DE69838351T2

DE69838351T2 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE69838351T2
Application number: DE69838351T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Wakazono; Kazuo Machida; Wataru Iida; Katsuhiko Takeuchi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-07-25
Also published as: EP0893196A2; DE69819821T2; EP1402994A3; DE69838351D1; EP1402994A2; EP0893196B1; US6161995A; EP1402994B1; DE69819821D1; EP0893196A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (siehe zum Beispiel das Dokument EP-A-0 742 072 ).
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei dieser Art von Werkzeugmaschine, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung (JP-A) 8-318 445 offenbart ist, ist ein Kastenrahmen 481 auf einer Basis 480 angeordnet, um einen Bock 483 an einem oberen und unteren Endabschnitt desselben innerhalb eines rechteckigen Fensters 482 zu führen, das im Kastenrahmen 481 geöffnet ist, wie in den 1 und 2 gezeigt. Der Bock 483 wird in X-Achsen-Richtung von einem Paar von Linearmotoren 484 und 485 bewegt, die jeweils zwischen dem oberen und unteren Endabschnitt des Bocks 483 und gegenüberliegenden Flächen des Rahmens 481 angeordnet sind.
Der Bock 483 besitzt ein rechteckiges Fenster 486, in dem ein Sattel 487 mit Hilfe eines Paares von rechten und linken linearen Führungsmechanismen (nicht gezeigt) innerhalb des rechteckigen Fensters 486 so geführt wird, dass er in Y-Achsen-Richtung durch ein Paar von rechten und linken Linearmotoren 488 bewegbar ist und bewegt wird. Ein Stößel 490 wird von einem linearen Führungsmechanismus (nicht gezeigt) so am Sattel 487 geführt, dass er von einem Linearmotor (nicht gezeigt) in Z-Achsen-Richtung vorwärts und rückwärts bewegbar ist. Der Stößel 490 lagert des Weiteren drehbar eine Werkzeugspindel 490a, die von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) um die Z-Achse gedreht wird.
Jeder der linearen Führungsmechanismen zum Führen des Bocks 483 an der linken und rechten Seite in X-Achsen-Richtung besteht aus einem unteren linearen Führungsmechanismus 491 einschließlich einer Führungsschiene und eines darauf laufenden Lagerblocks sowie einem oberen linearen Führungsmechanismus 492. Der untere lineare Führungsmechanismus 491 ist zwischen einer Unterseite des Bocks 483 und einem unteren Trägerelement 481c des Kastenrahmens 481 angeordnet, während der obere lineare Führungsmechanismus 492 zwischen einer Vorderseite eines Querträgers 481a des Rahmens 481 und einer Rückseite eines gegenüberliegenden oberen Abschnittes des Bocks 483 angeordnet ist.
Da bei der vorstehend erwähnten herkömmlichen, von einem Linearmotor angetriebenen Werkzeugmaschine der Bock 483 so angeordnet ist, dass er im rechteckigen Fenster 482, das sich im Rahmen 481 öffnet, bewegbar ist, wird der Hub des Bockes 483 in Y-Achsen-Richtung durch ein rechtes und linkes Säulenelement 481b des Rahmens 481 begrenzt.
Ferner ist der Querträger 481a des Rahmens 481 so angeordnet, dass er eine obere Endfläche des Bocks 483 bedeckt, so dass die Höhe des Rahmens 481 zunimmt und auf diese Weise das Volumen der Werkzeugmaschine vergrößert wird.
Da des Weiteren der untere lineare Führungsmechanismus 491 zum Führen des unteren Endabschnittes des Bocks 483 in X-Achsen-Richtung an einer Unterseite einer Basisplatte 483a des Bocks 483 montiert ist, müssen im Falle einer Inspektion, Wartung und eines Austausches des linearen Führungsmechanismus und des Linearmotors 488 zur Bewegung des an der rechten und linken Endfläche des rechteckigen Fensters 486 im Bock 483 montierten Sattels 487 separat sämtliche Elemente, die auf der Basisplatte 483c des Bocks 483 vorgesehen sind, entfernt werden. Dies kann daher eine aufwendige erneute Montage des linearen Führungsmechanismus und des Linearmotors nach der Inspektion, Wartung und dem Austausch desselben erforderlich machen.
Als nächstes wird eine in der offengelegten japanischen Patentanmeldung (JP-A) 8-318 445 beschriebene Werkzeugmaschine in größeren Einzelheiten in Verbindung mit den schematischen Darstellungen der 3 und 4 in Bezug auf den Stand der Technik erläutert.
Wie 3 zeigt, ist der Bock 483 in einem Rahmen (nicht gezeigt) über das Paar des oberen und unteren linearen Führungsmechanismus 491 und 492 vorgesehen, um entlang der X-Achse gleitend angetrieben zu werden. Die linearen Führungsmechanismen 491 und 492 für den X-Achsen-Antrieb sind parallel in Y-Achsen-Richtung angeordnet, in der die Werkzeugspindel 490a um die Z-Achse dazwischen drehbar gelagert ist. Der untere lineare Führungsmechanismus 491 besteht aus einer geraden Schiene 101, die sich entlang der X-Achse erstreckt, und einem rechten und linken Lagerblock 103 und 104, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 101 ist am Rahmen fixiert, während die Lagerblöcke 103 und 104 am Bock 483 fixiert sind.
Entsprechend dem unteren linearen Führungsmechanismus 491 besteht der obere lineare Führungsmechanismus 492 aus einer geraden Schiene 102, die am Rahmen fixiert ist, und einem rechten und linken Lagerblock 105 und 106, die gleitend damit in Eingriff stehen und am Bock 483 fixiert sind. Eine X-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Bocks 483 entlang der X-Achse besteht aus dem Paar des oberen und unteren linearen X-Achsen-Führungsmechanismus 491 und 492, wie vorstehend beschrieben. Des Weiteren sind in der X-Achsen-Führungseinrichtung vier Lagerblöcke 103, 104, 105 und 106, die am Bock 483 fixiert sind, in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet.
Des Weiteren ist der Sattel 487 so am Bock 483 über lineare Y-Achsen-Führungsmechanismen 422 und 424 vorgesehen, das er entlang der Y-Achse gleiten kann. Die linearen Y-Achsen-Führungsmechanismen 422 und 424 sind parallel zur X-Achsen-Richtung angeordnet, wobei die Werkzeugspindel 490a drehbar dazwischen gelagert wird. Der rechte lineare Y-Achsen-Führungsmechanismus 424 besteht aus einer geraden Schiene 110, die sich entlang der Y-Achse erstreckt, und einem unteren und oberen Lagerblock 112 und 114, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 110 ist am Bock 483 fixiert, und die Lagerblöcke 112 und 114 sind am Sattel 487 fixiert.
Entsprechend dem rechten linearen Y-Achsen-Führungsmechanismus 424 besteht der linke lineare Y-Achsen-Führungsmechanismus 422 aus einer geraden Schiene 111, die am Bock 483 fixiert ist, und einem unteren und oberen Lagerblock 113 und 115, die gleitend mit der geraden Schiene 111 in Eingriff stehen und am Sattel 487 fixiert sind. Die Y-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Sattels 487 in Y-Achsen-Richtung besteht aus den Paaren des rechten und linken linearen Y-Achsen-Führungsmechanismus 422 und 424, die vorstehend erwähnt wurden. Des Weiteren sind in der Y-Achsen-Führungseinrichtung vier Lagerblöcke 112, 113, 114 und 115, die am Sattel 487 fixiert sind, in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet.
Wie 4 zeigt, ist der Stößel 490 im Sattel 487 über lineare Y-Achsen-Führungsmechanismen 432 und 434 gleitend entlang der Z-Achse angeordnet. Die linearen Z-Achsen-Führungsmechanismen 432 und 434 sind parallel in X-Achsen-Richtung unterhalb der Werkzeugspindel 490a angeordnet. Der rechte lineare Z-Achsen-Führungsmechanismus 434 besteht aus einer geraden Schiene 125, die sich entlang der Z-Achse erstreckt, und einem hinteren und vorderen Lagerblock 121 und 123, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 125 ist am Stößel 490 fixiert, und die Lagerblöcke 121 und 123 sind am Sattel 487 fixiert.
Entsprechend dem rechten Z-Achsen-Führungsmechanismus 434 besteht der linke lineare X-Achsen-Führungsmechanismus 432 aus einer geraden Schiene 126, die am Stößel 490 fixiert ist, und einem hinteren und vorderen Lagerblock 122 und 124, die gleitend damit in Eingriff stehen und am Sattel 487 fixiert sind. Die Z-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Stößels 490 entlang der Z-Achse besteht aus dem Paar des linken und rechten linearen Z-Achsen-Führungsmechanismus 432 und 434, wie vorstehend beschrieben. Ferner sind in der Z-Achsen-Führungseinrichtung vier Lagerblöcke 121, 122, 123 und 124, die am Stößel 490 fixiert sind, in der gleichen Ebene senkrecht zur Y-Achse angeordnet.
Bei dieser Werkzeugmaschine sind die vier Lagerblöcke 103, 104, 105 und 106 der X-Achsen-Führungseinrichtung, die in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet sind, um den Bock 483 zu lagern, an einer Vorderseite desselben fixiert. In entsprechender Weise sind die vier Lagerblöcke 112, 113, 114 und 115 der Y-Achsen-Führungseinrichtung zum Lagern des Sattels 487 an einer Vorderseite desselben fixiert. Bei einer derartigen Konstruktion werden Schneidkräfte, die auf die Werkzeugspindel 490a einwirken, in einem Schneidvorgang des Werkstücks konzentrisch auf jede der Vorderseiten des Bocks 483, die die Lagerblöcke 103, 104, 105 und 106 fixieren, und des Sattels 487, die die Lagerblöcke 112, 113, 114 und 115 fixieren, aufgebracht.
Jede der Vorderseiten des Bocks 483 und des Sattels 487 muss somit eine hohe Steifigkeit besitzen, um der Schneidkraft entgegenzuwirken, die auf die Werkzeugspindel 490a einwirkt. Bei der herkömmlichen Werkzeugmaschine ist die Steifigkeit der Vorderseite erhöht, indem die Dicke einer jeden Vorderseite des Bocks 483 und Sattels 487 vergrößert ist. Da jedoch die Dickenerhöhung der Vorderseiten des Bocks 483 und des Sattels 487 in Bezug auf die Schneidkraft keine Auswirkungen auf die anderen Abschnitte hiervon hat, wird das Gesamtgewicht stark vergrößert, wodurch eine Gewichtsverringerung des Bocks 483 und des Sattels 487 verhindert wird.
Ferner wird der Stößel 4990 von den vier Lagerblöcken 121, 122, 123 und 124 der Z-Achsen-Führungseinrichtung gelagert, die in der gleichen Ebene senkrecht zur Y-Achse angeordnet sind. Dies bewirkt ein ähnliches Problem wie bei dem Bock 483 und dem Sattel 487. Generell kann man sagen, dass eine Gewichtsreduzierung der Gleitelemente im Bock 483, Sattel 487 und Stößel 490 und eine Erhöhung von deren Steifigkeit einander zuwider laufen. Bei einer Werkzeugmaschine, die von einem Linearmotor angetrieben wird, von dem das Gleitelement mit einer hohen Geschwindigkeit positioniert wird, ist es jedoch besonders wichtig, die vorstehend erwähnten Probleme gleichzeitig zu lösen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine, die ein Gleitelement mit Hilfe von Linearmotoren bewegt, mit einem Strukturverbesserungsvermögen zur Aufnahme einer Schneidkraft, die auf eine Werkzeugspindel einwirkt, zu schaffen, ohne ihr Gewicht übermäßig zu erhöhen. Diese Aufgabe wird mit einer Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn angenommen wird, dass eine horizontale Richtung eines Rahmens eine X-Achsen-Richtung ist, seine vertikale Richtung eine Y-Achsen-Richtung ist und seine Längsrichtung eine Z-Achsen-Richtung ist, eine Werkzeugspindel, die sich um eine Achse dreht, die sich entlang der Z-Achse erstreckt, ein Gleitelement, das zumindest in entweder der X-Achsen-, der Y-Achsen- oder der Z-Achsen-Richtung gleitfähig ist, und ein Führungsgerät mit einer geraden Schiene besitzen, das das Gleitelement an der Führungsschiene gleitfähig stützt und so angeordnet ist, dass drei Stützpunkte für das Stützen des Gleitelements bei einer Bertachtung in der X-Achsen-Richtung die Eckpunkte eines Dreiecks bilden.
Bei diesem Aufbau kann es, da die drei Stützpunkte so angeordnet sind, dass sie bei einer Betrachtung in der X-Achsen-Richtung die Eckpunkte eines Dreiecks bilden, eine Schneidkraft rationell aufnehmen, die auf die Werkzeugspindel einwirkt. Somit kann die Notwendigkeit der Verbesserung einer Steifigkeit durch das Erhöhen seiner Dicke des Gleitelements zusammen mit dem Anstieg seines Gewichts erübrigt werden. Folglich kann das Gleitelement leichter gemacht werden, wodurch sein Hochgeschwindigkeitsvorschub realisiert werden kann, was zu einer verkürzten Bearbeitungszeit der Werkzeugmaschine führt.
In dem Fall, dass das Gleitelement aus einem Bock (das auch als Gerüst bezeichnet werden kann), der dazu in der Lage ist, sich entlang der X-Achse zu bewegen, einem Sattel, der dazu in der Lage ist, sich entlang der Y-Achse zu bewegen, und einem Stößel, der dazu in der Lage ist, sich entlang einer Z-Achse zu bewegen, gebildet ist, kann das Gewicht des Bocks, des Sattels und des Stößels verringert werden.
In dem Fall, in dem zwei Lagerpunkte von den drei Lagerpunkten der X-Achsen-Führungseinrichtung und zwei Lagerpunkte von den drei Lagerpunkten der Y-Achsen-Führungseinrichtung in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet sind, können der Bock und der Sattel auf kompakte Weise relativ zur Z-Achse angeordnet werden.
In dem Fall, in dem die drei Lagerpunkte der Z-Achsen-Führungseinrichtung so angeordnet sind, dass sie Scheitelpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks mit einer horizontalen Grundlinie, von der Z-Achsen-Richtung aus gesehen, bilden, kann mit der herabgesetzten Zahl von Lagerpunkten eine wirksame Lagerung in der Vorderseite des Stößels erfolgen, wodurch ein Herabhängen durch Schwerkraft während der Vorwärtsbewegung des Stößels vermieden wird. Ferner kann eine hohe Steifigkeit erzielt werden, mit der die auf die Werkzeugspindel einwirkende Schneidkraft aufgenommen werden kann.
Zudem kann die Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung eine Werkzeugspindel, die sich um eine Achse dreht, ein Gleitelement, das in der axialen Richtung der Werkzeugspindel bewegbar ist, ein Antriebsgerät für das Bewegen des Gleitelements und ein Führungsgerät besitzen, das eine gerade Schiene besitzt, das Gleitelement bewegbar an der Führungsschiene stützt und so angeordnet ist, dass die Stützpunkte für das Stützen des Gleitelements bei einer Betrachtung aus einer Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung der Werkzeugspindel die Eckpunkte eines Dreiecks bilden.
Bei diesem Aufbau sind die Stützpunkte für das Stützen des Gleitelements so angeordnet, dass sie bei einer Betrachtung aus der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung der Werkzeugspindel die Eckpunkte eines Dreiecks bilden. Dieser Aufbau verhindert somit das Herabhängen infolge der Schwerkraft während der Vorwärtsbewegung des Gleitelements.
Dieser Aufbau ist insbesondere dann effektiv, wenn die Stützpunkte so angeordnet sind, dass sie die Eckpunkte eines rechtwinkligen Dreiecks bilden, während sich das Gleitelement an einer vorderen Bewegungsendposition befindet.
Zudem ist bei der Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung ein Bock vor einem Befestigungsrahmen an einer Basis so angeordnet, dass er dazu in der Lage ist, sich auf der Basis in einer ersten horizontalen Richtung zu bewegen, wodurch sich ein Teil des Bocks in der ersten horizontalen Richtung bewegen kann, während er in dem Befestigungsrahmen aufgenommen ist. Als eine Einrichtung für das Führen und Antreiben des Bocks in der ersten horizontalen Richtung sind die untere Führungseinrichtung und der untere Linearmotor zwischen der unteren Fläche des Bocks und der Basis angeordnet. Währenddessen sind die obere Führungseinrichtung und der obere Linearmotor zwischen der oberen hinteren Fläche des Bocks und der oberen vorderen Fläche des Befestigungsrahmens angeordnet, wodurch verhindert wird, dass der Befestigungsrahmen den oberen Endabschnitt des Bocks abdeckt. Vorzugsweise ist er so aufgebaut, dass der obere Endabschnitt des Bocks dem oberen Endabschnitt des Befestigungsrahmens in der horizontalen Richtung zugewandt ist und der Befestigungsrahmen die Höhe des Bocks nicht überschreitet.
Gemäß diesem Aufbau kann, da der Bock so angeordnet ist, dass er dazu in der Lage ist, sich vor dem Befestigungsrahmen in der ersten horizontalen Richtung zu bewegen, der Bock mit einer Überlappungsbeziehung zu dem Befestigungsrahmen bewegt werden und die Bewegungshub-Endposition des Bocks ist nicht durch das Element beschränkt, das den Befestigungsrahmen bildet. Folglich kann ein Öffnungsabschnitt der Werkzeugmaschine durch das Sichern eines gewünschten Bewegungshubs des Bocks verringert werden. Da die obere und die untere Führungseinrichtung für das Bewegen des Bocks in der ersten horizontalen Richtung und der obere und der untere Linearmotor für das Antreiben des Bocks entlang der Führungseinrichtung zwischen der unteren Fläche des Bocks und der oberen Fläche der Basis und zwischen der oberen hinteren Fläche des Bocks und der oberen vorderen Fläche des Befestigungsrahmens angeordnet sind, kann die Höhe des Befestigungsrahmens niedrig sein, während die Anforderungen des Führens und des Antreibens des Bocks in dem oberen und unteren Abschnitt erfüllt werden können, sodass die Werkzeugmaschine kompakt gemacht werden kann und der vorstehend beschriebene Öffnungsabschnitt verringert werden kann.
Vorzugsweise kann durch das Verlängern beider Enden der Schieneneinrichtung, die die obere und untere Führungseinrichtung des Bocks über dem ersten Öffnungsabschnitt des Fixierrahmens bilden, die Steifigkeit zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Bock an der Bewegungsendposition befindet, sichergestellt werden.
In dem Fall des Anordnens des oberen und unteren Linearmotors derart, dass ein Aufbringungspunkt dieser Ansaugkräfte in der selben vertikalen Oberfläche wie der Schwerpunkt des Bocks positioniert sind, vorzugsweise einem Schwerpunkt der Baugruppen, die sich zusammen mit dem Bock nach oben und nach unten bewegen, kann der Bock 20 sanft bewegt werden.
Gemäß der Erfindung erzeugt jeder der oberen und unteren Linearmotoren eine Ansaugkraft in einer unterschiedlichen Richtung und eine Kombinationskraft dieser Kräfte drängt den Bock in einer nach hinten und schräg nach unten gerichteten Richtung zu dem Befestigungsrahmen, sodass die relative Position des Bocks in der vertikalen Richtung und der Längsrichtung in einem unbewegbaren Zustand in Bezug auf die Basis und den Befestigungsrahmen beibehalten werden kann.
Zudem kann in dem Fall des Vorstehens des Querträgers des Befestigungsrahmens zu einer mittleren Position des Bocks in der zweiten horizontalen Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung und durch das Anordnen der oberen Führungseinrichtung in einer vorderen Fläche des Vorsprungsabschnitts der Bock über den Schwerpunkt des Bocks hinaus geführt werden und der Bock kann sanft in der ersten horizontalen Richtung bewegt werden.
Darüber hinaus kann in dem Fall des Anordnens des unteren Linearmotors unmittelbar unter der oberen Führungsschieneneinrichtung in der zweiten horizontalen Richtung und durch das Anordnen des unteren Linearmotors zwischen einem Paar von Führungsschienen der untere Abschnitt des Bocks in der ersten horizontalen Richtung unmittelbar unter dem Schwerpunkt des Bocks angetrieben werden, sodass der Bock sanft in der ersten horizontalen Richtung mit einer Kooperation mit der oberen Führungseinrichtung bewegt werden kann.
Als der weitere vorzuziehende Aufbau ist der Aufbau zudem so gestaltet, dass eine schräge Fläche, die zu der zweiten horizontalen Richtung der Basis geneigt ist, ausgebildet ist, rechte und linke Säulenelemente für den Befestigungsrahmen auf die schräge Fläche gestellt werden und der Querträger die oberen Enden der Säulenelemente miteinander verbindet, nach vorne zu dem Bock hin vorstehen. In diesem Fall kann das obere Ende des Bocks in der oberen Führungseinrichtung angeordnet sein, die in der ersten horizontalen Richtung führt und antreibt, und der obere Linearmotor kann unmittelbar über dem Schwerpunkt des Bocks in der zweiten horizontalen Richtung angeordnet sein, sodass das obere Ende des Bocks sanft in der ersten horizontalen Richtung geführt und angetrieben werden kann.
Darüber hinaus ist als der weitere vorzuziehende Aufbau der Bock durch das rechte und linke Vertikalträgerelement und das obere und untere Horizontalträgerelement, die die oberen Abschnitte der vertikalen Trägerelemente miteinander verbinden und ihre unteren Abschnitte in einer Weise miteinander verbinden, dass sie sich trennen können, gebildet und zwei Lagerblocks, die auf der Führungsschiene der unteren Führungseinrichtung laufen, sind jeweils an der unteren Fläche des vertikalen Trägerelements montiert. In diesem Fall können sogar dann, wenn in dem Fall des Trennens des Bocks in vier Elemente, die das rechte und das linke Vertikalträgerelement und das obere und das untere Horizontalträgerelement enthalten, das linke und das rechte Vertikalträgerelement in einem Stehzustand durch den Lagerblock gehalten werden, der an der unteren Oberfläche in solch einer Weise montiert ist, dass er dazu in der Lage ist, sich individuell an der Führungsschiene der unteren Führungseinrichtung zu bewegen, sodass die Führungseinrichtung und die Antriebseinrichtung des Sattels, die an der Innenfläche jedes Elements des Vertikalträgerelements vorgesehen sind, durch das Ausdehnen eines Abstands des rechten und des linken Vertikalträgerelements leicht inspiziert, gewartet und ersetzt werden können.
Zudem kann der Querträger des Befestigungsrahmens von dem rechten und linken Säulenelement getrennt werden, ein Paar von Führungsschienen ist als die untere Führungseinrichtung des Bocks vorgesehen und das untere Horizontalträgerelement des Bocks wird zu der Führungsschiene geführt, die separat von der Führungsschiene vorgesehen ist, die das Vertikalträgerelement des Bocks führt. In diesem Fall können sogar dann, wenn in dem Fall, dass das rechte und das linke Vertikalträgerelement und das obere und das untere Horizontalträgerelement, die den Bock bilden, in vier Elemente für die Inspektion oder Wartung getrennt werden, alle vier Elemente in einem Zustand gehalten werden, in dem sie zu der Führungsschiene geführt werden. Dementsprechend kann, da der Führungszustand jedes der vier Elemente und der Führungsschienenführung in einen Zustand vor der Trennung in dem getrennten Zustand gehalten werden, einen Wiederzusammenbau nach der Inspektion oder Wartung vereinfacht werden.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Vorderansicht einer herkömmlichen Werkzeugmaschine, die von einem Linearmotor angetrieben wird;
2 eine Schnittansicht entlang Linie B-B der in 1 gezeigten, von einem Linearmotor angetriebenen herkömmlichen Werkzeugmaschine;
3 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einem Bock und einem Sattel bei einer anderen herkömmlichen Werkzeugmaschine, die von einem Linearmotor angetrieben wird;
4 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einem Sattel und einem Stößel bei einer anderen herkömmlichen Werkzeugmaschine, die von dem in 4 gezeigten Linearmotor angetrieben wird;
5 eine schematische Vorderansicht einer von einem Linearmotor angetriebenen Werkzeugmaschine gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel;
6 eine Schnittansicht entlang Linie A-A in 5;
7 eine Vorderansicht eines Umfangsabschnittes eines Sattels gemäß dem nicht beanspruchten Beispiel;
8 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einem Bock und einem Sattel;
9 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einem Sattel und einem Stößel;
10 eine Ansicht einer Anordnung eines Lagerblocks in der X-Achsen-Führungseinrichtung;
11 eine Ansicht einer Anordnung eines Lagerblocks in der Y-Achsen-Führungseinrichtung;
12 eine Ansicht einer Anordnung eines Lagerblocks in der Z-Achsen-Führungseinrichtung;
13 eine Draufsicht einer von einem Linearmotor angetriebenen Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 eine rechte Seitenansicht einer von einem Linearmotor angetriebenen Werkzeugmaschine gemäß der ersten Ausführungsform;
15 eine Vorderschnittansicht entlang der Linie A–A der in 13 gezeigten ersten Ausführungsform;
16 eine perspektivische Ansicht eines rechten Endabschnittes eines unteren Trägerelementes, das einen Bock gemäß der ersten Ausführungsform bildet;
17 eine perspektivische Ansicht der Beziehung zwischen einem vertikalen Trägerelement und einem unteren Trägerelement das einen Bock gemäß der ersten Ausführungsform bildet;
18 eine Ansicht der Beziehung zwischen einer Anordnung eines Lagerblocks zum Führen eines Sattels in Y-Achsen-Richtung und der Anordnung eines Lagerblock zum Führen eines Bocks in X-Achsen-Richtung gemäß der ersten Ausführungsform;
19 eine Ansicht der Beziehung zwischen einer Anordnung eines Lagerblocks zum Führen eines Stößels in Z-Achsen-Richtung und der Anordnung eines Lagerblocks zum Führen eines Sattels in Y-Achsen-Richtung gemäß der ersten Ausführungsform; und
20 eine rechte Seitenansicht einer von einem Linearmotor angetriebenen Werkzeugmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird nunmehr ein nicht beanspruchtes exemplarisches Beispiel einer Werkzeugmaschine in Verbindung mit den Zeichnungen der 5 bis 12 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen werden für Teile verwendet, die die gleiche Funktion wie beim Stand der Technik besitzen.
Gemäß den 5 und 6 ist ein Rahmen 40 mit einer Basis 42, einem rechten und linken Seitenelement 44 und einem oberen Element 46 so zusammengebaut, dass er im Wesentlichen Kastenform besitzt. Ein Tisch zur Lagerung eines Werkstücks (nicht gezeigt) ist an einem Vorderabschnitt der Basis 42 vorgesehen.
Ein Bock 50, der in einem Innenraum des Rahmens 40 angeordnet ist, ist mit einem unteren Element 52, einem rechten und linken Seitenelement 54 und einem oberen Element 56 so zusammengebaut, dass er die Form eines vertikalen Kastens besitzt. Ein Sattel 60, der im Innenraum des Bocks 50 angeordnet ist, hat ebenfalls im Wesentlichen Kastenform. Ein Stößel 70, der sich in einem Innenraum des Sattels 60 befindet, hat im Wesentlichen die Form eines polygonalen Zylinders, der sich entlang einer Z-Achse erstreckt. Eine Werkzeugspindel 100 ist drehbar in einem vorderen Endabschnitt des Stößels 70 um die Z-Achse gelagert. Bei dieser Ausführungsform ist ein Werkzeug, beispielsweise ein drehbares Schneidwerkzeug (nicht gezeigt), das eine Fräsvorrichtung aufweist, an der Werkzeugspindel 100 befestigt. Im Stößel 70 ist ein eingebauter Motor (nicht gezeigt) zum Drehen der Werkzeugspindel 100 vorgesehen.
Der Bock 50, der Sattel 60 und der Stößel 70 sind über hiernach beschriebene Führungseinrichtungen am Rahmen 40 in X-, Y- und Z-Achsen-Richtungen gleitend geführt. In 9 ist der Stößel 70 in einer vorderen Position mit einer strichpunktierten Linie gezeigt.
Gemäß den 5, 6 und 8 ist der Bock 50 über drei Sätze von linearen X-Achsen-Führungen 12, 14 und 16 in X-Achsen-Richtung gleitend gelagert. Die beiden Sätze der oberen und unteren linearen X-Achsen-Führungen 12 und 14 am vorderen Ende sind im vorderen Bereich des Rahmens 40 parallel zueinander angeordnet und halten die Werkzeugspindel 100 dazwischen. Die hintere lineare X-Achsen-Führung 16 ist im hinteren Abschnitt des Rahmens 40 parallel zur unteren linearen X-Achsen-Führung 14 am vorderen Ende angeordnet.
Die untere lineare X-Achsen-Führung 14 am vorderen Ende besteht aus einer geraden Schiene 101, die sich in X-Achsen-Richtung erstreckt, und einem rechten und linken Lagerblock 103 und 104, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 101 ist an der Basis 42 des Rahmens 40 fixiert, und die Lagerblöcke 103 und 104 sind an den Unterseiten des rechten und linken Seitenelementes 54 des Bocks 50 fixiert.
Die obere lineare X-Achsen-Führung 12 am vorderen Ende besteht aus einer geraden Schiene 102, die am oberen Element 46 des Rahmens 40 fixiert ist, und einem rechten und einem linken Lagerblock 105 und 106, die gleitend damit in Eingriff stehen und am oberen Element 56 des Bocks 50 fixiert sind. Die hintere lineare X-Achsen-Führung 16 besteht aus einer geraden Schiene 101a, die an der Oberseite der Basis 42 des Rahmens 40 fixiert ist, und einem rechten und linken Lagerblock 103a und 104a, die gleitend damit in Eingriff stehen und am unteren Element 52 unter den Seitenelementen 54 des Bocks 50 fixiert sind. Daher ist in der Unterseite eines jeden Seitenelementes 54 ein Stufenabschnitt ausgebildet, in dem ein hinterer Abschnitt in Z-Achsen-Richtung in einer höheren Position als ein Vorderabschnitt positioniert ist. Beide Endabschnitte des unteren Elementes 52 in X-Achsen-Richtung sind am Stufenabschnitt angeordnet.
Die X-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Bocks 50 in X-Achsen-Richtung besteht aus den drei Sätzen von linearen X-Achsen-Führungen 12, 14 und 16. Wie in 5 gezeigt, befindet sich der Mittelpunkt einer jeden linearen X-Achsen-Richtung 12, 14 und 16 in X-Achsen-Richtung im Wesentlichen auf einer Mittellinie L entlang der Y-Achse senkrecht zum Drehpunkt der Werkzeugspindel 100.
Die Beziehung zwischen den Lagerblöcken 103, 103a, 104, 104a, 105 und 106, die am Bock 50 fixiert sind, wird anhand der schematischen Ansicht der 10 erläutert. In 10 ist 10(a) eine linke Seitenansicht, 10(b) eine Vorderansicht, 10(c) eine rechte Seitenansicht und 10(d) eine Draufsicht. Die drei in 10(a) dargestellten Lagerblöcke 104, 104a und 106 sind in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der linken Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, angeordnet. In entsprechender Weise sind die drei in 10(c) gezeigten Lagerblöcke 103, 103a und 105 in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der rechten Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, in der gleichen Weise wie die Lagerblöcke 104, 104a und 106 angeordnet.
Des Weiteren sind die in 10(b) dargestellten vier Lagerblöcke 103, 104, 105 und 106 in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet. Die in 10(d) dargestellten vier Lagerblöcke 103, 103a, 104 und 104a sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Y-Achse angeordnet.
Wie die 5, 7 und 8 zeigen, ist der Sattel 60 in Y-Achsen-Richtung im Bock 50 über ein Paar von linken und rechten vorderen linearen Y-Achsen-Führungen 22 und 24 und ein Paar von linken und rechten hinteren linearen Y-Achsen-Führungen 26 und 28 gleitend angeordnet. Die linke und rechte vordere lineare Y-Achsen-Führung 22 und 24 sind parallel zur X-Achsen-Richtung angeordnet und halten die Werkzeugspindel 100 dazwischen. Die linke und rechte hintere lineare Y-Achsen-Führung 26 und 28 sind an der Rückseite der vorderen linearen Y-Achsen-Führungen 22 und 24 parallel zur X-Achsen-Richtung angeordnet. Bei einer derartigen Konstruktion sind die linken und rechten linearen Y-Achsen-Führungen 22, 26, 24 und 28 symmetrisch zur Y-Achse senkrecht zur Drehachse der Werkzeugspindel 100 vorgesehen.
Die rechte vordere lineare Y-Achsen-Führung 24 besteht aus einer geraden Schiene 110, die sich entlang der Y-Achse erstreckt, und einem unteren und oberen Lagerblock 112 und 114, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 110 ist am Seitenelement 54 am rechten Endabschnitt des Bocks 50 fixiert, und die Lagerblöcke 112 und 114 sind an einer Seitenfläche des Sattels 60 fixiert. In entsprechender Weise besteht die linke vordere lineare Y-Achsen-Führung 22 aus einer geraden Schiene 111, die am Seitenelement 54 an einem linken Endabschnitt des Bocks 50 fixiert ist, und dem unteren und oberen Lagerblock 113 und 115, die gleitend damit in Eingriff stehen und an einer Seitenfläche des Sattels 60 fixiert sind.
Die rechte hintere lineare Y-Achsen-Führung 28 besteht aus einer geraden Schiene 110a, die sich entlang der Y-Achse erstreckt, und einem Lagerblock 112a, der gleitend damit in Eingriff steht. Die gerade Schiene 110a ist am Seitenelement 54 am rechten Endabschnitt des Bocks 50 fixiert, und der Lagerblock 112a ist an der Seitenfläche des Sattels 60 fixiert. In entsprechender Weise besteht die linke hintere lineare Y-Achsen-Führung 26 aus einer geraden Schiene 101a, die an einem Seitenelement 54 am linken Endabschnitt des Bocks 50 fixiert ist, und dem Lagerblock 113a, der gleitend damit in Eingriff steht und an der Seitenfläche des Sattels 60 fixiert ist.
Die Y-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Sattels 60 in Y-Achsen-Richtung besteht aus den vier linearen Y-Achsen-Führungen 22, 24, 26 und 28, die vorstehend beschrieben wurden.
Die Lagebeziehung zwischen den Lagerblöcken 112, 112a, 113, 113a, 114 und 115, die am Sattel 60 fixiert sind, wird in Verbindung mit 11 erläutert. 11(a) ist eine linke Seitenansicht, 11(b) ist eine Vorderansicht, 11(c) ist eine rechte Seitenansicht und 11(d) ist eine Draufsicht. Die in 11(a) dargestellten Lagerblöcke 113, 113a und 115 sind in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der linken Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, angeordnet. Die vorderen Lagerblöcke 113 und 115 der drei sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse zusammen mit den zwei linken Vorderend-Lagerblöcken 104 und 106 (siehe 10(a)) in der X-Achsen-Führungseinrichtung angeordnet.
In entsprechender Weise sind die in 11(c) dargestellten Lagerblöcke 112, 112a und 114 in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der rechten Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, angeordnet. Die vorderen Lagerblöcke 103 und 105 der drei sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse zusammen mit den rechten Vorderend-Lagerblöcken 112 und 114 (siehe 10(c)) in der X-Achsen-Führungseinrichtung angeordnet.
Die in 11(b) dargestellten Lagerblöcke 112, 113, 114 und 115 sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse vorgesehen. Die in 11(d) gezeigten Lagerblöcke 112, 112a, 113 und 113a sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Y-Achse angeordnet.
Wie die 6, 7 und 9 zeigen, wird der Stößel 70 in Z-Achsen-Richtung im Sattel 60 über drei Paare von linearen Z-Achsen-Führungen 32, 34 und 36 gelagert. Die linke und rechte lineare Z-Achsen-Führung 32 und 34 sind parallel zur X-Achsen-Richtung an einem unteren Abschnitt der Werkzeugspindel 100 angeordnet. Die obere lineare Z-Achsen-Führung 36 ist über der Werkzeugspindel 100 parallel zu den unteren linearen Z-Achsen-Führungen 32 und 34 in Y-Achsen-Richtung vorgesehen. Wie in 5 gezeigt, sind die linke und rechte lineare Z-Achsen-Führung 32 und 34 symmetrisch zur X-Achsen-Richtung um die Mittellinie L entlang der Y-Achse senkrecht zur Drehachse der Werkzeugspindel 100 vorgesehen. Ferner ist die lineare Führung 36 im Wesentlichen auf der Mittellinie L angeordnet.
Wie die 6, 7 und 9 zeigen, besteht die rechte untere lineare Z-Achsen-Führung 34 aus einer geraden Schiene 125, die sich entlang der Z-Achse erstreckt, und einem vorderen und hinteren Lagerblock 121 und 123, die gleitend damit in Eingriff stehen. Die gerade Schiene 125 ist an einer Unterseite des Stößels 70 fixiert, und die Lagerblöcke 121 und 123 sind an einem rechten unteren Abschnitt des Sattels 60 fixiert. In entsprechender Weise besteht die linke untere lineare Z-Achsen-Führung 32 aus einer geraden Schiene 126, die an der Unterseite des Stößels 70 fixiert ist, und einem vorderen und hinteren Lagerblock 122 und 124, die gleitend damit in Eingriff stehen und an einem linken unteren Abschnitt des Sattels 60 fixiert sind.
Die obere lineare Z-Achsen-Führung 36 besteht aus einer geraden Schiene 118, die sich entlang der Z-Achse erstreckt, und einem Lagerblock 117, der gleitend damit in Eingriff steht. Die gerade Schiene 118 ist an einer Oberseite des Stößels 70 fixiert, während der Lagerblock 117 an einer oberen Innenfläche des Sattels 60 fixiert ist.
Die Z-Achsen-Führungseinrichtung zum gleitenden Führen des Stößels 70 entlang der Z-Achse besteht aus den drei Sätzen der linearen Z-Achsen-Führungen 32, 34 und 36, wie vorstehend beschrieben.
Die Lagebeziehung zwischen den Lagerblöcken 121, 122, 123, 124 und 117, die am Sattel 60 fixiert sind, wird in Verbindung mit 12 erläutert. 12(a) ist eine linke Seitenansicht, 12(b) eine Vorderansicht, 12(c) eine rechte Seitenansicht und 12(d) eine Draufsicht. Die in 12(a) gezeigten Lagerblöcke 117, 122 und 124 sind in Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der linken Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, angeordnet. In entsprechender Weise sind die in 12(c) gezeigten Lagerblöcke 117, 121 und 123 in Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks, von der rechten Seite in X-Achsen-Richtung aus gesehen, angeordnet.
Ferner sind die in 12(b) gezeigten Lagerblöcke 117, 121 und 122 in der gleichen Ebene senkrecht zur Z-Achse und in Scheitelpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks (einschließlich eines gleichseitigen Dreiecks) angeordnet. Darüber hinaus sind die in 12(d) gezeigten Lagerblöcke 121, 122, 123 und 124 in der gleichen Ebene senkrecht zur Y-Achse vorgesehen.
Der Bock 50, der Sattel 60 und der Stößel 70 werden in Axialrichtungen von einem bekannten Linearmotor angetrieben. Genauer gesagt, wie in 6 gezeigt, sind ein oberer und unterer X-Achsen-Linearmotor 210 vertikal symmetrisch in Y-Achsen-Richtung zwischen dem Rahmen und dem Bock 50 angeordnet. Der X-Achsen-Linearmotor 210 besitzt einen Spulenstator 212, der am Bock 50 vorgesehen ist, und einen Magneten 214, der am Rahmen 40 vorgesehen ist. In entsprechender Weise sind ein linker und rechter Y-Achsen-Linearmotor 220 (nur der linke Motor ist in 6 gezeigt) seitlich symmetrisch zwischen dem Bock 50 und dem Sattel 60 angeordnet. Der Y-Achsen-Linearmotor 220 besitzt einen Spulenstator 222, der am Sattel 60 vorgesehen ist, und einen Magneten 224, der am Bock 50 vorgesehen ist. Wie in 7 gezeigt, ist ein Z-Achsen-Linearmotor 230 zwischen dem Sattel 60 und dem Stößel 70 vorgesehen. Der Z-Achsen-Linearmotor 230 besitzt einen Spulenstator 232, der am Sattel 60 vorgesehen ist, und einen Magneten 234, der am Stößel 70 vorgesehen ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine ist die X-Achsen-Führungseinrichtung mit drei Lagerblöcken 104, 104a und 106 (siehe 10(a)) und 103, 103a und 105 (siehe 10(c)) versehen, die in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind. In entsprechender Weise ist die Y-Achsen-Führungseinrichtung mit drei Lagerblöcken 113, 113a und 115 (siehe 11(a)) und 112, 112a und 114 (siehe 11(c)) versehen, die in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind. Ferner ist die Z-Achsen-Führungseinrichtung mit drei Lagerblöcken 117, 122 und 124 (siehe 12(a)) und 117, 121 und 123 (siehe 12(c)) vorgesehen, die in den Scheitelpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind. Daher kann die auf die Werkzeugspindel 100 einwirkende Schneidkraft über die entsprechenden Führungseinrichtungen gleichmäßig auf den Bock 50, den Sattel 60 und den Stößel 70 einwirken. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Bocks 50, des Sattels 60 und des Stößels, auf die die auf die Werkzeugspindel 100 einwirkende Schneidkraft einwirkt, erhöht werden. Somit können das Gewicht des Bocks 50, des Sattels 60 und des Stößels 70 verringert werden. Hierdurch können die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Bocks 50, Sattels 60 und Stößels 70 der bei diesem Beispiel gezeigten Werkzeugmaschine mit Linearmotorantrieb erhöht werden.
In Bezug auf die Führungseinrichtungen für die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse ist es ausreichend, wenn mindestens eine Führungseinrichtung mit drei Lagerblöcken versehen ist, die in den Scheitelpunkten eines Dreiecks angeordnet sind, welches durch drei gerade Linien, gesehen aus X-Achsen-Richtung, gebildet wird. Das gleitend von der mit den Lagerblöcken versehenen Führungseinrichtung geführte Gleitelement kann so konstruiert werden, dass es eine hohe Steifigkeit und ein verringertes Gewicht besitzt. Das Dreieck, in dessen Scheitelpunkten die drei in der Führungseinrichtung vorgesehenen Lagerblöcke angeordnet sind (aus X-Achsen-Richtung gesehen), kann zusätzlich zu einem rechtwinkligen Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck und ein gleichseitiges Dreieck sein. In diesem Fall wird nicht bevorzugt, vier oder mehr Lagerblöcke in den Scheitelpunkten eines größeren Polygons als einem Tetragon, das von vier oder mehr geraden Linien gebildet wird (aus X-Achsen-Richtung gesehen), vorzusehen, da hierdurch trotz einer hohen Steifigkeit des Gleitelementes das Gewicht überflüssigerweise erhöht werden kann, was dazu führt, dass das Problem der Gewichtsreduzierung ungelöst bleibt.
Des Weiteren sind zwei Lagerblöcke 103, 105, 104, 106 (siehe die 10(a) und 10(c)) von den drei in den Scheitelpunkten eines Dreiecks (in X-Achsen-Richtung gesehen) in der X-Achsen-Führungseinrichtung angeordneten Lagerblöcken und zwei Lagerblöcke 112, 114, 113, 115 (siehe die 11(a) und 11(c)) von den drei in den Scheitelpunkten eines Dreiecks (aus X-Achsen-Richtung gesehen) in der Y-Achsen-Führungseinrichtung angeordneten Lagerblöcken in der gleichen vertikalen Ebene senkrecht zur Z-Achse angeordnet. Der durch die X-Achsen-Führungseinrichtung gelagerte Bock 50 und der durch die Y-Achsen-Führungseinrichtung gelagerte Sattel 60 können somit auf kompakte Weise relativ zur Z-Achse angeordnet werden.
Ferner besitzt die Z-Achsen-Führungseinrichtung drei Lagerblöcke 117, 121, 122 (siehe 12(b)), die in den drei Scheitelpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, das eine Grundlinie als horizontale Linie aufweist und von drei Geraden, aus Z-Achsen-Richtung gesehen, gebildet wird. Eine hohe Steifigkeit des Stößels 70, der die auf die Werkzeugspindel 100 einwirkende Schneidkraft aufnimmt, kann durch die Lagerblöcke sichergestellt werden.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
Die 13 bis 15 zeigen eine Draufsicht, eine rechte Seitenansicht und eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit Linearmotorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform besteht eine Werkzeugmaschine hauptsächlich aus einem Arbeitstisch 211, einer Basis 210, einem Befestigungsrahmen 215, einem Bock 220, einem Stößel 260, Linearmotoren 235, 237, 251, 252 und 267 und einer Werkzeugspindel 271. Der Arbeitstisch 211 ist an der Vorderseite einer Basis 210 angeordnet, während sich der Befestigungsrahmen 215 an der Rückseite derselben befindet. Der Bock 220 ist in X-Achsen-Richtung durch die Basis 210 und den Befestigungsrahmen 215 an einer Vorderseite desselben gleitend geführt, während der Sattel 250 in Y-Achsen-Richtung durch den Bock 220 gleitend geführt wird. Der Stößel 260 wird vom Sattel 250 in Z-Achsen-Richtung geführt, in dem die Werkzeugspindel 271 drehbar gelagert ist. Der Bock 220, Sattel 250 und Stößel 260 werden von drei Sätzen der Linearmotoren 235, 237, 251, 252 und 267 angetrieben.
Der Arbeitstisch 211 wird an der Oberseite eines Vorderabschnittes der Basis 210 von einem Tischlagermechanismus 212 gelagert und hat eine Montagefläche 211a, auf der ein Werkstück W montiert ist. Der Tischlagermechanismus 212 kann so ausgebildet sein, dass hierdurch der Arbeitstisch 211 in einfacher Weise fixiert und gehalten wird. Es wird jedoch bevorzugt, den Tisch so auszubilden, dass darin ein bekannter Indexmechanismus (nicht gezeigt) installiert ist.
Der Indexmechanismus kann so ausgebildet sein, dass er den Arbeitstisch 211 jede 90° um die Y-Achse dreht. Der Mechanismus kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass er in einer willkürlichen Winkellage von einem Servomotor (nicht gezeigt) gedreht wird, der von einer NC-Vorrichtung (nicht gezeigt) numerisch gesteuert wird. Ferner können bei dem Tischlagermechanismus 212 diverse Aspekte Anwendung finden, wie eine Unterteilung des Arbeitstisches 211 um eine Achse parallel oder senkrecht zu einer Drehachse der Werkzeugspindel 271, wie nachfolgend beschrieben.
Der Befestigungsrahmen 215 ist an der Oberseite eines hinteren Abschnittes der Basis 210 angeordnet und besitzt eine Breite, die geringfügig größer ist als die Breite eines Vorderabschnittes, an dem der Arbeitstisch 211 angeordnet ist. Wie in 15 gezeigt, besteht der Befestigungsrahmen 215 aus zwei Säulenelementen 216, die voneinander beabstandet in X-Achsen-Richtung angeordnet sind, und einem Querträger 217, dessen untere Endfläche lösbar mit Bolzen und Muttern (nicht gezeigt) mit jeder oberen Endfläche der Säulenelemente 216 verbunden ist. Bei einer derartigen Ausführungsform öffnet sich ein rechteckiges Fenster 218 (ein erster Öffnungsabschnitt) in Z-Achsen-Richtung, das von einer hinteren Oberseite der Basis 210, inneren gegenüberliegenden Flächen der Säulenelemente 216 und einer unteren Endfläche des Querträgers 217 begrenzt wird.
Im vorderen Bereich des Befestigungsrahmens 215 ist ein Bock 220 mit einem rechteckigen Fenster 224 (einem zweiten Öffnungsabschnitt) vorgesehen, in dem sich sowohl das erste als auch das zweite rechteckige Fenster 218 und 224 in X-Achsen-Richtung überlappen, wie in 15 gezeigt. Eine untere Endfläche und eine Rückseite eines oberen Abschnittes des Bocks 220 werden in X-Achsen-Richtung gleitend von der Basis 210 und dem Befestigungsrahmen 215 geführt. Der Bock 220 ist durch ein rechtes und linkes Trägerelement 221 und ein oberes und unteres Trägerelement 222 und 223 in Kastenform ausgebildet, und das rechteckige Fenster 224 öffnet sich in X-Achsen-Richtung.
Im Detail ist die Breite in Z-Achsen-Richtung des unteren Trägerelementes 223 geringer als die des Trägerelementes 221, wobei eine Unterseite als abgestufte Fläche 223a ausgebildet ist, die eine Vorderseite aufweist, die dünner ist als eine Rückseite, um eine Spuleneinheit eines hiernach beschriebenen Linearmotors zu montieren, wie in 16 gezeigt. Auf der Oberseite von beiden Endabschnitten des unteren Trägerelementes 223 sind eine Sitzfläche 223b, auf der das untere Ende des Trägerelementes 221 sitzt, und eine Aufnahmefläche 223c zur Aufnahme einer Innenseite des unteren Endabschnittes des Trägerelementes 221 ausgebildet. Die rechte und linke Aufnahmefläche 223c sind einstückig über Leisten 223d miteinander verbunden.
Die unteren Endabschnitte der Trägerelemente 221 sind an den Sitzflächen 223b des unteren Trägerelementes 223 befestigt, wie in 17 gezeigt. Diese Befestigung wird durchgeführt, indem Bolzen aus Taschen 221b und 221c, die an einer äußeren Endfläche eines unteren Abschnittes des Trägerelementes 221 offen sind, eingesetzt werden und der Bolzen in eine Schraubenbohrung (ohne Bezugszeichen) eingeschraubt wird, die zur Sitzfläche 223b hin offen ist. Eine Innenfläche eines unteren Endabschnittes des Trägerelementes 221 ist lösbar mit der Aufnahmefläche 223c des unteren und horizontalen Trägerelementes 223 verbunden. Diese Verbindung wird durchgeführt, indem Bolzen in die Aufnahmefläche 223c von einer Seite der Leiste 223d eingesetzt und die Bolzen in eine Schraubenbohrung des Trägerelementes 221 eingeschraubt werden.
Die Trägerelemente 221 sind durch lösbares Fixieren von beiden Endabschnitten der Trägerelemente 221 an der oberen Endfläche des oberen Trägerelementes 222 mit dem oberen Trägerelement verbunden. Genauer gesagt, der Bolzen wird von einem Abschnitt 222a eines Endes des oberen Trägerelementes 222 durch einen Abschnitt 222a eingesetzt, um in Schraubenbohrungen mit dem oberen Ende des Trägerelementes 221 eingeschraubt zu werden. Wie vorstehend beschrieben, werden das linke und rechte Trägerelement 221 und das obere und untere Trägerelement 222 und 223 zu einer Kastenform zusammengebaut, so dass das rechteckige Fenster 224 von den Innenflächen des rechten und linken Trägerelementes 221, die gegenüber angeordnet sind, und der unteren Fläche und oberen Fläche des oberen und unteren Trägerelementes 222 und 223, die gegenüber angeordnet sind, gebildet wird.
Ein linearer Führungsmechanismus 227 als untere Führungseinrichtung ist zwischen einem Abschnitt auf der Basis 210 im Vorderbereich des Befestigungsrahmens 215 und einer Unterseite des Bocks 220 vorgesehen. Ein linearer Führungsmechanismus 228 als obere Führungseinrichtung ist zwischen einer oberen Vorderseite des Befestigungsrahmens 215 und einer oberen Rückseite des Bocks 220 vorgesehen. Der untere Führungsmechanismus 227 umfasst zwei gerade Schienen 229, die an der Basis 210 parallel in X-Achsen-Richtung fixiert sind, und ein Paar von Lagerblöcken 230 und 231, die auf jeder Schiene 229 laufen.
Das Paar der vorderen Lagerblöcke 230, die im Vorderbereich der Basis 210 angeordnet sind, ist direkt an der unteren Endfläche der Trägerelemente 221 montiert. Diese Befestigung wird durchgeführt, indem Bolzen von der in 17 gezeigten Tasche 221a durch die untere Endfläche des Trägerelementes 221 eingesetzt werden, um mit der Schraubenbohrung im Lagerblock 230 verschraubt zu werden.
Der hintere rechte und linke Lagerblock 231 sind an einer Unterseite einer jeden Sitzfläche 223b des unteren Trägerelementes 223 unmittelbar unter dem Trägerelement 221 montiert. Diese Befestigung wird vor der Verbindung des Trägerelementes 221 mit dem unteren Trägerelement 223 durchgeführt und realisiert, indem die Bolzen vom oberseitigen Ende der Sitzfläche 223 durch das untere Trägerelement 223 eingesetzt und mit der Schraubenbohrung, die zur Oberseite des Lagerblocks 231 offen ist, verschraubt werden. In diesem Fall wird beispielsweise ein Bolzen mit einem Sechseckloch als Bolzen verwendet, und ein Kopfabschnitt desselben wird so angeordnet, dass er nicht von der Sitzfläche 223b vorsteht.
Somit ist die Oberseite der Basis 210 zur Montage der hinteren Führungsschiene 229 so konstruiert, das sie um eine Größe nach unten abfällt, die der Dicke der Sitzfläche 223b im Vergleich zur Montage der Führungsschiene 229 entspricht, da der Lagerblock 231 am Trägerelement 221 montiert ist.
Der obere Führungsmechanismus 228 umfasst eine einzige Führungsschiene 232, die sich entlang der X-Achse parallel zur Führungsschiene 229 erstreckt und an der Vorderseite des Querträgers 217 fixiert ist, und ein Paar von rechten und linken Lagerblöcken 233, die darauf laufen. Um die Führungsschiene 232 in einer mittleren Position über die Breite des Bocks 220 entlang der Z-Achse anzuordnen, d.h. einer mittleren Position in Z- Achsen-Richtung zwischen einem Paar von unteren Führungsschienen 229, steht der Querträger 217 nach vorne vor, so dass er etwa die Hälfte des hinteren Endes des oberen Endes des vertikalen Trägerelementes 221 am vorderen Ende bedeckt.
Zu dem gleichen Zweck ist die Breite des oberen und horizontalen Trägerelementes 222 des Bocks 220 entlang der Z-Achse um ein Ausmaß verringert, das etwa der Hälfte der Breite des vertikalen Trägerelementes 221 in der gleichen Richtung entspricht, und beide Enden in Längsrichtung sind lösbar an der Oberseite des vertikalen Trägerelementes 221 mit einem Bolzen (nicht gezeigt) in der vorstehend beschriebenen Weise so befestigt, dass der vordere Endrand derselben so zum Ende der vorderen Hälfte der Oberseite des vertikalen Trägerelementes 221 verschoben ist, dass im Wesentlichen eine Ausrichtung mit der Vorderseite des vertikalen Trägerelementes 221 erreicht wird. Das obere und horizontale Trägerelement 222 besitzt eine vertikale Rückseite 222b, und die Lagerblöcke 233 sind an den beiden Längsendabschnitten der vertikalen Rückseite 222b montiert, und zwar unmittelbar über dem vertikalen Trägerelement 221 (siehe 15).
Eines der Merkmale dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Befestigungsrahmen 215 so ausgebildet ist, dass er die Rückseite des oberen Abschnittes des Bocks 220 führt. Diese Ausführungsform macht es möglich, das obere Ende des Bocks 220 so einzustellen, dass dieses im Wesentlichen die gleiche Höhe besitzt wie das obere Ende des Befestigungsrahmens 215. Die Höhe der gesamten Werkzeugmaschine ist so reduziert, dass noch ein gewünschter Hub des Sattels 250 in Y-Achsen-Richtung sichergestellt wird, um zu einer kompakten Größe und einer verbesserten Steifigkeit der Werkzeugmaschine beizutragen.
Als eines der anderen Merkmale dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Bock 220 nicht im rechteckigen Fenster 218 des Befestigungsrahmens 215 angeordnet, sondern vor dem Befestigungsrahmen 215, und vorzugsweise erstrecken sich beide Enden der unteren Führungsschiene 229 und der oberen Führungsschiene 232 bis zur Vorderseite des Säulenelementes 216 auf der entsprechenden Seite. Daher kann der Bock 220 nach vorne rücken und das linke und rechte vertikale Trägerelement 221 überlappen, wobei sich das Vorderende des Säulenelementes 216 im entsprechenden Ende des Befestigungsrahmens 215 befindet. Ein Intervall des Säulenelementes 216 entlang der X-Achse ist unter der Bedingung verengt, dass ein gewünschter Hub des Bocks 220 in X-Achsen-Richtung sichergestellt wird. Auf diese Weise kann der Öffnungsabschnitt vor der Werkzeugmaschine verengt werden.
Der von der Führungsschiene 232 und dem Lagerblock 233 gebildete lineare Führungsmechanismus 228 ist in einer Richtung entgegengesetzt zur maximalen Belastung, die auf die Z-Achse wirkt, montiert. Der lineare Führungsmechanismus 228 ist in der Richtung montiert, die zu der auf die Z-Achse ausgeübten maximalen Belastung entgegengesetzt ist. Ein Paar von unteren linearen Führungsmechanismen 227 ist in der Richtung montiert, die der auf die Y-Achse ausgeübten maximalen Belastung entgegengesetzt ist. Die Montagerichtung des linearen Führungsmechanismus 228 unterscheidet sich somit von der des linearen Führungsmechanismus 227 um 900. Diese Konstruktion kennzeichnet eines der anderen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Der Bock 220 wird von einem unteren Linearelektromotor 235 und einem oberen Linearelektromotor 237 angetrieben, die synchron einen unteren Endabschnitt und einen oberen Endabschnitt steuern. Der untere Linearmotor 235 wird von einer festen Magnetplatteneinheit 235a, die auf der Basis 210 entlang zwei Führungsschienen 229 dazwischen angeordnet ist, und einer elektromagnetischen Spuleneinheit 235b gebildet, die auf der Unterseite des unteren und horizontalen Trägerelementes 223, das gegenüberliegt, montiert ist. Die Magnetplatteneinheit 235a ist so ausgebildet, dass eine Vielzahl von Magnetplatten in Reihe in Bewegungsrichtung des Bocks 220 angeordnet ist.
Im Gegensatz dazu wird der obere Linearmotor 237 von einer festen Magnetplatteneinheit 237a gebildet, die in der Vorderseite des Querträgers 217 des Befestigungsrahmens 215 entlang der Führungsschiene 232 angeordnet ist, und einer elektromagnetischen Spuleneinheit 237b, die auf der Rückseite des oberen und horizontalen Trägerelementes 222 des Bocks 220, das gegenüberliegt, montiert ist.
Diese Linearmotoren 235 und 237 steuern synchron die Spuleneinheiten 235b und 237b über eine NC-Vorrichtung (nicht gezeigt) und wirken so, dass der Bock 220 auf der Basis 210 und dem Befestigungsrahmen 215 durch die Bewegung eines magnetischen Erregungszustandes zwischen den Spuleneinheiten 235b und 237b und den Magnetplatteneinheiten 235a und 237a, die diesen gegenüberliegen, in Abhängigkeit vom NC-Programm in Vorschubrichtung bewegt wird. Bei diesem Vorschubprozess erzeugt die Spuleneinheit 235b eine Magnetkraft, um an die Magnetplatteneinheit 235a angezogen zu werden und auf diese Weise den Bock 220 zur Basis 210 nach unten zu pressen. Im Gegensatz dazu erzeugt die Spuleneinheit 237b eine Magnetkraft, wodurch der Bock 220 zum Querträger 217 des Befestigungsrahmens 215 nach hinten gepresst wird.
Als eines der anderen Merkmale dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der obere und untere Linearmotor 235, 237 im Schwerpunkt des Bocks 220, vorzugsweise im Mittelabschnitt von dessen Breite in Z-Achsen-Richtung, angeordnet, um den oberen und unteren Endabschnitt innerhalb der vertikalen Fläche anzutreiben, die sich durch den Bock 220 und den Schwerpunkt des sich vertikal hiermit bewegenden Mechanismus erstreckt.
Als eines der weiteren Merkmale dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirkt eine kombinierte Kraft aus den Anziehungskräften F1, F2, die von den Linearmotoren 235 und 237 erzeugt werden, so, dass der Bock 220 nach unten in einer sich schräg nach hinten erstreckenden Richtung gepresst wird, wie durch den Pfeil Ft in 14 gezeigt. Selbst in dem Fall, in dem die auf die Werkzeugspindel 271 einwirkende Schneidkraft in einer Richtung zum Anheben des Bocks 220 wirkt, oder in dem Fall, in dem sich die Schneidkraft intermittierend verändert, wird daher der Bock 220 fest an der Basis 220 und dem Befestigungsrahmen 215 gehalten, so dass er nicht in Vertikalrichtung (Y) und vor und zurück (Z) bewegt wird. Folglich wird der Bock 220 daran gehindert, sich relativ zur Basis 210 und zum Befestigungsrahmen 215 vor und zurück und vertikal zu bewegen, da ein Spalt in einem Gleitabschnitt zwischen den Führungsschienen 229, 232 und den Lagerblöcken 230, 231, 233 vorhanden ist, wodurch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit sichergestellt wird.
Der ähnlich in Kastenform ausgebildete Sattel 250 ist im vertikal rechteckigen Fenster 224 des Bocks 220 so geführt, dass er sich in Vertikalrichtung frei bewegen kann. Der Führungsmechanismus wird von einem linearen Führungsmechanismus 251 gebildet, der der Vorderabschnittführungseinrichtung entspricht, die im vorderen Abschnitt der inneren gegenüberliegenden Endfläche des vertikalen Trägerelementes 221 im Bock 220 vorgesehen ist, und einem linearen Führungsmechanismus 252, der der Hinterabschnittführungseinrichtung entspricht, die in entsprechender Weise im hinteren Abschnitt der gegenüberliegenden Endfläche vorgesehen ist. Ein Paar von Führungsschienen 253, die den Vorderabschnittführungsmechanismus 251 bilden, besitzt eine Gesamtlänge, die im Wesentlichen der Breite in Richtung der Höhe des vertikal rechteckigen Fensters 224 entspricht, und ist an der inneren gegenüberliegenden Fläche im Vorderabschnitt des vertikalen Trägerelementes 221 fixiert. Die Lagerblöcke 254, 254, die sich frei auf jeder Führungsschiene 253 bewegen, sind am oberen und unteren Endabschnitt auf der Seitenfläche des Sattels 250 gegenüber den Führungsschienen befestigt.
Ein Paar von rechten und linken Führungsschienen 255, die den Hinterabschnittführungsmechanismus 252 bilden, besitzt eine Länge, die kürzer ist als die Gesamtlänge der Führungsschiene 253, und ist an der inneren gegenüberliegenden Fläche fixiert, um zum unteren Abschnitt des rechteckigen Fensters 224 im hinteren Abschnitt des vertikalen Trägerelementes 221 gedrückt zu werden. Ein einziger Lagerblock 256, der frei auf jeder Führungsschiene 255 laufen kann, ist am unteren Endabschnitt auf der Seitenfläche des Sattels 250, die der Führungsschiene gegenüberliegt, befestigt. Der Sattel 250 ist daher so ausgebildet, dass der Vorderabschnitt von vier Lagerblöcken 254 geführt wird, die an vier Ecken des Sattels befestigt sind, und der hintere Abschnitt von zwei Lagerblöcken 256 geführt wird, die an zwei Ecken des unteren Abschnittes befestigt sind.
Als eines der Merkmale dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, das in 14 dargestellt ist, bildet eine Linie, die zwei obere und untere Lagerblöcke 254 im Vorderabschnitt und einen Lagerblock 256 im hinteren Abschnitt verbindet, ein rechtwinkliges Dreieck. Auf diese Weise kann eine hohe Steifigkeit gegen die auf die Werkzeugspindel 271 einwirkende Schneidkraft erzielt werden. In entsprechender Weise bildet, aus der Richtung der rechten Seitenansicht der 14 gesehen, eine Linie, die den vorderen und hinteren Lagerblock 230 und 231 zum Führen des unteren Abschnittes des Bocks 220 und einen Lagerblock 233 zum Führen des oberen Abschnittes verbindet, ein gleichschenkliges Dreieck. Bei dieser Ausführungsform kann ebenfalls eine hohe Steifigkeit in Bezug auf die Schneidkraft erreicht werden.
Wie durch die gestrichelte Linie in 14 gezeigt ist, wird eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Sattels 250 in Vertikalrichtung (Y-Achsen-Richtung) von den elektrischen Linearmotoren 257 gebildet, die zwischen beiden Seitenflächen des Sattels 250 und der Innenfläche des vertikalen Trägerelementes 221 angeordnet sind. Jeder Linearmotor 257 wird von der Magnetplatteneinheit 257a, die auf der Innenfläche entsprechend dem vertikalen Trägerelement 221 entlang der Vertikalrichtung zwischen der vorderen und hinteren Führungsschiene 253 und 255 auf jeder Seitenfläche des Sattels 250 ausgebildet ist, und der Spuleneinheit 257b, die an der Seitenfläche des Sattels 250 befestigt ist, gebildet. Die Spuleneinheit 257b ist so angeordnet, dass sie der Magnetplatteneinheit 257a gegenüberliegt.
Der Sattel 250 besitzt Kastenform und eine lange zylindrische Form in Längsrichtung. Ein hinterer Abschnitt desselben weist in das rechteckige Fenster 218 des Befestigungsrahmens 215. Der Stößel 260 ist im zentralen Fenster 250a des Sattels 250 so geführt, dass er sich vorwärts und rückwärts (in Z-Achsen-Richtung) frei bewegen kann. Der Stößel 260 hat eine hexagonale Form, die von beiden Seitenflächen zur schmalen Oberseite geneigt ist, von der Vorderseite der 15 aus gesehen, und hat eine längliche Form in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Z-Achsen-Richtung), so dass er sich durch den Sattel 250 und das rechteckige Fenster 224 und 218 erstreckt, wobei das hintere Ende vom hinteren Abschnitt des Befestigungsrahmens 215 vorsteht.
Die Führungseinrichtung zum Führen des Stößels 260 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wird von einem Paar von linearen Unterabschnittführungsmechanismen 261 gebildet, die zwischen beiden Seiten der Unterseite mit großer Breite und dem Sattel 250 angeordnet sind, und einem einzigen linearen Oberabschnittführungsmechanismus 262, der zwischen der Oberseite mit geringer Breite und dem Sattel 250 angeordnet ist. Wie die vorstehend beschriebenen linearen Führungsmechanismen wird jeder Führungsmechanismus 261, 262 von geraden Führungsschienen 263, 264 und einem oder zwei Lagerblöcken 265, 266, die auf der Schiene laufen, gebildet.
Die Führungsrichtung des Stößels 260 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Z-Achsen-Richtung) ist so ausgebildet, dass die Führungsschienen 263, 264, die am Stößel 260 befestigt sind, und Lagerblöcke 265, 266, die am Sattel 250 befestigt sind, aufweist. Genauer gesagt, wie in 19 gezeigt, sind in jedem linearen Unterabschnittführungsmechanismus 261 zwei Lagerblöcke 265 am Vorderabschnitt und Mittelabschnitt in Längsrichtung des Stößels 260 befestigt, und im linearen Querabschnittführungsmechanismus 262 ist ein Lagerblock 266 am Vorderabschnitt des Stößels 260 fixiert.
Als eines der anderen zusätzlichen Merkmale dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in der schematischen Ansicht der 19 gezeigt ist, sind, aus der Richtung der rechten Seitenansicht der 14 gesehen, der Oberabschnitt- und Unterabschnittlagerblock 265 und 266 so angeordnet, dass eine diese verbindende Linie ein rechtwinkliges Dreieck bildet, so dass eine hohe Steifigkeit gegen die auf die Werkzeugspindel 271 einwirkende Bearbeitungskraft erzielt werden kann.
Als Antriebseinrichtung zum Bewegen des Stößels 260 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Z-Achsen-Richtung) findet ein Elektrolinearmotor 267 Verwendung, der zwischen der Unterseite des Stößels 260 und dem Sattel 250 angeordnet ist. Der Linearmotor 267 wird von einer elektromagnetischen Spuleneinheit 267b, die am Sattel 250 zwischen den Führungsschienen 263, 263 montiert ist, und einer Magnetplatteneinheit 267a gebildet, die eine Vielzahl von Magnetplatten aufweist, welche auf der Unterseite des Stößels 260 in Reihe in Z-Achsen-Richtung montiert sind, so dass sie auf die Spuleneinheit 267b weisen.
Der Stößel 260 nimmt ein zylindrisches Lagergehäuse (nicht gezeigt) auf, und das Gehäuse lagert drehbar die Werkzeugspindel 271 über eine Lagervorrichtung (nicht gezeigt) um eine sich entlang der Z-Achse erstreckende Achse. Das Gehäuse 270 installiert ferner einen eingebauten Motor (nicht gezeigt), der die Werkzeugspindel 271 dreht. Die Lagervorrichtung ist von einem Typ, bei dem ein Kugellager, in Rollenlager oder ein Strömungsmittellager unter Verwendung von Luft und einer Flüssigkeit als Lagermedium oder eine Kombination hiervon Verwendung finden.
Die Werkzeugspindel 271 installiert einen Mechanismus zum Befestigen eines Werkzeuges P am Vorderende desselben, so dass verschiedene Arten von Werkzeugen, wie ein Bohrer, ein Endfräser, ein Fräser, ein Gewindebohrer, ein Räumwerkzeug, ein Schleifwerkzeug, ein Schneidwerkzeug u.ä., im Vorderende der Werkzeugspindel 271 manuell oder automatisch mit Hilfe eines ATC ausgetauscht werden können, um mit dem Werkstück W diverse Bearbeitungsvorgänge durchzuführen.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben.
Das Werkstück W wird auf dem Arbeitstisch 211 mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung befestigt. Eine NC-Vorrichtung (nicht gezeigt) dreht die Werkzeugspindel 271 in Abhängigkeit von einem eingegebenen NC-Programm, bewegt den Bock 220, den Sattel 250 und den Stößel 260 entlang der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse und bringt das Schneidwerkzeug T, das am Vorderende der Werkzeugspindel 271 befestigt ist, mit dem Werkstück W in Kontakt, um einen Schneidprozess durchzuführen.
Unter der Annahme, dass das Werkzeug T ein Bohrer ist, treibt die NO-Vorrichtung synchron die Linearmotoren 235, 237 an, bewegt den Bock 220 in seinem oberen und unteren Endabschnitt mit einer großen Vorschubgeschwindigkeit entlang der X-Achse und positioniert den Bohrer T auf Koordinaten der X-Achse (Position in seitlicher Richtung) des Lochs des zu bearbeitenden Werkstücks W. In diesem Fall rückt der Bock 220 in Abhängigkeit von der Größe des Werkstücks W in eine Position vor, in dem das rechte und linke vertikale Trägerelement 221 das Säulenelement 216 des Befestigungsrahmens 215 im entsprechenden Ende überlappen.
Parallel zum Positioniervorgang oder danach treibt die NO-Vorrichtung synchron die Linearmotoren 257, 257 an, bewegt den Sattel 250 in Y-Achsen-Richtung (Vertikalrichtung) mit einer großen Vorschubgeschwindigkeit im rechten und linken Endabschnitt des Sattels 250 und positioniert den Bohrer T auf Koordinaten der Y-Achse des Lochs des zu bearbeitenden Werkstücks W. Daher wird der Bohrer T in eine Position koaxial zum zu bearbeitenden Loch gebracht.
Nach der Einstellung des Bohrers T, so dass dieser koaxial zur Lage des zu bearbeitenden Loches angeordnet ist, treibt die NO-Vorrichtung den Linearmotor 267 an, bewegt den Stößel 260 mit großer Geschwindigkeit in Richtung auf das Werkstück W und schaltet die Vorwärtsvorschubgeschwindigkeit auf die Bohrvorschubgeschwindigkeit um, wenn das Vorderende des Bohrers T eine Position in einem vorgegebenen Intervall von der Oberfläche des Werkstücks W erreicht, um auf diese Weise einen vorgegebenen Bohrvorgang am Werkstück W durchzuführen. Ein Startprozess und ein Beendigungsprozess des schnellen Vorschubes des Bocks 220, Sattels 250 und Stößels 260 werden beispielsweise mit einer Beschleunigung oder Verzögerung von 1 G oder mehr durchgeführt.
Wenn die Ausbildung des Lochs beendet ist, wird der Stößel 260 in eine Position zurückgezogen, in der ein vorgegebenes Spiel zwischen dem Vorderende des Bohrers T und der Oberfläche des Werkstücks W sichergestellt wird. Als nächstes werden der Bock 220 und der Sattel 250 mit einer großen Vorschubgeschwindigkeit bewegt, so dass der Bohrer T zur Position des als nächstes zu bearbeitenden Loches ausgerichtet wird, und der Stößel 260 wird wiederum zum Bohren vor bewegt, so dass das nächste Loch geformt wird. Wie vorstehend erwähnt, wird auf diese Weise eine Vielzahl von Löchern nacheinander auf der Oberfläche des Werkstücks W mit hoher Geschwindigkeit ausgebildet.
Wenn das Werkzeug T zum Fräsen eingesetzt werden soll und beispielsweise ein Fräser oder ein Endfräser ist, werden der Bock 220 und der Sattel 250 für den schnellen Vorschub in der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Bohrprozess gesteuert, und der Fräser oder Endfräser. T wird auf den X- und Y-Koordinaten der Position angeordnet, in der der Bearbeitungsvorgang des Werkstücks W beginnt. Danach wird der Stößel 260 zum Fräsen vor bewegt, so dass er oder der Endfräser T auf der Oberfläche des Werkstücks W bis in eine vorgegebene Tiefe eingesetzt wird. Danach wird wahlweise oder gleichzeitig der Bock 220 oder Sattel 250 entlang der X-Achse und Y-Achse mit einer Vorschubgeschwindigkeit zum Fräsen bewegt, und es wird ein Fräsvorgang auf der Oberfläche des Werkstücks W durchgeführt.
In diesem Fall wirkt eine große Fräskraft auf die Werkzeugspindel 271 ein. Bei der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist der lineare Unterabschnittführungsmechanismus 227 zum Führen des Bocks 220 so angeordnet, dass er so gerichtet ist, dass er eine große Steifigkeit gegen die Kraft des Bocks 220, der nach unten sinkt, besitzt. Der lineare Oberabschnittführungsmechanismus 228 ist so angeordnet, dass er in eine Richtung weist, die sich um 90° von der des linearen Unterabschnittführungsmechanismus 227 unterscheidet, so dass er eine große Steifigkeit gegen die Kraft des Bocks 220, der sich rückwärts bewegt, besitzt. Ferner ziehen der Unterabschnittlinearmotor 235 und der Oberabschnittlinearmotor 237 zum Antreiben des unteren Endes und des oberen Endes, die sich durch den Schwerpunkt des Bocks 220 erstrecken, den Bock 220 nach unten an die Basis 210 und nach hinten an den Befestigungsrahmen 215. Daher wirken sie der Kraft, die in Richtung eines Anhebens des Bocks 220 während des Bearbeitungsvorganges wirkt, und einer intermittierenden Änderung der in Z-Achsen-Richtung wirkenden Kraft auf starke Weise entgegen. Auf diese Weise wird der Bock 220 daran gehindert, sich in Vertikalrichtung oder in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung relativ zur Basis 210 und zum Befestigungsrahmen 215 um einen Betrag zu verschieben, der einem Spalt oder Spiel entspricht, der bzw. das zwischen jeder Schiene und dem Lagerblock im linearen Unterabschnittführungsmechanismus 227 und linearen Oberabschnittführungsmechanismus 228 vorhanden ist. Auf diese Weise kann ein nachteiliger Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit vermieden werden.
Als nächstes werden ein Trennvorgang und ein erneuter Zusammenbauvorgang von vier Elementen, die den Bock 220 bilden, nämlich dem rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 und dem oberen und unteren horizontalen Trägerelement 222, 223, beschrieben. Diese Art der Vorgehensweise ist hauptsächlich zum Inspizieren oder Austauschen des linearen Unterabschnittmotors 235 des Bocks 220 und zum weiteren Inspizieren oder Austauschen der Komponenten am vom Bock 220 geführten Sattel 250 erforderlich.
Ein Trennvorgang des Bocks 220 wird durchgeführt, indem zuerst ein Bolzen (nicht gezeigt) entfernt wird, der beide Enden des Querträgers 217 des Befestigungsrahmens 215 an der oberen Endfläche des rechten und linken Säulenelementes 216 befestigt. Als nächstes wird ein Bolzen (Bezugszeichen fehlt) entfernt, der beide Enden des oberen und horizontalen Trägerelementes 222 des Bocks 220 an der oberen Endfläche des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 216 befestigt. Das obere und horizontale Trägerelement 222 und der Querträger 217 werden von einem Hubkran (nicht gezeigt) angehoben, um auf diese Weise von der Werkzeugmaschine getrennt zu werden, während das obere und horizontale Trägerelement 222 am Querträger 217 geführt wird.
Als nächstes wird der Sattel 250 an einem Hubkran (nicht gezeigt) aufgehängt und von diesem angehoben, um auf diese Weise die Lagerblöcke 254, 256 des Sattels 250 mit den Führungsschienen 253, 255 am rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 außer Eingriff zu bringen. Daher werden der Sattel 250, der Stößel 260 und die daran gelagerte Werkzeugspindel 271 zusammen von der Werkzeugmaschine getrennt und auf einen Arbeitstisch (nicht gezeigt) bewegt, so dass eine Inspektion, Demontage und erneute Montage derselben in einfacher Weise durchgeführt werden können.
Als nächstes wird der in die Taschen 221b, 221c eingesetzte und in 17 gezeigte Bolzen, der jedes vertikale Trägerelement 221 an den unteren und horizontalen Trägerelementen 223 befestigt, gelöst und entfernt, um auf diese Weise jedes vertikale Trägerelement 221 vom unteren und horizontalen Trägerelement 223 zu trennen. Somit werden die unteren Endabschnitte des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 221 getrennt. In diesem Zustand ist jedes vertikale Trägerelement 221 vom Lagerblock 230, der an der Unterseite desselben befestigt ist, an der Vorderendführungsschiene 229 beweglich geführt gehalten worden.
Daher kann jedes der rechten und linken vertikalen Trägerelemente 221 wahlweise unabhängig voneinander bewegt werden, so dass die Bedienungsperson in den erweiterten Raum zwischen dem linken und rechten vertikalen Trägerelement 221 eindringen und in einfacher Weise die Magnetplatteneinheit 257a des Linearmotors 257 für den Vertikalantrieb und die vordere und hintere Führungsschiene 253 und 255, die an der Innenfläche eines jeden vertikalen Trägerelementes 221 montiert sind, inspizieren, warten und austauschen kann. Da der Inspektions-, Wartungs- und Austauschvorgang durchgeführt werden kann, ohne dass jedes vertikale Trägerelement 221 vom Lagerblock 230 an der Unterseite desselben getrennt werden muss, bilden die Führungsrichtung der Lagerblöcke 230 entlang der X-Achse und die Führungsrichtung der Führungsschienen 251, 252 zum vertikalen Führen des Sattels 250 entlang der Y-Achse auf sichere Weise einen rechten Winkel, so dass sich die Vorteile ergeben, dass eine nachfolgende erneute Montage in einfacher Weise durchgeführt werden kann und die Führungsgenauigkeit vor der Trennung auf sichere Weise wiederhergestellt werden kann.
Der Inspektions- und Austauschvorgang des linearen Unterabschnittmotors 235 des Bocks 220, insbesondere der elektromagnetischen Spuleneinheit 235b, kann nach Trennung des vertikalen Trägerelementes 221 vom unteren und horizontalen Trägerelement 223 in der folgenden Weise durchgeführt werden. Der Bolzen, mit dem die Spuleneinheit 235b am unteren und horizontalen Trägerelement 223 montiert ist, wird von der Aufnahmefläche 223b in beiden Enden des unteren und horizontalen Trägerelementes 223 gelöst und entfernt, um die Spuleneinheit 235b vom unteren und horizontalen Trägerelement 223 zu trennen. Daher kann der Inspektions- und Austauschvorgang der Spuleneinheit 235b in einfacher Weise durchgeführt werden.
Da in diesem Zustand das untere und horizontale Trägerelement 223 am Lagerblock 231, der von der Führungsschiene 229 im hinteren Abschnitt geführt wird, befestigt gehalten wurde, sind die Sitzfläche 223b, die in beiden Endabschnitten des unteren Trägerelementes 223 angeordnet ist, und die untere Endfläche eines jeden vertikalen Trägerelementes 221 auf sichere Weise parallel zueinander angeordnet. Die vertikale Aufnahmefläche 223c des unteren Trägerelementes 223 und die Innenfläche des unteren Abschnittes eines jeden vertikalen Trägerelementes 221 sind ebenfalls auf sichere Weise parallel zueinander angeordnet. Der Wiedermontagevorgang eines jeden vertikalen Trägerelementes 221 im unteren und horizontalen Trägerelement 223 nach der Inspektion und dem Austausch der Spuleneinheit 238 kann in einfacher Weise durchgeführt werden, und die Führungsgenauigkeit als Kombination der Montage von beiden vertikalen Trägerelementen 221 im unteren und horizontalen Trägerelement 223 kann auf einfache und genaue Weise wiederhergestellt werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird nach Beendigung der Inspektion und Wartung sowie dem Austausch je nach Bedarf die den Sattel 250, den Stößel 260 und die Werkzeugspindel 271, die daran gelagert ist, umfassende Einheit am Hubkran aufgehängt, und die Lagerblöcke 254, 256 in beiden Seitenflächen des Sattels 250 werden an den Führungsschienen 253, 255 angebracht, um eine vertikale Führung von der oberen Endseite des vertikalen Trägerelementes 221 zu erreichen und auf diese Weise eine einfache Wiedermontage am rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 zu bewirken. Da bei dieser Wiedermontage die Lagebeziehung einschließlich der Parallelität zwischen den Lagerblöcken 254, 256 und den Führungsschienen 253, 255 unverändert gelassen wird, bis die Lagerblöcke 254, 256 vom Sattel 250 getrennt sind, kann nicht nur die Wiedermontage in einfacher Weise durchgeführt werden, sondern auch die Führungsgenauigkeit nach der Wiedermontage in einfacher und genauer Weise wiederhergestellt werden.
Nach der Wiedermontage des Sattels 254 am rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 werden der Querträger 217 des Befestigungsrahmens 215 und das obere Trägerelement 222 des Bocks 220 am Hubkran in einem Zustand, in dem beide zusammengebaut sind, aufgehängt und am rechten und linken Säulenelement 216 und rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 wieder montiert. Da bei diesem Montagevorgang das Intervall zwischen den beiden bei der Wiedermontage des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 221 wieder in den Zustand vor der Trennung gebracht werden kann, wie vorstehend erwähnt, und da die Lagebeziehung zwischen dem vertikalen Trägerelement 221, dem Lagerblock 230 im unteren Ende und der Führungsschiene 229 am Vorderabschnitt unverändert gelassen wird, kann der Montagezustand zwischen dem oberen und horizontalen Trägerelement 222 und dem rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 in einfacher Weise gleichzeitig mit dem Montagezustand zwischen dem Querträger 217 und dem rechten und linken Säulenelement 216 wiederhergestellt werden. Ferner kann die Führungsgenauigkeit an der Basis 210 des Bocks 220 und des Befestigungsrahmens 215 bei der Wiedermontage der Einheit wieder in den ursprünglichen Zustand vor der Trennung gebracht werden.
Obwohl auf eine Erläuterung verzichtet wird, wird in diesem Fall die Montage zwischen dem rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 und dem unteren und horizontalen Trägerelement 223 durchgeführt, indem zusätzlich zur Befestigung mit Hilfe des Bolzens der konische Stift zwischen beiden auf bekannte Weise gepresst wird, so dass der konische Stift durch Lösen und Herausnehmen des Bolzens zum Zeitpunkt der Trennung herausgezogen wird. Zum Zeitpunkt der Wiedermontage wird der Bolzen nach dem zuerst erfolgenden Pressen des konischen Stiftes zwischen beide Teile verschraubt, um auf diese Weise die Relativlage im Befestigungszustand zwischen beiden Teilen auf sichere Weise wiederherzustellen. Ein konischer Stift dieser Art wird in entsprechender Weise für die Montage zwischen beiden Enden des Querträgers 217 und des Säulenelementes 216 und die Montage zwischen beiden Enden des oberen und horizontalen Trägerelementes 222 und des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 221 verwendet.
Als ein zusätzliches Merkmal dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in einem Zustand der Trennung des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 221 und des oberen und unteren horizontalen Trägerelementes 222, 223, die die vier Elemente des Bocks 220 bilden, mindestens das rechte und linke vertikale Trägerelement 221, vorzugsweise jedes der vier Elemente, in einem Zustand gehalten, in dem sie durch den Lagerblock relativ zu einer Führungsschiene geführt werden, so dass die Wiedermontage des Bocks 220 in einfacher Weise durchgeführt werden kann, wie vorstehend erwähnt, und die Führungsgenauigkeit nach der Wiedermontage auf sichere Weise auf die hohe Genauigkeit vor der Trennung wiederhergestellt werden kann.
Im Falle der Verkürzung des Sattels 250 derart, dass das hintere Ende des Sattels 250 nicht in das rechteckige Fenster 218 des Befestigungsrahmens 215 weist, kann ein anderes Trennverfahren angewendet werden. Bei diesem Verfahren kann die Stößeleinheit 260, die die Werkzeugspindel 271 lagert, von der Vorderseite oder der Rückseite des Sattels 250 herausgezogen werden, indem ein Anschlagmechanismus (nicht gezeigt) zum mechanischen Beschränken des vorderen und hinteren Hubendes des Stößels 260 entfernt wird. Danach wird der Anschlagmechanismus (nicht gezeigt) zum mechanischen Beschränken des rechten und linken Hubendes des Bocks 220 herausgenommen und der Bock 220 wird aus seinen vier Komponenten, d.h. dem rechten und linken vertikalen Trägerelement 221 und dem oberen und unteren horizontalen Trägerelement 222 und 223, zusammengebaut und kann nach rechts oder nach links in Bezug auf den Befestigungsrahmen 215 in einem Zustand, in dem er den Sattel 250 führt, herausgenommen werden.
Der Bock 220 wird, nachdem er auf diese Weise entfernt worden ist und die Inspektion, Wartung und der Austausch des erforderlichen Teiles durchgeführt worden ist, wieder so montiert, dass er von der Basis 210 und vom Befestigungsrahmen 215 geführt wird.
Das Trennverfahren kann in einfacher Weise auf Basis einer Mehrfachkombination zwischen einem charakteristischen Merkmal der vorliegenden Erfindung, d.h. der Führung des Bocks 220 vor dem Befestigungsrahmen 215, und einem Punkt, gemäß dem der Antriebsmechanismus des Bocks 221 in X-Achsen-Richtung und vorzugsweise der Antriebsmechanismus des Stößels 260 in Z-Achsen-Richtung vom Linearmotor gebildet werden, verwirklicht werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit 20 erläutert. Die Bezugszeichen der Elemente dieser Ausführungsform entsprechen den Bezugszeichen der entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform unter Hinzufügung von 100.
Bei dieser Ausführungsform ist die Oberseite des hinteren Abschnittes in der Basis 310 als Schrägfläche 310b ausgebildet, die nach oben in Richtung auf den hinteren Abschnitt geneigt ist, und ein rechtes und linkes Säulenelement 316 eines Befestigungsrahmens 315 stehen vom hinteren Endabschnitt der Schrägfläche 310b senkrecht auf der Schrägfläche.
Das Säulenelement 316 ist nach vorne in Richtung auf das obere Ende geneigt und dient zur Befestigung der Unterseite von beiden Enden des Querträgers 317 derart, dass eine freie Trennung in der oberen Endfläche möglich ist. Eine Vorderseite 317a des Querträgers 317 ist nach vorne in Richtung auf den oberen Abschnitt so geneigt, dass eine Ausrichtung mit der Vorderseite des Säulenelementes 316 in beiden Enden erzielt wird.
Der Bock 320 ist so ausgebildet, dass sich die Unterseite eines unteren und horizontalen Trägerelementes 323 im Wesentlichen parallel zur Schrägfläche 310b erstreckt und die Rückseite 322b eines oberen und horizontalen Trägerelementes 322, die der Rückseite eines oberen Abschnittes entspricht, sowie eine Rückseite eines oberen Abschnittes des, rechten und linken vertikalen Trägerelementes 321 parallel zur Vorderseite 317a des oberen und horizontalen Trägerelementes 317 und der Vorderseite des oberen Abschnittes des Säulenelementes 316 ausgebildet sind. Daher ist der Bock 320 in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform, von der Vorderseite der Werkzeugmaschine aus gesehen, in Kastenform ausgebildet. Er besitzt jedoch eine Form, die einem rechtwinkligen Dreieck mit einer schrägen Linie senkrecht zur Vertikalrichtung, aus der Richtung der rechten Seitenansicht der 20 gesehen, entspricht.
Eine Führungseinrichtung 327 zum Führen des unteren Abschnittes des Bocks 320 entlang der X-Achse wird von einem linearen Vorderabschnittführungsmechanismus und einem linearen Hinterabschnittführungsmechanismus gebildet, und ein Lagerblock 330 des Vorderabschnittführungsmechanismus ist direkt an der Unterseite des Vorderabschnitts des rechten und linken vertikalen Trägerelementes 321 montiert. Der Lagerblock 331 des Hinterabschnittführungsmechanismus ist jedoch auf der Unterseite des unteren und horizontalen Trägerelementes 323 montiert. Ein Unterabschnittlinearmotor 335 ist entlang der Vorderabschnitts- und Hinterabschnittsführungsschiene 329 und dazwischen angeordnet, und eine elektromagnetische Spuleneinheit 335b ist auf einer Unterseite des unteren und horizontalen Trägerelementes 323 so montiert, dass sie frei getrennt werden kann.
Ein einziger linearer Führungsmechanismus 328 für den oberen Abschnitt zum Führen des oberen Abschnittes des Bocks 320 entlang der X-Achse ist an der Vorderseite 317a des Querträgers 317 in einem Zustand befestigt, in dem die Führungsschiene 332 desselben horizontal entlang dem oberen Endrand der Vorderseite 317a des Querträgers 317 verläuft.
Ein Oberabschnittlinearmotor 337 zum Antreiben des oberen Abschnittes des Bocks 320 entlang der X-Achse hat eine Magnetplatteneinheit 337a, die an der Vorderseite 317a des Querträgers 317 im unteren Abschnitt eng benachbart zum linearen Führungsmechanismus 328 für den oberen Abschnitt montiert ist, und eine elektromagnetische Spuleneinheit 337b, die auf der Rückseite 322b des oberen und horizontalen Trägerelementes 322 montiert ist.
Die linearen Führungsmechanismen für den vorderen und hinteren Abschnitt im unteren Abschnitt sind so angeordnet, dass sie der maximalen Last P1, die senkrecht zur Schrägfläche 310b gerichtet ist, entgegenwirken. Der lineare Führungsmechanismus 328 im oberen Abschnitt ist so angeordnet, dass er der maximalen Last P2 mit einer Richtung parallel zur Schrägfläche 310b entgegenwirkt und dadurch eine Richtung aufweist, die um 90° gegenüber dem linearen Führungsmechanismus für den unteren Abschnitt verschieden ist. In entsprechender Weise zieht der Unterabschnittlinearmotor 335 den Bock 320 in einer Richtung zur Verwirklichung der Maximallast F1 des linearen Führungsmechanismus 327 für den unteren Abschnitt an, und der obere Linearmotor 337 zieht den Bock 320 in einer Richtung zur Verwirklichung der Maximallast P2 des linearen Führungsmechanismus 328 für den oberen Abschnitt an.
Die Anziehungsrichtung eines jeden Unterabschnitts- und Oberabschnittslinearmotors 335, 337 ist so eingestellt, dass sie der Wirkungsrichtung der Maximallasten E1, F2 der entsprechenden linearen Führungsmechanismen 327, 328 entspricht, so dass kein Abrieb durch Verdrehungen auf den Führungsflächen in beiden Seiten einer jeden Führungsschiene 329, 332 in den linearen Führungsmechanismen 327, 328 auftritt.
Ferner ist die Ausgestaltung derart, dass die kombinierte Kraft Ft der Maximallasten F1 und F2 in einer Richtung wirkt, die beim Rückwärtsschreiten geringfügig abfällt. Selbst wenn daher die auf die Werkzeugspindel 371 einwirkende Schneidkraft eine kontinuierliche oder intermittierende Kraft erzeugt, die den Bock anheben kann, kann der Bock 320 auf sichere Weise gegen diese Hubkraft gehalten werden, und ein in jedem Führungsabschnitt der linearen Führungsmechanismen 327, 328 vorhandenes Spiel verhindert, dass sich der Bock vorwärts und rückwärts und in vertikalen Richtungen bewegt.
Der Linearmotor 337 für den oberen Abschnitt ist unmittelbar über dem Linearmotor 335 für den unteren Abschnitt angeordnet, und die beiden Linearmotoren 337 und 335 sind innerhalb der vertikalen Fläche vorgesehen, die von der X-Achsen-Richtung und der Schwerkraftwirkungsrichtung entlang der X-Achse gebildet wird. Vorzugsweise ist die vertikale Fläche so ausgewählt, dass der Schwerpunkt des Bocks 320, vorzugsweise der Schwerpunkt des Bocks 320 und der sich damit vertikal bewegenden Einheit, in dieser Fläche vorgesehen ist. Eine Zickzackbewegung des Bocks 320 bei der Bewegung entlang der X-Achse kann auf sichere Weise verhindert werden, indem der obere und untere Linearmotor 337, 335 innerhalb der vertikalen Fläche angeordnet sind, die den Schwerpunkt des Bocks 320 enthält.
Der rechte und linke Linearmotor 357 zum vertikalen Bewegen des Sattels 350 innerhalb des vertikal rechteckigen Fensters des Bocks 320 sind so angeordnet, dass der Mittelpunkt in Z-Achsen-Richtung senkrecht zur Antriebsrichtung desselben in der obigen vertikalen Fläche angeordnet ist, die den Schwerpunkt des oberen und unteren Linearmotors 337, 335 und des Bocks 320 enthält.
Der andere Mechanismus zum Führen und Antreiben des Sattels 350 in Vertikalrichtung, der Mechanismus zum Führen und Antreiben des Stößels 360 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung innerhalb des rechteckigen Fensters des Sattels 350 und der Mechanismus zum drehbaren Lagern der Werkzeugspindel 371 am Stößel 360 sind die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. Auf eine detaillierte Beschreibung hiervon wird daher verzichtet.
Da die Wirkungsweise dieser Ausführungsform nahezu die gleiche ist wie die der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, wird auf eine Beschreibung hiervon verzichtet. Es existiert jedoch ein Unterschied in Bezug auf die Funktionsweise zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform insofern, als dass der lineare Führungsmechanismus 327 für den unteren Abschnitt bei der zweiten Ausführungsform der Bearbeitungskraft in Z-Achsen-Richtung stärker entgegenwirkt als der lineare Führungsmechanismus 227 für den unteren Abschnitt gemäß der ersten Ausführungsform.
Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist so ausgestaltet, dass die rechteckigen Fenster 218, 318 in den Befestigungsrahmen 215, 315 ausgebildet sind und sich die Sättel 250, 350 und die hinteren Endabschnitte der Stößel 260, 360 innerhalb des rechteckigen Fensters bewegen können. Bei der Werkzeugmaschine mit einem kurzen Bewegungsschub entlang der Z-Achse sind jedoch die rechteckigen Fenster 218, 318 nicht erforderlich, und die Sättel 250, 350 sowie die hinteren Endabschnitte der Stößel 260, 360 können im Vorderabschnitt der Befestigungsrahmen 215, 315 bewegbar sein.
Des Weiteren sind bei jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform die unteren und horizontalen Trägerelemente 223, 323 der Böcke 220, 320 an der ebenen Unterseite der vertikalen Trägerelemente 221, 321 befestigt. Es kann jedoch auch eine solche Ausführungsform Verwendung finden, bei der ein Niveauunterschied im hinteren Abschnitt der Unterseite der vertikalen Trägerelemente 221, 321 bei der Dicke des Abschnittes der Aufnahmefläche 223a in beiden Enden der unteren und horizontalen Trägerelemente 223, 323 vorgesehen ist, um die Führungsschienen 229, 329 der vorderen und hinteren linearen Führungsmechanismen 227, 327, die im unteren Abschnitt der vertikalen Trägerelemente 221, 321 angeordnet sind, auf einer einzigen Ebene auf der Basis 210, 310 anzuordnen.
Die Führungsmechanismen 227, 327 zum Führen der Unterseite des Bocks 220, 320 sind als Paar entlang der Z-Achse vorgesehen. Dieser Führungsmechanismus wird jedoch nicht immer von einem Paar gebildet, und es können nur die linearen Führungsmechanismen 229, 230 (329 und 330) für das vordere Ende vorgesehen sein.
Jeder der vorstehend beschriebenen linearen Führungsmechanismen ist so ausgebildet, dass jeder der Lagerblöcke einen Rollkörper, wie eine Vielzahl von Kugeln, Rollen o.ä., als Mittel zur Reduzierung der Reibung hält, so dass dieser zirkuliert, wobei ein Laufen auf der Führungsschiene über den Rollkörper nur in Längsrichtung sichergestellt ist. Es kann jedoch auch ein anderer Führungsmechanismus Anwendung finden, bei dem ein Druckmittel als Medium zum Reduzieren der Reibung Verwendung findet.

Claims

Werkzeugmaschine mit einer Basis (210; 310); einem Befestigungsrahmen (215; 315), der sich von der Basis (210; 310) in einer im Wesentlichen vertikalen aufrechten Richtung erstreckt und einen ersten Öffnungsabschnitt (218; 318) besitzt; einem Gerüst (220; 320), das einen zweiten Öffnungsabschnitt (224; 324) besitzt und vor einer vorderen Oberfläche des Befestigungsrahmens (215; 315) angeordnet ist, so dass es dazu in der Lage ist, sich vor dem Befestigungsrahmen (215; 315) in einer ersten horizontalen Richtung (X) zu bewegen; einem Sattel (250; 350), der an dem Gerüst (220; 320) vertikal geführt ist, so dass er dazu in der Lage ist, sich in vertikaler Richtung relativ zu dem Gerüst (220; 320) zu bewegen; einem Stempel (260; 360), der durch den Sattel (250; 350) in einer zweiten horizontalen Richtung (Z), die senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung (X) ist, beweglich geführt ist; einer Werkzeugspindel (271; 371), die in Bezug auf eine Achse, die sich entlang der zweiten horizontalen Richtung (Z) erstreckt, durch den Stempel (260; 360) drehbar gestützt ist und dazu in der Lage ist, ein Werkzeug an einem vorderen Endabschnitt zu befestigen, einer Antriebseinrichtung mit einem Linearmotor (235; 335) für den unteren Abschnitt für das Antreiben der unteren Oberfläche des Gerüsts (220; 320) und einen Linearmotor (237; 337) für den oberen Abschnitt für das Antreiben der oberen hinteren Oberfläche des Gerüsts (220; 320) und das Antreiben des Gerüsts (220; 320) in der ersten horizontalen Richtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotoren für den oberen Abschnitt (237; 337) und den unteren Abschnitt (235; 335) in einer unterschiedlichen Richtung angeordnet sind, so dass ihre Anziehungskräfte Richtungen wirken, die sich um 90° unterscheiden, und das Gerüst zu dem Befestigungsrahmen in einer nach hinten und schräg nach unten gerichteten Richtung gedrängt wird.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, die des Weiteren eine Führungseinrichtung (228; 328) für den oberen Abschnitt für das horizontale Führen des Gerüsts in der ersten horizontalen Richtung (X) besitzt, wobei die Führungseinrichtung (228; 328) für den oberen Abschnitt zwischen einer oberen vorderen Oberfläche des Befestigungsrahmens (215; 315) und einer oberen hinteren Oberfläche des Gerüsts (220; 320) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Befestigungsrahmen (215; 315) aus Säulenabschnitten (216; 316), die sich in aufrechter Richtung erstrecken, und einem Querträgerabschnitt (217; 317), der sich quer zu diesen erstreckt, so ausgebildet ist, dass der erste Öffnungsabschnitt (218; 318) definiert wird.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 3, wobei die Führungseinrichtung (228; 328) für den oberen Abschnitt direkt an dem Querträgerabschnitt (217; 317) montiert ist.
Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich eine obere Endfläche des Befestigungsrahmens (215; 315) und eine obere Endfläche des Gerüsts (220; 320) im Wesentlichen auf derselben vertikalen Höhe befinden.
Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Führungseinrichtung (228; 328) für den oberen Abschnitt eine Schieneneinrichtung (232; 332) für den oberen Abschnitt besitzt; und beide Enden in der ersten horizontalen Richtung der Schieneneinrichtung (232; 332) des oberen Abschnitts sich zu beiden Endabschnitten des Befestigungsrahmens (215; 315) über den ersten Öffnungsabschnitt (218; 318) des Befestigungsrahmens (215; 315) erstrecken.
Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die des Weiteren eine Führungseinrichtung mit einer Führungseinrichtung (227; 327) für den unteren Abschnitt besitzt, die zwischen der unteren Oberfläche des Gerüsts (220; 320) und der Basis (210; 310) angeordnet ist und das Gerüst (220; 320) in der ersten horizontalen Richtung führt.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei ein mittlerer Abschnitt, auf den entsprechende Anziehungskräfte des Linearmotors (237; 337) für den oberen Abschnitt und des Linearmotors (235; 335) für den unteren Abschnitt einwirken, in derselben vertikalen Oberfläche mit einem Schwerpunkt des Gerüsts (120; 320) positioniert ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei ein Mittelpunkt, an dem entsprechende Anziehungskräfte des Linearmotors (237; 337) für den oberen Abschnitt und des Linearmotors (235; 335) für den unteren Abschnitt wirken, in derselben vertikalen Oberfläche mit einem Schwerpunkt des Gerüsts (220; 320) und einem Schwerpunkt einer Baugruppe, die sich zusammen mit dem Gerüst (220; 320) vertikal bewegt, positioniert sind.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Linearmotoren für den oberen Abschnitt (237; 337) und für den unteren Abschnitt (235; 335) so angeordnet sind, dass eine Anziehungskraft des Linearmotors für den unteren Abschnitt (235; 335) in der vertikalen Richtung wirkt und eine Anziehungskraft des Linearmotors für den oberen Abschnitt (237; 337) in der zweiten horizontalen Richtung wirkt.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 6, wobei die Schieneneinrichtung (232; 332) für den oberen Abschnitt an der vorderen Endfläche des Querträgers (217; 317) montiert ist und in einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt einer Breite des Gerüsts (220; 320) in der zweiten horizontalen Richtung angeordnet ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Linearmotor für den unteren Abschnitt (235; 335) zwischen der unteren Oberfläche des Gerüsts (220; 320) und der oberen Oberfläche der Basis (210; 310) unmittelbar unterhalb der Schieneneinrichtung (232; 332) für den oberen Abschnitt angeordnet ist, die Führungseinrichtung (227; 327) für den unteren Abschnitt an der Basis (210; 310) befestigt ist und ein Paar von Führungsschienen (229; 329) besitzt, die in Längsrichtung voneinander in der zweiten horizontalen Richtung auseinander liegen, und der Linearmotor für den unteren Abschnitt (235; 335) zwischen dem Paar von Führungsschienen (229; 329) positioniert ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Basis (310) eine geneigte Oberfläche (310b) besitzt, die in Bezug auf die zweite horizontale Richtung geneigt ist, der Befestigungsrahmen aus einem Paar von Säulenelementen (316), die an der geneigten Oberfläche (310b) befestigt sind, und einem Querträger (317) gebildet ist, der die oberen Enden der Säulenelemente (316) verbindet, und das Gerüst (320) die untere Oberfläche und die obere hintere Oberfläche jeweils in einer Form ausgebildet hat, die jeweils im Wesentlichen parallel zu der geneigten Oberfläche (310b) und dem Säulenelement (316) ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Gerüst (220; 320) durch ein Paar von rechten und linken vertikalen Trägerelementen (221; 321), die zueinander in der ersten horizontalen Richtung auseinander liegen, ein unteres und horizontales Trägerelement (223; 323), das mit einer gegenüber liegenden Oberfläche im Inneren des vertikalen Trägerelements (221; 321) verbunden ist, so dass es dazu in der Lage ist, sich zu lösen und sich entlang der ersten horizontalen Richtung zu erstrecken, und ein oberes und horizontales Trägerelement (222; 322) gebildet ist, das mit einer oberen Endfläche des vertikalen Trägerelements (221; 321) verbunden ist, so dass es dazu in der Lage ist, sich zu lösen und sich entlang der ersten horizontalen Richtung zu erstrecken, und eine Führungseinrichtung für den unteren Abschnitt durch eine Schiene (229; 329), die an der Basis (210; 310) befestigt ist, und mindestens zwei Lagerblöcken (230; 231; 330; 331) gebildet ist, die an der Schiene (229; 329) laufen können und an der unteren Oberfläche von jedem eines Paares von vertikalen Trägerelementen (222; 322) montiert sind.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Führungseinrichtung für den oberen Abschnitt (228; 328) durch eine Schiene (232; 332), die an der oberen vorderen Oberfläche des Befestigungsrahmens (215; 315) befestigt ist, und einen Lagerblock (232; 332) gebildet ist, der an der Schiene laufen kann und an der hinteren Oberfläche des oberen Trägerelements (222; 322) montiert ist.