DE3590093C2 - Bearbeitungsmaschine zum Fräsen, Drehen und/oder Bohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine, beste­ hend aus einem Maschinenrahmen, einer auf dem Rahmen um eine waagerechte Achse schwenkbaren Wiege, einem zur Auf­ nahme des zu bearbeitenden Werkstücks bestimmten und auf der Wiege um eine zur Schwenkachse der Wiege rechtwinklig verlaufende Achse rotierbar angeordneten Tisch, einem auf dem Rahmen horizontal und zur Schwenkachse der Wiege rechtwinklig verfahrbaren Hauptschlitten und aus einem Fräskopf, der mit dem Hauptschlitten verfahrbar angeord­ net ist und in bezug dazu senkrecht bewegbar ist.

Die Maschinen, die imstande sind, Bearbeitungsvorgänge un­ terschiedlicher Art durchzuführen, sind derzeit nur Werk­ zeugmaschinen eines bestimmten Typs, denen man zusätzli­ che Elemente beigegeben hat. Diese Maschinen sind kompli­ ziert und haben nur sehr begrenzte Anwendungsgebiete. Es ist daher nötig, zur Bearbeitung eines Werkstücks mit un­ terschiedlichen Bearbeitungsvorgängen wie Drehen, Fräsen oder Bohren mehrere Maschinen dafür vorzusehen. Das zu bearbeitende Werkstück muß von einer Maschine zur anderen transportiert werden mit all den Problemen des innerbe­ trieblichen Transports und der Einstellungen, die dafür nötig sind. Der Übergang des Werkstücks von einer Maschi­ ne zur anderen ist häufig lang und teuer, ganz besonders wenn das Stück umfangreich ist. Die Gesamtheit dieser Schwierigkeiten äußert sich in der Notwendigkeit, mehre­ re Maschinen verschiedener Art mit folgenden Nachteilen zu haben:
Inanspruchnahme großer Flächen, eine große Zahl von Bedienungspersonal, hohe Investitionskosten, be­ trächtlicher Zeitaufwand für innerbetrieblichen Transport der Werkstücke von einer Maschine zur an­ deren, hohe Einrichtzeiten für jede Maschine und da­ her hohe Verkaufspreise der Werkstücke.

Die Druckschrift DE 25 28 677 A1 offenbart eine Werkzeug­ maschine, die einen Rahmen und als Bestandteil einer Lü­ nette eine Schwenkwiege umfaßt, die in bezug auf den Rah­ men um eine waagerecht angeordnete Achse schwenken kann. Außerdem ist ein Tisch offenbart, der dazu bestimmt ist, das zu bearbeitende Werkstück aufzunehmen und der auf der Wiege um eine Achse drehbar angeordnet ist, die recht­ winklig zur Schwenkachse der Wiege verläuft. Außerdem ist ein Schlitten offenbart, der in bezug auf den Rahmen ver­ schiebbar ist, und zwar in Form einer Verfahrbewegung entlang einer waagerechten Achse, die im Hinblick auf die Schwenkachse der Wiege rechtwinklig verläuft. Außerdem weist die offenbarte Werkzeugmaschine einen Fräskopf auf, der auf dem Schlitten derart angeordnet ist, daß er in bezug auf die waagerechte Verschiebeachse senkrecht ver­ fahren werden kann. Damit Fräsarbeiten auf dieser vorbe­ kannten Werkzeugmaschine durchgeführt werden können, ist es notwendig, daß die Position des Fräskopfes in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück nicht nur horizontal in einer Richtung, die in bezug auf die Schwenkachse der Wiege rechtwinklig verläuft, und auch vertikal in einer Rich­ tung, die parallel zur Achse der Frässpindel verläuft, eingestellt werden kann, sondern daß der Fräskopf auch noch horizontal in einer solchen Richtung eingestellt werden kann, die parallel zur Schwenkachse verläuft. Bei der vorbekannten Werkzeug­ maschine beruht die letztgenannte, waagerechte Einstel­ lung der Position des Fräskopfes auf dem Umstand, daß der Drehtisch durch einen zwischenliegenden Tisch getragen wird, der im Hinblick auf die Durchführung von Verfahrbe­ wegungen jeweils Beweglichkeit in bezug auf eine Konsole aufweist, die fest mit der Wiege verbunden ist, die ih­ rerseits in der Lünette des Maschinenrahmens gelagert
ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Drehachse des Drehtisches versetzt angeordnet ist.

Der Gegenstand der FR-PS 2 407 040 be­ trifft ausschließlich eine Drehbank, bei der das Werkzeug lediglich in einer feststehenden vertikalen Ebene bewegt werden kann, während die Drehachse des Drehtisches durch einen Punkt verläuft, der in bezug auf den Rahmen fest­ liegt. In diesem Fall ergibt sich ein geringer Freiheits­ grad, und zwar hinsichtlich der Position des Werkzeuges in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück.

Diese Werkzeugmaschinen ermöglichen jedoch nicht die Aus­ führung verschiedenartiger Bearbeitungsvorgänge, insbe­ sondere reicht ihre Steifigkeit bei weitem nicht aus, um die kumulierten Verformungen von Lünette, Wiege und Ver­ schiebemitteln aufzunehmen, so daß diese Maschinen nur für solche Arbeiten einsetzbar sind, bei denen geringe Zerspannungskräfte ausreichen. Insbesondere ist es nicht möglich, mit hoher Motorleistung zu drehen.

Diese Nachteile werden auch nicht durch den Werkstückträ­ ger gemäß der US 3 700 228 behoben, der einen drehbar um eine Achse gelagerten Drehtisch auf einer schwenkbaren Wiege besitzt. Dieser Werkstückträger ist dazu bestimmt, auf dem Werkstücktisch einer klassischen Werkzeugmaschine befestigt zu werden und ermöglicht keine verschiedenarti­ gen Bearbeitungsvorgänge.

Aus der ferner vorbekannten CH 623 256 A5 ist eine Ma­ schine zum Entgraten von Gußteilen zu entnehmen, die eine Wiege umfaßt, die in Drehrichtung auf einem Rahmen um ei­ ne waagerechte Achse schwenken kann. Ein Tisch ist dazu bestimmt, das zu bearbeitende Werkstück aufzunehmen und sich auf der Wiege frei um eine Achse zu drehen, die rechtwinklig zur Schwenkachse der Wiege läuft. Außerdem offenbart diese Entgegenhaltung einen Fräskopf. Dabei kann die Wiege nur drei bestimmte Winkelstellungen ein­ nehmen. Der Fräskopf wird durch ein Gehäuse getragen, das um eine Achse auf dem Rahmen geschwenkt werden kann. Die­ ser Fräskopf kann in Längsrichtung auf Schienen verscho­ ben werden. Abgesehen davon, daß diese Maschine nicht zur Durchführung von Dreharbeiten geeignet ist, genügt diese Maschine auch nicht den Anforderungen hinsichtlich der Steifigkeit, insbesondere zum Einsatz von Motoren mit ho­ her Leistung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der eingangs genannten DE 25 28 677 A1, eine kompakte Bearbeitungsma­ schine zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden sind und mit der Bearbeitungsvorgänge verschie­ dener Art vorgenommen werden können, wie das Vertikal- Horizontal- oder sonstwie gerichtete Fräsen, Bohren, Ver­ tikal- und Horizontaldrehen und dieses mit großer Lei­ stung, wobei eine unterschiedliche Verwirklichung für die waagerechte Einstellung der Position des Fräskopfes in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück erreichbar ist, und zwar in jener Richtung, die parallel zur Schwenkachse der Wiege verläuft.

Dies wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 er­ zielt. Auf diese Weise werden nun der Fräskopf und das zu bearbeitende Werkstück durch Hilfsmittel getragen, die so gut wie keine Verformungen zeigen und sich nicht in einer versetzten Position befinden. Dadurch ist es möglich, die Maschine für Werkstücke einzusetzen, die mit hoher Lei­ stung bearbeitet werden müssen. Darüber hinaus ist es möglich, die Maschine auch für Dreh- und Bohrvorgänge einzusetzen, so daß eine universale Verwendbarkeit der Be­ arbeitungsmaschine gegeben ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen­ standes sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die Bearbeitungsmaschine ist in einem Ausführungsbeispiel auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der Bear­ beitungsmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt der in Fig. 1 darge­ stellten Maschine und

Fig. 3 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestell­ ten Maschine.

Die dargestellte Bearbeitungsmaschine besteht aus einer horizontalen Fußplatte 1, von der zwei vertikale Ständer 2 in Form von festen Platten nach oben gehen, welche in ihren hinteren Ausläufern durch untere Verstärkungsrippen 3 und obere Verstärkungsrippen 4 miteinander verbunden sind. Die Ständer 2 haben zwei waagerechte Zapfen 5, wel­ che eine Achse bilden, um welche eine Wiege 6 von plan­ paralleler Form schwingt. Die Wiege 6 besteht aus zwei seitlichen Armen 6a, welche die Zapfen aufnehmen, einer oberen Wand 6b, die sich zwischen den beiden Armen 6a er­ streckt und aus inneren Auflageflächen 6c, die eine Achse 7 aufnehmen, welche zum rotierenden Antrieb eines Drehti­ sches 8 dient, der auf der oberen Wand 6b der Wiege ge­ führt wird und zur Befestigung des zu bearbeitenden Werkstückes dient.

Wie man in der dargestellten Stellung der Abb. 1 und 2 sieht, steht bei vertikaler Stellung der Wiege 6 der Tisch 8 in horizontaler Stellung und kann durch die Achse 7, die vertikal liegt, in Rotation versetzt werden. Die Achse 7 wird über einen Riementrieb 9 bewegt, welcher seinen Antrieb über ein Motor-Reduktionsgetriebe 10 er­ hält. Im übrigen sieht man, daß die Achse 7 mit der Schwenkachse um die Achszapfen 5 zusammenwirkt, wobei letztgenannte Achse oberhalb und in einer gewissen Ent­ fernung von der Oberfläche von Tisch 8 verläuft.

Die Winkelstellung der Wiegen um ihre Horizontalachse wird von einem Motor 11 bestimmt und gesteuert, der einen der Achszapfen 5 beaufschlagt, auf dem die Wiege schwenkbar gelagert ist. Der Schwenkbereich soll beispielsweise 90° ab der in der Zeichnung angegebenen Stellung im Uhrzei­ gersinne und 100° im entgegengesetzten Uhrzeigersinn, wie gestrichelt dargestellt, betragen.

Die oberen Kanten der beiden Ständer 2 sind als Gleit­ schienen 12 prismatischer Form ausgebildet. Auf diesen Gleitschienen kann in Längsrichtung, d. h. in horizontaler Richtung und rechtwinklig zur Achse 5 ein Hauptschlitten 13 gleiten, beispielsweise mittels Antrieb einer kugelgelagerten Schnecke 14, welche durch den formschlüs­ sig am Ständer angebrachten Motor 15 angetrieben wird. Dieser Hauptschlitten 13 hat auf seiner hinteren Fläche eine Gleitschiene 16, auf der horizontal und parallel zur Achse 5 ein Bettschlitten 18 gleiten kann, der über eine kugelgelagerte Schnecke 19 von einem Motor 20, der auf dem Hauptschlitten 13 sitzt, angetrieben wird. Der Bett­ schlitten selbst hat vertikale Gleitschienen 21, auf de­ nen in vertikaler Richtung ein Fräskopf 22 gleitet, der über eine kugelgelagerte Schnecke 23 durch einen Motor 24, welcher auf dem Bettschlitten 18 sitzt, angetrieben wird. Der Fräskopf 22 trägt eine Pinole mit vertikaler Achse 25, die das Fräswerkzeug 26 aufnimmt, wobei die Pi­ nole 25 über einen Riemenantrieb 27 durch einen Motor 28 angetrieben wird. Es ist klar, daß durch entsprechende Einschaltung der Motoren 15, 20 und 24 das Fräswerkzeug an das von dem Tisch 8 getragene Werkstück heranführbar ist. Dies ist bei allen Drehbewegungen des Tisches 8 um seine Achse 7 und der Schwenkbewegung der Wiege 6 um de­ ren Achszapfen 5 möglich.

In seinem mittleren Teil weist der Hauptschlitten 13, auf vertikalen Gleitschienen laufend, einen gleitenden Trom­ melgehäuseständer 29 auf. Dieser Ständer ist vertikal längs einer Achse im gleichen Abstand zu den zwei Stän­ dern 2 über einen Zahnstangenantrieb 30 und ein Rad 31 verfahrbar, wobei die Zahnstange von einem Motor 32 ange­ trieben wird, der auf dem Hauptschlitten 13 sitzt. Der Trommelgehäuseträger 29 hat eine Vertikalachse 33, die in derselben Ebene in gleichem Abstand zu den zwei Ständern 2 verläuft und trägt an seinem unteren Ende ein Trommel­ gehäuse 34, welches Werkzeuge aufnimmt, wie z. B. Dreh­ bankwerkzeuge 35 und Bohrwerkzeuge 36. Diese können durch das Trommelgehäuse zugeführt werden und ermöglichen, bei Zustellung des Trommelgehäuses 34 an die Wiege, die ge­ wünschten Bearbeitungsvorgänge vorzunehmen.

Wenn man ein Werkstück bearbeiten will, befestigt man es mit den üblichen Mitteln auf dem Tisch 8 und dreht dann, falls notwendig, den Tisch 8 um einen bestimmten Winkel um seine Achse 7. Falls nötig, dreht man um einen Winkel, der gleich ist demjenigen der Wiege 6, um ihre Achse 5. Man kann auf diese Art das Werkstück in jede beliebige geometrische Stellung fahren. Es genügt dann, den Fräs­ kopf 22 mit seinem Werkzeug 26 in die entsprechende Stel­ lung zu bringen, um das Fräsen ausführen zu können. Zum Drehen läßt man den Tisch 8 mit der erforderlichen Ge­ schwindigkeit um seine Achse 7 rotieren, nachdem man die Neigung der Wiege eingestellt hat, wozu man sie bei­ spielsweise in horizontale Stellung bringt anstelle der vertikalen Position, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Zum Bohren läßt man dank des Werkzeuges 36 die Wiege vertikal und läßt den Tisch 8 drehen, der im übrigen ho­ rizontal bleibt.

Die Steuerung der verschiedenen Motoren, die sowohl die Positionierung als auch die Ausführung der Bearbeitung veranlassen, kann nach klassischer Art geschehen, bei­ spielsweise von Hand. Es geht aber aus der Beschreibung hervor, daß die Maschine gemäß dieser Erfindung besonders gut für eine numerische Steuerung geeignet ist.

Die Herstellung von Konen ist möglich, indem man das Werkzeug oberhalb des Werkzeugträgertisches in Drehung absenkt und den Tisch um den Wert der Steigung des Konus mit Bezug auf die Vertikale neigt. Dasselbe gilt für die Ausführung konischer Gewinde.

Auf diese Art wurde eine Universalmaschine hergestellt, bei welcher, dank der Konzeption dieser Erfindung, kein Teil überhängt. Daraus geht hervor, daß alle Flächen des Werkstücks gefräst, gedreht oder gebohrt werden können, ohne daß die Gefahr der Vibration auftritt und ohne die Werkstücke abbauen zu müssen und, im Falle numerischer Steuerung, ohne menschlichen Eingriff beim Ablauf der verschiedenen Bearbeitungsvorgänge.

Claims (5)

1. Bearbeitungsmaschine, bestehend aus einem Maschinen­ rahmen, einer in dem Rahmen um eine waagerechte Ach­ se schwenkbar gelagerten Wiege, einem zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks bestimmten und auf der Wiege um eine zur Schwenkachse der Wiege recht­ winklig verlaufenden Achse rotierbar angeordneten Tisch, einem auf dem Rahmen horizontal und zur Schwenkachse der Wiege rechtwinklig verfahrbaren Hauptschlitten und aus einem Fräskopf, der mit dem Hauptschlitten verfahrbar angeordnet ist und in be­ zug dazu senkrecht bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wiege (6) im Maschinenrahmen (1 bis 4) über zwi­ schenliegende Zapfen (5) gelagert ist und der Dreh­ tisch (8) an der Wiege (6) über eine Welle (7) gela­ gert ist, deren Achsmitte zumindest annähernd mit der Achsmitte der Zapfen (5) eine Ebene bildet,
daß der Fräskopf (22) an einem querbeweglichen, in horizontaler Richtung parallel zur Schwenkachse der Wiege (6) verschiebbaren Bettschlitten (18) gehal­ tert ist, der seinerseits an dem längsbeweglichen Hauptschlitten (13) angeordnet ist, und
daß der Hauptschlitten (13) ein Trommelgehäuse (29) für Dreh- und/oder Bohrwerkzeuge (35, 36) aufweist.

2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hauptschlitten (13) auf Gleit­ schienen (12) gleitet, die im oberen Teil von zwei parallelen Ständern (2) angeordnet sind, wobei die Ständer (2) Teile des Rahmens (1, 2, 3, 4) bilden und die Zapfen (5) lagern.

3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschlitten (13) eine querverlaufende Gleitschiene (16) aufweist, auf wel­ cher der Bettschlitten (18) gleitend geführt ist.

4. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1, 2, 3, 4) aus einer Fußplatte (1) und den zwei Ständern (2) in Form von Wänden mit rückwärtigen Verstärkungsrippen (3, 4) besteht.

5. Bearbeitungsmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (11) für die Schwenkbewegung der Wiege (6) vorgese­ hen ist, der an einem der Ständer (2) angeordnet ist, daß ein Motor (10) zur Rotation des Drehtisches (8) an der Wiege (6) gehaltert ist, daß ein Motor (15) zur Verschiebung des Hauptschlittens (13) mit­ tels einer Schnecke (14) am Maschinenrahmen angeord­ net ist, daß Verschiebemotoren (20, 32) zur Bewegung des Bettschlittens (18) und des Trommelgehäuses (29) am Hauptschlitten (13) angeordnet sind und daß ein Verschiebemotor (24) zur Zustellung des Fräskopfes (22) am Bettschlitten (18) gehaltert ist.