DE202005021011U1

DE202005021011U1 - Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE202005021011U1
Application number: DE202005021011U
Authority: DE
Original assignee: SONDERMASCHB ULM GmbH; SONDERMASCHINENBAU ULM GmbH
Current assignee: Wieland Anlagentechnik De GmbH
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2015-07-19

Abstract

Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinenkörper umfassend mindestens zwei parallele, vertikale Seitenwände, die im unteren Bereich über einen gemeinsamen Boden miteinander verbunden sind und im oberen Bereich über einen horizontalen Querträger, mindestens zwei im Maschinenkörper horizontal angeordnete Bearbeitungsspindeln, die jeweils entlang des Querträger bzw. entlang der Seitenwände über einen X-, Y- und Z-Schlitten in die entsprechenden Richtungen verfahrbar sind, und mindestens eine, in einer Mehrachsschwenkeinrichtung gelagerte Werkstückspannvorrichtung für die mit den Bearbeitungsspindeln zu bearbeitenden Werkstücke und mindestens ein Werkzeugmagazin mit umlaufender Kette, aus dem die Bearbeitungswerkzeuge im Pick-up-Verfahren entnehmbar und zurücklegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Boden (1), den Seitenwänden (2) und (3) und dem Querträger (4) bestehende Maschinenkörper als einstückige Einheit ausgebildet ist und aus schwingungsdämpfendem Material besteht, und dass die X-, Y- und Z-Schlitten (5), (6) und (7), mit ihren Antrieben (5a, 6a, 7a) an der dem Arbeitsraum, in dem sich die Dreh-Schwenkkombination...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinenkörper umfassend mindestens zwei parallele, vertikale Seitenwände, die im unteren Bereich über einen gemeinsamen Boden miteinander verbunden sind und im oberen Bereich über einen horizontalen Querträger, mindestens zwei im Maschinenkörper horizontal angeordnete Bearbeitungsspindeln, die jeweils entlang des Querträger bzw. entlang der Seitenwände über einen X-, Y- und Z-Schlitten in die entsprechenden Richtungen verfahrbar sind, und mindestens eine, in einer Mehrachsschwenkeinrichtung gelagerte Werkstückspannvorrichtung für die mit den Bearbeitungsspindeln zu bearbeitenden Werkstücke und mindestens ein Werkzeugmagazin mit umlaufender Kette, aus dem die Bearbeitungswerkzeuge im Pick-up-Verfahren entnehmbar und zurücklegbar sind.
Eine derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus der Gebrauchsmusterschrift DE 203 06 087 U1 bekannt. Die Doppelspindel-Werkzeugmaschine weist einen durch Hohlprofile gebildeten rahmenartigen Ständer auf, mit vertikalen Seitenstützen und einem oberen und unteren Querholm. An der dem Arbeitsraum zugewandten Seite des Ständers sind Führungsschienen für den X-Schlitten vorgesehen, wobei der Antrieb desselben über eine drehfeste X-Kugelrollenspindel mittels eines auf dem X-Schlitten vorgesehenen Motors, der die Spindelmutter antreibt, erfolgt. An den Seitenbereichen des rahmenartigen X-Schlittens sind jeweils eine Führungsschiene für den Y-Schlitten angebracht, wobei der Antrieb des Y-Schlittens mittels eines ebenfalls auf dem X-Schlitten angebrachten Y-Motors über eine Y-Kugelrollenspindel erfolgt. Auf dem Y-Schlitten befinden sich zwei Arbeitsspindeln, die sich in Z-Richtung zum Arbeitsraum hin erstrecken. Die Arbeitsspindeln sind jeweils um eine sich in Z-Richtung erstreckende Achse mittels eines Motors antreibbar.
Bei einer derartigen Werkzeugmaschine nach dem Stand der Technik ist der Maschinenrahmen aus mehreren einzelnen und separaten Bauteilen, wie Seitenwänden, Querholmen, Bodenplatten, Abdeckungen, Öffnungen usw. zusätzlich noch aus einem Maschinengehäuse zusammengesetzt.
Infolge dieser baulichen Differenzen hinsichtlich der verwendeten Materialien und der unterschiedlichen Dicke an verschiedenen Stellen des Rahmens, treten bei hohen Beschleunigungs- und Bearbeitungskräften nicht nur Relativbewegungen zwischen Werkzeugträger und Werkstückträger auf, sondern die Größe dieser Relativbewegungen variiert auch je nach Position der Schlitten, was zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung führt.
Ein weiterer Nachteil dieser Werkzeugmaschine nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Anordnung der Antriebsmotoren von den anzutreibenden Schlitten infolge der Rahmenkonstruktion derart beabstandet vorgesehen werden muss, dass eine ideale Kraftübertragung von Motor zu den entsprechenden Spindeln nicht möglich ist. Die Folge davon sind Ungenauigkeiten bei der Führung der Bearbeitungsspindel, was sich auf die Qualtität der Fertigteile auswirkt.
Eine weitere gattungsgemäße Werkzeugmaschine ist aus der EP 1 137 508 bekannt. Diese Schrift zeigt aber lediglich einen in sich geschlossenen einstückigen, als Gußteil ausgebildeten Rahmen, dessen Wände sowohl den Werkstückträger als auch den Werkzeugträger aufnehmen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, bei der während der Einwirkung von hohen Beschleunigungs- und Bearbeitungskräften eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugträger und Werkstückträger infolge der auftretenden Drehmomente, Beschleunigungs- und Bearbeitungskräfte, weitgehend verhindert wird und gleichzeitig eine optimale Kraftübertragung von den Antriebsmotoren zu den entsprechenden Schlitten gegeben ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine gewährleistet einen äußerst kurzen Kraftfluss von Werkzeugträger zu Werkstück, da infolge der hohen Systemsteifigkeit, Resonanzen vermieden und Schwingungen auf kürzestem Wege durch den schwingungsreduzierenden Maschinenkörper, beispielweise aus Mineralbeton, der auch ein ausgezeichnetes Thermoverhalten aufweist, gedämpft werden.
Durch die Anordnung der X-, Y und Z-Schlitten an der dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Außenseite des Maschinenkörpers, weist die Werkzeugmaschine die größtmögliche Kompaktheit auf bei gleichzeitiger guter Zugänglichkeit der Antriebe und Führungen. Und da weiterhin die Anordnung der Antriebe für die entsprechenden Schlitten direkt in oder nahe an der Ebene des Führungssystems und in jedem Fall zwischen den jeweiligen Führungsschienen vorgesehen ist, ergibt sich eine ideale Kraftweiterleitung für die Antriebsmotoren infolge der Kraftübertragung durch den Schwerpunkt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden alle Maschinenteile von dem quaderförmigen Maschinenkörper aufgenommen, so dass keine zusätzlichen Ständer, Streben, Konsolen usw. oder auch Maschinenverkleidungen, Tragkonsoien für die Dreh-Schwenkkombination der Werkstückspannvorrichtung oder Tragkonsolen für das Werkzeugmagazin mehr vorgesehen werden müssen.
Durch das Massenverhältnis von 10:1 von starrer zu bewegter Masse ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine auch für Linearmotorantriebe geeignet, und es können Beschleunigungen in allen Achsen von bis zu 20m/sec² realisiert werden.
Und dadurch, dass der Tool – Center Point auf der Rotationsachse der Spindeln für das Arbeitswerkzeug liegt, ergibt sich eine bessere Kraftübertragung von Werkzeugschneide zu Werkzeug und Kippeffekte werden verhindert.
Bei der erfindungsgemäßen Werzeugmaschine mit der speziellen Anordnung der Schlitten am Maschinenkörper ist es erst möglich, dass die Vorschubachsen X1, X2 und Y1, Y2 und Z1, Z2 nahe am Tool-Center-Point liegen oder diesen schneiden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1: die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in Draufsicht mit einem Werkzeugmagazin mit umlaufenden Ketten;
2: die perspektivische Ansicht der Rückseite der Maschine bzw. der Seite, die dem Arbeitsraum der Maschine gegenüberliegt mit den entsprechenden Antriebsmotoren und Kugelgewindetrieben,
3: die Vorderseite der Maschine mit dem Arbeitsraum
4: die Vorderseite der Maschine mit integriertem Ladesystem.
5: die Anordnung der Linearantriebe am Maschinenkörper
6: die Seitenansicht des Maschinenkörpers mit der Y- und Z-Vorschubachse und dem Tool-Center Point
7: eine Vorderansicht des Maschinenkörpers mit den X, Y-Vorschubachsen und den zwei entsprechenden Tool-Center-Points.
Entsprechend der 1 ist das Grundgerüst für die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit dem beispielsweise aus Mineralbeton bestehenden einstückig ausgebildeten Maschinenkörper dargestellt. Der Maschinenkörper ist kastenförmig ausgebildet und dient zur Aufnahme aller Maschinenbauteile. Er weist einen Boden 1 auf, an den sich die vertikalen Seitenwände 2 und 3 anschließen, die gleichzeitig auch als Maschinenverkleidung fungieren. An der dem Arbeitsraum abgewandten Seite, bzw. der Rückseite des Maschinenkörpers ist im oberen Außenbereich ein Querträger 4 vorgesehen. Die entsprechenden Schlitten 5, 6, und 7 sind am Querträger und an den Seitenwänden 2 und 3 des Maschinenkörpers in (nicht sichtbaren) Führungsschienen vorgesehen. Nach oben und an der Vorderseite ist der Maschinenkörper für Front und Obertransferbeladung geöffnet. Das Werkzeugmagazin mit umlaufender Kette ist mit der Bezugsziffer 10 versehen. Die massiven Seitenwände 2 und 3 sind derart ausgebildet, dass sie eine sehr hohe Systemsteifigkeit und einen äußerst kurzen Kraftfluss von Werkstückspannvorrichtung zur Werkzeugschneide gewährleisten. Schwingungen werden auf kürzestem Wege durch den entsprechenden schwingungsreduzierenden Mineralbeton-Maschinenkörper gedämpft.
Entsprechend der 2 ist die Rückseite der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit den entsprechenden Schlitten 5, 6, 7 und den Antrieben 5a, 6a, 7a für die Kugelgewindetriebe 5b, 6b, 7b dargestellt. Die beiden an den Z-Schlitten bzw. an den Spindelstöcken angeordneten Bearbeitungsspindeln sind in diese Zeichnung nicht sichtbar. Die Antriebe 5a der X-Achsen sind, ebenso wie die Antriebe 6a und 7a jeweils in Höhe des Schwerpunktes der X-Schlitten bzw. Y- und Z-Schlitten angeordnet und alle Antriebe sind direkt oder nahe der Ebene der jeweiligen Führungssysteme und in jedem Fall zwischen den jeweiligen Führungsschienen 5c, 6c und 7c angeordnet.
Der Maschinenkörper ist weiterhin entsprechend der 2 derart ausgebildet, dass der Arbeitsraum 16, in dem sich die Mehrachsschwenkeinrichtung für die Werkstückspannvorrichtung 9 befindet, vom übrigen Maschinenkörper separiert ist und der Abstand der Seitenwände deutlich geringer ist, als der Abstand der Seitenwände des übrigen Maschinenkörpers. Diese bauliche Konstruktion sichert zusätzlich eine hohe Stabilität, eine optimale Kraftübertragung und optimale Reduktion der übertragenen Schwingungsresonanzen. In der Zeichnung sind mit der Bezugsziffer 12 und 12a die zwei Transportachsen für das Be- und Entladesystem bezeichnet.
Der Maschinenkörper ist an seiner Rückseite als rahmenförmige Schlittenaufnahme ausgebildet und weist daher einen verringerten Platzbedarf auf. Durch die rückseitige Schlittenführung und Anordnung der Antriebe kann das Maschinenbett selbst äußerst kompakt, fast würfelförmig ausgebildet werden. Und es ist weiterhin erfindungsgemäß nun möglich, auch das Werkzeugmagazin mit der umlaufenden Kette 10 außerhalb des Arbeitsraumes vorzusehen. Dies bedeutet, dass das Wechseln der Werkzeuge in einem vom Arbeitraum 16 abgeschotteten Bereich erfolgen kann.
Weiterhin ist es ebenfalls möglich, wenn die Werkzeugmaschine als Trockenbearbeitungsmaschine eingesetzt wird, was mit einem hohen Späneanfall verbunden ist, diese Späne über einen Späneförderer, der in einen nach unten offenen Kanal im Maschinenkörper eingesetzt ist, abzusaugen.
Die 3 zeigt die Vorderseite der Werkzeugmaschine wobei die rückseitig angeordneten X-Schlitten die Bezugsziffer 5 aufweisen. Mit der Bezugsziffer 9 ist das Mehrachsschwenkmodul mit der Werkstück-Spannvorrichtung bezeichnet. Das Mehrachsschwenkmodul ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel beidseitig in Ausnehmungen direkt am Maschinenkörper, d. h. an dessen Seitenwänden 2 und 3, innerhalb des Arbeitsraumes 16 angebracht. Eine Befestigung an der Bodenplatte in Form einer Aufhängung ist ebenfalls möglich. Mit der Bezeichnung B1 und B2 sind die beiden, in den Z-Schlitten geführten und mit einer CNC-Steuerung steuerbaren Bearbeitungsspindeln versehen.
Entsprechend der 4 ist die Be- und Entladevorrichtung für die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dargestellt. Die Unterbringung dieser Vorrichtung ist nur wegen der erfindungsgemäßen Kompaktbauweise der Werkzeugmaschine und wegen der strengen Abtrennung des Arbeitsraums 16 innerhalb der Maschine möglich. Zur Bearbeitung eines Werkstücks von allen sechs Seiten, ist es erforderlich, dieses in zwei Aufspannlagern zu spannen. Beim Wechsel des Werkstücks von einer Aufspannlage in die andere muß es um 180° gewendet werden. Dieser Vorgang wird in der Maschine durch das Be- und Entladesystem vorgenommen. Die Be- und Entladevorrichtung umfaßt eine höhenverfahrbare vertikale und horizontale Transportachse 12 und 12a zum Aufnehmen und Ablegen der Werkstücke mittels eines zwei-fach Greifers 13 mit Werkstückschwenkeinrichtung 14 auf einer Werkstückzwischenablage 15.
In der 5 sind als Beispiel zwei Linearmotoren 17 für die X-Schlitten dargestellt. Die Verwendung von Linearmotoren ist nur wegen der Kompaktbauweise der Maschine gegeben. Wobei eine hohe Beschleunigungskapazität bei exzellenter statischer und dynamischer Laststeifigkeit rmöglicht wird. Die Linearmotoren 17 sind zwischen den entsprechenden nicht dargestellten Führungsschienen angeordnet. Alle Linearantriebe befinden sich an der Außenseite des Maschinenkörpers und sind gegenüber dem Arbeitsraum 16 abgeschottet. Zwischen den Linearmotoren 17 befindet sich in der Schwerpunktachse 19 der Schlitten die Klemmbuchse 18. Die Klemmkrafterzeugung zur Arretierung der Schlitten erfolgt entlang einer hartverchromten Rundstange oder über dünnwandige Rohre 20 mittels Tellerfedern, während das Lösen der Klemmbuchsen 18 über hydraulischen Druck erfolgt. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist die Krafteinleitung nahe der Schwerpunkte der Schlitten.
Da bei der Verwendung von Linearantrieben keine Kugelgewindetriebe und Spindelmuttern verwendet werden, wird ein Verkanten entsprechend der üblicherweise verwendeten Klemmschuhe, die auf den Führungsschienen abbremsen, verhindert. Daraus resultiert eine präzise Positionierung der Bearbeitungsspindel ohne Spiel.
Entsprechend der 6 ist der Maschinenkörper in einer Seitenansicht gezeigt. Die Z und Y Vorschubachsen sind mit den entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet, während die X-Vorschubrichtung der Schlitten senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
In der Mitte des Maschinenkörpers ist der Werkzeugmittelpunkt (Bearbeitungsspindel) oder Tool Center Point (TCP) dargestellt. Dieser ist bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit nur geringem räumlichen Abstand von den Vorschubachsen der Schlitten angeordnet, woraus zusätzlich eine optimale Kraftübertragung von den Antriebsmotoren zu den entsprechenden Schlitten resutiert.
In der 7 ist der Maschinenkörper von vorne dargestellt. Die Z Vorschubachse verläuft senkrecht zur Zeichenebene. Diese Zeichnung soll graphisch die dichte Lage der Vorschubachsen zu den beiden Tool-Center-Points verdeutlichen.

Claims

Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinenkörper umfassend mindestens zwei parallele, vertikale Seitenwände, die im unteren Bereich über einen gemeinsamen Boden miteinander verbunden sind und im oberen Bereich über einen horizontalen Querträger, mindestens zwei im Maschinenkörper horizontal angeordnete Bearbeitungsspindeln, die jeweils entlang des Querträger bzw. entlang der Seitenwände über einen X-, Y- und Z-Schlitten in die entsprechenden Richtungen verfahrbar sind, und mindestens eine, in einer Mehrachsschwenkeinrichtung gelagerte Werkstückspannvorrichtung für die mit den Bearbeitungsspindeln zu bearbeitenden Werkstücke und mindestens ein Werkzeugmagazin mit umlaufender Kette, aus dem die Bearbeitungswerkzeuge im Pick-up-Verfahren entnehmbar und zurücklegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Boden (1), den Seitenwänden (2) und (3) und dem Querträger (4) bestehende Maschinenkörper als einstückige Einheit ausgebildet ist und aus schwingungsdämpfendem Material besteht, und dass die X-, Y- und Z-Schlitten (5), (6) und (7), mit ihren Antrieben (5a, 6a, 7a) an der dem Arbeitsraum, in dem sich die Dreh-Schwenkkombination für die Werkstückspannvorrichtung (9) befindet, abgewandten Seite des Querträgers (4) des Maschinenkörpers vorgesehen sind, und dass die Antriebe (5a, 6a, 7a) für die X-, Y- und Z-Schlitten direkt in oder nahe an der Ebene des Führungssystems und zwischen den jeweiligen Führungsschienen angeordnet sind.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsdämpfende Material ein Mineralbeton bzw. ein Material mit den entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften ist.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass infolge der Ausführung und Anordnung der X-, Y- und Z-Schlitten (5), (6) und (7) eine hohe Gesamtsteifigkeit der Werkzeugmaschine resultiert.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitten (5, 6, 7) derart angeordnet sind, dass die Vorschubachsen X1 und X2, und Y1, Y2 und Z1 und Z2 nahe am Tool-Center-Point C liegen oder diesen schneiden.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis von starrer zu bewegter Masse ungefähr 10:1 beträgt.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bauteile der Werkzeugmaschine wie beispielsweise X-, Y- und Z-Schlitten (5), (6) und (7), Werkzeugmagazin (10), Dreh-Schwenkkombination der Werkstückspannvorrichtung (9), Rohrleitungssystem zur Medienversorgung und Kühlung der Maschine, Kabelkanäle für die Stromversorgung, Ventilinseln, Hydraulik- und Schmieraggregate, direkt am Maschinenkörper angeordnet sind.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebe (5a), (6a), (7a) wie beispielsweise Linearmotoren oder Kugelrollspindeln usw. außerhalb des Maschinenkörpers angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper einen nach unten offenen Kanal aufweist, in dem ein Späneförderer eingebracht ist, über den bei Trockenbearbeitung gleichzeitig die Absaugung erfolgt.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper durch senkrecht verlaufende Querwände zweigeteilt ist, d. h. dass der Arbeitsbereich mit den entsprechenden Bauteilen wie Werkstückspannvorrichtung (9) innerhalb des Maschinenkörpers abgetrennt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper derart ausgebildet ist, dass der Teil des Körpers, der die Dreh-Schwenkkombination für die Werkstückspannvorrichtung (9) trägt, vom übrigen Maschinenkörper abgesetzt ist und dass in diesem Abschnitt der Abstand zwischen den Seitenwänden (2) und (3) geringer ausgebildet ist als der Abstand der Wände des restlichen Maschinenkörpers.
Werkzeugmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Maschine ein Be- und Entladesystem (11) vorgesehen ist, mit welchem die Werkstücke von einem Aufspannlager unter einer Wendung von 180° zu einem zweiten Aufspannlager transportiert werden und dass hierfür mindestens zwei entsprechende Transportachsen (12, 12a), ein 2- oder 4-fach-Greifer (13) mit Werkstückschwenkeinrichtung (14) und eine Werkstückzwischenablage (15) vorgesehen sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Linearmotoren (17) die Bremsung der Schlitten (5), (6), (7) über dünnwandige Rohre (20) und hydraulisch lüftbare Klemmbuchsen (18) in den entsprechenden Schwerpunktachsen (19) erfolgt.