DE3803219A1 - Numerisch gesteuerte bearbeitungsmaschine mit zwei werkstueckspindeleinheiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine für die beidseitige, automatische Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken mit zwei Werkstückspindeleinheiten, die an aufeinander zugewandten Seiten Werkstückspannmittel aufweisen, wobei beide Spindeleinheiten auf Führungsbahnen verschieblich gelagert sind und jeder Spindeleinheit ein Werkzeugträgerschlitten mit mehreren Werkzeugen zugeordnet ist.

In zunehmendem Maße besteht der Wunsch, ein rotationssymmetrisches Werkstück auf einer einzigen Bearbeitungsmaschine komplett spanend zu bearbeiten. Unter kompletter Bearbeitung wird dabei einmal die beidseitige Bearbeitung des rotationssymmetrischen Werkstücks ohne Eingriff von außen verstanden, aber auch, daß verschiedene Bearbeitungsverfahren zum Einsatz kommen. Als spanende Bearbeitungsverfahren kommen dabei vor allem das Drehen, Bohren und Fräsen in Betracht.

Eine derartige Maschine ist im Prospekt "Multiplex 620" der Firma Yamazaki Mazak Corporation dargestellt. Die zwei koaxial angeordneten Werkstückspindeln können in Spindelachsrichtung verschoben werden. Ein in einer der Werkstückspindeln einseitig bearbeitetes Werkstück wird durch die Axialbewegung der Werkstückspindeln der anderen Werkstückspindel übergeben und dort an der zweiten Seite bearbeitet. Jeder Werkstückspindel ist ein Werkzeugrevolver mit spindelachsparalleler Schaltachse zugeordnet. Die Werkzeugrevolver können radial zur Spindelachse in einer Richtung verschoben werden. Zur Bearbeitung der Werkstücke müssen die Werkzeugrevolver mit ihren Werkzeugaufnahmescheiben zwischen die in den Werkstückspindeln gehaltenen Werkstücke tauchen.

Die Werkstückspindeln müssen für die Bearbeitung daher einen solchen Abstand haben, daß die zwei längsten Werkzeuge und die längsten zu bearbeitenden Werkstücke zwischen ihnen Platz finden ohne zu kollidieren. Dieser Abstand muß bei der Übergabe des vorbearbeiteten Werkstücks an die gegenüberliegende Spindel überbrückt werden, was relativ lange dauert. Die Anordnung beschränkt auch die Bearbeitungsmöglichkeiten, da nur begrenzte Werkzeuglängen untergebracht werden können. Trotz dieser Einschränkungen baut die Maschine sehr lang im Vergleich zur Größe des nutzbaren Arbeitsraums. Mit angetriebenen Werkzeugen sind sowohl mittige Quer- als auch Längsbohrungen möglich.

Eine weitere Ausführung einer Maschine für Komplettbearbeitung ist aus DE-GM 87 13 204.4 bekannt. Die Drehmaschine weist eine ortsfeste Werkstückspindel und eine koaxial verschiebliche Gegenspindel auf. Die von den Werkstückspindeln gehaltenen Werkstücke können von zwei auf Kreuzschlitten befestigten Werkzeugrevolvern bearbeitet werden. Die Schaltachse des einen Werkzeugrevolvers steht senkrecht zur Spindel, während die Schaltachse des anderen Revolvers parallel zur Spindel angeordnet ist. Dies bringt, neben der Freizügigkeit der Bearbeitung, Vorteile für die Nutzung und den Einsatz der Werkzeuge, bedingt jedoch lange Verfahrwege der verschieblichen Werkstückspindel bei der Übergabe des Werkstücks. Es sind außerdem fünf gesteuerte Vorschubachsen erforderlich. Mit angetriebenen Werkzeugen können sowohl Längs- wie Querbohrungen in die Werkstücke eingebracht werden. Fräsarbeiten sind nur beschränkt möglich, da die Einfräsung am Werkstück vom verwendeten Fräserdurchmesser abhängt.

Eine weitere Bearbeitungsmaschine für die beidseitige Drehbearbeitung von Werkstücken ist aus DE-OS 33 37 198 bekannt. Die Bearbeitungsmaschine ist konzipiert für den Einsatz in Fertigungsstraßen. Es sind mehrere Werkstückspindeleinheiten vorgesehen, von denen die jeweils erste zur Bearbeitung der ersten Seite und die jeweils zweite zur Bearbeitung der zweiten Seite mit einander zugewandten Werkstückhaltern eingerichtet sind. Jede Werkstückspindeleinheit verfährt in zwei zueinander senkrechten, horizontalen Richtungen, so daß das Werkstück ohne Handhabungssystem durch die ganze Anlage geschleust wird.

Über die Anordnung der Werkzeugträger und deren Art ist nichts ausgesagt. Sie müssen jedoch numerisch gesteuert werden, wobei ein Werkzeugträger gleichzeitig auf zwei Werkstückspindeln einwirkt. Zur Realisierung dieser Anlage sind daher eine Vielzahl von Vorschubachsen erforderlich, obwohl die Anlage jeweils nur für ein bestimmtes Werkstück ausgelegt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einer kompakten, platzsparenden Bearbeitungsmaschine beliebige, rotationssymmetrische Werkstücke komplett spanend zu bearbeiten.

Die Aufgabe wird durch den 1. Anspruch gelöst.

Der Abstand der beiden Werkstückspindeleinheiten wird durch das längste zu spannende Werkstück bestimmt, da die koaxiale Spindellage nur während der Werkstückübergabe bestehen muß. Zur Bearbeitung der Werkstücke führt der eine Spindelkasten eine Querbewegung aus und gibt somit den Arbeitsraum für die Werkzeuge an dem anderen Spindelkasten frei. Die Bewegung des Spindelkastens wird jedoch nicht nur wie bei den meisten bekannten Verfahren zum Werkstücktransport ausgenutzt, sondern dient gleichzeitig als Vorschubbewegung. Daher brauchen die Werkzeugträger nur einachsig verfahren zu werden, um eine zweiachsige Bearbeitung an jedem Werkstück zu ermöglichen. Diese Bearbeitung kann freizügig erfolgen, da die beiden Arbeitsräume voneinander getrennt sind und eine Kollisionsgefahr nicht besteht. Da sowohl Spindeleinheiten als auch Werkzeugträger nur in einer einzigen Richtung bewegt werden, d. h. nur eine Führungsbahn aufweisen, kann die Einrichtung dieser Grundausführung mit großer Steifigkeit ausgestattet sein.

Die Anordnung bei dieser Grundausführung eröffnet nun die Möglichkeit, weitere Ausbaustufen ohne Schwierigkeiten zu realisieren. Als Werkzeugträger können Revolver eingesetzt werden, deren Schaltachsen und Werkzeugaufnahmen so gewählt werden, daß sie keinen zusätzlichen Platzbedarf haben und daher die Bearbeitungsmaschine nicht vergrößern.

Dadurch, daß die Führungsbahnen für die Werkzeugträger auf senkrechten Flächen des Maschinenbettes angeordnet werden, ist der Raum für eine zusätzliche Schlitteneinheit geschaffen, die die Werkzeuge in Y- Richtung bewegt. Über die Drehbearbeitung und die Bohr- und Fräsbearbeitung mit rotierend angetriebenen Werkzeugen in einer durch die Werkstückrotationsachse gehenden Ebene hinaus, kann dadurch mit rotierenden Werkzeugen auch außerhalb dieser Ebene zerspant werden. Dies ist beispielsweise von Bedeutung, wenn Paßfedernuten mit einem Fräser in ein Werkstück eingebracht werden müssen, deren Breite nicht exakt mit dem Werkzeugdurchmesser übereinstimmt. Die Verstellung des Werkzeugs muß dann so erfolgen, daß die Seitenwände der Nut parallel zueinander bleiben, was durch eine Schwenkbewegung des Revolvers nicht möglich ist.

Optimale Werkzeugeingriffsbedingungen werden erreicht, wenn das Werkzeug in seiner Neigung beliebig eingestellt werden kann, d. h. Freiwinkel und Spanwinkel veränderbar sind. Dies ist möglich, wenn die Schaltachse des Revolvers num. gesteuert wird. Die durch die Schaltbewegung des Werkzeugrevolvers bedingte Veränderung der Höhenlage der Werkzeugschneide kann durch die Y-Achse kompensiert werden. Das Werkzeug kann mit seiner Schneide aber auch nur in der Höhe verstellt werden, wenn die Schneide z. B. über oder unter der Drehmitte am Werkstück angreifen soll. Eine Voreinstellung der Schneidenlage bei der Umrüstung der Maschine erübrigt sich dadurch.

Die Herstellung von schräg zur Werkstückrotationsachse verlaufenden Bohrungen, z. B. von Ölkanälen, oder schräg zur Rotationsachse geneigten Flächen erfolgt bei num. gesteuertem Sternrevolver, wenn die num. gesteuerte Vorschubachse in Spindelachsrichtung, d. h. die Z-Achse, und die num gesteuerte Y-Achse miteinander interpolierend steuerbar sind. In dieser letzten Ausbaustufe kann jede Bearbeitung, die mit rotierend angetriebenen Werkzeugen denkbar ist, ausgeführt werden. Der Einsatz komplizierter Sonderwerkzeuge oder Sonderwerkzeughalter erübrigt sich.

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine Bearbeitungsmaschine;

Fig. 2 eine Explosionszeichnung einer Ausbaustufe;

Fig. 3 eine Ansicht gemäß III-III der Fig. 1;

Fig. 4 ein Bearbeitungsbeispiel.

Die Draufsicht in Fig. 1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine in ihrer Grundausführung. Auf einem Maschinenbett 1 sind zwei Werkstückspindeleinheiten 2, 3 auf Führungsbahnen 4, 5 angeordnet. Die Führungsbahnen 2, 3 verlaufen rechtwinklig zueinander und sind auf zueinander rechtwinkligen Flächen des Maschinenbettes 1 vorgesehen. Die Werkstückspindeleinheit 2 besteht aus einem Spindelkasten 6, in dem die Werkstückspindel 7 drehbar gelagert ist. An der Werkstückspindel 7 ist ein Spannfutter 8 befestigt, das ein Rohteil 9 zwischen seinen Spannbacken 10 aufnehmen kann. Die Spindel wird durch einen Elektromotor 11 angetrieben. Die Werkstückspindeleinheit 2 wird durch den Vorschubmotor 12 auf seinen Führungsbahnen 4 in Spindelachsrichtung verschoben.

Die zweite Werkstückspindeleinheit 3 entspricht mit der Werkstückspindel 13, dem Spindelantriebsmotor 14, dem Spindelkasten 15 und dem Spannfutter 16 weitgehend der ersten Werkstückspindeleinheit 2. Das Spannfutter 16 ist eingerichtet, ein vorbearbeitetes Werkstück 17 an seiner bearbeiteten Seite einzuspannen. Die Werkstückspindeleinheit 3 ist auf einem Schlitten 18 befestigt, der von dem Vorschubmotor 19 quer zur Spindelachsrichtung auf den Führungsbahnen 5 verschoben wird.

Auf denselben Führungsbahnen 5 ist ein Werkzeugträgerschlitten 20 verschiebbar angeordnet, der einen numerisch steuerbaren Vorschubantrieb 21 besitzt. Auf dem Werkzeugträgerschlitten 20 ist ein Werkzeugrevolver 22 befestigt, dessen Schaltachse parallel zu den Werkstückspindelachsen der Bearbeitungseinheiten 2, 3 liegt. Der Werkzeugrevolver 22 trägt eine Werkzeugaufnahmescheibe 23, in die stirnseitig Drehwerkzeuge 24, Bohrwerkzeuge 25 oder Fräswerkzeuge eingesetzt werden können. Ein solcher Revolver wird üblicherweise als Trommelrevolver bezeichnet. Der Werkzeugrevolver 22 besitzt einen Schaltmotor 26 mit einem Resolver 27, der numerisch gesteuert werden kann. Zum Antrieb der Bohr- und Fräswerkzeuge 25 ist ein weiterer Motor 28 vorgesehen. Die Werkzeuge des Werkzeugträgerschlittens 20 wirken auf das von der Werkstückspindeleinheit 2 gehaltene Werkstück 10 ein.

Für die Bearbeitung des von der zweiten Werkstückspindeleinheit 3 gehaltenen Werkstücks 17 ist ein zweiter Werkzeugträgerschlitten 30 auf einer Führungsbahn 31 vorgesehen, die parallel zur Führungsbahn 4 der Werkstückspindeleinheit 2 verläuft. Der Werkzeugträgerschlitten 30 wird von einem Vorschubmotor 32 über einen Riementrieb 33 und ein bekanntes Vorschubgetriebe auf seinen Führungsbahnen 31 bewegt. Auf dem Werkzeugträgerschlitten 30 ist ein Werkzeugrevolver 34 angeordnet, dessen Schaltachse quer zur Werkstückspindelachse liegt. Dementsprechend sind die Werkzeuge 35, 36 in radial zur Schaltachse vorgesehenen Bohrungen der Werkzeugaufnahmescheibe 37 angeordnet. Es handelt sich also um einen Sternrevolver. Der Schaltantrieb sowie der Antrieb für die rotierenden Werkzeuge sind in dieser Darstellung fortgelassen, da sie denen des Werkzeugrevolvers 22 entsprechen.

Unterhalb der Werkstücke 10, 17 im Arbeitsbereich der Werkzeuge 24, 25 bzw. 35, 36 sind Späneschächte zur Abfuhr der bei der Bearbeitung anfallenden Späne im Maschinenbett 1. Im Winkel der Führungsbahn 5 des Werkzeugträgers 20 und der Führungsbahn 4 der Werkstückspindeleinheit 2 verbleibt eine ebene Fläche 39 auf dem Maschinenbett 1, die für die Aufnahme von Werkstück- oder Werkzeughandhabungseinrichtungen und Magazinen geeignet ist.

In Fig. 2 ist die Bearbeitungsmaschine in einer höheren Ausbaustufe dargestellt, wobei sich die Ausbaustufe nur auf die Werkzeugträgerschlitten 20, 30 bezieht. Als Darstellung wurde eine Explosionszeichnung gewählt, um die Baugruppen besser darzustellen. An dem Maschinenbett 1 sind die drei Führungsbahnen 4, 5, 31 erkennbar, zwischen denen die Späneschächte 38 liegen. Die Späneschächte münden in einen Spänetunnel 40, der zur Aufnahme eines Späneförderers vorgesehen ist. Auf der Führungsbahn 4 gleitet der Schlitten 41, an dem der Spindelkasten 6 befestigt ist. Die Führungsbahn 5 nimmt den Schlitten 18 für den Werkstückspindelkasten 15 und den Werkzeugträgerschlitten 20 auf, an dem ein Y- Schlitten 42 verschieblich gelager ist. Der Werkzeugrevolver 22 ist somit nicht auf dem Werkzeugträgerschlitten 20 befestigt sondern auf dem Y- Schlitten 42. Man erkennt die Werkzeugaufnahmebohrungen 43 in der Werkzeugaufnahmescheibe 23. Auch der zweite Werkzeugträger 30, der auf der Führungsbahn 31 gleitet, ist mit einem Y-Schlitten 44 versehen, dessen Aufnahmefläche 45 für den Sternrevolver 34 passend gestaltet ist. Die Führungsbahn 4 ist als Flachführung ausgebildet, während die beiden anderen Führungsbahnen 5, 31 eine Kombination zwischen Flachführung 46 und Schwalbenschwanzführung 47 bilden. Diese Führungsbahnart ist erfindungsgemäß gut geeignet, Kräfte und Momente der hängenden Werkzeugträgerschlitten 20, 30 und des Schlittens 18 aufzunehmen.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch Fig. 1 gemäß der Linie III-III um 180 Grad gedreht. Das Maschinenbett 1 ist nur teilweise dargestellt, zeigt jedoch zwei der vertikalen Späneschächte 38 und die Führungsbahn 5 im Schnitt. Auf der Führungsbahn 5 ist der Schlitten 18 durch einstellbare Druckleisten 50 spielfrei geführt. Auf dem Schlitten 18 ist die Werkstückspindeleinheit 3 befestigt, in dessen Spannfutter 16 ein Werkstück 51 eingespannt sein soll. Das Werkstück 51 wird von einem rotierend angetriebenen Bohrwerkzeug 52 bearbeitet, das in der Werkzeugaufnahmescheibe 37 des Sternrevolvers 34 befestigt ist. In der Werkzeugaufnahmescheibe 37 sind außerdem ein Walzenfräser 53, ein Innendrehmeißel 54, eine Querbohreinrichtung 55, und ein weiterer Bohrer 56 aufgenommen. Das Revolvergehäuse 57 ist auf dem Y- Schlitten 44 befestigt, der auf vertikalen Führungsbahnen des Werkzeugträgerschlittens 30 gleitet. Von dem Werkzeugträgerschlitten 30 ist nur der obere Führungsbahnenumgriff 58 erkennbar, der den Flachführungsholm 59 der Führungsbahn 31 umgreift.

Die dargestellte Bearbeitung geschieht folgendermaßen: Das Werkzeug 52 wird rotierend angetrieben. Das Werkstück 51 ist durch den Spindelantrieb 14 in die gewünschte Winkelposition gedreht worden und wird dort festgesetzt. Der Spindelantrieb wirkt in diesem Fall als numerisch gesteuerte C-Achse. Das Werkzeug 52 wird durch den Revolverschaltantrieb in eine Richtung geschwenkt, die mit der Achse der zu fertigenden Bohrung übereinstimmt. Durch Interpolation der Y-Achse mit der Z-Achse wird das Werkzeug 52 dann in dieser Werkzeugachsrichtung vorgeschoben. Es entsteht somit eine Bohrung, die zur Rotationsachse des Werkstücks 51 um einen Winkel geneigt ist. Dieser Neigungswinkel kann beliebig sein.

Eine vergleichbare Bearbeitung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Vorschubrichtungen Y und Z des Werkzeugs 60 sind als Pfeile eingezeichnet. In der Werkzeugaufnahmescheibe 37 sind nur das Bohrwerkzeug 60 und das Fräswerkzeug 61 dargestellt. Mit dem Fräswerkzeug 61 wurde die Fläche 62 gefräst, während das Bohrwerkzeug 60 die nachfolgende Bohrung 63 erzeugt hat. Beide Formen wurden in die Stirnfläche 64 eines rotationssymmetrischen Werkstücks außerhalb der Mittenebene unter einem Winkel eingebracht, der nur möglich ist, wenn folgende Achsen numerisch steuerbar sind - die Werkstückrotationsachse (C-Achse); die vertikale Vorschubachse (Y-Achse); die Vorschubachse in Werkstückachsrichtung (Z-Achse); die Revolverschaltachse. In dieser Ausbaustufe lassen sich beliebige Bohrungen und Flächen an einem Werkstück erzeugen.

Claims (9)

1. Bearbeitungsmaschine für die beidseitige, automatische Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken mit zwei Werkstückspindeleinheiten, die an aufeinander zugewandten Seiten Werkstückspannmittel aufweisen, wobei beide Spindeleinheiten auf Führungsbahnen verschieblich gelagert sind und jeder Spindeleinheit ein Werkzeugträgerschlitten mit mehreren Werkzeugen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Werkstückspindeleinheit (2) in Spindelachsrichtung und die zweite Spindeleinheit (3) quer dazu verschieblich ist, daß der der ersten Werkstückspindeleinheit (2) zugeordnete erste Werkzeugträgerschlitten (20) quer zur Spindelachsrichtung und der der zweiten Spindeleinheit (3) zugeordnete zweite Werkzeugträgerschlitten (30) mindestens parallel zur Spindelachsrichtung verschieblich ist.

2. Numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten Werkstückspindeleinheit (2) zugeordnete erste Werkzeugträgerschlitten (20) auf der gleichen Führungsbahn (5) verschieblich gelagert ist, wie die zweite Werkstückspindeleinheit (3).

3. Numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten Werkstückspindeleinheit (2) zugeordnete, erste Werkzeugträgerschlitten (20) einen um eine zu dieser Werkstückspindelachse parallele Achse schaltenden Werkzeugrevolver (22) trägt und der der zweiten Werkstückspindeleinheit (3) zugeordnete, zweite Werkzeugträgerschlitten (30) einen um eine quer zur Werkstückspindelachse liegende Achse schaltbaren Werkzeugrevolver (34) trägt.

4. Numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (22) des ersten Werkzeugträgerschlittens (20) ein Trommelrevolver ist und daß der zweite Werkzeugrevolver (34) ein Sternrevolver ist.

5. Numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 2 mit einem Maschinenbett, das die Führungsbahnen für die Werkzeugträgerschlitten und die Werkstückspindeleinheiten trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenbett (1) quaderförmig ist, daß eine erste Führungsbahn (4) für die erste Werkstückspindeleinheit (2) auf der Oberseite des quaderförmigen Bettes (1) und eine zweite Führungsbahn (5) für die zweite Werkstückspindeleinheit (3) und für den ersten Werkzeugträgerschlitten (20) an der senkrechten Stirnwand des quaderförmigen Bettes (1) angeordnet sind und daß eine dritte Führungsbahn (31) für den zweiten Werkzeugträgerschlitten (30) an einer senkrechten Seitenwand des quaderförmigen Maschinenbettes (1) angeordnet ist und die dritte Führungsbahn (31) parallel zur ersten Führungsbahn (4) und die zweite Führungsbahn (5) quer zu den beiden anderen und horizontal verläuft.

6. Num. gesteuerte Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (31) an der senkrechten Seitenwand und die Führungsbahn (5) an der senkrechten Stirnwand des quaderförmigen Maschinenbettes (1) aus einer oberen Flachführung und einer unteren V-Prismenführung besteht.

7. Numerisch gesteuerte Bearbeitungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Werkzeugträgerschlitten (20) und/oder der zweite Werkzeugträgerschlitten (30) senkrecht zu der durch die Vorschubrichtungen der Werkstückspindeleinheiten (2, 3) aufgespannten Ebene verschieblich sind.

8. Numerisch gesteuerte Bearbeitungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbewegungen der Werkzeugrevolver (22, 34) numerisch gesteuert sind.

9. Numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine mit einer Werkstückspindeleinheit und einem Sternrevolver mit quer zur Werkstückspindelachse angeordneter Schaltachse zur Aufnahme rotierend angetriebener Werkzeuge, wobei zwischen dem von der Werkstückspindeleinheit gehaltenen Werkstück und den Werkzeugen Vorschubbewegungen in drei orthogonalen Achsen ausführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Schaltbewegung der Werkzeugaufnahmescheibe (37) des Sternrevolvers (34) numerisch steuerbar ist und daß die beiden Vorschubachsen, die die Ebene bilden, in der die Rotationsachse des für den Einsatz vorgesehenen Werkzeugs (52, 60) liegt, interpolierend steuerbar sind.