DE4315997C2 - Bearbeitungsmaschine für plattenförmige Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine für platten­ förmige Werkstücke, mit einem in drei zueinander senkrechten Richtungen verfahrbaren Bearbeitungskopf, der mit mindestens zwei Spindeleinheiten mit wechselbaren Werkzeugen ausgerüstet ist.

Aus dem Stand der Technik sind Bearbeitungsmaschinen bekannt geworden, die eine zu bearbeitende Platte in horizontaler La­ ge aufnehmen. Bekannte Bearbeitungsmaschinen dieser Art wei­ sen üblicherweise ein Maschinengestell auf, das mit einem oberen Joch versehen ist, das den verfahrbaren Bearbeitungs­ kopf aufnimmt, der von einer NC-Einrichtung steuerbar ist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, in die horizontal angeordnete Platte Bohrungen in beliebiger Lage einzubringen oder andere Bearbeitungen vorzunehmen.

Der Bearbeitungskopf der numerisch gesteuerten Bearbeitungs­ maschine weist üblicherweise eine Anzahl von Spindeln auf, die mit fest montierten Werkzeugen ausgerüstet sind. Ferner sind zusätzliche Bohr- und/oder Fräseinheiten vorgesehen, die mit auswechselbaren Werkzeugen bestückbar sind.

Eine Möglichkeit, die Werkzeuge der Bohr- und Fräseinheiten auszutauschen besteht darin, den Werkzeugwechselvorgang von Hand durchzuführen. Diese Tätigkeit bedingt aber eine Unter­ brechung des Bearbeitungsvorganges und damit verbunden eine Verminderung der Maschinenleistung.

Es ist auch bekannt geworden (US 5 046 233), am Rand des Ma­ schinengestelles einer Plattenbearbeitungsmaschine ein Maga­ zin vorzusehen, das mit unterschiedlichen Werkzeugen bestückt ist. Die Werkzeuge sind aus dem Magazin entnehmbar, um in die Spindel der zugeordneten Bearbeitungseinheit eingesetzt zu werden. Diese bekannte Ausführungsform hat den Nachteil, daß der Bearbeitungskopf bei jedem Werkzeugwechsel bis zum Werk­ zeugmagazin verfahren werden muß, da das Magazin mit Abstand vom Maschinengestell angeordnet ist. Anschließend ist der Bohrkopf erneut in den Teil der Maschine zu verfahren, in dem der neue Bohrvorgang durchzuführen ist.

Auch diese Verfahrensweise stellt einen erheblichen Zeitver­ lust dar, der aufgrund der Leerhübe des Bohrkopfes während des Wechselvorganges entsteht.

Aus der DE 33 05 631 A1 ist eine Bearbeitungsmaschine für plattenförmige Werkstücke gezeigt, die ebenfalls einen ver­ fahrbaren Bearbeitungskopf mit mindestens zwei Spindeleinhei­ ten mit wechselbaren Werkzeugen aufweist. Die Spindeleinhei­ ten sind dort jedoch in der Form von Revolverköpfen ausgebil­ det, so ein Werkzeugwechsel durch einen entsprechenden Dreh­ vorgang des Revolverkopfes durchgeführt wird. Solche Revol­ verkopfmaschinen sind in der Herstellung aufwendig.

Aus der DE 26 08 141 C2 ist eine Mehrspindelmaschine bekannt, bei der jeweils sogenannte Gelenkwellenköpfe, die in einem Rahmen mehrere Bohrspindeln halten, jeweils einer An­ triebseinheit zugeordnet werden, um dann einen Bearbeitungs­ vorgang durchführen zu können. Diese Gelenkwellenköpfe können in einer externen Einstellstation auf ein anderes Bohrbild umgerüstet werden, ohne daß der Bearbeitungsvorgang unterbro­ chen werden muß. Zur Umstellung der Bearbeitungseinheit selbst allerdings, wird es notwendig, die Antriebseinheit ab­ zuschalten, den zunächst noch dort befindlichen Gelenkwellen­ kopf abzukoppeln und durch den neuen Gelenkwellenkopf zu er­ setzen. Erst dann kann der Bearbeitungsvorgang wieder aufge­ nommen werden. Auch bei dieser Bauart treten daher für den Werkzeugwechsel Totzeiten ein, auch wenn dieser Zeitaufwand, der wegen der Vielzahl der verwendeten Bohrspindeln, die un­ ter Umständen ausgestauscht werden müssen, nicht an der Bohr­ einheit selbst vorgenommen wird, an sich so gering wie mög­ lich gehalten wird. Die Verwendung von Gelenkspindelköpfen allerdings ist aufwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbei­ tungsmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Werkzeugwechselvorgang ohne nennenswerte Zeitverluste durchführbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß je­ der Spindeleinheit jeweils ein Werkzeugaufnahmemagazin mit den wechselbaren Werkzeugen zugeordnet ist, daß die Werkzeug­ aufnahmemagazine an dem Bearbeitungskopf angeordnet sind und jeweils gegenüber der zugeordneten Spindeleinheit zum Werk­ zeugwechsel in den drei senkrecht zueinanderstehenden Rich­ tungen verfahrbar sind und der Werkzeugwechsel an der in War­ testellung befindlichen Spindeleinheit während des durch die andere Spindeleinheit weiter durchgeführten Bearbeitungsvor­ ganges erfolgt.

Durch Vorsehung mehrerer Bearbeitungseinheiten am Bohrkopf, die mit austauschbaren Werkzeugen bestückbar sind, sowie in Verbindung mit Werkzeugmagazinen, die mit dem Gehäuse des Bohrkopfes wirkverbunden sind und entlang mehrerer Achsen (X, Y, Z) gegenüber dem Gehäuse des Bohrkopfes verfahrbar, angeordnet sind, eröffnet sich die Möglich­ keit, den Werkzeugwechselvorgang direkt am Bohrkopf durchzuführen, um das Werkzeug einer Bearbeitungseinheit auszutauschen, während von der anderen Bearbeitungseinheit noch in diesem Moment die gewünschten Bohr- oder Fräs­ vorgänge durchgeführt werden und danach eine Bearbei­ tungseinheit zur Verfügung gestellt wird, die bereits für einen folgenden Bearbeitungsvorgang ausgerüstet ist. Während die bereitstehende Bearbeitungseinheit zu einem späteren Zeitpunkt Bearbeitungsvorgänge mit einem neuen Werkzeug durchführt, ist es möglich, das Werkzeug der Bearbeitungseinheit auszutauschen, die einen Bearbeitungs­ vorgang durchgeführt hat.

Mit anderen Worten, mit einem Werkzeugmagazin, das direkt am Gehäuse des Bohrkopfes angeordnet ist, wird es möglich, den Werkzeugwechsel in einer Bohr- und Fräs­ einheit dann vorzunehmen, wenn die zweite Bohreinheit einen Bearbeitungsvorgang durchführt und umgekehrt.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles genauer beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Bohrmaschine deren Bohrkopf mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugmagazin ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht in Richtung des Pfeils II der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des verfahrbaren Bohrkopfes der mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug­ wechselmagazin ausgerüstet ist.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist die mit 1 gekenn­ zeichnete Bohrmaschine Ständer 2, 3, 4 und 5 auf, die ein Joch 6 aufnehmen, das in Querrichtung auf Führungen 7 und 8 verfahrbar ist.

An der Unterseite des Joches 6 ist unter Zuhilfenahme von Querstreben 9 eine horizontale Auflageebene gebildet, die eine zu bohrende Platte 10 aufnimmt. Zur Durchführung des Bohrvorganges ist ein Bohrkopf vorgesehen, der insgesamt mit 11 gekennzeichnet ist.

Der Bohrkopf 11 kann längs der Achsen X, Y und Z (Achse, die senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtet ist) verfahren werden. Die Bewegungen längs der Achsen X, Y und Z werden unter Zuhilfenahme von bekannten Vorrichtungen über eine bekannte NC-Steuereinheit gesteuert.

Der Bohrkopf 11 weist eine Bearbeitungseinheit 12 auf, die eine Anzahl fest montierter Werkzeuge 13, z. B. eine Anzahl von Spiralbohrern aufnimmt. Ferner ist die Einheit 12 mit einer Fräseinheit 14 ausgerüstet, die z. B. mit mehreren Sägeblättern 15 ausgerüstet ist, die in ihre Arbeits­ lage verschwenkbar sind. Ferner weist der Bohrkopf 11 zwei Elektroantriebe 16 und 17 auf, die jeweils eine Spindel 18 mit sehr hoher Drehzahl antreiben. Vor den Elektroantrieben 16 und 17 sind Werkzeugmagazine 19 und 20 angeordnet, die eine Anzahl von Werkzeugen 21 bzw. 22 aufnehmen, die in die Spindeln 18 der Elektroantriebe 16, 17 einsetzbar sind.

Die bisher beschriebenen Einrichtungen sind schematisch noch einmal in Fig. 2 dargestellt, in der auch schematisch die Lage des Aufnahmelagers für die Anordnung der Werk­ zeugmagazine 19 und 20 dargestellt ist.

Der Erfindungsgegenstand wird in Fig. 3 verdeutlicht, in der lediglich die wichtigsten Einrichtungen dargestellt wurden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der Antriebsmittel der Kolben-Zylindereinheit, der Kugelumlaufspindel sowie des Verschiebeschlittens verzichtet, da diese Bauteile vom Stand der Technik her bekannt sind.

Aus der Fig. 3 kann die Anordnung der Bearbeitungseinheit 12 im Inneren des Bohrkopfes entnommen werden. Die Bearbeitungseinheit 12 ist mit einer Anzahl von Werkzeugen 13, z. B. mit Spiralbohrern bestückt, die wahlweise antreibbar sind und zur Durchführung der Bohrungen in der Platte benötigt werden. In die Bohrungen werden zu einem späteren Zeitpunkt Verbindungsdübel oder ähnliche Einrichtungen eingesetzt. Der Fig. 3 kann auch die Lageanordnung der Einstichvorrichtung 14 mit den Säge­ blättern 15 oder Fräsern entnommen werden.

An der Vorderseite und im Inneren des Bohrkopfes 11 sind zwei Elektroantriebe 16 und 17 vorgesehen, die jeweils mit einer Spindel 18 ausgerüstet sind, die mit hoher Drehzahl antreibbar ist. Die Spindeln 18 sind so ausgebildet, daß sie auswechselbare Werkzeuge aufnehmen können. Vor den Elektroantrieben 16 und 17 sind Werkzeug­ aufnahmemagazine 19 und 20 angeordnet, die austauschbare Werkzeuge 21 und 22 aufnehmen. Über bekannte Antriebs­ mittel ist jeder Elektroantrieb 16, 17 mit auf- und abwärts gerichteter Bewegung längs der Achse Z verfahrbar. Die Achse Z ist senkrecht zur Zeichnungsebene (Fig. 3) angeordnet. Auch die Magazine 19 und 20, die die Werkzeuge 21 und 22 aufnehmen, sind gesteuert auf- und abwärts entlang der Achse Z verfahrbar. Des weiteren sind die Werkzeugmagazine 19 und 20 gemeinsam längs der Achse X steuerbar in beide Richtungen der Achse X verfahrbar. Die Magazine 19 und 20, die die Werkzeuge 21 und 22 aufnehmen, sind auch gesteuert in beiden Richtungen der Achse Y verfahrbar. Das Verfahren der Werkzeugmagazine 19 und 20 entlang der Achsen Z, X und Y kann unter Zuhilfenahme von pneumatischen Kolben-Zylindereinheiten erfolgen oder aber unter Zuhilfenahme von kleinen, steuerbaren Motoren, z. B. Gleichstrommotoren, die z. B. über einen Encoder, Transduktor oder ein anderes Erfassungsmittel die genaue Lage der Magazine 19, 20 feststellen, um damit zu gewährleisten, daß sich die Achsen der Werkzeuge 21, 22 in Übereinstimmung mit und unterhalb der Spindeln 18, der Elektroantriebe 16, 17 befinden.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:
Durch Vorsehung der Magazine 19, 20 zur Aufnahme von austauschbaren Werkzeugen 21, 22 direkt am Bohrkopf 11, wird vermieden, daß der Bohrkopf 11 Arbeitshübe durchführen muß, um von einer Bearbeitungsstellung zu einem entfernten Werkzeugaufnahmemagazin oder umgekehrt zu verfahren. Somit werden Totzeiten während des Werkzeugswechseln vermieden, was zu einer Leistungssteigerung der Maschine führt.

Des weiteren, um die Produktivität des Bohrkopfes 11 weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenigstens zwei Elektroantriebe 16, 17 vorzusehen, auch wenn für die Bohrmaschine der dargestellten Art ein einziger Elektro­ antrieb mit nur einer Spindel 18 zur Durchführung der erforderlichen Bohr- und Fräsarbeiten ausreichen würde.

Die Vorsehung von zwei Elektroantrieben 16, 17 ermöglicht es nämlich, den Werkzeugwechsel an einem ersten Elektroantrieb 16 durchzuführen, während der zweite Elektroantrieb 17 noch bestimmte Bohr- oder Fräsarbeiten durchführt oder umgekehrt.

Wird z. B. durch den Elektroantrieb 16 mit dem Werkzeug 21, das in der Spindel 18 montiert ist) eine bestimmte Bearbeitung an der Platte vorgenommen, z. B. ein Fräsvorgang zur Erzeugung einer Ausnehmung, so befindet sich der Elektroantrieb 17 mit der Spindel 18 ohne Werkzeug bereits in Wartestellung und ist bereit, ein Werkzeug aufzunehmen, das für einen folgenden Arbeitsvorgang erforderlich ist.

Das erforderliche Werkzeug 22 wird durch eine Bewegung des Werkzeugmagazins 20 längs der Achse X bereitgestellt, in der Art, daß die Achse des ausgewählten Werkzeuges mit der Achse der Spindel 18 übereinstimmt.

Anschließend wird das Werkzeugmagazin 20 längs der Achse Y verschoben, solange bis die Achse des ausgewählten Werkzeuges 22 mit der zweiten Achse der Spindel 18 übereinstimmt. Daraufhin wird das Werkzeugmagazin 20 längs der Achse Z angehoben, um das ausgewählte Werkzeug 22 in die Ausnehmung der Spindel 18 einzuführen, und das Werkzeug zu blockieren.

Am Ende der beschriebenen Vorgänge werden diese in entgegengesetzter Weise wiederholt, das Werkzeugmagazin 20 fährt in eine Wartestellung, wie in Fig. 3 dargestellt. Sobald der Werkzeugwechsel in Verbindung mit dem Werkzeug 22 und dem Magazin 20 beendet ist, wird auch der Bearbeitungsvorgang, der mit dem Elektroantrieb 16 durchgeführt wurde, beendet sein, worauf die Bearbeitung des Werkstückes sofort mit dem Werkzeug 22 fortgesetzt wird, welches bereits in der Spindel 18 des Elektroantriebs 17 angeordnet ist. Somit entstehen keine Totzeiten für den Werkzeugwechsel.

Entsprechend der vorangegangenen Beschreibung wird durch das Werkzeugwechselmagazin 19, das unter den Elektroantrieb 16 verfahren wurde, das Werkzeug aufgenommen, das jetzt nicht mehr für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird; gleichzeitig wird in die Spindel 18 des Elektroantriebs 16 ein neues Werkzeug 21 eingesetzt, indem die notwendigen Verschiebebewegungen entlang der Achsen X, Y und Z durchgeführt werden.

Claims (1)

1. Bearbeitungsmaschine für plattenförmige Werkstücke, mit einem in drei zueinander senkrechten Richtungen verfahrbaren Bear­ beitungskopf, der mit mindestens zwei Spindeleinheiten mit wechselbaren Werkzeugen ausgerüstet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Spindeleinheit (16, 17) jeweils ein Werkzeug­ aufnahmemagazin (19, 20) mit den wechselbaren Werkzeugen (21, 22) zugeordnet ist, daß die Werkzeugaufnahmemagazine (19, 20) an dem Bearbeitungskopf (11) angeordnet sind und jeweils ge­ genüber der zugeordneten Spindeleinheit (16, 17) zum Werk­ zeugwechsel in den drei senkrecht zueinanderstehenden Rich­ tungen (X, Y, Z) verfahrbar sind und der Werkzeugwechsel an der in Wartestellung befindlichen Spindeleinheit während des durch die andere Spindeleinheit durchgeführten Bearbeitungs­ vorgangs erfolgt.