DE202011108058U1

DE202011108058U1 - Werkzeugmaschine

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Publication number: DE202011108058U1
Application number: DE202011108058U
Authority: DE
Original assignee: Deckel Maho Seebach GmbH
Current assignee: Deckel Maho Seebach GmbH
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2011-11-29
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: WO2013071984A1; ES2552180T3; EP2747936B1; CN104023907B; US9481066B2; IN2014KN00768A; CN104023907A; US20140308087A1; EP2747936A1; JP5868518B2; JP2015501732A

Abstract

Werkzeugmaschine mit – einem Maschinengestell (1), das einen Ständer (2), ein Maschinenbett (3) und zwei Seitenwände (4, 5) aufweist, – einem auf Linearführungen motorisch verfahrbaren Werkstückträger (15, 47) und – einer am Ständer (2) angeordneten und in mindestens einer Koordinatenachse motorisch verfahrbaren Bearbeitungseinheit (11) mit einwechselbarem Spanwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass – die Seitenwände (4, 5) des Maschinengestells (1) zueinander geneigt angeordnet sind und einen Spänefalltrichter (25) begrenzen und – die Linearführungen (19, 20, 29, 42, 43) und die Linearantriebe von längs durchgehenden stationären Abdeckblechen (22, 33; 52, 53) überdeckt und dadurch gegen Späneablagerungen geschützt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinengestell, das einen Ständer und ein Maschinenbett mit zwei Seitenwänden aufweist, mit einem auf Linearführungen in mindestens einer Koordinatenachse auf dem Bett motorisch verfahrbaren Werkstückträger und mit einer am Ständer angeordneten und in mindestens einer Koordinatenachse motorisch verfahrbaren Bearbeitungseinheit mit einwechselbarem Spanwerkzeug.
Kleinere und preisgünstige Bohr- und Fräsmaschinen sind in der Regel in Kreuztischbauweise ausgeführt, d. h. zwei der drei Hauptachsen sind im Maschinentisch angeordnet, was eine horizontal flächige Ausführung des Maschinenbetts zur Aufnahme der Achsen bedingt. Die am Maschinenbett in den beiden Koordinatenachsen ausgerichteten Linearführungen und deren Linearantriebe müssen gegen Spänefall und Ablagerungen geschützt werden, was regelmäßig durch sog. Teleskop-Abdeckungen aus übereinanderschiebbaren Blechsegmenten erfolgt. Ein Nachteil dieser Teleskopabdeckungen aus geformten Blechelementen liegt in der relativ großen überstrichenen Fläche, was eine entsprechende Vergrößerung der Maschinenkabine und der Aufstellfläche der Maschine verlangt. Durch die Notwendigkeit, den Werkstücktisch in einer bedienerfreundlichen Höhe anzuordnen und durch die notwendige stabile Ausbildung des Maschinenbetts können die Abdeckungen nicht in einem für den Spänefall günstigen Neigungswinkel angeordnet werden, sodass während des Betriebs Späne auf den Abdeckungen liegenbleiben, was zu einem frühzeitigen Verschleiß der Abdeckungen insbesondere im Bereich ihrer Stoßkanten führt.
Bei Maschinen in Kreuztischbauweise ist die Oberseite des Maschinenbetts zur Aufnahme der Tischachsen bzw. der Linearführungen in der Regel horizontal flächig ausgebildet. Die im Bett vorgesehenen Austragsrinnen für den Abtransport der Späne können wegen der begrenzten Werkstücktischhöhe und der notwendigen Höhe des Maschinenbettes nur ein sehr geringes Gefälle von bis zu 10° haben. Aufwendige Zusatzeinrichtungen zum Reinigen der jeweiligen Bauteile von den Spänen und zu deren Abtransport durch Spülen oder Blasen sind nicht immer voll wirksam und erhöhen den technischen Aufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine insbesondere zum Fräsen und Bohren zu schaffen, bei der ein verbesserter Spänefall ohne die Notwendigkeit von aufwendigen Zusatzeinrichtungen erreicht wird und die eine verkleinerte Aufstellfläche und Kabinengröße gegenüber Maschinen mit herkömmlichen Abdeckungen aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung begrenzen die Seitenwände des Maschinenbetts zwischen sich einen Spänefalltrichter, und die Linearführungen und Antriebselemente des am Maschinenbett verfahrbaren Werstückträgers werden von längs durchgehenden stationären Abdeckelementen überdeckt und dadurch gegen Spänefall geschützt.
Die Ausbildung des Maschinenbetts als Trichter ermöglicht einen günstigen automatischen Spänefall in eine am Trichterboden befindliche Späneentsorgung, wodurch der Aufwand zur Späneabfuhr verringert und die Anzahl an Maschinenstillständen zur Reinigung reduziert werden kann. Nach dem erfindungsgemäßen Konzept sind die Linearführungen und die Antriebselemente zumindest einer Maschinenachse so an dem Maschinenbett angeordnet, dass die Linearführungen und die Antriebselemente von den am Maschinenbett befestigten und damit stationären Abdeckelementen überdeckt und damit vor Spänefall und Kühlmittelablagerungen geschützt sind. Die Abdeckelemente sind vorzugsweise als Formbleche bzw. durchgehend geknickte Blechstreifen ausgebildet und stationär angeordnet, dass die Führungsschienen und Antriebselemente, beispielsweise die Spindeln der Kugelumlauftriebe, mit ausreichendem Zwischenabstand und in ihrer gesamten wirksamen Länge überdeckt werden.
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Blechabdeckung die von der Tischbaugruppe bei ihrer Bewegung in Achsrichtung überstrichene Fläche nicht vergrößert, da die Abdeckelemente stationär sind und kein Blockmaß der Abdeckungen eingehalten werden muss. Weiterhin können die Abdeckelemente klein und dünnwandig ausgeführt werden, da sie nur Anlagerungen von Spänen und sonstigen Feststoffen verhindern und ansonsten keinerlei Tragfunktion erfüllen müssen. Die Neigung dieser Abdeckbleche sollte so groß gewählt werden, dass eventuell auftreffende Späne nach unten in die Späneentsorgung abgleiten. Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Konzept ist also, dass der Spänefall gegenüber den bekannten Kreuztischmaschinen ebenso wie der Späneabtransport signifikant verbessert werden, was geringere Nebenzeiten und längere störungsfreie Maschinenlaufzeiten ermöglicht. Ferner können durch den Wegfall herkömmlicher aufwendiger Teleskopabdeckungen die Herstellungskosten vermindert, die Betriebszuverlässigkeit erhöht und insbesondere auch die Kabinengröße sowie die Aufstellfläche der Maschine reduziert werden.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist nur eine der Maschinenhauptachsen, d. h. die Linearführungen für das Werkstück, am Maschinenbett angeordnet, während die Linearführungen in den beiden anderen Hauptachsen der Bearbeitungseinheit mit der Arbeitsspindel zugeordnet sind. Dadurch werden mitbewegte Abdeckungen mit ihren oben beschriebenen Nachteilen nicht mehr benötigt, da die beiden spindelseitigen Linearführungen durch Abdeckungen geschützt werden, die ohne bewegliche Teile auskommen. Um bei diesem Konzept die relativ großen veränderlichen Auskragungen der Spindelpinole zu vermeiden, kann vorteilhaft die Linearführung in der Z-Hauptachse dem Bett zugeordnet werden.
Bei einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann eine der beiden Linearführungen für den Werkstücktisch am trichterförmigen Bett, d. h. an den beiden Seitenwänden des Bettes, vorgesehen werden. Bei dieser Anordnung handelt es sich um ein Kreuztisch-Maschinenkonzept, das im Hinblick auf den Spänefall optimiert ist und dessen Aufstellfläche lediglich in Bezug auf die Bettachse minimiert ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausbildung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind die Außenseiten der Seitenwände des Maschinenbetts im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und zumindest ein Teil der Innenseiten dieser Seitenwände sind zueinander trichterartig geneigt, sodass die bei der Bearbeitung anfallenden Späne auf diesen geneigten inneren Wandseiten zum Bettboden hin gleiten. Zweckmäßig ist an den Innenseiten der beiden Seitenwände je eine Linearführung in der Y-Koordinatenachse vorgesehen, die jeweils von einem streifenförmigen Schutzblech überdeckt ist. Diese an den Seitenwänden befestigten Schutzbleche sollten ebenfalls eine ausreichende Neigung haben, damit die darauffallenden Späne und Flüssigkeiten abgleiten können. Wesentlich ist, dass diese Schutzbleche die Linearführungen vollständig und auf ihrer gesamten Länge überdecken, damit sich keine Späne und andere Stoffe auf diesen Längsführungen ablagern können. Entsprechendes gilt auch für die sich in Längsrichtung erstreckenden Linearantriebe, die hier als sog. Kugelrollspindeln ausgebildet sind. Zweckmäßig ist bei der in Rede stehenden Ausbildung eine Kugelrollspindel im zentralen Bereich zwischen den beiden Linearführungen unterhalb des Werkstücktisches als Antriebselement vorgesehen, die sich parallel zu den beiden Seitenwänden des Betts erstreckt und durch ein abgewinkeltes streifenförmiges Schutzblech überdeckt ist.
Bei einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist vorteilhaft eine erste Linearführung an der Stirnseite des Ständers und eine zweite Linearführung an einem Querträger angeordnet, der sich zwischen den beiden einen Falltrichter bildenden Seitenwänden des Bettes unter dem Werkstücktisch erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung kann vorteilhaft die erste Linearführung und ein von einer Kugelumlaufspindel gebildeter Linearantrieb für den Werkstücktisch von einem am Ständer durchgehend befestigten Schutzblechstreifen überdeckt sein, und an dem am Boden oder an den Seitenwänden des Betts starr befestigten biegesteifen Querträger für die zweite Linearführung kann ein sattelartiges längs durchgehendes Schutzblech befestigt sein, das die zweite untere Linearführung überdeckt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in schematischer Seitenansicht bzw. im Längsschnitt;
2 die Werkzeugmaschine nach 1 in perspektivischer Darstellung;
3 schematisch das bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 verwirklichte technische Konzept;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in schematischer Perspektive,
5 schematisch das bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 verwirklichte technische Konzept.
Die dargestellten Werkzeugmaschinen sind dreiachsige Fräs- und Bohrmaschinen. Wie ersichtlich, weist das Maschinengestell 1 einen als Rahmenkonstruktion ausgebildeten stationären Ständer 2 und ein mit diesem vorteilhaft in sog. Monoblockbauweise ausgeführtes Bett 3 auf, das von zwei Seitenwänden 4, 5 und gemäß 1 einem Boden 6 begrenzt wird. Die Innenseiten der beiden Seitenwände 4, 5 sind zueinander geneigt und bilden einen sich nach unten zum Boden 6 hin verjüngenden Trichter. Die Neigungswinkel der beiden Seitenwände sind so gewählt, dass darauffallende Späne und andere Stoffe nach unten abgleiten. Über dem Boden 6 erstreckt sich eine Späneentsorgung, deren Endlosförderer 7 unter der Rückseite des Ständers 1 herausführt.
Auf der Oberseite des Ständers 2 ist ein Spindelgehäuse 8 in Linearführungen 9 mittels eines – nicht dargestellten – Motors in Y-Richtung verfahrbar angeordnet. An der Stirnseite dieses Spindelgehäuses 8 ist eine Bearbeitungseinheit 10 mit einer Arbeitsspindel 11 und einem integrierten Spindelmotor in Linearführungen 12 in Richtung der Z-Koordinatenachse motorisch verfahrbar montiert. In dieser Arbeitsspindel 11 können Spanwerkzeuge aus einem – nicht dargestellten – Werkzeugmagazin mittels eines Werkzeugwechslers automatisch ein- und ausgewechselt werden.
Wie weiterhin aus 1 ersichtlich, ist ein Werkstückträger 15 an der frontseitigen Stirnwand 2a des Ständers 2 in dem Freiraum zwischen den beiden trichterförmig geneigten Seitenwänden 4, 5 angeordnet. Der als Tischkonstruktion ausgebildete Werkstückträger 15 weist eine herkömmliche Spannplatte 16 zur Aufnahme der Werkstücke sowie eine hier als durchgehende dicke Platte dargestellte Tragkonstruktion 17 für die Spannplatte 15 auf. An dem in 1 rechten Ende der Tragkonstruktion 17 ist ein vertikaler Steg 18 befestigt, an dem Führungsschuhe 19 montiert sind, die mit einer durchgehenden Führungsschiene 20 zusammenwirken, welche an der Außenseite der frontseitigen Stirnwand 2a des Ständers 2 montiert ist und sich über die wirksame Länge des Ständers 2 erstreckt. Neben dem Steg 18 ist bei der dargestellten Ausführung eine Gewindespindel 21 eines Linearantriebs angeordnet, der hier in herkömmlicher Weise als Kugelrollspindel mit – nicht dargestelltem – Antriebsmotor ausgebildet ist.
Die Kugelrollspindel 21 und die Führungsschiene 20 werden auf ihrer gesamten Länge von einem Schutzblech 22 überdeckt, das mit seinem oberen Ende an der frontseitigen Ständerwand 2a dauerhaft befestigt ist und sich über die wirksame Länge des Ständers bzw. der Führungsschiene 20 und der Kugelrollspindel 21 erstreckt. Der Mittelteil 23 dieses streifenförmigen Schutzblechs 22 ist unter einem steilen Winkel zur Vertikalen geneigt und begrenzt das ständerseitige Ende des Arbeitsraums. Die in Betrieb anfallenden Späne gleiten auf diesem schrägen Mittelteil 23 des Schutzblechstreifens 22 nach unten und gelangen in den von den beiden Ständer-Seitenwänden 4, 5 begrenzten Spänefallraum 25. Der untere Endbereich 24 des streifenförmigen Schutzblechs 22 verläuft wiederum vertikal und endet unmittelbar oberhalb der Tragkonstruktion 17 des Maschinentischs. Mittels des vorstehend beschriebenen und in den 1 und 3 dargestellten Schutzblechs 22 wird die Führungsschiene 20 und auch die Gewindespindel 21 des Kugelrollantriebs über die gesamte wirksame Länge in X-Richtung abgedeckt, sodass sich keine Späne oder andere Feststoffe und Spülflüssigkeiten auf diesen Bauteilen absetzen können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 weist die Tragkonstruktion 17 des Werkstücktischs 16 in ihrem vorderen Bereich einen nach unten gerichteten Ansatz 26 auf, der in einen abgekröpft ausgebildeten Holm 27 übergeht. An der zum Ständer 2 weisenden Vertikalfläche dieses Holms 27 ist der bewegliche Teil (Schuh 28) einer Linearführung 28, 29 befestigt, deren in X-Koordinatenachse verlaufende Führungsschiene 29 an einem Querträger 30 befestigt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Querträger 30 horizontal durch den gesamten Spänefallraum 25 und ist mit seinen beiden Enden an jeweils einer der Ständerseitenwände 4, 5 befestigt. Um den Spänefall im Spänefallraum nicht zu stören, kann die Hypothenusenfläche des im Querschnitt dreieckförmigen Querträgers 30 unter einem Winkel geneigt sein, der das Abgleiten von auftreffenden Spänen auf dieser Schrägfläche gewährleistet (vgl. 1 und 3). Bei der dargestellten Ausführung ist im Firstbereich des Querträgers 30 ein mehrfach abgewinkeltes streifenförmiges Schutzblech 33 befestigt, dessen in die Vertikale abgewinkelter Endabschnitt in eine Nut 34 am Holm 27 eingreift und in dieser bewegbar ist. Dieses Schutzblech 33 überdeckt den Querträger 30 über seine gesamte Länge und schützt die Führungsschiene 29 gegen Späneablagerungen. Erreicht wird diese Wirkung durch die Abkröpfung des Ansatzes 26 der Tragkonstruktion 17 und durch die dargestellte Positionierung der Linearführung 28, 30, was eine dachartige Überdeckung durch das Schutzblech 33 ermöglicht.
Die in den 4 und 5 dargestellte programmgesteuerte Fräs- und Bohrmaschine hat ebenfalls eine vertikal ausgerichtete Bearbeitungseinheit 11, die an einem in der vertikalen Z-Achse mittels Linearführungen 12 geführten Spindelstock 10 befestigt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel begrenzen die beiden schräg nach innen geneigten Seitenwände 4, 5 des Betts 3 einen trichterförmigen Spänefallraum, in dessen Bodenbereich eine – in 2, 4 nicht dargestellte – Späneaustragsvorrichtung angeordnet ist. In einem Absatz 40, 41 in jeder Seitenwand 4, 5 ist je eine Linearführung vorgesehen, deren Führungsschiene 42, 43 an der Seitenwand 4, 5 befestigt ist. Die beiden Führungsschuhe 44, 45 dieser Linearführung tragen konsolenartige Wandelemente 46 einer Trägeranordnung 47, die einen Werkstücktisch 48 trägt. Die Trägeranordnung 47 ist aus vertikalen und hochsteifen Wandelementen 46 zusammengebaut und ist in den Führungsschienen 42, 43 in Richtung der horizontalen Y-Koordinatenachse mittels eines – nicht dargestellten – Linearantriebs verfahrbar. Der Werkstücktisch 48 der Trägeranordnung 47 ist in Richtung der horizontalen X-Koordinatenachse auf Führungsschienen 50, 51 mittels eines – nicht dargestellten – Linearmotors verfahrbar. Wie in 5 gezeigt, sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel streifenförmige Schutzbleche vorgesehen, und zwar jeweils ein streifenförmiges Schutzblech 52 im Bereich der Seitenwand 4 und ein weiteres streifenförmiges Schutzblech 53 im Bereich der anderen Seitenwand 5. Die beiden vorgenannten Schutzbleche 52, 53 überspannen die beiden Linearführungen 42, 43 und greifen mit ihren vertikalen Endabschnitten in eine Nut 54, 55 im Konsolenbauteil 46. Ferner ist im zentralen Bereich ein Schneckentrieb 56 angeordnet, der von einem winkelförmigen Schutzblech 57 überdeckt und gegen Späneablagerungen geschützt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es beispielsweise nicht unbedingt notwendig, dass der Spänefalltrichter unmittelbar von den Innenseiten der beiden Seitenwände des Maschinenbetts begrenzt wird. Stattdessen können auch schräge Blech- oder Plattenelemente verwendet werden, die ggf. auch nachträglich eingebaut werden könnten.

Claims

Werkzeugmaschine mit – einem Maschinengestell (1), das einen Ständer (2), ein Maschinenbett (3) und zwei Seitenwände (4, 5) aufweist, – einem auf Linearführungen motorisch verfahrbaren Werkstückträger (15, 47) und – einer am Ständer (2) angeordneten und in mindestens einer Koordinatenachse motorisch verfahrbaren Bearbeitungseinheit (11) mit einwechselbarem Spanwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass – die Seitenwände (4, 5) des Maschinengestells (1) zueinander geneigt angeordnet sind und einen Spänefalltrichter (25) begrenzen und – die Linearführungen (19, 20, 29, 42, 43) und die Linearantriebe von längs durchgehenden stationären Abdeckblechen (22, 33; 52, 53) überdeckt und dadurch gegen Späneablagerungen geschützt sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste horizontale Linearführung (19, 20) an der Stirnseite (2a) des Ständers (2) und die zweite horizontale Linearführung (29) an einem Querträger (30) angeordnet ist, der sich zwischen den beiden zueinander geneigten Seitenwänden (4, 5) in einem etwa zentralen Bereich unter dem Werkstückträger (15) erstreckt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linearführung (19, 20) und ein Linearantrieb (21) für den Werkstückträger (15) von einem am Ständer (3) befestigten Schutzblech (22) überdeckt sind, und dass an dem Querträger (30) ein sattelartiges Schutzblech (33) befestigt ist, das die zweite untere Linearführung (29) des Werkstückträgers (15) überdeckt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (11) an einem in Richtung der Z-Achse am Ständer (2) verfahrbaren Schlitten (10) montiert ist, und der Werkstückträger (47) als horizontaler Kreuzschlitten ausgebildet ist, dessen Linearführungen und Linearantriebe in den beiden Koordinatenachsen X und Y durch Schutzbleche (52, 53, 57) abgedeckt sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Seitenwand (4, 5) je eine Linearführung (42, 43; 44, 45) und im mittleren Bereich des Spänefalltrichters eine Antriebseinheit (56) angeordnet sind, die durch jeweils ein Schutzblech (52, 53, 57) gegen Späneablagerungen geschützt sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 4, 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägeranordnung (47) vertikale Wandelemente als Tragorgane enthält, auf der die von Schutzblechen (52, 53) überdeckten Führungsschienen (50, 51) der Linearführungen für den Werkstück-Spanntisch (48) montiert sind.