DE19916212C2 - Mehrspindelige Werkzeugmaschine, insbesondere Mehrspindeldrehautomat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrspindelige Werkzeugmaschine, insbeson­ dere einen Mehrspindeldrehautomat, mit mehreren um eine zentrale Achse angeordneten, drehend antreibbaren Arbeitsspindeleinheiten, die von einer Bearbeitungsposition in die nächstfolgende Bearbeitungsposition weiterschaltbar sind.

Derartige Mehrspindelwerkzeugmaschinen sind beispielsweise aus der EP 0 726 119 A1 oder der DE 196 19 720 A1 bekannt. Die be­ kannten Maschinen haben eine an einem Maschinengestell drehbar gelagerte Spindeltrommel, an der die Arbeitsspindeln in festem, gleichgroßem Winkelabstand voneinander gelagert sind und mit der sie gleichzeitig in die verschiedenen Bearbeitungspositionen durch Weiterschalten der Spindeltrommel gebracht werden. Nach Arretierung der Spindeltrommel zum Festsetzen der Arbeitsspin­ deln in ihren jeweiligen Bearbeitungspositionen erfolgt an den Bearbeitungsstationen eine Bearbeitung der in den Arbeitsspin­ deln eingespannten Werkstücke, bevor die Spindeltrommel weiter­ geschaltet wird und die Arbeitsspindeln mit den Werkstücken da­ durch in die nächste Bearbeitungsposition gelangen.

Aus der DE 196 19 720 A1 ist es bekannt, den einzelnen Bearbei­ tungsstationen Werkzeugschlitten mit zwei Werkzeugen zuzuordnen und die Spindeltrommel so weiterzuschalten, daß innerhalb jeder Bearbeitungsstation die jeweiligen Spindeln in zwei Stellungen nacheinander positioniert werden, so daß die darin eingespannten Werkstücke erst mit dem in Schaltrichtung der Spindeltrommel ersten Werkzeug und nach Weiterschalten um einen geringen Schaltwinkel mit dem zweiten Werkzeug bearbeitet werden. Bei dieser Maschine sind also doppelt so viele Bearbeitungspositio­ nen wie Arbeitsspindeln vorgesehen, wenn man einmal von Be- und Entladestationen zum Be- und Entladen der Werkstücke absieht.

Die bei den bekannten Mehrspindelwerkzeugmaschinen regelmäßig verwirklichte Anordnung der Arbeitsspindeln an der Spindeltrom­ mel hat den großen Nachteil, daß diese immer erst dann weiterge­ schaltet werden kann, wenn der am längsten dauernde Bearbei­ tungsvorgang an einer Bearbeitungsstation abgeschlossen ist. Die Taktzeit, d. h. die Zeit bis zum Weiterschalten der Trommel und damit aller Arbeitsspindeln wird daher durch die am längsten dauernde Bearbeitung einer Bearbeitungsstation vorgegeben. Häu­ fig ist es dabei der Fall, daß nur noch ein Werkzeug in der be­ troffenen Station mit dem Werkstück in Eingriff ist, während an allen anderen Bearbeitungsstationen die Bearbeitung bereits be­ endet ist und die Bearbeitungskapazität der einzelnen Bearbei­ tungsstationen durch die erzwungene Totzeit nicht ausgeschöpft werden kann. Ein weiterer Nachteil der schaltbaren Spindeltrom­ mel besteht darin, daß deren bewegte Masse beim Drehschaltvor­ gang möglichst klein sein soll, um die erwünscht hohe Schaltge­ schwindigkeit zum Weiterschalten der Arbeitsspindeln in die nächste Bearbeitungsposition realisieren zu können. Um die Masse der Spindeltrommel in vertretbaren Grenzen zu halten, muß ihr Durchmesser und damit auch der Spindelkreisdurchmesser möglichst klein gehalten werden, was den zur Verfügung stehenden Platz für die Arbeitsspindeleinheiten einschränkt und was auch wenig Raum für die Anordnung der Bearbeitungswerkzeuge in den einzelnen Be­ arbeitungsstationen und der Beschickungseinrichtung läßt. Durch die möglichst geringe Größe der Spindeltrommel kann auch der zentrale Spindelträger, an dem die Spindeltrommel insbesondere bei Vertikalmaschinen üblicherweise gelagert ist, nicht beliebig groß dimensioniert werden, so daß es ihm häufig an der gewünsch­ ten Steifigkeit mangelt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Ma­ schinen besteht darin, daß die Werkzeugträger an festen Positio­ nen angeordnet sind und somit nicht immer optimal zum Werkstück ausgerichtet werden können.

Aus der DE 298 15 125 U1 ist eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken bekannt, die einen Werkstückhalter aufweist, der auf einer Führungsbahn von einer Abholstation, an der er ein Werkstück übernimmt, zu einer ersten und einer oder mehreren weiteren Bearbeitungsstationen, an denen das Werkstück bearbeitet wird, verfahrbar ist. An den verschiedenen Bearbei­ tungsstationen erfährt das Werkstück unterschiedliche Bearbei­ tungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrspindelwerkzeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine größtmögliche Flexibilität bei der Bearbeitung in den einzelnen Bearbeitungs­ positionen ermöglicht und mit der die zur Bearbeitung zur Verfü­ gung stehende Zeit in den Bearbeitungspositionen von den Ar­ beitsspindeleinheiten optimal ausgeschöpft werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ar­ beitsspindeleinheiten unabhängig voneinander entlang einer um die zentrale Achse umlaufenden Bewegungsbahn beweglich sind und daß die Bearbeitungspositionen aufgelöst und als Bearbeitungs­ segmente ausgestaltet sind, innerhalb deren Grenzen die jewei­ ligen Arbeitsspindeln bzw. Arbeitsspindeleinheiten während eines Bearbeitungsvorganges entlang der Bewegungsbahn beweglich sind.

Mit der Erfindung wird also der eingefahrene Weg des Standes der Technik verlassen, bei dem benachbarte Arbeitsspindeleinheiten durch ihre Anordnung an der Spindeltrommel immer einen festen Abstand voneinander haben. Erfindungsgemäß sind die Arbeitsspin­ deleinheiten vielmehr unabhängig voneinander entlang der Bewe­ gungsbahn beweglich und können daher ihre Relativlage zueinander verändern. Es ist daher möglich, auch die Größe der Bearbei­ tungssegmente bereichsweise variabel zu gestalten und beispiels­ weise in einem Bearbeitungssegment zwei in Richtung der Bewe­ gungsbahn hintereinander angeordnete Bearbeitungsstationen vor­ zusehen, während in einem anderen, beispielsweise dem unmittel­ bar benachbarten Bearbeitungssegment nur eine Bearbeitungsstati­ on angeordnet und dieses Bearbeitungssegment dadurch entspre­ chend kleiner gehalten ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es also möglich, einen Bearbeitungsvorgang, der eine lange Bearbeitungszeit erfordert, in einem zweckmäßig kleinen Bearbei­ tungssegment mit lediglich einer Bearbeitungsstation durchführen zu lassen, während in anderen Bearbeitungssegmenten in (annä­ hernd) derselben Bearbeitungszeit an zwei oder gar noch mehr Be­ arbeitungsstationen nacheinander mehrere Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, wozu die jeweilige Arbeitsspindeleinheit innerhalb ihres Bearbeitungssegments entlang der Bewegungsbahn verfahren werden kann.

Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Anordnung den besonderen Vorteil, daß aufgrund der Beweglichkeit der Arbeitsspindelein­ heiten entlang der Bewegungsbahn innerhalb des Bearbeitungsseg­ ments die Spindel selbst die erforderlichen Bewegungen zur Bear­ beitung eines Werkstücks in Richtung der X-Achse durchführt, die bei der Maschine nach der Erfindung mit der Bewegungsbahn zusam­ menfällt bzw. parallel zu dieser verläuft. Anders als bei den im Stand der Technik bekannten Mehrspindelmaschinen müssen die Ar­ beitsspindeleinheiten bei der Erfindung während der Bearbeitung der Werkstücke nämlich nicht an einer in Richtung der X-Achse festen Position arretiert sein, sondern können sich innerhalb der Grenzen der Bearbeitungssegmente vor- und zurückbewegen. Die erforderliche Relativbeweglichkeit zwischen Werkzeug und Werk­ stück in Richtung der X-Achse muß daher nicht durch einen Werk­ zeug- bzw. Werkstückschlitten verwirklicht werden, der in Rich­ tung auf die Arbeitsspindel beweglich ist, sondern das Werkzeug (bzw. Werkstück) kann an der Bearbeitungsstation innerhalb des Bearbeitungssegments an fester Stelle positioniert werden, wo­ durch eine besonders starre Anordnung möglich wird.

Üblicherweise wird es zweckmäßig sein, wenn die Arbeitsspinde­ leinheiten entlang einer kreisförmigen Bewegungsbahn beweglich sind, die um die zentrale Achse verläuft. Es ist aber durchaus auch möglich, daß die Bewegungsbahn eine andere Form aufweist, wenn dies für die auszuführenden Bearbeitungsvorgänge zweckmäßig erscheint. Die Bewegungsbahn kann beispielsweise elliptisch sein oder aus zwei parallelen, geradlinigen Abschnitten bestehen, die an ihren Enden über bogen- oder halbkreisförmige Abschnitte mit­ einander verbunden sind (Langlochform). Der Begriff "zentrale Achse" soll daher im Sinne der Erfindung auch nicht so verstan­ den werden, daß alle Arbeitsspindeleinheiten von der Achse immer denselben Abstand aufweisen, sondern als "zentrale Achse" soll eine Achse verstanden werden, die im Inneren der von den Ar­ beitsspindeleinheiten umfahrenden, geschlossenen Bewegungsbahn angeordnet ist und das Zentrum der Bewegungsbahn bildet. Bei be­ vorzugter Ausgestaltung der Erfindung als Vertikalmaschine ist die Achse eine Vertikalachse.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn jede Arbeitsspindel einen ei­ genen Drehantrieb aufweist, so daß jede Arbeitsspindel völlig unabhängig von den anderen Arbeitsspindeln drehend angetrieben werden kann. Vorzugsweise weist auch jede Arbeitsspindel einen eigenen Hubantrieb auf, so daß sie zusammen mit einem im Spin­ delkopf eingespannten Werkstück etwa quer zur Richtung der Bewe­ gungsbahn in Richtung auf das oder die an den Bearbeitungssta­ tionen angeordneten Werkzeug(en) beweglich ist. Der Hubantrieb kann im wesentlichen aus einem an sich bekannten Spindeltrieb oder einem Hydraulikzylinderantrieb bestehen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Arbeitsspin­ deleinheiten an einem zentralen, feststehenden Spindelträger be­ weglich angeordnet. Die Arbeitsspindeleinheiten können dabei mit Führungsschuhen versehen sein, mit denen sie sich entlang min­ destens einer am Spindelträger angeordneten Führungsschiene füh­ ren. Vorzugsweise ist jeder Arbeitsspindeleinheit ein Antrieb für die Bewegung entlang der Bewegungsbahn zugeordnet, der im wesentlichen aus einem Linearmotor bestehen kann. Hierzu weist jede Arbeitsspindeleinheit vorzugsweise ein eigenes Statorele­ ment für den Linearmotorantrieb auf und der Spindelträger ist mit einem für alle Antriebsspindeleinheiten gemeinsamen Rotor­ element für den Linearmotorantrieb versehen. Dem Antrieb jeder Arbeitsspindeleinheit ist dann bevorzugt eine eigene Weg- und/oder Geschwindigkeitsmeßeinrichtung zugeordnet, so daß jede Antriebsspindeleinheit unabhängig von einer anderen in ihrer Be­ wegung entlang der Bewegungsbahn geregelt und so mit stets der gewünschten Geschwindigkeit verfahren und an der erforderlichen Stelle positioniert werden kann.

Vorzugsweise sind an den einzelnen Bearbeitungssegmenten Bear­ beitungswerkzeuge und/oder Bearbeitungseinheiten vorgesehen, die mittelbar oder unmittelbar an dem Spindelträger angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Werkzeuge in großer räumlicher Nähe zu den Arbeitsspindeln in den Bearbeitungsseg­ menten anzuordnen und dadurch eine besonders hohe Genauigkeit durch geringe thermische und elastische Verformungen zu errei­ chen. Die Bearbeitungseinheiten können ein angetriebenes Werk­ zeug und/oder einen verstellbaren Werkzeugschlitten mit von die­ sem getragenen Werkzeug aufweisen, das dann zweckmäßig quer zur Richtung der Bewegungsbahn beweglich ist.

Vorzugsweise sind die Drehachsen der Arbeitsspindeln parallel zueinander angeordnet, und zwar zweckmäßig parallel zur zentra­ len Achse. In manchen Fällen kann es aber auch vorteilhaft sein, die Drehachsen der Arbeitsspindeln unter einem Winkel zur zen­ tralen Achse anzuordnen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Arbeitsspindeleinheit eine eigene, mit der Arbeitsspindeleinheit entlang der Bewe­ gungsbahn bewegliche Versorgungseinheit mit Regel- und/oder Stromzufuhreinrichtungen für die jeweilige Arbeitsspindel und/oder den Antrieb entlang der Bewegungsbahn zugeordnet ist. Eine derartige Anordnung, bei der die Regel- und/oder Stromzu­ fuhreinrichtungen für jede Arbeitsspindeleinheit unmittelbar dieser zugeordnet und zusammen mit dieser beweglich sind, ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung 198 43 575 A1 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. In­ dem jeder Arbeitsspindeleinheit eine eigene Versorgungseinheit zugeordnet wird, die die Regel- und/oder Stromzufuhreinrichtun­ gen für die jeweilige Arbeitsspindel und den Antrieb aufweist, ist es möglich, die Anzahl der über Schleifringabnehmer od. dgl. zu verwirklichenden Kontakte zwischen dem feststehenden Maschi­ nenteil, also beispielsweise dem zentralen, feststehenden Spin­ delträger oder einem externen Schaltschrank und den beweglichen Arbeitsspindeleinheiten auf ein Minimum zu beschränken und so einen besonders zuverlässigen und genauen Betrieb der Arbeits­ spindeleinheiten zu gewährleisten.

In bevorzugter, konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung ragen die Arbeitsspindeleinheiten mit ihren Spannköpfen durch Öffnun­ gen in einer Teleskop- oder Fächerabdeckung, die den eigentli­ chen Arbeitsraum der Bearbeitungsbereiche bzw. die darin wirksa­ men Bearbeitungswerkzeuge gegenüber den Arbeitsspindeln bzw. Spindeleinheiten separiert. Die Abdeckung verhindert, daß wäh­ rend der Bearbeitung eines Werkstückes entstehende Späne oder Kühlflüssigkeit am Spannkopf vorbei zu den empfindlicheren Be­ reichen der Arbeitsspindeleinheit wie beispielsweise deren An­ triebsmotor oder den Regel- oder Stromzufuhreinrichtungen gelan­ gen können, was ansonsten zu Beschädigungen der Arbeitsspindel oder zu Fehlschaltungen führen könnte. Die Ausbildung der Abdec­ kung als Teleskop- oder Fächerabdeckung ist dabei vorteilhaft, um den variablen Abständen der Arbeitsspindeleinheiten voneinan­ der Rechnung zu tragen.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit einer die Bauteile der Maschine umgebenden Maschinenverkleidung verse­ hen, die aus einem die Arbeitsspindeleinheiten umgebenden, inne­ ren Schutzgehäuse und einem dieses mit einem spaltartigen Frei­ raum umgebenden, äußeren Schutzgehäuse bestehen kann, wobei am äußeren Schutzgehäuse dann zweckmäßig eine Absaugeinrichtung an­ geschlossen ist. Über den spaltartigen Freiraum zwischen den beiden Schutzgehäusen kann der bei der Bearbeitung der Werkstüc­ ke entstehende Kühlmittel- oder Ölnebel von der Absaugeinrich­ tung abgesaugt werden, so daß von außen immer eine klare Sicht auf die Bearbeitungsvorgänge in den verschiedenen Bearbeitungs­ bereichen gewährleistet ist, wenn die Schutzgehäuse in bekannter Weise mit Sichtfenstern an den Bearbeitungssegmenten versehen sind. Vorzugsweise weist die Maschinenverkleidung an den Bear­ beitungssegmenten auch Zugangsöffnungen auf, was einen günstigen Zugang zu allen Bearbeitungsstellen ermöglicht.

Die Bearbeitungssegmente können in besonders vorteilhafter Aus­ gestaltung der Erfindung eine in Richtung der Bewegungsbahn va­ riable Länge haben, können also an jedes zu fertigende Werkstück angepaßt und optimal eingerichtet werden. Die Bearbeitungsseg­ mente an den einzelnen Bearbeitungspositionen können also in Richtung der Bewegungsbahn unterschiedlich groß sein und an die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge angepaßt werden. Dabei ist es auch möglich, die an der Maschine angeordneten Bearbeitungswerk­ zeuge nicht immer fest derselben Bearbeitungsposition bzw. dem­ selben Bearbeitungssegment zuzuordnen, sondern es ist denkbar, bei der Bearbeitung eines ersten Werkstückes das Bearbeitungs­ segment der beispielsweise ersten Bearbeitungsposition schmal bzw. kurz zu halten, so daß in dieser Bearbeitungsposition nur ein einziges Werkzeug das Werkstück bearbeitet, während die nächstfolgende Bearbeitungsposition bzw. das Bearbeitungssegment zwei hintereinander angeordnete Werkzeuge aufweist. Bei Bearbei­ tung eines anderen Werkstückes kann dann das eine (vordere) Werkzeug der zweiten Bearbeitungsposition dem davorliegenden Be­ arbeitungssegment zugeordnet werden, in dem dann das andere Werkstück nacheinander mit zwei Werkzeugen bearbeitet wird. Es sei hier erwähnt, daß der Begriff "Bearbeitungssegment" oder "Bearbeitungsbereich" selbstverständlich auch den oder die Be­ schickungsbereich e) der Maschine erfassen soll, an dem/denen die fertige Werkstücke abgegeben und neue Werkstückrohlinge ge­ spannt werden.

Weitere Eizelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevor­ zugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher er­ läutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikal-Mehrspindeldrehautomaten nach der Erfindung in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt;

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Schnitt längs der Linie II-II;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Spindelträger und einige der daran angeordneten Arbeitsspindeleinheiten längs der Linie III-III nach Fig. 1 in vergrößer­ ter Darstellung;

Fig. 4 eine Ansicht längs des Pfeiles IV nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Ansicht auf eine der Arbeitsspindeleinheiten längs der Linie V nach Fig. 2; und

Fig. 6 den Gegenstand der Fig. 5 in einem Schnitt längs der Linie VI-VI.

Der in der Zeichnung aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit stark vereinfacht dargestellte Mehrspindeldrehautomat 10 ist ei­ ne sogenannte Senkrecht- oder Vertikalmaschine mit einer senk­ rechten, zentralen Mittelachse 11 und einem zentral im Maschi­ nengehäuse 12 angeordneten Spindelträger 13, der von einem Ma­ schinenbett 14 senkrecht nach oben aufragt. In seinem oberen Be­ reich 15 ist der Spindelträger 13 rotationssymmetrisch zur zen­ tralen Achse 11 ausgestaltet. Am äußeren Rand seiner oberen Stirnseite 16 ist er mit einer ersten Führungsschiene 17 und an einem tieferliegenden, radial nach außen vorspringenden Stütz­ ring 18 mit einer zweiten Führungsschiene 19 versehen, entlang denen mehrere Arbeitspindeleinheiten 20 mittels Führungsschuhen 21 in Umfangsrichtung des Spindelträgers 13 verschieblich gela­ gert sind. Die Arbeitsspindeleinheiten 20 bestehen im wesentli­ chen aus einer von einem eigenen Antriebsmotor 22 drehend an­ treibbaren Arbeitsspindel 23, die an ihrem unteren Ende mit ei­ nem Spannfutter 24 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstüc­ kes B versehen ist. Jede Arbeitsspindeleinheit 20 weist ferner eine Schlitteneinheit 25 auf, entlang der die Arbeitsspindel zu­ sammen mit ihrem Antriebsmotor mit Hilfe eines in Fig. 5 ange­ deuteten, hydraulischen Antriebs 26 in ihrer Vertikalachse Z verfahrbar ist. Am Schlittenträger 27 der Schlitteneinheit 25 wiederum sind die Führungsschuhe 21 angeordnet, die mit den Füh­ rungsschienen 17, 19 zusammenwirken.

Jede Arbeitsspindeleinheit 20 ist darüber hinaus noch mit einer eigenen Versorgungseinheit 28 versehen, die zusammen mit der zu­ gehörigen Arbeitsspindel in Umfangsrichtung des Spindelträgers 13 bewegbar ist. Die Versorgungseinheiten nehmen die Regel- und Stromzufuhreinrichtungen für die zugehörige Arbeitsspindel und deren Antriebsmotoren auf und sind über eine Schleifringeinrich­ tung 29 od. dgl. in nicht näher dargestellter Weise mit einer durch ein Zentralrohr 30 im Spindelträger geführten Stromversor­ gung in Verbindung und an einen externen Sollwertgeber 31 ange­ schlossen. Diese besondere Art der Regelung und Stromversorgung der Antriebsmotoren der einzelnen Arbeitsspindeln ist im Zusam­ menhang mit einer Werkzeugmaschine mit Spindeltrommel in der äl­ teren Patentanmeldung 198 43 575 beschrieben, die hiermit aus­ drücklich zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird und auf deren Einzelheiten hiermit verwiesen sei.

Jeder Arbeitsspindeleinheit 20 ist zusätzlich zu den vorgenann­ ten Komponenten noch ein Antrieb 32 zugeordnet, mit dessen Hilfe die Arbeitsspindeleinheiten in Umfangsrichtung des Spindelträ­ gers längs der Führungsschienen bewegt werden können. Diese An­ triebe 32 sind nach Art von Linearmotoren gestaltet und bestehen im wesentlichen aus einem am Umfang des Spindelträgers 13 über dessen gesamte Umfangslänge angeordneten, permanent erregten Ro­ torelement 33, mit dem an den Arbeitsspindeleinheiten an der In­ nenseite der Schlittenträger 27 angeordnete Statorelemente zu­ sammenwirken, die von den Versorgungseinheiten 28 geregelt mit Strom beaufschlagt werden können und so die Arbeitsspindelein­ heiten entlang der Führungsschienen bewegen.

Wie sich am besten aus den Fig. 2 und 3 ergibt, haben die Ar­ beitsspindeleinheiten untereinander keinen festen, gleichgroßen Abstand, sondern sind an den Führungsschienen 17, 19 unabhängig voneinander entlang einer um die zentrale Achse 11 umlaufenden Bewegungsbahn 35 beweglich, die parallel zu den Führungsschie­ nen, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel also auf einer Kreisbahn, verläuft. Anders als bei den bislang üblichen Mehr­ spindelmaschinen, bei denen die Arbeitsspindeln in einer gemein­ samen Spindeltrommel gelagert sind, haben die Arbeitsspindelein­ heiten bei der Erfindung keine festen Bearbeitungspositionen, sondern der unterhalb der Arbeitsspindeleinheiten um den Spin­ delträger 13 herum gelegene Arbeitsraum 36 ist in mehrere Bear­ beitungssegmente 37 unterteilt, deren Anzahl in der Regel der Anzahl der Arbeitsspindeleinheiten entspricht. Es ist aber auch möglich, ein oder zwei Segmente mehr als die Anzahl der Arbeits­ spindeln vorzusehen. Innerhalb der Grenzen 38 eines Bearbei­ tungssegmentes ist also in der Regel eine Arbeitsspindeleinheit positioniert und während eines Bearbeitungsvorganges innerhalb dieser Grenzen in Richtung der Bewegungsbahn, also entlang der Führungsschienen 17, 19 beweglich. Wenn die in allen Bearbei­ tungssegmenten 37 an den Werkstücken durchgeführten Bearbei­ tungsvorgänge beendet sind, werden die Arbeitsspindeleinheiten alle gleichzeitig oder in kurzer zeitlicher Abfolge nacheinander in Richtung des Pfeiles 39 in das nächstfolgende Bearbeitungsbe­ segment weitergeschaltet.

Wie aus Fig. 2 weiterhin gut erkennbar ist, sind die einzelnen Bearbeitungssegmente 37.1-7 unterschiedlich groß, so daß auch der Weg, den eine Arbeitsspindel innerhalb der Grenzen 38 wäh­ rend eines Bearbeitungsvorganges in Richtung der Bewegungsbahn 35 durchführen kann, von Bearbeitungssegment zu Bearbeitungsseg­ ment verschiedenen ist. So dient beispielsweise das Segment 37.1 als Beschickungsbereich für die Arbeitsspindeln, in dem ein fer­ tig bearbeitetes Werkstück von der Arbeitsspindel in einer er­ sten, mit durchgezogenen Linien dargestellten Stellung an eine Werkstückabfuhreinrichtung abgegeben wird (Pfeil 40), woraufhin die Arbeitsspindeleinheit innerhalb der Grenzen des Beschic­ kungsbereiches 37.1 entlang der Schienen 17, 19 weiter vorge­ schoben wird, bis sie in eine Stellung gelangt, wo sie einen neuen Werkstückrohling von einer nicht gezeigten Übergabevor­ richtung übernimmt (Pfeil 41). Das Beschickungssegment 37.1 hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel somit eine Länge in Um­ fangsrichtung, die etwa der doppelten Breite b einer Arbeits­ spindeleinheit entspricht.

Das nächstfolgende Bearbeitungssegment 37.2 ist kleiner als das Beschickungssegment 37.1, während das daran anschließende Bear­ beitungssegment 37.3 in Umfangsrichtung eine Länge hat, die grö­ ßer ist als die doppelte Breite einer Arbeitsspindeleinheit. Das Bearbeitungssegment 37.4 an der nächsten Bearbeitungsposition hingegen ist in Umfangsrichtung nur unwesentlich länger als die Breite einer Arbeitsspindeleinheit, die sich somit in Richtung der Bewegungsbahn 35 während eines Bearbeitungsvorganges nur ein sehr kurzes Stück hin- oder herbewegen kann.

Die variable, von Bearbeitungsposition zu Bearbeitungsposition verschiedene Größe der Bearbeitungsbereiche bzw. der Segmente ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise, die verschiede­ nen, an den Werkstücken durchzuführenden Bearbeitungsvorgänge zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß in einzelnen Bearbei­ tungssegmenten keine oder nur sehr kurze Totzeiten vor dem Wei­ terschalten der Spindeln in die nächstfolgenden Bearbeitungspo­ sitionen entstehen, zu denen es bei den bekannten Maschinen mit Spindeltrommeln regelmäßig dann kommt, wenn eine in einer Bear­ beitungsposition erfolgende Bearbeitung mehr Zeit benötigt, als die Bearbeitungen in den anderen Bearbeitungspositionen. So ist es beispielsweise bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mög­ lich, dem Segment 37.4 lediglich eine Werkzeugeinheit zuzuord­ nen, mit deren Hilfe ein aufwendiger Bearbeitungsvorgang mit ho­ hem Zeitbedarf in dem Bearbeitungssegment 37.4 durchgeführt wird, während die davor- und dahinterliegenden Bearbeitungsseg­ mente 37.2, 3 bzw. 37.5-7 jeweils zwei in Richtung der Bewegungs­ bahn 35 hintereinander angeordnete Werkzeuge aufweisen, so daß in jedem der größeren Bearbeitungssegmente zwei Bearbeitungsvor­ gänge nacheinander ablaufen können, während in derselben Zeit in dem Bearbeitungssegment 37.4 nur ein Bearbeitungsvorgang mit entsprechend höherem Zeitbedarf erfolgt.

Darüber hinaus hat die variable Gestaltung der Größe der Bear­ beitungssegmente den Vorteil, daß diese sehr gut an die zum Ein­ satz kommenden Werkzeuge angepaßt werden können, wodurch der über den gesamten Umfang des Spindelträgers 13 zur Verfügung stehende Platz im Arbeitsraum 36 optimal ausgenutzt werden kann.

Ein ganz bemerkenswerter Vorteil, der sich aus der Beweglichkeit der Arbeitsspindeleinheiten entlang der Bewegungsbahn 35 inner­ halb der Grenzen 38 der Bearbeitungssegmente 37 ergibt, besteht darin, daß die Arbeitsspindeleinheit selbst die für die voll­ ständige Bearbeitung der Werkstücke erforderliche Bewegung rela­ tiv zu den Werkzeugen in Richtung der X-Achse durchführen kann, wozu sie von dem geregelten Linearantrieb 32 entlang der Füh­ rungsschienen hin- und herverfahren wird. Auf die sonst bei den bekannten Maschinen die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück in X-Richtung bewirkenden Werkzeugschlitten für Dreh­ werkzeuge od. dgl. kann somit verzichtet werden, so daß die Werk­ zeuge für die Bearbeitung in X-Richtung fest und damit besonders starr in der Maschine angeordnet werden können. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, erfolgt die Anordnung der Werkzeuge 43, 44 bevor­ zugt an Werkzeugträgern 45, die unmittelbar an dem Spindelträger 13 angeordnet sind, so daß Arbeitsspindel und Werkzeuge im Bear­ beitungsbereich nah beieinander liegen, was eine besonders hohe Beabeitungsgenauigkeit ermöglicht.

Wie sich am besten aus den Fig. 1, 5 und 6 ergibt, werden von den Arbeitsspindeleinheiten nicht nur die erforderlichen Bewe­ gungen relativ zum Werkzeug in Richtung der X-Achse durchge­ führt, die mit der Bewegungsbahn zusammenfällt, also kreisbogen­ förmig verläuft, sondern die Arbeitsspindeleinheit übernimmt in an sich bekannter Weise auch die Bewegung relativ zum Werkzeug in Z-Richtung (Vertikalrichtung) mit Hilfe des Hydraulikantriebs 26 sowie die Drehbewegung C des Werkstückes relativ zum Werkzeug durch Drehung der mit dem Spannfutter versehenen Arbeitsspindel mit Hilfe des Antriebsmotors 22. Das in Fig. 1 gezeigte Verti­ kalbohrwerkzeug 43 sowie das in Fig. 2 im Bearbeitungsbereich 37.7 angedeutete Drehwerkzeug 46 haben daher keinen eigenen An­ trieb, sondern sind fest am Spindelträger 13 mit ihren Werkzeug­ trägern 45 befestigt. Lediglich das Querbohrwerkzeug 44 (Fig. 1) ist mittels eines Schlittens 47 quer zur Bewegungsbahn 35 in Y- Richtung im Arbeitsraum 36 der Maschine beweglich angeordnet, um Querbohrungen im Werkstück anfertigen zu können, da ein Herstel­ len von Querbohrungen am Werkstück durch Bewegung der Arbeits­ spindeln in Richtung der kreisbogenförmigen X-Achse nicht mög­ lich ist.

Die besondere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Arbeits­ spindeleinheiten selbst nicht nur die Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in Z-Richtung, sondern auch in Richtung der X-Achse übernehmen, schafft in den verschiedenen Bearbei­ tungssegmenten ausreichend Raum, die benötigten Werkzeuge darin anzuordnen. Da die Größe bzw. Länge der einzelnen Bearbeitungs­ segmente variiert werden kann, können sie leicht an die einzu­ setzenden Werkzeuge bzw. an den Platzbedarf der diese tragenden Werkzeugaufnahmen, Schlitten u. dgl. angepaßt werden. Da bei der erfindungsgemäßen Maschine auf eine Spindeltrommel zur Aufnahme der einzelnen Arbeitsspindeln vollständig verzichtet wird, kann der bei den bekannten Maschinen durch die Größe der Spindeltrom­ mel begrenzte Spindelkreisdurchmesser ohne Nachteil praktisch beliebig groß gestaltet werden, was größtmöglichen Freiraum bei der Dimensionierung der Arbeitsspindeleinheiten und der Bearbei­ tungssegmente gibt und was insbesondere auch für das der Be­ schickung bzw. Entnahme dienenden Bearbeitungssegment 37.1 von räumlichem Vorteil ist. Der Spindelträger kann fast beliebig groß und daher mit jeder gewünschten Steifigkeit ausgebildet werden. Es ist nicht einmal unbedingt erforderlich, daß sich die Arbeitsspindeleinheiten entlang einer kreisförmigen Bewegungs­ bahn um den Spindelträger bewegen, sondern es ist durchaus mög­ lich, dem Spindelträger und damit der um diesen herumlaufenden Bewegungsbahn bei Bedarf eine andere Form zu geben, bei der die Arbeitsspindeleinheiten den Spindelträger beispielsweise auf ei­ ner elliptischen Bahn umfahren oder einer Bahn mit zwei paral­ lelen geradlinigen Abschnitten, die an ihren Enden mit halb­ kreisförmigen Verbindungsabschnitten miteinander verbunden sind.

Für die genaue Regelung der Position und Verfahr- bzw. Drehge­ schwindigkeiten der Arbeitsspindeleinheiten sind diese mit einem Meßsystem 48 zur Messung des Verfahrwegs bzw. der Geschwindig­ keit in X-Richtung sowie einer Meßeinrichtung 49 für die Weg- und Geschwindigkeitsbestimmung der Arbeitsspindel in Z-Richtung und nicht näher dargestellten Meßgebern für die Drehung der Ar­ beitsspindel in C-Richtung ausgestattet. Die Regelung der jewei­ ligen Arbeitsspindel erfolgt mit Hilfe der zugehörigen Versor­ gungseinheit 28, der die von dem Meßsystem bzw. der Meßeinrich­ tung und den Meßfühlern gemessenen Werte zugeführt werden und von der die Antriebe der Arbeitsspindel in Abhängigkeit von den Meßwerten und vorgegebenen Sollwerten angesteuert werden.

Wie am besten aus den Fig. 1 und 3 erkennbar ist, ragen die Ar­ beitsspindeln 23 bzw. deren Spannfutter 24 durch eine zwischen den Arbeitsspindeleinheiten 20 angeordnete Teleskop- oder Fä­ cherabdeckung 50 nach unten in den Arbeitsraum 36 hinein. Die Abdeckung 50 schützt die Arbeitsspindeleinheiten vor dem Ein­ tritt von Spänen, Kühlflüssigkeit, Schneidöl u. dgl., wobei sich die einzelnen Lamellen 51 der Abdeckung übereinanderschieben können und dadurch die variablen Abstände zwischen den Arbeits­ spindeleinheiten immer sicher verschließen.

Die Maschine ist mit einer Verkleidung 52 versehen, die im we­ sentlichen aus einem inneren Schutzgehäuse 53 und einem Außenge­ häuse 54 besteht, wobei das innere Schutzgehäuse die Arbeits­ spindeleinheiten 20 umgibt und nach unten von der Teleskop- oder Fächerabdeckung begrenzt wird. Zwischen dem inneren Gehäuse 53 und dem Außengehäuse 54 ist ein ringförmiger Spalt 55 ausgebil­ det und das Außengehäuse ist mit einem Sauganschluß 56 versehen, über den im Arbeitsraum 36 entstehende Öl- oder Kühlmittelnebel durch den Spalt 55 abgesaugt werden können.

Das Außengehäuse 54 weist ferner im Bereich der einzelnen Bear­ beitungsstationen angeordnete Schiebetüren 57 auf, die einen weitgehend ungehinderten Zugang zum Arbeitsraum über den gesam­ ten Umfang der Maschine und damit in jedem beliebigen Arbeitsbe­ reich ermöglichen.

Zusätzlich zu den dargestellten und/oder beschriebenen Bauele­ menten der erfindungsgemäßen Maschine weist diese selbstver­ ständlich noch als solche bekannte Einrichtungen für die Werk­ stückzu- und -abfuhr, für die Steuerung, die Kühlmittelzufuhr, Spänebeseitigung usw. auf. All solche Einrichtungen sind aber in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise allgemein bekannt, so daß auf ihre Darstellung und Beschreibung hier verzichtet wurde.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ergeben sich viele Änderungen und Ergänzungen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise möglich, nicht nur eine Mehrspindeldrehmaschine oder einen Drehautomaten in der erfin­ dungsgemäßen Weise auszugestalten, sondern der erfindungsgemäße Aufbau mit unabhängig voneinander entlang der Bewegungsbahn be­ weglichen Arbeitsspindeln kann auch beispielsweise bei einer Schleifmaschine oder einer Fräsmaschine zum Einsatz kommen. Der Antrieb der Arbeitsspindeln in Z-Richtung kann auch elektrome­ chanisch ausgeführt werden, auch wenn dem hydraulischen Antrieb wegen seiner kleineren Abmessungen in den meisten Anwendungsfäl­ len der Vorzug gegeben werden wird. Die Anzahl der den Spindel­ träger umfahrenden Arbeitsspindeleinheiten kann beliebig gewählt werden; es ist sogar denkbar, die Anzahl der Arbeitsspindelein­ heiten für eine Maschine variabel zu halten und je nach Art des herzustellenden Werkstückes eine oder mehrere Arbeitsspindelein­ heiten zusätzlich einzubauen oder von dem Spindelträger abzuneh­ men, wodurch die Flexibilität der Maschine noch weiter erhöht wird. Mit der Maschine ist es möglich, zwei oder mehr voneinan­ der verschiedene Werkstücke gleichzeitig herzustellen oder ein Werkstück von beiden Seiten gleichzeitig in der Maschine zu be­ arbeiten. In einem solchen Falle werden zweckmäßig acht Arbeits­ spindeleinheiten am Spindelträger vorgesehen, von denen zwei an den beiden dann vorgesehenen Beschickungsstationen (ggf. mit Wendestation) zum Einsatz kommen, während die übrigen, zweimal drei Arbeitsspindeleinheiten die eigentliche Bearbeitung der Werkstücke durchführen.

Die Achsen der Arbeitsspindeln können, wie beim Ausführungsbei­ spiel, parallel zueinander angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, sie unter einem Winkel zur zentralen Achse 11 des Spin­ delträgers 13 auszuführen, wodurch die Spannfutter 24 der Ar­ beitsspindeln besser zugänglich sind. Die Zuführung von Daten und Energie zu den Arbeitsspindeleinheiten kann anstelle über die Versorgungseinheiten 28 auch ähnlich wie beim Stand der Technik über Kabel-Versorgungsstränge erfolgen, die bei einem Umlauf der Spindeln um den Spindelträger in geeigneter Weise an diesem aufgewickelt werden, was jedoch nach einem vollständigen Bearbeitungszyklus, bei dem alle Arbeitsspindeln jedes Bearbei­ tungssegment einmal durchlaufen haben, ein Zurückschalten der Arbeitsspindeleinheiten in ihre Ausgangsposition erforderlich macht.

Claims (23)

1. Mehrspindelige Werkzeugmaschine, insbesondere Mehrspin­ deldrehautomat, mit mehreren um eine zentrale Achse angeord­ neten, drehend antreibbaren Arbeitsspindeleinheiten, die von einer Bearbeitungsposition in die nächstfolgende Bearbei­ tungsposition weiterschaltbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsspindeleinheiten (20) unabhängig voneinander entlang einer um die zentrale Achse (11) umlaufenden Bewegungsbahn (35) beweglich sind und daß die Bearbeitungspositionen aufgelöst und als Bearbei­ tungssegmente (37) ausgestaltet sind, innerhalb deren Gren­ zen (38) die jeweiligen Arbeitsspindeln (23) bzw. Arbeits­ spindeleinheiten (20) während eines Bearbeitungsvorgangs entlang der Bewegungsbahn (35) beweglich sind.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsspindeleinheiten (20) entlang einer kreisförmigen Bewegungsbahn (35) beweg­ lich sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Achse (11) eine Vertikalachse ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Ar­ beitsspindel (23) einen eigenen Drehantrieb (22) aufweist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Ar­ beitsspindel (23) einen eigenen Hubantrieb (26) aufweist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ spindeleinheiten (20) an einem zentralen, feststehenden Spindelträger (13) beweglich angeordnet sind.

7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ spindeleinheiten (20) mit Führungsschuhen (21) versehen sind, mit denen sie sich entlang mindestens einer am Spin­ delträger (13) angeordneten Führungsschiene (17, 19) führen.

8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Ar­ beitsspindeleinheit (20) ein Antrieb (33, 34) für die Bewe­ gung entlang der Bewegungsbahn (35) zugeordnet ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Antrieb (33, 34) im we­ sentlichen aus einem Linearmotor besteht.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitsspindelein­ heit (20) ein eigenes Statorelement (34) für einen Linearmo­ torantrieb (33, 34) aufweist und der Spindelträger (13) mit einem für alle Antriebsspindeleinheiten (20) gemeinsamen Ro­ torelement (33) für den Linearmotorantrieb versehen ist.

11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Antrieb (33, 34) eine Weg- und/oder Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (48) zugeordnet ist.

12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ge­ kennzeichnet durch an den Bearbeitungsseg­ menten (37.1-7) vorgesehene, mittelbar oder unmittelbar an dem Spindelträger (13) angeordnete Bearbeitungswerkzeuge (43, 46) und/oder Bearbeitungseinheiten (44, 45).

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungseinheiten (44, 45) ein angetriebenes Werkzeug und/oder einen verstell­ baren Werkzeugschlitten (45) mit von diesem getragenen Werk­ zeug (44) aufweisen.

14. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dreh­ achsen der Arbeitsspindeln (23) parallel zueinander angeord­ net sind.

15. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dreh­ achsen der Arbeitsspindeln (23) parallel zur zentralen Achse (11) angeordnet sind.

16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dreh­ achsen der Arbeitsspindeln (23) unter einem Winkel zur zen­ tralen Achse (11) angeordnet sind.

17. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Ar­ beitsspindeleinheit (20) eine eigene, mit der Arbeitsspin­ deleinheit (20) entlang der Bewegungsbahn (35) bewegliche Versorgungseinheit (28) mit Regel- und/oder Stromzufuhrein­ richtungen für die jeweilige Arbeitsspindel (33) und/oder den Antrieb (26) zugeordnet ist.

18. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ar­ beitsspindeleinheiten (20) mit ihren Spannköpfen (24) durch Öffnungen in einer Teleskop- oder Fächerabdeckung (50) ra­ gen, die die Bearbeitungssegmente (37) bzw. die darin wirk­ samen Bearbeitungswerkzeuge (43, 44, 46) gegenüber den Ar­ beitsspindeln (23) bzw. Spindeleinheiten (20) separiert.

19. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ge­ kennzeichnet durch eine die Bauteile der Maschine (10) umgebende Maschinenverkleidung (52).

20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verkleidung (52) aus einem die Arbeitsspindeleinheiten (20) umgebenden, inneren Schutzgehäuse (53) und einem dieses mit einem spaltartigen Freiraum (55) umgebenden, äußeren Schutzgehäuse (54) besteht und daß am äußeren Schutzgehäuse (54) eine Absaugeinrichtung (56) anschließbar ist.

21. Werkzeugmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenverklei­ dung (52) an den Bearbeitungssegmenten (37) mit Zugangsöff­ nungen (57) versehen ist.

22. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bear­ beitungssegmente (37) eine in Richtung der Bewegungsbahn (35) variable Länge haben.

23. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bearbei­ tungssegmente (37) in Richtung der Bewegungsbahn (35) unter­ schiedlich groß und an die verschiedenen Bearbeitungsvorgän­ ge angepaßt sind.