DE19806085A1 - Three axis machine tool - Google Patents

Three axis machine tool

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Abstract

The position of the tool holder (11) in the X and Y plane, within the work area (13), is governed by two carriages (4,5) which run on fixed parallel guides (18,19). The carriages have pivots (7), which connect to links (8,9) of different length. A common pivot (10) joins the links at an angle of about 90 deg . The Z-axis side (12), mounted on one link, carries the tool holder. Alternatively, a parallelogram linkage connects one carriage to the Z-axis slide.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinengestell, mit schwenkbar gelagerten, in einer X-Y-Ebene verstellbaren Koppeln, die gelenkig miteinander verbunden sind, mit einem an einer Koppel angeordneten Werkzeugträger, der einen in der von der X-Y-Ebene unabhängigen Z-Richtung beweglichen Schlitten aufweist, und mit voneinander unabhängigen Antrieben zum Verstellen der Koppeln. - Unter Koppel wird ein Hebel oder Lenker verstanden, der an beiden Enden über einachsige und parallelachsige Gelenke an andere Bauteile angeschlossen ist.The invention relates to a machine tool for 3-axis machining of Workpieces with a machine frame, with swivel bearings, in one X-Y-level adjustable coupling, which are articulated with each other a arranged on a coupling tool carrier, which one in the X-Y plane has independent Z-direction movable carriage, and with independent drives for adjusting the coupling. - Under Coupling is understood to be a lever or handlebar that over at both ends uniaxial and parallel-axis joints are connected to other components.

Eine Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Gattung ist bekannt (Prospekt "Dyna-M" des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen, September 1997). Bei der bekannten Ausführung ist jede der beiden Koppeln über eine weitere Koppel mit dem Maschinengestell verbunden, so daß die vier Koppeln in einer Projektion ein W bzw. M bilden. Die Antriebe sind als schwenkbar am Maschinengestell gelagerte Vorschubeinheiten ausgebildet, die schwenkbar am Werkzeugträger gelagert sind. Durch Verstellen einer oder beider Vorschubeinheiten kann der Werkzeugträger innerhalb einer in der X-Y- Ebene liegenden Arbeitsfläche verstellt werden. Durch Verstellung des auf dem Werkzeugträger angeordneten Schlittens in Z-Richtung entsteht ein Arbeitsraum. Diese Werkzeugmaschine besitzt einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau. Sie benötigt auch verhältnismäßig viel Raum. Nachteilig ist auch, daß die Koppeln so angeordnet sind, daß sie bei in der X-Y-Ebene wirkenden und an dem auskragenden Z-Schlitten angreifenden Belastungen stets auf Torsion beansprucht sind. Das ist für die Koppeln ein sehr ungünstiger Lastfall, dem nur durch eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit entgegengewirkt werden kann.A machine tool of the type described above is known (Brochure "Dyna-M" of the machine tool laboratory of RWTH Aachen, September 1997). In the known embodiment, each of the two couplers connected to the machine frame via a further coupling, so that the four Pair a W or M in a projection. The drives are as feed units pivotally mounted on the machine frame, which are pivotally mounted on the tool carrier. By adjusting one or of both feed units, the tool carrier can be moved within one of the X-Y Flat work surface can be adjusted. By adjusting the on the Tool carrier arranged slide in the Z direction arises Working space. This machine tool has a relative complicated structure. It also requires a relatively large amount of space. Disadvantageous is also that the couplers are arranged so that they are in the X-Y plane acting loads acting on the cantilever Z-slide are always subjected to torsion. This is a very unfavorable factor for the paddocks Load case, which can only be counteracted by increasing the torsional stiffness can be.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die sich durch einfachen und kompakten Aufbau sowie durch große Steifigkeit des Koppelsystems auszeichnet.The object of the invention is a machine tool of the beginning Specify described genus, which is simple and compact Structure and characterized by great rigidity of the coupling system.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens zwei Koppeln an zwei Schlitten gelagert sind, welche in gestellfesten Führungen mit Hilfe je eines Antriebes verstellbar sind, wobei die Führungen im wesentlichen zueinander parallel angeordnet sind und die Koppeln, betrachtet in der Projektion auf eine X-Y-Ebene, zwischen den Führungen liegen. Die Koppeln und die beiden Schlitten mit ihren Führungen lassen sich auf verhältnismäßig kleinem Raum unterbringen, ohne daß dadurch die vom Werkzeugträger erreichbare Arbeitsfläche in der X-Y-Ebene eingeschränkt wird. Der konstruktive Aufbau ist einfacher und übersichtlich. Hinzu kommt, daß beim Einsatz von nur zwei Koppeln auch die Steifigkeit des Koppelsystems erheblich verbessert wird.This object is achieved in that at least two coupling to two Slides are stored, which are in fixed guides with the help of one Drive are adjustable, the guides essentially to each other are arranged in parallel and the coupling, viewed in the projection on a X-Y plane, lie between the guides. The paddocks and the two Sledges with their guides can be used in a relatively small space accommodate, without the achievable by the tool holder Working area in the X-Y plane is restricted. The constructive structure is easier and clear. In addition, when using only two Coupling also improves the rigidity of the coupling system considerably.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Koppeln im Bereich ihrer den Schlitten abgewandten Enden gelenkig miteinander verbunden. Damit besteht die Möglichkeit, den Werkzeugträger an einer beliebigen Stelle seiner zugeordneten Koppel anzuordnen. Vorzugsweise soll der Werkzeugträger jedoch im Bereich des freien Endes einer Koppel angeordnet sein, weil dadurch die Arbeitsfläche in der X-Y-Ebene maximiert wird.In a preferred embodiment, the couplers are in the area of their Ends of the carriage remote from each other are articulated. So that exists the ability to place the tool holder anywhere to assign assigned paddock. The tool carrier should preferably however, be arranged in the area of the free end of a paddock, because of this the working area in the X-Y plane is maximized.

Im übrigen können die Koppeln unterschiedliche Längen besitzen. Insbesondere können die unterschiedlichen Längen der Koppeln derart eingerichtet sein, daß die Koppeln bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel im Bereich von 90° bilden. Das trägt wesentlich zur Versteifung des Koppelsystems bei. Es ist aber auch ein geringerer Winkel von z. B. 60° möglich.Otherwise, the paddocks can have different lengths. In particular, the different lengths of the coupling can be such be set up so that the coupling between them in all operating positions form an angle in the range of 90 °. This contributes significantly to the stiffening of the coupling system. But it is also a smaller angle of z. B. 60 ° possible.

Wenn der Werkzeugträger direkt an einer Koppel befestigt ist, verdreht er sich bei der Verstellung der Koppeln zusammen mit seiner Koppel um die eigene Achse. Das kann vermieden werden mit einer Ausführung, bei der an einem der beiden Schlitten mit gegenseitigem Abstand zwei Koppeln gleicher Länge gelagert sind, die parallelogrammartig an ihrem schlittenabgewandten Ende gelenkig an eine Verbindungskoppel angeschlossen sind, wobei der Werkzeugträger an der Verbindungskoppel befestigt ist.If the tool carrier is attached directly to a coupling, it will twist when adjusting the belts together with his belt around your own  Axis. This can be avoided with a version in which one of the two slides with mutual spacing two couplers of the same length are stored, the parallelogram-like at their end facing away from the sled are articulated to a connecting coupling, the Tool carrier is attached to the connecting link.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:In the following, embodiments of the are shown in the drawing Invention explained; show it:

Fig. 1 schematisch und teilweise das Maschinengestell einer Werkzeugmaschine mit einem darin angeordneten Koppelsystem, Fig. 1 shows schematically and partially, the machine frame of a machine tool with a coupling system arranged therein,

Fig. 2 bis 4 andere Funktionsstellungen des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 2 to 4 different functional positions of the object of FIG. 1

Fig. 5 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 1. Fig. 5 shows another embodiment of the article of FIG. 1.

Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine dient zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken. Sie besitzt ein Maschinengestell, von dem nur ein Rahmen 1 dargestellt ist, dessen in einer X-Y-Ebene liegende Rahmenwangen 2, 3 einander gegenüberliegende und zueinander parallele, Führungen 18, 19 für daran verschiebbare Schlitten 4, 5 aufweisen. Jeder Schlitten 4 bzw. 5 weist einen nicht dargestellten Antrieb auf, mit dem der Schlitten 4 bzw. 5 in Richtung des Doppelpfeils 6 längs seiner Führung verstellbar ist. Die Antriebe sind unabhängig voneinander betätigbar.The machine tool shown only partially in the drawing is used for 3-axis machining of workpieces. It has a machine frame, of which only one frame 1 is shown, the frame cheeks 2 , 3 of which lie in an XY plane and have mutually opposite and parallel guides 18 , 19 for slides 4 , 5 which can be displaced thereon. Each carriage 4 or 5 has a drive, not shown, with which the carriage 4 or 5 can be adjusted in the direction of the double arrow 6 along its guide. The drives can be operated independently of each other.

Jeder Schlitten 4 bzw. 5 trägt ein Gelenk 7 für eine daran gelagerte Koppel 8 bzw. 9. Die beiden Koppeln 8 bzw. 9 sind im Bereich ihrer schlittenabgewandten Enden über ein weiteres Gelenk 10 miteinander verbunden. Die Achsen der Gelenke 7, 10 sind parallel zueinander und im wesentlichen orthogonal zu der von den Rahmenwangen 2, 3 bzw. den daran angeordneten Führungen definierten X-Y-Ebene ausgerichtet. Each carriage 4 or 5 carries a joint 7 for a coupling 8 or 9 mounted thereon. The two couplers 8 and 9 are connected to one another in the region of their ends facing away from the slide via a further joint 10 . The axes of the joints 7 , 10 are aligned parallel to one another and essentially orthogonal to the XY plane defined by the frame cheeks 2 , 3 or the guides arranged thereon.

Im Bereich des schlittenabgewandten Endes der Koppel 9 ist auf der dem Gelenk 10 abgewandten Seite der Koppel 9 ein Werkzeugträger 11 befestigt. Der Werkzeugträger 11 weist einen Schlitten 12 auf, der orthogonal zur X-Y- Ebene, also in Z-Richtung mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebs verstellbar ist. Der Schlitten trägt ein nicht dargestelltes Werkzeug.In the region of the end of the coupling 9 facing away from the slide, a tool carrier 11 is fastened on the side of the coupling 9 facing away from the joint 10 . The tool carrier 11 has a slide 12 which can be adjusted orthogonally to the XY plane, that is to say in the Z direction, with the aid of a drive (not shown). The carriage carries a tool, not shown.

Die Koppeln 8, 9 weisen unterschiedliche Längen auf, wobei die Längen der Koppeln 8, 9 derart eingerichtet sind, daß die Koppeln 8, 9 bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel bilden, der im Bereich von 90° liegt.The couplers 8 , 9 have different lengths, the lengths of the couplers 8 , 9 being set up in such a way that the couplers 8 , 9 form an angle between them in all operating positions, which is in the range of 90 °.

Aus einem Vergleich der Fig. 1 bis 4 entnimmt man, daß der Werkzeugträger 11 durch unabhängige Verstellung der Schlitten 4, 5 innerhalb einer in den Figuren wiedergegebenen Arbeitsfläche 13 in der X-Y-Ebene verstellt werden kann. Durch Verstellung des Schlittens 12 in Z-Richtung ergibt sich ein entsprechender Arbeitsraum.From a comparison of FIGS. 1 to 4 it can be seen that the tool carrier 11 can be adjusted in the XY plane by independent adjustment of the slides 4 , 5 within a working surface 13 shown in the figures. By adjusting the slide 12 in the Z direction, a corresponding work space is obtained.

Bei der in Fig. 5 wiedergegebenen Ausführung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Am Schlitten 5 ist mit Abstand zum Gelenk 7 ein weiteres Gelenk 14 für eine zusätzliche Koppel 15 angeordnet, die die gleiche Länge besitzt wie die Koppel 9, wobei die beiden schlittenabgewandten Enden der Koppeln 9, 15 über Gelenke 10, 16 an eine Verbindungskoppel 17 angeschlossen sind, so daß die Koppeln 9, 15 mit der Verbindungskoppel 17 und dem Schlitten 5 ein Parallelogramm bilden. An der Verbindungskoppel 17 ist der Werkzeugträger 11 befestigt der bei dieser Ausführung keine Schwenkbewegungen um seine Achse ausführt, wenn er innerhalb der Arbeitsfläche 13 verstellt wird. In the embodiment shown in FIG. 5, the same reference numerals designate the same parts. A further joint 14 for an additional coupling 15 is arranged on the carriage 5 at a distance from the joint 7 and has the same length as the coupling 9 , the two ends of the coupling 9 , 15 facing away from the carriage being connected to a connecting coupling 17 via joints 10 , 16 are so that the couplers 9 , 15 form a parallelogram with the connecting coupler 17 and the carriage 5 . The tool carrier 11 is fastened to the connecting coupling 17 and , in this embodiment, does not perform any pivoting movements about its axis when it is adjusted within the working surface 13 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Rahmen
frame

22nd

Rahmenwange
Frame cheek

33rd

Rahmenwange
Frame cheek

44th

Schlitten
carriage

55

Schlitten
carriage

66

Doppelpfeil
Double arrow

77

Gelenk
joint

88th

Koppel
Paddock

99

Koppel
Paddock

1010th

Gelenk
joint

1111

Werkzeugträger
Tool carrier

1212th

Schlitten
carriage

1313

Arbeitsfläche
Work surface

1414

Gelenk
joint

1515

Koppel
Paddock

1616

Gelenk
joint

1717th

Verbindungskoppel
Connection coupling

1818th

Führung
guide

1919th

Führung
guide

Claims (6)

1. Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinengestell, mit schwenkbar gelagerten, in einer X-Y-Ebene verstellbaren Koppeln, die gelenkig miteinander verbunden sind, mit einem an einer Koppel angeordneten Werkzeugträger, der einen in der von der X-Y-Ebene unabhängigen Z-Richtung beweglichen Schlitten aufweist, und mit voneinander unabhängigen Antrieben zum Verstellen der Koppeln, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Koppeln (8, 9) an zwei Schlitten (4, 5) gelagert sind, welche in gestellfesten Führungen mit Hilfe je eines Antriebes verstellbar sind, wobei die Führungen im wesentlichen zueinander parallel angeordnet sind und die Koppeln, betrachtet in der Projektion auf eine X-Y-Ebene, zwischen den Führungen liegen.1. Machine tool for 3-axis machining of workpieces with a machine frame, with swivel-mounted couplers that are adjustable in an XY plane, which are articulatedly connected to one another, with a tool carrier arranged on a coupler, which is one that is independent of the XY plane Z-direction movable carriage, and with mutually independent drives for adjusting the coupling, characterized in that at least two couplers ( 8 , 9 ) are mounted on two carriages ( 4 , 5 ) which are adjustable in guides fixed to the frame with the aid of one drive each are, the guides are arranged substantially parallel to each other and the couplers, viewed in the projection on an XY plane, lie between the guides. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeln (8, 9) im Bereich ihrer den Schlitten (4, 5) abgewandten Enden gelenkig miteinander verbunden sind.2. Machine tool according to claim 1, characterized in that the couplers ( 8 , 9 ) are articulated to one another in the region of their ends facing away from the slide ( 4 , 5 ). 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeln unterschiedliche Länge besitzen.3. Machine tool according to claim 1 or 2, characterized in that the paddocks have different lengths. 4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeln (8, 9) bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel im Bereich von 90° bilden.4. Machine tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the couplers ( 8 , 9 ) form an angle in the range of 90 ° between them in all operating positions. 5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (11) im Bereich des freien Endes einer Koppel (9) angeordnet ist. 5. Machine tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool carrier ( 11 ) is arranged in the region of the free end of a coupling ( 9 ). 6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der beiden Schlitten (5) mit gegenseitigem Abstand zwei Koppeln (9, 15) gleicher Länge gelagert sind, die parallelogrammartig an ihrem schlittenabgewandten Ende gelenkig an eine Verbindungskoppel (17) angeschlossen sind, und daß der Werkzeugträger (11) an der Verbindungskoppel (17) befestigt ist.6. Machine tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that two couplers ( 9 , 15 ) of the same length are mounted on one of the two carriages ( 5 ) at a mutual distance, which are articulated in parallelogram fashion at their end facing away from the carriage to a connecting coupler ( 17th ) are connected, and that the tool carrier ( 11 ) is attached to the connecting coupling ( 17 ).
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