-
Werkzeugmaschine mit mehreren Arbeitsstationen
-
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit mehreren Arbeitsstationen
und einer Zuführeinrichtung für die Werkstücke, durch die die in entsprechenden
Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstücke jeweils taktweise in einer linearen oder
kreisförmigen Zufuhrbewegung in die einzelnen Arbeitsstationen und eine Be- und
Entladestation bewegbar sind, wobei in den Arbeitsstationen mit Werkzeugen bestückbare
Arbeitsspindeln enthaltende, programmgemäß gesteuerte Arbeitseinheiten mit zugeordneten
Antriebs- und Vorschubeinrichtungen angeordnet sind.
-
Zur Bearbeitung großer Stückzahlen von gleichen Werkstücken sind im
Sonderwerkzeugmaschinenbau beispielsweise Rundtaktmaschinen einer begrenzten vorbestimmten
Anzahl von Arbeitsstationen im Gebrauch, von denen jede Arbeitsstation mindeste
eine Arbeitseinheit mit einer Anzahl von Arbeitsspindeln aufweist. Außerdem sind
zu dem gleichen Zweck in der Praxis sogenannte Transferstraßen bekannt, bei denen
die WerkstUcke in einer linearen Zufuhrbewegung taktweise von einer Arbeitsstation
zur nächstfolgenden transportiert werden und bei denen die Zahl der Arbeitsstationen
an sich unbeschränkt ist.
-
Die Zahl der Arbeitsstationen und damit der Größenumfang derartiger
taktweise arbeitender Werkzeugmaschinen sind durch die jeweils geforderte Produktionsstückzahl
und die für die jeweils notwendige Bearbeitung erforderliche Werkzeuganordnung gegeben.
-
Ein anderes gebräuchliches Werkzeugmaschinensystem für die Bearbeitung
von Werkstücken stellen die sogenannten Bearbeitungszentren dar, die aber im Gegensatz
zu den mit einer taktweise wirkenden Zufuhreinrichtung für die Werkstücke arbeitenden
Werkzeugmaschinen jeweils nur Einzelwerkstücke bearbeiten können. Bei diesen Maschinen
sind die Werkzeuge in einem Magazin untergebracht, aus dem sie entsprechend der
Bearbeitungsfolge mittels einer Werkzeugwechseleinrichtung dem Bearbeitungsspindelstock
zugeführt und dort mit der Arbeitsspindel gekuppelt werden. Das bedeutet, daß das
Werkstück von lediglich einer Bearbeitungseinheit unter Verwendung verschiedener
Werkzeuge nacheinander bearbeitet wird. Wegen der Aufeinanderfolge der einzelnen
Bearbeitungsgänge und der Werkzeugwechselzeiten bedingen diese Maschinen eine verhältnismäßig
lange Bearbeitungszeit und damit eine entsprechend geringere Ausbringung.
-
Während bei den Bearbeitungszentren die eigentliche Arbeitsstation
in dem Sinne veränderlich ist, daß einerseits die Werkzeuge durch die Werkzeugwechseleinrichtung
ausgetauscht werden und andererseits die Arbeitsspindel entsprechend der dem jeweiligen
Werkzeug zugeordneten Bearbeitungsstelle an dem Werkzeug verstellbar ist, sind bei
den eingangs genannten sog. Taktmaschinen die Arbeitsstationen mit einer festen
Werkzeugbestückung ausgerüstet und unveränderlich.
-
Es gibt abhängig von den für die Bearbeitung eines Werkstückes erforderlichen
Bearbeitungsvorgängen und der mit Rücksicht
auf den Maschinenpreis
für die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung erforderlichen Ausbringzeit in der Praxis
eine Reihe von Fällen, in denen die werkstückgebundene Starrheit der Taktmaschinen
ebenso nachteilig ist, wie die durch die Addition# der Bearbeitungs- und Werkzeugwechselzeiten
bedingte lange Bearbeitungszeit der Bearbeitungszentren.
-
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Werkzeugmaschine zu schaffen,
die einerseits mit einfachen Mitteln eine große Vielfaltigkeit von Bearbeitungsmöglichkeiten
aufweist und andererseits sich durch lediglich geringe Bearbeitungszeiten auszeichnet
und damit eine hohe Ausbringung bei vergleichsweise geringem Maschinenpreis ermöglicht.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Werkzeugmaschine
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Arbeitsstationen bahn-
oder streckengesteuerte Kreuztische angeordnet sind, auf denen wengistens eine Arbeitseinheit
vorgesehen ist, und daß eine Arbeitseinheit außer einem fest mit den Kreuztischen
verbundenen Spindelstock wenigstens einen neben diesem angeordneten Zusatzspindelstock
aufweist, der zwischen einer abseitigen Ruhestellung und einer Betriebsstellung
verstellbar gelagert ist und in der Betriebsstellung mit einer allen Spindelstöcken
der Arbeitseinheit gemeinsamen Antriebseinheit kuppelbar ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform kann dabei die Anordnung derart
getroffen sein, daß beidseitig des feststehenden Spindelstocks jeweils ein Zusatzspindelstock
angeordnet ist. Um eine einfache Berührung aus der abseitigen Ruhestellung in die
Betriebsstellung zu ermöglichen, kann jeder Zusatzspindelstock um eine Achse schwenkbar
gelagert sein, die vorteilhafterweise horizontal verläuft.
-
Dabei ist es zweckmäßig, wenn jeder Zusatzspindelstock in der Betriebsstellung
gegenüber dem feststehenden Spindelstock um einen vorbestimmten Betrag vorversetzt
ist, so daß die Werkzeuge des Zusatzspindelstockes mit dem Werkstück in Eingriff
gebracht werden können, ohne daß das Werkzeug des feststehenden Spindelstocks herausgenommen
zu werden braucht.
-
Jeder Zusatzspindelstock kann im übrigen bei der Uberführung in die
Betriebsstellung selbsttätig mit der gemeinsamen Antriebsquelle kuppelbar sein,
derart, daß die Bewegung des Zusatzspindelstockes zwischen der Ruhestellung und
der Betriebsstellung dazu ausgenutzt wird, die Kupplung mit der Antriebseinheit
herzustellen. Konstruktiv einfache Verhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang,
wenn die Arbeitsspindel des Zusatzspindelstockes mit der Antriebswelle mittels einer
axial verschiebbar gelagerten und zu der Arbeitsspindel koaxialen Kupplungsmuffe
kuppelbar ist, welche stirnseitig eine Klauenverzahnung trägt.
-
Schließlich kann zur Erweiterung des Verwendungsbereiches die Anordnung
noch derart getroffen sein, daß die Werkstückaufnahmen auf der Zuführeinrichtung
schwenkbar gelagert sind, was es gestattet, durch eine Schwenkung in der jeweils
erforderlichen Ebene jede gewünschte Zuordnung des Werkstückes zu den Werkzeugen
zu erzielen.
-
Dadurch, daß die Werkstücke durch die Zuführeinrichtung taktweise
in die einzelnen Arbeitsstationen transportiert werden, ergeben sich verhältnismäßig
kurze Bearbeitungszeiten, während andererseits die wahlweise aus der Ruhestellung
in die Arbeitsstellung überführbaren Zusatzspindelstöcke eine weitgehende Anpassung
an die in den einzelnen Arbeitsstationen erforderlichen Bearbeitungsvorgänge ermöglichen.
-
Die einzelnen Arbeitsspindeln werden bedarfsgemäß mit eingerichteten
Werkzeugen
bestückt, die nur zur Schärfung und beim Werkstückwechsel ausgetauscht werden. Die
bahn- oder streckengesteuerten Kreuztische sind entsprechend dem zu bearbeitenden
Werkstück von einer Stelle aus positionierbar.
-
Es können somit kurzfristig die Arbeitsspindelachsen auf die zu bearbeitenden
Bohrungsmitten verschiedener Werkstücke eingestellt werden. Bei Wechsel des Werkstückes
ist es lediglich erforderlich, durch eine neue Programmeingabe die einzelnen Arbeitseinheiten
in den Arbeitsstationen neu zu positionieren und mit zweckentsprechenden Werkstücken
zu bestücken, sowie erforderlichenfalls die Werkstückaufnahmen dem Werkstück anzupassen.
Da die Vorschubwerte und Drehzahlen für die einzelnen Arbeitsspindeln durch entsprechende
Programmwahl neu eingestellt werden können, ist eine Umstellung der Maschine auf
ein anderes Werkstück ohne jegliche Umbauten möglich.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung
mit kreisförmiger Zubringbewegung, in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht,
Fig. 2 die Werkzeugmaschine nach Fig. 1, in einer Seitenansicht, in schematischer
Darstellung und im Ausschnitt, Fig. 3 eine Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung
mit linearer Zubringbewegung, in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht,
Fig. 4 eine Arbeitseinheit einer Werkstückmaschine nach Fig. 1 oder 3 in einer Seitenansicht
und in einer Teildarstellung,
Fig. 5 die Arbeitseinheit nach Fig.
4 in einer Draufsicht und teilweise im Schnitt, Fig. 6 die Antriebseinheit einer
Arbeitseinheit der Werkzeugmaschine nach Fig. 1 oder 3, in einer Ansicht auf die
Kupplungsseite für die Arbeitsspindel, im Ausschnitt und in einem anderen Maßstab,
Fig. 7 die Antriebseinheit nach Fig. 6, geschnitten längs der Linie Vil-Vil der
Fig. 6 in einer Seitenansicht und Fig. 8 die Antriebseinheit nach Fig. 6, geschnitten
längs der Linie Vill-Vill der Fig. 6 in einer Seitenansicht.
-
Die in den Fig. 1, 2 dargestellte Werkzeugmaschine mit kreisförmiger
Zubringbewegung weist ein feststehendes Maschinengestell 1 auf, auf dem ein Rundschalttisch
2 um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist. Der Rundschalttisch 2 trägt in
gleichen Winkelabständen angeordnete Werkstückaufnahmen 3, auf denen jeweils ein
Werkstück 4 (Fig. 2) angeordnet ist.
-
Durch einen im Inneren des Maschinengestelles 1 angeordneten, nicht
weiter dargestellten Taktantrieb wird der Rundschalttisch jeweils um 900 taktweise
weitergeschaltet, so daß die Werkstückaufnahmen 3 und die darauf sitzenden Werkstücke
4 aufeinanderfolgend von einer Be- und Entladestation IV in Arbeitsstationen I,
II, III in der in Fig. 1 eingetragenen Pfeilrichtung transportiert werden.
-
In jeder der Arbeitsstationen I, II, III ist an dem Maschinengestell
ein programmgemäß von einer zentralen Programmsteuerungsstelle aus strecken- oder
lagegesteuerter Kreuztisch 5 vorhanden, der eine Arbeitseinheit 6 trägt.
-
Der Kreuz tisch 5 weist einen in einer Führung 7 an dem Maschinengestell
1 höhenverstellbaren ersten Schlitten 8 auf, dessen Verstelleinrichtung bei 9 (Fig.
2) schematisch angedeutet ist und der einen in der Querrichtung verstellbaren zweiten
Schlitten 10 trägt, auf welchem ein dritter Schlitten 11 rechtwinklig dazu verschieblich
gelagert ist. Die Bewegungen der einzelnen Schlitten 8, 10, 11 werden durch Elektromotoren
12, 13, 14 über entsprechende, nicht weiter dargestellte Spindelantriebe erzeugt.
-
Die einzelnen Kreuztische 5 sind entweder strecken- oder bahngesteuert,
d.h. die zugeordnete Arbeitseinheit 6 bewegt sich entweder in einer vorbestimmten
Koordinatenrichtung um eine bestimmte Strecke oder aber die einzelnen Schlitten
8, 10, 11 werden gemeinsam derart gegeneinander verstellt, daß die Arbeitseinheit
6 eine bestimmte Bahn bezüglich des Rundschalttisches 2 beschreibt.
-
Jede Arbeitseinheit 6 weist einen mittleren Spindelstock 15 auf, der
fest mit dem dritten Schlitten 11 verbunden ist und deshalb als feststehender Spindelstock
bezeichnet wird. Die Arbeitsspindel 16 des feststehenden Spindeistockes 15 wird
durch eine ebenfalls auf dem dritten Schlitten 11 sitzende Antriebseinheit 17 angetrieben,
zu deren Antrieb ein Elektromotor 18 dient.
-
Beidseitig des feststehenden Spindelstockes 15 sind zwei Zusatzspindelstöcke
19 um eine Horizontalachse 20 (Fig. 2) in einer Vertikalebene schwenkbar gelagert,
und zwar derart, daß sie zwischen einer hochgeschwenkten, abseitigen Ruhestellung
(Fig. 2), in der das zugeordnete Werkzeug 21 außer Eingriff mit dem Werkzeug 4 steht,
in eine waagerechte Betriebsstellung
verschwenkt werden können,
in welcher das Werkzeug 21 das Werkstück 4 bearbeitet.
-
Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß der feststehende Spindelstock
15 und die beiden Zusatzspindelstöcke 19 jeweils von der gemeinsamen Antriebseinheit
17 aus angetrieben werden können. Zu diesem Zwecke sind die Arbeitsspindeln 23 der
Zusatzspindelstöcke 19 endseitig mit einer Kupplungseinrichtung 24 versehen, die
beim Einschwenken in die Betriebsstellung selbsttätig mit der Antriebseinheit 17
gekuppelt wird.
-
Die Arbeitsspindeln 23 der Zusatzspindelstöcke 19 sind in der Betriebsstellung
gegenüber der Arbeitsspindel 25 des feststehenden Spindelstockes 15 um einen Betrag
A (Fig. 2) vorversetzt, so daß bei in der Betriebsstellung stehendem Zusatzspindelstock
19 dessen Werkzeug 21 beim Vorschub der ganzen Arbeitseinheit 6 durch den dritten
Schlitten 11 mit dem Werkstück 4 in Eingriff kommt, ohne daß das Werkstück 16 der
feststehenden Spindel 15 das Werkstück berühren kann.
-
Die Zahl der Arbeitsstationen der Maschine hängt von den jeweiligen
Erfordernissen ab. Es können - verglichen mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel
- mehr oder weniger Arbeitsstationen und damit Kreuztische 5 vorhanden sein.
-
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Werkzeugmaschine unterscheidet
sich von jener nach den Fig. 1, 2 lediglich dadurch, daß anstelle des Rundschalttisches
2 eine lineare Transporteinrichtung vorgesehen ist, die bei 26 schematisch angedeutet
ist und an deren Maschinengestell die einzelnen Kreuztische 5 seitlich in der aus
Fig. 3 ersichtlichen Weise gelagert sind, wobei die Zahl der Kreuztische 5 wiederum
bedarfsgemäß gewählt werden kann. Die Werkstückaufnahm 3 werden von der linearen
Transporteinrichtung entsprechend
den in Fig. 3 eingetragenen
Pfeilen taktweise geradlinig bewegt, wobei es auch denkbar ist, den Transportweg
erforderlichenfalls zu verändern, wie dies durch einen Pfeil 27 gestrichelt angedeutet
ist.
-
Zuführeinrichtungen, die eine solche lineare taktweise Transportbewegung
erzeugen, sind im übrigen bekannt; sie arbeiten mit Taktstangen oder Transportketten,
welche über Mitnehmer die auf Vorrichtungswagen oder Paletten angeordneten Werkstückaufnahmen
3 längs vorgegebener Bahnen bewegen.
-
Der Aufbau der Arbeitseinheiten 6 und der Kreuztische 5 ist gleich
jenem, wie er anhand der Fig. 1, 2 bereits beschrieben worden ist, sodaß sich eine
nochmalige Erläuterung erübrigt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Bei beiden Ausführungsformen der Werkzeugmaschinen (Fig.1, 2 bzw.
3) dient der feststehende Spindelstock 15 in der Regel zu Bearbeitungsvorgängen,
für die ein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist, beispielsweise für genaue
Fräsarbeiten etc.. Die Zusatzspindelstöcke 19 können zweckmäßigerweise für Bearbeitungsvorgänge,
beispielsweise Bohren von Löchern etc. verwendet werden, bei denen die Genauigkeitsanforderungen
geringer sind. Bei entsprechender Ausbildung der Schwenklagerung der Zusatzspindelstöcke
19 können naturgemäß auch diese für hochpräzise Arbeiten ausgelegt werden.
-
Der Aufbau der Spindelstöcke 15, 19 ist im einzelnen aus den Fig.
4, 5 zu ersehen: Der feststehende Spindelstock 15 sitzt auf einem Sockel 30, der
mit dem dritten Schlitten 11 über Paßstifte 31 und Schrauben 32 starr verbunden
ist. In seinem Gehäuse 33 ist die Arbeitsspindel 25 bei 34, 35 drehbar gelagert.
Die Arbeitsspindel 25 trägt an ihrem hinteren Ende eine Klauenkupplungsverzahnung
36,
die zur Kupplung mit der Antriebseinheit 17 dient. Von dem Gehäuse 33 der feststehenden
Spindel 19 ragt beidseitig eine die Schwenkachse 20 enthaltende zelle 37 vor, auf
der die beiden neben der feststehenden Spindel 15 angeordneten Zusatzspindelstöcke
19 schwenkbar gelagert sind, in deren Gehäuse 38 die zugeordnete Arbeitsspindel
23 jeweils mittels Lagern 39, 40 drehbar gelagert sind. Die Arbeitsspindeln23 sind
an ihrem hinteren I:nde ebenfalls mit stirnseitig vorragenden Kupplungsklauen 41
versehen, die in noch zu beschreibender Weise zur Kupplung mit der Antriebseinheit
17 dienen.
-
Die Verschwenkung der Zusatzspindeln 19 um die Schwenkachse 20 erfolgt
jeweils durch einen hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinder 42, der endseitig
bei 43 auf dem dritten Schlitten 11 verankert und dessen Kolbenstange 44 mit einem
mit dem entsprechenden Gehäuse 38 verbundenen Schwenkhebel 45 gelenkig verbunden
ist.
-
Die hinter den Spindelstöcken 15, 19 angeordnete Antriebseinheit ist
in ihren Einzelheiten in den Fig. 6 bis 8 dargestellt: Wie aus Fig. 6 ersichtlich,
weist die Antriebseinheit 17 auf ihrer den Spindelstöcken 15, 19 zugewandten Seite
drei Antriebswellen 46, 47 auf, die jeweils eine drehfest aufgesetzte, axial verschiebliche
Kupplungsmuffe 49 bzw. 50 (Fig. 7, 8) tragen. Die Kupplungsmuffen 49, 50 sind in
Richtung auf die Spindelstöcke 15, 19 zu jeweils durch eine Feder 51 bzw. 52 vorgespannt;
sie tragen stirnseitig Kupplungsklauen 53 bzw. 54, welche mit den entsprechenden
Kupplungsklauen 41 bzw. 36 der Arbeitsspindel 25 bzw. der Arbeitsspindeln 23 in
Eingriff gebracht werden können.
-
Die Antriebswelle 47 für die Arbeitsspindel 25 ist koaxial zu dieser
in dem Gehäuse 56 der Antriebseinheit 17 in Lagern 57, 58 drehbar gelagert; sie
kann von einer von dem Antriebsmotor
18 angetriebenen Riemenscheibe
59 aus wahlweise direkt oder über eine Vorgelegewelle 60 angetrieben werden, die
ihrerseits über ein Zahnräderpaar 61 angetrieben ist.
-
Zur Drehzahländerung dient eine Zahnrad-Schiebemuffe 62, die über
ein Schaltglied 63 wahlweise in die in Fig. 7 ausgezogen oder gestrichelt dargestellte
Stellung überführt werden kann, wobei sie in der einen Stellung über ein Vorgelegezahnrad
65 mit der Vorgelegewelle 60 und in der anderen Stellung über eine Innenverzahlung
67 unmittelbar mit der Antriebsriemenscheibe 59 gekuppelt ist.
-
In dem Gehäuse 56 sind neben der Antriebswelle 47 für die Arbeitsspindel
25 die beiden Antriebswellen 46, 48 für die Arbeitsspindeln 23 jeweils in Lagern
66, 67 drehbar gelagert.
-
Der Antrieb der Antriebswelle 48 erfolgt - ebenso wie jener der nicht
weiter dargestellten Antriebswelle 49 - über ein Zahnräderpaar 67 (Fig. 8), eine
Zwischenwelle 68 und ein nicht weiter dargestelltes Getriebe von einer Antriebsriemenscheibe
69 aus, die mit dem Antriebsmotor 18 der Arbeitseinheit gekuppelt ist. Das Zahnradpaar
67 ist als Wechselzahnradpaar ausgebildet, so daß sich verschiedene Drehzahlen einstellen
lassen.
-
Die Maschine arbeitet wie folgt: Die einzelnen Werkstücke 3 werden
entweder von dem Rundschalttisch 3 oder von der linearen Zuführeinrichtung 26 jeweils
in die einzelnen Arbeitsstationen überführt und dort lagerichtig fixiert. Durch
entsprechende Steuerung der Vorschübe der einzelnen Schlitten 8, 11, 12 der Kreuztische
5 ist beispielsweise die Arbeitsspindel 25 des feststehenden Spindelstockes 15 lagerichtig
auf das jeweilige Werkstück 4 ausgerichtet. Die Arbeitszylinder 42 der Zusatzspindelstökke
19 sind etwa bei einer Arbeitseinheit derart beaufschlagt, daß sie die Zusatzspindelstöcke
19 in die hochgeschwenkte Ruhe stellung überführt haben. Wenn nun der Motor 13 den
Schlitten
vorschiebt, wird das Werkstück 4 durch das Werkzeug 16
des feststehenden Spindelstockes bearbeitet.
-
Nach Abschluß der Bearbeitung fährt der Schlitten 11 zurück, worauf
beispielsweise einer der Arbeitszylinder 42 seinen zugeordneten Zusatzspindelstock
19 in die horizontale Betriebslage schwenkt. Bei dieser Schwenkbewegung trifft die
Arbeitsspindel dieses Zusatzspindelstockes 19 mit ihren Kupplungsklauen 41 auf die
Kupplungsklauen 53 der Schiebemuffe 49 der Antriebseinheit 17 (Fig. 8). Dabei wird
die Schiebemuffe 49, bezogen auf Fig. 8,nach rechts geschoben, bis bei koaxialer
Ausrichtung der Arbeitsspindel 23 zu der zugeordneten Antriebswelle 48 die Schiebemuffe
49 durch die Feder 51 wieder nach links vorgeschoben und damit die Kupplungsklauen
41, 53 in Eingriff gebracht werden. Damit kann der Antriebsmotor 13 den Schlitten
11 wieder auf das Werkstück zufahren, so daß dieses durch das Werkzeug 21 des Zusatzspindelstockes
19 bearbeitet werden kann. Da die Arbeitsspindel 23 des Zusatzspindelstockes um
den Betrag A (Fig. 2) axial über die Arbeitsspindel 25 des feststehenden Spindelstockes
vorragt, kommt deren Werkzeug 16 dabei mit dem Werkstück 4 nicht in Eingriff.
-
Grundsätzlich ist es naturgemäß auch möglich, beide Zusatzspindelstöcke
19 gleichzeitig in Eingriff zu bringen, oder aber die Bearbeitung erforderlichenfalls
zunächst mit den Zusatzspindelstöcken 19 zu beginnen und erst anschließend diese
in die Ruhestellung zu überführen, um den feststehenden Spindelstock 15 zum Einsatz
zu bringen.
-
Außer der Schwenkbewegung in einer Vertikalebene zur Uberführung aus
der Ruhestellung in die Betriebsstellung sind auch andere Schwenkbewegungen zum
gleichen Zwecke denkbar, wie auch überhaupt andere Bewegungen hierfür vorgesehen
werden können.
-
Leerseite