DE60013454T2

DE60013454T2 - Wekzeugmaschine

Info

Publication number: DE60013454T2
Application number: DE60013454T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Sugata; Yoshihide Seo
Original assignee: Horkos Corp
Current assignee: Horkos Corp
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: ES2225160T3; JP2001009652A; TW469206B; JP3256879B2; CA2375725A1; DE60013454D1; EP1207006A4; KR20020013886A; CN1356934A; WO2001002132A1; US6519823B1; CN1128692C; CA2375725C; KR100482986B1; EP1207006B1; EP1207006A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, bei der ein Teil der Bauteile aus Beton gefertigt ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine herkömmliche Werkzeugmaschine, die die Länge eines ersten Sattels, eines zweiten Sattels oder einer Säule in jeder Spindelrichtung (Längsrichtung) verkürzt, und die eine Zuführgeschwindigkeit eines Spindelkopfs in der Längsrichtung beschleunigt, wurde bereits in einem Dokument des Stands der Technik offenbart, beispielsweise in der japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Nr. 365529 von 1992, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet. Wie es dort gezeigt ist, wird die Werkzeugmaschine durch die Säule definiert, die fest auf einem Bett in der Spindelrichtung montiert ist, den ersten Sattel, der in der Vertikalrichtung bewegbar auf der Säule geführt ist, den zweiten Sattel, der auf dem ersten Sattel bewegbar in seitlicher Richtung geführt ist, und die Spindel, die auf dem zweiten Sattel bewegbar in der Längsrichtung geführt ist.
Der erwähnte erste bzw. zweite Sattel sind im allgemeinen aus Gussmaterial gefertigt, und daher vibriert der auf diesen Sätteln gelagerte Spindelkopf manchmal in einem derartigen Ausmaß, dass es die Bearbeitungsgenauigkeit bei der Bearbeitung beeinflusst.
Die DE 19745233 A1 bezieht sich auf einen Spindelhaltekasten für Werkzeugmaschinen. Die Spindelhaltestruktur enthält röhrenförmige Elemente, welche die Seiteflächen des Spindelhaltekastens bilden. Die röhrenförmigen Elemente sind mit Beton gefüllt.
Die JP 04365529 A , die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, die einen ersten Sattel enthält, der in der horizontalen Richtung bewegbar ist, und einen zweiten Sattel, der in der vertikalen Richtung bewegbar ist.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, die auf zufriedenstellende Weise Vibrationen des Spindelkopfs und ähnliches verhindert und eine Hochpräzisionsbearbeitung ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Um diese obenstehende Aufgabe zu erreichen, wird eine Werkzeugmaschine vorgesehen, welche die Merkmale von Anspruch 1 enthält.
Entsprechend vibrieren der erste Sattel und der zweite Sattel kaum, wodurch effektiv die Vibrationen eines Spindelkopfs und von ähnlichem verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein charakteristisches Gebiet einer Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Vorderansicht des erwähnten charakteristischen Gebiets.
3 ist eine Seitenansicht des erwähnten charakteristischen Gebiets.
4 ist eine Draufsicht auf das erwähnte charakteristische Gebiet.
5 zeigt einen Teil des erwähnten charakteristischen Gebiets, 5A ist eine perspektivische Ansicht des ersten Sattels, und 5B ist eine perspektivische Ansicht des zweiten Sattels.
Bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Um die vorliegende Erfindung im Einzelnen zu beschreiben wird sie unter Verweis auf die Zeichnungen erklärt.
Eine Werkzeugmaschine enthält ein Bett 1, das einen untersten Teil bildet, eine Säule 2, die auf der oberen Fläche des Betts 1 befestigt ist, den ersten Sattel 4, der frei verschiebbar in vertikaler Richtung f1 durch ein Paar von Führungsschienen 3 und 3 für obere und untere Seiten, die fest auf der Vorderfläche der Säule 2 montiert sind geführt ist, den zweiten Sattel 6, der frei verschiebbar in seitlicher Richtung f2 durch ein Paar von Schienenelementen 5 und 5 für rechte und linke Seiten geführt ist, die fest auf der Vorderfläche des ersten Sattels 4 montiert sind, und einen Spindelkopf 8, der frei verschiebbar in Längsrichtung f3 durch ein Paar von Schienenelementen 7 und 7 für Vorder- und Rückseiten geführt ist, die fest auf dem zweiten Sattel 6 montiert sind.
Es folgt eine Erklärung der oben erwähnten Bauteile.
Insbesondere ist das Bett 1 in einer Kistenstruktur aus Stahlplatten gebildet, und Stützelemente 9 und 9 sind auf der oberen Fläche des Betts 1 vor der Säule 2 befestigt, um einen nicht dargestellten Werkstücktisch zu befestigen. Eine Abführöffnung 10 ist im Zentrum des Betts 1 vorgesehen, um Schneidspäne und Kühlmittel in eine spezifizierte Position abzuführen.
Die Säule 2 weist ein Paar aus einem rechten und einem linken vertikalen Teil 2a und 2a sowie ein Paar aus einem oberen und unteren seitlichen Teil 2b und 2c auf und ist hauptsächlich aus einem rechteckigen Rahmenkörper zusammengesetzt, der eine verhältnismäßig große rechteckige Öffnung "a" von der Vorder- bzw. Rückseite zum Zentrum bildet. Ein Motortisch 2d ist an dem oberen seitlichen Teil 2b vorgesehen und ein Stellmotor 11 ist darauf befestigt, um den ersten Sattel 4 vertikal anzutreiben.
Der erste Sattel 4 weist, wie es in 5a und den ähnlichen Figuren gezeigt ist, ein Paar aus einem rechten und linken vertikalen einzelnen prismatischen Körper 4a und 4a mit rechteckigem Querschnitt sowie ein Paar aus einem oberen und unteren seitlichen einzelnen prismatischen Körper 4b und 4c mit rechteckigem Querschnitt auf und bildet eine verhältnismäßig große rechteckige Öffnung "b" von der Vorder und Rückseite zum Zentrum. Zusätzlich ist der erste Sattel 4 mit einem vertikalen rechteckigen Rahmenkörper versehen, der aus Stahlplatten gefertigt ist, der ausreicht, auf der Vorderfläche der Säule 2 aufgenommen zu sein. Zwischenelemente 12, die durch die Schienenelemente 3 und 3 geführt werden, sind auf der Rückfläche des rechteckigen Rahmens befestigt. Ein Paar von Schienenelementen 5 und 5 ist auf den vorderen Flächen der seitlichen prismatischen Körper 4 und 4c derart befestigt, dass der zweite Sattel 6 geführt wird. Ferner ist ein Träger 13 auf der Rückfläche des oberen seitlichen prismatischen Körpers 4b in umgekehrter Form des Buchstaben U in Vorderansicht befestigt, und ein Mutterkörper 14 ist auf der Oberseite des Trägers 13 befestigt. In diesem Fall können einzelne prismatische Körper 4a, 4b und 4c integral aus mehreren prismatischen Elementen mit rechteckigem Querschnitt geformt sein.
Die seitlichen prismatischen Körper 4b und 4c sind jeweils mit Beton "k" derart gefüllt, dass sie luftdicht gedichtet sind. Dabei wird der Begriff "Beton" "k" in einem weiten Sinn verwendet, und beinhaltet z. B. Zementbeton, Zementmörtel, Zementpaste, Kunstbeton und Asphaltbeton. Der Beton "k" kann über die gesamte Länge oder einen Teil der Länge der prismatischen Körper 4a, 4b und 4c eingefüllt sein. In jedem Fall ist der Beton "k" über den gesamten Querschnitt eines gefüllten Bereichs eingefüllt.
Der Beton "k", der in die prismatische Körper 4b und 4c eingefüllt ist, erhöht effektiv die Steifigkeit und die Masse des rechteckigen Rahmenkörpers, der hauptsächlich aus dem ersten Sattel 4 aufgebaut ist. Der Beton "k" ist luftdicht eingeschlossen, wodurch Wasserverdampfung verhindert wird. Daher wird verhindert, dass der Beton "k" auf Grund des Kontakts mit Luft einer Verschlechterung durch Alterung ausgesetzt ist.
Eine vertikale Schraubenachse 15, die in Kombination mit einer Ausgangsachse des Stellmotors 11 ist, ist in den Mutterkörper 14 geschraubt. Ein Servomotor 16 ist auf der oberen Fläche des oberen seitlichen prismatischen Körpers 4b vorgesehen, um den zweiten Sattel 6 in seitlicher Richtung anzutreiben. Außerdem sind, wie es in 5a gezeigt ist, Lagerelemente 19a und 19b, die eine seitliche Schraubenachse 18 zur Drehung stützen, die mit einer Ausgangsachse des Stellmotors 16 kombiniert ist, auf einem Paar von Verstärkungsplatten 17 und 17 befestigt, die auf dem prismatischen Körper 4b festgelegt sind.
Wie es in der 5B und weiteren Figuren gezeigt ist, bildet der zweite Sattel 6 eine rechteckige Öffnung "c" von der Vorder zur Rückseite, die ausreicht, um den Spindelkopf 8 im Zentrum zu enthalten, und ist mit einem vertikalen rechteckigen Rahmenkörper 6a versehen, der ausreicht um die Vorderfläche des ersten Sattels 4 aufzunehmen. Dabei sind ein Paar aus einem rechten und einem linken horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b, die rechteckige Zylinderelemente enthalten, die aus Stahlplatten gefertigt sind, auf der Rückfläche des rechteckigen Rahmenkörpers 6a in Längsrichtung befestigt, und darauf sind mehrere Zwischenelemente 20 befestigt, die durch die Schienenelemente 5 und 5 geführt werden. Ferner ist das Schienenelement 7 für die Vorder und Rückseite fest auf der oberen Fläche von jedem horizontalen Führungsrahmen 6b montiert, und eine horizontalebene Stahlplatte 21b verbindet Seitenflächen der horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b.
Der Beton "k" ist gedichtet in die horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b eingefüllt. In diesem Fall kann der Beton "k" über die gesamte Länge oder einen Teil der Länge der horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b eingefüllt sein.
Der Beton "k" erhöht die Steifigkeit und Masse um die horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b, die durch das Gewicht des Spindelkopfs 8 leicht vibrieren. Der Beton "k" ist luftdicht aufgenommen, wodurch eine Verdampfung von Wasser verhindert wird. Daher wird verhindert, dass der Beton "k" eine Beeinträchtigung durch Alterung auf Grund des Kontakts mit der Luft ausgesetzt ist, ähnlich wie oben.
Ein ausgebeultes Element 23 ist nach oben schräg nach hinten auf einer Seite der oberen Fläche des oberen seitlichen prismatischen Körpers 22 des rechteckigen Rahmenkörpers 6a vorgesehen, und ein Lagerelement 24 für eine offene Ringmutter ist auf der Oberseite des ausbeulenden Elements 23 festgelegt. Die seitliche Schraubenachse 18 ist in einen Mutterkörper 25 geschraubt, der durch das die Mutter lagernde Element 24 geklemmt ist. Außerdem ist eine vertikale lagernde Platte 26 zwischen hinteren Enden der rechten und linken horizontalen Führungsrahmen 6b, 6b gesichert, und ein Servomotor 27 ist auf der Rückfläche der lagernden Platte 26 festgelegt, um den Spindelkopf 8 in Längsrichtung f3 zu verschieben.
Der Spindelkopf 8 ist mit einem Kopfrahmen 29 versehen, der frei drehbar eine Spindel 28 für die Vorder- und Rückseite stützt. Außerdem ist ein nicht dargestellter Stellmotor im Inneren des Kopfrahmens 29 vorgesehen, um die Spindel 28 zu drehen, und mehrere Zwischenelement 30 sind auf der unteren Oberfläche des Kopfrahmens 29 derart vorgesehen, dass sie durch die Schienenelemente 7 geführt werden.
Ein nicht dargestellter Schrauben-Mutter-Mechanismus ist zwischen dem Kopfrahmen 29 und dem Stellmotor 27 vorgesehen, um den Kopfrahmen 29 in Längsrichtung durch die Rotation des Stellmotors 27 zu verschieben.
Um ein Bearbeitungszentrum basierend auf den beschriebenen Charakteristika auszubilden, werden die folgenden nicht dargestellten Bauteile zugefügt. Insbesondere wird ein automatischer Werkzeugwechsler vorgesehen, um ein Werkzeugmagazin. aufzunehmen, das viele Werkzeuge oder Werkzeuge des Werkzeugmagazins speichert, und um sie passend in das vordere Ende der Spindel 28 einzusetzen oder sie umgekehrt aus dem vorderen Ende der Spindel 28 herauszunehmen und zurück in das Werkzeugmagazin zu bringen. Außerdem ist nach Bedarf eine Umfassung vorgesehen, um die gesamten Bauteile auf dem Bett 1 zu bedecken.
Als nächstes folgt eine Erklärung bezüglich der Arbeitsweise der beschriebenen Charakteristika. Der erste Sattel 4 wird in der vertikalen Richtung f1 durch die Rotation des Stellmotors 11 verschoben, der zweite Sattel 6 in der seitlichen Richtung f2 durch den Stellmotor 16 und der Spindelkopf 8 in der Längsrichtung f3 durch den Stellmotor 27. Daher wird die Spindel 28 in eine beliebige Position in Drei-Achsenrichtung verschoben.
Somit kann ein auf dem nicht dargestellten Werkstücktisch befestigtes Werkstück durch das Verschieben der Spindel 28 und die Rotationen durch den Werkzeugantriebsmotor, der am vorderen Ende der Spindel 28 angebracht ist, bearbeitet werden.
Da der erste Sattel 4 durch den darin eingefüllten Beton "k" an Steifigkeit und Masse gewinnt, vibriert er kaum, wodurch Vibrationen des zweiten Sattels 6 und des Spindelkopfs 8 und von ähnlichem verringert werden, um eine Hochpräzisionsbearbeitung zu ermöglichen. Da außerdem der erste Sattel 4 hauptsächlich aus dem rechteckigen Rahmenkörper gebildet ist, kann der Spindelkopf 8 in die rechteckige Öffnung "b" eingesetzt werden, wodurch die Größe der gesamten Werkzeugmaschine kompakt gehalten wird, ebenso wie die vertikale Länge, die durch die Säule 2 unterstützt wird, vergrößert wird, wodurch die Stützkraft durch die Vorderfläche der Säule 2 stabilisiert wird.
Da außerdem die horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b des zweiten Sattels 6 durch den darin eingefüllten Beton "k" ebenso wie der erste Sattel 4 an Steifigkeit und Masse zunehmen, vibrieren sie kaum, wodurch direkt Vibrationen des Spindelkopfs 8 verringert werden, um eine Hochpräzisionsbearbeitung zu ermöglichen.
Da der zweite Sattel 6 den rechteckigen Rahmenkörper 6a und die horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b enthält, kann der Spindelkopf 8 im Inneren der rechteckigen Öffnung "c" des rechteckigen Rahmenkörpers 6a angebracht sein, wodurch der Spindelkopf 8 kompakt montiert wird, ebenso wie die geführte Länge des Spindelkopfs 8 in der Längsrichtung f3 vergrößert ist, wodurch die Stabilität des Spindelkopfs 8 bezüglich eines Moments in der Längsrichtung f3 und der Bewegungsbereich des Spindelkopfs 8 in der Längsrichtung f3 erhöht sind.
Ferner können die Steifigkeit und Masse, die für den zweiten Sattel 6 erforderlich sind, durch wenig Beton "k" erreicht werden, da in dem zweiten Sattel 6 der Beton "k" nur in die horizontalen Führungsrahmen 6b und 6b einfüllt ist. Da außerdem der horizontale Führungsrahmen 6b an jedem Schienenelement 7 vorgesehen ist und mit dem Beton "k" gefüllt ist, können die Steifigkeit und Masse des zweiten Sattels 6 wirtschaftlicher erzielt werden.

Claims

Werkzeugmaschine, enthaltend: ein Bett (1); eine Säule (2) aus einem rechteckigen Rahmenkörper, die einen großen Raum in ihrem innenliegenden Zentrum bildet, die stehend auf einer Seite des Betts (1) derart montiert ist, dass der Raum zu einer Vorderseite offen liegt; ein Paar von Führungsschienen (3, 3), die auf eine Vorderfläche der Säule (2) montiert sind; einen ersten Sattel (4) aus einem viereckigen Rahmenkörper, dessen obere und untere Seitenelemente (4b, 4c) aus prismatischen Körpern mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind, die in der vertikalen Richtung (f1) bewegbar angebracht sind; einen zweiten Sattel (6), der einen viereckigen Rahmenkörper (6a) bildet und durch einen Servomotor (16) betrieben wird; ein Paar aus einem rechten und linken viereckigen zylindrischen Element (6b, 6c) mit rechteckigem Querschnitt, das auf einer unteren rückwärtigen Fläche des rechteckigen Rahmenkörpers (6a) in horizontaler Richtung (f3) über ein festgelegte Länge befestigt ist und die hintere Oberfläche des rechteckigen Rahmenkörpers (6a) unter einem rechten Winkel kreuzt; Schienenelemente (5), die auf dem oberen und unteren Seitenelement (4b, 4c) des ersten Sattels (4) jeweils verlegt sind; Schienenelemente (7), die auf den viereckigen zylindrischen Elementen (6b, 6b) des zweiten Sattels (6) jeweils verlegt sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Führungsschienen (3, 3) ein Paar aus einer rechten und linken Führungsschiene ist und auf der Säule (2) in vertikaler Richtung angebracht ist; das obere und das untere Seitenelement (4b, 4c), die den ersten Sattel bilden, bewegbar durch die Führungsschienen (3, 3) angebracht sind; der Servomotor (16) den zweiten Sattel (6) seitlich (f1) kombiniert mit einer seitlichen Schraubenachse (18) antreibt, die auf einer oberen Fläche eines oberen Seitenelements (4b) des ersten Sattels (4) vorgesehen ist; der viereckige Rahmen (6a), der durch den zweiten Sattel gebildet ist, in der Größe kleiner als der erste Sattel ist; ein ausgebeultes Element (23) auf einer oberen Fläche des viereckigen Rahmenkörpers (6a) vorgesehen ist und auf die seitliche Schraubenachse (18) zum Verschieben des zweiten Sattels in seitlicher Richtung (f2) geschraubt ist; von den sich bewegenden Elementen Beton (k) abgedichtet nur in die prismatischen Körper der oberen und unteren Seitenelemente (4b, 4c) und in das Paar aus einem rechten und linken viereckigen zylindrischen Element (6b, 6b) eingefüllt ist.