DE202008015380U1

DE202008015380U1 - Werkzeugmaschine, insbesondere für Felgenbearbeitung

Info

Publication number: DE202008015380U1
Application number: DE200820015380
Authority: DE
Original assignee: Chiron Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Chiron Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2018-11-14

Abstract

Werkzeugmaschine (1) für die spanende Bearbeitung von Werkstücken (13), mit einer Werkstückauflage (12, 16) zum Aufspannen des Werkstücks (13), einem mindestens entlang einer Achse bewegbaren Werkzeughalter (9) zum Halten eines Werkzeugs (10) für die Bearbeitung des Werkstücks (13) und Werkstückhalteeinheiten (30, 36) zum Festhalten des Werkstücks (13) während der Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückauflage (12, 16) eine Drehauflage (12) aufweist, auf der das Werkstück (13) während der Bearbeitung aufliegt und mittels der das Werkstück (13) während der Bearbeitung um eine vertikal zur Drehauflage (12) verlaufende Werkstückdrehachse (14) gedreht werden kann, und dass der Werkzeughalter (9) und/oder die Werkstückauflage (12, 16) zum Verfahren des Werkzeugs (10) und des Werkstücks (13) relativ zueinander nur entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Verfahrachsen (6, 8) ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine für die spanende Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Werkstückauflage zum Aufspannen des Werkstücks, einem mindestens entlang einer Achse bewegbaren Werkzeughalter zum Halten eines Werkzeugs für die Bearbeitung des Werkstücks und Werkstückhalteeinheiten zum Festhalten des Werkstücks während der Bearbeitung.
Werkzeugmaschinen der eingangs genannten Art werden beispielsweise für die spanende Bearbeitung von Autofelgen, insbesondere zum Einbringen von Bohrungen für die spätere Ventildurchführung und die Radschrauben eingesetzt. Zum Festhalten einer Felge während der Bearbeitung wird die Felge bei einer bekannten Werkzeug maschine so auf die Werkzeugauflage, z. B. den Werkstücktisch oder eine Wiegenplatte einer Wiege, aufgelegt, dass das Nabenloch zum Zentrieren der Felge auf einen auf der Werkstückauflage vorgesehenen Dorn aufgesteckt wird und das untere Felgenhorn auf der Werkstückauflage aufliegt. Ferner sind auf der Werkstückauflage mehrere, beispielsweise drei, Kolben-Zylindereinheiten zum Festhalten der Felge vorgesehen. Diese Kolben-Zylindereinheiten sind rings um die Felge verteilt angeordnet und tragen jeweils als Halteelement einen Niederhalter.
Zum Festhalten der Felge bei dieser Werkzeugmaschine müssen zunächst die Positionen der Kolben-Zylindereinheiten an den Durchmesser der zu bearbeitenden Felge angepasst werden, wozu die Kolben-Zylindereinheiten entlang einer Verfahrschiene auf der Werkstückauflage verfahren und dann verankert werden müssen. Danach wird mittels eines Schwenkarms jeweils der Niederhalter an die herangeschwenkt und dann von oben auf untere Felgenhorn heruntergeklappt, wodurch die Felge von oben gegen die Werkstückauflage gepresst wird.
Abgesehen davon, dass bei der bekannten Werkzeugmaschine die Kolben-Zylindereinheiten mit den verschwenk- und umklappbaren Niederhaltern eine verhältnismäßig aufwändige Mechanik aufweisen, besteht weiter der Nachteil, dass diese Kolben-Zylindereinheiten relativ viel Platz im Arbeitsraum einnehmen, so dass nur Felgen bis zu einem maximalen Durchmesser bearbeitet werden können, da ansonsten der üblicherweise verwendete Roboterarm zum Wechseln der Felgen in und aus dem Arbeitsraum mit den Kolben-Zylindereinheiten kollidieren würde. Des Weiteren müssen bei Änderungen des Durchmessers der zu bearbeitenden Felgen die Positionen der Kolben-Zylindereinheiten neu eingestellt werden, und es sind mehrere Bewegungen mit unterschiedlichen Achsen erforderlich, um die Felge festzuhalten. Zum Zentrieren ist darüber hinaus ein Zentrierdorn zwingend erforderlich.
Ferner ist für die Bearbeitung großer Werkstückdurchmesser, beispielsweise von Felgen mit einem Durchmesser von mehr als 24'', ein recht großer Verfahrweg des Werkzeughalters erforderlich, wenn das Werkstück an gegenüber liegenden Seiten bearbeitet werden muss, also wenn beispielsweise an einer Felge im Bereich von dessen Außenumfang eine spanende Bearbeitung (z. B. ein Anfasen) vorgenommen werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine und ein entsprechendes Verfahren für die spanende Bearbeitung von Werkstücken anzugeben, die die genannten Nachteile vermeiden und die insbesondere für die Bearbeitung von Felgen mit größerem Durchmesser geeignet sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs genannten Werkzeugmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Werkstückauflage eine Drehauflage aufweist, auf der das Werkstück während der Bearbeitung aufliegt und mittels der das Werkstück während der Bearbeitung um eine vertikal zur Drehauflage verlaufende Werkstückdrehachse gedreht werden kann, und dass der Werkzeughalter und/oder die Werkstückauflage zum Verfahren des Werkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander nur entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Verfahrachsen ausgestaltet ist.
Durch diese Lösung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vollständig gelöst.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, auf eine der drei normalerweise vorhandenen transversalen Verfahrachse vollständig verzichten zu können, wenn das Werkstück so aufgespannt wird, dass es um eine, bevorzugt senkrecht verlaufende Achse (die „Werkstückdrehachse”) gedreht werden kann. Ferner reicht in diesem Fall auch ein geringerer Verfahrweg entlang der verbliebenen transversalen (horizontalen) Verfahrachse aus, da aufgrund der Drehbarkeit des Werkstücks um die Werkstückdrehachse alle Bereiche der dem Werkzeug zugewandten Seite des Werkstücks in einen bestimmten flächigen Bearbeitungsbereich, der von den vorhandenen Verfahrachsen aufgespannt wird, bewegt werden können.
Bei einer konkreten Werkzeugmaschine, beispielsweise zur Bearbeitung von Felgen, kann also beispielsweise bei dem Werkzeughalter völlig auf die x-Achse verzichtet werden und eine Verfahrbarkeit des Werkzeughalters entlang der z-Achse und entlang etwa des halben Verfahrwegs auf der y-Achse (verglichen mit bekannten Werkzeugmaschinen zur Felgenbearbeitung) ist ausreichend, um die Felge überall „von oben” bearbeiten zu können. Andererseits können bei gleich großem Verfahrweg entlang der y-Achse (verglichen mit bekannten Werkzeugmaschinen zur Felgenbearbeitung) Felgen mit größerem Durchmesser bearbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Werkstückdrehachse parallel zu einer der beiden Verfahrachsen verläuft. Bevorzugt verlaufen die Werkstückdrehachse und eine der beiden Verfahrachsen in vertikaler Richtung (z-Richtung) und nur der Werkzeughalter ist entlang der beiden Verfahrachsen bewegbar, während die Werkstückauflage fest steht.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Werkstückauflage Teil einer um eine senkrecht zur Werkstückdrehachse verlaufende Querachse verschwenkbaren Wiegenvorrichtung ist, wobei die Querachse senkrecht zu mindestens einer der beiden Verfahrachsen verläuft. Aufgrund dieser Verschwenkbarkeit der Wiegenvorrichtung um die Querachse (bevorzugt um 180° oder mehr) können Werkstücke nicht nur von der „Oberseite” her (also der Werkstückauflage gegenüber liegenden Seite des Werkstücks), sondern auch von der „Unterseite” her und an allen Seitenflächen bearbeitet werden. Bevorzugt ist dazu in einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine vorgesehen, dass die Drehauflage mindestens einen Durchgriff aufweist. Felgen können dadurch von der Innenseite her bearbeitet werden. Die Drehauflage kann insbesondere als Ring ausgestaltet sein, auf dessen Rand das Werkstück aufliegt bzw. aufgespannt ist, der aber eine großen zentralen Durchgriff aufweist, durch den das Werkzeug von innen an des Werkstück gelangen kann.
Ferner kann das Werkzeug aufgrund dieser Verschwenkbarkeit der Wiegenvorrichtung auch in schräger Position bearbeitet werden, um beispielsweise schräg durch das Werkstück führende Bohrungen einzubringen.
Bevorzugt verläuft auch bei Vorsehung einer Wiegenvorrichtung die Werkstückdrehachse parallel zu einer der beiden Verfahrachsen, wobei dies natürlich nur für eine Grundstellung der Wiegenvorrichtung gilt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Drehauflage einen Antrieb, insbesondere einen Torquemotor, aufweist. Dadurch lässt sich das Werkstück einschließlich Drehauflage auf einfache Weise um die Werkstückdrehachse gedreht werden.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Werkzeugmaschine zur Felgenbearbeitung, insbesondere zur Einbringung von Bohrungen und/oder Ausnehmungen in Felgen, ausgestaltet ist. Es sei jedoch betont, dass die Erfindung nicht auf die Bearbeitung von Felgen beschränkt ist. Bevorzugt lässt sich die Erfindung zur Bearbeitung von rotationssymmetrisch ausgestalteten Werkstücken einsetzen.
Gemäß weiteren bevorzugten Ausgestaltungen können die Werkstückhalteeinheiten außerhalb oder auf der Drehauflage angeordnet sein. Die Anordnung auf der Drehauflage hat den Vorteil, dass sich die Werkstückhalteeinheiten beim Drehen des Werkstücks mitdrehen und das Werkstück somit nach dem Drehen nicht neu eingespannt werden muss. Die Anordnung außerhalb der Drehauflage hat dagegen den Vorteil, dass die Drehauflage kleiner und ggf. einfacher ausgestaltet sein kann und weniger Masse bewegen muss.
Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass die Werkstückhalteeinheiten jeweils ein Halteelement zum Festhalten des Werkstücks aufweisen, wobei die Haltelemente jeweils in Richtung auf das Werkstück, insbesondere in Richtung auf die Werkstückdrehachse, zum Zentrieren und Festhalten des Werkstücks verfahrbar sind. Dieser bevorzugten Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, das Werkstück nicht mehr nur, wie bei einer bekannten Werkzeugmaschine, von oben festzuhalten und gegen die Werkstückauflage zu drücken, sondern das Werkstück möglichst nahe an der Werkstückauflage, möglichst also am unteren Rand, festzuhalten. Ferner wird durch geeignet ausgestaltete Halteelemente gegen das Werkstück ein Druck sowohl in Richtung auf die zentrale Werkstückdrehachse als auch in Richtung auf die Werk stückauflage ausgeübt und dadurch das Werkstück sowohl zu zentriert als auch festgehalten.
Die Halteelemente sind dabei auf die Ausgestaltung des zu bearbeitenden Werkstücks angepasst. Bei Autofelgen eignet sich zum Zentrieren und Festhalten insbesondere das untere Felgenhorn, das beim Auflegen der Felge unmittelbar auf die Werkstückauflage aufliegt, so dass die Werkstückhalteeinheiten dabei so ausgestaltet sein können, dass die Halteelemente in nur geringem Abstand über der Werkstückauflage liegen.
Im Gegensatz zu der bekannten Werkzeugmaschine reicht es also aus, wenn die Halteelemente jeweils in einer einzigen Richtung verfahrbar sind, nämlich in Richtung auf das Werkstück, bevorzugt in einer Ebene parallel zur Oberseite der Werkstückauflage. Die Werkstückhalteeinheiten können deshalb deutlich mechanisch einfacher aufgebaut sein, da keine Verschwenk- und Klappmechanismen wie bei den bei der bekannten Werkzeugmaschine verwendeten Kolben-Zylindereinheiten erforderlich sind. Es genügt somit eine einzige Verfahrbewegung der Halteeinheiten, um das Werkstück sicher zu zentrieren und festzuhalten. Ferner ist es auch nicht erforderlich, die Positionen der Werkstückhalteeinheiten auf der Werkstückauflage neu einzustellen, wenn sich der Durchmesser der Werkstücke ändert.
Die vorgeschlagenen Werkstückhalteeinheiten beanspruchen auch deutlich weniger Platz im Arbeitsraum, was unter anderem die Bearbeitung von Werkstücken mit größerem Durchmesser (also beispielsweise größerer Autofelgen) bei gleich großem Arbeitsraum ermöglicht, da für die üblicherweise verwendeten Werkstückwechselroboter mehr Platz beim Werkstückwechsel im Arbeitsraum zur Verfügung steht.
Da diese Werkstückhalteeinheiten mechanisch deutlich einfacher ausgestaltet sind und weniger Platz im Arbeitsraum beanspruchen, sind sie auch deutlich geringerer Verschmutzung durch Späne und Kühlmittel ausgesetzt bzw. lassen sich deutlich einfacher gegen derartige Verschmutzungen schützen. Beispielsweise können die Werkstückhalteeinheiten im Wesentlichen in die Werkstückauflage integriert sind, so dass sie nicht oder nur zum Teil aus der Werkstückauflage herausragen und die der Werkstückauflage abgewandte Oberseite des Werkstücks nicht überragen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf der Drehauflage, insbesondere im zentralen Bereich, Eingriffsmittel zum Eingriff in entsprechende Aufnahmen in der die Drehauflage zuweisenden Unterseite des Werkstücks vorgesehen sind. Diese Eingriffsmittel können beispielsweise einen Zentrierdorn aufweisen, der in eine zentrische Mittenbohrung des Werkstücks (bei einer Felge beispielsweise das Nabenloch) eingreift. Der Dorn kann beispielsweise ein Kegeldorn mit einem Übermaß gegenüber dem Bohrungsdurchmesser der Mittenbohrung sein, wodurch gleichzeitig auch eine Zentrierung des Werkstücks erreicht wird.
Ferner ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass auf der Drehauflage ein der ihr zugewandten Seite des Werkstücks angepasster Werkstücksitz angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine besonders gute Lagerung und Aufspannung des Werkstücks erreichen. Der Werkstücksitz weist insbesondere auch mindestens einen Durchgriff auf, um eine Bearbeitung des Werkstücks von innen zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann bei einem Verfahren für die spanende Bearbeitung von Werkstücken, bei dem das Werkstück auf einer Werkstückauflage aufgespannt wird, eingesetzt werden, bei dem ein Werkzeug von einem mindestens entlang einer Achse verfahrbaren Werkzeughalter für die Bearbeitung des Werkstücks gehalten wird und das Werkstück während der Bearbeitung von Werkstückhalteeinheiten festgehalten wird, wobei das Werkstück während der Bearbeitung auf einer Drehauflage der Werkstückauflage aufliegt, mittels der das Werkstück um eine vertikal zur Drehauflage verlaufende Werkstückdrehachse gedreht werden kann, und wobei zur Bearbeitung des Werkstücks das Werkzeug und das Werkstücks relativ zueinander nur entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Verfahrachsen verfahren werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen und weiter unten erläuterten Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern grundsätzlich auch in Alleinstellung und in jeder beliebigen anderen Kombination erfindungsgemäß verwirklicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer ersten Bearbeitungsstellung,
2 in schematischer Seitenansicht eine Prinzipskizze der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer zweiten Bearbeitungsstellung,
3 in schematischer Seitenansicht eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer ersten Bearbeitungsstellung,
4 in schematischer Seitenansicht eine Prinzipskizze der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer zweiten Bearbeitungsstellung,
5 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
6 eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
7 eine Schrägansicht einer bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine für die Felgenbearbeitung eingesetzten Haltevorrichtung,
8 eine Draufsicht auf die in 7 gezeigte Haltevorrichtung,
9 eine Seitenansicht der in 7 gezeigten Haltevorrichtung, und
10 eine Detailansicht einer erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Werkstückhalteeinheit.
In 1 ist in schematischer, nicht maßstabs- und detailgetreuer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 1 in einer ersten Bearbeitungsstellung gezeigt.
Die Werkzeugmaschine 1 weist auf ihrem Maschinenfuß 2 einen Maschinensockel 3 auf, auf dem ein Schlitten 4 über Führungsschienen 5 in Richtung einer ersten Achse 6 (vorliegend der y-Achse) verfahrbar angeordnet ist.
An dem Schlitten 4 ist ein Spindelkopf 7 in Richtung einer zweiten Achse 8 (vorliegend der z-Achse) verfahrbar gelagert. In dem Spindelkopf 7 ist drehbar eine Arbeitsspindel 9 gelagert, die an ihrem unteren Ende ein Werkzeug 10 trägt.
Auf dem Maschinenfuß 2 ist ferner ein Werkstücktisch 11 vorgesehen, auf dem bei dieser Ausführungsform als Werkstückauflage 12 eine Drehauflage, also beispielsweise ein mittels eines Torquemotors angetriebener Drehteller, angeordnet ist, auf der das Werkstück 13 zur Bearbeitung aufgespannt ist.
Durch Verfahren des Spindelkopfes 7 und damit der Arbeitsspindel 9 in den zwei Verfahrachsen 6, 8 sowie durch Rotieren des Werkstücks 13 um die vertikal und parallel zur Verfahrachse 8 verlaufende Werkstückdrehachse 14 kann das (vorliegend unsymmetrisch ausgestaltete) Werkstück 13 mit dem Werkzeug 10 an unterschiedlichen Stellen bearbeitet wird. In der in 1 gezeigten ersten Bearbeitungsstellung kann das Werkstück beispielsweise an der Stelle A bearbeitet werden.
Um das Werkstück 13 an der Stelle B zu bearbeiten, könnte der Spindelkopf 7 über die Werkstückdrehachse 14 hinaus entlang der Achse 6 verfahren werden. Wenn allerdings ein solch großer Verfahrweg nicht möglich oder erwünscht ist bzw. das Werkstück einen zu großen Durchmesser aufweist, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführungsform ein Drehen des Werkstücks 13 um die Werkstückdrehachse 14 in die in 2 gezeigte zweite Bearbeitungsstellung.
Es reicht folglich aus, wenn das Werkzeug 10, neben der Verfahrbarkeit in z-Richtung entlang der Verfahrachse 8, in y-Richtung entlang der Verfahrachse 6 nur bis zur Werkstückdrehachse 14 verfahrbar ist, um das Werkstück 13 von oben an allen Stellen bearbeiten zu können, da jede zu bearbeitende Stelle des Werkstücks 13 in diesen Bearbeitungsbereich hinein gedreht werden kann. Eine Verfahrbarkeit des Werkzeugs entlang der x-Achse kann völlig entfallen, was den mechanischen Aufwand und somit die Kosten der Werkzeugmaschine verringert.
Weitere allgemeine Details des Aufbaus und der grundsätzlichen Funktionsweise einer solchen Werkzeugmaschine sind dem Fachmann allgemein bekannt und sollen deshalb an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden.
In 3 ist in schematischer, nicht maßstabs- und detailgetreuer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 1 in einer ersten Bearbeitungsstellung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist auf dem Werkstücktisch 11 eine Wiegenvorrichtung 15 mit einer Wiegenplatte 16 angeordnet, auf der die Drehauflage 12 angeordnet ist bzw. in die die Drehauflage 12 integriert ist, auf der wiederum das Werkstück 13 aufliegt. Die Wiegenvorrichtung 15 ist um eine vorliegend horizontal verlaufende Querachse 17 in Pfeilrichtung 18 schwenkbar.
Durch Verfahren des Spindelkopfes 7 und damit der Arbeitsspindel 9 in den zwei Verfahrachsen 6, 8 sowie durch Rotieren des Werkstücks 13 um die Werkstückdrehachse 14 und/oder Schwenken der Wiegenvorrichtung 15 um die Querachse 17 kann das Werkstück 13 mit dem Werkzeug 10 an unterschiedlichen Stellen und an allen Seiten bearbeitet wird. In der in 3 gezeigten ersten Bearbeitungsstellung kann das Werkstück 13 beispielsweise an der Stelle C bearbeitet werden.
Um das Werkstück 13 an der Stelle D (also von innen bei einem innen hohlen und von „hinten” zugänglichen Werkstück wie etwa einer Autofelge) zu bearbeiten, wird die Wiegenvorrichtung 15 und somit das Werkstück 13 um 180° um die Querachse 17 geschwenkt, so dass das Werkstück 13 quasi kopfüber steht und die Stelle D von hinten und innen für das Werkzeug 10 zugänglich ist. Diese zweite Bearbeitungsstellung ist in 4 schematisch gezeigt. Ferner kann das Werkstück 10 auch in dieser Stellung um die Werkstückdrehachse 14 gedreht, um es beispielsweise – bei unveränderter Stellung des Werkzeugs 10 in y-Richtung – an der Stelle E zu bearbeiten.
Ferner kann das Werkstück 13 grundsätzlich in jede beliebige Schrägstellung durch Verschwenkung der Wiegenvorrichtung 15 um die Querachse 17 gebracht werden, um beispielsweise schräge Bohrungen oder Nuten in das Werkstück 10 einzubringen.
5 zeigt eine detailiertere Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 1, wobei die in den 1 bis 4 gezeigten Mittel zum Verfahren des Werkzeugs 10, also insbesondere die Schlitten und Führungsschienen, hier nicht gezeigt sind und nur das Werkzeug 10 selbst mit der Arbeitsspindel 9 und dem Spindelkopf 7 dargestellt sind. Die auf dem Werkstücktisch 11 angeordnete Wiegenvorrichtung 15 umfasst in an sich bekannter Weise zwei voneinander beabstandete Ständer 19, 20, zwischen denen um die Querachse 17 schwenkbar ein U-förmiger Halter 21 gelagert ist. Der U-förmige Halter 21 umfasst zwei Schenkel 22, 23, über die die Lagerung an den Ständern 19, 20 erfolgt und zwischen denen sich eine Wiegenplatte 16 (die vorliegend die Werkstückauflage darstellt) erstreckt, auf der das Werkstück 13 zur Bearbeitung aufgespannt wird. An dem Ständer 19 ist noch ein Antrieb 24 zu erkennen, über den der U-förmige Halter 21 um die Schwenkachse 17 aus der in 5 gezeigten horizontalen Stellung, grundsätzlich um 360°, geschwenkt werden kann.
Als Werkstück 13 ist vorliegend beispielhaft eine Autofelge gezeigt, in die Bohrungen 25 für die spätere Durchführung der Radschrauben oder eine Ventilbohrung 26 mittels eines Bohrwerkzeugs 10 eingebracht werden können. Dazu wird bei dieser Ausführungsform der Werkzeugmaschine 1 die Autofelge 13 um die Querachse 17 geschwenkt, so dass das Bohrwerkzeug 10 von innen die gewünschten Bohrungen 25, 26 in die Autofelge 13 einbringt. Zur Einbringung der Bohrungen 25 für die Schraubendurchführung wird die Autofelge dazu bevorzugt um 180° geschwenkt. Um die im allgemeinen schräg in der Felge verlaufende Ventilbohrung 26 in die Autofelge 13 einzubringen, wird sie dagegen um weniger (oder mehr) als 180° verschwenkt, so dass auch die Einbringung dieser Ventilbohrung 26 das Bohrwerkzeug 10 nur durch einen Vorschub entlang der (in z-Richtung verlaufenden) dritten Achse 8 erfolgt.
Wie in 5 zu erkennen ist, weist die Wiegenplatte 16 im zentralen Bereich unterhalb des Werkstücks 13 Ausnehmung 27 auf, um das Werkstück 13 für die Bearbeitung mit dem Werkzeug 10 von innen her zugänglich zu machen.
Um das Werkstück 13 zentrisch auf dem U-förmigen Halter 21 aufzuspannen, ist auf der Wiegenplatte 16 vorliegend ein Zentrierdorn 28 vorgesehen, dessen Außendurchmesser an den Innendurchmesser einer zentrischen Bohrung 29 in dem Werkstück 13, vorliegend des Nabenlochs 29 der Felge 13, angepasst ist, so dass das Werkstück 13 mit der zentrischen Bohrung 29 auf den Dorn 28, beispielsweise einen Kegeldorn, aufgesteckt werden kann, beispielsweise mittels eines Roboterarms. Der Außendurchmesser des Dorns 28 ist insbesondere so ausgestaltet, dass das Werkstück 13 im auf den Dorn 28 aufgesteckten Zustand genau auf der Wiegenplatte 16 aufliegt, so dass sich das Werkstück 13 sowohl auf dem Dorn 28 als auch auf der Wiegenplatte 16 abstützt. Es sei allerdings erwähnt, dass bei Verwendung eines Dorns 28 eine derartige Abstützung auf der Wiegenplatte 16 nicht zwingend erforderlich ist. Ferner ist auch die Verwendung eines Dorns 28 nicht zwingend, da weiter unten beschriebene Mittel zum Festhalten des Werkstücks 13 ebenfalls eine Zentrierung des Werkstücks 13 bewirken können.
Zum Festhalten des Werkstücks 13 während der Bearbeitung sind bei dieser Ausführungsform mindestens zwei Werkstückhalteeinheiten 30 vorgesehen. Diese weisen jeweils einen Schwenkarm 31 mit einem an dessen vorderem Ende angebrachten Halteelement 32 auf. Mittels des Schwenkarms 31 kann das Halteelement 32 zum Werkstück 13 hin (bzw. vom Werkstück 13 weg geschwenkt) und dann umgeklappt werden, so dass es von oben auf den vorliegend einen vorspringenden Flansch bildende unteren Rand 33 (der bei der gezeigten Felge das Felgenhorn bildet) drückt und damit das Werkstück 13 während der Bearbeitung festhält.
Zum Drehen des Werkstücks 13 um seine Werkstückdrehachse 14 ist in die Wiegenplatte 16 vorliegend eine Drehauflage 12, beispielsweise in Form eines Drehtellers, integriert, auf der das Werkstück 13 aufliegt, und mittels eines Lagers 52 in der Wiegenplatte 16 gelagert. Unter der Drehauflage 12 sitzt eine Drehantrieb 34, vorzugsweise ein Torquemotor, zum Antreiben der Drehauflage 12. Um die Bearbeitung des Werkstücks 13 von innen zu ermöglichen, weist der Drehantrieb 34 einen Durchgriff 35 auf, bevorzugt mit gleicher Größe wie der Durchgriff 27 der Drehauflage 12. Die Werkstückhalteeinheiten 30 sind bei dieser Ausführungsform auf der Wiegenplatte 16 außerhalb der Drehauflage 12 angeordnet, so dass das Werkstück 13 zunächst gelöst werden muss, bevor es um die Werkstückdrehachse 14 gedreht werden kann.
Aufgrund der Drehbarkeit des Werkstücks 13 um die Werkstückdrehachse 14 und der Verschwenkbarkeit um die Querachse 17 ist es ausreichend, wenn das Werkzeug 10 nur entlang der y-Achse und der z-Achse verfahrbar ist. Eine Verfahrbarkeit entlang der x-Achse ist nicht erforderlich, da jeder zu bearbeitende Bereich des Werkstücks 13 in eine Bearbeitungsposition werden kann, die in der y-z-Ebene liegt. Ferner kann auch der Verfahrweg in y-Richtung geringer ausfallen, d. h. es reicht grundsätzlich aus, wenn das Werkzeug 10 nur bis zur Mitte des Werkstücks 13 (also bis zur Werkstückdrehachse 14 in der in 5 gezeigten Stellung der Wiegenvorrichtung 15) verfahrbar ist („halbe y-Achse”).
Andererseits können bei gleichem Verfahrweg des Werkzeugs 10 Werkstück 13 mit größerem Durchmesser bearbeitet werden, beispielsweise Felgen mit größerem Durchmesser.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist in 6 gezeigt. Zum Festhalten des Werkstücks 13 während der Bearbeitung sind bei dieser Ausführungsform mindestens zwei, bevorzugt in die Drehauflage 12 der Wiegenplatte 16 integrierte Werkstückhalteeinheiten 36 vorgesehen. Diese weisen jeweils ein Halteelement 37 auf, welches relativ zu dem Haltekörper 38 der Werkstückhalteeinheit 36 in Richtung auf das Werkstück 13 verfahrbar ist, bevorzugt in einer Richtung, die parallel zur x-y-Ebene und senkrecht verläuft zur zentralen Werkstückdrehachse 14, die vorliegend in z-Richtung verläuft.
Die Halteelemente 37 sind insbesondere so ausgestaltet, dass sie das Werkstück 13 während der Bearbeitung in zentrierter Lage festhalten. Dies gelingt, indem die Halteelemente 37 an die Gegebenheiten des Werkstücks 13 angepasst sind, beispielsweise an eine entsprechende Nut, in die die Halteelemente 37 eingreifen können, oder an einen entsprechenden Flansch, den die Halteelemente 37 übergreifen können. Die Halteelemente 37 sind dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass sie sowohl einen Druck gegen das Werkstück 13 in Richtung auf die zentrale Werkstückdrehachse 14, hier in x-Richtung, als auch in Richtung auf die Wiegenplatte 16, hier in z-Richtung, ausüben, um das Werkstück 13 sowohl zu zentrieren als auch sicher festzuhalten.
Statt des in bei der in 5 gezeigten Ausführungsform vorgesehenen zentralen Dorns 28 ist bei dieser Ausführungsform ein der Innenseite des Werkstücks 13 angepasster Werkstücksitz 50, also vorliegend ein der Innenseite der Felge 13 angepasster topfförmiger Werkstücksitz 50, vorgesehen, auf dem das Werkstück 13 in aufgespanntem Zustand zumindest im zentralen Bereich aufliegt. Der Werkstücksitz 50 ist vorliegend an bzw. auf der Drehauflage 12 angebracht und weist in den Bereichen, in denen das Werkzeug 10 das Werkstück 13 von innen bearbeiten muss, wenn die Wiegenvorrichtung 15 sich in der in 4 gezeigten Stellung befindet, jeweils einen Durchgriff 51 auf.
Bevorzugt ist der Werkstücksitz 50 – und gleiches kann ebenso für den in 5 gezeigten Dorn 28 gelten – so ausgestaltet, dass das Werkstück 13 in aufgestecktem, aber noch nicht von den Halteelementen 37 festgehaltenem Zustand mit seinem unteren Rand 33 noch nicht auf der Werkstückauflagefläche 39 der Wiegenplatte 16 aufliegt, sondern dort noch ein geringfügiger Luftspalt dazwischen liegt. Erst wenn die Halteelemente 37 an dem unteren Rand 33, der bei dem vorliegend gezeigten Werkstück 13 etwas nach außen in der Form eines Flansches vorspringt und das untere Felgenhorn bildet, angreifen und dadurch das Werkstück 13 insgesamt in Richtung auf die Werkstückauflagefläche 39 drücken, liegt der untere Rand 33 auf der Werkstückauflagefläche 39 auf und ist damit fest auf der Wiegenplatte 16 zur Bearbeitung aufgespannt.
Die Werkstückhalteeinheiten 36 sind bei dieser Ausführungsform auf der Drehauflage 12 angeordnet, so dass das Werkstück 13, anders als bei der in 5 gezeigten Ausführungsform, nicht erst gelöst werden muss, bevor es um die Werkstückdrehachse 14 gedreht werden kann. Die Werkstückhalteeinheiten 36 drehen sich also mit, wenn das Werkstück um die Werkstückdrehachse 14 gedreht wird. Dies spart einerseits Zeit, verringert das Einbringen von Ungenauigkeiten aufgrund eines entfallenden Löse- und erneuten Einspannvorgangs und ermöglicht ferner ein Drehen des Werkstücks 13 auch in anderen, als der in 3 gezeigten Stellung der Wiegenvorrichtung 15.
Detailliertere Darstellungen des U-förmigen Halters 21 einer erfindungsgemäßen, für die Felgenbearbeitung vorgesehenen Werkzeugmaschine jeweils mit einer aufgespannten Felge 13 sind in den 7 bis 9 gezeigt. Dabei zeigt 7 eine Schrägansicht des U-förmigen Halters 21, 8 eine Draufsicht auf den U-förmigen Halter 21 und 9 eine seitliche Schnittansicht des U-förmigen Halters 21. Die Drehauflage 12 und der Drehantrieb 34 sind in diesen Figuren nicht dargestellt. Wie in den 7 und 8 erkennbar ist, sind bei dieser Ausführungsform insgesamt drei Werkstückhalteeinheiten 36 vorgesehen, die um die Felge 13 herum, bevorzugt jeweils um 120° versetzt zueinander, angeordnet sind. Diese Werkstückhalteeinheiten 36 sind so angeordnet, dass die Halteelemente 37 jeweils in einer Richtung auf die Felge 13 hin verfahrbar sind, also in einer Richtung, die parallel zur werkstückseitigen Oberfläche der Wiegenplatte 16 (also parallel zur x-y-Ebene) und senkrecht zur zentralen Werkstückdrehachse 14 verläuft, so dass das Haltelement jeweils den unteren Rand 33 der Felge 13 möglichst senkrecht trifft. Insbesondere in 9 ist ferner erkennbar, wie in geklemmtem Zustand das Halteelement 37 das untere Felgenhorn 33 der Felge 13 übergreift und dadurch die Felge 13 insgesamt nach unten in Richtung auf die Werkstückauflagefläche 39 der Wiegenplatte 16 anpresst.
Wie ferner aus den 6 bis 9 erkennbar ist, nehmen die Werkstückhalteeinheiten 36 kaum Platz im Arbeitsraum ein, da sie größtenteils in die Wiegenplatte 16 integriert sind. Dadurch können, bei ansonsten gleich großer Wiegenvorrichtung 15, Felgen mit größerem Außendurchmesser bearbeitet werden als mit der bekannten Werkzeugmaschine, bei der die Werkstückhalteeinheiten deutlich mehr Platz im Arbeitsraum beanspruchen, da sie seitlich neben der Felge 13 angeordnet sind und diese überragen, um mittels schwenk- und kippbarer Niederhalter die Felge 13 gegen die Wiegenplatte 16 zu drücken. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine steht auch deutlich mehr Platz für die Beladung bzw. Entladung der Felgen durch einen Roboterarm zur Verfügung.
Dadurch, dass die Werkstückhalteeinheiten 36 erfindungsgemäß in die Wiegenplatte 16 integriert sind, sind diese auch in deutlich geringerem Maße einer Verschmutzung durch Kühlmittel und Späne ausgesetzt. Die Werkstückhalteeinheiten 36 lassen sich auch deutlich besser gegen derartige Verschmutzung schützen. Beilspielsweise können an der Oberseite Abdeckbleche vorgesehen sein, die den größten Teil der Werkstückhalteeinheit, insbesondere, die im Innern liegenden Antriebsmittel, gegen derartige Verschmutzungen weitgehend schützen. Bei der in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsform ist dafür jeweils ein umlaufendes Abdeckband 40 vorgesehen, das um den Haltekörper 38 verläuft und die im Innern des Haltekörpers 38 liegenden Antriebsmittel 41 zum Verfahren der Halteelemente 37 nahezu vollständig abdecken und somit gegen Verschmutzungen schützen.
Eine Ausführungsform einer bei der in den 6 bis 9 gezeigten Werkzeugmaschine eingesetzten Werkstückhalteeinheit 36 ist in 10 gezeigt. Zu erkennen sind dort die seitlich an dem Haltekörper 42 angeordneten Antriebsmittel 41, vorliegend zwei Druckluftzylinder, mit denen das Halteelement 37 entlang einer im Innern des Haltekörpers 38 liegenden Verfahrschiene 43 verfahren werden kann. Es versteht sich, dass natürlich auch andere Antriebsmittel zum Einsatz kommen können, beispielsweise Elektromotoren oder Hydraulikzylinder, und dass grundsätzlich auch nur ein Antriebsmittel je Werkstückhalteeinheit 36 ausreicht. Das in den 7 bis 9 gezeigte Abdeckband 40 ist in 10 nicht gezeigt.
Das Halteelement 37 umfasst eine Verfahrplatte 44, die auf der Verfahrschiene 43 verfahrbar angeordnet ist und auf ihrer Oberseite ein Tragteil 45 aufweist, an dessen einem, dem Werkstück zuweisenden Ende, ein Klemmteil 46 angebracht ist. Dieses Klemmteil 46 steht bei festgeklemmtem Werkstück 13 mit diesem in Berührung und übt den Druck zum zentrierten Festklemmen des Werkstücks 13 auf die berührte Fläche des Werkstücks 13 auf. Das Klemmteil 46 ist deshalb an die berührte Fläche des Werkstücks 13 angepasst, um diesen Druck optimal aufzubringen, ohne das Werkstück zu beschädigen. Beispielsweise ist das Klemmteil 46 aus Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Hartgummi, gebildet und ist bevorzugt austauschbar an dem Tragteil 45 angebracht, um es bei Verschleiß austauschen zu können oder es gegen ein anderes Klemmteil austauschen zu können, wenn das von der Werkzeugmaschine bearbeitete Werkstück wechselt und ebenfalls anders ausgestaltet ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist an der Unterseite des Klemmteils 46 eine schräg verlaufende Klemmfläche 47 vorgesehen, die unterhalb einer oberen Anschlagfläche 48 beginnt und zum Tragteil 45 hin in eine untere Anschlagfläche 48 mündet. Die Klemmfläche 47 und bevorzugt auch die obere und untere Anschlagflächen 44, 49 berühren bei aufgespannter und festgeklemmter Felge 13 das untere Felgenhorn 33 der Felge 13, wobei die Klemmfläche 47 insbesondere einen Druck von oben auf das untere Felgenhorn aufbringt und die an der oberen Vorderkante des Klemmteils 46 angeordnete obere Anschlagfläche 48 und/oder die untere Anschlagfläche 49 einen Druck im Wesentlichen in Richtung auf die zentrale Werkstückdreh achse 14 aufbringen. Die Felge 13 wird dadurch sicher verklemmt, während der Bearbeitung festgehalten und kann somit um die Querachse 17 verschwenkt werden.
Bevorzugt ist ferner in der Werkstückhalteeinheit 36 ein Druckmessmittel, beispielsweise ein Staudruckmelder (nicht gezeigt), vorgesehen, das dazu dient, den in Richtung auf das Werkstück ausgeübten Druck zu messen, insbesondere daraufhin, ob dieser gemessene Druck einen Referenzdruck übersteigt. Wenn dies festgestellt wird, wird das Halteelement 37 nicht weiter in Richtung auf das Werkstück verfahren, um Beschädigungen des Werkstücks oder der Werkstückhalteeinheit zu vermeiden.
Bevorzugt werden die Werkstückhalteeinheiten durch eine zentrale Steuereinheit gesteuert. Insbesondere werden die Halteelemente 37 gleichzeitig und synchron verfahren, so dass das Werkstück synchron aus unterschiedlichen Richtungen mit Druck beaufschlag wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Halteelemente 37 separat einzeln angesteuert und einzeln verfahren werden, was insbesondere bei nicht symmetrisch ausgestalteten Werkstücken von Vorteil sein kann.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere hinsichtlich der Anzahl, Anordnung und Ausführungsform der Werkstückhalteeinheiten sind diverse Abwandlungen denkbar. Diverse Modifikationen geben sich insbesondere aufgrund der Ausführungsform der zu bearbeitenden Werkstücke. Auch die Bearbeitung der Werkstücke muss nicht zwingend von oben und/oder mit Hilfe einer in 1 schematisch gezeigten sogenannten Fahrständermaschine erfolgen. Die Bearbeitung könnte grundsätzlich gleichermaßen auch von unten und/oder von der Seite erfolgen, sofern das Werkstück und/oder die sonstigen Gegebenheiten der Werkzeugmaschine dies erlauben oder erforderlich machen. Beispielsweise könnte die Werkzeugspindel aus seitlicher Richtung an das Werkstück angreifen, und das Werkstück kann dabei an seinen Seiten bearbeitet werden, oder zur Bearbeitung der Unter- oder Oberseite um 90° verschwenkt werden.
Der Werkzeughalter kann grundsätzlich auch unterhalb des Werkstück 13 angeordnet sein, also beispielsweise auf dem Maschinenfuß 2, auf dem Werkzeugtisch 11 oder in den Werkzeugtisch integriert, um das Werkstück 13 von unten her zu bearbeiten. Ferner können die Werkstückhalteeinheiten 30 auch auf der Drehauflage 12 angeordnet bzw. in diese integriert sein bzw. die Werkstückhalteeinheiten 36 können auch außerhalb der Drehauflage 12 angeordnet sein.
Ferner können zusätzlich oder alternativ zu den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Achsen weitere Achsen vorgesehen sein, die jedoch für die gewünschte Bearbeitung grundsätzlich nicht benötigt werden. Beispielsweise kann auch grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Werkstück in y- und/oder z-Richtung verfahrbar angeordnet ist, während das Werkzeug während der Bearbeitung feststeht oder nur entlang der jeweils anderen Achse verfahrbar angeordnet ist.
Es muss auch nicht zwingend ein Dorn 28 (vgl. 5) oder eine Werkstücksitz 50 (vgl. 6) vorgesehen sein, sondern es ist grundsätzlich ausreichen, dass das Werkstück 13 irgendwo auf der Wiegenplatte aufliegt, beispielsweise ausschließlich auf einer ringförmig ausgestalteten Drehauflage 12, die einen großen zentralen Durchgriff 27 für das Werkzeug 10 aufweist. Die unterschiedlichen Ausführungsformen der Drehauflage 12 und der Werkstückhalteeinheiten können auch anders als in den Figuren gezeigt miteinander kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eignet sich insbesondere zur Bearbeitung von Felgen, die automatisch in die Werkzeugmaschine geladen und aus dieser entladen werden. Es können jedoch genauso gut auch andere Werkstücke mit einer solchen Werkzeugmaschine bearbeitet werden, insbesondere wenn die einzelnen Werkstücke in ihrem Durchmesser variieren, ohne dass die gesamte Werkzeugmaschine und insbesondere die Wiegenvorrichtung vergrößert oder abgewandelt werden muss. So kann beispielsweise die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine für Autofelgen mit einem Durchmesser von bis zu 30'' eingesetzt werden, während die bekannte Werkzeugmaschine bei gleichen Abmessungen nur Autofelgen bis zu einem Durchmesser von 24'' bearbeiten kann.

Claims

Werkzeugmaschine (1) für die spanende Bearbeitung von Werkstücken (13), mit einer Werkstückauflage (12, 16) zum Aufspannen des Werkstücks (13), einem mindestens entlang einer Achse bewegbaren Werkzeughalter (9) zum Halten eines Werkzeugs (10) für die Bearbeitung des Werkstücks (13) und Werkstückhalteeinheiten (30, 36) zum Festhalten des Werkstücks (13) während der Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückauflage (12, 16) eine Drehauflage (12) aufweist, auf der das Werkstück (13) während der Bearbeitung aufliegt und mittels der das Werkstück (13) während der Bearbeitung um eine vertikal zur Drehauflage (12) verlaufende Werkstückdrehachse (14) gedreht werden kann, und dass der Werkzeughalter (9) und/oder die Werkstückauflage (12, 16) zum Verfahren des Werkzeugs (10) und des Werkstücks (13) relativ zueinander nur entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Verfahrachsen (6, 8) ausgestaltet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückdrehachse (14) parallel zu einer der beiden Verfahrachsen (6, 8) verläuft.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückauflage (12) Teil einer um eine senkrecht zur Werkstückdrehachse (14) verlaufende Querachse (17) verschwenkbaren Wiegenvorrichtung (15) ist, wobei die Querachse (17) senkrecht zu mindestens einer der beiden Verfahrachsen (6, 8) verläuft.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehauflage (12) mindestens einen Durchgriff (27) aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehauflage (12) einen Antrieb (34), insbesondere einen Torquemotor, aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (1) zur Felgenbearbeitung, insbesondere zur Einbringung von Bohrungen (25, 26) und/oder Ausnehmungen in Felgen (13), ausgestaltet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalteeinheiten (30) außerhalb der Drehauflage (12) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalteeinheiten (36) auf der Drehauflage (12) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalteeinheiten (36) jeweils ein Halteelement (37) zum Festhalten des Werkstücks (13) aufweisen, wobei die Haltelemente (37) jeweils in Richtung auf das Werkstück (13), insbesondere in Richtung auf die Werkstückdrehachse (14), zum Zentrieren und Festhalten des Werkstücks (13) verfahrbar sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drehauflage (12), insbesondere im zentralen Bereich, Eingriffsmittel (28) zum Eingriff in entsprechende Aufnahmen (29) in der die Drehauflage (12) zuweisenden Unterseite des Werkstücks (13) vorgesehen sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drehauflage (12) ein der ihr zugewandten Seite des Werkstücks (13) angepasster Werkstücksitz (50) angeordnet ist.