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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, spezieller
eine CNC-(computergestützt
numerisch gesteuerte) Werkzeugmaschine, die genutzt werden kann,
um aus einem stabförmigen
Halbzeug in einem integrierten Betrieb maschinell ein komplexes
Teil herzustellen, so dass eine bedienerlose Fräsautomatisierung erreicht wird.
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Eine
herkömmliche
CNC-Werkzeugmaschine stellt eine spezielle Werkzeugmaschine dar,
die in digitaler Weise derart gesteuert wird, dass sie verschiedene
Bearbeitungsmodi und -prozeduren wie beispielsweise Bohren, Schneiden,
Schleifen, Drehen usw. ausführt.
Die herkömmliche
Werkzeugmaschine umfasst im Allgemeinen einen Sockel, einen X-Achse-Auflageschlitten,
der auf dem Sockel gelagert ist und der durch eine erste Antriebseinheit
angetrieben wird, sodass er entlang einer X-Achse verschiebbar ist,
einen Y-Achse-Auflageschlitten,
der auf dem X-Achse-Auflageschlitten gelagert ist und durch eine
zweite Antriebseinheit gesteuert wird, so dass er entlang einer
Y-Achse verschiebbar ist, einen Spindelstock, der an einer Vorderseite
des Y-Achse-Auflageschlittens
montiert ist und der durch eine dritte Antriebseinheit gesteuert
wird, so dass er entlang einer Z-Achse verschiebbar ist, ein Schneidwerkzeug,
das in dem Spindelstock montiert ist und drehbar ist, sowie einen
hohlen Spannständer,
welcher angetrieben wird, so dass er sich derart dreht, dass er
zwischen einer Beschickungs- und einer Bearbeitungsstellung verstellt
wird.
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Im
Betrieb wird zunächst
ein Werkstück
in dem Spannständer
montiert, und der Spannständer wird
in die Bearbeitungsstellung gefahren. Das Schneidwerkzeug wird mit
Hilfe der ersten, zweiten und dritten Antriebseinheit auf eine gewünschte Position
eingestellt, so dass es sich angrenzend an das Werkstück befindet,
um ein Bearbeitungsende des Werkstücks zu bearbeiten. Ein dem
Bearbeitungsende entgegengesetztes, eingespanntes Ende des Werkstücks ist
beim Betrieb in den Spannständer eingefügt und wird
durch diesen eingespannt. Für den
Fall, dass das eingespannte Ende ebenfalls bearbeitet werden muss,
muss das Werkstück,
nachdem das Bearbeitungsende bearbeitet ist, aus dem Spannständer entfernt
werden und wird in umgekehrter Richtung erneut in dem Spannständer montiert, so
dass das bearbeitete Ende durch den Spannständer eingespannt ist, während das
zuvor eingespannte Ende bearbeitet wird. Der Betrieb der herkömmlichen
Werkzeugmaschine wird also unterbrochen, was unpraktisch ist und
wodurch sich die Betriebsgeschwindigkeit verringert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine
zur Verfügung zu
stellen, die genutzt werden kann, um aus einem stabförmigen Halbzeug
ein komplexes Teil herauszuarbeiten, und zwar in einem integrierten
Betrieb in solcher Weise, dass eine bedienerlose Fräsautomatisierung
erzielt wird.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung umfasst die Werkzeugmaschine eine Sockeleinheit mit
einem vorderen und einem hinteren Sockel, einen Schlitten, welcher
derart gelagert ist, dass er auf dem hinteren Sockel in zumindest
entweder einer ersten Querrichtung oder einer Längsrichtung verschiebbar ist,
einen Spindelstock, der vor dem Schlitten angeordnet ist und derart
montiert ist, dass er auf dem Schlitten in einer zweiten Querrichtung
quer zu sowohl der Längsrichtung
als auch der ersten Querrichtung verschiebbar ist, sowie einen Tisch,
der einen hohlen Spannständer
umfasst, der entlang einer Spannachse in der zweiten Querrichtung
gestreckt ist, wenn er sich in einer Bearbeitungsstellung befindet.
Der Spannständer
weist eine erste und eine zweite Endwand auf, die entlang der Spannachse einander
gegenüber
liegen, sowie eine Aufnahmekammer, die sich durch die erste und
die zweite Endwand hindurch erstreckt und das Werkstück in solcher
Weise aufnimmt, dass sich ein erster und ein zweiter Abschnitt des
Werkstücks
in der Nähe
der ersten bzw. zweiten Endwand befinden. Ein primäres Schneidwerkzeug
ist in dem Spindelstock montiert, ist mit dem Spindelstock derart
bewegbar, dass es in Gegenüberstellung
zu der ersten Endwand kommt, und wird durch ein primäres Antriebselement
derart angetrieben, dass es sich in Bezug auf den Spindelstock dreht,
um den ersten Abschnitt des Werkstücks zu bearbeiten.
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Die
Werkzeugmaschine ist gekennzeichnet durch eine Werkzeughalterung,
die an der Sockeleinheit angrenzend an den Tisch befestigt ist und
die eine Auflagefläche
aufweist, welche von dem vorderen Sockel abgewandt ist, durch ein
sekundäres Schneidwerkzeug,
das an einem sekundären
Antriebselement montiert ist und durch dieses angetrieben wird,
so dass es sich in Bezug auf die Auflagefläche der Werkzeughalterung dreht,
sowie durch einen Schraubstock, der mit dem Spindelstock bewegt wird.
Der Schraubstock ist in der Lage, das Werkstück aufzunehmen, indem er den
ersten Abschnitt einklemmt, wenn der Schraubstock in Gegenüberstellung
zu der ersten Endwand gebracht ist, und zwar durch eine Bewegung
mit dem Spindelstock. Ferner wird der Schraubstock danach in Gegenüberstellung
zu dem sekundären
Schneidwerkzeug gebracht, um zu ermöglichen, dass der zweite Abschnitt durch
das sekundäre
Schneidwerkzeug bearbeitet wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
deutlich werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform einer Werkzeugmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
fragmentarische, perspektivische Ansicht ist, welche einen Tisch
sowie eine Werkzeughalterung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform zeigt;
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3 eine
fragmentarische, perspektivische Ansicht ist, die einen Schraubstock
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
zeigt;
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4 eine
perspektivische Ansicht ähnlich der
aus 1 ist, welche zeigt, dass ein erster Abschnitt
eines Werkstücks
durch ein primäres Schneidwerkzeug
bearbeitet wird; und
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5 eine
perspektivische Ansicht ähnlich der
aus 1 ist, welche zeigt, dass ein zweiter Abschnitt
eines Werkstücks
durch ein sekundäres Schneidwerkzeug
bearbeitet wird.
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Nehmen
wir auf die 1 bis 3 Bezug, so
wird die bevorzugte Ausführungsform
einer Werkzeugmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung durch
eine (nicht gezeigte) computergestützte numerische Steuerung in
bekannter Weise gesteuert, um ein Werkstück 2 durch beispielsweise
Bohren, Schneiden, Schleifen, Drehen usw. zu bearbeiten. Das Werkstück 2 weist
einen ersten und einen zweiten zueinander entgegengesetzten Abschnitt 21, 22 auf.
Wie gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschine eine Sockeleinheit 3,
einen Positionseinstellmechanismus 4, einen primären Spannmechanismus 5,
ein primäres
Schneidwerkzeug 6, einen Schraubstockmechanismus 7 sowie
einen sekundären
Schneidmechanismus 8.
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Die
Sockeleinheit 3 umfasst einen vorderen und einen hinteren
Sockel 31, 32, die in einer ersten Querrichtung
(Y) einander gegenüberliegen.
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Der
Positionseinstellmechanismus 4 umfasst einen ersten Auflageschlitten 41,
welcher auf einer oberen Wand 321 des hinteren Sockels 32 angeordnet
ist und in Bezug auf diese in einer Längsrichtung (X) verschiebbar
ist, eine erste Antriebseinheit 42, die zwischen dem ersten
Auflageschlitten 41 und der oberen Wand 321 angeordnet
ist und dafür
ausgelegt ist, durch die computergestützte numerische Steuerung gesteuert
zu werden, um die Bewegung des ersten Auflageschlittens 41 anzutreiben,
einen zweiten Auflageschlitten 43, der auf dem ersten Auflageschlitten 41 angeordnet
ist und in Bezug auf diesen in der ersten Querrichtung (Y) verschiebbar
ist, sowie eine zweite Antriebseinheit 44, die zwischen
dem ersten und dem zweiten Auflageschlitten 41, 43 angeordnet
ist und dafür
ausgelegt ist, durch die computergestützte numerische Steuerung gesteuert
zu werden, um die Verschiebung des zweiten Auflageschlittens 43 anzutreiben.
Der erste und der zweite Auflageschlitten 41, 43 dienen
als Schlitten, der auf dem hinteren Sockel 32 in der Längsrichtung
(X) sowie der ersten Querrichtung (Y) verschiebbar ist.
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Der
Positionseinstellmechanismus 4 umfasst ferner einen Spindelstock 45,
der vor dem zweiten Auflageschlitten 43 angeordnet ist
und derart montiert ist, dass er auf diesem in einer zweiten Querrichtung
(Z) quer zu sowohl der Längsrichtung
(X) als auch der ersten Querrichtung (Y) verschiebbar ist, sowie
eine dritte Antriebseinheit 46, die dafür ausgelegt ist, von der computergestützten numerischen Steuerung
gesteuert zu werden, um die Bewegung des Spindelstocks 45 anzutreiben.
Eine Spindel 47 ist in dem Spindelstock 45 angeordnet
und wird durch ein primäres
Antriebselement 48 angetrieben, so dass sie sich relativ
zu dem Spindelstock 45 dreht. Das primäre Antriebselement 48 ist
dafür ausgelegt, von
der computergestützten
numerischen Steuerung gesteuert zu werden. Das primäre Schneidwerkzeug 6 ist
entfernbar an der Spindel 47 montiert, ist mit dem Spindelstock 45 in
der zweiten Querrichtung (Z) bewegbar und wird angetrieben, so dass
es sich mit der Spindel 47 dreht.
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Der
primäre
Spannmechanismus 5 umfasst einen Tragrahmen 51,
der auf dem vorderen Sockel 31 montiert ist und sich von
diesem aus aufrecht nach oben erstreckt, einen Drehmotor 52,
der auf dem hinteren Sockel 32 angeordnet ist, sowie einen Drehtisch 53,
der zwischen einer Seitenwand 322 des hinteren Sockels 32 und
dem Tragrahmen 51 angeordnet ist. Der Drehtisch 53 weist
eine Achsverbindungswand 531 auf, welche angrenzend an
die Seitenwand 322 angeordnet ist und welche mit einer (nicht
gezeigten) Antriebsachse des Drehmotors 52 gekoppelt ist,
sowie eine gegenüberliegende Schwenkwand 533,
die um eine Schwenkachse 532 quer zu der zweiten Querrichtung
(Z) herum schwenkbar an dem Tragrahmen 51 gelagert ist,
sowie eine Verbindungswand 534, welche die Achsverbindungs-
und die Schwenkwand 531, 533 verbindet. Die Verbindungswand 534 definiert
eine Mittellinie, die in der zweiten Querrichtung (Z) ausgerichtet
ist, wenn sich der Tisch 53 in einer Bearbeitungsstellung befindet.
Der Tisch 53 umfasst einen hohlen Spannständer 54,
der entlang einer Spannachse, die auf gleicher Linie wie die Mittellinie
liegt, gestreckt ist. Der hohle Spannständer 54 weist eine
Ringwand mit einer ersten und einer zweiten ringförmigen Endfläche 542, 543 auf,
die sich entlang der Spannachse gegenüberliegen, und umschließt eine
Aufnahmekammer 541, die durch die erste und die zweite
Endfläche 542, 543 begrenzt
wird und die dazu dient, das Werkstück 2 so aufzunehmen,
dass sich die Enden 21, 22 des Werkstücks 2 in
der Nähe
der ersten bzw. der zweiten Endfläche 542, 543 befinden.
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Der
Schraubstockmechanismus 7 umfasst eine Schraubstockhalterung 71,
die an dem Spindelstock 45 befestigt ist und mit diesem
bewegt wird, einen Schraubstock 72, der an einer Unterseite 711 der Schraubstockhalterung 71 montiert
ist, einen Antriebszylinder 73, der an einer Oberseite 712 der Schraubstockhalterung 71 montiert
ist, sowie einen Ausrichtestempel 74, der durch den Antriebszylinder 73 angetrieben
wird, um sich in Bezug auf die Schraubstockhalterung 71 in
der zweiten Querrichtung (Z) zu bewegen, und zwar zwischen einer
ausgefahrenen Stellung, bei welcher die Ausrichtewelle 74 aus
der Schraubstockhalterung 71 nach außen ausgefahren ist, und einer
eingezogenen Stellung, bei welcher der Ausrichtestempel 74 in
die Schraubstockhalterung 71 eingefahren ist. Der Schraubstock 72 umfasst
eine pneumatische Antriebseinheit 721, 723, die
an der Unterseite 711 der Schraubstockhalterung 71 montiert
ist, sowie ein Paar Spannbacken 722, die durch die pneumatische
Antriebseinheit 721, 723 angetrieben werden, sodass
sie sich nahe aufeinander zu und voneinander weg bewegen.
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Der
sekundäre
Schneidmechanismus 8 umfasst eine Werkzeughalterung 81,
die an der Seitenwand 322 des hinteren Sockels 32 angrenzend
an den Tisch 53 befestigt ist und die eine Auflagefläche 811 aufweist,
die von dem vorderen Sockel 31 in der zweiten Querrichtung
(Z) abgewandt ist, ein sekundäres
Antriebselement 82, das an einem unteren Ende der Werkzeughalterung 81 montiert
ist, sowie ein sekundäres
Schneidwerkzeug 83 mit einer Mehrzahl von Schneidelementen 83,
die entfernbar auf der Auflagefläche 811 der
Werkzeughalterung 81 montiert sind und die durch das sekundäre Antriebselement 82 angetrieben
werden, so dass sie sich in Bezug auf die Auflagefläche 811 drehen.
Das sekundäre
Antriebselement 82 umfasst einen Antriebsmotor 821 sowie
eine Reihe von (nicht gezeigten) Zahnrädern, die mit dem Antriebsmotor 821 und
den Schneidelementen 83 gekoppelt sind.
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Die
Schneidelemente 83 sind entsprechend den Bearbeitungsanforderungen
dimensioniert und konfiguriert und können beispielsweise eine Bohrstange,
eine Gewindeschneidstange, ein Fasmesser usw. darstellen.
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Während des
Betriebs der Werkzeugmaschine wird ein (nicht gezeigter) Zuführmechanismus
bereitgestellt, um ein Werkstück 2 in
die Aufnahmekammer 541 in dem Spannständer 54 einzuführen. Beim Zuführvorgang
wird der Tisch 53 um die Schwenkachse 532 herum
um 90 Grad gedreht, um den Spannständer 54 in eine Beschickungsposition
zu bringen, bei welcher sich die Aufnahmekammer 541 in
einem horizontalen Zustand befindet, so dass das Werkstück 2 an
der zweiten Endwand 543 vorbei in die Aufnahmekammer 541 eingefügt werden
kann. Während
des Drehens des Tischs 53 wird die Ausrichtewelle 74 derart
angetrieben, dass sie sich aus der eingefahrenen Stellung in die
ausgefahrene Stellung bewegt, in welcher die Ausrichtewelle 74 der ersten
Endwand 542 entlang der Spannachse gegenüberliegt,
so dass die Erstreckung des ersten Abschnitts 21 des Werkstücks 2 über die
erste Endwand 542 hinaus, nachdem dieses durch die zweite
Endwand 543 hindurch eingefügt worden ist, durch die Ausrichtewelle 74 begrenzt
wird.
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Danach
wird der Tisch 53 durch den Drehmotor gedreht, so dass
der Spannständer 54 in
die Bearbeitungsposition gebracht wird. Nehmen wir auf 4 Bezug,
so wird das primäre
Schneidwerkzeug 6 mit dem Spindelstock 45 mittels
der Antriebseinheiten 42, 44, 46 derart
bewegt, dass es entlang der Mittellinie in Gegenüberstellung zu der ersten Endwand 542 kommt,
um den ersten Abschnitt 21 des Werkstücks 2 zu bearbeiten.
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Nehmen
wir auf die 2, 3 und 5 Bezug.
Nachdem die Bearbeitung des ersten Abschnitts 21 des Werkstücks 2 abgeschlossen
ist und falls der zweite Abschnitt 22 des Werkstücks 2 bearbeitet
werden soll, welcher in der Aufnahmekammer 541 eingespannt
ist, so wird der Schraubstock 72 durch die Antriebseinheiten 42, 44, 46 derart
angetrieben, dass er in Gegenüberstellung
zu der ersten Endwand 542 kommt. Das Werkstück 2 wird
dadurch aufgenommen, dass der Schraubstock 72 den bearbeiteten
ersten Abschnitt 21 einklemmt, wobei die Spannbacken 722 eng
zueinander angetrieben werden. Gleichzeitig wird der Spannständer 54 angetrieben,
um den zweiten Abschnitt 22 des Werkstücks 2 freizugeben.
Danach wird der Schraubstock 72 in Gegenüberstellung
zu dem sekundären
Schneidwerkzeug 83 gebracht, um zu ermöglichen, dass der zweite Abschnitt 22 durch
das sekundäre
Schneidwerkzeug 83 bearbeitet wird.
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4 stellt
dar, dass eine Stirnfläche
des ersten Abschnitts 21 des Werkstücks 2 einer Bohrbearbeitung
unterzogen wird, und 5 stellt dar, dass ein Außenrand
des zweiten Abschnitts 22 des Werkstücks 2 einer Fasbearbeitung
unterzogen wird. Wenn an dem Außenrand
des zweiten Abschnitts eine Bearbeitung durch Bohren erfolgen soll,
können der
Tisch 53 und der Spannständer 54 durch den Drehmotor 52 derart
gedreht werden, dass das Werkstück 2,
welches danach durch den Schraubstock 72 eingespannt und
aufgenommen wird, in eine gewünschte
Winkelstellung in Bezug auf den zweiten Schneidmechanismus 8 bewegt
wird, um einer Vielzahl von Bearbeitungsanforderungen Rechnung zu tragen.
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Wie
dargestellt, kann mit dem Bereitstellen des Schraubstockmechanismus 7 angrenzend
an den Spindelstock 45 und des sekundären Schneidmechanismus 8 angrenzend
an den primären
Spannmechanismus 5 die Werkzeugmaschine genutzt werden,
um unterschiedliche Abschnitte des Werkstücks 2 in einem integrierten
Vorgang maschinell zu bearbeiten, so dass eine praktische und schnelle
maschinelle Bearbeitung erreicht wird.