DE19963863B4 - Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus - Google Patents

Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus Download PDF

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Abstract

Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus, – mit
einem Werkstücktisch (1) zur Positionierung eines Werkstückes,
einem beiderseits des Werkstücktisches (1) sich erstreckenden Maschinenrahmen (2),
zwei Traversen (3, 4), die an den Maschinenrahmen (2) in Werkstücklängsrichtung über den selben Arbeitsweg in X – Richtung verfahrbar sind,
an den Traversen (3, 4) angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen (7, 8) und
einer Mikroprozessorsteuerung, welche die Positionierung der Bearbeitungsvorrichtungen (7, 8) und Orientierung der Bearbeitungswerkzeuge an dem Werkstück steuert,
wobei mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung (8) für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt ist und einen mit einer hochtourigen Motorspindel ausgerüsteten Spindelkopf (10) aufweist, der an Teleskopaktoren (11) angeschlossen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus.
  • Bekannter Stand der Technik ist es Bearbeitungsanlagen und spanende Werkzeugmaschinen für die Bearbeitung großdimensionierter, quaderförmiger Einzel- Werkstücke in Gantry – Bauweise auszubilden.
  • Das Werkstück ist auf dem Maschinentisch positioniert und gespannt.
  • Beidseitig des Maschinentisches sind mehrere Ständer angeordnet, auf denen eine, an einer Trägerbrücke fest aufliegende oder entlang von Linearführungen längsbeweglich angeordnete, Traverse angeordnet ist. An dieser Traverse ist jeweils der Spindelkopf, die Werkzeugspindel und das spanende Werkzeug oder ein Messtaster, als beweglichen Massen gehaltert, geführt und, entlang von Achsen werkstückabhängig eingestellt, positioniert.
  • Beispielhaft ist DE 297 05 152 U1 eine Bearbeitungsanlage in dieser Gantry-Bauweise beschrieben, wobei eine in Leichtbauweise ausgebildete Gerüststruktur für die über dem Maschinentisch angeordnete längsbewegliche Traverse ausgewählt wurde, um die bewegten Massen jeweils eines Spindelkopfes, einer Werkzeugspindel und des Werkzeuges hochsteif und schwingungsfrei zu haltern und bewegen zu können. Die Streben der Traverse bestehen aus einer Verbundplatten – Material – Struktur.
  • Die brückenartige Anordnung und längsbewegliche Führung je eines Spindelkopfes, einer Werkzeugspindel und des Werkzeuges nach EP 0232 548 als Gebilde, aus maximal zwei kipp- oder schwenkbaren Wänden und einer Decke bestehend, sind um eine jeweils separat einstellbare Richtung der Werkzeugspindel ausgebildet. Damit ist ein mittelgroß dimensioniertes Werkstück gleichzeitig auf drei Seiten spanend bearbeitbar.
  • Im Großformenbau sind Werkstücke, z.B. Formen für Fahrzeugkarosserieteile, zu bearbeiten, die Längen von einigen Metern aufweisen können.
  • Derartig groß dimensionierte Werkstücke sind auf Bearbeitungsanlagen, die mit nur einer Traverse ausgestaltet sind, mit hohen Zeitaufwand zu bearbeiten. An einer Traverse können dann nur alternativ Werkzeuge für grobspanende wirtschaftliche Bearbeitung oder, nach aufwendigem Umrüsten, Werkzeuge für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur wirtschaflichen spanenden Bearbeitung von Freiflächen an großen Werkstücken, wie sie im Großformbau möglich sind, anzugeben.
  • Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus, mit
    einem Werkstücktisch zur Positionierung eines Werkstückes,
    einem beiderseits des Werkstücktisches sich erstreckenden Maschinenrahmen,
    zwei Traversen, die an dem Maschinenrahmen in Werkstücklängsrichtung über den selben Arbeitsweg in X-Richtung verfahrbar sind,
    an den Traversen angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen und einer Mikroprozessorsteuerung, welche die Positionierung der Bearbeitungsvorrichtungen und Orientierung der Bearbeitungswerkzeuge an dem Werkstück steuert,
    wobei mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt ist und einen mit einer hochtourigen Motorspindel ausgerüs teten Spindelkopf aufweist, der an Teleskopaktoren angeschlossen ist. Die Teleskopaktoren wirken jeweils direkt auf den Spindelkopf. Eine solche Anordnung wird auch als Parallelkinematik bezeichnet.
  • Dank der direkten Wirkungsweise der Teleskopaktoren treten nur Zug- und Druckzustände auf, was kleine Querschnitte der Teleskopaktoren und geringe Massen ermöglicht. Die Leichtbauweise in Verbindung mit einer steifen Maschinenstruktur, die für eine Parallelkinematik charakteristisch ist, ermöglicht hohe Beschleunigungen bei den erforderlichen Stellbewegungen für die Orientierung des Werkzeuges gegenüber den zu bearbeitenden Freiformflächen.
  • Der Spindelkopf für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung kann an eine Hexapodstruktur aus sechs Teleskopaktoren angeschlossen sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Spindelkopf an einem Kugel- oder Kardangelenk beweglich gehalten, wobei die Orientierung des Spindelkopfes durch drei Teleskopaktoren steuerbar ist.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass an beiden Traversen eine Bearbeitungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung angeschlossen ist, wobei beide Vorrichtungen in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet sind.
  • Dabei ist die Mikroprozessorsteuerung so eingerichtet, dass die Positionierung der Traversen sowie die Stellbewegungen zur Werkzeugorientierung an beiden Bearbeitungsvorrichtungen zeitgleich erfolgt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der zweiten Quertraverse eine Bearbeitungsvorrichtung zur Werkstückvorbearbeitung vorgesehen. Die zur Werkstückvorbearbeitung ausgelegte Bearbeitungsvorrichtung weist einen Spindelstock mit Motorspindel auf, die zum Schruppen für die Übertragung großer Drehmomente ausgelegt ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Schruppspindel können je nach Material 3 mm bis 5 mm des Werkstückes in einem Zug abgearbeitet werden. Der Spindelstock kann mit einem zweiachsigen Fräskopf, der z.B. als Gabelfräskopf oder als Schrägachsenfräskopf ausgeführt ist, ausgebildet sein.
  • An den Traversen ist zweckmäßig ein in Y-Richtung verfahrbarer Schlitten mit einem in Z-Richtung verstellbaren Spindelstock angeschlossen, der eine Schnittstelle zum Anschluss an der Bearbeitungsvorrichtung aufweist.
  • Die Traverse, an der die Bearbeitungsvorrichtung für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung angeordnet ist, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Leichtbauteil aus einem Verbundmaterial, welches einen Aluminiumschaumkern und Stahlblechauflagen aufweist, gefertigt.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Großformen, z.B. an Formen für Fahrzeugkarosserieteile.
  • Die Bearbeitungsanlage weist einen Werkstücktisch 1 von mehreren Metern Länge zur Positionierung eines Werkstückes auf. Übliche Messeinrichtungen für die Werkstückvermessung und Justierung sowie zum Abtasten komplizierter Formen sind vorgesehen. Beiderseits des Werkstücktisches 1 erstreckt sich ein Maschinenrahmen 2, an dem zwei Traversen 3, 4 in Werkstücklängsrichtung über den selben Arbeitsweg in X-Richtung verfahrbar sind.
  • Für positionsgenaue Stellbewegungen können Linearantriebe oder elektromechanische Antriebe vorgesehen sein. An den Traversen 3, 4 ist jeweils ein in Y-Richtung verfahrbarer Schlitten 5 mit einem in Z-Richtung verstellbaren Spindelstock 6 angeordnet. Der Spindelstock 6 weist eine Schnittstelle zum Anschluss jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung 7, 8 auf.
  • Eine Bearbeitungsvorrichtung 7 ist zur spanenden Vorbearbeitung ausgelegt. Die zur Werkstückvorbearbeitung eingesetzte Bearbeitungsvorrichtung weist einen Spindelstock 6 mit Motorspindel auf, die als Schruppspindel für die Übertragung großer Drehmomente ausgelegt ist. Das Fräswerkzeug arbeitet niedertourig, wobei ein dikker Span abgetragen wird. Für die Orientierung des Fräswerkzeuges an den zu bearbeitenden Werkstückflächen ist ein zweiachsiger Winkelkopf 9 vorgesehen.
  • Die an der zweiten Traverse 4 angeordnete Bearbeitungsvorrichtung 8 ist für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt und weist einen mit einer hochtourigen Motorspindel ausgerüsteten Spindelkopf 10 auf, der an Teleskopaktoren 11 angeordnet ist.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der Spindelkopf an einem Kugel- oder Kardangelenk 12 beweglich gehalten und durch drei Teleskopaktoren 11 steuerbar. Die Anordnung zeichnet durch große Steifigkeit und hohe Dynamik aus. Vorteilhaft ist die Entkopplung der von den Teleskopaktoren 11 gesteuerten Schwenkbewegungen und Stellbewegungen der seriellen Linearachsen in den Raumkoordinaten X, Y und Z.
  • Die Traverse 4 ist als Leichtbauteil aus einem Verbundmaterial, welches einen Aluminiumschaumkern und Stahlblechauflagen aufweist, gefertigt.

Claims (6)

  1. Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen an Werkstücken des Formen-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus, – mit einem Werkstücktisch (1) zur Positionierung eines Werkstückes, einem beiderseits des Werkstücktisches (1) sich erstreckenden Maschinenrahmen (2), zwei Traversen (3, 4), die an den Maschinenrahmen (2) in Werkstücklängsrichtung über den selben Arbeitsweg in X – Richtung verfahrbar sind, an den Traversen (3, 4) angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen (7, 8) und einer Mikroprozessorsteuerung, welche die Positionierung der Bearbeitungsvorrichtungen (7, 8) und Orientierung der Bearbeitungswerkzeuge an dem Werkstück steuert, wobei mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung (8) für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt ist und einen mit einer hochtourigen Motorspindel ausgerüsteten Spindelkopf (10) aufweist, der an Teleskopaktoren (11) angeschlossen ist.
  2. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Spindelkopf (10) für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung an eine Hexapodstruktur aus sechs Teleskopaktoren angeschlossen ist.
  3. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Spindelkopf (10) an einem Kugel- oder Kardangelenk (12) beweglich gehalten ist und seine Orientierung durch drei Teleskopaktoren (11) steuerbar ist.
  4. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die an der Traverse (3) angeordnete Bearbeitungsvorrichtung (7) einen Spindelstock (6) mit Motorspindel aufweist, die zum Schruppen für die Übertragung großer Drehmomente ausgelegt ist.
  5. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an den Traversen (3, 4) jeweils ein in Y-Richtung verfahrbarer Schlitten (5) mit einem in Z-Richtung verstellbaren Spindelstock (6) angeordnet ist und wobei die Bearbeitungsvorrichtung (7 oder 8) an den Spindelstock angeschlossen ist.
  6. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Traverse (4), an der die Bearbeitungsvorrichtung (8) für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung angeschlossen ist, als Leichtbauteil aus einem Verbundmaterial, welches einen Aluminiumschaumkern und Stahlblechauflagen aufweist, gefertigt ist.
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