DE4113633C2 - Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt sind reine Laserbearbeitungsvorrichtungen bei denen der Laserstrahl als Schneidwerkzeug benutzt wird, um z. B. aus überwiegend plattenförmigen Materialien beliebige Formen präzise und rationell auszuschneiden. Von einem ortsfesten Laseraggregat wird ein Laserstrahl über Spiegel zu einem Laserbearbeitungskopf geführt, der in drei Achsen verfahrbar ist. Eine Bewegung in x- und y-Richtung, also parallel zum Werkstück, erfolgt mittels eines verfahrbaren Portals, während in z-Richtung, also senkrecht zum Werkstück, der Laserbearbeitungskopf selbst in einer Führung gegenüber dem Portal verfahren wird. Das Abfahren der geometrischen Konturen wird durch eine numerische Steuerung gesteuert, die die Schneidgeschwin­ digkeit der Laserleistung anpaßt.

Der Laserbearbeitungskopf dient zum Fokussieren des Laserstrahls und der Zuführung von Schneidgas, Schutzgas oder auch Wasser. Außerdem sind am Laserbearbeitungskopf Sensoren angeordnet, die zu Meßzwecken, unter anderem zur Höheneinstellung des Laserbearbeitungskopfes über dem Werkstück dienen.

Soll das Werkstück zusätzlich durch andere Bearbeitungs­ verfahren als Laserbearbeitung behandelt werden, ist dies mit den meisten bekannten Laserbearbeitungsvorrichtungen nicht durchführbar. Vielmehr muß das Werkstück zu einer anderen Bearbeitungsvorrichtung transportiert und dort entsprechend ausgerichtet werden oder die Laserbearbei­ tungsvorrichtung muß umgerüstet werden. In beiden Fällen ist für die Herstellung ein wesentlich höherer Zeitauf­ wand zu veranschlagen.

Aus der DE 29 40 661 A1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine Stanzmaschine und eine Nietmaschine mit einem einzigen Werkzeugschlitten und eine einzigen Antriebseinheit für den Werkzeugschlitten in Z-Richtung positioniert werden. Keine der in dieser Werkzeugmaschine zusammengefaßten Bearbeitungsmaschinen entwickelt bei der Bearbeitung Torsions-Gegenkräfte, die bei der Verfahrbewegung des Werkzeugschlittens zu Verkantungen führen können und dessen Verfahrenswiderstand erhöhen würden, so daß das Problem einer ruckenden Verfahrbewegung mit der Folge einer ungleichmäßigen Bearbeitung des Werkstückes nicht auftreten kann.

Außerdem ist aus der DE 29 33 700 A1 eine Werkzeugmaschine mit einer Schmelzschneideinrichtung bekannt, welche aus einer Stanz- und/oder Nippelmaschine und einer Laser-Schneidmaschine besteht. Die Bearbeitungsköpfe der Stanz- und Nippelmaschine und der Laser-Schneidmaschine sind jeweils auf gesonderten Traversen angeordnet. Lediglich ein Koordinatentisch, auf dem das zu bearbeitende Werkstück verfahren wird, dient beiden Bearbeitungsmaschinen gemeinsam. Eine Kopplung der Bearbeitungsköpfe zu dem Zweck, daß sie durch einen gemeinsamen Antrieb in Z-Richtung verfahren werden können, ist nicht vorgesehen. Im übrigen treten bei einer Stanz- und Nippelmaschine auch keine Torsions-Gegenstände auf, die besondere Maßnahmen für einen ruckfreien Verfahrweg erforderlich machen würden.

Schließlich ist aus der EP 03 96 759 eine Drahterosionsmaschine bekannt, welche mit einer Laser-Bearbeitungsmaschine gekoppelt ist. Die Druckschrift enthält jedoch keine Hinweise, ob die Drahterosionsmaschine und die Laser-Bearbeitungsmaschine eine Verfahrbewegung in Z-Richtung ermöglichen, wie die Bearbeitungswerkzeuge geführt sind, ob sie miteinander gekoppelt sind und ob, falls diese vorgenannten Eigenschaften vorhanden sind, ein einziger Antrieb für beide Bearbeitungswerkzeuge vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbei­ tungsvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sowohl Laser-Bearbeitungsmaßnahmen als auch Fräserbearbeitungsmaßnahmen bei geringen Umrüstarbeiten und unveränderter Lage eines zu bearbeitenden Werkstückes ermöglicht werden und eine präzise und ruckfreie Führung des Laser-Bearbeitungskopfes und Fräskopfes im Betrieb und bei Verfahrbewegung in Z-Richtung gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Bearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Bearbeitungsvorrichtung nach der Erfindung ist neben der Pinole für einen Laserbearbeitungskopf eine weitere Pinole vorgesehen, an der ein weiteres Bearbei­ tungswerkzeug befestigt oder angeordnet werden kann. Beide Pinolen umfassen einen gemeinsamen Antrieb, so daß die Steuerung in z-Richtung nur einmal vorhanden sein muß und zur Durchführung von Bearbeitungsvorgängen die glei­ che numerische Steuerung mit dem entsprechenden Steuer­ programm benutzt werden kann, wie sie bereits für die Steuerung des Laserbearbeitungskopfes vorhanden ist. Es braucht lediglich der Versatz des weiteren Bearbeitungs­ kopfes gegenüber dem Faserbearbeitungskopf einmalig berücksichtigt zu werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß beide Pinolen vertikal längsverschiebbar in getrennten Führungshülsen angeordnet und dort jeweils in einer umlaufenden Führung gelagert sind.

Hierdurch wird erreicht, daß der gemeinsame Antrieb der Pinolen durch den zentralen Antrieb praktisch keine Biegekräfte auf die Pinolen ausüben kann. Dadurch wird sichergestellt, daß nach Verfahrbewegungen in z-Richtung die Lage in der x-y-Koordinatenebene präzise eingehalten wird und so eine hohe, gleichbleibende Qualität in der Maßhaltigkeit und dem Finish der Werkstücke erreicht wird.

Weiterhin ist vorgesehen, daß der gemeinsame Antrieb eine zwischen den Pinolen angeordnete Antriebsspindel umfaßt, die ein oberes Lager und ein unteres im Bereich der Führungen angeordnetes Lager besitzt.

Die Antriebsspindel stützt sich also an zwei Seiten ab und kann deshalb nicht wie eine nur einseitig einge­ spannte Spindel ausbiegen. Besonders die Wahl der Anord­ nung des unteren Lagers stellt sicher, daß die Antriebs­ spindel auch hier eine durch die Gehäuse ausgesteifte stabile Lage erhält.

Der Antrieb ist z. B. als Kugel-Gewinde-Trieb ausgebil­ det, der einen beide Pinolen kuppelnden Mitnehmer durch­ greift.

Durch den zentralen Antrieb und dem gleichzeitigen Eingriff der Mitnehmer in beide Pinolen erfolgt eine Balancierung der auf den Antrieb einwirkenden Querkräfte, wodurch Biegungen, die ihrerseits zu einer ungenauen Führung und zu einem erhöhten Verschleiß führen würden, im Idealfall vollständig vermieden werden.

Der Eingriffsort der Mitnehmer ist derartig festgelegt, daß er sich in der unteren Endstellung der Pinolen gerade oberhalb der Führungen befindet.

In diesem Bereich ist das durch die unsymmetrisch zur Achse der Pinolen durch die Mitnehmer auf die Pinolen ausgeübte Biegemoment gering, wodurch Verkantungen der Pinolen innerhalb der Führungen sehr gering sind und infolgedessen bei Betätigung des Antriebs auch ein sehr gleichmäßiger, ruckfreier Bewegungsvorgang der Pinolen innerhalb ihrer Gehäuse erwartet werden kann.

Vorzugsweise trägt die erste Pinole für den Laserbearbei­ tungskopf unten einen Kupplungsring, in dem Kupplungsele­ mente zur Befestigung des Laserbearbeitungskopfes an der Pinole angeordnet sind.

Außerdem können im Kupplungsring Kabel und Schlauchkupp­ lungen für eine Verbindung der im Laserbearbeitungskopf angeordneten Kabel oder Schläuche angeordnet sein.

Durch die Ausbildung und Anordnung des Kupplungsringes läßt sich die Stirnseite des Laserbearbeitungskopfes unmittelbar mit der Pinole kuppeln. Dadurch ergeben sich kurze Verbindungswege zwischen den im Laserbearbeitungs­ kopf angeordneten Schläuchen und Kabeln und diese können in einem Arbeitsgang mit dem Ankuppeln des Laserbearbei­ tungskopfes verbunden oder beim Abnehmen getrennt werden. Alternativ können die Kupplungselemente zur Befestigung des Laserbearbeitungskopfes an der Pinole aus Permanent­ magneten und Ankern oder aus gegensätzlich gepolten Permanentmagneten bestehen.

Diese Art der Kupplung ermöglicht eine sehr schnelle und dennoch präzise Durchführung von Umrüstarbeiten ohne zusätzliche Montagewerkzeuge. Zur Demontage muß lediglich die Haltekraft der Magneten überwunden werden. Umgekehrt wird bei der Montage des Laserbearbeitungskopfes dieser entsprechend positioniert und in die Nähe des Kupplungs­ ringes geführt. Die Magnete besorgen dann die endgültige Positionierung und Fixierung desselben.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind im Kupplungsring und im Laserbearbeitungskopf Zentrierringe angeordnet, die beim Einkuppeln des Laserbearbeitungskopfes in den Kupplungsring ineinandergleiten. Bei der Montage ist dann lediglich eine grobe Fixierung nötig, da die Zentrier­ ringe zwangsläufig die Feinjustierung bewirken, wenn der Laserbearbeitungskopf in die Nähe des von den Permanent­ magneten ausgehenden Magnetfeldes geführt wird.

Zweckmäßig ist die relative Lage der unteren Enden der Pinolen zu bemessen oder justiert, daß bei gleichzeitig installiertem Laserbearbeitungskopf an der ersten Pinole und dem weiteren Bearbeitungswerkzeug an der zweiten Pinole nur der Laserbearbeitungskopf in Bearbeitungslage bringbar ist. Bei entferntem Laserbearbeitungskopf kann das weitere Bearbeitungswerkzeug in Bearbeitungslage gebracht werden.

Durch diese Anordnung der Enden der Pinole wird erreicht, daß beide Bearbeitungsköpfe gleichzeitig installiert sein können, die überwiegend gebräuchliche Laserbearbeitung mit Hilfe des Laserbearbeitungskopfes aber nicht beein­ trächtigt wird. Das Umrüsten, also der Wechsel von der Laserbearbeitung zur Bearbeitung mit dem anderen Bearbei­ tungswerkzeug kann einfach so vollzogen werden, daß der Laserbearbeitungskopf entfernt wird. In diesem Fall kön­ nen die Pinolen durch den gemeinsamen zentralen Antrieb so weit zusätzlich in z-Richtung zum Werkstück hin ver­ fahren werden, daß das weitere Bearbeitungswerkzeug in seine Arbeitslage gelangt.

Entsprechend einfach ist ein Wechsel des Bearbeitungsver­ fahrens in umgekehrter Richtung, also eine Wiederaufnahme der Laserbearbeitung. In diesem Falle müssen die Pinolen vom Werkstück zurückgefahren werden bis ein Abstand zwischen der ersten Pinole und dem Werkstück erreicht ist, der etwas größer als die Bauhöhe des Laserbearbei­ tungskopfes ist. Dieser kann dann wieder an den Kupp­ lungsring am Ende der ersten Pinole angekoppelt werden. Bei dem weiteren Bearbeitungswerkzeug kann es sich um einen Fräskopf, einen Plasmaschneidkopf oder einen Wasserstrahlschneidkopf handeln. Werden diese Werkzeuge nicht ständig im Wechsel benötigt, so können sie praktisch fest an der zweiten Pinole angebaut sein, ohne daß dadurch der Wechsel von Laserbearbeitung zur anderen Bearbeitung erschwert wird.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung veranschaulicht.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Bear­ beitungsvorrichtung in einer durch die Pinolen und den zentralen Antrieb verlaufenden Ebene.

In der Zeichnung ist links eine erste Pinole 10 mit einem daran befestigten Laserbearbeitungskopf 12 und rechts eine zweite Pinole 16 mit einem weiteren Bearbeitungs­ werkzeug 14, hier einem Fräskopf dargestellt. Zwischen den beiden Pinolen 10 und 16 befindet sich ein gemeinsa­ mer zentraler Antrieb 18.

Beide Pinolen 10 und 16 sind vertikal längsverschiebbar in getrennten Gehäusen 20 und 22 angeordnet. Die Gehäuse 20 und 22 weisen eine feste Verbindung mit einem Portal der Bearbeitungsvorrichtung auf. Im unteren Bereich der Gehäuse 20 und 22 befindet sich jeweils eine Führung 24 und 26, die umlaufend ausgebildet sind.

Der in der Mitte angeordnete gemeinsame Antrieb 18 umfaßt in dieser Ausführung eine Antriebsspindel 28, die ein oberes Lager 30 und ein unteres Lager 32 besitzt. Das untere Lager 32 ist im Bereich der Führungen 24 und 26 der Gehäuse 20 und 22 angeordnet ist. Durch diese Anord­ nung des unteren Lagers 32 wird die stabile Ausführung der Gehäuse 20 und 22 für die Stabilität des Lagers 32 mit ausgenutzt.

Die Antriebsspindel 28 ist hier als Kugel-Gewinde-Trieb ausgeführt. Dieser Kugel-Gewinde-Trieb 28 durchgreift einen Mitnehmer 34, der beide Pinolen 10 und 16 kuppelt. Dadurch ergibt sich ein Kräfteausgleich, der eine einsei­ tige Durchbiegung der Antriebsspindel 28 im Idealfall verhindert.

Der Eingriffsort des Mitnehmers 34 in den Pinolen 10 und 16 ist relativ weit nach oben verlagert. Er ist so fest­ gelegt, daß sich der Eingriffsort gerade oberhalb der Führungen 24 und 26 befindet, wenn die Pinolen 10 und 16 ihre untere Endstellung erreicht haben. Für die Stabili­ sierung des unsymmetrisch in die Pinolen 10 und 16 ein­ greifenden Mitnehmer 34 werden somit die Führungen 24 und 26 mit ausgenutzt.

Wie die konstruktive Ausgestaltung der links in der Zeichnung dargestellten ersten Pinole 10 zeigt, trägt diese am unteren Ende einen Kupplungsring 36 für den Laserbearbeitungskopf 12. In diesem Kupplungsring 36 sind Kupplungselemente 38 und 40 angeordnet. Außerdem enthält der Kupplungsring 36 Kabel- und Schlauchkupplungen für eine Verbindung der im Laserbearbeitungskopf 12 angeord­ neten Schläuche und Kabel mit weiteren Schläuchen und Kabeln, die Schneid- oder Schutzgas von außen zuführen bzw. elektrische Signale von im Laserbearbeitungskopf angeordneten Sensoren zu einer hier nicht dargestellten Auswerteelektronik übertragen.

Bei der konkreten Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrich­ tung dienen Permanentmagnete 38 im Kupplungsring 36 und Anker 40 im Laserbearbeitungskopf 12 als Kupplungsele­ mente. Sie ermöglichen eine Montage und Trennung des Laserbearbeitungskopfes 12 ohne zusätzliche Werkzeuge. Daneben werden auch Schäden bei einer Kollision vermie­ den, da im Kollisionsfall der Laserbearbeitungskopf 12 sofort vom Kupplungsring 36 abhebt und durch Sensoren dieser Fall erkannt und zum Stillsetzen der Bearbeitungs­ vorrichtung ausgewertet werden kann.

Wie weiter aus der Zeichnung erkennbar ist, sind im Kupp­ lungsring 36 und im Laserbearbeitungskopf 12 Zentrier­ ringe 42 und 44 angeordnet, die beim Ankuppeln des Laser­ bearbeitungskopfes 12 an den Kupplungsring 36 ineinander­ gleiten. In Verbindung mit den Permanentmagneten 38 als Kupplungselemente erleichtern diese Zentrierringe 42 und 44 die Montage, da sie im Falle der mit zunehmender Annä­ herung stärker werdenden Anzugskraft die Feinjustierung übernehmen.

In der Zeichnung sind an beiden Pinolen 10 und 16 Bear­ beitungsköpfe installiert. Der Laserbearbeitungskopf 12 ragt vom Ende 46 der Pinole 10 weiter nach unten als der am Ende 48 der Pinole 16 austretende Fräskopf 14. Der Laserbearbeitungskopf 12 kann deshalb in Arbeitsstellung gebracht werden, ohne daß diese durch den Fräskopf 14 gestört wird. Unter Berücksichtigung der Einbauhöhen der Bearbeitungsköpfe 12 und 14 kommt es darauf an, daß die Lage der unteren Enden 46 und 48 der Pinolen 10 und 16 so bemessen oder justiert sind, daß bei gleichzeitig instal­ liertem Laserbearbeitungskopf 12 dieser in Arbeitslage bringbar ist, während sich das andere Bearbeitungswerk­ zeug 14 außerhalb seiner Arbeitslage befindet. Umgekehrt kann durch Entfernen des Laserbearbeitungskopfes 12 die Anordnung aus den beiden Pinolen 10 und 16 soweit in z-Richtung auf das Werkstück 52 verfahren werden, daß nun das weitere Bearbeitungswerkzeug 14 in Bearbeitungslage gelangt.

Neben dem hier dargestellten, als Fräskopf ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug 14 läßt sich auch ein Plasmaschneid­ kopf oder ein Wasserstrahlschneidkopf verwenden.

Da die beiden Pinolen mit den Bearbeitungswerkzeugen starr gekoppelt sind, kann unter Berücksichtigung ihres seitlichen Versatzes die gleiche CNS-Steuerung zum Abfah­ ren der gewünschten geometrischen Konturen des Werkstücks verwendet werden.

Claims (9)

1. Bearbeitungsvorrichtung, welche eine erste Pinole (10) mit einem daran befestigbaren Laserbearbeitungskopf (12) und ein weiteres Bearbeitungswerkzeug umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Bearbeitungswerkzeug ein Fräskopf (14) ist, daß eine zweite Pinole (16) zur Befestigung und Führung des Fräskopfes (14) vorgesehen ist, daß beide Pinolen (10, 16) vertikal längsverschiebbar in getrennten Gehäusen (20, 22) angeordnet und dort jeweils in einer umlaufenden Führung (24, 26) gelagert sind und daß beide Pinolen (10, 16) über einen Mitnehmer (34) mit gemeinsamen, zentral zwischen den Pinolen (10, 16) angeordneten Elementen zur Bewegungsübertragung (18) gekuppelt sind.

2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Elemente zur Bewegungsübertragung (18) eine dem Mitnehmer (34) durchgreifende radial feststehende Antriebsspindel (28) und eine Spindelmutter, die in einem oberen Lager (30) und einem unteren, im Bereich der Führungen (24, 26) angeordneten Lager (32) drehbar gelagert ist, umfassen.

3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspindel (28) als Kugel- Gewinde-Trieb ausgebildet ist.

4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (34) oberhalb der Führun­ gen (24, 26) mit der Pinolen (10, 16) gekuppelt ist.

5. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pinole (10) für den Laserbearbeitungskopf (12) unten einen Kupplungsring (36) trägt, in dem Kupplungsele­ mente (38, 40) zur Befestigung des Laserbearbeitungs­ kopfes (12) an der Pinole (10) angeordnet sind.

6. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kupplungsring (36) Kabel- und Schlauchkupplungen für eine Verbindung der im Laserbear­ beitungskopf (12) angeordneten Kabeln und Schläuchen angeordnet sind.

7. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (38, 40) zur Befestigung des Laserbearbeitungskopfes (12) an der Pinole (10) aus Permanentmagneten (38) und Ankern (40) oder aus gegensätzlich gepolten Permanentma­ gneten bestehen.

8. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Kupp­ lungsring (36) und im Laserbearbeitungskopf (12) Zen­ trierringe (42, 44) angeordnet sind, die beim Ankuppeln des Laserbearbeitungskopfes (12) an den Kupplungs­ ring (36) ineinandergleiten.

9. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rela­ tive Lage der unteren Enden (46, 48) der Pinolen (10, 16) so bemessen oder justiert ist, daß bei gleichzeitig installiertem Laserbearbeitungskopf (12) an der ersten Pinole (10) und dem weiteren Bearbeitungswerkzeug (14) an der zweiten Pinole (16) nur der Laserbearbeitungs­ kopf (12) in Bearbeitungslage bringbar ist, während bei entferntem Laserbearbeitungskopf (12) das weitere Bear­ beitungswerkzeug (14) in Bearbeitungslage bringbar ist.