DE202005021206U1

DE202005021206U1 - Mehrseitenbearbeitungsmaschine und Positioniervorrichtung für ein Werkstück

Info

Publication number: DE202005021206U1
Application number: DE202005021206U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2015-08-31

Abstract

Mehrseitenbearbeitungsmaschine (1, 45, 50) zum Bearbeiten mehrerer Flächen bzw. Seiten eines Werkstücks (40, 40'), wobei die Bearbeitungsmaschine aufweist:
zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) zum Bearbeiten eines Werkstücks (40, 40'), und
zumindest eine Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) mit zumindest einer Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) zum Einspannen eines Werkstücks (40, 40'), wobei die Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) auf einer Verstelleinrichtung (15, 15B, 15C, 16) angeordnet ist, mit der ein eingespanntes Werkstück (40, 40') zwischen den Bearbeitungspositionen der zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) verfahrbar ist, und wobei die Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) um eine Längsachse (A) und/oder eine Querachse (B) dreh- oder schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine mit der ein Werkstück mehrflächig bzw. auf mehreren Seiten bearbeitbar ist, sowie eine Positioniervorrichtung, mit der ein Werkstück zur Mehrseitenbearbeitung positionierbar ist.
Aus der DE 41 42 121 A1 ist eine Transferstraße zur Bearbeitung eines Werkstücks auf mehreren Seiten bzw. von mehreren Seiten bekannt. Mehrere Bearbeitungsstationen sind nebeneinander angeordnet und in einem vorgegebenen Bearbeitungstakt werden Werkstücke auf einer Fördereinrichtung von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation weitertransportiert. Mit einer zwischen den Bearbeitungsstationen angeordneten Wendestation wird das Werkstück um 90° gedreht, um so eine Bearbeitung aus einer anderen Richtung in der nächsten Bearbeitungsstation zu ermöglichen. Jede Bearbeitungsstation weist eine separate Einspanneinrichtung auf, mit der das Werkstück zur Bearbeitung in dieser Station eingespannt wird. Auch in der Wendestation wird das Werkstück zum Wenden erneut eingespannt und gelöst. In jeder Bearbeitungsstation sind zusätzliche Elemente zum Justieren des Werkstücks beim Einspannen vorgesehen. Das wiederholte Einspannen des Werkstücks kann zu Ausrichtungs-Ungenauigkeiten zwischen den nacheinander bearbeiteten Flächen führen, insbesondere wenn die Anlagestellen zur Positionierung des Werkstücks selbst bearbeitungsbedingten Toleranz-Schwankungen unterliegen.
Die DE 100 02 053 C2 beschreibt eine Pick-Up-Anordnung mit zwei Werkstückspindeln, die nach dem Pick-Up-Verfahren arbeiten. Dabei kann eine Werkstückspindel auf ihrem Schlitten vertikal verfahren werden, um ein Werkstück aus einem Werkstücktransportsystem aufzunehmen. Der Schlitten ist auf zwei horizontalen Führungen gelagert, so dass die Werkstückspindel von einer Ladestation zu einer Bearbeitungsposition verfahrbar ist. Dadurch ist es einerseits nicht notwendig, ein Werkstück der Werkstückspindel durch ein Handling bereitzustellen, anderseits führt aber der zusätzliche Freiheitsgrad der Werkstückspindel (vertikales Verfahren auf dem Schlitten) zu einem schweren Spindelaufbau und folglich zu einer beschränkten Fahrgeschwindigkeit entlang der Horizontalführung.
In der DE 100 54 965 A1 ist eine Werkstückspindel zwischen zwei Bearbeitungsstellen in horizontale Richtung verfahrbar. Die Achse der Werkstückspindel ist vertikal ausgerichtet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine und eine Positioniervorrichtung vorzusehen, die eine Bearbeitung eines Werkstücks von mehreren Seiten mit hoher Maßhaltigkeit der bearbeiteten Seiten zueinander ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 20 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 weist eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine zumindest zwei Bearbeitungsstationen bzw. -einrichtungen zum Bearbeiten eines Werkstücks auf. Das Werkstück ist in einer Einspannvorrichtung einer Positioniervorrichtung eingespannt und wird in der Einspannvorrichtung ohne Umspannen während der Bearbeitung in den zumindest zwei Bearbeitungsstationen gehalten. Die Positioniervorrichtung ruht auf einer Verstelleinrichtung, so dass die Positioniervorrichtung und damit ein eingespanntes Werkstück zwischen den Bearbeitungspositionen der zumindest zwei Bearbeitungsstationen verfahrbar ist. Ein Umspannen des Werkstücks zwischen den beiden Bearbeitungsstationen ist nicht erforderlich, so dass von Bearbeitungsposition zu Bearbeitungsposition keine Fehljustierung oder einspanntoleranzbedingte Abweichung der Bearbeitung auftreten kann.
Die Einspannvorrichtung ist um ihre Längsachse dreh- oder schwenkbar und/oder um eine quer zur Einspannvorrichtung verlaufende Querachse, so dass das Werkstück in einer der Bearbeitungsstationen oder beim Überführen zwischen den Bearbeitungsstationen neu ausgerichtet und von einer anderen Seite mittels der Bearbeitungsstation bearbeitbar ist. Ist beispielsweise die Einspannvorrichtung um ihre Längsachse drehbar und die Längsachse horizontal ausgerichtet, so kann bei einer Vertikalbearbeitungsmaschine eine Bearbeitung von allen Seiten am Werkstück durch sukzessives Drehen des Werkstücks um die Längsachse der Einspannvorrichtung erfolgen. Ist andererseits die Einspannvorrichtung um ihre Querachse schwenkbar und erfolgt ebenfalls eine Bearbeitung mittels einer Vertikalbearbeitungsmaschine, so ist das Werkstück von zwei Seiten und von der Stirnfläche her bearbeitbar. Durch Kombination der Dreh- und Schwenkbarkeit um die Längs- und Querachse der Einspannvorrichtung ergibt sich eine Fünf-Flächen-Bearbeitbarkeit, wobei vorteilhaft durch Einstellbarkeit in allen Zwischenpositionen eine allseitige Bearbeitung des Werkstücks möglich ist, abgesehen von der zur Einspannvorrichtung zeigenden Stirnfläche des Werkstücks.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspannvorrichtung selbst auf einer Antriebsspindel für hohe Drehzahlen angeordnet, so dass das Werkstück rotierend angetrieben werden kann, vorzugsweise mit bis zu 1000 U/min. Wird nun in zumindest einer der Bearbeitungsstationen ein feststehendes Werkzeug bereitgestellt, so kann das Werkstück bei drehender Einspannvorrichtung drehend bearbeitet werden. Vorteilhaft ist dabei das feststehende Werkzeug in radialer und axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Einspannvorrichtung verstellbar. Vorteilhaft ist das feststehende Werkzeug in einer stillstehenden Werkzeugspindel eingespannt, so dass ein Wechsel der Bearbeitung stattfinden kann zwischen Antrieb der Einspannvorrichtung und Stillstand der Werkzeugspindel zu Antrieb der Werkzeugspindel und Stillstand der Einspannvorrichtung.
Ganz besonders vorteilhaft sind die Werkzeuge bzw. die Werkzeugantriebe beider Bearbeitungsstationen an einem gemeinsamen Maschinengrundgestell gelagert, so dass sich zum einen der Platzbedarf durch Verwendung nur eines gemeinsamen Maschinengrundgestells verringert und andererseits die Präzision durch genauere Ausrichtung der beiden Bearbeitungsstationen zueinander erhöht. Die Bearbeitungsgenauigkeit lässt sich noch weiter erhöhen, wenn zusätzlich auch die Verstelleinrichtung der Positioniervorrichtung am Maschinengrundgestell gelagert ist.
Die Verstelleinrichtung zum Positionieren der Bearbeitungsmaschine(n), des Werkzeugs in den Bearbeitungsstationen und/oder die Verstelleinrichtung der Positioniervorrichtung sind besonders vorteilhaft Linearantriebe mit Linearmotoren, mit denen eine hochgenaue, reproduzierbare Positionierung des Werkstücks in den Bearbeitungspositionen gewährleistet ist.
Vorteilhaft ist eine Bearbeitungsstation eine Werkzeugspindel zum drehenden Antreiben eines Werkzeugs. Ein solcher Spindelantrieb kann eine Hochgeschwindigkeitsspindel sein, oder ein auf einem Werkzeugrevolver angeordneter Drehantrieb. In der Bearbeitungsstation kann dem Werkstück zum Bearbeiten auch ein feststehendes Werkzeug zugestellt werden, beispielsweise wenn die Einspannvorrichtung mit dem eingespannten Werkstück drehend angetrieben wird.
Eine Bearbeitungseinrichtung in der Bearbeitungsstation, insbesondere eine Werkzeugspindel, weist vorteilhaft eine Aufnahme zum Halten von austauschbarem Werkzeug (z. B. Drehstahl, Bohrer, Fräser, Schleifkopf) auf. Damit lassen sich mehrere Bearbeitungsgänge in einer Bearbeitungsstation an dem Werkstück durchführen, wie beispielsweise Bohren, Fräsen oder Schleifen am Werkstück. Ganz besonders vorteilhaft erfolgt der Austausch der Werkzeuge in der Aufnahme mittels einer Bestückungseinrichtung, wobei die Werkzeugspindel in diesem Fall nicht horizontal verfahrbar sein muss, da das auszutauschende Werkzeug durch die Bestückungseinrichtung zur Achse der Werkzeugspindel überführt wird. Alternativ wird das Werkzeug durch eine Werkzeugbereitstellungseinrichtung in einer vorgegebenen Ladeposition der Werkzeugspindel bereitgestellt, so dass die Werkzeugspindel lediglich eine kurze Distanz zwischen Bearbeitungsposition und Beladeposition verfahren werden muss.
Sind bei der Bearbeitungsmaschine zumindest zwei Bearbeitungsstationen vorgesehen, die mit austauschbarem Werkzeug bestückbar sind, so kann das Werkstück mit der Positioniervorrichtung nach der Bearbeitung an einer ersten Bearbeitungsstation zur zweiten Bearbeitungsstation überführt werden, während bei der ersten Bearbeitungsstation ein Werkzeugwechsel durchgeführt wird. Entsprechend gilt dies für einen Werkzeugwechsel bei der zweiten Bearbeitungsstation, so dass insgesamt die Bearbeitungszeit nicht durch den Werkzeugwechsel limitiert ist, da die Überführungszeit zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation sehr kurz ist. Beispielsweise beträgt die Nebenzeit, d.h. die Zeit zur Überführung zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation bei spanender Bearbeitung weniger als 0,3 Sekunden bei Verwendung einer Hochgeschwindigkeitslinearführung für die Positioniervorrichtung. Gerade bei einer Bearbeitung eines Werkstücks mit vielen unterschiedlichen Werkzeugen ist folglich der Werkzeugwechsel nicht mehr der limitierende Faktor und es werden dennoch lediglich zwei Bearbeitungsstationen zur vollständigen Bearbeitung benötigt. Wie oben erwähnt, ist trotz der Bearbeitung mittels unterschiedlicher Werkzeuge kein Umspannen des Werkstücks erforderlich, so dass selbst bei sehr vielen unterschiedlichen Bearbeitungsschritten eine extrem hohe Präzision beibehalten wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bearbeitungsmaschine eine Handhabungseinrichtung zugeordnet, die ein Werkstück in die Einspannvorrichtung zuführt und/oder das bearbeitete Werkstück daraus entnimmt. Damit kann eine vollautomatische Bearbeitung des Werkstücks in der Bearbeitungsmaschine erfolgen. Vorteilhaft wird das unbearbeitete Werkstück in einem Magazin bereitgestellt und durch die Handhabungseinrichtung das bearbeitete Werkstück in das gleiche Magazin oder ein weiteres Magazin mit bearbeiteten Werkstücken zurückgeführt.
Eine Werkzeugpositioniervorrichtung gemäß Anspruch 20 umfasst zumindest eine Werkstückspindel mit einer Einspannvorrichtung zum Einspannen eines Werkstücks. Das Drehen der Einspannvorrichtung auf der Werkstückspindel ermöglicht das Drehen des Werkstücks in verschiedene Positionen zur radialen Bearbeitung aus verschiedenen Seitenrichtungen. Vorteilhaft ist das Werkstück im eingespannten Zustand mit der Werkstückspindel bei hoher Drehzahl drehbar, so dass bei stehendem Werkzeug eine drehende Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Positioniervorrichtung eine Verstelleinrichtung auf, auf der die Werkstückspindel angeordnet und zwischen zumindest zwei Bearbeitungsstationen oder zwischen einer Bearbeitungsstation und einer Beladeposition verfahrbar ist. Vorteilhaft erfolgt hier das Verfahren zwischen mehreren Bearbeitungsstationen und einer Beladeposition zum Beladen eines Werkstücks in die Einspannvorrichtung.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine in Seitenansicht,
2 eine Spanneinheit in verschiedenen Bearbeitungspositionen,
3 eine schematische Darstellung der Mehrseitenbearbeitungsmaschine von 1 in Draufsicht,
4 die Mehrseitenbearbeitungsmaschine von 1 in Ausgestaltung mit weiteren Bearbeitungseinrichtungen,
5 eine weitere Ausgestaltung der Mehrseitenbearbeitungsmaschine von 1,
6 eine Ausgestaltung bei der zwei Spanneinheiten auf einer Führung angeordnet sind,
7 eine Darstellung von Betriebsabläufen bei Verwendung der zwei Spanneinheiten von 6, und
8 eine weitere Ausgestaltung einer Spanneinheit.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Mehrseitenbearbeitungsmaschine 1. An den Seiten eines Maschinenständers 2 sind eine erste Werkzeugspindel 3 und zweite Werkzeugspindel 4 angeordnet. Der ersten Werkzeugspindel 3 werden über einen Werkzeugwechsler 5 entsprechend der Bearbeitungsbedingungen unterschiedliche Werkzeuge 41 (siehe 3) zugeführt. Die zweite Werkzeugspindel 4 entnimmt das benötigte Werkzeug aus einem Werkzeughalter 6. Das zu bearbeitende Werkstück 40 (2) ist in einer Spanneinheit 7 eingespannt und wird wahlweise in die erste oder zweite Bearbeitungsposition der ersten oder zweiten Werkzeugspindel 3, 4 verfahren. Das unbearbeitete Werkstück 40 wird der Spanneinheit 7 durch ein erstes Handling 8 zugeführt und mit diesem das bearbeitete Werkstück 40 aus der Spanneinheit 7 entnommen. Das erste Handling 8 entnimmt die unbearbeiteten Werkstücke aus einer Palettiereinrichtung 9, in die die bearbeiteten Werkstücke zur Zwischenlagerung wieder zurückgeführt werden.
Optional wird ein unbearbeitetes Werkstück durch ein zweites Handling 8C der Spanneinheit 7 zugeführt und das bearbeitete Werkstück durch das erste Handling 8 wieder entnommen. Die unbearbeiteten Werkstücke 40 entnimmt das zweite Handling 8C einer zweiten Palettiereinrichtung 9B mit einem Palettentisch 36.
Die erste und zweite Werkzeugspindel 3, 4 sind jeweils auf einer Vertikalführung 12 gelagert, mit der die Werkzeugspindel 3, 4 in vertikale Richtung verfahrbar ist (in Z-Richtung wie am Dreibein von 1 dargestellt). An den Vertikalführungen 12 sind Horizontalführungen 13 gelagert, so dass die Werkzeugspindeln 3, 4 zum Werkzeugwechsel und entlang der Horizontalführung 13 verfahrbar sind (in 1 senkrecht zur Zeichenebene). An der Unterseite weisen die Spindeln 3, 4 jeweils eine Aufnahme 14 auf, mit der das aktuell zu verwendende Werkzeug gefasst wird.
Die Spanneinheit 7 ist auf einem Schlitten 16 gelagert, der längs einer Horizontalführung 15 verfahrbar ist. Die Horizontalführung 15 ist eine Linearführung zur hochgenauen Positionierung des Schlittens 16 und damit des Werkstücks 40. Auf dem Schlitten 16 ist ein Spindelantrieb 18 um eine senkrecht zur Zeichenebene der 1 stehende Achse drehbar gelagert. Der Spindelantrieb 18 kann auf dem Schlitten 16 in eine vorgegebene Winkelposition gedreht werden. Der Spindelantrieb 18 treibt einen Spannkopf 19 an, in dem das Werkstück 40 eingespannt ist.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Spanneinheit 7 in verschiedenen Bearbeitungsstellungen. Die einzelnen X-Stellungen der Spanneinheit 7 entlang der Horizontalführung 15 dienen hier nur der Veranschaulichung und entsprechen nicht den tatsächlichen Stellungen in der jeweiligen Bearbeitungsposition der Werkzeugspindeln 3, 4. In der Stellung I von 2 lässt sich das Werkstück 40 mit einer der Werkzeugspindeln 3, 4 an der Stirnfläche bzw. an der Außenfläche (Werkstück rotierend) bearbeiten. Wird die Spindel 18 angetrieben, so kann in der Werkzeugspindel 3 oder 4 ein Werkzeug bei stehender Spindelwelle der Werkzeugspindel 3, 4 eingespannt sein und so eine drehende Bearbeitung des Werkstücks 40 vorgenommen werden. Die Drehung durch den Spindelantrieb 18 erfolgt dabei um dessen Längsachse A, während eine Drehung des Spindelantriebs 18 auf dem Schlitten 16 um eine Querachse B erfolgt. In der Stellung II nimmt die Längsachse A eine Zwischenstellung zwischen einer vertikalen Ausrichtung (I) und einer horizontalen Ausrichtung (III) ein, so dass sich bei feststehender Spindel des Spindelantriebs 18 eine Fläche in der Zwischenposition zwischen der Stirn- und Seitenfläche bearbeiten lässt. In der Stellung III ist das Werkstück von der Seite durch eine Werkzeugspindel 3, 4 bearbeitbar, wobei sich die Drehstellung der Spindel des Spindelantriebs 18 in jeder gewünschten Stellung zwischen 0 bis 360° zur Bearbeitung des Werkstücks 40 vorgeben lässt.
Die Handlings 8, 8C sind auf einer linearen Bodenführung 30 angeordnet (siehe auch 3, in der jedoch nur das erste Handling 8C dargestellt ist), mit der die Handlings in Y-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene in 1) verfahrbar sind. Jedes Handling 8, 8C hat eine säulenartige Vertikal-Verstelleinheit 31, mit der ein an einem Schwenklager 32 schwenkbar gelagerter Greifarm 33 in vertikale Richtung auf und ab fahrbar ist. Der Greifarm 33 ist am Schwenklager 32 horizontal verschwenkbar und hat an seinem vorderen Ende einen Greifer 34 zum Greifen eines Werkstücks 40. Mit dem Handling 8, 8C wird das Werkstück zwischen der Spanneinheit 7 und der Palettiereinrichtung 9 verfahren, wobei das Werkstück 40 aus einem Palettentisch 36 der Palettiereinrichtung 9 zur Bearbeitung entnommen wird und/oder nach der Bearbeitung auf dem Palettentisch 36 abgesetzt wird.
Wie in 1 angedeutet, ist die Mehrseitenbearbeitungsmaschine 1 in einer Bearbeitungskabine 38 angeordnet und über zwei nicht dargestellte Verschlussöffnungen, durch die der Greifarm 33 des jeweiligen Handlings 8, 8C hindurchgreift, mit zwei Handhabungskabinen 39 verbunden. Der Palettentisch 36 der jeweiligen Palettiereinrichtung 9, 9B zur Zwischenspeicherung der Werkstücke hat einen innerhalb und außerhalb der Handhabungskabine 39 liegenden Teil, wobei der äußere Teil zur automatischen oder manuellen Bestückung des Palettentisches 36 mit Werkstücken dient.
Die 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Mehrseitenbearbeitungsmaschine von 1, in der mittels strichpunktierter Linien die Verstellwege der Spindelachsen der ersten und zweiten Werkzeugspindel 3, 4 und der Spanneinheit 7 dargestellt sind. In 3 ist die erste Werkzeugspindel 3 in ihrer Werkzeugwechselposition positioniert, bei der durch den Werkzeugwechsler 5 das im nächsten Bearbeitungsschritt zu verwendende Werkzeug unter der Aufnahme 14 der Werkzeugspindel 3 positionierbar ist. Durch vertikales Absenken der Werkzeugspindel 3 wird das Werkzeug 41, das im Karussell des Werkzeugwechslers 5 bereitgestellt wird, ergriffen. Zuvor wurde das nicht mehr benötigte Werkzeug in einer leeren Position des Werkzeugkarussells durch Absenken der Werkzeugspindel 3 in der Werkzeugwechselposition auf das Werkzeugkarussell abgesetzt. Die zweite Werkzeugspindel 4 ist in Y-Richtung nach hinten verschoben und wird zum Entladen des nicht mehr benötigten Werkzeugs 41 über der vorgesehenen Leerposition des Werkzeughalters 6 positioniert, wo das Werkzeug durch vertikales Absenken der zweiten Werkzeugspindel 4 abgesetzt und nach vertikalem Hochfahren, horizontalem Verfahren (Y-Richtung) und wiederum vertikalem Absenken das nächste, benötigte Werkzeug 41 ergriffen wird.
Die Bearbeitungsposition der zweiten Werkzeugspindel 4 liegt auf dem Kreuzungspunkt der strichpunktierten Linien, wie dies durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt ist. Die Bearbeitungsposition der ersten Werkzeugspindel 3 liegt ebenfalls im Kreuzungspunkt der strichpunktierten Linien für die Mittellinie der ersten Werkzeugspindel 3 und der Spindel der Spanneinheit 7. (Der Verstellweg der ersten Werkzeugspindel 3 in Y-Richtung und der Verstellweg der Spanneinheit 7 in X-Richtung kreuzen sich in Draufsicht.) Auf der linken Seite der Horizontalführung 15 ist die Spanneinheit 7 in der gestrichelten Position in der Bearbeitungsposition für die erste Werkzeugspindel 3 dargestellt. Auf der rechten Seite der Horizontalführung 15 ist die Spanneinheit 7 in der Werkstückübergabeposition für das Handling 8 gestrichelt dargestellt. Mittels durchgezogener Linien ist die Spanneinheit 7 in 3 in einer Zwischenposition bei der Überführung zwischen den beiden Bearbeitungspositionen der ersten und zweiten Werkzeugspindel 3, 4 dargestellt.
Die Überführungszeit des Werkstücks zwischen den Bearbeitungspositionen liegt typischerweise unter 0,3 Sekunden, während der Werkzeugwechsel typischerweise ungefähr 2 Sekunden benötigt. Somit wird ein erforderlicher Werkzeugwechsel vorteilhaft durch Überführung des Werkstücks zwischen den beiden Werkzeugspindeln 3, 4 überbrückt, was wesentlich schneller erfolgt als ein Werkzeugwechsel an einer Werkzeugspindel, während die Spanneinheit 7 in einer Bearbeitungsposition auf den nächsten Bearbeitungsschritt wartet. Für den nächsten Werkzeugwechsel hat dann beispielsweise die erste Werkzeugspindel 3 eine Wechselzeit zur Verfügung, die sich zusammensetzt aus den beiden Überführungszeiten zwischen den beiden Bearbeitungspositionen und der Bearbeitungszeit an der zweiten Werkzeugspindel 4. Durch das Handling 8 oder 8C erfolgt das Austauschen eines Werkstücks in der Spanneinheit 7 in lediglich 2 bis 3 Sekunden, so dass insgesamt ein sehr hoher Werkstückdwchsatz erzielt wird.
In einer nicht dargestellten Ausgestaltung weist der Greifarm 33 einen Doppelgreifer auf, wobei zum Beladen ein erster Greifer das bearbeitete Werkstück aus der Spanneinheit 7 entnimmt und ein zweiter Greifer, der bereits mit einem unbearbeiteten Werkstück beladen ist, das unbearbeitete Werkstück in die Spanneinheit 7 lädt. Der Greiferwechsel bei einem Doppelgreifer erfolgt dabei vorteilhaft durch Schwenken um die Greifarmachse.
Ein teilweise bearbeitetes Werkstück kann auch durch einen um die Greiferlängsachse schwenkbaren Greifarm 33 des Handlings 8 und/oder 8C gewendet und der Spanneinheit 7 wieder zugeführt werden. Dadurch ist auch die zuvor unzugängliche Stirnseite (6. Seite) bearbeitbar.
4 zeigt in schematischer Draufsicht eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine 45, die gegenüber der Mehrseitenbearbeitungsmaschine 1 dahingehend erweitert ist, dass auf der zur Spanneinheit 7 gegenüberliegenden Seite eine weitere Spanneinheit 7B angeordnet ist. Die Spanneinheit 7B ist auf einer Horizontalführung 15B verfahrbar zwischen zwei zusätzlichen Bearbeitungspositionen der ersten und zweiten Werkzeugspindel 3, 4. Die erste und zweite Werkzeugspindel 3, 4 sind an verlängerten Horizontalführungen 13A angeordnet, so dass sich entlang des Verfahrwegs des in der Spanneinheit 7B eingespannten Werkstücks die zusätzlichen Bearbeitungspositionen ergeben. Gegenüberliegend zum Handling 8 ist auf der anderen Seite des Maschinenständers 2 ein weiteres Handling 8B angeordnet, mit dem beispielsweise ein Werkstückwechsel an der Spanneinheit 7B oder 7 ausgeführt wird. Es kann ebenfalls eine Werkstückübergabe von der Spanneinheit 7 zur Spanneinheit 7B erfolgen, um das Werkstück auf der zweiten Schiene (Spanneinheit 7B) weiterzubearbeiten, während auf der ersten Schiene (Spanneinheit 7) ein unbearbeitetes Werkstück durch das Handling 8 zugeführt wird. Das fertig bearbeitete Werkstück wird von der zweiten Schiene (Spanneinheit 7B) durch das Handling 8 entnommen und auf der Palette 36 zwischengelagert.
Neben einer hintereinander geschalteten Bearbeitung zwischen der ersten Schiene und der zweiten Schiene kann auch eine Parallelbearbeitung auf beiden Schienen (Spanneinheiten 7 und 7B) erfolgen, wobei ein Werkzeugwechsel an der ersten oder zweiten Werkzeugspindel 3, 4 erst dann erfolgt, wenn die Bearbeitung der parallel verarbeiteten Werkstücke mit dem gleichen Werkzeug in den Werkzeugspindeln erfolgt ist. Das heißt, die Parallelbearbeitung in beiden Schienen erfolgt mit einem Zeitversatz von einem Bearbeitungsschritt.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Mehrseitenbearbeitungsmaschine 50 als Abwandlung der Mehrseitenbearbeitungsmaschine 1 von 1. Anstelle des Werkzeugwechslers 5 ist ein Werkzeughalter 51 vorgesehen, auf dem die Werkzeuge 41 entlang eines Bogens angeordnet sind. Mittels eines Werkzeughandlings 52 werden die Werkzeuge 41 aus dem Werkzeughalter 51 entnommen bzw. auf eine Leerposition im Werkzeughalter 51 zurückgesetzt. Das Werkzeughandling 52 hat einen in der Höhe vertikal verstellbaren Schwenkarm 53, der horizontal schwenkbar ist. Mit dem Schwenkarm 53 ist ein Greifer 54 zwischen einem der Werkzeuge 41 im Werkzeughalter 51 und einer Aufnahme (entsprechend Nr. 14 in 1) einer Werkzeugspindel 55 verfahrbar. Zum Werkzeugwechsel wird mit dem Greifer ein Werkzeug aus der Aufnahme der Werkzeugspindel 55 entnommen, das Werkzeug wird im Werkzeughalter 51 abgesetzt, und ein Werkzeug 41 für den nächsten Bearbeitungsschritt wird in die Aufnahme eingesetzt. In einer nicht dargestellten Ausführung wird ein Werkzeughandling 52 mit Doppelgreifer 54 verwendet, mit dem zunächst ein Werkzeug aus der Aufnahme entfernt und das Werkzeug für den nächsten Bearbeitungsschritt durch Drehen um die Schwenkarmachse 53 unter der Aufnahme positioniert wird. Die Werkzeugspindel 55 ist auf einer Vertikalführung 56 angeordnet, mit der ein vertikales Verstellen (Z-Richtung) der Werkzeugspindel 55 ermöglicht wird. Eine Bearbeitung in Längsachsenrichtung des Werkstücks erfolgt durch Verfahren einer Spanneinheit 7C in X-Richtung während der Bearbeitung durch die Werkzeugspindel 55. Der Betrieb der Werkzeugspindel 4 erfolgt wie oben bereits im Zusammenhang mit 1 und 2 beschrieben.
Wie bei den obigen Ausführungsformen dargestellt, erfolgt der Werkzeugwechsel an den Werkzeugspindeln mit einem Werkzeugwechsler (z.B. 5 oder 51, 52). Eine Aufnahme des Werkzeugs an den Wechsler bzw. eine Abgabe an den Werkzeugwechsler kann in ein oder zwei Übergabepositionen erfolgen, in denen die Werkzeugspindeln positioniert werden. Die Werkzeuge werden in einem Karussell oder einem umlaufenden Förderband zur Aufnahme/Abgabe positioniert, wobei 40 bis 60 Werkzeuge bereitstellbar sind. Oder eine Beladeeinrichtung 52 führt das Werkzeug zu, wobei auch hier der Beladeeinrichtung die Werkzeuge über einen Werkzeugwechsler in Form eines Karussells oder eines Förderbandes zugeführt werden.
6 zeigt eine Ausgestaltung der Mehrseitenbearbeitungsmaschinen 1, 45 und 50 der 1, 4 und 5, bei der zwei Spanneinheiten 7D und 7E auf einer Horizontalführung 15 angeordnet sind. Die Funktion der Spanneinheiten entspricht derjenigen der Spanneinheiten 7, 7B oder 7C. Zusätzlich zu einer unabhängigen Bearbeitung der Werkstücke 40 in den Spanneinheiten kann hier eine Übergabe eines Werkstücks 40 von der einen Spanneinheit 7D in die andere Spanneinheit 7E oder umgekehrt vorgesehen werden. 6 zeigt die Ausrichtung der Spanneinheiten 7D, 7E bei der Übergabe des Werkstücks, wobei das in einem Spannkopf 19 einer Spanneinheit gespannte Werkstück in den offenen Spannkopf (Spannbacken sind geöffnet) der anderen Spanneinheit eingefahren und dann durch Schließen der Spannbacken von diesem gegriffen wird. Danach löst der erste Spannkopf 19 die Spannbacken und gibt so das Werkstück für die andere Spanneinheit frei. Die Übergabe kann entlang des Verfahrweges der Horizontalführung an einer beliebigen Stelle erfolgen, vorzugsweise an einer Stelle, die in einer minimalen Übergabezeit resultiert
Die Entnahme und/oder die Zufuhr des Werkstücks 40 zur/von der linken Spanneinheit 7D erfolgt mittels des gestrichelt dargestellten Handlings 8. Die Entnahme und/oder Zufuhr eines Werkstücks 40' von der/zur rechten Spanneinheit 7E erfolgt mittels eines aktiven oder passiven Klemmsockels 62. Die Spanneinheit 7E führt ein in diese eingespanntes Werkstück 40' in den Klemmsockel senkrecht ein (in X-Richtung nach rechts in 6), wo das Werkstück 40' entweder durch das Einführen passiv oder durch einen Aktuator des Klemmsockels 62 aktiv geklemmt wird. Das Entnehmen eines Werkstücks aus dem Klemmsockel erfolgt umgekehrt. Eine Vielzahl von Klemmsockeln 62 ist auf einer Fördereinrichtung 60 angeordnet. Die Fördereinrichtung 60 stellt für die Spanneinheit 7E ein zu bearbeitendes Werkstück 40' bereit und/oder führt ein bearbeitetes Werkstück 40' von der Spanneinheit 7E ab. Es können auch die oben beschriebenen Anordnungen von Handlings 8, 8B oder 8C zum Einsatz kommen.
Es ist selbstverständlich, dass eine solche Einheit bestehend aus zwei Spanneinheiten 7D, 7E und einer Horizontalführung als solche an jeder Art von Werkzeugmaschine oder Bearbeitungsmaschine einsetzbar ist und nicht nur auf die Verwendung an den Maschinen 1, 45 und 50 der obigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
7 veranschaulicht exemplarisch Bearbeitungsabläufe für die Anordnung nach 6. Die Spalte A1 stellt die Aufnahme/Abgabe des Werkstücks von der Spanneinheit 7D an das Handling 8 oder umgekehrt dar. Die Spalte B1 symbolisiert die Bearbeitungsposition des Werkstücks zur Bearbeitung mit der ersten Bearbeitungseinrichtung (z.B. mit der Werkzeugspindel 3 oder 55). Die Spalte C symbolisiert die Werkstückübergabe, wobei die räumliche X-Position wie oben erwähnt an jeder erreichbaren Stelle der Führung 15 liegen kann. Die Spalte B2 symbolisiert die Bearbeitungsposition des Werkstücks zur Bearbeitung mit der zweiten Bearbeitungseinrichtung (z.B. mit der Werkzeugspindel 4). Die Spalte A2 stellt die Aufnahme/Abgabe des Werkstücks von der Spanneinheit 7E an den Klemmsockel 62 oder umgekehrt dar.
Im Modus 70 (dargestellt in der mit 70 bezeichneten Zeile) arbeiten beide Spanneinheiten 7D, 7E unabhängig voneinander: 7D nur in der linken Bearbeitungsposition B1 und 7E nur in der rechten Bearbeitungsposition B2. Es findet kein Wechsel zwischen den Bearbeitungspositionen B1 und B2 und keine Werkstückübergabe C statt.
Im Modus 71 fährt die Spanneinheit 7D nur die linke Bearbeitungsposition B1 an und die Spanneinheit 7E fährt beide Bearbeitungspositionen B1 und B2 an. Es findet keine Werkstückübergabe C statt.
Im Modus 72 fährt die Spanneinheit 7D nur die linke Bearbeitungsposition B1 an und die Spanneinheit 7E fährt nur die rechte Bearbeitungsposition B2 an. Eine Werkstückübergabe C erfolgt zwischen den Spanneinheiten 7D und 7E oder umgekehrt. Eine Übergabe C kann auch erst in die eine und dann in die andere Richtung erfolgen.
Im Modus 73 fährt die Spanneinheit 7D beide Bearbeitungspositionen B1 und B2 an und die Spanneinheit 7E fährt ebenfalls beide Bearbeitungspositionen B1 und B2 an. Es findet keine Werkstückübergabe C statt.
Im Modus 74 fährt die Spanneinheit 7D beide Bearbeitungspositionen B1 und B2 an und die Spanneinheit 7E führt ausschließlich eine Werkstückübergabe C aus, d.h. in diesem Fall arbeitet die Spanneinheit 7E selbst als Handling. Vorzugsweise fährt die Spanneinheit zur Übergabe C an eine Stelle, bei der die Fahrzeiten der Spanneinheit 7D minimiert sind.
Im Modus 75 fährt die Spanneinheit 7D beide Bearbeitungspositionen B1 und B2 an und die Spanneinheit 7E fährt nur die Bearbeitungspositionen B2 an. Es findet eine Werkstückübergabe C zwischen den Spanneinheiten statt.
Eine Vielzahl weiterer Modi ist möglich. Beispielsweise kann noch vorgesehen sein, dass die Werkstückübergabe C erfolgt, während beide Spanneinheiten 7D, 7E auf der Führung 15 verfahren werden. Insgesamt ermöglicht somit die Anordnung von 6 ein riesiges Potential für die Optimierung von Zeit- und Bearbeitungsabläufen. Die verschiedensten Werkstücke können somit auf komplexe und sehr schnelle Weise bearbeitet werden.
8 zeigt eine Doppel-Spanneinheit 7F als Ausgestaltung einer der zuvor beschriebenen Spanneinheiten 7, 7B bis 7E. Bei der Spanneinheit 7F sind an beiden Enden des Spindelantriebs 18 je ein Spannkopf 19A, 19B angeordnet, die durch den Antrieb 18 synchron angetrieben werden. Das Spannen/Lösen der Werkstücke 40, 40' in den Spannköpfen 19A, 19B erfolgt vorteilhaft unabhängig voneinander, so dass die Zufuhr und die Entnahme der Werkstücke 40, 40' z.B. durch die Handlings 8, 8B oder 8C oder den Klemmsockel 62 nacheinander erfolgen kann. Die Doppel-Spanneinheit 7F ist wie die anderen Spanneinheiten drehbar am Schlitten 16 gelagert, der entlang der Horizontalführung 15, 15A verfahrbar ist. Bei der Anordnung von 6 können beispielsweise eine oder zwei Doppel-Spanneinheiten 7F vorgesehen sein.

1: Mehrseitenbearbeitungsmaschine
2: Maschinenständer
3: erste Werkzeugspindel
4: zweite Werkzeugspindel
5: Werkzeugwechsler
6: Werkzeughalter
7, 7B–7F: Spanneinheit
8, 8B, 8C: Handling
9, 9B: Palettiereinrichtung
12: Vertikalführung
13, 13A: Horizontalführung
14: Aufnahme
15, 15B, 15C: Horizontalführung
16: Schlitten
18: Spindelantrieb
19, 19A, 19B: Spannkopf
30: Bodenführung
31: Vertikalverstelleinheit
32: Schwenklager
33: Greifarm
34: Greifer
36: Palettentisch
38: Bearbeitungskabine
39: Handhabungskabine
40, 40': Werkstück
41: Werkzeug
45: Mehrseitenbearbeitungsmaschine
50: Mehrseitenbearbeitungsmaschine
51: Werkzeughalter
52: Werkzeughandling
53: Schwenkarm
54: Greifer
55: Werkzeugspindel
56: Vertikalführung
60: Fördereinrichtung
62: Klemmsockel
70–75: Betriebsmodus
A1, A2: Werkstückaufnahme/-abgabe
B1, B2: Bearbeitungsposition
C: Werkstückübergabe

Claims

Mehrseitenbearbeitungsmaschine (1, 45, 50) zum Bearbeiten mehrerer Flächen bzw. Seiten eines Werkstücks (40, 40'), wobei die Bearbeitungsmaschine aufweist: zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) zum Bearbeiten eines Werkstücks (40, 40'), und zumindest eine Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) mit zumindest einer Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) zum Einspannen eines Werkstücks (40, 40'), wobei die Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) auf einer Verstelleinrichtung (15, 15B, 15C, 16) angeordnet ist, mit der ein eingespanntes Werkstück (40, 40') zwischen den Bearbeitungspositionen der zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) verfahrbar ist, und wobei die Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) um eine Längsachse (A) und/oder eine Querachse (B) dreh- oder schwenkbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) unter einem beliebigen oder zumindest zwei vorgegebenen Drehwinkeln positionierbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) auf einer Antriebsspindel (18) angeordnet ist.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3, wobei die zumindest eine Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) mit einer Drehzahl von mindestens 100 U/min antreibbar ist, vorzugsweise mit mindestens 500 U/min.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Werkstück (40, 40') bei drehender Einspanneinrichtung (19, 19A, 19B) mittels eines in einer der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) drehfest eingespannten Werkzeugs (41) drehend bearbeitbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Längsachse (A) der Einspanneinrichtung (19, 19A, 19B) horizontal ausgerichtet oder horizontal ausrichtbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspanneinrichtung (19, 19A, 19B) in vorgegebenen Drehpositionen arretierbar ist, vorzugsweise mittels hydraulischer Klemmung.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) an einem gemeinsamen Maschinengrundgestell (2) gelagert sind.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) auf einer Verstelleinrichtung (12, 56) angeordnet ist, mit der diese Bearbeitungseinrichtung vertikal verfahrbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4) auf einer Verstelleinrichtung (13) angeordnet ist, mit der die Bearbeitungseinrichtung zwischen einer Bearbeitungsposition und zumindest einer Werkzeugladeposition horizontal verfahrbar ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) eine Aufnahme (14) für austauschbares Werkzeug (41) aufweist.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 11, mit einer Bestückungseinrichtung (52) zum Be- und Entladen von Werkzeugen (41) bei zumindest einer der Bearbeitungseinrichtungen (55).
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 11 oder 12, mit zumindest einer Werkzeugbereitstellungseinrichtung (5A), die zumindest einer der Bearbeitungseinrichtungen (3) ein zu verwendendes Werkzeug zu einer Ladeposition der Bearbeitungseinrichtung zustellt.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung (15, 15B, 15C; 16) der zumindest einen Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) an einem Maschinengrundgestell (2) gelagert ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung (12, 13, 13A, 56) zumindest einer der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) eine horizontal verlaufende Linearführung (13, 13A) und/oder eine vertikal verlaufende Linearführung (12, 56) aufweist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer Handhabungseinrichtung (8, 8B, 8C) zum Zuführen eines Werkstücks (40, 40') in die Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) und Entnehmen eines Werkstücken (40) von der Einspannvorrichtung der zumindest einen Positioniervorrichtung (7, 7B–7F) und/oder zumindest einer Bereitstellungseinrichtung (60, 62) zum Übergeben eines Werkstücks von oder zur Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) der Positioniervorrichtung (7, 7B–7F).
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) eine Werkzeugspindel oder ein Werkzeugrevolver ist.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Positioniervorrichtungen (7, 7B–7F) jeweils auf einem Schlitten (16) angeordnet und unabhängig voneinander auf einer Führung (15, 15B, 15C) verfahrbar sind.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 18, wobei zumindest zwei oder jeweils zwei Positioniervorrichtungen (7D, 7E) relativ zueinander so positionierbar sind, dass ein Werkstück (40, 40') zwischen den zwei Positioniervorrichtungen (7D, 7E) übergebbar ist.
Werkstückpositioniervorrichtung (7, 7B–7F) mit zumindest einer Werkstückspindel (18), die zumindest eine Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) zum Einspannen eines Werkstücks (40, 40') aufweist, wobei die zumindest eine Einspannvorrichtung (19, 19A, 19B) um eine Längsachse (A) der Werkstückspindel (18) drehbar und unter einem beliebigen oder mehreren vorgegebenen Drehwinkeln positionierbar ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Werkstückspindel (18) an einer Verstelleinrichtung (15, 15B, 15C, 16) angeordnet ist, mit der ein eingespanntes Werkstück (40, 40') zwischen zumindest zwei Bearbeitungseinrichtungen (3, 4, 55) oder zwischen zumindest einer Bearbeitungseinrichtung (3, 4, 55) und einer Beladeposition verfahrbar ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei zumindest eine der Bearbeitungseinrichtungen eine Werkzeugspindel (3, 4, 55) und/oder einen Werkzeugrevolver aufweist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei eine, zwei oder mehr Positioniervorrichtungen (7, 7B, 7C) jeweils auf einem Schlitten (16) angeordnet und unabhängig voneinander auf einer Führung (15, 15B, 15C) verfahrbar sind.
Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19 oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei zumindest an einer Positioniervorrichtung (7F) zwei Einspannvorrichtungen (19A, 19B) angeordnet sind.
Bearbeitungsmaschine oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 24, wobei ein Werkstück (40, 40') mittels der beiden Einspannvorrichtungen (19A, 19B) unabhängig einspannbar und lösbar ist und/oder die beiden Einspannvorrichtungen (19A, 19B) synchron antreibbar sind.
Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 18 oder Anordnung mit zumindest zwei Positioniervorrichtungen nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei zumindest zwei oder jeweils zwei Positioniervorrichtungen (7D, 7E) relativ zueinander so positionierbar sind, dass ein Werkstück (40, 40') zwischen den zwei Positioniervorrichtungen (7D, 7E) übergebbar ist.