DE19904253A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents
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Abstract
Um eine Werkzeugmaschine, umfassend ein Maschinengestell, mindestens eine Werkstückspindel, einen Träger, mit welchem die Werkstückspindel in mindestens zwei relativ zum Maschinengestell fest vorgegebene Spindelstationen bewegbar ist, und mindestens einen einer ausgewählten der Spindelstationen zugeordneten Werkzeugträger, derart zu verbessern, daß bei im Bereich der Querschlitten raumsparender Bauweise eine mittige und außermittige Bearbeitung des Werkstücks mittels eines rotierenden Werkzeugs möglich ist, wird vorgeschlagen, daß das in der Werkstückspindel gehaltene Werkstück mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse um die Werkstückspindelachse in definierte Drehstellungen drehbar ist, daß der Querschlittenträger gegenüber dem Maschinengestell um eine zur Werkstückspindelachse parallele Schwenkachse mittels eines Schwenkantriebs numerisch gesteuert verschwenkbar ist, daß auf dem Querschlitten eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines um eine Werkzeugspindelachse rotierend antreibbaren Werkzeugs vorgesehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine umfassend ein
Maschinengestell, mindestens eine Werkstückspindel, in
welcher ein Werkstück spannbar und um eine Werkstückspindel
achse rotierend antreibbar ist, einen Träger, auf welchem die
Werkstückspindel angeordnet ist und mit welchem die Werk
stückspindel relativ zum Maschinengestell und quer zur Werk
stückspindelachse in mindestens zwei relativ zum Maschinen
gestell fest vorgegebene Spindelstationen bewegbar ist, und
mindestens einen einer ausgewählten der Spindelstationen zu
geordneten Werkzeugträger, umfassend einen am Maschinen
gestell gelagerten Querschlittenträger mit einem in einer
X-Richtung zu der in der ausgewählten Spindelstation
stehenden Werkstückspindel bewegbaren Querschlitten für ein
Werkzeug.
Eine derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus der
DE-A-196 49 016 bekannt.
Bei einer derartigen Werkzeugmaschine sind die Werkzeugträger
so ausgebildet, daß sie in Richtung einer relativ zum Maschi
nengestell fest vorgegebenen X-Achse und gegebenenfalls einer
Z-Achse bewegbar sind.
Damit sind die Werkzeugträger lediglich zum Einsatz von fest
stehenden Werkzeugen zur klassischen Drehbearbeitung geeignet
oder auch zum Einsatz von rotierend angetriebenen Werkzeugen,
mit welchen allerdings lediglich eine mittige Bearbeitung der
Werkstücke möglich ist.
Aus der DE-B-33 28 327 ist ferner eine Möglichkeit bekannt,
bei welcher mittels eines in einer X-Achse bewegbaren Revol
vers auch eine außermittige Bearbeitung eines Werkstücks mög
lich ist.
Ausgehend von der DE 196 49 016 liegt der Erfindung die Auf
gabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der gattungsgemäßen Art
derart zu verbessern, daß bei im Bereich der Querschlitten
raumsparender Bauweise eine mittige und außermittige Be
arbeitung des Werkstücks mittels eines rotierenden Werkzeugs
möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in
der Werkstückspindel gehaltene Werkstücks mittels einer
numerisch gesteuerten C-Achse um die Werkstückspindel in
definierte Drehstellungen drehbar ist, daß der Querschlitten
träger gegenüber dem Maschinengestell um eine zur Werkstück
spindelachse der in der ausgewählten Spindelstation stehenden
Werkstückspindel parallele Schwenkachse mittels eines
Schwenkantriebs numerisch gesteuert verschwenkbar ist, daß
auf dem Querschlitten eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines
um eine zur Werkzeugspindelachse rotierend antreibbaren Werk
zeugs vorgesehen ist und daß die Werkzeugspindelachse mit der
X-Richtung einen Winkel von weniger als 45° einschließt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit, bei
extrem raumsparender Bauweise im Bereich des Querschlittens
und ohne zusätzliche, senkrecht zur X-Richtung verlaufende
Linearachse zur Bewegung des Werkzeugs, mittige und außer
mittige Bearbeitungen des Werkstücks durchzuführen.
Dabei wird im erfindungsgemäßen Sinn unter einer außer
mittigen Bearbeitung des Werkstücks jede Bearbeitung ver
standen, bei welcher die Werkzeugspindelachse die Werkstück
spindelachse nicht schneidet, sondern im Abstand von dieser
verläuft.
Ferner ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als X-Richtung
jede Richtung bezeichnet, welche parallel zu einer quer zur
Schwenkachse und vorzugsweise in Richtung der Werkstück
spindel in der ausgewählten Spindelstation verläuft.
Prinzipiell könnte bei der erfindungsgemäßen Lösung die
Maschinensteuerung das Verschwenken des Querschlittenträgers
und das Verschwenken des Werkstücks in beliebiger Weise
koordinieren, wobei die einzige Randbedingung darin besteht,
daß das Werkzeug so relativ zum Werkstück ausgerichtet sein
muß, daß Schneiden des Werkzeugs bei der Relativbewegung
zwischen Werkstück und Werkzeug sich auf einer für das
Spanabheben geeigneten Flugbahn bewegen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Werkzeugspindel
achse in allen Positionen des Querschlittens in einer senk
recht zur Werkstückspindelachse der in der ausgewählten
Spindelstation stehenden Werkstückspindel verlaufenden Ebene
erstreckt.
Da rotierende Werkzeuge für Werkzeugmaschinen vorzugsweise so
ausgebildet sind, daß deren Schneiden bei einer Bewegung
relativ zum Werkstück senkrecht zur Werkzeugspindelachse oder
in Richtung der Werkzeugspindelachse ein optimales Schneid
ergebnis liefern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine
Maschinensteuerung vorgesehen ist, mit welcher in einem
Y-Achsen-Simulationsmodus das Werkstück um die Werkzeug
spindelachse und der Querschlittenträger um die Schwenkachse
derart simultan bewegbar sind, daß bei allen zur außer
mittigen Bearbeitung des Werkstücks durch das angetriebene
Werkzeug vorgesehenen außermittigen Stellungen der Werkzeug
spindelachse diese stets senkrecht zu einer relativ zum Werk
stück feststehend angeordneten und in einer durch die Werk
stückspindelachse hindurchverlaufenden virtuellen Ebene
liegenden virtuellen Y-Achse verläuft.
Mit einem derartigen Y-Achsen-Simulationsmodus der Maschinen
steuerung läßt sich vorteilhafterweise eine Bewegung des
rotierenden Werkzeugs relativ zum Werkstück erzeugen, die den
Bewegungen entspricht, die mit einer konventionellen
Y-Achsenbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück erreich
bar sind, wobei die simulierte virtuelle Y-Achse in der
virtuellen Ebene liegt und radial zur Werkstückspindelachse
verläuft.
Um exakte Planflächen bearbeiten zu können, die insbesondere
parallel zur Werkstückspindelachse verlaufen, ist vorgesehen,
daß die Werkzeugspindelachse stets senkrecht auf der virtuel
len Ebene steht.
Eine besonders günstige Ausbildung dieser Lösung sieht vor,
daß die Maschinensteuerung in dem Y-Achsen-Simulationsmodus
zusätzlich zur C-Achse und zur Schwenkachse die X-Achse
derart steuert, daß eine durch die Gesamtheit aller rotierend
bewegten Schneiden des rotierend angetriebenen Werkzeugs
definierte Fläche in allen außermittigen Stellungen der Werk
zeugspindelachse sich stets in konstanter Ausrichtung zu
einem konstanten Abstand von der virtuellen Ebene bewegt.
Diese Variante des Y-Achsen-Simulationsmodus hat den großen
Vorteil, daß damit Planflächen am Werkstück erzeugbar sind,
die quer zur X-Achse verlaufen, ohne daß eine Linearachse zur
Bewegung des rotierenden Werkzeugs in Y-Richtung erforderlich
ist.
Eine alternative Variante sieht vor, daß die Maschinen
steuerung in dem Y-Achsen-Simulationsmodus in einer bestimm
ten außermittigen Stellung Ber Werkzeugspindelachse den diese
Stellung bestimmenden Y-Wert der simulierten Y-Achse auf
rechterhält und während des Aufrechterhaltens dieser Stellung
durch Ansteuerung der X-Achse und gegebenenfalls der C-Achse
und der Schwenkachse das Werkzeug senkrecht zu der virtuellen
Ebene linear bewegt. Mit dieser Variante des erfindungs
gemäßen Y-Achsen-Simulationsmodus läßt sich insbesondere in
bekannter Weise außermittig das Einbringen einer Bohrung in
ein Werkstück oder das Einbringen von Ausfräsungen durch
führen.
Hinsichtlich der Anordnung der Werkzeugspindelachse relativ
zur X-Achse wurde bislang lediglich festgelegt, daß diese
einen Winkel von weniger als 45° miteinander einschließen
wobei vorzugsweise der Winkel möglichst klein sein sollte.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Werk
zeugspindelachse sich parallel zur X-Achse erstrecka, so daß
insbesondere bei der außermittigen Bearbeitung, bei welcher
eine Bewegung des rotierenden Werkzeugs in Richtung der Werk
zeugspindelachse erfolgen soll, diese Bewegung dadurch ein
fach steuerbar ist, daß keine Drehungen um die C-Achse und
die Schwenkachse erforderlich sind, wenn eine Bewegung längs
der X-Achse erfolgt, da zur Bewegung der Werkzeugspindelachse
parallel zu ihrer Achsrichtung lediglich eine Bewegung des
Querschlittens in Richtung der X-Achse erforderlich ist.
Hinsichtlich der Lagerung des Querschlittenträgers am
Maschinengestell sind die unterschiedlichsten Lösungen denk
bar. Beispielsweise wäre es denkbar, den Querschlittenträger
noch durch ein zwischen diesem und dem Maschinengestell ange
ordnetes Trägerelement relativ zum Maschinengestell zu posi
tionieren.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Querschlittenträger
um ein fest am Maschinengestell angeordnetes und die Schwenk
achse festlegendes Drehlager drehbar ist, da hiermit eine
einerseits einfache konstruktive Lösung zur Verfügung steht,
die andererseits aber auch eine hohe Präzision hinsichtlich
der schwenkbaren Führung des Querschlittenträgers relativ zum
Maschinengestell darstellt.
Vorzugsweise ist aus Gründen einer möglichst im Arbeitsraum
raumsparenden Lösung vorgesehen, daß ein Motor für den
Schwenkantrieb auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Seite
des Maschinengestells, insbesondere des den Träger tragenden
Ständers desselben, liegt.
Um den Querschlittenträger schwenken zu können, wäre es bei
spielsweise denkbar, über eine koaxial zur Schwenkachse ver
laufende Welle auf den Querschlittenträger einzuwirken. Als
besonders günstig hat es sich jedoch erwiesen, wenn der Quer
schlittenträger mit einem sich radial zur Schwenkachse er
streckenden Schwenkantriebsarm verbunden ist, auf welchen der
Schwenkantrieb wirkt. Eine derartige Lösung hat den Vorteil,
daß mit dieser unter Ausnutzung der Hebelgesetze einerseits
ein sehr genaues Schwenken des Querschlittenträgers erreich
bar ist und andererseits mit konstruktiv einfachen Mitteln
hohe auf die Schwenkachse wirkende Momente aufgefangen werden
können, so daß sich diese Lösung insbesondere hinsichtlich
der erwünschten Präzision anbietet.
Um in einfacher Weise den Schwenkantriebsarm bewegen zu
können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Schwenkantrieb
über ein Schwenkgetriebe auf den Schwenkantriebsarm wirkt.
Ein derartiges Schwenkgetriebe kann dabei in unterschied
lichster Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann
es sich um ein zahnradähnliches Getriebe handeln, oder aber
um ein Hebelgetriebe oder ein mit Zugelementen auf den
Schwenkantriebsarm wirkendes Getriebe.
Vorteilhaft ist es jedoch im Hinblick auf ein präzises Ver
schwenken des Querschlittenträgers, wenn das Schwenkgetriebe
spielarm, vorzugsweise im wesentlichen spielfrei ausgebildet
ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, daß das Schwenk
getriebe ein um eine zur Schwenkachse parallele Achse dreh
bares verzahntes Element umfaßt, welches auf eine Verzahnung
des Schwenkantriebsarms wirkt.
Im Rahmen der Erläuterung der bisherigen Ausführungsbeispiele
wurde lediglich davon ausgegangen, daß der Querschlitten
träger um die Schwenkachse schwenkbar sein soll.
Insbesondere besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung die
Möglichkeit, eine Z-Bewegung durch Verschieben der Werkstück
spindeln relativ zum Träger in Richtung der Werkstückspindel
achse und somit in Z-Richtung zu erhalten.
Um jedoch die Flexibilität bei der Bearbeitung der Werkstücke
möglichst groß zu machen, sieht eine vorteilhafte Lösung vor,
daß der Querschlittenträger selbst in Z-Richtung relativ zum
Maschinengestell verschiebbar ist. Mit dieser Lösung wird
insbesondere erreicht, daß eine Bearbeitung des Werkstücks
mit mehreren Werkzeugen erfolgen kann, und dabei die Relativ
bewegungen zwischen dem rotierend angetriebenen Werkzeug und
dem Werkstück unabhängig von den zur Bearbeitung des Werk
stücks mit anderen Werkzeugen in Z-Richtung erforderlichen
Bewegungen erfolgen kann.
Um diese Bewegung des Querschlittenträgers in Z-Richtung zu
realisieren, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Quer
schlittenträger mittels eines relativ zum Maschinengestell in
der Z-Richtung verschiebbaren Längsführungselements am
Maschinengestell gelagert ist.
Ein derartiges Längsführungselement könnte beispielsweise
eine übliche Schlittenführung sein. Besonders günstig ist es
jedoch, wenn das Längsführungselement als sich in der
Z-Richtung erstreckender Führungsarm ausgebildet ist, welcher
relativ zum Maschinengestell durch Führungen gelagert ist.
Hinsichtlich der Lagerung des Führungsarms am Maschinen
gestell sind ebenfalls die unterschiedlichsten Lösungen denk
bar. Prinzipiell sind alle Ausbildungsformen eines derartigen
Maschinengestells für die erfindungsgemäße Lösung einsetzbar.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß der
Führungsarm einen den Träger lagernden Ständer am Maschinen
gestell durchsetzt, d. h., daß der Führungsarm sich bei
spielsweise durch den Ständer hindurch vom Arbeitsraum weg
erstreckt, um im Arbeitsraum möglichst viel kollisionsfreien
Freiraum zur Verfügung zu haben. Besonders günstig ist es,
wenn der Führungsarm an dem den Träger lagernden Ständer
dabei auch noch so gelagert ist, daß das Durchsetzen des
Ständers gleichzeitig zur Lagerung des Führungsarms vorteil
haft ausgenutzt werden kann.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Führungsarm in am
Maschinengestell gehaltenen Z-Führungen relativ zum
Maschinengestell in der Z-Richtung bewegbar gelagert ist.
Dabei kann beispielsweise der Führungsarm so ausgebildet
sein, daß er die Z-Führungen durchsetzt, so daß eine stabile
Führung des Führungsarms am Maschinengestell möglich ist.
Hinsichtlich der Kombination des Schwenklagers für den Quer
schlittenträger und den Führungsarm wurden bislang keine
näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Aus
führungsform vor, daß das Schwenklager für den Querschlitten
träger den Führungsarm trägt und somit auch bereits der
Führungsarm durch das Schwenklager verschwenkbar ist.
Beispielsweise wäre es bei dieser Lösung immer noch denkbar,
das Schwenklager und die Z-Führung als zwei getrennte
Führungen auszubilden. Eine besonders günstige Lösung, ins
besondere hinsichtlich des Raumbedarfs, sieht vor, daß das
Schwenklager auch die Z-Führung für den Führungsarm bildet,
so daß der Querschlittenträger mittels einer einzigen Führung
am Maschinengestell gelagert ist, die einerseits ein
Schwenken des Querschlittenträgers zuläßt und andererseits
auch ein Verschieben desselben in der Z-Richtung, durch Ver
schieben des Führungsarms relativ zur Z-Führung.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß
der Führungsarm als Pinolenkörper ausgebildet ist, welcher in
dem Schwenklager in Z-Richtung verschiebbar gelagert ist,
wobei der Pinolenkörper vorzugsweise so ausgebildet ist, daß
eine Mantelfläche des Pinolenkörpers selbst eine Lagerfläche
darstellt, welche in dem Schwenklager drehbar gelagert und
relativ zum Schwenklager in Z-Richtung verschiebbar ist.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der Aus
führungsbeispiele wurde lediglich dargelegt, daß dar Schwenk
antriebsarm starr mit dem Querschlittenträger verbunden sein
soll.
Insbesondere bei einer Lösung mit einem Führungsarm hat es
sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Schwenk
antriebsarm drehfest mit dem Führungsarm verbunden ist und
somit auf den Führungsarm einwirkt, um den Querschlitten
träger zu verschwenken. Dabei besteht noch die Möglichkeit,
den Schwenkantriebsarm in Z-Richtung relativ zum Führungsarm
verschiebbar zu gestalten. Um jedoch eine möglichst hohe
Präzision beim Verschwenken des Querschlittenträgers zu
erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Schwenk
antriebsarm starr mit dem Führungsarm verbunden ist.
Insbesondere bei einem starr mit dem Führungsarm verbundenen
Schwenkantriebsarm ist es vorteilhaft, wenn der Schwenk
antriebsarm durch ein in Richtung parallel zur Schwenkachse
verlaufendes verzahntes Element bewegbar ist, so daß bei
einer Verschiebung des Querschlittenträgers in der Z-Richtung
der Schwenkantriebsarm in Längsrichtung des verzahnten
Elements an diesem gleitet.
Vorzugsweise ist das verzahnte Element so ausgebildet, daß es
sich in Richtung der Schwenkachse mit einer einem maximalen
Verschiebeweg des Querschlittenträgers in Z-Richtung ent
sprechenden Länge erstreckt.
Hinsichtlich des Antriebs des Querschlittens sind die unter
schiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
Beispielsweise wäre es denkbar, den Querschlitten durch einen
auf diesem sitzenden Quervorschubantrieb anzutreiben.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Querschlittenträger
mit einem Quervorschubantrieb zur gesteuerten Bewegung des
Querschlittens in der X-Richtung versehen ist, so daß der
einen nennenswerten Bauraum benötigende Quervorschubantrieb
nicht den Raumbedarf im Bereich des Querschlittens ver
größert.
Besonders günstig hinsichtlich des Raumbedarfs ist eine
Lösung, bei welcher der Quervorschubantrieb auf einer dem
Querschlitten gegenüberliegenden Seite des Längsführungs
elements angeordnet ist. Damit besteht insbesondere die
Möglichkeit, den Raum benötigenden Quervorschubantrieb auf
einer dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Seite des Längs
führungselements anzuordnen, auf welcher die räumlichen Ein
schränkungen, die im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine be
stehen, nicht mehr vorliegen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Längsvorschubantrieb am
Maschinengestell angeordnet ist, um den Querschlittenträger
nicht auch mit dem Längsvorschubantrieb zu belasten.
Besonders günstig ist es, wenn auch der Längsvorschubantrieb
auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Maschinen
gestells angeordnet ist.
Insbesondere ist es günstig, wenn der Längsvorschubantrieb an
dem den Träger für die Werkstückspindeln aufnehmenden Ständer
auf einer dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist.
Hinsichtlich der Einwirkung auf den Querschlittenträger
mittels des Längsantriebs sind die unterschiedlichsten
Lösungen denkbar. Eine vorteilhafte Variante sieht vor, daß
der Längsvorschubantrieb auf einen sich quer zum Längs
führungselement erstreckenden Haltearm wirkt, welcher mit dem
Längsführungselement in der Z-Richtung unverschieblich ver
bunden ist.
Diese Lösung stellt eine einfache konstruktive Möglichkeit
zur Realisierung eines Längsvorschubs des Längsführungs
elements dar.
Eine besonders einfache Realisierungsform sieht dabei vor,
daß der Längsvorschubantrieb über ein Längsvorschubgetriebe
auf den Haltearm wirkt.
Ein derartiges Längsvorschubgetriebe läßt sich vorzugsweise
in dem Maschinengestell selbst anordnen. Eine besonders
günstige Art der Anordnung eines derartigen Längsvorschub
getriebes sieht vor, daß dieses in dem Ständer angeordnet
ist, der den Träger für die Werkstückspindeln aufnimmt.
Damit ist auch bei dieser Realisierung der für den Längsvor
schubantrieb benötigte Raum in einen Bereich der Werkzeug
maschine, d. h. insbesondere in einen Bereich des Maschinen
ständers, verlagert, in dem ohnehin ausreichend Raum zur Ver
fügung steht, ohne daß eine Beeinträchtigung des Raumbedarfs
im Arbeitsraum selbst erfolgt.
Insbesondere um eine exakte Verschiebung des Haltearms in der
Z-Richtung zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der
Haltearm um die Schwenkachse schwenkbar an dem Längsführungs
element gehalten ist und somit die Schwenkbewegungen des
Längsführungselements sich nicht auf die Verbindung zwischen
dem Haltearm und dem Längsvorschubantrieb auswirken.
Vorzugsweise ist zur definierten Ausrichtung des Haltearms
der Haltearm gegen ein Kippen um die Schwenkachse durch eine
sich parallel zur Richtung der Schwenkachse erstreckende
Kippabstützung gesichert. Eine derartige Kippabstützung kann
unmittelbar am Maschinengestell vorgesehen sein.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß das
verzahnte Element, das zum Verschwenken des Querschlitten
trägers eingesetzt ist, auch gleichzeitig dazu dient, die
Kippabstützung zu bilden.
Um außerdem noch die Z-Bewegung des Querschlittenträgers
realisieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der
Haltearm an dem verzahnten Element parallel zur Richtung der
Schwenkachse verschiebbar geführt ist.
Hinsichtlich der Ausbildung des Trägers für die Werkstück
spindeln wurden keine spezifischen Ausführungen gemacht.
Beispielsweise wäre es denkbar, den Träger für die Werkstück
spindel als linear bewegbaren Träger für die Werkstückspindel
auszuführen, um somit die Werkstückspindel zwischen bei
spielsweise zwei oder mehreren Spindelstationen linear be
wegbar am Maschinengestell anzuordnen.
Eine hinsichtlich der Leistung besonders vorteilhafte Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sieht
vor, daß der Träger als Spindeltrommel ausgebildet ist,
welche an dem Maschinengestell um eine Trommelachse drehbar
gelagert ist und welche eine Vielzahl von Werkstückspindeln
trägt, die durch Drehen der Spindeltrommel um die Trommel
achse in einzelne Spindelstationen und somit auch in die aus
gewählte Spindelstation bewegbar sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind insbesondere
bei einer derartigen Mehrspindeldrehmaschine besonders
eklatant, da bei dieser stets Raumprobleme bei der Anordnung
der Werkzeugschlitten im Arbeitsraum bestehen.
Vorzugsweise ist die Spindeltrommel so ausgebildet, daß in
dieser alle Werkstückspindeln mit ihren Werkstückspindel
achsen in gleichen Winkelabständen um die Trommelachse an
geordnet sind und vorzugsweise die Werkstückspindelachsen
ebenfalls parallel zur Trommelachse verlaufen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Betreiben einer Werkzeugmaschine mit einem Maschinengestell,
mit mindestens einer Werkstückspindel, in welcher ein Werk
stück gespannt und um eine Werkstückspindelachse rotierend
angetrieben werden kann, mit einem Träger, auf welchem die
Werkstückspindel angeordnet ist und mit welchem die Werk
stückspindel relativ zum Maschinengestell und quer zur Werk
stückspindelachse in mindestens zwei relativ zum Maschinen
gestell fest vorgegebene Spindelstationen bewegt werden kann
und mit mindestens einem einer ausgewählten Spindelstation
zugeordneten Werkzeugträger, umfassend einen am Maschinen
gestell gelagerten Querschlittenträger mit einem Quer
schlitten für ein Werkzeug, der in einer X-Richtung zu der in
der ausgewählten Spindelstation stehenden Werkstückspindel
bewegt werden kann, welches erfindungsgemäß dadurch gekenn
zeichnet ist, daß das in der Werkstückspindel gehaltene Werk
stück mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse um die
Werkstückspindelachse in definierte Drehstellungen bewegt
wird, daß der Querschlittenträger gegenüber dem Maschinen
gestell um eine zur Werkstückspindelachse der in der ausge
wählten Spindelstation stehenden Werkstückspindel parallele
Schwenkachse mittels eines Schwenkantriebs numerisch ge
steuert bewegt wird, daß auf dem Querschlitten eine Werkzeug
spindel zur Aufnahme eines um eine Werkzeugspindelachse
rotierend angetriebenen Werkzeugs vorgesehen ist und daß die
Werkzeugspindelachse mit der X-Richtung einen Winkel von
weniger als 45° einschließt und außerdem durch die Bewegung
des Querschlittens in der X-Richtung und um die Schwenkachse
in einer senkrecht zur Werkstückspindelachse der in der aus
gewählten Spindelstation stehenden Werkstückspindel ver
laufenden Ebene bewegt wird.
Darüber hinaus sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vor, daß in einem Y-Achsen-Simulationsmodus das
Werkstück um die Werkstückspindelachse und der Querschlitten
träger um die Schwenkachse simultan derart bewegt werden, daß
bei allen zur außermittigen Bearbeitung des Werkstücks durch
das angetriebene Werkzeug vorgesehenen außermittigen Stel
lungen der Werkzeugspindelachse diese stets senkrecht auf
einer relativ zum Werkstück feststehend angeordneten und
durch die Werkstückspindelachse hindurchverlaufenden
virtuellen Ebene steht, die durch Drehen des Werkstücks um
die Werkstückspindelachse gedreht wird.
Mit dieser Lösung besteht die Möglichkeit, in gleicher Weise,
wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Werkzeug
maschine beschrieben, das rotierend angetriebene Werkzeug zum
Werkstück stets so zu bewegen, wie wenn eine echte Y-Achse
zum Bewegen des Werkzeugs relativ zum Werkstück vorhanden
wäre.
Eine besonders günstige Ausbildung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens zum Herstellen von Planflächen sieht vor, daß in dem
Y-Achsen-Simulationsmodus zusätzlich zur C-Achse und zur
Schwenkachse das Werkzeug in der X-Achse derart bewegt wird,
daß sich eine Schneide des rotierend angetriebenen Werkzeugs
in allen mittigen und außermittigen Stellungen der Werkzeug
spindelachse stets in einem konstanten Abstand von der
virtuellen Ebene bewegt.
Alternativ dazu sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß in dem Y-Achsen-
Simulationsmodus in einer bestimmten außermittigen Stellung
der Werkzeugspindelachse der diese Stellung bestimmende
Y-Wert der simulierten Y-Achse aufrechterhalten wird und
während des Aufrechterhaltens dieser Stellung das Werkzeug
durch die X-Achse und gegebenenfalls durch die C-Achse und
die Schwenkachse senkrecht zur virtuellen Ebene linear bewegt
wird. Damit sind alle Bearbeitungen möglich, welche bei
spielsweise Bohr- oder Ausfräsbearbeitungen darstellen, die
auch mit einer echten Y-Achse zur Bewegung des Werkstücks
ausführbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung
sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der
zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Aus
führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Drehmaschine;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Spindeltrommel des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 in Richtung
des Pfeils A in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 1 durch
einen Werkzeugschlitten für feststehende
Werkzeuge;
Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 durch eine
Variante des in Fig. 3 dargestellten Werk
zeugschlittens;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten
Variante einer Hubkurve;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten
Variante einer Hubkurve;
Fig. 7 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 durch einen
Werkzeugschlitten mit rotierend angetriebenem
Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks mit
simulierter Y-Achse;
Fig. 8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in Fig. 7 im
Bereich von Spindelstation III;
Fig. 9 eine ausschnittsweise vergrößerte Draufsicht
auf Spindelstation III bei mit einer Werk
zeugspindel bestücktem Werkzeugschlitten und
beginnender Fräsbearbeitung mit simulierter
Y-Achse;
Fig. 10 eine Draufsicht ähnlich Fig. 9 bei beendeter
Fräsbearbeitung mit simulierter Y-Achse;
Fig. 11 eine schematisch vereinfachte Darstellung der
geometrischen Verhältnisse bei außermittiger
Fräsbearbeitung mit simulierter Y-Achse und
Fig. 12 eine schematisch vereinfachte Darstellung der
geometrischen Verhältnisse ähnlich Fig. 11
bei außermittiger Bohrbearbeitung mit simu
lierter Y-Achse.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehr
spindeldrehmaschine, dargestellt in Fig. 1, weist ein als
Ganzes mit 10 bezeichnetes Maschinengestell auf, an welchem
eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Spindeltrommel um eine
Trommelachse 14 drehbar gelagert ist.
Die Spindeltrommel 12 ist mit einer Stirnseite 16 einem als
Ganzes mit 18 bezeichneten Arbeitsraum zugewandt angeordnet
und dient als Träger für eine Vielzahl von in gleichem
radialem Abstand von der Trommelachse 14 und in gleichen
Winkelabständen um diese herum angeordnete Werkstückspindeln
20, deren Werkstückspindelachse 22 beispielsweise parallel
zur Trommelachse 14 verläuft. Die Werkstückspindeln 20 sind
mit ihrer Stirnseite 24 ebenfalls dem Arbeitsraum 18 zuge
wandt und tragen vorzugsweise stirnseitig ein Werkstückspann
mittel zum Spannen eines Werkstücks. Ferner sind die Werk
stückspindeln 20 um die Spindelachse 22 als C-Achse numerisch
gesteuert in definierte Drehstellungen drehbar.
Die Spindeltrommel 12 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, so
drehbar, daß deren Werkstückspindeln 20 in unterschiedlichen
Spindelstationen I bis VI relativ zum Maschinengestell 10
positionierbar sind. In diesen Spindelstationen I bis VI
erfolgt eine Bearbeitung eines beispielsweise in Fig. 3
dargestellten Werkstücks 30 mittels einem oder mehreren Werk
zeugen 32, die in Werkzeughaltern 34 aufgenommen sind. Zur
Bearbeitung der Werkstücke 30 sind die Werkzeuge 32 zumindest
in X-Richtung mittels einer in Fig. 1 dargestellten
Maschinensteuerung 39 gesteuert bewegbar, vorzugsweise
erfolgt auch noch zusätzlich eine gesteuerte Bewegung der
Werkzeuge 32 in Z-Richtung.
Um in den einzelnen Spindelstationen IV bis VI möglichst
viele Bearbeitungen mit möglichst unterschiedlichen Werk
zeugen durchführen zu können, sind den Spindelstationen IV
bis VI je zwei mit feststehenden Werkzeugen bestückbare Werk
zeugschlitten 40 zugeordnet, die auf der Seite des Arbeits
raums 18 angeordnet sind, auf welcher auch die Spindeltrommel
12 angeordnet ist. Jeder dieser als Kreuzschlitten ausge
bildeten Werkzeugschlitten 40 umfaßt, wie in Fig. 3 darge
stellt, ein in Form einer Pinole ausgebildetes Längs
schlittenelement 42, welches mit einem Gehäuserohr 44 in zwei
im Abstand voneinander angeordneten und insgesamt eine
Längsführung in Z-Richtung bildenden Linearführungen 46 und
48 gelagert, die in zwei im Abstand voneinander angeordneten
Lagerschilden 50 und 52 eines Schlittenständers 54 angeordnet
sind, in welchem auch die Spindeltrommel 12 gelagert ist.
Das als Pinole ausgebildete Längsführungselement 42 bildet
einen Querschlittenträger 55 und trägt auf seiner dem
Arbeitsraum 18 zugewandten Seite eine ebenfalls vom Quer
schlittenträger 55 umfaßte Querschlittenführung 56, an
welcher ein Querschlitten 58 in X-Richtung verschiebbar an
geordnet ist. Der Querschlitten 58 trägt auf seiner dem
Arbeitsraum zugewandten Oberseite 60 eine Aufnahme 62 für den
Werkzeughalter 34.
Die den Querschlitten 58 tragende Querschlittenführung 56 ist
mitsamt dem Längsführungselement 42 in Z-Richtung verschieb
bar, so daß dadurch auch eine Verschiebung des Werkzeugs 32
in Z-Richtung möglich ist.
Diese Verschiebung kann entweder durch eine definierte Posi
tionierung des Längsführungselements 42 in Z-Richtung und
Fixierung dieser Position relativ zum Schlittenständer 54
erfolgen oder gesteuert durch einen von der Maschinen
steuerung 39 angesteuerten Längsvorschubmotor 70, welcher auf
einer dem Arbeitsraum 18 abgewandten Seite des Schlitten
ständers 54 angeordnet ist und ein Längsvorschubgetriebe 72
antreibt.
Das Längsvorschubgetriebe 72 ist neben dem Längsschlitten
element 42 und zwischen den Lagerschilden 50 und 52 ange
ordnet und umfaßt eine sich parallel zum Gehäuserohr 44 des
Längsschlittenelements 42 erstreckende Vorschubgewindespindel
74, welche am Schlittenständer 54 mittels eines am Lager
schild 50 sitzenden Axiallagers 76 drehbar, jedoch längs
ihrer Achse 78 unverschiebbar gelagert ist.
Mit der Vorschubgewindespindel 74 ist eine von dieser durch
setzte Spindelmutter 80 in Z-Richtung verschiebbar. Die
Spindelmutter 80 sitzt dabei, wie in Fig. 3 und Fig. 4 dar
gestellt, in einem Haltearm 82, welcher das Gehäuserohr 44
des Längsschlittenelements 42 klemmend umgreift und sich quer
zu diesem erstreckt und die Spindelmutter 80 in einer Auf
nahme aufnimmt. Der Haltearm 82 erstreckt sich ferner vom Ge
häuserohr 44 ausgehend über die Spindelmutter 80 hinaus bis
zu einer Führungsstange 84, welche sich parallel zur Z-Rich
tung zwischen den Lagerschilden 50 und 52 erstreckt und damit
fest am Schlittenständer 54 gehalten ist. Der Haltearm 82
gleitet mit Führungselementen, vorzugsweise beiderseits der
Führungsstange 84 anliegenden Führungsrollen 86 und 88 an
derselben. Die Führungsstange 84 und die Führungsrollen 86
und 88 stellen zusammen mit dem Haltearm 82 eine Verdreh
sicherung des Längsschlittenelements 42 gegen Verdrehungen um
dessen Längsachse 90 dar.
Durch Verdrehen der Vorschubgewindespindel 74 und die damit
verbundene Verschiebung der Spindelmutter 80 in Z-Richtung
ist somit eine durch die Maschinensteuerung 39 steuerbare
Bewegung des Längsschlittenelements 42 in Z-Richtung möglich.
Zum Antrieb des Querschlittens 58 ist, wie ebenfalls in Fig.
3 dargestellt, an einem dem Arbeitsraum 18 abgewandten Ende
92 des Längsschlittenelements 42 ein Quervorschubmotor 94 an
geordnet, dessen Motorwelle 96 parallel zur Längsachse 90 des
Längsschlittenelements 42 verläuft und vorzugsweise koaxial
zur Achse 90 angeordnet ist. Der Quervorschubmotor 94 treibt
eine Antriebswelle 98, welche einen inneren Hohlraum 100 des
Gehäuserohrs 44 des Längsschlittenelements 42 ungefähr
koaxial zur Längsachse 90 durchsetzt und vorzugsweise mit
zwei im Abstand voneinander angeordneten drehsteifen Gelenken
102 und 104 versehen ist.
Die Antriebswelle 98 treibt ein als Ganzes mit 106 bezeich
netes Winkelgetriebe, das seinerseits eine in der Quer
schlittenführung 56 angeordnete Quervorschubgewindespindel
108 antreibt, welche drehbar und längs ihrer Spindelachse 110
unverschieblich endseitig in der Querschlittenführung 56 ge
lagert ist. Die Quervorschubgewindespindel 108 durchsetzt
dabei ihrerseits eine Spindelmutter 112, welche mit der Quer
vorschubgewindespindel 108 ein Quervorschubgetriebe 111
bildet. Die Spindelmutter 112 ist über einen Spindelmutter
halter 114 mit dem Querschlitten 58 fest verbunden, so daß
durch ein Drehen der Quervorschubgewindespindel 108 über das
Winkelgetriebe 106 sowie über die Antriebswelle 98 mittels
des Quervorschubmotors 94 der Querschlitten 58 entsprechend
der Verschiebung der Spindelmutter 112 in X-Richtung durch
die Maschinensteuerung 39, welche den Quervorschubmotor 94
ansteuert, steuerbar ist. Der Quervorschubmotor 94 treibt
somit über die Antriebswelle 98 ein als Ganzes mit 116 be
zeichnetes Quervorschubgetriebe, umfassend das Winkelgetriebe
106, welches beispielsweise als Kegelradgetriebe angeordnet
ist, und die jeweils endseitig gelagerte Quervorschubspindel
108 mit der auf dieser sitzenden Spindelmutter 112.
Eine Verbindung der Querschlittenführung 56 mit dem Gehäuse
rohr 44 des Längsführungselements 42 erfolgt vorzugsweise
mittels eines Ringflansches 120, welcher in einem dem
Arbeitsraum 18 zugewandten Ende 122 des Gehäuserohrs 44
radial nach innen absteht und von Verankerungselementen 124,
beispielsweise Schrauben, durchsetzt ist, welche ebenfalls in
der Querschlittenführung 56 verankert sind und somit die
Querschlittenführung 56 am Ende 122 des Gehäuserohrs 44
fixieren.
Bei einer Variante des Werkzeugschlittens 40, dargestellt in
Fig. 4, sind diejenigen Teile, die mit denen des ersten Aus
führungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen
versehen.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist ein von der
Antriebswelle 98 angetriebenes Quervorschubgetriebe 126 vor
gesehen, welches eine von der Antriebswelle 98 angetriebene
Hubkurve 128 aufweist, welche einen Kurvenfolger 130 mit zwei
Kurvenfolgerelementen 146, 148 wirkt, die mit dem Quer
schlitten 58 fest verbunden sind.
Die Hubkurve 128 ist dabei mittels eines Drehlagers 134 an
dem dem Arbeitsraum 18 zugewandten Ende 122 des Gehäuserohrs
44 des Längsführungselements 42 drehbar gelagert und, wie in
Fig. 5 und 6 dargestellt, entweder als Hohlkurve mit einer
inneren Hubfläche 140 ausgebildet, welche mit jeweils ein
ander gegenüberliegenden Hubflächenbereichen 142 und 144 auf
zwei Kurvenfolgerkörper 146 und 148, beispielsweise ausge
führt als Rollen, wirkt, und die damit deren Position in X-
Richtung entsprechend der Drehstellung der Hubkurve 128 ein
deutig vorgibt. Hierzu ist vorzugsweise die Hubfläche 140 so
ausgebildet, daß stets die einander gegenüberliegenden Hub
flächenbereiche 142, 144 denselben Abstand voneinander auf
weisen, dabei allerdings die Kurvenfolgerelemente 146 und 148
in unterschiedlichen radialen Abständen zu einer Drehachse
150 der Hubkurve 128 positionieren.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Hubkurve 128 ist
die Hubkurve 128 selbst als spiralförmiger Wulst 160 aus
gebildet und weist zwei einander gegenüberliegende Hubflächen
162 und 164 auf, an welchen zwei Kurvenfolgerelemente 166
bzw. 168 stets anliegen. Durch Drehung der spiralförmigen
Hubkurve 160 um die Drehachse 150 ist somit eine Positio
nierung der Kurvenfolgerelemente 166 und 168 in unterschied
lichem radialem Abstand von der Drehachse 150 möglich, wobei
die mit dem Querschlitten 58 verbundenen Kurvenfolgerelemente
166 und 168 den Querschlitten 58 in X-Richtung eindeutig
positionieren.
Bei den bislang beschriebenen Werkzeugschlitten 40, welche
auf der Seite des Arbeitsraum 18 angeordnet sind, auf welcher
auch die Spindeltrommel 12 angeordnet ist, handelt es sich
vorwiegend um Werkzeugschlitten 40 zur gesteuerten Bewegung
von Außenbearbeitungswerkzeugen 32.
Bei einem als Ganzes mit 160 bezeichneten Werkzeugschlitten
(Fig. 7) ist der Querschlitten 58 in gleicher Weise antreib
bar wie bei den Werkzeugschlitten 40, allerdings trägt der in
X-Richtung bewegbare Querschlitten 58 eine als Ganzes mit 162
bezeichnete Werkzeugspindel, in welcher ein um eine Werkzeug
spindelachse 164 rotierend antreibbares rotierendes Werkzeug
166, beispielsweise ein Fräswerkzeug, angeordnet ist.
Hinsichtlich der Ausbildung des Quervorschubmotors 94 für den
Querschlitten 58 und des Antriebs des Querschlittens 58 wird
auf die Ausführungen zu den vorherigen Ausführungsbeispielen
Bezug genommen.
Im Gegensatz zu dem Werkzeugschlitten 40 ist das Gehäuserohr
44 des Längsschlittenelements 42 nicht in den Z-Führungen 46
und 48 gehalten, sondern in in den Lagerschilden 50 und 52
angeordneten Führungen 170 und 172, welche nicht nur eine
Verschiebung des Gehäuserohrs 44 in Z-Richtung zulassen,
sondern auch eine Drehung des Gehäuserohrs 44 um die Längs
achse 90 desselben. Zum Verschieben des Längsschlitten
elements 42 in der Z-Richtung ist der Haltearm 82 um die
Längsachse 90 des Gehäuserohrs 44 drehbar, jedoch in
Z-Richtung unverschieblich an diesem gelagert, beispielsweise
zwischen zwei auf dem Gehäuserohr 44 festliegenden Lager
teilen 174 und 176. In dem Haltearm 82 ist ferner auch noch
die Spindelmutter 80 angeordnet, die in gleicher Weise wie
bei den voranstehenden Werkzeugschlitten 40 durch den Längs
vorschubmotor 70 antreibbar ist.
Zum definierten Schwenken des Längsschlittenelements 42 ist
beispielsweise das Lagerteil 176 mit einem sich von dem
Gehäuserohr 44 weg erstreckenden Schwenkantriebsarm 180 ver
sehen, welcher sich bis zu einer verzahnten Welle 182 er
streckt, die um eine Wellenachse 184 drehbar ist, welche
parallel zur Längsachse 90 verläuft, wobei die verzahnte
Welle 182 vorzugsweise auf einer dem Längsschlittenelement 42
gegenüberliegenden Seite der Vorschubgewindespindel 74 ange
ordnet ist.
Die verzahnte Welle 182 ist ihrerseits mittels Drehlagern 186
und 188 in den Lagerschilden 50 und 52 drehbar gelagert und
durch einen auf einer dem Arbeitsraum 18 gegenüberliegenden
Seite des Schlittenständers 54 angeordneten Schwenkantriebs
motor 190 antreibbar, der seinerseits an dem Lagerschild 50
gehalten ist.
Die verzahnte Welle 182 weist vorzugsweise lediglich in einem
einer umfangsseitigen Verzahnung 192 des Schwenkantriebsarms
180 zugewandten Umfangsbereich 194 eine Verzahnung 196 auf,
die mit der Verzahnung 192 des Schwenkantriebsarms in Ein
griff bringbar ist. Vorzugsweise bildet die verzahnte Welle
182 mit dem Schwenkantriebsarm 180 ein als Ganzes mit 200
bezeichnetes Schwenkgetriebe, welches vorzugsweise spielarm,
noch besser spielfrei, ausgebildet ist und mit welchem der
Schwenkantriebsmotor 190 in der Lage ist, das Längsschlitten
element 42 um seine Längsachse 90 in einem festgelegten
Winkelbereich zu verschwenken.
Die verzahnte Welle 182 bildet ferner mit ihren nicht ver
zahnten Umfangsbereichen 202 eine Führungsfläche für an dem
Haltearm 82 angeordnete Führungskörper 204 und 206, welche
hinsichtlich ihrer Funktion der der Führungsrollen 86 und 88
entsprechen, so daß der Haltearm 82 mit seiner Mittelachse
208, welche vorzugsweise durch die Längsachse 90 und durch
die Achse 184 verläuft, in stets derselben Ausrichtung
relativ zum Maschinengestell 10 in der Z-Richtung bewegbar
ist und somit eine verdrehfeste Aufnahme für die Spindel
mutter 80 zur spielfreien Übertragung der Z-Bewegung der
Spindelmutter 80 auf das Längsschlittenelement 42 darstellt,
um eine präzise Positionierung des Längsschlittenelements 42
in der Z-Richtung zu gewährleisten.
Außerdem ist durch das Schwenkgetriebe 200 der Scharenk
antriebsarm 180 und damit auch das Längsschlittenelement 42
zusätzlich zur Bewegbarkeit in Z-Richtung um die Längsachse
90 als Schwenkachse verschwenkbar, so daß, wie in Fig. 9 und
10 dargestellt, eine Bearbeitung eines Werkstücks W der
gestalt möglich ist, daß das rotierende Werkzeug 166 in einer
senkrecht zur X-Achse verlaufenden und relativ zum Werkstück
W feststehend angeordneten Y-Richtung bewegbar ist und bei
spielsweise eine plane Fläche F am Werkstück W durch Fräsen
mit dem rotierenden Werkzeug 166 erzeugbar ist.
Hierzu wird, wie in Fig. 11 dargestellt, eine virtuelle Ebene
V definiert, welche durch die Werkstückspindelachse 22 hin
durch verläuft und in welcher die senkrecht zur Werkstück
spindelachse 22 verlaufende Y-Richtung der simulierten
Y-Achse liegt. Ferner wird die Werkzeugspindelachse 164 bei
spielsweise so ausgerichtet, daß sie stets auf der fest
relativ zum Werkstück W definierten virtuellen Ebene V steht.
Ein Fräsen einer zur virtuellen Ebene V parallelen Planfläche
F erfolgt nun in einem Y-Achsen-Simulationsmodus der
Maschinensteuerung 39 dergestalt, daß, wie in Fig. 11 dar
gestellt, die Maschinensteuerung 39 aufgrund der numerisch
steuerbaren C-Achse das Werkstück W um die Werkstückspindel
achse 22 und gleichzeitig die Werkzeugspindelachse 164 durch
Schwanken des Querschlittens 58 um die Achse 90 mit gleichem
Drehsinn verschwenkt, wobei aufgrund des Verschwenkens des
Werkstücks W um die C-Achse die virtuelle Ebene V ebenfalls
mit dem Werkstück W mitverschwenkt wird. Dabei hat die
Maschinensteuerung 39 die Bedingung einzuhalten, daß die
Werkzeugspindelachse 164 stets senkrecht auf der virtuellen
Ebene V steht. Im Falle der Planfläche F ist zusätzlich noch
der Querschlitten 58 in X-Richtung so zu bewegen, daß trotz
Drehen des Werkstücks W und somit auch der virtuellen Ebene V
mittels der C-Achse der Abstand einer Stirnfläche 168 des
Fräswerkzeugs 166 von der virtuellen Ebene V konstant bleibt.
Bei der gesamten Schwenkbewegung der Werkzeugspindelachse 164
um die Schwenkachse 90 bewegt sich die Werkzeugspindelachse
164 in einer Ebene E, welche in der Darstellung der Fig. 11
mit der Zeichnungsebene zusammenfällt und welche senkrecht
zur Schwenkachse 90 und senkrecht zur Werkstückspindelachse
22 verläuft.
Für den Sonderfall, daß die Werkzeugspindelachse 164 radial
zur Schwenkachse 90 angeordnet ist, ergibt sich aufgrund der
Gleichungen des Pythagoras für das Bearbeiten der Planfläche
F die Gleichung
wobei H der Abstand der Fläche F von der virtuellen Ebene V
ist, A der durch den Maschinenständer 10 der Werkzeugmaschine
festgelegte Abstand der Werkstückspindelachse 22 von der
Schwenkachse 90 und X der Abstand der Stirnfläche 168 des
Fräswerkzeugs 166 von der Schwenkachse 90 darstellt. Die
Winkel 9 sind in diesem Fall ebenfalls gleich groß und werden
in gleicher Weise geändert, wobei sich der Winkel ϕ aus der
Gleichung ergibt:
Sinus ϕ = Y/A
Es sind aber beim Fräsen von Planflächen noch Varianten der
beschriebenen Vorgehensweise denkbar.
Zunächst ist es möglich, die Werkzeugspindelachse 164
parallelverschoben zur X-Achse anzuordnen.
Eine weitere Möglichkeit ist die, daß die Werkzeugspindel
achse 164 nicht parallel zur X-Achse verläuft, sondern in
einem Winkel zu dieser, wobei der Winkel in der X-Z-Ebene
und/oder in der X-Y-Ebene liegen kann. Im Extremfall verläuft
die Werkzeugspindelachse 164 windschief zur X-Achse.
Anstelle des Vorsehens eines Fräswerkzeugs 166 besteht auch
die Möglichkeit, ein Bohrwerkzeug 210 einzusetzen, mit
welchem eine außermittig liegende Bohrung 212 in dass Werk
stück W eingebracht werden soll, wobei die Bohrung 212 mit
ihrer Mittelachse 214 um den Wert Y in Richtung der simulier
ten virtuellen Y-Achse gegenüber der Werkstückspindlelachse 22
außermittig versetzt liegen soll.
In diesem Fall erfolgt mittels der C-Achse eine Drehung des
Werkstücks W dergestalt, daß die Werkzeugspindelachse 164
senkrecht auf der virtuellen Ebene V steht und diese in einem
Punkt im Abstand Y von der Werkstückspindelachse 22
schneidet.
Verläuft die Werkzeugspindelachse 164 in einer radialen Rich
tung der Schwenkachse 90, so besteht durch eine ausschließ
liche Vorschubbewegung in X-Richtung nunmehr die Möglichkeit,
die Bohrung 212 außermittig in das Werkstück W einzubringen,
wobei das Schwenken um die Schwenkachse 90 und das Drehen des
Werkstücks W um die C-Achse lediglich zur anfänglichen Vor
gabe des Winkels 9 erforderlich ist und sich der Winkel ϕ
aus der Gleichung
Sinus ϕ = Y/A
ergibt, d. h. daß durch den Winkel ϕ der Abstand der Achse
214 der Bohrung 212 von der Werkstückspindelachse 22 festleg
bar ist und während der ganzen Bohrbearbeitung festgelegt
bleibt.
Auch bei dem Bohrwerkzeug 210 sind neben der vorstehend
beschriebenen speziellen Ausrichtung der einzelnen X-, Y- und
Z-Richtung zu der Werkstückspindelachse 22 und der Werkzeug
spindelachse 164 dieselben Modifikationen, wie im Zusammen
hang mit dem Fräswerkzeug beschrieben, denkbar.
Claims (37)
1. Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinengestell,
mindestens eine Werkstückspindel, in welcher ein Werk
stück spannbar und um eine Werkstückspindelachse
rotierend antreibbar ist, einen Träger, auf welchem die
Werkstückspindel angeordnet ist und mit welchem die
Werkstückspindel relativ zum Maschinengestell und quer
zur Werkstückspindelachse in mindestens zwei relativ zum
Maschinengestell fest vorgegebene Spindelstationen be
wegbar ist, und mindestens einen einer ausgewählten der
Spindelstationen zugeordneten Werkzeugträger, umfassend
einen am Maschinengestell gelagerten Querschlittenträger
mit einem in einer X-Richtung zu der in der ausgewählten
Spindelstation stehenden Werkstückspindel bewegbaren
Querschlitten für ein Werkzeug,
dadurch gekennzeichnet, daß das in der Werkstückspindel (20) gehaltene Werkstück (W) mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse um die Werk stückspindelachse (22) in definierte Drehstellungen drehbar ist,
daß der Querschlittenträger (55) gegenüber dem Maschinengestell (10) um eine zur Werkstückspindelachse (22) der in der ausgewählten Spindelstation (III) stehenden Werkstückspindel (20) parallele Schwenkachse (90) mittels eines Schwenkantriebs (190) numerisch ge steuert verschwenkbar ist, daß auf dem Querschlitten (58) eine Werkzeugspindel (162) zur Aufnahme eines um eine Werkzeugspindelachse (164) rotierend antreibbaren Werkzeugs (166, 210) vorgesehen ist, und daß die Werk zeugspindelachse (164) mit der X-Richtung einen Winkel von weniger als 45° einschließt.
dadurch gekennzeichnet, daß das in der Werkstückspindel (20) gehaltene Werkstück (W) mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse um die Werk stückspindelachse (22) in definierte Drehstellungen drehbar ist,
daß der Querschlittenträger (55) gegenüber dem Maschinengestell (10) um eine zur Werkstückspindelachse (22) der in der ausgewählten Spindelstation (III) stehenden Werkstückspindel (20) parallele Schwenkachse (90) mittels eines Schwenkantriebs (190) numerisch ge steuert verschwenkbar ist, daß auf dem Querschlitten (58) eine Werkzeugspindel (162) zur Aufnahme eines um eine Werkzeugspindelachse (164) rotierend antreibbaren Werkzeugs (166, 210) vorgesehen ist, und daß die Werk zeugspindelachse (164) mit der X-Richtung einen Winkel von weniger als 45° einschließt.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Werkzeugspindelachse (164) sich in
allen Positionen des Querschlittens (58) in einer senk
recht zur Werkstückspindelachse (22) der in der ausge
wählten Spindelstation (III) stehenden Werkstückspindel
(20) verlaufenden Ebene (E) erstreckt.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Maschinensteuerung (39) vorgesehen
ist, mit welcher in einem Y-Achsen-Simulationsmodus das
Werkstück (W) um die Werkstückspindelachse (164) und der
Querschlittenträger (55) um die Schwenkachse (90) derart
simultan bewegbar sind, daß bei allen zur außermittigen
Bearbeitung des Werkstücks (W) durch das angetriebene
Werkzeug (166, 210) vorgesehenen außermittigen Stel
lungen der Werkzeugspindelachse (164) diese stets senk
recht zu einer relativ zum Werkstück (W) feststehend
angeordneten und in einer durch die Werkstückspindel
achse (22) hindurch verlaufenden virtuellen Ebene (V)
liegenden virtuellen Y-Achse verläuft.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinensteuerung (39)
in dem Y-Achsen-Simulationsmodus zusätzlich zur C-Achse
und zur Schwenkachse die X-Achse derart steuert, daß
sich eine Schneide des rotierend angetriebenen. Werkzeugs
(166) in allen außermittigen Stellungen der Werkzeug
spindelachse (164) stets in einem konstanten Abstand (H)
von der virtuellen Ebene (V) bewegt.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinensteuerung (39)
in dem Y-Achsen-Simulationsmodus in einer bestimmten
außermittigen Stellung der Werkzeugspindelachse (164)
einen dieser Stellung entsprechenden Y-Wert aufrecht
erhält und während des Aufrechterhaltens dieser Stellung
mindestens durch Steuerung der X-Achse das Werkzeug
(210) senkrecht zu der virtuellen Ebene (V) linear
bewegt.
6. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug
spindelachse (164) sich parallel zur X-Achse erstreckt.
7. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitten
träger (55) um ein fest am Maschinengestell (10) ange
ordnetes und die Schwenkachse (90) festlegendes Dreh
lager (170, 172) drehbar ist.
8. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitten
träger (55) mit einem sich radial zur Schwenkachse (90)
erstreckenden Schwenkantriebsarm (180) verbunden ist,
auf welchen der Schwenkantrieb (190) wirkt.
9. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantrieb
(190) über ein Schwenkgetriebe (200) auf den Quer
schlittenträger (55) wirkt.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schwenkgetriebe (200) spielarm aus
gebildet ist.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schwenkgetriebe (200) im wesentlichen
spielfrei ausgebildet ist.
12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkgetriebe (200)
ein um eine zur Schwenkachse (90) parallele Achse (184)
drehbares verzahntes Element (182) umfaßt, welches auf
eine Verzahnung (192) des Schwenkantriebsarms (180)
wirkt.
13. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitten
träger (55) in Z-Richtung relativ zum Maschinengestell
(10) verschiebbar ist.
14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Querschlittenträger (55) mittels eines
relativ zum Maschinengestell (10) in der Z-Richtung ver
schiebbaren Längsführungselements (42) am Maschinen
gestell (10) gelagert ist.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Längsführungselement (42) als sich in
der Z-Richtung erstreckender Führungsarm ausgebildet
ist.
16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Führungsarm (42) einen den Spindel
träger (12) lagernden Ständer (54) am Maschinengestell
(10) durchsetzt.
17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Führungsarm (42) in am
Maschinengestell (10) gehaltenen Z-Führungen (170, 172)
relativ zum Maschinengestell (10) in der Z-Richtung
bewegbar gelagert ist.
18. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager
(170, 172) für den Querschlittenträger (55) den
Führungsarm (42) trägt.
19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schwenklager (170, 172) auch die Z-
Führung für den Führungsarm (42) bildet.
20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der Führungsarm (42) als Pinolen
körper ausgebildet ist, welcher in dem Schwenklager
(170, 172) in Z-Richtung verschieblich gelagert ist.
21. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantriebsarm (180)
drehfest mit dem Führungsarm (42) verbunden ist.
22. Werkzeugmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schwenkantriebsarm (180) starr mit dem
Führungsarm (42) verbunden ist.
23. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantriebsarm (180)
in Richtung parallel zur Schwenkachse (90) relativ zum
verzahnten Element (182) bewegbar ist.
24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß das verzahnte Element (182) sich in
Richtung der Schwenkachse (90) mit einer einem maximalen
Verschiebeweg des Querschlittenträgers (55) in
Z-Richtung entsprechenden Länge erstreckt.
25. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitten
träger (55) mit einem Quervorschubantrieb (94) zur
gesteuerten Bewegung des Querschlittens (58) in der X-
Richtung versehen ist.
26. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Quervorschubantrieb (94) auf einer dem
Querschlitten (58) gegenüberliegenden Seite des Längs
führungselements (42) angeordnet ist.
27. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Längsvorschubantrieb
(70) für die Bewegung des Querschlittenträgers (58) am
Maschinengestell (10) angeordnet ist.
28. Werkzeugmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Längsvorschubantrieb (70) auf einen
sich quer zum Längsführungselement (42) erstreckenden
Haltearm (80) wirkt, welcher mit dem Längsführungs
element (42) in der Z-Richtung unverschieblich verbunden
ist.
29. Werkzeugmaschine nach Anspruch 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Haltearm (80) um die Schwenkachse (90)
schwenkbar an dem Längsführungselement (42) gehalten
ist.
30. Werkzeugmaschine nach Anspruch 29, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Haltearm (80) gegen ein Kippen um die
Schwenkachse (90) durch eine sich parallel zur Richtung
der Schwenkachse (90) erstreckende Kippabstützung (182)
gesichert ist.
31. Werkzeugmaschine nach Anspruch 30, dadurch gekenn
zeichnet, daß das verzahnte Element (182) die Kipp
abstützung für den Haltearm (80) bildet.
32. Werkzeugmaschine nach Anspruch 31, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Haltearm (80) an dem verzahnten
Element (182) parallel zur Richtung der Schwenkachse
(90) verschiebbar geführt ist.
33. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine mit einem
Maschinengestell, mit mindestens einer Werkstückspindel,
in welcher ein Werkstück gespannt und um eine Werkstück
spindelachse rotierend angetrieben werden kann, mit
einem Träger, auf welchem die Werkstückspindel ange
ordnet ist und mit welchem die Werkstückspindel relativ
zum Maschinengestell und quer zur Werkstückspindelachse
in mindestens zwei relativ zum Maschinengestell fest
vorgegebene Spindelstationen bewegt werden kann und mit
mindestens einem einer ausgewählten Spindelstation zuge
ordneten Werkzeugträger, umfassend einen am Maschinen
gestell gelagerten Querschlittenträger mit einem Quer
schlitten für ein Werkzeug, der in einer X-Richtung zu
der in der ausgewählten Spindelstation stehenden Werk
stückspindel bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß das in der Werkstückspindel gehaltene Werkstück
mittels einer numerisch gesteuerten C-Achse um die Werk
stückspindelachse in definierte Drehstellungen bewegt
wird, daß der Querschlittenträger gegenüber dem
Maschinengestell um eine zur Werkstückspindelachse der
in der ausgewählten Spindelstation stehenden Werkstück
spindel parallele Schwenkachse mittels eines Schwenk
antriebs numerisch gesteuert bewegt wird, daß auf dem
Querschlitten eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines um
eine Werkzeugspindelachse rotierend angetriebenen Werk
zeugs vorgesehen ist und daß die Werkzeugspindelachse
mit der X-Richtung einen Winkel von weniger als 45°
einschließt.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß
die Werkzeugspindelachse durch die Bewegung des Quer
schlittens in der X-Richtung und um die Schwenkachse in
einer senkrecht zur Werkstückspindelachse der in der
ausgewählten Spindelstation stehenden Werkstückspindel
verlaufenden Ebene bewegt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einem Y-Achsen-Simulationsmodus das
Werkstück um die Werkstückspindelachse und der Quer
schlittenträger um die Schwenkachse simultan derart
bewegt werden, daß bei allen zur außermittigen Be
arbeitung des Werkstücks durch das angetriebene Werkzeug
vorgesehenen außermittigen Stellungen der Werkzeug
spindelachse diese stets senkrecht zu einer relativ zum
Werkstück feststehend angeordneten und in einer durch
die Werkstückspindelachse hindurchverlaufenden
virtuellen Ebene liegenden virtuellen Y-Achse verläuft,
die durch Drehen des Werkstücks um die Werkstückspindel
achse gedreht wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Y-Achsen-Simulationsmodus
zusätzlich zur C-Achse und zur Schwenkachse das Werkzeug
in der X-Achse derart bewegt wird, daß sich eine
Schneide des rotierend angetriebenen Werkzeugs in allen
mittigen und außermittigen Stellungen der Werkzeug
spindelachse stets in einem konstanten Abstand von der
virtuellen Ebene bewegt.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Y-Achsen-Simulationsmodus in
einer bestimmten außermittigen Stellung der Werkzeug
spindelachse der diese Stellung bestimmende Y-Wert der
simulierten Y-Achse aufrechterhalten wird und während
des Aufrechterhaltens dieser Stellung das Werkzeug durch
die X-Achse und gegebenenfalls durch die C-Achse und die
Schwenkachse senkrecht zur virtuellen Ebene linear
bewegt wird.
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