist, auf dem ein Oberschlitten 14 angeordnet ist. Dieser weist eine Vorrichtung 16 zur Aufnahme von Werkstücken 17 auf. Durch die Schlitten 13, 14, die entlang einer Z- und X-Achse bewegbar sind, ist ein Be- und Entladen einer Werkstückaufnahme 18 mit einem Werkstück 17 ermöglicht. Die Werkstückaufnahme 18 ist vorteilhafterweise als Werkstückspindel ausgebildet, die ermöglicht, daß das Werkstück 17 rotierend angetrieben werden kann.

An die erste Bearbeitungsstation 12' schließt sich eine weitere Bearbeitungsstation 12'' an, die beispielsweise zum Schleifen von Bohrungen ausgebildet ist. Der Schlitten 13 ist dabei in einer Z-Achse bewegbar vorgesehen. Auf diesem ist ein Oberschlitten 14 angeordnet, der in der X-Achse bewegbar ist. Auf dem Oberschlitten 14 ist eine Arbeitsspindel 19 angeordnet, die ein Innenschleifwerkzeug 21 trägt. Dieses Innenschleifwerkzeug 21 ist rotierend angetrieben. In einem Bearbeitungsvorgang wird das Innenschleifwerkzeug über die Schlitten 13, 14 zur Bearbeitung einer Bohrung des Werkstücks 17 positioniert. Während dem Bearbeitungsvorgang Bohrungsschleifen kann das Werkstück 17 durch die Werkzeugaufnahme 18 rotierend angetrieben werden, oder das Werkzeug 21 über die Arbeitsspindel 19 rotierend angetrieben werden.

Nach dem Bearbeitungsvorgang Bohrungsschleifen wird die Werkzeugaufnahme 18 durch ein Transfersystem 20 zur nächsten Bearbeitungsstation 12''' weitergetaktet. Gleichzeitig wird die mit einem noch unbearbeiteten Werkstück 17 bestückte Werkzeugaufnahme 18 von der ersten Bearbeitungsstation 12' in die zweite Bearbeitungsstation 12'' zum Bohrungsschleifen positioniert. In der dritten Bearbeitungsstation 12''' erfolgt beispielsweise der Bearbeitungsvorgang Sitzschleifen. Dafür ist ein Schlitten 13 vorgesehen, der in der Z-Achse bewegbar ist und ein auf dem Schlitten 13 angeordneter Oberschlitten 14, der in einer U-Achse bewegbar ist. Dadurch kann das Innenbearbeitungswerkzeug 21 achsparallel zu der zu bearbeitenden Bohrung des Werkstücks 17 positioniert werden.

Nachdem dieser Bearbeitungsvorgang erfolgt ist, wird die Werkstückaufnahme 18 in eine vierte Bearbeitungsstation 12'''' übergeführt, in der beispielsweise der Bearbeitungsvorgang Außenschleifen erfolgen kann. Hierfür ist von einer Arbeitsspindel 19 eine Außenschleifscheibe aufgenommen, die auf einem in der X-Achse bewegbaren Oberschlitten 14 auf einem in der Z-Achse bewegbaren Schlitten 13 angeordnet ist. Nachdem dieser Bearbeitungsvorgang beendet ist, kann die Werkstückaufnahme 18 weitergetaktet werden und gemäß dem gestrichelten Pfeil 22 zur ersten Bearbeitungsstation 12' zurückgeführt werden. Das vollständige bearbeitete Werkstück 17 kann in dieser Bearbeitungsstation 12' aus der Werkstückaufnahme 18 herausgenommen und abtransportiert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, daß am Ende der Bearbeitungsstation 12'''' eine weitere Entladestation als Bearbeitungsstation 12' vorgesehen ist, die das fertig bearbeitete Werkstück 17 aus der Werkstückaufnahme 18 entnimmt und die leere Werkstückaufnahme 18 anschließend gemäß dem gestrichelten Pfeil 22 zur ersten Bearbeitungsstation 12' transportiert wird.

Die Anzahl der Bearbeitungsstationen 12 ist abhängig von den zu bearbeitenden Flächen eines Werkstückes 17 und kann modular erweiterbar sein. Das Transfersystem 20 ist an diesen modularen Aufbau des Bearbeitungssystems 11 angepaßt und kann entsprechend der Anzahl der Bearbeitungsstationen 12 Werkstückaufnahmen 18 aufweisen, so daß in jeder Bearbeitungsstation 12 ein Bearbeitsprozeß stattfinden kann. Somit ermöglicht dieses Bearbeitungssystem 11 keine Leerlaufzeiten, so daß eine kostenoptimierte Auslastung gegeben sein kann. Somit ist das modulare Bearbeitungssystem 11 unabhängig von der Anzahl von Operationen, die erforderlich sind, um eine vollständige Bearbeitung der Werkstücke 17 zu ermöglichen.

Das Transfersystem 20 arbeitet taktweise, wobei vorgesehen ist, daß alle in dem Transfersystem 20 angeordneten Werkstückaufnahmen 18 gleichzeitig weitergetaktet werden. Die Positionierung der Werkstückaufnahmen 18 zu den Arbeitsspindeln 19 der Bearbeitungsstation 12' bis 12'''' erfolgt vorteilhafterweise über eine Prismenführung, die nicht naher dargestellt ist. Gleichzeitig ist vorgesehen, daß während jedem Weitertakten der Werkstückaufnahme 18 ein Reinigungsvorgang, beispielsweise durch Druckluft oder durch eine Reinigungsflüssigkeit, vorzugsweise unter Druck, vorgesehen ist, die ggf. den angefallenen Schleifstaub oder sonstige Bearbeitungsabfälle aus der Prismenführung abführt, so daß eine exakte Positionierung zur Arbeitsspindel 19 gegeben sein kann.

Die Ausgestaltung der Bearbeitungsstation 12' bis 12'''' bezüglich der Schlitten 13, 14 kann in Abhängigkeit der Art der Bearbeitung erfolgen und ebenfalls modular aufbaubar sein.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bearbeitungssystems 11 weist den Vorteil auf, daß während der gesamten Bearbeitung des Werkstückes 17 eine einzige Einspannung vorgesehen sein kann, wodurch eine zusätzliche Erhöhung der Bearbeitungsqualität erzielt werden kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß weitere Bearbeitungsstationen 12 zum Messen oder Entgraten oder weiteren Behandlungen und Bearbeitungen von Werkstücken 17, die bis zur Fertigstellung eines Werkstückes 17 erforderlich sind, vorgesehen sind.

Claims (11)

1. Modulares Bearbeitungssystem zum Bearbeiten von Werkstücken (17), insbesondere zum Schleifen von Werkstücken (17), mit zumindest einer Werkstückaufnahme (18) für ein zu bearbeitendes Werkstück (17), mit Bearbeitungsstationen (12' bis 12''''), die Aufnahmen für ein Werkzeug (21) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungsstationen (12' bis 12'''') wahlweise zu einem Bearbeitungssystem (11) kombinierbar sind und daß die Werkstückaufnahmen (18) mit dem Werkstück (17) zu den einzelnen Bearbeitungsstationen (12' bis 12'''') mit einem Transfersystem (20) transportierbar sind.

2. Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstationen (12'' bis 12'''') je eine Arbeitsspindel (19) aufweisen, die entlang von zwei in einer Ebene liegenden Achsen positionierbar sind, die vorzugsweise in einem Winkel von 90°Grad oder 45°Grad zueinander angeordnet sind.

3. Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstation (12'' bis 12'''') eine Arbeitsspindel (19) aufweist, die zumindest entlang einer X-, Z- oder U-Achse bewegbar und um eine weitere Achse schwenkbar ist.

4. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Werkstückaufnahmen (18) zumindest die Anzahl der Bearbeitungsstationen (12' bis 12'''') aufweist.

5. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahmen (18) gleichzeitig mit einem Transfersystem (20) zu den Bearbeitungsstationen (12' bis 12'''') weitertransportierbar sind.

6. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (17) in einer Einspannposition der Werkstückaufnahme (18) die Bearbeitungsstationen (12' bis 12'''') durchläuft.

7. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Bearbeitungsfläche eine Bearbeitungsstation (12'' bis 12'''') vorgesehen ist und zumindest eine Bearbeitungsstation (12') zum Be- und Entladen der Werkstückaufnahme (18) vorgesehen ist.

8. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstation (12' bis 12'''') eine Positioniervorrichtung zur Anordnung der Werkstückaufnahme (18) zur Arbeitsspindel (19) aufweist.

9. Bearbeitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme als Prismenführung ausgebildet ist, die eine Reinigungseinrichtung aufweist.

10. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Arbeitsspindel (19) als Schleifspindel ausgebildet ist, die ein Schleifwerkzeug (21) austauschbar aufnimmt.

11. Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindel (19) als Spindel ausgebildet ist, die ein Entgrat- und/oder Reinigungswerkzeug aufnimmt.