DE3236356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Bearbeitungszentrum dieser Gattung ist aus der GB-PS 9 89 795 bekannt. Dieses bekannte Bearbeitungszentrum weist fünf numerisch gesteuerte Bewegungsachsen auf. Ein Werkstück-Rund­ tisch ist mit vertikaler Rotationsachse (C-Achse) in der hori­ zontalen Ebene (Y- und Z-Achse) verschiebbar. Der die Werk­ zeugspindel tragende Spindelkasten ist vertikal veschiebbar (X-Achse) und um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar, so daß die Achse der Werkzeugspindel und die Rotationsachse des Werkstück-Rundtisches gegeneinander schwenkbar sind. Durch die fünf Bewegungsachsen ist es möglich, Bohr- und Fräsbear­ beitungen nicht nur an den Seiten- bzw. Umfangsflächen des Werkstückes auszuführen, sondern auch an der Stirnfläche. Weiter können Bohrungen nicht nur senkrecht zu der der Dreh­ achse entsprechenden Mittelachse des Werkstückes, sondern auch unter beliebigem Winkel zu dieser Mittelachse ausgeführt werden. Die beliebige Winkelstellung der Drehachse des Werk­ stück-Rundtisches gegenüber der Achse der Werkzeugspindel ergibt die Möglichkeit, bei Fräsarbeiten in beliebiger räumlicher Lage Schlitze oder Flächen an dem Werkstück zu erzeugen. Es können auch Wendel- und Spiralnuten an der Umfangsfläche bzw. der Stirnfläche des Werkstückes angearbeitet werden. Die numerische Programmierung der Steuerung bestimmter Bearbeitungsvorgänge kann schwierig und damit aufwendig werden, da die Bewegungen in den fünf Achsen funktionsmäßig voneinander abhängen.

Die DE-PS 6 92 599 zeigt eine Bohr- und Fräsmaschine, bei welcher ebenfalls der Spindelkasten vertikal verfahrbar und um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar ist, so daß die Achse der Werkzeugspindel gegenüber der Werkstück­ achse gekippt werden kann.

Aus der DE-OS 26 53 928 ist ein Bearbeitungszentrum be­ kannt, bei welchem der Spindelkasten mit horizontaler Werkzeugspindel ausgebildet und in der horizontalen Ebene verfahrbar ist. Der Werkstück-Rundtisch ist um eine horizontale Drehachse drehbar und vertikal an dem Ständer verschiebbar. Diese Anordnung von Werkzeugspindel und Werkstück-Rundtisch hat den Vorteil, daß Späne- und Kühl­ mittel frei nach unten fallen können. Das Bearbeitungs­ zentrum weist jedoch nur vier Freiheitsgrade der Bewegung auf, so daß die Flexibilität bei der Bearbeitung geringer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungs­ zentrum mit größtmöglicher Universalität der Bearbeitung einfach numerisch steuerbar zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einem Bearbeitungszentrum der ein­ gangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum ist der Spin­ delkasten in an sich bekannter Weise in den zwei horizonta­ len räumlichen Achsen bewegbar, während der Werkstück-Rund­ tisch vertikal verschiebbar ist. Dadurch wird der freie Spänefall nach unten möglich. Um die Werkstückachse gegen die Achse der Werkzeugspindel beliebig verkanten zu können, ist der den Werkstück-Rundtisch tragende Ständer um eine vertikale Achse schwenkbar. Dadurch ergeben sich fünf Be­ wegungsachsen, die an sich bereits sämtliche Bearbeitungs­ vorgänge möglich machen. Der Werkstück-Rundtisch weist zwei Drehachsen auf. Die eine Drehachse ist horizontal an­ geordnet, während die zweite Drehachse die Rotationsachse des Werkstück-Rundtisches ist und um die erste horizontale Drehachse drehbar ist und diese schneidet. Das aufgespannte Werkstück kann somit einerseits um diese zweite Rotations­ achse des Werkstück-Rundtisches und damit um seine eigene Mittelachse gedreht werden und andererseits kann das Werk­ stück insgesamt und damit auch seine Mittelachse zusätz­ lich um die erste horizontale Drehachse geschwenkt werden. Es ergibt sich damit zu den oben genannten fünf Achsen der Bewegung als sechste Achse die zweite Drehachse des Werk­ stück-Rundtisches. Das Bearbeitungszentrum weist also drei Achsen der Translation und drei Achsen der Rotation auf.

Die zusätzlich zweite Drehachse (C-Achse) bringt keinen weiteren Freiheitsgrad der Bewegung, da durch die vertikale Schwenkachse (A-Achse) des Ständers und die horizontale Dreh­ achse (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 Bewegungs­ abläufe und der räumlichen Anordnung von Flächen, Schlitzen, Bohrungen und dergleichen, so daß die numerische Steuerung des Bearbeitungszentrums wesentlich vereinfacht und erleich­ tert wird. Außerdem wird die räumliche Zuordnung des Werk­ stückes zum Werkzeug für eine vorgegebene Bearbeitung erleich­ tert.

Um die numerische Erfassung und Steuerung der Bewegung mög­ lichst einfach zu machen, schneidet die zweite Drehachse die horizontale Drehachse vorzugsweise rechtwinklig. Außer­ dem verläuft vorzugsweise die vertikale Schwenkachse des Ständers durch diesen Schnittpunkt der horizontalen Dreh­ achse mit der zweiten Drehachse.

Bei einer Ausgestaltung der Werkzeug-Trägereinheit wahlwei­ se mit angetriebener Werkzeugspindel oder mit feststehendem Werkzeughalter und einem kontinuierlichen Drehantrieb für die Werkstückaufnahme sind auch Drehbearbeitungen möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnanschicht des Bearbeitungszentrums,

Fig. 2 eine Draufsicht des Bearbeitungszentrums,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Bearbeitungszentrums und

Fig. 4 schematisch die Drehachsen des Bearbeitungszen­ trums.

Soweit das in der Zeichnung dargestellte Bearbeitungszentrum von z. B. aus der DE-OS 26 53 928 bekannten Aufbau ist, ge­ nügt nur eine kurze Beschreibung.

Auf einem Maschinenbett 10 sitzt als Werkzeug-Trägereinheit ein Spindelkasten 12 mit horizontaler Werkzeugspindel 14. 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 18 zum Spannfutter der Werkzeug­ spindel 14.

Seitlich vor der Stirnfläche des Spindelkastens 12 ist ein vertikaler Ständer 22 angeordnet. An dem Ständer 22 ist ver­ tikal in X-Richtung gesteuert verschiebbar ein Werkstück- Rundtisch 24 vorgesehen. Der Werkstück-Rundtisch 24 weist eine horizontale Drehachse 26 auf, die die B-Achse definiert. Der Werkstück-Rundtisch 24 ist um eine zweite als C-Achse bezeichnete Drehachse drehbar und zu dieser senrkecht ange­ ordnet. 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. Der Antrieb des Werkstück-Rundtisches 24 kann in Winkelschritten getaktet oder kontinuierlich dre­ hend erfolgen.

Unterhalb des Bearbeitungsraumes, der seitlich von dem Spannfutter der Werkzeugspindel 14 und dem Werkstück- Rundtisch 24 begrenzt wird, ist ein Auffangbehälter 28 für Späne und Kühlmittel vorgesehen.

Der Ständer 22 ist um eine vertikale Schwenkachse (A-Achse) schwenkbar gelagert. Der Ständer 22 ist exzentrisch zu dieser vertikalen Schwenkache angeordnet. Die schwenkbare Lagerung des Ständers 22 erfolgt durch einen in der verti­ kalen Schwenkachse liegenden Königszapfen, der der Zentrie­ rung dient, und durch die axiale Last und die Kipplast aufnehmende Wälzlager. Der Antrieb der Schwenkbewegung des Ständers 22 wird gesteuert über ein Spindel 32 bewirkt.

Der Ständer 22 ist um einen Winkel von mindestens 45° schwenk­ bar. Die Schwenkung des Ständers 22 um die A-Achse ermöglicht eine Variation des Schnittwinkels der B-Achse mit der Z- Achse zwischen 90° und 45°.

Neben den Translationsbewegungen in den drei räumlichen Richtung der X-, Y- und Z-Achsen zwischen Werkstück und Werkzeug sind bei dem Bearbeitungszentrum noch drei Dreh­ bewegungen des Werkstückes um die Achsen A, B und C möglich. Diese drei zueinander senkrecht verlaufenden Drehachsen sind zur Verdeutlichung schematisch in Fig. 4 dargestellt. Wie in Fig. 4 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 er­ gibt eine besonders einfache numerische Erfassung und Be­ schreibung der Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug.

Das Bearbeitungszentrum hat neben der einfachen numerischen Programmierarbeit den Vorteil, daß eine Bearbeitung des Werkstückes an sämtlichen freiliegenden Seiten unter be­ liebigem Winkel möglich ist, auch wenn der Ständer 22 nur um 45° um seine vertiale Schwenkachse schwenkbar ist.

Claims (4)

1. Bearbeitungszentrum mit einer Werkzeugträgereinheit und einem um eine Rotationsachse (C-Achse) drehbaren Werkstück-Rundtisch, wobei die Werkzeugträgereinheit und der Werkstück-Rundtisch in drei räumlichen Achsen (X-, Y- und Z-Achse) relativ zueinander bewegbar sind und wobei die Rotationsachse (C-Achse) des Werkstück- Rundtisches und die Spindelachse der Werkzeugträger­ einheit um eine Schwenkachse (A-Achse) relativ zueinan­ der schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkzeugträgereinheit (Spindelkasten 12) in an sich bekannter Weise in zwei horizontalen räumlichen Achsen (Y- und Z-Achse) bewegbar ist,
daß der Werkstück-Rundtisch (24) in an sich bekannter Weise an einem Ständer (22) in vertikaler Richtung (X- Achse) bewegbar gelagert ist,
daß der Werkstück-Rundtisch (24) um eine horizontale, seine Rotationsachse (C-Achse) schneidende Drehachse (B-Achse) drehbar an dem Ständer (22) gelagert ist.

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ständer (22) exzentrisch zu seiner Schwenkachse (A-Achse) angeordnet ist und diese die horizontale Drehachse (B-Achse) schneidet.

3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rotationsachse (C-Achse) des Werkstück-Rundtisches (24) die horizontale Drehachse (B-Achse) rechtwinklig schneidet.

4. Bearbeitungszentrum nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Schwenkachse (A-Achse) des Ständers (22), die horizontale Drehachse (B-Achse) und die Rotationsachse (C-Achse) des Werkstück-Rund­ tisches (24) sich in einem gemeinsamen Punkt schneidet.