DE202013000225U1 - Machining unit with two spindles - Google Patents
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Abstract
Bearbeitungseinheit mit zwei Arbeitsspindeln (5.1, 5.2) zur Bearbeitung einer Seite wenigstens eines auf einem Arbeitstisch mittels eines Werkstückträgers aufgenommenen Werkstücks (W) unter Verwendung wenigstens eines Werkzeugmagazins, wobei – der Arbeitstisch in Form eines Kreuztisches (2) ausgebildet ist, der horizontal in X-Richtung über einen Verfahrweg (sX) und in Y-Richtung über einen Verfahrweg sY) verfahrbar ist, – die Arbeitsspindeln (5.1, 5.2) unabhängig voneinander vertikal in Z-Richtung verstellbar sind und – die Arbeitsspindeln (5.1, 5.2) mit ihren vertikalen Drehachsen (A1, A2) horizontal in X-Richtung in einem Abstand (L) voneinander beabstandet sind, der im Wesentlichen dem halben Verfahrweg (sX) des Kreuztisches (2) entspricht oder der kleiner ist als der halbe Verfahrweg (sX) des Kreuztisches (2) in X-Richtung.Machining unit with two work spindles (5.1, 5.2) for machining one side of at least one workpiece (W) held on a work table by means of a workpiece carrier using at least one tool magazine, the work table being designed in the form of a cross table (2) which is horizontally in X -Direction via a travel path (sX) and in the Y-direction via a travel path sY), - the work spindles (5.1, 5.2) can be adjusted vertically in the Z-direction independently of each other and - the work spindles (5.1, 5.2) with their vertical ones The axes of rotation (A1, A2) are horizontally spaced from one another in the X direction at a distance (L) which essentially corresponds to half the travel path (sX) of the cross table (2) or which is less than half the travel path (sX) of the cross table ( 2) in the X direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit mit zwei Arbeitsspindeln, die insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken in Form von kleinen und mittelgroßen Bauteilen bei hohen Fertigungsstückzahlen dient.The invention relates to a machining unit with two work spindles, which is used in particular for the machining of workpieces in the form of small and medium-sized components at high production quantities.
Für die nach Fertigungsstückzahlen und werkstückspezifischer Vielfalt sehr unterschiedlichen Fertigungsaufgaben ist ein breites Angebot entsprechend angepasster Werkzeugmaschinentypen bekannt.For the manufacturing jobs and workpiece-specific diversity very different manufacturing tasks a wide range of appropriately adapted machine tool types is known.
Während zum Beispiel bei geringen Fertigungsstückzahlen und hoher Teilevielfalt ein einzelnes NC-Bearbeitungszentrum zum Einsatz kommt, werden hohe Fertigungsstückzahlen des gleichen Werkstückes auf Transferstraßen produziert.While a single NC machining center is used, for example, with low production quantities and a high number of parts, high production quantities of the same workpiece are produced on transfer lines.
Weiterhin kommen flexible Fertigungszellen und -systeme zum Einsatz, die hinsichtlich der technologischen Fertigungsaufgabe und den in möglichst beliebiger Reihenfolge durchlaufenden und zu bearbeitenden Werkstücken anpassungsfähig sind. Für die Produktivität ist entscheidend, wie viele Spindeln gleichzeitig am Werkstück im Eingriff sind. Bei der so genannten Mehrseitenbearbeitung arbeiten mehrere Spindeln oder Spindelgruppen einer einzigen Bearbeitungseinheit von mehreren Seiten gleichzeitig an demselben Werkstück. Dieses Verfahren kann nur bei relativ großen Werkstücken eingesetzt werden, da der erforderliche Bauraum für die konzentrisch angreifenden Spindeln vorhanden sein muss. Bei der so genannten Mehrstationenbearbeitung führt man jeweils ein Werkstück im Rund- oder im Längstakt an verschiedenen Bearbeitungsstationen vorbei. Dieses Verfahren wird wegen des Transport-, Positionier- und Spannaufwandes von jeweils einer Palette und Spannvorrichtung je Bearbeitungs- und Lade-/Entladestation eher für große Stückzahlen bei kleinem Werkstückspektrum eingesetzt, da sonst erhebliche logistische Probleme die Wirtschaftlichkeit stark einschränken. Bei Rundtaktmaschinen mit mehreren Bearbeitungsstationen werden schnell Maschinenabmessungen erreicht, die von der mechanischen Bearbeitung beim Hersteller über erforderliche Spezialtransporter bis zum Platzbedarf beim Kunden Probleme aufwerfen. Außerdem ist bei einfachen konventionellen Rundtaktmaschinen immer nur eine außen liegende Seite des Werkstückes für die Bearbeitungseinheiten zugänglich. Es sind zwar auch Rundtische als Werkstückträger bekannt, die jedoch konstruktiv und wirtschaftlich sehr aufwendig sind.Furthermore, flexible manufacturing cells and systems are used, which are adaptable with regard to the technological manufacturing task and the in any order sequential and to be machined workpieces. For productivity it is decisive how many spindles are engaged on the workpiece at the same time. In so-called multi-side machining, several spindles or spindle groups of a single machining unit work from several sides simultaneously on the same workpiece. This method can be used only for relatively large workpieces, since the space required for the concentric attacking spindles must be present. In the case of so-called multi-station machining, one workpiece is passed past several processing stations in a round or longitudinal cycle. This method is due to the transport, positioning and clamping effort of each one pallet and jig for each processing and loading / unloading rather used for large numbers of small workpiece spectrum, otherwise significant logistical problems severely limit the economy. In rotary transfer machines with multiple processing stations machine dimensions are quickly reached, which pose problems from the mechanical processing at the manufacturer via required special transporters to the space required by the customer. Moreover, in simple conventional rotary transfer machines, only one outer side of the workpiece is always accessible to the processing units. Although there are also rotary tables known as workpiece carriers, but they are structurally and economically very expensive.
Bei allen flexiblen Werkzeugmaschinen müssen Werkzeugwechsel vorgenommen werden, die in der Regel eine Zeit von 3 bis 5 s benötigen, die dann für die Werkstückbearbeitung verloren geht. Es wurden daher Maschinen mit zwei Spindelstöcken entwickelt. Die unproduktiven Nebenzeiten des Werkzeugwechsels werden durch den abwechselnden Einsatz des jeweils mit dem neuen Werkzeug bestückten und auf Arbeitsdrehzahl beschleunigten Spindelkopfes praktisch eliminiert. Selbst bei langwierigen Bearbeitungsoperationen kann jedoch immer nur eine Spindel am Werkstück im Einsatz sein, da das Werkstück eine oder mehrere Achsbewegungen ausführt.For all flexible machine tools, tool changes must be made, which usually require a time of 3 to 5 seconds, which is then lost for workpiece machining. Therefore, machines with two headstocks have been developed. The unproductive non-productive times of the tool change are virtually eliminated by the alternate use of each equipped with the new tool and accelerated to working speed spindle head. However, even with lengthy machining operations, only one spindle can ever be used on the workpiece since the workpiece executes one or more axis movements.
Bei sehr kleinen und mittelgroßen Bauteilen, wie sie beispielsweise in der Uhrenindustrie, in Elektronikprodukten wie Computerbauteilen, Mobiltelefonen und dergleichen vorkommen, werden kleine Chargen meist auf mehreren Einspindel-Maschinen bearbeitet, welche eine hohe Flexibilität und eine schnelle Inbetriebnahme gewährleisten und mit denen komplexe Formen bearbeitet werden können. Die Nachteile besteht in dem geringen Durchsatz, in der komplexen Handhabung und einer aufwendigen Logistik. Große Chargen (bis zu 1'000'000 Teile pro Jahr) derartiger Bauteile werden auf Fertigungslinien mit großen Transfer-Maschinen (oft Kurvengesteuert) bearbeitet. Diese Produktion ermöglicht einen sehr hohen Durchsatz, erfordert aber lange Rüst- und Einrichtzeiten. Die Logistik ist aufgrund der Spezialwerkzeuge komplex.For very small and medium-sized components, such as those found in the watch industry, electronic products such as computer components, mobile phones and the like, small batches are usually processed on multiple single-spindle machines, which ensure high flexibility and rapid startup and processed with which complex shapes can be. The disadvantages are the low throughput, the complex handling and a complex logistics. Large batches (up to 1'000'000 parts per year) of such components are processed on production lines with large transfer machines (often curve-controlled). This production enables a very high throughput, but requires long set-up and set-up times. The logistics are complex due to the special tools.
Es gibt jedoch einen hohen Bedarf an einer Zwischen-Produktionsanlage für mittlere Serien (10'000–100'000 Teile pro Jahr) für welche die beiden vorgenannten bekannten Bearbeitungskonzepte hinsichtlich Flexibilität und Produktivität nicht optimal geeignet sind. Zur Bearbeitung von kleinen Teilen, wie sie in der Uhrenindustrie üblich sind, wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen benötigt. Für die große Anzahl unterschiedlicher Bohrungen ist beispielsweise eine entsprechende Anzahl von Bohrer erforderlich und für Ausnehmungen bzw. Vertiefungen entsprechende Fräswerkzeuge.However, there is a high demand for an intermediate production plant for medium series (10'000-100'000 parts per year) for which the two aforementioned known processing concepts are not optimally suited in terms of flexibility and productivity. For machining of small parts, as are common in the watch industry, a variety of different tools is needed. For the large number of different holes, for example, a corresponding number of drills is required and for recesses or depressions corresponding milling tools.
Aus der Druckschrift
Durch die sich einander gegenüberliegenden Arbeitsspindeln wird ein großer Bauraumbedarf beansprucht und der konstruktive Aufbau ist relativ aufwendig. Für Anwendungen, bei welchen große Teilestückzahlen bearbeitet werden sollen, wobei jeweils nur eine Seite des Werkstücks bearbeitet werden muss, stellt diese Lösung eine zu aufwendige konstruktive Ausführung dar. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Arbeitsraum nicht einfach zugänglich ist.By opposing work spindles a large space requirement is claimed and the structural design is relatively expensive. For applications in which large numbers of parts to be processed, in each case only one side of the workpiece must be processed, this solution is too complex a constructive design. Another disadvantage is that the working space is not easily accessible.
Aus der Druckschrift
Eine Maschine mit zwei Spindelköpfen, die in Z-Richtung verstellbar an einem Maschinengestell angeordnet sind, ist aus den Druckschriften
Nachteilig ist weiterhin, dass die untere Tischplatte des Kreuztisches in Y-Richtung und die obere Tischplatte in X-Richtung verstellbar ist, da damit die zu bewegende Masse des Kreuztisches relativ hoch ist, was wiederum entsprechend dimensionierte Antriebe erforderlich macht.A further disadvantage is that the lower table top of the cross table in the Y direction and the upper table top in the X direction is adjustable, since thus the mass to be moved of the cross table is relatively high, which in turn makes correspondingly dimensioned drives required.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bearbeitungseinheit mit zwei Arbeitsspindeln zu entwickeln, die einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, einen geringen Bauraum benötigt und eine gute Zugänglichkeit zum Arbeitsraum gewährleistet und mit welcher bei hohen Fertigungsstückzahlen eine große Teilevielfalt unter Gewährleistung einer guten Qualität bearbeitbar ist.Therefore, the object of the invention is to develop a machining unit with two spindles, which has a simple structural design, requires a small space and ensures good accessibility to the workspace and with which at high production lots a large variety of parts while ensuring good quality is editable ,
Diese Aufgabe wir durch die Merkmale des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This problem is solved by the features of the first patent claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die Bearbeitungseinheit weist dabei wenigstens ein Werkzeugmagazin und zwei Arbeitsspindeln zur Bearbeitung jeweils nur einer Seite wenigstens eines auf einem Tisch mittels eines Werkstückträgers aufgenommenen Werkstücks auf, wobei die Arbeitsspindeln unabhängig voneinander vertikal (in Z-Richtung) verstellbar sind und der Arbeitstisch in Form eines Kreuztisches ausgebildet ist, der horizontal in zwei Koordinaten (X/Y) verfahrbar ist, wobei die Arbeitsspindeln mit ihren vertikalen Drehachsen horizontal in X-Richtung in einem Abstand (L) voneinander beabstandet sind, der im Wesentlichen dem halben Verfahrweg des Kreuztisches in X-Richtung entspricht oder der kleiner als der halbe Verfahrweg des Kreuztisches ist. Dadurch, dass die Distanz zwischen beiden Spindeln kleiner als die Hälfte des Verfahrweges in X-Richtung ist wird ein uneingeschränktes Bearbeiten eines gleichen Arbeitsteiles gewährleistet.The machining unit has at least one tool magazine and two work spindles for machining only one side of at least one workpiece received on a table by means of a workpiece carrier, wherein the work spindles are vertically adjustable (in the Z direction) independently of one another and the work table is in the form of a cross table which is horizontally movable in two coordinates (X / Y), wherein the work spindles with their vertical axes of rotation horizontally in the X direction at a distance (L) are spaced from each other, which substantially corresponds to half the travel of the X-axis cross-table or is less than half the travel of the cross table. The fact that the distance between the two spindles is smaller than half of the travel in the X direction ensures unrestricted machining of the same working part.
Durch die mit der Erfindung erstmalig mögliche uneingeschränkte Bearbeitung nur einer Seite eines Werkstückes mit zwei Werkzeugen, die in den Arbeitsspindeln aufgenommen sind, wird in Kombination mit dem Kreuztisch, der die Bewegungen des Werkstückes in der X-Y-Ebene realisiert, auch eine äußert effiziente und flexible Bearbeitung gewährleistet.By the invention for the first time possible unrestricted processing only one side of a workpiece with two tools that are included in the work spindles, in combination with the XY stage, which realizes the movements of the workpiece in the XY plane, also an extremely efficient and flexible Processing guaranteed.
Besonders vorteilhaft ist diese Bearbeitungseinheit für die Bearbeitung kleiner und mittelgroßer Teile, wie sie beispielsweise in der Uhrenindustrie, der Elektronik und der Mikroelektronik aber auch in der Fahrzeugtechnik, der Medizintechnik usw. Anwendung finden.This processing unit is particularly advantageous for the machining of small and medium-sized parts, as used for example in the watch industry, electronics and microelectronics but also in automotive engineering, medical technology, etc.
Es ist dabei möglich, das Werkstück gleichzeitig durch beide Werkzeuge zu bearbeiten oder auch einen Werkzeugwechsel eines Werkzeuges einer Spindel zu realisieren, während das in der anderen Spindel aufgenommene Werkzeug eine Bearbeitung des Werkstückes vornimmt. Vorteilhafter Weise ist jeder Arbeitsspindel ein Werkzeugmagazin zugeordnet, mit denen das an der Arbeitsspindel aufgenommene Werkzeug wechselbar ist. Dabei können die beiden Arbeitsspindeln aus den Werkzeugmagazinen mit gleichen oder unterschiedlichen Werkzeugen bestückbar sein. Alternativ wäre es auch möglich, beide Spindeln aus einem gemeinsamen Werkzeugmagazin mit gleichen oder unterschiedlichen Werkzeugen zu bestücken.It is possible to edit the workpiece simultaneously by both tools or to realize a tool change of a tool of a spindle, while the recorded in the other spindle tool a Machining the workpiece makes. Advantageously, each work spindle is associated with a tool magazine with which the tool received on the work spindle can be exchanged. The two spindles from the tool magazines can be equipped with the same or different tools. Alternatively, it would also be possible to equip both spindles from a common tool magazine with the same or different tools.
Zur Realisierung des Werkzeugwechsels ist jedes Werkzeugmagazin in Richtung zu der diesem zugeordneten Arbeitsspindel verstellbar, so dass der Werkzeugwechsel direkt aus dem Magazin in die Spindel bzw. aus der Spindel in das Magazin erfolgt (Pick-Up-Wechsler). Dabei ist das Werkzeugmagazin bevorzugt als rotierendes Werkzeugmagazin mit vertikaler Drehachse ausgebildet und horizontal in Richtung zur Arbeitsspindel verstellbar. Das Werkzeugmagazin ist von einem Gehäuse ummantelt, welches eine Öffnung aufweist, durch welche die Werkzeuge in die Spindel Ein- und Auswechselbar sind, wobei die Öffnung durch eine Abdeckung nach Beendigung des Werkzeugwechsels verschließbar ist. Durch den Pick-up-Werkzeugwechsel ist kein zusätzlicher Werkzeugwechsler erforderlich.To implement the tool change, each tool magazine is adjustable in the direction of the associated work spindle, so that the tool change takes place directly from the magazine into the spindle or from the spindle into the magazine (pick-up changer). In this case, the tool magazine is preferably designed as a rotating tool magazine with a vertical axis of rotation and horizontally adjustable in the direction of the work spindle. The tool magazine is surrounded by a housing, which has an opening through which the tools are in the spindle and interchangeable, wherein the opening is closed by a cover after completion of the tool change. The pick-up tool change does not require an additional tool changer.
Die zwei Arbeitsspindeln sind vorteilhafter Weise an einem sich vertikal erstreckenden Bereich eines im Wesentlichen L-förmigen Gestells und der Kreuztisch auf einem sich horizontal erstreckenden Bereich des Gestells angeordnet.The two work spindles are advantageously arranged on a vertically extending region of a substantially L-shaped frame and the cross table on a horizontally extending portion of the frame.
Die beiden Werkzeugmagazine sind beidseitig zu den beiden Arbeitsspindeln angeordnet und vorzugsweise mit dem sich vertikal erstreckenden Bereich des Gestells horizontal verstellbar verbunden.The two tool magazines are arranged on both sides of the two work spindles and preferably connected to the vertically extending portion of the frame horizontally adjustable.
Die Abdeckung jedes Werkzeugmagazins ist mit einem ersten Ende eines Koppelelementes verbunden, dessen zweites Ende mit dem Gestell gekoppelt ist, so dass die Abdeckung bei einer Bewegung des Werkzeugmagazins in Richtung zur Arbeitsspindel in einen geöffneten Zustand bringbar und bei einer entgegen gerichteten Bewegung des Werkzeugmagazins schließbar ist. Dadurch wird das Werkzeugmagazin rein mechanisch zum Werkzeugwechsel geöffnet und bei einer Rückbewegung des Werkzeugmagazins in die Ausgangsposition wieder geschlossen. Dies ist eine einfache und preiswerte Lösung, die einen zusätzlichen Antrieb zum Öffnen und Schließen der Abdeckung des Werkzeugmagazins überflüssig macht.The cover of each tool magazine is connected to a first end of a coupling element, the second end of which is coupled to the frame, so that the cover can be brought into an open state during a movement of the tool magazine in the direction of the work spindle and can be closed in the case of an oppositely directed movement of the tool magazine , As a result, the tool magazine is opened purely mechanically for tool change and closed again during a return movement of the tool magazine to the starting position. This is a simple and inexpensive solution that eliminates the need for an additional drive to open and close the tool magazine cover.
Ein weiterer Vorteil der beidseitig neben den Arbeitsspindeln angeordneten Werkzeugmagazine besteht darin, dass der Arbeitsraum der Maschine und damit das Werkstück einfach von vorn zugänglich sind.Another advantage of the arranged on both sides next to the spindles tool magazines is that the working space of the machine and thus the workpiece are easily accessible from the front.
Die Herstellung von Formelementen wie Bohrungen, Ausnehmungen, Vertiefungen und dergleichen kann dabei mit einer sehr geringen Anzahl von Werkzeugen realisiert werden, da diese durch Interpolation und entsprechende Bewegungen des Kreuztisches in X-Y Ebene ggf. in Überlagerung mit einer Werkzeugbewegung in Z-Richtung erzeugbar sind.The production of mold elements such as holes, recesses, depressions and the like can be realized with a very small number of tools, since these can be generated by interpolation and corresponding movements of the cross table in the X-Y plane, possibly in superposition with a tool movement in the Z direction.
Weiterhin ist es möglich, dass ein oder mehrere Werkzeuge in Form von Umformwerkzeugen ausgebildet sein können, die Kalibriervorgänge oder Umformvorgänge realisieren, so dass das Werkstück für diese Bearbeitungsvorgänge in seiner Aufspannung in der Bearbeitungseinheit verbleiben kann.Furthermore, it is possible for one or more tools to be designed in the form of forming tools which realize calibration operations or forming operations, so that the workpiece can remain in its working position in its machining unit for these machining operations.
Vorteilhafter Weise ist die Position des Werkzeuges durch die Erfassung der Längenveränderung des Spindelschaftes zum Spindelgehäuse der Arbeitsspindel bestimmbar. Der Werkstückträger ist bevorzugt in Form einer Palette ausgebildet und die Position des in der Palette aufgenommenen Werkstücks insbesondere durch Echtzeitkalibrierung ermittelbar. Als Messsystem wird dabei bevorzugt ein Tastkopf eingesetzt.Advantageously, the position of the tool by determining the change in length of the spindle shaft to the spindle housing of the work spindle can be determined. The workpiece carrier is preferably designed in the form of a pallet and the position of the workpiece received in the pallet can be determined in particular by real-time calibration. As a measuring system while a probe is preferably used.
Der Kreuztisch ist mit sehr hohen Beschleunigungen und Antriebsgeschwindigkeiten beaufschlagbar. Dazu sind entsprechende Antriebe vorgesehen, die den Kreuztisch mit einer Beschleunigung bis zu 3 g und ggf. auch darüber beaufschlagen. Die Massenverteilungen sind bei diesen Geschwindigkeiten von besonderer Bedeutung, weshalb die Bearbeitungseinheit so ausgelegt wurde, dass in etwa nur 35–45 kg bewegte Massen vorhanden sind.The XY stage can be subjected to very high accelerations and drive speeds. For this purpose, appropriate drives are provided, which act on the mechanical stage with an acceleration up to 3 g and possibly also about it. The mass distributions are of particular importance at these speeds, which is why the processing unit was designed so that there are only about 35-45 kg moving masses.
Dies ermöglicht ein sehr schnelles und qualitativ hochwertiges Interpolieren von Formkonturen mittels eines Werkzeuges (insbesondere eines Fräswerkzeuges) in Überlagerung mit einer entsprechenden Bewegung des Kreuztisches.This allows a very fast and high-quality interpolation of shape contours by means of a tool (in particular a milling tool) in superposition with a corresponding movement of the cross table.
Auch die beiden Arbeitsspindeln sind in vertikaler Bewegungsrichtung mit einer derartig hohen Beschleunigung bis zu 3 g und ggf. auch darüber beaufschlagbar. Dadurch ist es möglich, nach der Einwechslung entsprechender Werkzeuge (z. B. Stempel) Umformvorgänge vorzunehmen, wie z. B. das Durchschlagen eines Stempels durch eine vorher erzeugte Bohrung, womit die Bohrung kalibriert bzw. erweitert werden kann oder das Herstellen einer Prägung mittels eines Prägestempels, was vorher nur auf separaten Bearbeitungseinrichtungen möglich war.Also, the two spindles are in the vertical direction of movement with such a high acceleration up to 3 g and possibly also acted upon. This makes it possible to make after the replacement of appropriate tools (eg stamp) forming operations such. As the punching of a punch through a previously created hole, so that the hole can be calibrated or extended or producing an embossment by means of a die, which was previously only possible on separate processing facilities.
Es können durch das neue Maschinenkonzept erstmalig auch parallel oder weitestgehend parallel mit einer Arbeitsspindel und einem entsprechenden Werkzeug (z. B. Fräser oder Bohrer) eine spanende Bearbeitung und mit der anderen Arbeitsspindel und einem Unformwerkzeug eine umformende Bearbeitung an einer Seite des Werkstücks vorgenommen werden.For the first time, the new machine concept can also be parallel or largely parallel with a work spindle and a corresponding tool (eg milling cutter or drill bit) machining and with the other work spindle and an unforming tool a forming machining on one side of the workpiece are made.
Die Bearbeitungseinheit kann als einzelne Maschine zur Einseitenbearbeitung eingesetzt oder auch mit anderen im Wesentlichen gleichartigen Bearbeitungseinheiten kombiniert werden.The processing unit can be used as a single machine for single-side machining or combined with other substantially similar machining units.
Dabei ist es möglich, mehrere Bearbeitungseinheiten im Wesentlichen gleicher Bauart in linearer Anordnung oder kreisförmiger Anordnung zu einem Transfersystem zu kombinieren, wobei zwischen den Bearbeitungseinheiten ein Handlingsystem für die Übergabe der Werkstücke angeordnet ist.It is possible to combine a plurality of machining units of substantially the same design in a linear arrangement or a circular arrangement to form a transfer system, wherein a handling system for the transfer of the workpieces is arranged between the processing units.
Es besteht die Möglichkeit, das Werkstück mit dem Handlingsystem während des Transfers zu drehen und anschließend an einer anderen Seite zu bearbeiten.It is possible to turn the workpiece with the handling system during the transfer and then work on another side.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde ein neues Maschinenkonzept entwickelt, welches einerseits eine hohe Dynamik und eine sehr genaue Bearbeitung auch durch Interpolation gewährleistet und die erforderliche Anzahl an speziellen Form-Werkzeugen reduziert. Die Bearbeitung eines Werkstücks durch Interpolieren ermöglicht eine große herstellbare Formenvielfalt bei einer hohen Präzision in großer Bearbeitungsgeschwindigkeit mit einem (im Idealfall) einzigen Werkzeug, wodurch eine hohe Flexibilität gegeben ist.With the solution according to the invention, a new machine concept was developed, which on the one hand ensures high dynamics and very precise processing, also by interpolation, and reduces the required number of special mold tools. The interpolation of a workpiece allows a large variety of shapes to be produced with high precision in high processing speed with a (ideally) single tool, whereby a high flexibility is given.
Durch Integration einer auch möglichen hohen Anzahl von Werkzeugen in der Maschine und einen hauptzeitparallelen Werkzeugwechsel wird der Bearbeitungsprozess nicht verlangsamt. Dies sorgt für hohe Dynamik und verkürzt bzw. vermeidet unproduktive Zeit zwischen den Bearbeitungen, wodurch die Produktivität weiter erhöht werden kann.By integrating a possible high number of tools in the machine and a tool change that is parallel to the main time, the machining process is not slowed down. This provides high dynamics and shortens or eliminates unproductive time between machining operations, which further increases productivity.
Die oben erwähnten Handlingsysteme übergeben das Werkstück von einer Bearbeitungseinheit zur anderen. Die präzise und wiederholbare Positionierung des Werkstückes/Klemmvorrichtung auf jeder Bearbeitungseinheit erfolgt beispielsweise unter Verwendung kommerziell erhältlicher Paletten (z. B. Erowa, 3R, etc.) Durch die Kombination der Bearbeitungseinheiten und des Handlingsystems wird keine klassische Transfer-Maschine (Rundtaktmaschine) mit nur einem Arbeitstisch gebildet. Es werden einzelne Bearbeitungseinheiten verwendet, die voneinander mechanisch entkoppelt sind, wodurch keine Schwingungen von einer Bearbeitungseinheit zu einer anderen Bearbeitungseinheit übertragen werden. Die Beziehung zwischen Spindel und Werkstück bleibt unverändert (außer für die Unsicherheit der Neupositionierung des Werkstückes/Spannvorrichtung). Es gibt keine Strukturelemente, welche eine Kopplung der einzelnen Arbeitsstationen realisieren. Daher weisen der Kraftverlauf und die Messschleife einen sehr kurzen Verlauf in jeder separaten Bearbeitungseinheit auf, was sehr große Vorteile hinsichtlich der Steifigkeit und der Genauigkeit bietet.The above-mentioned handling systems transfer the workpiece from one processing unit to another. The precise and repeatable positioning of the workpiece / clamping device on each processing unit, for example, using commercially available pallets (eg Erowa, 3R, etc.) By combining the processing units and the handling system is not a classic transfer machine (rotary transfer machine) with only formed a work table. Single processing units are used, which are mechanically decoupled from each other, whereby no vibrations are transmitted from one processing unit to another processing unit. The relationship between spindle and workpiece remains unchanged (except for the uncertainty of repositioning the workpiece / fixture). There are no structural elements which realize a coupling of the individual workstations. Therefore, the force curve and the measurement loop have a very short course in each separate processing unit, which offers very great advantages in terms of rigidity and accuracy.
Weiterhin besteht keine Notwendigkeit für eine genaue Positionierung der Bearbeitungseinheiten relativ zu einer anderen Bearbeitungseinheit, wodurch der Montageaufwand reduziert wird.Furthermore, there is no need for an accurate positioning of the processing units relative to another processing unit, whereby the assembly cost is reduced.
Die Bereitstellung einer sehr hohen Präzision und hohe Dynamik durch interpolieren der herzustellenden Formen mit nur einigen wenigen Werkzeugen reduziert den Aufwand und die Kosten. Mit nur einem Fräswerkzeug können Bohrungen, Durchbrüche 3D-Oberflächenkonturen usw. durch Interpolation bearbeitet werden. Dabei vollführt das Werkstück die erforderliche Bewegung in X-Y Richtung mittels des Kreuztisches und die Spindel/n die Bewegung in Z-Richtung. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mit einer Vielzahl von Werkzeugen (z. B. Formwerkzeugen) zu arbeiten und den Werkzeugwechsel an einer Spindel hauptzeitparallel durchzuführen, während das Werkstück mit der anderen Spindel bearbeitet wird, so dass die Produktivität nicht beeinträchtigt wird. Beide Spindeln können erstmalig auch am gleichen Teil gleichzeitig eine Seite bearbeiten oder auch abwechselnd.The provision of very high precision and high dynamics by interpolating the molds to be produced with only a few tools reduces the effort and costs. With only one milling tool holes, breakthrough 3D surface contours, etc. can be edited by interpolation. The workpiece performs the required movement in the X-Y direction by means of the cross table and the spindle / n the movement in the Z direction. However, it is also possible to work with a variety of tools (eg molds) and to perform the tool change on one spindle parallel to the main time while the workpiece is being machined with the other spindle, so that the productivity is not impaired. For the first time, both spindles can also work on one side at the same part or alternately.
Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Bearbeitungseinheit für kleine und mittelgroße Präzisionsteile geschaffen, die insbesondere für mittlere Serien prädestiniert und flexibel einsetzbar ist.Overall, a machining unit for small and medium-sized precision parts is created with the solution according to the invention, which is predestined especially for medium series and flexible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and accompanying drawings. Show it:
In
Auf dem horizontalen Schenkel
An dem sich vertikal erstreckenden Schenkel
Die erste Arbeitsspindel
Um zu gewährleisten, dass die Längsachsen A1, A2 der Arbeitsspindeln in einem Abstand L zueinander angeordnet sind, der gleich oder kleiner ist, als der Verfahrweg sX des ersten Tisches T1 des Kreuztisches
Jeder Arbeitsspindel
Das erste und das zweite Werkzeugmagazin
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Werkzeugmagazin
Das zweite Werkzeugmagazin
Die Werkzeugmagazine
Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels können die Werkzeugmagazine auch auf einer Bahn, die von der X-Richtung abweicht in Richtung zur jeweiligen Arbeitsspindel verstellbar gelagert/geführt sein.According to an embodiment not shown, the tool magazines can also be adjustably mounted / guided on a path that deviates from the X direction in the direction of the respective work spindle.
Für eine neue Fertigungsaufgabe, wird beispielsweise das in der ersten Arbeitsspindel
Die Werkzeugmagazine, die auch den Werkzeug-Wechsel realisieren, besitzen somit 2 Achsen – eine Übersetzung in Richtung der Arbeitsspindel und eine drehbare nicht bezeichnete Platte, welche die Werkzeuge trägt. Die Platte enthält alle der entsprechenden Arbeitsspindel zugeordneten Werkzeuge in kreisförmiger Anordnung. Die Anzahl und Art der Werkzeuge kann der Bearbeitungsaufgabe angepasst werden.The tool magazines, which also implement the tool change, thus have 2 axes - a translation in the direction of the work spindle and a rotatable undesignated plate, which carries the tools. The plate contains all the tools associated with the corresponding work spindle in a circular arrangement. The number and type of tools can be adapted to the machining task.
Während der Bearbeitung des Werkstücks mit einer Arbeitsspindel kann unabhängig davon die andere Werkzeugspindel einen Werkzeugwechsel durchführen und umgekehrt.During machining of the workpiece with a work spindle, the other tool spindle can independently perform a tool change and vice versa.
Das gesamte Werkzeugmagazin
Gemäß der Draufsicht in
Auf dem horizontalen Schenkel
Die erste Arbeitsspindel
Aus den
Es ist möglich, dass beide Werkzeugspindeln
Da die Spindeln so befestigt sind, dass sie möglichst nahe aneinander stehen wird ein großes, gemeinsames Arbeitsvolumen für das Bearbeiten eines gemeinsamen Teiles realisierbar.Since the spindles are fixed so that they are as close to each other as possible, a large, common work volume for editing a common part can be realized.
Das dabei die Distanz zwischen beiden Spindeln kleiner ist als die Hälfte des Verfahrweges sX in X-Richtung wird erstmalig ein uneingeschränktes Bearbeiten eines gleichen Arbeitsteiles möglich.The fact that the distance between the two spindles is smaller than half of the travel sX in the X direction is the first time an unrestricted editing of the same working part possible.
Vorteilhafter Weise werden alle Achsen (X, Y, Z1, Z2) mit Linearmotoren direkt angetrieben. Dies ermöglicht eine hohe Dynamik und Genauigkeit bei einer großen Beschleunigung.Advantageously, all axes (X, Y, Z1, Z2) are directly driven by linear motors. This allows high dynamics and accuracy with a high acceleration.
Die Y-Achse des Kreuztisches, d. h. die obere zweite Tischplatte T2 ist auf der X-Achse des Kreuztisches, d. h. auf der unteren ersten Tischplatte T1 befestigt. Dies ist umso logischer, da die Y-Achse und somit der Verstellweg sY des oberen zweiten Tisches deutlich kleiner (daher leichter) ist als die X-Achse, d. h. die untere erste Tischplatte, die in einem größeren Verfahrweg sX in X-Richtung verfahrbar ist. Um eine möglichst gute (und logische) Massenverteilung zu erreichen ist das die beste Variante – die schwerere in X-Richtung verstellbare erste Tischplatte T1 trägt die leichtere in Y-Richtung verfahrbare obere zweite Tischplatte T2.The Y axis of the cross table, that is, the upper second table top T2 is fixed on the X axis of the cross table, that is, on the lower first table top T1. This is all the more logical since the Y-axis and thus the adjustment path sY of the upper second table is significantly smaller (therefore lighter) than the X-axis, ie the lower first table top, which can be moved in the X-direction in a larger travel distance sX , To achieve the best possible (and logical) mass distribution this is the best option - the heavier in the X-direction adjustable first table top T1 carries the lighter in the Y direction movable upper second table top T2.
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen den vertikal verstellbaren Elementen der ersten und zweiten vertikalen Führung
Dazu erstrecken sich beispielsweise gemäß
in
Eine alternative Variante mit einem Kompensationselement in Form eines hydraulischen oder pneumatischen Kolbens
Eine Draufsicht eines ersten Werkzeugmagazins
Die Abdeckung
Um aus der geschlossenen Position der Abdeckung
Analog ist auch der im Wesentlichen baugleiche zweite hier nicht dargestellte Werkzeugwechsler mit einer Abdeckung versehen, die sich mechanisch durch die vorbenannt beschriebene Kopplung öffnet und schließt.Similarly, the substantially identical second tool changer (not shown here) is also provided with a cover which opens and closes mechanically by the coupling described above.
Ein Transfersystem unter Anwendung vier im Wesentlichen baugleicher Bearbeitungseinheiten M, die linear angeordnet sind, ist in
Gemäß
Nachfolgend wird der Unterschied zwischen der Bearbeitung mit einem Profilwerkzeug
Das drehende Profilwerkzeug
Die Bearbeitung mit einem konventionellen Fräser
Ein einfacher Bohrer oder eine Reibahle ist auch eine Art Profilwerkzeug/Sonderwerkzeug, denn damit kann jeweils nur ein bestimmter Durchmesser hergestellt bzw. bearbeitet werden. Sind in einem Werkstück W viele verschiedene Bohrungen (typisch für Uhrenplatinen) zu erzeugen, muss herkömmlich für jede Bohrung ein entsprechender Bohrer und eine Reibahle eingesetzt werden. Dies erfordert eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge, eine komplexe Logistik, wobei keine Möglichkeit besteht, einen Durchmesser zu verändern, denn dieser ist durch die Werkzeuge definiert.A simple drill or a reamer is also a kind of profile tool / special tool, because so only one particular diameter can be produced or edited. If many different holes (typical for clock boards) are to be produced in a workpiece W, a corresponding drill and a reamer must conventionally be used for each hole. This requires a variety of different tools, a complex logistics, with no possibility to change a diameter, because this is defined by the tools.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, alle Löcher mit einem Bohrer (insbesondere mit dem kleinsten Durchmesser) vorzubohren. Danach werden mit einem konventionellen Fräser
Mit nur zwei Werkzeigen sind dadurch viele unterschiedliche Ausnehmungen (auch unrunde) im Werkstück herstellbar. Dies erhöht die Anpassungsfähigkeit, denn der Durchmesser ist lediglich durch Programmierung veränderbar. Dies muss jedoch mit hoher Vorschubgeschwindigkeit geschehen um konkurrenzfähig zu herkömmlichen Profilwerkzeugen zu sein.With only two Werkzeigen thereby many different recesses (even non-round) can be produced in the workpiece. This increases the adaptability, because the diameter can only be changed by programming. However, this must be done at a high feed rate in order to be competitive with conventional profile tools.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gestellframe
- 1.11.1
- erster Schenkelfirst leg
- 1.21.2
- zweiter Schenkelsecond leg
- 22
- Kreuztischcross table
- 3.13.1
- erstes Führungselementfirst guide element
- 3.23.2
- zweites Führungselementsecond guide element
- 44
- Palettepalette
- 5.15.1
- erste Arbeitsspindelfirst work spindle
- 5.1'5.1 '
- erste vertikale Führungfirst vertical guidance
- 5.25.2
- zweite Arbeitsspindelsecond work spindle
- 5.2'5.2 '
- zweite vertikale Führungsecond vertical guidance
- 6.16.1
- erstes Werkzeugfirst tool
- 6.26.2
- zweites Werkzeugsecond tool
- 6.1'6.1 '
- weiteres Werkzeuganother tool
- 6.2'6.2 '
- weiteres Werkzeuganother tool
- 7.17.1
- erstes Werkzeugmagazinfirst tool magazine
- 7.27.2
- zweites Werkzeugmagazinsecond tool magazine
- 8.18.1
- erster Drehantriebfirst rotary drive
- 8.28.2
- zweiter Drehantriebsecond rotary drive
- 9.19.1
- erste Führungsplattefirst guide plate
- 9.29.2
- zweite Führungsplattesecond guide plate
- 10.110.1
- Führungenguides
- 10.210.2
- Führungenguides
- 11.111.1
- erster Querträgerfirst cross member
- 11.211.2
- zweiter Querträgersecond cross member
- 1212
- Gehäusecasing
- 12.112.1
- Öffnungopening
- 12.212.2
- Öffnungopening
- 1313
- Abdeckungcover
- 1414
- Koppelpaddock
- 14.114.1
-
erstes Ende der Koppel
14 first end of thepaddock 14 - 14.214.2
-
weites Ende der Koppel
14 wide end of thepaddock 14 - 1515
- Führungsschieneguide rail
- 1616
- Strebestrut
- 1717
- Transfersystemtransfer system
- 1818
- Handlingsystem bzw. TransfersystemHandling system or transfer system
- 1919
- Vertikale StrebeVertical strut
- 2020
- Kompensationsfedercompensation spring
- 2121
- hydraulischer oder pneumatischer Kolbenhydraulic or pneumatic piston
- 21.121.1
- hydraulischer oder pneumatischer Kolben, festes Teilhydraulic or pneumatic piston, solid part
- 21.221.2
- hydraulischer oder pneumatischer Kolben, bewegliches Teilhydraulic or pneumatic piston, moving part
- 22.122.1
- obere Koppelupper paddock
- 22.2 22.2
- untere Koppellower paddock
- 2323
- Profilwerkzeugprofile tool
- 2424
- konventioneller Fräserconventional cutter
- 2525
- Ausnehmungrecess
- A1A1
- erste vertikale Drehachsefirst vertical axis of rotation
- A2A2
- zweite vertikale Drehachsesecond vertical axis of rotation
- A7.1A7.1
- vertikale Drehachse des ersten Werkzeugmagazinsvertical axis of rotation of the first tool magazine
- A7.2A7.2
- vertikale Drehachse des zweiten Werkzeugmagazinsvertical axis of rotation of the second tool magazine
- F1F1
- erste Führungsleistenfirst guide rails
- F2F2
- zweite Führungsleistensecond guide rails
- LL
-
Abstand zwischen den vertikalen Drehachsen A1, A2 der Arbeitsspindeln
5.1 ,5.2 Distance between the vertical axes of rotation A1, A2 of the work spindles5.1 .5.2 - MM
- Bearbeitungseinheitprocessing unit
- P1P1
- erste Führungsplattefirst guide plate
- P2P2
- zweite Führungsplattesecond guide plate
- S1S1
- Führungsschienenguide rails
- S2S2
- Führungsschienenguide rails
- sXsX
- Verfahrweg der ersten Tischplatte T1 in X-RichtungTravel of the first table top T1 in the X direction
- sYsY
- Verfahrweg des zweiten Tischplatte T2 in Y-RichtungTravel of the second table top T2 in the Y direction
- T1T1
- Tischplattetabletop
- T2T2
- Tischplattetabletop
- WW
- Werkstückworkpiece
- αα
- Winkel zwischen den Gehäusen G1, G2Angle between the housings G1, G2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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