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Bearbeitungszentrum
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Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein Bearbeitungszentrum dieser Gattung ist aus der DE-OS 26 53 928
bekannt. Bei diesem Bearbeitungszentrum, das für Bohr- und Fräsarbeiten geeignet
ist, ist die Werkzeug-Trägereinheit als Spindelkasten mit horizontaler angetriebener
Werkzeugspindel ausgebildet. Das Werkstück oder vorzugsweise eine das Werkstück
tragende Palette wird auf dem vertikal angeordneten Werkstück-Rundtisch aufgespannt,
der um die horizontale Drehachse drehbar und an dem Ständer vertikal verschiebbar
ist. Es können mit diesem Bearbeitungszentrum sämtliche Bohr- und Fräsarbeiten an
den Seitenflächen des Werkstückes durchgeführt werden. Die Anordnung des Werkstück-Rundtisches
an dem vertikalen Ständer
läßt den Raum unterhalb der Bearbeitungszone
vollständig frei, so daß ein optimaler Kühlmittel- und Spänefall möglich ist.
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In einer Weiterentwicklung dieses Bearbeitungszentrums (ältere Patentanmeldung
P 31 46 429.7) ist als Werkzeug-Trägereinheit ein austauschbarer Revolverkopf vorgesehen,
der einerseits antreibbare Einfach- oder Mehrfachspindeln und andererseits feststehende
Werkzeugaufnahmen aufweisen kann. Der Werkstück-Rundtisch ist um die horizontale
Drehachse auch kontinuierlich drehend antreibbar. Es können mit diesem Bearbeitungszentrum
Bohr- und Dreharbeiten durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, ein
Bohrmuster mit mehreren Bohrern in einem Bearbeitungsgang zu erzeugen. Das Bearbeitungszentrum
ist jedoch darüber hinaus universeller einsetzbar, da bei Verwendung eines feststehenden
Schneidwerkzeuges und kontinuierlichem Antrieb des aufgespannten Werkstückes auch
Dreharbeiten ausgeführt werden können.
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Auch bei diesem Bearbeitungszentrum ist jedoch eine Bohr-oder Fräsbearbeitung
nur an den Seitenflächen des aufgespannten Werkstücks, nicht jedoch an dessen dem
Rundtisch entgegengesetzter Stirnfläche möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungszentrum
der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß eine weitere Universalität
der Bearbeitung -erreicht wird und insbesondere auch eine Bohr- und Fräsbearbeitung
der Stirnfläche des Werkstücks möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Werkstück-Rundtisch
senkrecht zu der horizontalen Drehachse angeordnet und um diese drehbar. Die horizontale
Drehachse und damit die Drehachse des Werkstückes können durch Schwenken des Ständers
um dessen vertikale Schwenkachse in einen beliebigen Winkel zur Achse der Werkzeugspindel
gebracht werden.
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Dadurch ist es zunächst möglich, Bohr- und Fräsbearbeitungen nicht
nur an den Seiten- bzw. Umfangsflächen des Werkstückes auszuführen, sondern auch
an der Stirnfläche. Weiter können Bohrungen nicht nur senkrecht zu der der horizontalen
Drehachse entsprechenden Mittelachse des Werkstückes sondern auch unter beliebigem
Winkel zu dieser Mittelachse ausgeführt werden. Die beliebige Winkelstellung der
horizontalen Drehachse gegenüber der Achse der Werkzeugspindel in Verbindung mit
der Drehbarkeit des Werkstückes um die horizontale Drehachse ergibt die Möglichkeit,
bei Fräsarbeiten in beliebiger räumlicher Lage Schlitze oder Flächen an dem Werkstückzuerzeugen.
Es können außerdem auch Wendel- und Spiralnuten an der Umfangsfläche bzw. der Stirnfläche
des Werkstückes angearbeitet werden. Durch die Schrägstellung der horizontalen Drehachse
ist es bei Verwendung eines feststehenden Werkzeuges und kontinuierlich angetriebenen
Werstück auch möglich in einfacher Weise Hint#idrehungen der Stirnfläche des Werkstückes
herzustellen.
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Das herkömmliche Bearbeitungszentrum weist nur vier Freiheitsgrade
auf, nämlich die lineare Verschiebung der Werkzeug-Trägereinheit in den zwei Richtung
der Ebene (Y- und Z-Achse), die dazu senkrechte lineare Verschiebbarkeit des Werkstück-Rundtisches
(X-Achse) sowie die Drehung des Werkstück-Rundtisches um die horizontale Drehachse
(B-Achse).
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Erfindungsgemäß kommt durch die Schwenkbarkeit des Ständers um seine
vertikale Schwenkachse (A-Achse) noch ein weiterer Freiheitsgrad hinzu, der die
größere Universalität in den Bearbeitungsmöglichkeiten ergibt.
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Um die räumlichen Bewegungen von Werkstück und Werkzeug möglichst
überschaubar und insbesondere für ein numerische Steuerung möglichst einfach faßbar
zu machen, ist der Ständer exzentrisch zu seiner vertikalen Schwenkachse angeordnet
und diese schneidet die horizontale Drehachse. Um einen von der speziellen Gestalt
des jeweiligen Werkstückes unabhängigen Koordinatenpunkt für die numerische Steuerung
zu erhalten, ist die Anordnung zweckmäßigerweise so gewählt, daß der Schnittpunkt
der vertikalen Schwenkachse des-Ständers mit der horizontalen Drehachse des Rundtisches
in der Aufspannebene des Werkstückes liegt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Werkstück-Rundtisch
senkrecht zu einer zweiten Drehachse und um diese drehbar angeordnet. Die zweite
Drehachse ist ihrerseits um die horizontale Drehachse drehbar und schneidet diese.
Das aufgespannte Werkstück kann somit einerseits um diese zweite Drehachse und damit
um seine eigene Mittelachse gedreht werden und andererseits kann die zweite-Drehachse
und damit die Mittelachse des Werkstückes zusätzlich um die horizontale Drehachse
geschwenkt werden. Es ergibt sich
somit zu den o.g. fünf Achsen
der Bewegung als sechste Achse diese zweite Drehachse (C-Achse) des Werkstück-Rundtisches.
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Das Bearbeitungszentrum weist somit drei Achsen der Translation und
drei Achsen der Rotation auf.
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Die zusätzliche zweite Drehachse (C-Achse) bringt keinen weiteren
Freiheitsgrad der-Bewegung, da durch die vertikale Schwenkachse (A-Achse) des Ständers
und die hori-zontale Drehachse (B-Achse) bereits eine kardanische Aufhängung gegeben
ist, die jede räumliche Lage des Werkstückes ermöglicht. Die zusätzliche zweite
Drehachse des Werkstück-Rundtisches ergibt jedoch eine wesentlich einfachere Beschreibung
der Bewegungsabläufe und der räumlichen Anordnung von Flächen, Schlitzen, Bohrungen
und dgl., so daß die numerische Steuerung des Bearbeitungszentrums wesentlich vereinfacht
und erleichtert wird. Außerdem wird die räumliche Zuordnung des Werkstückes zum
Werkzeug für eine vorgegebene Bearbeitung erleichtert.
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Um die numerische Erfassung und Steuerung der Bewegung möglichst einfach
zu machen, schneidet die zweite Drehachse die horizontale Drehachse vorzugsweise
rechtwinklig. Außerdem verläuft vorzugsweise die vertikale Schwenkachse des Ständers
durch diesen Schnittpunkt der horizontalen Drehachse mit der zweiten Drehachse.
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Die übrigen Vorteile der bekannten Bearbeitungszentren bleiben erhalten.
Der freie Fall von Spänen und Kühlmitteln nach unten ist gewährleistet. Der Raum
unterhalb der Bearbeitungszone ist vollständig frei für eine Auffangwanne für Späne
und Kühlmittel. Die der Werkzeug-Trägereinheit gegenüberliegende
Seite
des Bearbeitungszentrums ist für die Werkstück-Beschickung frei. Auch die Ausgestaltung
der Werkzeug-Trägereinheit wahlweise mit angetriebener Werkzeugspindel oder mit
feststehendem Werkzeughalter und ein kontinuierlicher Drehantrieb für die Werkstückaufnahme
sind möglich, so daß auch eine Verwendung für Drehbearbeitungen vorgesehen werden
kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 : eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform
des Bearbeitungszentrums, Fig. 2 : eine Draufsicht auf dieses Bearbeitungszentrum,
Fig. 3 : eine Seitenansicht dieses Bearbeitungszentrums, Fig. 4 : eine Stirnansicht
einer zweiten Ausführungsform des Bearbeitungszentrums, Fig. 5 : eine Draufsicht
auf diese zweite Ausführungsform, Fig. 6 : eine Seitenansicht dieser zweiten Ausführungsform
und
Fig. 7 : schematisch die Drehachsen dieser zweiten Aufführungsform.
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In den Fig. 1 bis 3 ist eineerste Ausführungsform des Bearbeitungszentrums
dargestellt. Soweit dieses Bearbeitungszentrum von z.B. aus der DE- OS 26 53 928
bekanntem Aufbau ist, genügt nur eine kurze Besch?eibung.
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Auf einem Maschinenbett 10 sitzt als Werkzeug-Trägereinheit ein Spindelkasten
12 mit horizontaler Werkzeugspindel 14.
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Mittels eines Kreuzschlittens 16 ist der Spindelkasten in der horizontalen
Ebene einerseits in der Richtung der Werkzeugspindel 14 als Z-Achse und dazu senkrecht
als Y-Achse gesteuert angetrieben verschiebbar. Seitlich neben dem Spindelkasten
ist ein umlaufendes Werkzeugmagazin 18 angeordnet. Ein Werkzeugwechsler 20 wechselt
die Werkzeuge von dem Werkzeugmagazin 1-8 zum Spannfutter der Werkzeugspindel 14.
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Seitlich vor der Stirnfläche des Spindelkastens 12 ist ein vertikaler
Ständer 22 angeordnet. An dem Ständer 22 ist vertikal in X-Richtung gesteuert verschiebbar
ein Werkstück-Rundtisch 24 vorgesehen. Der Werkstück-Rundtisch 24 ist vertikal angeordnet
und um eine horizontale Drehachse 26 als B-Achse drehbar. Der Antrieb des Werkstück-Rundtisches
24 kann in Winkelschritten getaktet oder kontinuierlich drehend erfolgen.
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Unterhalb des Bearbeitungsraumes, der seitlich von dem Spannfutter
der Werkstückspindel 14 und dem Werkstück-Rundtisch 24 begrenzt wird, ist ein Auffangbehälter
28 für Späne und Kühlmittel vorgesehen.
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Der Ständer 22 ist um eine vertikale Schwenkachse (A-Achse) schwenkbar
gelagert. Die vertikale Schwenkachse schneidet die horizontale Drehachse 26 vorzugsweise
in der Ebene des Werkstück-Rundtisches- 24. Der Ständer 22 ist somit exzentrisch
zu dieser vertikalen Schwenkachse angeordnet.
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Die schwenkbare Lagerung dts Ständers 22 erfolgt durch einen in der
vertikalen Schwenkachse liegenden Königszapfen, der der Zentrierung dient,und durch
die axiale Last und die Kipplast aufnehmende Wälzlager 30. Der Antrieb der Schwenkbewegung
des Ständers 22 wird gesteuert über ein Spindel 32 bewirkt.
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Der Ständer 22 ist um einen Winkel von mindestens 450 schwenkbar.
Die Schwenkung des Ständers 22 um die A-Achse ermöglicht eine Variation des Schnittwinkels
der B-Achse mit der Z-Achse zwischen 900 und 450. Dies ergibt zusammen mit der Drehbarkeit
des Werkstückes um die B-Achse eine für nahezu alle Fälle ausreichende Möglichkeit
der Bearbeitung des Werkstückes an den Seiten- bzw. Umfangsflächen und der Stirnfläche.
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In den Fig. 5 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Bearbeitungszentrums
dargestellt. Soweit dieses Bearbeitungszentrum mit dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1 bis 3 übereinstimmt, sind dieselben Bezugszeichen verwendet und auf die vorangehende
Beschreibung wird verwiesen.
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Zum Unterschied von dem Au#sführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 sitzt
bei dieser zweiten Ausführungsform des Bearbeitungszentrums der Werkstück-Rundtisch
24 nicht unmittelbar auf der die B-Achse definierenden horizontalen Drehachse 26.
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Der Werkstück-Rundtisch 24 ist vielmehr um eine zweite als C-Achse
bezeichnete Drehachse drehbar und zu dieser senkrecht angeordnet. Der Werkstück-Rundtisch
24 ist in der Weise auf die horizontale Drehachse 26 aufgebaut, daß die zweite Drehachse
(C-Achse) die B-Achse rechtwinklig schneidet. Die Aufspannfläche des Werkstück-Rundtisches
24 bildet somit eine Tangential-Ebene eines zur B-Achse koaxialen Zylindermantels.
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Neben den Translationsbewegungen in den drei räumlichen Richtungen
der X-,Y- und Z-Achsen zwischen Werkstück und Werkzeug sind bei dem Bearbeitungszentrumnoch
drei Drehbewegungen des Werkstückes um die Achsen A, B und C möglich.
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Diese drei zueinander senkrecht verlaufenden Drehachsen sind zur Verdeutlichung
schematisch in Fig. 7 dargestellt.
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Wie in Fig. 7 ebenfalls verdeutlicht ist, verläuft die A-Achse, d.
h. die#vertikale Schwenkachse des Ständers 22 durch den Schnittpunkt von B-Achse
und C-Achse. Dies ergibt eine besonders einfache numerische Erfassung und Beschreibung
der Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug.
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Das Bearbeitungszentrum gemäB der in den- Fig. 4 bis 7 dargestellten
Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 neben der einfacheren
numerischen Programmierbarkeit den Vorteil, daß eine Bearbeitung des Werkstückes
an sämtlichen freiliegenden Seiten unter beliebigem Winkel möglich ist, auch wenn
der Ständer 22 nur um 450 um seine vertikale Schwenka'chse schwenkbar ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 würde dagegen cin Schwenken
des Ständers 22 um 900 notwendig sein, um in der Stirnfläche des Werkstückes eine
senkrechte Bohrung, d.h. eine Bohrung parallel zur Mittelachse zu erzeugen.
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Andererseits ist der konstruktive Aufwand der Ausführungsform der
Fig. 4 bis 7 aufgrund des um zwei Drehachsen bewegbaren Werkstück-Rundtisches größer.