DE202015102368U1

DE202015102368U1 - Bearbeitungsvorrichtung für Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschine

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Publication number: DE202015102368U1
Application number: DE202015102368.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2015-07-27
Anticipated expiration: 2025-05-09

Abstract

Bearbeitungsvorrichtung zur, insbesondere lösbaren, rotierbaren Anordnung in einer eine Bearbeitungsspindel (4) aufweisenden Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine (2), mit einer Trägereinheit (3) und mit einer hydraulische Spannmittel (7) zum Spannen eines, insbesondere spanend, zu bearbeitenden Werkstücks aufweisenden Spanneinheit (5), wobei die Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) um eine Schwenkachse (S) verschwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung (1) hydraulisch betätigbare Verriegelungsmittel (8) zum Arretieren der Spanneinheit (5) in mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, definierten Winkelpositionen gegenüber der Trägereinheit (3) aufweist und dass die Verriegelungsmittel (8) ein mittels der Bearbeitungsspindel (4) betätigbares Hydraulikventil (10) aufweisen, durch dessen Betätigung ein Verriegelungselement (9), insbesondere ein Verriegelungsbolzen (9), der Verriegelungsmittel (8) zwischen einer die Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) arretierenden Verriegelungsposition und einer Freigabeposition verstellbar ist, in der die Spanneinheit (5) mittels der Bearbeitungsspindel (4) um die Schwenkachse (S) zwischen den Winkelpositionen verschwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur, insbesondere lösbaren, rotierbaren Anordnung in einer eine Bearbeitungsspindel zur Werkstückbearbeitung aufweisenden Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine, mit einer Trägereinheit und mit einer hydraulische Spannmittel zum Spannen eines, insbesondere spanend, mittels der Bearbeitungsspindel zu bearbeitenden Werkstücks aufweisenden Spanneinheit (Schwenkeinheit), wobei die Spanneinheit relativ zu der Trägereinheit um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordnet ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 10, umfassend eine solche rotierbar angeordnete Bearbeitungsvorrichtung.
CNC-Werkzeugmaschinen sind hinlänglich bekannt. Durch den Einsatz moderner Steuerungstechnik sind solche Maschinen in der Lage, Werkstücke mit Hilfe einer, üblicherweise entlang von drei rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen verfahrbaren Bearbeitungsspindel mit hoher Präzision auch für komplexe Formen automatisch zu bearbeiten. In der Regel werden Bauteildaten unmittelbar aus einem CAD-Programm, mit welchem die herzustellenden Bauteile konstruiert werden unter Berücksichtigung einiger weiterer Faktoren, wie der Geometrie der Werkzeuge, Drehzahlen und Vorschübe mit Hilfe eines entsprechenden Prozessors in ein CNC-Programm umgewandelt. Auch ist es teilweise möglich, Steuerinformationen manuell einzugeben.
In der Praxis weisen CNC-Werkzeugmaschinen meist mindestens vier Achsen auf, wobei die Bearbeitungsspindel entlang von drei dieser mindestens vier Achsen verstellbar ist und das Werkstück um mindestens eine winklig zur Rotationsachse der Spindel verlaufende Achse mit samt einer das zu bearbeitende Werkstück spannenden Bearbeitungsvorrichtung rotierbar ist. Bei Vertikal-CNC-Maschinen, die sich durch eine vertikale Rotationsachse der Bearbeitungsspindel auszeichnen, wird die dann horizontal ausgebildete Bearbeitungsvorrichtung auch als Wiegeplatte bezeichnet.
Je nach Anzahl der Achsen können unterschiedlich komplexe Geometrien hergestellt werden, wobei auch die Kosten für eine CNC-Werkzeugmaschine mit zunehmender Achs-Zahl erheblich ansteigen.
Teilweise ist es zur Realisierung nur einer einzigen schräg zu einer Rotationsachse des Werkstücks verlaufenden Bohrung notwendig eine 5-Achsen-CNC-Maschine einzusetzen, obwohl sämtliche anderen Bearbeitungsschritte mit vier Bearbeitungsachsen umsetzbar wären, was bei Umlage der Maschinenkosten bzw. Standzeiten ein entsprechendes Werkzeug erheblich verteuert.
Es ist daher intern bei dem Anmelder über Lösungen diskutiert worden, die genannte Bearbeitungsvorrichtung mehrteilig auszubilden und eine die Spannmittel aufweisende Spanneinheit relativ zu einer Trägereinheit der Bearbeitungsvorrichtung verschwenkbar anzuordnen und zum Verschwenken ein Verstellgetriebe einzusetzen, welches mittels der Bearbeitungsspindel der Bearbeitungsvorrichtung antreibbar ist. Auf diese Weise könnten dann definierte Winkelstellungen der Spanneinheit und damit des Werkstücks relativ zu der Trägereinheit und somit zu der Achse, um die die Bearbeitungsvorrichtung rotierbar angeordnet ist, eingestellt werden, um somit Geometrien schaffen zu können, die ansonsten eine weitere CNC-Werkzeugmaschinenachse benötigen würden. Bereits durch eine solche Lösung könnten die Kosten im Vergleich zu einer eine weitere Bearbeitungsachse aufweisenden CNC-Werkeugmaschine deutlich reduziert werden. Jedoch wäre der Aufbau einer solchen Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere des Verstellgetriebes komplex und damit kostenintensiv sowie vergleichsweise störanfällig, insbesondere durch den bei der Bearbeitung entstehenden Abrieb sowie die Späne.
Auch ist eine präzise Winkeleinstellung nur mit erheblichem Aufwand umsetzbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Bearbeitungsvorrichtung für eine CNC-Werkzeugmaschine anzugeben, die einfach aufgebaut und robust ist und durch den Einsatz auf ein Zahnräder umfassendes Verstellgetriebe verzichtet werden kann, um den Einsatz einer eine zusätzliche Werkzeugmaschinenachse aufweisenden CNC-Maschine zu vermeiden.
Bevorzugt soll die Bearbeitungsvorrichtung derart ausgebildet werden können, dass auf einfache und kostengünstige Weise präzise Winkeleinstellungen zwischen Spanneinheit und Trägereinheit umgesetzt werden können. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine eine entsprechend optimierte Bearbeitungsvorrichtung aufweisende Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d. h. bei einer die Merkmale des Oberbegriffs aufweisenden Bearbeitungsvorrichtung dadurch, dass die Bearbeitungsvorrichtung hydraulisch betätigbare, insbesondere eine Kolben-Zylinder-Anordnung umfassende, Verriegelungsmittel zum Arretieren der Spanneinheit in mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, ganz besonders bevorzugt mindestens drei oder vier, definierten Winkelpositionen gegenüber der Trägereinheit aufweist und dass die Verriegelungsmittel ein mittels der Bearbeitungsspindel betätigbares Hydraulikventil aufweisen, durch dessen Betätigung ein Verriegelungselement, insbesondere ein Verriegelungsbolzen (Kolben), der Verriegelungsmittel zwischen einer die Spanneinheit relativ zu der Trägereinheit arretierenden Verriegelungsposition und einer Freigabeposition verstellbar ist, in der die Spanneinheit mittels der Bearbeitungsspindel, d. h. durch Verstellkraftbeaufschlagung mittels der Bewegungsspindel um die Schwenkachse zwischen den Winkelpositionen verschwenkbar ist.
Hinsichtlich der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine, wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, d. h. dadurch, dass die Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine eine, insbesondere lösbar, um eine Achse der Werkzeugmaschine rotierbar angeordnete ein- oder zweiseitig in der CNC-Maschine festgelegte und an einer Hydraulikversorgung, insbesondere der Werkzeugmaschine, angeschlossene Bearbeitungsvorrichtung aufweist sowie eine mit einer Steuereinheit ansteuerbare, um eine, bevorzugt sich winklig, insbesondere senkrecht zu der Achse, um die die Bearbeitungsvorrichtung rotierbar ist, erstreckende Rotationsachse rotierbare Bearbeitungsspindel, wobei die Steuereinheit die Bearbeitungsspindel derart ansteuernd ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Bearbeitungsspindel das Hydraulikventil der Verriegelungsmittel betätigbar und nach Verstellen der Verriegelungsmittel in die Freigabeposition die Spanneinheit durch Kraftbeaufschlagung mittels der Bearbeitungsspindel relativ zu der Trägereinheit um die Schwenkachse verschwenkbar ist. Dabei ist die Bearbeitungsspindel vorzugsweise entlang der Rotationsachse sowie entlang von zwei senkrecht hierzu verlaufenden, zueinander rechtwinklig angeordneten Achsen verstellbar, so dass die Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine bevorzugt mindestens vier Bearbeitungsachsen aufweist und durch die Schwenkachse der Bearbeitungsvorrichtung eine weitere Achse zur Verfügung gestellt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine mehrteilige Bearbeitungsvorrichtung umfassend eine, insbesondere plattenförmige, Trägereinheit und eine, um eine Schwenkachse relativ zu der Trägereinheit verschwenkbare an der Trägereinheit festgelegte, insbesondere plattenförmige Spanneinheit vorzusehen, wobei die Schwenkachse bevorzugt senkrecht zu einer Rotationsachse angeordnet ist, um die die Bearbeitungsvorrichtung in einer Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine rotierbar ist.
Wesentlich ist nun, dass die Bearbeitungsvorrichtung hydraulisch betätigbare Verriegelungsmittel zum Arretieren der Spanneinheit in mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei definierten Winkelpositionen gegenüber der Trägereinheit aufweist, wobei zur Aktuierung der Verriegelungsmittel ein Hydraulikventil vorgesehen ist, das so ausgebildet und angeordnet ist, um mit der Bearbeitungsspindel einer Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine betätigt zu werden. Anders ausgedrückt ist das Hydraulikventil derart ausgebildet und angeordnet, dass es mechanisch mittels der Bearbeitungsspindel einer Mehrachsen-CNC-Maschine durch Kraftbeaufschlagung mittels der Bearbeitungsspindel betätigbar ist, wobei das Hydraulikventil, bevorzugt mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei Schaltzustände aufweist, nämlich zum einen einen Verriegelungsschaltzustand, in welchem ein Verriegelungselement, insbesondere ein Verriegelungsbolzen der Verriegelungsmittel die Spanneinheit formschlüssig relativ zu der Trägereinheit arretiert sowie einen Freigabeschaltzustand, in dem das Verriegelungselement in eine Freigabeposition verstellt wird, in der die Spanneinheit dann wiederum mittels der Bearbeitungsspindel durch Kraftbeaufschlagung in die gewünschte Schwenkrichtung um die Schwenkachse zwischen den mindestens zwei Winkelpositionen verstellbar bzw. verschwenkbar ist.
Erfindungsgemäß wird dabei auf eine komplizierte Verstellmechanik, insbesondere ein Zahnräder aufweisendes Verstellgetriebe verzichtet und es wird eine Hydraulikversorgung, insbesondere der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine genutzt, welche ohnehin zur Versorgung der hydraulischen Spannmittel zum Halten eines Werkstücks vorhanden ist. Darüber hinaus lässt sich die nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Bearbeitungsvorrichtung, wie später noch erläutert werden wird, durch überraschend einfache Weiterbildung derart ausgestalten, dass die jeweiligen Winkelpositionen nicht exakt durch Verstellen der Spanneinheit mittels der Bearbeitungsspindel angefahren werden müssen, sondern dass gewisse Ungenauigkeiten von bis zu mehreren Millimetern akzeptabel sind, wenn dem Verriegelungselement auf der gegenüberliegenden Seite, d. h. im Bereich von Verriegelungsöffnungen oder -vorsprüngen Einlaufschrägen zugeordnet sind, die beim Verstellen des Verriegelungselementes in seine Verriegelungsposition mit diesem derart zusammenwirken, dass die schwenkbar angeordnete Spanneinheit durch die resultierende Kraftkomponente exakt in die gewünschte bzw. durch die Verriegelungsöffnung vorgegebene Winkelposition ausgerichtet wird.
Insgesamt ist die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung gegenüber bekannten Lösungen einfach und damit kostengünstig sowie robust umsetzbar und nutzt eine ohnehin vorhandene Hydraulik zum Verstellen der Verriegelungsmittel in und/oder aus die bzw. der Verriegelungsposition aus.
Bevorzugt ist das Hydraulikventil dabei derart mit dem Verriegelungselement wirkverbunden, dass das Verriegelungselement in einem Verriegelungsschaltzustand des Hydraulikventils durch Hydraulikdruckbeaufschlagung in seine Verriegelungsposition verfährt und/oder in einen Freigabeschaltzustand des Hydraulikventils durch Hydraulikdruckbeaufschlagung aus seiner Verriegelungsposition in seine Freigabeposition verfährt.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verriegelungsmittel ein, bevorzugt bolzenförmiges Verriegelungselement aufweisen, das mittels eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders je nach Ventilstellung des Hydraulikventils einerseits in die Verriegelungsposition und anderseits aus der Verriegelungsposition heraus verstellt werden kann. Grundsätzlich ist auch eine Lösung mit einem einfach wirkenden Hydraulikzylinder, insbesondere in Kombination mit einer Rückstellfeder umsetzbar, wobei die Rückstellfeder das Verriegelungselement entweder in seine Verriegelungsposition oder in seine Freigabeposition kraftbeaufschlagt.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Hydraulikventil ein mittels der Bearbeitungsspindel durch Kraftbeaufschlagung betätigbares, insbesondere drückend, noch weiter bevorzugt entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder, verstellbares Betätigungselement aufweist und dass dem Betätigungselement ein, insbesondere ringförmiger, Anlageabschnitt zugeordnet ist, gegen den die Bearbeitungsspindel, insbesondere winklig, bevorzugt rechtwinklig, zu einer Betätigungsrichtung des Betätigungselementes bzw. einer Rotationsachse der Bearbeitungsspindel durch die Bearbeitungsspindel zum, insbesondere begrenzten, Verschwenken der Spanneinheit zugeordnet ist. Anders ausgedrückt ist einem mechanisch durch Kraftbeaufschlagung verstellbaren Betätigungselement des Hydraulikventils ein Anlageabschnitt zugeordnet, der zum Verschwenken der Spanneinheit bei in der Freigabeposition befindlichen Verriegelungsmitteln zum Verschwenken der Spanneinheit um die Schwenkachse kraftbeaufschlagbar ist. Bevorzugt wird bewusst auf sonstige Schwenkantriebe außer der Bearbeitungsspindel verzichtet.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Anlageabschnitt derart relativ zu dem Betätigungselement angeordnet ist, dass eine Kraftbeaufschlagung des Anlageabschnittes in eine Schwenkrichtung bei gleichzeitiger Kraftbeaufschlagung, insbesondere Drücken des Betätigungselementes durch die Bearbeitungsspindel zum Verschwenken der Spanneinheit möglich ist, wodurch ein vergleichsweise einfach aufgebautes Hydraulikventil einsetzbar ist, bei dem die Freigabeschaltposition nur solange gehalten wird, solange das Betätigungselement mittels der Bearbeitungsspindel kraftbeaufschlagt ist. Vorstehende Anordnung ist beispielsweise einfach dadurch umsetzbar, dass der Anlageabschnitt von einer (Innen-)Umfangswand einer das Betätigungselement zumindest abschnittsweise aufnehmenden Einführöffnung für die Bearbeitungsspindel gebildet ist. Bevorzugt befindet sich bei einer solchen Ausführungsform das Hydraulikventil mit samt dem Betätigungselement auf der Spanneinheit.
Bevorzugt ist das Betätigungselement bei dieses betätigender Bearbeitungsspindel nur um ein Einführspiel von der Bearbeitungsspindel beabstandet, so dass von der Bearbeitungsspindel zum Erreichen des Anlageabschnittes bei gleichzeitiger Betätigung des Betätigungselementes nur ein minimaler Verstellweg in der Schwenkrichtung überwunden werden muss. Grundsätzlich muss der Anlageabschnitt vom Innenumfang einer Einführöffnung gebildet werden. Es reichen grundsätzlich zwei in den Schwenkrichtungen einander gegenüberliegende oder voneinander abgewandte Anlageflächenabschnitte aus, um die zuvor beschriebene Funktionalität der gleichzeitigen Betätigung des Betätigungselementes und dem Kraftbeaufschlagen des Auflageabschnittes in einer Schwenkrichtung realisieren zu können.
Grundsätzlich auch umsetzbar ist eine Ausführungsform, bei der der Anlageabschnitt direkt von dem Betätigungselement selbst gebildet wird – hierzu kann eine Einführöffnung in dem Betätigungselement vorgesehen werden – diese Ausführungsform hat jedoch den Nachteil entsprechender Querkraftbeaufschlagung des Betätigungselementes winklig zu seiner eigentlichen Betätigungsrichtung mittels der Bearbeitungsspindel.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Hydraulikventil derart ausgebildet ist, dass zum Halten des Verriegelungselementes in seiner Freigabeposition das Betätigungselement des Hydraulikventils mittels der Bearbeitungsspindel kraftbeaufschlagt sein bzw. bleiben muss und nach Beendigung der Kraftbeaufschlagung des Bearbeitungselementes das Hydraulikventil automatisch eine Verriegelungsschaltstellung einnimmt, in der das Verriegelungselement in seine Verriegelungsposition verschwenkt wird, insbesondere durch hydraulische Kraftbeaufschlagung. Hierzu kann das Betätigungselement beispielsweise gegen die Kraft einer Rückstellfeder mittels der Bearbeitungsspindel betätigbar ausgebildet sein.
Wie eingangs bereits angedeutet, ist es besonders zweckmäßig, wenn dem, bevorzugt auf der Spanneinheit angeordneten, Verriegelungselement mehrere um die Schwenkachse beabstandet angeordnete und jeweils eine der Winkelpositionen definierende Verriegelungsvertiefungen und/oder -vorsprünge zugeordnet sind, wobei die Verriegelungsvertiefungen bzw. -vorsprünge wiederum bevorzugt jeweils Einlaufschrägen aufweisen, um somit eine automatische Ausrichtung der Spanneinheit zu der definierten Winkelposition zu ermöglichen, allein durch Verstellen des Verriegelungselementes in seine jeweilige Verriegelungsposition. Wie erläutert, ist es besonders bevorzugt, wenn sich das Verriegelungselement auf der Spanneinheit befindet und die Verriegelungsvertiefungen in der Trägereinheit, wobei auch grundsätzlich eine hierzu umgekehrte Anordnung realisierbar ist, bei entsprechendem Vorsehen hierfür notwendiger Hydraulikverbindungen zu dem bevorzugt auf der Spanneinheit angeordnetem Hydraulikventil.
Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Bearbeitungsvorrichtung Hydraulikanschlussmittel aufweist, die als gemeinsame Hydraulikanschlussmittel zur Versorgung sowohl der Spannmittel als auch der Verriegelungsmittel ausgebildet sind. Bevorzugt umfassen die Hydraulikanschlussmittel zwei Hydraulikanschlüsse zum einfachen Realisieren einer hydraulischen Verstellung der Spannmittel zwischen einer Spannstellung und einer Entspannungsstellung und zur einfachen Realisierung einer hydraulischen Verstellung des Verriegelungselementes in eine Verriegelungsposition und/oder aus der Verriegelungsposition heraus. Bevorzugt sind die Hydraulikanschlussmittel an der Trägereinheit vorgesehen und für den Fall des Vorsehens des Verriegelungselementes und des Hydraulikventils der Verriegelungsmittel auf der Spanneinheit über eine flexible Hydraulikleitung und/oder mindestens eine Hydraulikdurchführung hydraulikflüssigkeitsleitend mit diesen verbunden.
Um bei einer gemeinsamen Hydraulikversorgung der Spannmittel und der Verriegelungsmittel sicherzustellen, dass bei einer Betätigung der Verriegelungsmittel der Spanndruck bzw. die Spannkraft der Spannmittel aufrecht erhalten bleibt, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass in der Hydraulikversorgung der Spannmittel entsprechende Spanndruckhaltemittel vorgesehen sind, die bevorzugt ein Sperrventil umfassen, das dafür Sorge trägt, dass der Spanndruck erhalten bleibt. Das Sperrventil kann dann bevorzugt durch entsprechende Ansteuerung über eine von zwei Hydraulikleitungen wieder entsperrt und damit der Spanndruck abgebaut werden. Anders ausgedrückt umfassen die Spanndruckhaltemittel bevorzugt ein entsperrbares Rückschlagventil, was beispielsweise in an sich bekannter Weise über eine 4/2-Wege-Ventil-Funktion umgesetzt wird.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Bearbeitungsvorrichtung, bei der der Schwenkachse hydraulische Bremsmittel zugeordnet sind, die bevorzugt in der Art einer Bremsbacke mit der Schwenkachse zusammenwirken, wenn sich das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsposition befindet. Hierdurch kann die Schwenkachse bzw. die Gesamtanordnung deutlich versteift werden. Bevorzugt wird dabei ein Hydraulikantrieb der Bremsmittel von den Hydraulikanschlussmitteln der Bearbeitungsvorrichtung mit Hydraulikdruck versorgt. Als besonders zweckmäßig hat sich in diesem Zusammenhang ein Hydraulikzweikreissystem herausgestellt, welches bevorzugt derart ausgebildet sein kann, dass zunächst das Verriegelungselement in der gewünschten Winkelposition der Spanneinheit in seine Verriegelungsposition verfahren wird und das nach Aufbau eines ausreichenden Verriegelungsdrucks, beispielsweise über eine Feder ein den Bremsmitteln zugeordnetes Ventil (weiteres Hydraulikventil) betätigt wird bzw. einen zweiten Hydraulikkreislauf öffnet und somit die Bremsmittel aktiviert, insbesondere in dem eine Bremsbacke gegen die Schwenkachse verstellt wird und diese mit einer Bremskraft beaufschlagt. Im Ergebnis wird somit die Spanneinheit doppelt in der jeweiligen Winkelposition gesichert, nämlich zum einen über das Verriegelungselement der Verriegelungsmittel und zum anderen über die Bremsmittel.
Wie eingangs erläutert, ist die Bearbeitungsvorrichtung bevorzugt lösbar an einer rotierbar antreibbaren Achse einer Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine montierbar und weist hierzu entsprechende Befestigungsmittel auf, die bevorzugt an der Trägereinheit vorgesehen sind, welche somit fest in der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine montierbar sind.
Die erfindungsgemäße Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine zeichnet sich durch eine dort rotierbar angeordnete, erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung aus, wobei die Steuereinheit zum Ansteuern der Bearbeitungsspindel so ausgebildet und eingerichtet, insbesondere programmiert ist, dass diese automatisch zur Realisierung einer entsprechenden Werkstückbearbeitung in einer gewünschten Winkelposition der Spanneinheit relativ zur der Trägereinheit die Bearbeitungsspindel derart ansteuert, dass diese das Hydraulikventil der Verriegelungsmittel betätigt, insbesondere um ein Verriegelungselement in eine Freigabeposition zu verstellen und daraufhin, insbesondere bei anhaltender Kraftbeaufschlagung eines Betätigungselementes des Hydraulikventils durch die Bearbeitungsspindel, die Spanneinheit, insbesondere einen Anlageabschnitt der Spanneinheit kraftbeaufschlagt und dadurch die Spanneinheit von einer der Winkelpositionen zumindest näherungsweise in eine andere der Winkelpositionen verstellt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn nach zumindest näherungsweisem Erreichen dieser Winkelposition das Hydraulikventil mittels der Bearbeitungsspindel, insbesondere durch nachlassenden Anpressdruck so betätigt wird, dass das Verriegelungselement seine Verriegelungsposition, insbesondere eine gegenüberliegende Verriegelungsöffnung findet und somit in der gewünschten Winkelposition, bevorzugt nach einem über die Steuereinheit gesteuerten Rotieren der Bearbeitungsvorrichtung um die Achse um einen über die Steuereinheit vorgegebenen Winkel eine Bearbeitung des Werkstücks mittels der Bearbeitungsspindel erfolgen kann bzw. bevorzugt erfolgt.
Ein zuvor erwähntes nur näherungsweises Anfahren der gewünschten Winkelposition mittels der Spanneinheit durch entsprechende Kraftbeaufschlagung mittels der Bearbeitungsspindel ist insbesondere dann möglich, wenn, wie in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, den Verriegelungsöffnungen zum formschlüssigen Zusammenwirken mit der Bearbeitungsspindel entsprechende Einlaufschrägen zugeordnet sind, die bei Kraftbeaufschlagung durch das Verriegelungselement für eine Ausrichtkraftkomponente Sorge tragen, die die Spanneinheit automatisch, insbesondere ausschließlich durch Verstellen des Verriegelungselementes in eine seiner Verriegelungspositionen ausrichtet bzw. zu der gewünschten Winkelposition zentriert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 und 2 eine in einer als Horizontal-Maschine ausgebildeten nur schematisch angedeuteten Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine rotierbar angeordnete Bearbeitungsvorrichtung mit in unterschiedlichen Schwenk- bzw. Winkelpositionen befindlicher Spanneinheit,
3a eine Draufsicht auf die Bearbeitungsvorrichtung gemäß 1,
3b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A gemäß 3a,
4 und 5 eine in einer als Vertikal-Maschine ausgebildeten nur schematisch angedeuteten Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine rotierbar angeordnete Bearbeitungsvorrichtung mit in unterschiedlichen Schwenk- bzw. Winkelpositionen befindlicher Spanneinheit,
6a eine Draufsicht auf die Bearbeitungsvorrichtung gemäß 4, und
6b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B gemäß 6a.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den 1 bis 3b ist in unterschiedlichen Darstellungen ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier als sogenannte Horizontal-Maschine ausgebildeten Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine gezeigt, bei der die Rotationsachse der Bearbeitungsspindel horizontal ausgerichtet ist, und in den 4 bis 6b ein analoger Aufbau einer als Vertikal-Maschine ausgebildeten Mehrachsen-CNC-Werkzeug-Maschine 2 mit vertikal ausgerichteter Rotationsachse der Bearbeitungsspindel.
In den Figuren ist eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Bearbeitungsvorrichtung zu erkennen, die in der schematisiert dargestellten, hier als 4-Achsen-Werkzeugmaschine ausgebildeten Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine 2 um eine Achse B rotierbar angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist die mehrteilig ausgebaute Bearbeitungsvorrichtung 1 mit ihrer Trägereinheit 3 entsprechend in an sich bekannter Weise lösbar mit einem Rotationsantrieb der Maschine 2 zum Rotieren um die Achse A verbunden. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind entsprechende Befestigungsmittel nicht gezeigt.
Relativ zu der Bearbeitungsvorrichtung 1 verstellbar angeordnet ist eine Bearbeitungsspindel 4 der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine 2, mit welcher ein nicht gezeigtes, an der Bearbeitungsvorrichtung 1 festgelegtes Werkstück spanend bearbeitet werden kann. Die Bearbeitungsspindel 4 ist entlang der Achsen X, Y, Z verstellbar, wobei die mit dem Bezugszeichen Z gekennzeichnete Achse gleichzeitig eine Rotationsachse darstellt, um die die Bearbeitungsspindel 4 zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks rotierbar ist. Die Bearbeitungsspindel 4 ist mit entsprechenden Antriebsmitteln verbunden, ebenso wie eine Befestigungseinrichtung zum Rotieren der Bearbeitungsvorrichtung 1 um die Rotationsachse B. Entsprechende Antriebsmittel sind mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden bzw. können über diese automatisiert anhand eines CNC-Programms/-Datensatz angesteuert werden.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 umfasst neben der in der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine 2 festlegbaren Trägereinheit 3 eine relativ zu der Trägereinheit um eine Schwenkachse S um einen maximalen Schwenkwinkel α verschwenkbare Spanneinheit 5. Diese umfasst nicht im Detail dargestellte hydraulische Spannmittel 7 zum Fixieren eines zu bearbeitenden Werkstücks bzw. eines Rohling an der Spanneinheit 5.
Zu erkennen ist, dass die Rotationsachse Z der Bearbeitungsspindel 4 senkrecht ausgerichtet ist zur Achse B, um die die Bearbeitungsvorrichtung 1 relativ zu der Bearbeitungsspindel 4 zusammen mit dem an der Spanneinheit 5 hydraulisch verspannten Werkstück rotierbar ist.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner Verriegelungsmittel 8, hier beispielhaft ein hydraulisch mittels eines über ein Hydraulikventil 10 ansteuerbaren, doppelt wirkenden Hydraulikzylinders verstellbares, als Verriegelungsbolzen ausgebildetes Verriegelungselement 9, welches hier beispielhaft an der Spanneinheit 5 angeordnet ist und welches durch Zusammenwirken mit unterschiedlichen Verriegelungsöffnungen in der Trägereinheit 3 die Spanneinheit 5 relativ zu der Trägereinheit 3 arretieren bzw. verriegeln zu können.
Mit dem Bezugszeichen 6 sind die zwei Hydraulikanschlüsse umfassenden Hydraulikanschlussmittel zur Versorgung der Spannmittel 7 sowie der Verriegelungsmittel 8 gekennzeichnet. Durch ein nicht gezeigtes entsperrbares Rückstellventil ist sichergestellt, dass ein Spanndruck der Spannmittel trotz der Betätigung der Verriegelungsmittel gehalten wird.
Zur Betätigung des Verriegelungselementes 9 ist dem Verriegelungselement 9 das Hydraulikventil 10 zugeordnet, welches hier beispielhaft und bevorzugt ebenfalls an der Spanneinrichtung 5 angeordnet ist.
Das Hydraulikventil 10 umfasst ein mittels der Bearbeitungsspindel 4 drückend betätigbares Betätigungselement 11, durch dessen Betätigung zwei unterschiedliche Schaltzustände/-positionen des Hydraulikventils 10 eingestellt werden können. In einer ersten, hier gedrückten Schaltposition verfährt das Verriegelungselement 9 durch entsprechende Freischaltung einer Hydraulikleitung mittels des Hydraulikventils 10 in seine Freigabeposition, in der kein Formschluss mit einer gegenüberliegenden Verriegelungsöffnung der Trägereinheit 3 hergestellt ist und folglich die Spanneinheit 5 um die Schwenkachse S verschwenkt werden kann und zwar durch entsprechende Kraftbeaufschlagung mittels der Bearbeitungsspindel 4. Hierzu wird die Bearbeitungsspindel 4, gesteuert über eine Steuereinheit, gegen einen Anlageabschnitt 12 verstellt, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vom Innenumfang eine Einführöffnung 13 gebildet wird, innerhalb derer sich das Betätigungselement 11 befindet. Um die Bearbeitungsspindel 4 in die Einführöffnung zur Betätigung des Betätigungselementes 11 verstellen zu können entspricht die lichte Weite der Einführöffnung 13 dem entsprechenden Außendurchmesser der Bearbeitungsspindel bzw. eines Einführabschnittes der Bearbeitungsspindel bzw. eines Einführabschnittes der Bearbeitungsspindel zzgl. eines Spiels. Dies ermöglicht es die Spanneinheit 5 durch Kraftbeaufschlagung des Anlageabschnittes mittels der Bearbeitungsspindel 4 zu verstellen und gleichzeitig das Betätigungselement gedrückt zu halten.
Sobald die Spanneinheit eine gewünschte Winkelposition relativ zu der Trägereinheit 3 eingenommen hat (siehe beispielsweise 2) wird die Bearbeitungsspindel 4 durch entsprechende Ansteuerung über die Steuereinheit entlang der Rotationsachse Z von dem Betätigungselement 11 weg verstellt, wodurch sich eine zweite Schaltstellung des Hydraulikventils 10 einstellt und durch eine resultierende Hydraulikleitungsschaltung das Verriegelungselement 9 in eine Verriegelungsposition verstellt wird, in der des in eine Verriegelungsöffnung, hier beispielhaft in der Trägereinheit 3 eingreift und somit die eingestellte Winkelposition fixiert bzw. die Spanneinheit 5 relativ zur Trägereinheit 3 arretiert. In diesem Betriebszustand kann nun das Werkstück mittels der Bearbeitungsspindel 4 bearbeitet werden, insbesondere nachdem zuvor die Bearbeitungsvorrichtung 1 durch entsprechende Ansteuerung dieser zugeordnete Antriebsmittel um die Achse A um einen in einem CNC-Programm/-Datensatz festgelegten Winkel verschwenkt wurde oder während dieses Verschwenkens.
In 3a ist eine Draufsicht auf die Bearbeitungsvorrichtung 1 gezeigt. Zu erkennen ist auch eine Bearbeitungsspindel 4, die sich wie sich aus der Schnittansicht gemäß 3b ergibt, bereits in die Einführöffnung 13 entlang der Rotationsachse Z eingeführt ist. Die Bearbeitungsspindel 4 ist jedoch noch nicht soweit entlang der Rotationsachse Z verstellt, um das Betätigungselement 11 des Hydraulikventils 10 zu betätigen. Demzufolge befindet sich das Verriegelungselement 9 der Verriegelungsmittel 8 noch in einer Verriegelungsposition in der das spanneinheitenseitig angeordnete Verriegelungselement 9 in eine Verrieglungsvertiefung in der Trägereinheit 3 eingreift. Nicht gezeigt ist, dass die Verriegelungsvertiefung 14 mit einer Einlaufschräge versehen ist, insbesondere mit einem chronischen Einführabschnitt, um bei nicht genauer Ansteuerung einer gewünschten Winkelposition die Spanneinheit 5 durch Verstellen des Verriegelungselementes 9 zu bewirken.
Wird nun die Bearbeitungsspindel 4 entlang der Achse Z weiter in die Einführöffnung 13 hineinverstellt und dadurch das Betätigungselement 11 verstellt, ändert sich der Schaltzustand des Hydraulikventils 10 und das Verriegelungselement 9 wird so mittels Hydraulikflüssigkeit kraftdruckbeaufschlagt, dass dieses aus der Verrieglungsöffnung 14 heraus in eine Freigabeposition verstellt wird und folglich die Spanneinheit 5 mittels der Bearbeitungsspindel 4 durch Kraftbeaufschlagen des Anlageabschnitts 12 um die Achse S verschwenkt wird und zwar über einen CNC-Programm/-Datensatz vorgegebenen Schwenkwinkel. Nach Erreichen dieser Winkelposition wird dann die Bearbeitungsspindel 4 entlang der Rotationsachse Z zurückverstellt, wodurch sich wiederum ein Verriegelungsschaltzustand des Hydraulikventils 10 einstellt, der dafür Sorge trägt, dass das Verriegelungselement 9 durch Hydraulikdruckbeaufschlagung in eine Verriegelungsposition verstellt wird, in der es mit einer anderen Verriegelungsöffnung der Trägereinheit 3 zusammenwirkt.
4 bis 6b zeigen nun eine Bearbeitungsvorrichtung 1 in einer als Vertikal-Werkzeugmaschine ausgebildeten Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine, in der die Z-Achse (Rotationsachse) vertikal angeordnet ist und entsprechend hier beispielhaft die Achse A, um die die Bearbeitungsvorrichtung 1 horizontal rotierbar ist. Ansonsten ist der Aufbau und die Funktionsweise der Bearbeitungsvorrichtung sowie der Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine identisch wie bei der in den 1 bis 3b gezeigten Vorrichtung, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen im Hinblick auf diese Funktionsweise auf die vorangehende Figurenbeschreibung verwiesen wird.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungsvorrichtung
2: Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine
3: Trägereinheit
4: Bearbeitungsspindel
5: Spanneinheit
6: Hydraulikanschlussmittel
7: Spannmittel
8: Verriegelungsmittel
9: Verriegelungselement (Verriegelungsbolzen)
10: Hydraulikventil der Verriegelungsmittel
11: Betätigungselement des Hydraulikventils
12: Anlageabschnitt
13: Einführöffnung
14: Verrieglungsöffnung
X, Y, Z: Verstellachsen der Bearbeitungsspindel (Z = Rotationsachse der Bearbeitungsspindel)
S: Schwenkachse
α: Schwenkwinkel
A, B: Rotationsachse zum Rotieren Bearbeitungsvorrichtung

Claims

Bearbeitungsvorrichtung zur, insbesondere lösbaren, rotierbaren Anordnung in einer eine Bearbeitungsspindel (4) aufweisenden Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine (2), mit einer Trägereinheit (3) und mit einer hydraulische Spannmittel (7) zum Spannen eines, insbesondere spanend, zu bearbeitenden Werkstücks aufweisenden Spanneinheit (5), wobei die Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) um eine Schwenkachse (S) verschwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung (1) hydraulisch betätigbare Verriegelungsmittel (8) zum Arretieren der Spanneinheit (5) in mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, definierten Winkelpositionen gegenüber der Trägereinheit (3) aufweist und dass die Verriegelungsmittel (8) ein mittels der Bearbeitungsspindel (4) betätigbares Hydraulikventil (10) aufweisen, durch dessen Betätigung ein Verriegelungselement (9), insbesondere ein Verriegelungsbolzen (9), der Verriegelungsmittel (8) zwischen einer die Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) arretierenden Verriegelungsposition und einer Freigabeposition verstellbar ist, in der die Spanneinheit (5) mittels der Bearbeitungsspindel (4) um die Schwenkachse (S) zwischen den Winkelpositionen verschwenkbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (10) ein mittels der Bearbeitungsspindel (4) durch Kraftbeaufschlagung betätigbares, insbesondere drückend verstellbares, Betätigungselement (11) aufweist und dass dem Betätigungselement (11) ein, insbesondere ringförmiger, Anlageabschnitt zugeordnet ist, gegen den die Bearbeitungsspindel (4), insbesondere winklig, bevorzugt rechtwinklig zu einer Betätigungsrichtung des Betätigungselementes (11) zum Verschwenken der Spanneinheit (5) zugeordnet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageabschnitt derart relativ zu dem Betätigungselement (11) angeordnet oder von diesem gebildet ist, dass bei gleichzeitiger Kraftbeaufschlagung des Betätigungselementes (11) durch die Bearbeitungsspindel (4) der Anlageabschnitt (12), insbesondere winklig, bevorzugt rechtwinklig zu einer Betätigungsrichtung des Betätigungselementes (11) zum Verschwenken der Spanneinheit (5) mittels der Bearbeitungsspindel (4) kraftbeaufschlagbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageabschnitt (12) von einer Umfangswand einer das Betätigungselement (11) zumindest abschnittsweise aufnehmenden Einführöffnung (13) für die Bearbeitungsspindel (4) gebildet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (10) derart ausgebildet ist, dass zum Halten des Verriegelungselementes (9) in seiner ein Verschwenken der der Spanneinheit (5) ermöglichenden Freigabeposition mittels der Bearbeitungsspindel (4) kraftbeaufschlagt sein muss und nach Beendigung der Kraftbeaufschlagung des Betätigungselementes (11) das Hydraulikventil (6) automatisch eine Schaltstellung einnehmend ausgebildet ist, in der das Verriegelungselement (9) seine Verriegelungsposition einnimmt.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verriegelungselement (9) mehrere um die Schwenkachse (S) beabstandet angeordnete und jeweils eine der Winkelpositionen definierende, bevorzugt jeweils Einlaufschrägen aufweisende, Verriegelungsvertiefungen und/oder -vorsprünge zur formschlüssigen Verriegelung in der Verriegelungsposition zugeordnet sind.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung (1) an eine Hydraulikversorgung einer Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine (2), bevorzugt lösbar, anschließbare Hydraulikanschlussmittel, insbesondere zwei Hydraulikanschlüsse, zur Versorgung sowohl der Spannmittel (7) als auch der Verriegelungsmittel (8) aufweist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannmitteln (7), bevorzugt ein entsperrbares Rückschlagventil umfassende, Spanndruckhaltemittel zugeordnet sind, mit denen ein an den Spannmitteln (7) anliegender hydraulischer Spanndruck während einer Betätigung der Verriegelungsmittel (8) haltbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung (1), insbesondere an der Trägereinheit (3), Befestigungsmittel, insbesondere mehrere Befestigungsschrauben Aufnahmeöffnungen und/oder Befestigungsschraubengegengewinde, zum, bevorzugt lösbaren, Fixieren an einer antreibbaren Achse einer Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine (2) aufweist.
Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine mit einer, insbesondere lösbar, um eine Achse (A, B) der Werkzeugmaschine rotierbar angeordneten und an eine Hydraulikversorgung angeschlossene Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren, um eine, bevorzugt sich senkrecht zu der Achse (A, B) erstreckende, Rotationsachse (S) rotierbare, Bearbeitungsspindel (4), wobei die Steuereinheit die Bearbeitungsspindel (4) derart ansteuernd ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Bearbeitungsspindel (4) das Hydraulikventil (11) der Verriegelungsmittel (8) betätigbar und nach Verstellen der Verriegelungsmittel (8) in die Freigabeposition die Spanneinheit (5) durch Kraftbeaufschlagung mittels der Bearbeitungsspindel (4) relativ zu der Trägereinheit (3) um die Schwenkachse (S) verschwenkbar ist.
Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Bearbeitungsspindel (4) weiter derart ansteuernd ausgebildet und eingerichtet ist, dass durch Verstellen der Bearbeitungspindel (4) nach zumindest näherungsweisem Erreichen einer gewünschten Winkelposition der Spanneinheit (5) um die Schwenkachse (S) das Hydraulikventil (10) derart betätigt wird, dass die Verriegelungsmittel (8) in ihre Verriegelungsposition verstellt werden und dadurch die Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) arretieren.
Mehrachsen-CNC-Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen Rotationsantrieb zum Rotieren der Bearbeitungsvorrichtung (1) um die Achse (A, B) sowie die Bearbeitungsspindel (4) derart ansteuernd ausgebildet und eingerichtet ist, dass nach einem erfolgtem Verschwenken der Spanneinheit (5) um die Schwenkachse S und nach dem Arretieren der Spanneinheit (5) relativ zu der Trägereinheit (3) die Bearbeitungsvorrichtung (1) vor und/oder während einer, insbesondere spanenden, Bearbeitung eines Werkstücks mittels der Bearbeitungsspindel (4) die Beabreitungsvorrichtung (1) um die Achse (A, B) rotiert wird, insbesondere um einen vorgegebenen Rotationswinkel.