DE3624284A1 - Bearbeitungsmaschine (bearbeitungszentrum) - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die Bearbeitungsmaschine (das Bearbeitungszentrum) zu vervollständigen, welche Gegenstand des Patent­ antrages DE-P 35 90 093.3 vom 27.2.1985 ist und das sich auf ein Be­ arbeitungszentrum bezieht, welches aus einer auf dem Maschinenständer befindlichen kippbar und rundlaufenden Wiege besteht, sowie aus einem Tisch, der dazu bestimmt ist, das zu bearbeitende Werkstück aufzu­ nehmen, welcher Tisch drehbar auf der Wiege angebracht ist, sowie aus Bearbeitungsmitteln, die vom Maschinenständer getragen werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wiege sich um eine Kipp­ achse der Wiege bewegen kann, wobei die Drehachse des Tisches fest in geradliniger Bewegung mit Bezug auf die Wiege und daß die Bearbei­ tungsmittel Werkzeuge zum Drehen, Fräsen und/oder Bohren enthalten, die von Mitteln getragen werden, von denen einige in den drei Rich­ tungen des Raumes beweglich sind, damit besagte Werkzeuge an besagten Tisch herangeführt werden können und das bei einer großen Neigung der Wiege mit Bezug auf ihre Achse.

Vorzugsweise steht die Drehachse der Wiege horizontal und die Dreh­ achse des Tisches arbeitet in gleicher Richtung mit besagter Hori­ zontalachse, während die Drehachse der Wiege oberhalb der oberen Fläche des Tisches angeordnet ist, welcher das zu bearbeitende Werkstück auf­ nimmt.

Die Bearbeitungsmittel werden vorzugsweise von einem Schlitten abge­ stützt, der imstande ist, sich in einer Ebene längs der Drehachse der Wiege und ganz besonders parallel zu dieser Achse zu bewegen, bei­ spielsweise in Richtung einer horizontalen Verschiebung.

Der Schlitten kann auf Gleitschienen auf der oberen Fläche von zwei kräftigen, parallelen Ständern gleiten, welche ein Teil des Tisch­ gehäuses sind und die Drehachse der Wiege unterstützen.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, dieses Bearbeitungszentrum gemäß dem vorgenannten Patentantrag in einer ganz besonders verein­ fachten und universellen Art der Ausführung zu vervollständigen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, auf leichte Art die Maschine gemäß dem obengenannten Antrag herzustellen als eine außergewöhnlich starke Maschine, die die Bearbeitung von Werkstücken großer Dimensionen unter starkem Kraftaufwand und starken Reaktionen, wie sie besonders beim Drehen auftreten, vornehmen kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Bearbeitungszentrum her­ zustellen, welches, ohne Eingreifen des Menschen oder einer auto­ matischen Fördereinrichtung, die verschiedenen Vorgänge des Drehens und des Fräsens und eventuell des Bohrens, wie sie in einem Stück erfor­ derlich sein können, vornimmt und das bei höchstem Auslastungsgrad der Maschine, welche daher mit Vorzug und außerordentlich wirtschaft­ lich automatische Werkstätten, die man als flexibel bezeichnet, er­ setzen kann.

Die vorliegende Erfindung hat ein solches Bearbeitungszentrum zum Ziel, welches es ermöglicht, Bearbeitungsvorgänge und Drehvorgänge von großem Kraftaufwand durchzuführen, besonders bei großen Werk­ stücken, wobei die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, daß die kipp­ bare Wiege, die drehbar um eine horizontale Kippachse montiert ist und auf zwei kräftigen tragenden Ständern ruht, auf deren Oberflächen die Gleitschienen des Schlittens sitzen, und die um ihre Kippachse vermittels indexierter motorischer Mittel, die auf ihre Achse arbei­ ten, geschwenkt werden kann und eine Transmission besitzt, welche durch einen Achszapfen für die Drehung der Wiege durchgreift, um von einem außensitzenden Elektromotor angetrieben zu werden, der mit Bezug auf den Maschinenständer fest ist, wobei besagte Transmission die Rota­ tion der Achse oder der Antriebsspindel des Tisches oder der drehbaren Auflage für das Werkstück übernimmt.

Vorzugsweise erhält die Wiege in ihrem Inneren noch einen kleinen Motor mit einer Transmission und einer geeigneten Reduzierung, um in diesem Fall die Winkeleinstellung der Achse sicherzustellen, welche den Auflagetisch für das Werkstück bei einem Bearbeitungsvorgang trägt, bei welchem das Werkstück unbeweglich auf der Wiege bleibt, wie be­ sonders bei den Vorgängen des Fräsens und Bohrens. Positionskodierer stehen sowohl mit dem Achszapfen der Drehbewegung der Wiege als auch mit der Achse des Auflagetisches für eine ganz genaue Positionierung in Verbindung.

Gemäß einer Verbesserung kann die Maschine auf dem Schlitten eine Spin­ deleinheit aufnehmen, die imstande ist, nacheinander Fräswerkzeuge, Drehwerkzeuge oder Bohrwerkzeuge und eventuell Gewindewerkzeuge zu erfassen, wobei besagte Spindel zum Fräsen (oder Bohren) in Drehung versetzt wird und für das Drehen oder Gewindeschneiden in einer gewünsch­ ten Winkelstellung festgehalten wird.

Bei einer vorzugsweisen Herstellungsart enthält die Maschine einen automatischen Werkzeugwechsler, der es ermöglicht, auf der Spindel Fräswerkzeuge oder Drehwerkzeuge sowie eventuell Gewindeschneid­ zeuge oder Bohrwerkzeuge je nach Bedarf aufzubringen oder abzunehmen.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Maschine vorliegender Erfindung automatische Zuführmöglichkeiten enthalten kann, die es er­ möglichen, auf einen auswechselbaren Auflagetisch das zu bearbeitende Werkstück aufzulegen oder es von besagtem Auflagetisch abzunehmen, während die Maschine dabei ist, ein anderes Werkstück zu bearbeiten. Diese Mittel können vorzugsweise enthalten ein Drehkreuz, geeignet für Winkeldrehungen, beispielsweise jedesmal um 180°, wobei besagtes Drehkreuz mindestens zwei Stellen besitzt, Auflagetische aufzunehmen, wobei Mittel vorgesehen sind, um einen Auflagetisch für das Werkstück, das vom Drehkreuz dargeboten wird, zur kippbaren Wiege zu transportie­ ren, auf welcher es sich am äußeren Ende der Achse oder der Spindel des Tisches befestigt befindet, um in Drehung versetzt zu werden.

Es ist daher möglich, ein bearbeitetes Stück zu entnehmen, ein neues zu bearbeitendes Stück auf die vom Drehkreuz dargebotene Auflagetische zu legen, während ein anderes Stück gerade bearbeitet wird.

Andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung klar, die als Beispiel und nicht als Begren­ zung gedacht ist und die sich auf anliegende Zeichnung bezieht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schemaaufrißzeichnung mit Schnittzeichnung einer Maschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht dieser Maschine,

Fig. 3 einen Blick vom Ende dieser Maschine,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Antriebsmittel und der Transmission der Maschine und insbesondere der Wiege.

Zunächst sei zu den Fig. 1 bis 3 folgendes ausgeführt:

Das dargestellte Bearbeitungszentrum besteht aus einem Maschinenständer, der hauptsächlich zwei senkrechte Bauteile oder parallele Ständer 1, 2 hat, von denen jeder eine obere Gleitschiene besitzt, wobei die beiden parallelen Gleitschienen die Verschiebung eines Schlittens 3 ermöglichen, der durch eine Schnecke 4 angetrieben wird, die mit einem Schlittenantriebsmotor 5 zusammenarbeitet. Der schwenkbare Schlitten 3 ist über zwei waagerechte Achszapfen 7 bzw. auf zwei Lagerböcken angelenkt, die auf den Ständern oder parallelen senkrechten Elemen­ ten 1, 2 sitzen.

Der Schlitten 3, der auf dem Oberteil der Maschine in Richtung der Schnecke 4 verläuft, ist ein Wagen oder Bettschlitten 8, der auf einer horizontalen Gleitschiene 9 des Schlittens 3 rechtwinklig zur Schnecke und den Ständern 1 und 2 läuft, wobei die Gleitschiene nach klassischer Art durch eine Teleskophaube 10 geschützt wird und der Wagen 8 eine senkrechte Gleitschiene 11 besitzt, auf der ein Wagen 12 gleiten kann, der eine vertikale Achse 13 besitzt, die über einen kräftigen Motor (nicht dargestellt) angetrieben wird und der im Wagen 12 sitzt. Die genannte Spindel kann vermittels einer klassischen Spindelbremsung (nicht dargestellt) auch in einer Winkelstellung, die ebenfalls im Wagen 12 sitzt, festgehalten werden.

Man sieht also, daß die Spindel 13 jede Stellung im Umgebungsraum der Wiege 6 einnehmen kann.

Diese letztere besitzt eine Achse oder Drehspindel 10, welche verti­ kal ist, wenn die Wiege 6 in ihrer senkrechten Stellung gehalten wird, wie in Fig. 1 dargestellt, wobei das äußere obere Ende der Spin­ del 14 imstande ist, anstelle eines festen Tisches einen Auflagetisch oder eine Palette 15 zur Werkstückaufnahme vermittels einer Schnell­ spannung, die vorzugsweise einen Schließzylinder in der Spindel 14 hat, so wie Zylinder 16, aufzunehmen.

In der dargestellten vorzugsweisen Herstellungsart sieht man, daß der drehbare Auflagetisch 15, welcher das Werkstück trägt, sich in einer Höhe unterhalb der horizontalen geometrischen Achse der Achszap­ fen 7 befindet, um welche die Wiege 6 drehen kann.

In Höhe des Ständers 1 befindet sich eine automatische Werkzeugwechsel­ vorrichtung, die unter 17 schematisch dargestellt ist. Diese ist von klassischem Typ. Diese Vorrichtung ist imstande, ein Werkzeug aus einer drehbaren Halterung 18 zu entnehmen, dann um ihre Achse zu drehen, um das Werkzeug in die Richtung 19 zu bringen, in der es vom äußeren Ende des Werkzeugträgers 20 der Spindel 13 übernommen werden kann, um dann, durch die kombinierten Bewegungen der Teile 3, 8 und 12 in richtiger Stellung zum Ergreifen des Werkzeuges 19 bereitzustehen. Die Entnahme des Werkzeuges und der Ersatz durch ein neues Werkzeug geschehen in derselben Art. Derartige Werkzeugwechsler sind im Handel erhältlich, und sie brauchen daher nicht genauer beschrieben zu werden.

In ihrem hinteren Teil hat die Maschine einen drehbaren Achszapfen 21, der auf einer senkrechten Achse 22 montiert ist und von einem Motor 23 angetrieben wird, um jedesmal das Drehkreuz 21 um 180° zu drehen, welches zwei Stellungen besitzt, auf denen zwei Auflagetische 15 a, 15 b, die identisch sind mit Auflagetisch 15, befestigt werden können. Aus der Zeichnung ersieht man, daß der Auflagetisch 15 a in seiner äußeren Stellung in dem von der Maschine beanspruchten Raum steht, einer Stellung, zu der ein Bedienungsmann Zutritt haben kann, der ein zu bearbeitendes Stück auf Auflagetisch 15 montieren oder ein bereits bearbeitetes Stück abbauen und von diesem Auflagetisch ent­ nehmen will. Es wäre gleichfalls möglich, das Werkstück auf einem ent­ fernteren Auflagetisch vorzubereiten und jedesmal auf dem Drehkreuz das bereits auf dem Auflagetisch befestigte Werkstück anzubringen, und das bereits bearbeitete Werkstück mit seinem Auflagetisch zu ent­ nehmen. Die Drehung des Drehkreuzes bringt den Aufnahmetisch 15 a in die Stellung des Aufnahmetisches 15 b, wobei dieser letztere sich wiederum in der Stellung des Aufnahmetisches 15 a befindet. Der Aufnahmetisch kann dann überführt werden, um den Platz von Aufnahmetisch 15 oben am Kopf der Drehspindel 14 einzunehmen. Es ist so, daß, während ein Werkstück auf dem Aufnahmetisch 15 b bearbeitet wird, kein Aufnahmetisch 15 auf dem Drehkreuz 21 bereitsteht und nur der Aufnahmetisch 15 a außer­ halb ist. Der Bedienungsmann befestigt ein zu bearbeitendes Werkstück auf dem Auflagetisch 15 a, und, wenn die Bearbeitung des Stückes auf dem Auflagetisch beendet ist, wird dieser in die Stellung 15 b überführt, das Drehkreuz wird gedreht und das Werkstück, welches bearbeitet wurde, wird entnommen. Die Überführung geschieht durch einen Teleskoparm und einen nicht dargestellten Zylinder.

Und nun speziell zur Fig. 4 der Zeichnung. In dieser Fig. 4 sieht man, daß die Wiege 6, die schematisch gesehen etwa U-Form besitzt, über die Achszapfen 7, die an den oberen Enden der Arme des U′s sitzen, gedreht werden kann. Der Achszapfen 7 links, der den Lagerbock durch­ greift, welcher durch den Ständer 2 gebildet wird, hat auf der anderen Seite besagten Ständers 2 eine Verzahnung 24, die von einer Transmission 25 angetrieben werden kann, die aus verschiedenen Ritzeln gebildet wird und die selbst von einem Achsmotor 26 der Wiege 6 ihren Antrieb erhält. Der andere Achszapfen 7, der den Lagerbock, welcher vom Ständer 1 getragen wird, kreuzt treibt den drehbaren Teil eines Kodierers von 360 000 Punkten an, wie dies schematisch mit 27 dargestellt ist.

Der Achszapfen 7 auf der Seite des Ständers 2 wird außerdem von einer Achse 28 gekreuzt, die in einem Lagerbock oder einem inneren Wälzlager des Achszapfens 7 montiert ist und welche, am äußeren Ende, eine Schei­ be 29 trägt, die von einem Antriebsriemen 30 umgeben wird, der mit der Scheibe 31 eines Antriebsmotors 32 zusammenarbeitet, der dazu be­ stimmt ist, die Rotation der Spindel 14 und damit des Werkstückes für das Drehen zu veranlassen.

Im Inneren der Wiege 6 endet die Achse 28 in einer Scheibe 33, die, über einen Riemen 34 und eine Scheibe 35, eine Welle 36 im Inneren der Wiege antreibt, welches direkt im Eingriff steht und auf 45° vor­ gelegt ist mit einem weiteren Ritzel 38, das am unteren Ende der Spin­ del 14 sitzt. Das untere Ende der Spindel treibt auch noch über eine geeignete Kupplung einen Kodierer von 260 000 Punkten an. Man versteht daher, daß der Motor 32 über diese Transmission die Rotation der Spindel 14 zum Drehen erzeugt, wobei der Motor 32, der ein Motor extrem hoher Kraft ist und sich auf der Außenseite der Wiege 6 befindet, ohne daß die Transmission Auswirkungen auf die Wiege selbst hat.

Für die Arbeitsgänge, bei denen die Spindel 14 und damit der Auflage­ tisch 15 und das Werkstück, welches er trägt, sich in einer festen gegebenen Winkelstellung befindet, beispielsweise zum Fräsen oder Boh­ ren, besitzt die Wiege in ihrem Inneren einen kleinen Motor 40, der durch ein Untersetzungsritzel, wie unter 41 dargestellt, in eine Spindel­ krone 42 eingreift. Diese ist frei rotierbar um die Spindel 14 unter Zwischenschaltung eines geeigneten Wälzlagers. Es ist ferner eine vor­ dere Zahnkupplung 43 vorgesehen, die, falls gewünscht, die Spindel 14 feststellt über ein Ritzel 44 mit dem Ritzel 42, wobei das Ritzel 44 bei der Rotation verkeilt ist, aber frei hinsichtlich einer gerad­ linigen Bewegung auf der Spindel 14.

In der Stellung des Drehens wird die Kupplung entkuppelt, so daß die Spindel mit großer Geschwindigkeit unter Antrieb durch Motor 32 drehen kann. In dieser Stellung ist sie völlig frei vom Motor 40. Umgekehrt, wenn der Motor 32 angehalten wird und man die Drehspindel 14 in einer bestimmten Winkelstellung einsetzen will, wird die Kupplung hergestellt und der Motor 40 kann dann die Spindel 14 in Rotation versetzen bis zu der erwünschten Stellung in Funktion der vom Kodierer 39 gelieferten Daten. Ein Zylinder 45 sorgt für An- und Auskuppeln.

Die Funktion des Gerätes ist folgende:

Wenn das Werkstück in richtiger Stellung auf der Palette des Werkstück­ trägers 15 sitzt, werden der Schlitten und die Wagen unter der Ein­ wirkung der numerischen Steuerung eines handelsüblichen Computers verfahren, damit der Kopf der Spindel oder der Drehspindel eines Dreh­ werkzeuges, das vom Werkzeugausgeber 17 dargeboten wird, erfaßt werden kann. Wenn das Drehwerkzeug von der Aufnahmespindel 20 erfaßt wurde, werden die Wagen so weit verfahren, bis das Werkzeug sich in der rich­ tigen Stellung gegenüber dem Werkstück befindet, wobei die Wiege im vorliegenden Fall in eine durch die numerische Steuerung festgelegte Winkelstellung gedreht worden ist. Dann wird der Motor 32 eingeschaltet und das Drehen beginnt, wobei die Spindel unbeweglich bleibt und die Wagen sich gemäß dem zu drehenden Profil verschieben, und das immer unter der Wirkung der numerischen Steuerung. Am Ende des Drehvorganges wird der Motor 32 angehalten. Wenn noch mehr Drehvorgänge erfor­ derlich sind, wird der notwendige Werkzeugwechsel vorgenommen und das Drehen wird fortgesetzt.

Am Ende der Drehvorgänge wird die Spindel 13 durch die Wagen in die Nähe des Werkzeugausgebers 19 verfahren und nach automatischer Entnahme des Drehwerkzeuges wird ein geeignetes Fräswerkzeug vom Ende 20 der Spindel 14 aufgenommen. Die Wiege 6 wird um die Achszapfen 7 in die erforderliche Winkelstellung gekippt, wobei der Motor 26 mit dem Kodierer 27 zusammenarbeitet und das Ganze vermittels der Anlage für numerische Steuerung gelenkt wird. Im übrigen erzeugen diese Mittel der numerischen Steuerung die Bereitstellung zum Kuppeln der Kupplung 43 und die Drehung des Motors 40, bis die erwünschte Winkelstellung der Spindel 14 erreicht ist. Während dieser Zeit führen die Teile 3, 8 und 12 die Spindel 13 in die erwünschte Ausgangsstellung zum Fräsen zurück. Dann kann das Fräsen beginnen und wird durchgeführt unter Wirkung der nume­ rischen Steuerung. Wenn mehrere Fräsvorgänge durchzuführen sind, werden einige oder die Gesamtheit der vorgenannten Phasen wiederholt. Dieselben Phasen können für das Bohren eingesetzt werden.

Wenn das Werkstück vollkommen bearbeitet ist, wird der Auflagetisch 15 mit dem Werkstück zum Drehkreuz überführt, wobei bei Drehung des Drehkreuzes und der Überführung im gegenläufigen Sinne ein Auflagetisch mit einem zu bearbeitenden neuen Rohteil herangeführt wird.

Selbstverständlich werden die verschiedenen Bewegungen der unterschied­ lichen beweglichen Teile der Maschine gemäß dieser Erfindung durch numerische Steuerung gelenkt, die durch einen Computer gemäß eines angemessenen Programms, das jedesmal dem zu bearbeitenden Stück angepaßt wird, bewirkt wird.

Claims (9)

1. Bearbeitungsmaschine, bestehend aus einer Wiege, die in der Rotationsbewegung auf einem Maschinenständer kippen kann, einem Tisch oder Auflagetisch, der dazu bestimmt ist, das zu bearbeitende Stück aufzunehmen und der drehbar auf der Wiege montiert ist und der Drehachse des Tisches, die in Translation mit Bezug auf die Wiege fest ist, Arbeitsmitteln, welche Drehwerkzeuge, Fräswerkzeuge und/oder Bohrwerkzeuge umfassen, von denen mindestens einige in den drei Richtungen des Raumes beweglich sind, damit besagte Werk­ zeuge besagtem Tisch angenähert werden können selbst bei einer großen Neigung der Wiege mit Bezug auf deren Achse, dadurch gekennzeichnet, daß die kippbare Wiege (6), die drehbar um ihre horizontale Kipp­ achse gelagert ist, auf zwei kräftigen Ständern (1, 2) des Ma­ schinenständers, welcher Gleitschienen für einen Schlitten (3) trägt, ruht, und welche um ihre Kippachse durch indexierte motorische Mittel (26), die auf ihre Achse wirken, gekippt werden kann und eine Transmission besitzt, die durch einen Achszapfen zur Drehung der Wiege durchgreift, um von einem außen angeordneten festen Motor (32) angetrieben werden zu können, wobei besagte Transmis­ sion die Drehung der Achse oder der Antriebsspindel des Tisches oder des Auflagetisches (15) zur Aufnahme des Werkstückes übernimmt.

2. Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmis­ sion im Achszapfen eine zu ihm parallel verlaufende Achse (28) be­ sitzt, welche an ihren beiden äußeren Enden je eine Scheibe trägt, von denen die eine mit einem Treibriemen (30) zusammenwirkt, der von einem Motor (32) antreibbar ist und die andere mit einem weiteren Riemen (34) zusammenarbeitet, über den eine Achse (36) antreibbar ist, wobei diese in der Wiege angeordnet ist und die nach Umkehr des Drehwinkels der Achse (14) des Auflagetisches zur Werkzeugauf­ nahme antreibt.

3. Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Wiege ein Winkelpositionsmotor der Antriebsachse (14) für den Auflagetisch zur Werkstückaufnahme (15) angeordnet ist, wobei der Motor (40) über eine Kupplung (43) mit der Achse (14) in Verbindung steht.

4. Maschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (40) über ein Transmissionsmittel (41) eine Spindelkrone (42) antreibt, welche frei drehbar um die Achse (14) des Auflagetisches für das Werkstück (15) montiert ist, wobei die Spindelkrone Kupplungsmittel (43) besitzt, welche mit einer Spindelkrone (44) zusammenarbeiten, welche winklig auf besagter Achse (14) verkeilt ist und die zum Ein- und Auskuppeln axial verschiebbar ist.

5. Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maschine einen automatischen Werkzeugwechsler (11) besitzt, welcher es ermöglicht, je nach Notwendigkeit Fräs- oder Drehwerkzeuge sowie eventuell Bohr- oder Gewindeschneidwerk­ zeuge auf die Spindel aufzubringen oder sie von dieser zu entnehmen.

6. Maschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der automati­ sche Werkzeugwechsler (11) in Höhe eines senkrechten Ständers (1) des Maschinenständers angeordnet ist.

7. Maschine gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine automatische Mittel zur Zuführung (21) aufweist, die es ermöglichen, auf einem auswechselbaren Auflage­ tisch (15) das zu bearbeitende Stück aufzubringen oder es vom Auf­ lagetisch zu entnehmen, während die Maschine ein anderes Werkstück bearbeitet.

8. Maschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur automatischen Zuführung ein Drehkreuz umfassen.

9. Maschine gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagetisch für das Werkstück (15) bei senkrechter Stellung der Wiege unterhalb der Drehachse der Wiege liegt.