JP2008531321A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

工作物(WS)と工具(WZ)を互いに対して制御された位置決め運動せしめることによって、少なくとも1つの工具(WZ)を用いて工作物(WS)を加工する工作機械を開示する。この工作機械は、機械フレーム(10)と、移動ユニット(14)によって機械フレーム(10)に対して移動可能な支持体ヘッド(20)と、支持体ヘッド(20)に設けられた少なくとも1つの収容部(A)を具備し、移動ユニットによって位置決め運動の少なくとも一部を実施することができるように、前記収容部を用いて工作物(WS)または工具(WZ)を支持体ヘッド(20)に配置することができる。複数の複雑な加工プロセスが最適に実行されるようにこの工作機械を改善するべく、支持体ヘッド(20)が、第1の揺動軸(26)を中心に揺動可能に支持体アーム(24)に保持されており、支持体アーム(24)が、第1の揺動軸(26)に対して平行かつそれから距離をおいて配置された第2の揺動軸(32)を中心に支持体ベース(30)に対して揺動可能に軸承されている。さらには、支持体ベース(30)が機械フレーム(10)に対して少なくとも1つの制御される移動軸(X、Y、Z)を用いて移動可能とされている。
【選択図】図1

Description

本発明は、機械フレーム、移動ユニットを用いて機械フレームに対して移動可能な支持体ヘッドおよび支持体ヘッドに設けられている少なくとも1つの収容部を有し、その収容部を用いて工作物または工具を支持体ヘッドに配置することができるので、移動ユニットを用いて位置決め運動の少なくとも一部を実施することができる、工作物と工具を互いに対して制御して移動させることによって少なくとも1つの工具を用いて工作物を加工するための工作機械に関する。
この種の工作機械は、従来技術から知られている。これらの工作機械において、支持体ヘッドは通常工具支持体ヘッドとして形成されており、その工具支持体ヘッドがキャリッジシステムを用いて位置決め運動を実施するために移動することができる。
本発明に基づく解決の主旨における加工とは、工作物の各種の造形であって、従ってたとえば、材料の除去と塗布あるいはまたたとえば硬化による材料の変換である。
材料を除去するプロセスまたは材料を塗布するプロセスにおいて、特にレーザー溶接を含めたレーザー加工も含まれる。
各場合において、材料を除去するプロセスは、たとえば旋盤、フライスまたは研磨による、工作物の切削加工を含んでいる。
しかしこの考え方は、工作物の多様な複雑な加工が最適には実施できない、という欠点を有している。
従って本発明の課題は、この分野に基づく種類の工作機械を、多様な複雑な加工が最適に実施できるように改良することである。
この課題は、冒頭で説明した種類の工作機械において、本発明によれば、支持体ヘッドが第1の揺動軸を中心に揺動可能に支持体アームに保持されており、支持体アームは第1の揺動軸に対して平行かつこの揺動軸から距離をおいて配置された第2の揺動軸を中心に、支持体ベースに対して揺動可能に軸承されており、かつ支持体ベースが機械フレームに対して少なくとも1つの制御される移動軸によって移動可能であることによって、解決される。
本発明に基づく解決の利点は、特に、第2の揺動軸を中心に揺動可能な支持体アームが、第1の揺動軸を中心に支持体アームに対して揺動可能な支持体ヘッドと共に、一方で支持体ヘッドの大きい移動領域を達成し、他方でこの移動領域の内部で支持体アームを必要な剛性および精度で位置決めする、簡単な可能性を拓くことによって、支持体ヘッドを位置決めする場合にできる限り高い剛性と精度において、支持体ヘッドの大きい移動領域が実現可能であることに、に見られる。
さらに、揺動可能な支持体アームを設けることによって、大きい移動領域の他に、さらに、支持体アームが揺動する際の高い走行速度とそれに伴って移動ユニットの迅速かつ時間を節約する移動を、少なくともそれが支持体ベースに対する支持体アームの移動に基づいて行われる限りにおいて、許す。
この考え方は、既知の解決に比較して特に、リボルバヘッドを移動させるために設けられている移動ユニットに基づいて、支持体ヘッドの大きい移動領域が、移動ユニットの剛性と移動軸の位置決め可能性の精度に関して問題をもたらす、線形軸の大きい長さによらずに実現可能である、という利点を有している。
その他において、支持体アームを設けることが、位置決め運動の精度に関しても利点を有している。というのは、支持体アームによってもたらされる梃子の腕は常に同じ大きさであって、長さ可変ではないので、それによって構造の種類に基づいてすでに支持体ベースに対する支持体ヘッドの良好に再現可能な位置決めが可能となるからである。
支持体ベースを移動させるための少なくとも1つの移動軸に関して、これまで詳細な記載は行われていない。すなわち、好ましい実施例において、支持体ベースは少なくとも1つの移動軸によって、揺動軸に対して横方向に延びる第1の移動軸に対してほぼ平行の方向に移動することができる。
支持体ベースが第1の移動平面内で少なくとも1つの移動軸によって移動できることにより、工作機械内で少なくとも通常の範囲において加工を行うことができるようにするために、十分な数の軸が提供される。
好ましくは、第1の移動平面は、X方向に対して平行に延びている。
好ましくはさらに、第1の移動平面は、工作機械のZ方向に対して平行に延びている。
さらに、本発明に基づく工作機械の好ましい実施例においては、支持体ベースは移動軸によって揺動軸に対してほぼ平行な方向に移動可能である。
この種の移動軸は、工作機械のY方向に対して好ましくは平行に延びている。
さらに、支持体ベースが、揺動軸に対してほぼ平行に延びる第2の移動平面に対してほぼ平行な方向に移動可能であると、特に効果的である。
移動軸の種類に関して、これまでは詳細な記載はなされていない。
たとえば、支持体ベースを移動させるために設けられている軸は、同様に揺動軸であることができ、すなわちそれぞれに平面に対して平行に延びる移動軸が、湾曲されたルート上で支持体ベースを案内する。
しかし、特に好ましくは、支持体ベースは機械フレームに対して少なくとも1つの第1の線形軸に沿って走行可能である。
第1の線形軸を設けることは、それが移動ユニットの運動全体を単純に制御可能にする、という利点を有している。というのは、それによって少なくともこの軸に関して従来の制御を使用し、かつ線形の運動を他の運動を重畳することなしに直接、工作物を加工する場合の支持体ヘッドの位置決めのために使用する可能性が生じるからである。
さらに、支持体ベースが機械フレームに接して、第1の線形軸に対して横方向に延びる第2の線形軸に沿って走行可能であると、効果的である。
第2の線形軸も、それによって、この第2の線形軸を工作物を加工する場合の支持体ヘッドの位置決めに直接使用する、という可能性が生じる、という大きい利点を有している。
線形軸は、任意に配置することができる。特に好ましい解決においては、第1の線形軸は第1の移動平面内に位置している。
第2の線形軸は、同様に第1の移動平面内に位置することができる。
しかし、特に好ましい解決においては、第2の線形軸は第2の移動平面内に位置している。
好ましくは、第2の線形軸は、揺動軸に対してほぼ平行に延びるように形成されている。
工作機械内に設けられているスピンドル軸に対する第1の移動平面の方位付けに関して、これまで詳細な記載はなされていない。すなわち、好ましくは、第1の移動平面は、スピンドル軸に対して平行に延びており、そのスピンドル軸を中心に工作物または工具を回転可能に駆動することができる。
さらに、第2の移動平面に関して好ましくは、第2の移動平面は、工作物または工具を駆動することができるスピンドル軸に対して横方向に延びている。
スピンドル軸は、たとえば、工作物スピンドルのスピンドル軸であることができるので、本発明に基づく工作機械によって特に回転加工が行われる。
その代りに、スピンドル軸が工具スピンドルのスピンドル軸であることも考えられるので、本発明に基づく工作機械によって、フライス加工を行うことができる。
好ましくは工作物スピンドルも工具スピンドルも設けられているので、本発明に基づく工作機械によって、回転加工もフライス加工も、従って工作物の完全加工も可能である。
切削する加工の際に発生する力に対する揺動軸の配置に関して、これまで詳しい記載はなされていない。
原則的に、各種類の配置が考えられる。
しかし、特に好ましい解決においては、揺動軸は、切削加工する場合に発生する主切断力の方向に対して平行に延びている。
揺動軸のこの配置は、それによって揺動軸に関しては主切断力によってモーメントは発生せず、主切断力は、揺動軸を実現するために設けられている軸受を介して吸収され、従って揺動軸のための駆動は主切断力から生じるモーメントから自由である、という大きい利点を有している。
揺動軸を中心とする移動の駆動に関して、これまで詳細な記載はなされていない。すなわち、たとえば、複数の揺動軸を共通に、あるいは少なくとも共通の駆動モータから駆動することが考えられ、その駆動モータに個々の揺動軸を接続することができる。
駆動と構造的手間に関して特に好ましい解決において、第1の揺動軸に専用の駆動装置が対応づけられている。
揺動軸のこの種の専用の駆動装置は、まず、位置決め駆動装置であることができ、その位置決め駆動装置によって第1の揺動軸を中心とする回転位置は、工作物の加工の際に発生する力から自由である。
しかしまた、第1の揺動軸の駆動装置を、トルクの強い駆動装置として形成することも考えられ、その駆動装置は、工作物を加工する際に力が発生した場合でも、支持体ヘッドを支持体アームに対して回転させ、かつそれぞれの回転位置に保持することができる。
同様に、構造的に特に簡単かつ好ましい解決の理由から、第2の揺動軸に専用の駆動装置が対応づけられている。
第2の揺動軸において、専用の駆動装置は支持体アームを支持体ベースに対して揺動させなければならない。
ここでまた、加工プロセスが行われない場合に支持体アームを支持体ベースに対して揺動させることができる、位置決め駆動装置のみを設けることも、考えられる。
その代りに、さらに好ましい解決においては、第2の揺動軸にトルクの強い駆動装置が対応づけられており、その駆動装置が、工作物の加工の途上で支持体アームを支持体ベースに対して回転させ、位置決めし、かつ位置に保持することを可能にする。
すべての駆動装置は、たとえば液圧駆動装置または他の駆動される駆動装置であることができる。
特に好ましい解決においては、駆動装置は電動機であって、特にトルクの強い駆動装置の場合に、駆動装置が円形のリニアモータ、すなわちトルクモータとして形成されていると、特に効果的である。
原理的に、第1の揺動軸に対応づけられた駆動装置と第2の揺動軸に対応づけられた駆動装置は、互いに完全に独立して作業することができる。
しかし、特に工作物を加工する間に、大きい駆動出力を提供し、あるいは少なくとも揺動運動を必要な剛性をもって実施することができるようにするために、好ましくは、第1の揺動軸と第2の揺動軸は、カップリングトランスミッションによって結合可能である。
カップリングトランスミッションは、液圧で作業することができる。しかし、カップリングトランスミッションが、第1の揺動軸を中心とする回転運動と第2の揺動軸を中心とする回転運動を結合するために接続することができ、あるいはまた遮断することができる、機械的なカップリングトランスミッションであると、特に効果的である。
特に、第1の揺動軸および/または第2の揺動軸に対応づけられた駆動装置が、位置決め駆動装置である場合に、第1の揺動軸と第2の揺動軸が、少なくとも1つの相対位置にブロッキング可能であると、特に効果的である。
従って、第1の揺動軸と第2の揺動軸をこのようにブロッキングすることは、それによって工作物を加工するために使用できる少なくとも1つの位置が存在することになり、その位置において、工作物をできるだけ大きな精度で加工することができるようにするために、第1の揺動軸と第2の揺動軸を中心とする回転運動をブロッキングすることにより、支持体ベースに対する支持体ヘッドの極めてしっかりとした方位付けが生じる、という利点を有している。
第1の揺動軸と第2の揺動軸が、各揺動位置においてブロッキング可能であると、さらに効果的である。
揺動位置をこのようにブロッキングすることは、たとえば、駆動装置によって、特に円形のリニアモータにおいて、達成される。
他の可能性においては、ブロッキングがブレーキまたは歯切りによって行われる。
しかし、このようにブロッキングできることは、トルクの強い駆動装置においても、ユニットである支持体ベース、支持体アームおよび支持体ヘッドの剛性を改良するために、効果的である。
支持体ヘッドの移動により工作物を加工する上述した説明に関連して、支持体ヘッドが移動ユニットによってどのように移動されるか、についての詳細な説明は、これまで行われていない。
すなわち、工作物を加工するために、支持体ヘッドが支持体ベースの移動によって移動可能である。
この解決は、支持体ベースの移動が簡単に実現可能であって、従って支持体ベース、支持体アームおよび支持体ヘッドからなるユニットの高い剛性を達成するために、まず最初に支持体ベースが移動される、という利点を有している。
さらに、支持体ヘッドが支持体ベースの移動のみによって移動されると、効果的であるので、支持体ベース、支持体アームおよび支持体ヘッドからなるユニットが、加工の際に移動されない、しっかりとしたユニットを形成することができる。
特に、工作物を加工するために、支持体ヘッドが線形軸の少なくとも1つを用いて移動可能であると、効果的である。というのは、それによって少なくとも1つの線形軸を、加工する際に支持体ヘッドを位置決めするために直接利用することができ、従って従来の移動軸による工作物の加工が可能だからである。
この場合において、第1と第2の揺動軸を中心とする揺動運動は、第1に、工作物を加工する際に位置決め運動を達成するためではなく、第1に工作物の加工の外部で時に応じて位置決め運動を達成するために使用される。
この種の位置決め運動は、たとえば工具交換、工作物交換などである。
その代りに、本発明に基づく解決の他の好ましい実施形態においては、工作物を加工するために、第2の揺動軸を中心とする支持体ベースに対する支持体アームの回転を支持体ベースのための少なくとも1つの移動軸の機械フレームに対する移動と組み合わせることによって、支持体ヘッドが二次元で移動可能である。
従って、支持体ベースの移動軸と組み合わされた支持体アームの揺動運動が、二次元の移動を実施するために使用される。
二次元の移動が、線形移動に対して横方向の支持体アームの揺動と組み合わされた支持体ベースの線形移動によって実施可能であると、効果的である。それによって、支持体アームの揺動運動と支持体ベースの運動との特に簡単な組合わせが形成される。
特に、工作物を加工する場合に、支持体アームを二次元の移動を発生させるためにできる限り最適に使用することができるようにするために、支持体アームはその長手軸において線形の移動方向に対して−80°から+80°の角度領域内で移動することができる。
特に、支持体ベース、支持体アームおよび支持体ヘッドからなるユニットは、工作物を加工する場合に、支持体アームの基体が工作物とは逆の側に位置するように、配置されている。
そして、支持体ヘッドを方位付けするために、第2の線形軸を中心とする支持体アームの回転と、第1の揺動軸を中心とする支持体ヘッドの回転運動が組み合わせて行われると、効果的である。
支持体ヘッドに設けられている収容部に関して、これまで詳しい説明はなされていない。
すなわち、好ましい実施例においては、支持体ヘッドに設けられている少なくとも1つの収容部が、工具収容部であって、その中へ工具を直接、あるいは工具ホルダを挿入することができる。
さらに、好ましくは、支持体ヘッドに設けられている少なくとも1つの収容部が、制御されて取り外し可能な収容部として形成されている。このように制御されて取り外し可能な収容部の元で、工作物または工具を収容部内に保持し、かつそこから再び制御して解放する可能性がある。
冒頭で挙げた工作機械のこれまで説明してきた特徴に加えて、あるいはその代わりに、冒頭で挙げた工作機械の他の実施形態においては、支持体ヘッドを移動させるための移動ユニットが2つの揺動軸を有しており、かつ移動ユニットによって、支持体ヘッドの移動領域の内部で支持体ヘッドの位置決め運動を実施することができる。
この解決は、一般に2つの揺動軸を設けることによって、移動領域の内部で支持体ヘッドの効果的な移動が可能であることを、目指している。
そのために、2つの揺動軸は必ずしも互いに対して平行に配置されている必要はなく、任意のやり方で互いに対して歪んで、特に空間内で互いに対して横方向に延びるように配置することができる。
この解決において好ましくは、移動領域が揺動軸と移動軸によって最大達成可能な位置によって定められており、すなわち、移動領域が機械フレームに対する機械ベースの最大位置と、支持体ベースに対する支持体ヘッドの最大位置との組合わせによって定められている。
好ましくは、支持体ヘッドは、工作物を加工する場合に、移動領域に含まれる加工移動領域の内部で移動可能であって、すなわち加工移動領域は、本発明に基づく解決によって実現可能な、支持体ヘッドの移動領域全体よりも、ずっと小さく定められている。
さらに、好ましい実施例においては、支持体ヘッドは、支持体ヘッドに配置されている工作物または工具を交換するために、移動領域に含まれる交換移動領域の内部で移動可能である。
この種の交換移動領域は、工具または工作物あるいは支持体ヘッドに収容可能な他のコンポーネントの交換がその中で行われる、移動領域として定義される。
特に、加工移動領域と交換移動領域は、移動領域の内部に重ならないように配置されている。
支持体ヘッドの交換移動領域内で簡単な方法で工具または工作物を交換することができるようにするために、好ましくは、支持体ヘッドの交換移動領域内で機械フレームに、工具または工作物のための少なくとも1つの保持装置が配置されている。
さらに、支持体ヘッドの交換移動領域内で機械フレームに、工具および/または工作物のための多数の保持装置が配置されていると、効果的である。
特に工作物の加工をじゃましないために、少なくとも1つの保持装置が工作機械の移動領域の外側領域内に配置されている。
保持装置の配置は、少なくとも1つの保持装置が、交換移動領域の外側領域内に配置されていると、特に効果的である。
さらに、好ましい解決において、支持体ヘッドの移動領域は、作業室の少なくとも1つの壁まで達している。
この場合において、少なくとも1つの保持装置が、作業室の壁に配置されていると、効果的である。
作業室の壁は、通常、多くの空間を形成するので、本発明に基づく考え方は、多数の保持装置が作業室の少なくとも1つの壁に設けられている場合に、提供される可能性を特に効果的に利用する。
保持装置の形成に関して、これまで詳しい説明はなされていない。
たとえば、保持装置は、パッシブな固定装置であり、すなわち支持体ヘッドに固定可能なユニットを保持装置内へ挿入可能であり、かつ支持体ヘッドから再び取り出すことができ、ユニットを収容または解放するために保持装置の操作あるいは駆動は必要とされない。
この種のユニットは、たとえば工具または工具支持体あるいは工具のための取扱いユニットまたは工作物ホルダ、あるいは工作物のための把持器であることができる。
保持装置は、機械フレームに対して固定であることができる。しかしまた、保持装置を機械フレームに移動可能に配置することも可能である。
保持装置の他の形成においては、それぞれの保持装置が交換装置として形成されている。
交換装置というのは、ここでは、交換すべき部材をアクティブに供給し、あるいは搬出する装置である。この種の部材は、たとえば、工具または工作物であることができる。
この種の交換装置の例は、たとえば、既知の工具マガジンであって、その工具マガジンにおいて交換装置は支持体を有しており、その支持体はアクセス位置を有しており、かつ移動によって、保持されている工具のぞれぞれをアクセス位置内に位置決めし、あるいは収容することができる。
この種の交換装置の他の例は、たとえば、工作物供給部材または工作物搬出部材であって、それがアクティブに工作物を所定の位置へ供給し、その位置から支持体ヘッドによって取り出すことができ、あるいは工作物を所定の位置から搬出するので、それによって新しい工作物をこの位置へ放出することができる。
本発明に基づく考え方は、さらに、機械フレームに、かつ支持体ヘッドの移動領域内に、少なくとも1つの工具または少なくとも1つの工作物のための収容部が配置されている場合に、効果的に展開される。
設けられる軸の数をできるだけ小さく抑えるために、好ましくは、収容部は機械フレームに対して固定的に配置されている。
また、収容部が機械フレームに値して移動可能であることも考えられる。
収容部は、同様に上述した本発明に基づく移動ユニットによって移動可能であることができる。
しかし、簡単にする理由から、収容部が機械フレームに対して線形に移動可能であり、好ましくは線形にだけ移動可能であると、好ましいことが明らかにされている。
収容部の形成に関して、様々な可能性が考えられる。
収容部が、工具のための収容部として設けられている場合には、収容部が少なくとも1つの工具のためあるいは多数の工具のための固定の収容部であれば十分である。
しかし、回転する工具を使用するためには、少なくとも1つの収容部がスピンドルとして、特に工具スピンドルとして形成されていると、好ましいことが明らかにされているので、少なくとも1つの回転する工具または多数の回転する工具によって工作物の加工が可能である。
しかし、少なくとも1つの収容部がスピンドルとして形成されている場合に、収容部は工作物を収容するために用いることもできる。
少なくとも1つの収容部は工作物スピンドルとして形成されているので、工作物を収容するために少なくとも1つの工作物スピンドルあるいは複数の工作物スピンドルが提供される。
本発明に基づく工作機械の特に好ましい実施例においては、支持体アームの基体は、他の支持体アームのための基体でもある。従って本発明に基づく支持体アームの利点がさらに包括的に達成される。というのは、2つの支持体が提供されるからである。
支持体アームと他の支持体アームが、互いに少なくとも90°の角度を形成すると、特に効果的である。というのは、それによって他の支持体ヘッドが、加工する際に一方の支持体ヘッドと協働する工作物または工具と衝突することが回避されるからである。
本発明に基づく工作機械の他の好ましい実施例においては、工作機械は少なくとも2つの移動ユニットを有しており、かつ工具または工作物が一方の支持体ヘッドから他方の支持体ヘッドへ引き渡し可能である。それによって2つの互いに独立して駆動すべき移動ユニットが得られるだけでなく、さらにその取扱い特性が、たとえば工作物を引き渡すことができ、従って簡単な方法で前側加工と後ろ側加工を実現できるように、利用される。
冒頭で挙げた課題の上述した解決の代わりに、あるいはそれに加えて、冒頭で挙げた工作機械における他の解決において、本発明によれば、支持体ヘッドは第1の揺動軸を中心に揺動可能に支持体アームに軸承されており、支持体ヘッドに、固定装置によって収容部内に固定可能な、交換可能なユニットのための少なくとも1つの収容部が設けられており、かつ固定装置が機械制御によって駆動可能であり、かつそれによって取り外し位置へ移動させることができる。
この解決の利点は、駆動可能な固定装置を有するこの種の収容部が、機械制御によって制御されて簡単な方法でユニットを支持体ヘッドに固定し、あるいはそれから取り外す可能性を拓くことに見られる。
固定装置は、それが同様に機械制御によって制御されて、固定位置へ移動するように、形成することができる。
特に好ましい解決においては、固定装置自体が固定位置へ移動するように形成されている。
固定装置を取り外し位置へ移動させるために、様々な可能性が考えられる。好ましい解決においては、固定装置に、機械制御によって制御される操作装置が対応づけられている。
支持体ヘッドは、原則的にこの種の1つまたは複数の収容部を有することができる。
支持体ヘッドに、少なくとも2つの収容部とそれに対応づけられた固定装置が設けられていると、特に効果的であることが明らかにされている。
この解決の利点は、それによって複数のユニットを同時に収容部によって収容し、かつその中に固定することができることに、見られる。
ユニットは、それぞれ実施すべき機能に応じて様々な力にさらされるので、少なくとも2つの収容部の少なくとも1つを、それがユニットに作用する最大の力に耐えるように形成することが、必要であろう。
しかしそれは、それに伴って、支持体ヘッドの組立て大きさも最大作用する力を吸収する収容部に応じて形成されなければならない、という欠点を有している。
この理由から、好ましい解決においては、少なくとも2つの収容部のうちの2つが、収容部ペアを形成し、その収容部ペアにユニットの1つが固定可能である。
すなわち、最大の力を吸収すべきユニットは、収容部の1つの中に固定できるのではなく、同時に2つの収容部内に固定可能であって、従って力が2つの収容部を介して分配されて支持体ヘッドに導入される。従って2つの収容部のみが共通に、それがこの種のユニットに作用する最大の力を吸収することができるように、安定的に形成される。
原則的に、収容部ペアの収容部内に固定されたユニットは、さらに支持体ヘッドに支持することができる。
このユニットを容易に交換できるようにするために、好ましくは、収容部ペアの収容部内に固定されたユニットが、この収容部のみを介して支持体ヘッドに固定されている。
駆動可能な固定ユニットを有する収容部は、原理から、固定の収容部であることができ、その中へユニットが挿入可能かつ固定的に固定可能である。
しかし、少なくとも1つの収容部が回転するように駆動可能であると、特に効果的である。
収容部が複数である場合に、収容部の1つが回転するように駆動可能であって、他はそうではないことが可能である。
しかし、複数の駆動可能な収容部が設けられていると、特に効果的である。
収容部の駆動を実現することができるようにするために、収容部の各々に専用の駆動装置を対応づけることが考えられる。
できるだけコンパクトな構造にする理由から、収容部が共通の駆動装置によって駆動可能であると、好ましいことが明らかにされている。
共通の駆動装置は、すべての収容部が同一の回転数で駆動可能であるように、形成することができる。
しかし、共通の駆動装置にもかかわらず、異なる収容部が異なる回転数で駆動可能であることも、考えられる。
収容部を駆動する場合に、共通の駆動装置が設けられている場合でも、収容部の各々が個別に駆動可能であることができる。
しかし、本発明に基づく解決の枠内において、支持体ヘッドは、収容部が同時に駆動可能であるように、形成されている。
これは、収容部ペアの収容部にも当てはまるので、収容部ペアにおいても収容部の各々が個別に駆動可能であるか、あるいは収容部が共通に駆動可能であることができる。
回転するように駆動可能な収容部の場合において、収容部ペアの収容部が共通にユニットを保持する、特に好ましい解決において、収容部ペアの収容部によって、この収容部内に共通に保持されるユニットが駆動可能である。
ユニットは、収容部ペアの収容部によってユニットの機能の駆動が行われるように、形成することができる。
特に好ましい解決においては、収容部ペアの収容部の各々によってそれぞれユニットの機能が駆動可能であるので、収容部ペアの2つの収容部によってユニットの2つの異なる機能が駆動可能である。
収容部ペアを有する工作機械の実施例において、工具交換は、工具マガジンが、収容部ペア内に配置されているユニットのために、ペアで配置された保持装置を有している場合に、特に効果的に実現される。
従ってたとえば、保持装置内に配置されている2つの工具を同時に支持体ヘッド内へ挿入することができ、あるいは同時に、収容部内に配置されている2つの工具を支持体ヘッドから保持装置へ放出することができる。
ペアで配置されている保持装置の一方が空であって、他方に工具が装着されており、収容部ペアの一方の収容部に工具が搭載されており、他方は空であって、かつ支持体ヘッドが工具マガジンへ1回アクセスする場合に、一方の収容部の工具が一方の保持装置内へ放出可能であり、他方の保持装置の工具が他方の収容部内へ挿入可能であると、特に効果的である。
支持体ヘッドの形状および支持体ヘッドにおける収容部の配置に関して、本発明に基づく解決との関連において、これまで詳細な記載はなされていない。
支持体ヘッドにおいてできるだけ多くの収容部を提供し、他方で収容部内に挿入されているユニットの衝突の危険をできるだけ小さく抑えるために、好ましくは、支持体ヘッドは少なくとも2つの異なる側に収容部を支持している。
支持体ヘッドが少なくとも3つの異なる側に収容部を支持していると、さらに良好である。
支持体ヘッドの異なる側は、好ましくは支持体ヘッドの側面によって形成され、側面は、その面の法線が異なる方向を向くように配置されている。
側面は、原理的に湾曲していることができる。
しかし、支持体ヘッドの側面が平坦な面であると、特に効果的である。
支持体ヘッドの形成の形式に関して、様々な幾何学的形状が考えられる。
たとえば、支持体ヘッドを球状または楕円体形状あるいは円錐形状に形成することが考えられ、これらボディ形状が異なる扁平率を有することもできる。
工作機械の空間的な状況にとって特に好ましい形状においては、工具支持体はプリズム状のボディとして形成されており、第1の揺動軸がプリズム状のボディを側面に対して平行に延びるように貫通する。
好ましくは、第1の揺動軸がプリズム状のボディの中心軸に対して平行に延びている。
プリズム状のボディが第1の揺動軸の方向に、第1の揺動軸に対する各横方向におけるのと少なくとも同じ大きさの広がりを有していると、幾何学的に特に好ましい。
プリズム状のボディが第1の揺動軸の方向に、第1の揺動軸に対して横方向の最大の広がりの少なくとも1.5倍に相当する広がりを有していると、もっとよい。
プリズム状のボディの底面は、様々な形状を有することができる。
たとえば、底面は丸い形状または楕円形の形状を有することができる。
特に好ましい解決においては、プリズム状のボディは、底面として多角形を有している。
好ましくは、多角形は最大で6角形であって、さらに、一方でできるだけ多くの収容部を設けることができるようにし、他方では収容部内に保持されるユニットをできる限り少ない衝突の危険で使用することができるようにするために、5角形または4角形の形状の底面がさらに効果的である。
支持体ヘッドの広がりに関して、同様にこれまで詳細な記載はなされていない。しかし、支持体ヘッドがその大きさに関して工作機械の組立て大きさに悪い影響を与えないようにするために、好ましくは、工具支持体ヘッドは第1の揺動軸に対して横方向に、最大の工作物直径の最大で8倍に相当する、最大の広がりを有している。
工具支持体ヘッドが、第1の揺動軸に対して横方向に、最大の工具直径の最大で6倍に相当する、最大の広がりを有していると、さらによい。
工具支持体ヘッドが側面を有している場合に、好ましくは、側面は第1の揺動軸から、最大で最大の工作物直径の最大で4倍に相当する距離で配置されている。
第1の揺動軸からの側面の距離が、最大の工作物直径の最大で2倍に相当すると、さらに良い。
さらに、本発明に基づく支持体ヘッドの特に好ましい形状において、支持体ヘッドは互いに対向する側面を有しており、かつ互いに対向する側面がそれぞれ互いに対して、最大の工作物直径の最大で6倍に相当する最大の距離を有している。
この最大の距離が、最大の工作物直径の最大で4倍に相当すると、さらによい。というのは、支持体ヘッドがさらにコンパクトに構成されるからである。
第1の揺動軸の方向における支持体ヘッドの広がりに関して、これまで詳しい説明は同様になされていない。すなわち、構造的に特に適した解決においては、支持体ヘッドは第1の揺動軸の方向に、最大の工作物直径の少なくとも6倍に相当する広がりを有している。
第1の揺動軸を中心とする支持体ヘッドの回動可能性に関して、同様に、本発明に基づく解決のこれまでの説明に関連して、詳しい記載はなされていない。
すなわち、たとえば、工具支持体ヘッドの2つの異なる側にそれぞれ工作物を搭載し、かつ支持体ヘッドの最大で180°の回動可能性を設けることが考えられる。
しかし、特に工具支持体においてユニットを最適に使用することができるようにするために、工具支持体ヘッドが第1の揺動軸を中心に少なくとも270°回動可能であると、さらに効果的であるので、支持体ヘッドの複数の側にユニットを配置することができ、それらのユニットは支持体ヘッドの回動によって工作物を加工するために使用することができる。
さらに、支持体ヘッドが第1の揺動軸を中心に少なくとも360°回動可能であると、効果的であるので、支持体ヘッドにユニットを搭載する場合、およびこれらのユニットを使用する場合に最適な柔軟性が与えられる。
第1の揺動軸を中心とする支持体ヘッドの回動可能性に関して、様々な可能性が考えられる。
ある解決においては、支持体ヘッドは第1の揺動軸を中心に非連続的な回転位置へ回動可能である。
たとえば、この種の非連続的な回動位置は、支持体ヘッドに設けられるユニットのために必要な主方向によって、たとえば工具または工作物の主方向によって定めることができるので、各工具または工作物の主方向が適切な方法で方位付けされる。
非連続的な回動位置が互いに対して同一の角度間隔で配置されていると、特に効果的であるので、支持体ヘッドを固定するために、それに応じたセル数の対称性を有する固定装置を設けることができる。
他の好ましい解決においては、支持体ヘッドは、支持体ヘッドに設けられるユニットの主方向よりも多い非連続の回動位置を有している。
可能な解決においては、支持体ヘッドの非連続的な回動位置の間の角度間隔は、10°よりも小さい。角度間隔が、1.25°の整数倍、すなわち1.25°または2.5°または5°であると、さらに効果的である。
非連続的な回動位置を設ける代わりに、あるいはそれに加えて、他の好ましい実施例においては、支持体ヘッドは機械制御によって制御されるB軸としての第1の揺動軸を中心に回動可能であって、従って機械制御は、支持体ヘッドを任意の回動位置へ回動させて、これらの回動位置において既知のB軸と同様に工作物を加工することができる、可能性を有している。
支持体ヘッドにおける収容部の配置に関して、これまで詳しい記載はなされていない。すなわち、たとえば支持体ヘッドに収容部を任意に分配することができる。
支持体ヘッドを使用する場合の制御および衝突のないことのために特に好ましい解決においては、支持体ヘッドは少なくとも2つの収容部を有しており、その収容部の主方向が共通の平面内に位置している。
好ましくは、平面は、第1の揺動軸に対して横方向、特に垂直に延びるように、配置されている。
支持体ヘッドが揺動軸の方向に少なくとも2つの互いに間隔をおいて配置された平面を有しており、その平面内にそれぞれ少なくとも1つの収容部が配置されている場合に、支持体ヘッドに複数の収容部がさらに最適に配置される。
平面の各々に複数の収容部、特に支持体ヘッドの異なる側に複数の収容部が配置されていると、さらに効果的である。
本発明の他の特徴と利点が、本発明に基づく解決の実施例の以下の説明および図面表示の対象である。
図1と2に示す、工作機械の第1の実施例は、全体を符号10で示す機械フレームを有しており、その機械フレームは足12で床面上に設置されており、かつその機械フレームに全体を符号14で示す移動ユニットが配置されており、その移動ユニットは、工作物WSを切削加工するために、工具WZ、たとえばWZ1を、工作物WSに対して移動させるために用いられる。
移動ユニット14には、全体を符号20で示す支持体ヘッドが設けられており、その支持体ヘッドは工具WZ1のための収容部A1を有している。
支持体ヘッド20自体は、支持体アーム24の互いに対して平行に延びる脚22a、bの間に配置されており、かつ支持体アーム24に対して第1の揺動軸26を中心に回転可能に軸承されている。
さらに、支持体アーム24は、基体28を有しており、その基体から支持体アーム24の2本の脚22a、bが延びており、かつその基体自体は支持体ベース30に対して第2の揺動軸32を中心に回転可能である。
支持体ベース30は、Xキャリッジ34上に配置されており、そのXキャリッジ自体はXガイド36によって機械フレーム10に対していわゆるX方向に走行することができる。
好ましくはそれに加えて、支持体ベース30はさらに、Xキャリッジに対して走行可能なYキャリッジ44上に取り付けられており、そのYキャリッジはYガイド46によってXキャリッジ34に接して案内されているので、支持体ベース30は全体としてXキャリッジに対してY方向に、すなわちX方向に対して横方向に、好ましくはそれに対して垂直に、走行することができる。
本発明に基づく工作機械の第1の実施例において、工作物WSが加工収容部BA、たとえばチャック内に保持されており、そのチャックは工作物スピンドル50の前側に配置されており、その工作物スピンドル自体はスピンドルハウジング52内にスピンドル軸54を中心に回転可能に軸承されており、スピンドルハウジング54自体は、Zキャリッジ56内で案内されており、そのZキャリッジがZガイド58を介して機械フレーム10に対してZ方向に移動可能に案内されている。
Z方向は、Y方向に対して横方向かつ好ましくはそれに対して垂直に延びている。
さらに、Z方向は、X方向に対して横方向、好ましくは同様にそれに対して垂直に延びている。
さらに、スピンドル軸50とZ方向は、従来の工作機械において一般的であるように、互いに対して平行に延びている。
最も簡単な場合において、本発明に基づく工作機械によって、機械制御Mにより制御されて、Xキャリッジ34の摺動に基づいて支持体ヘッド20がX方向に移動し、かつZキャリッジ56により工作物スピンドル50がZ方向に走行することによって工作物WSがそれに応じて摺動することによって、工作物WSを工具WZ1によって加工することが可能である。
支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に支持体アーム24に対して回転運動することは、機械制御Mによってブロックされ、かつ支持体アーム24が第2の揺動軸32を中心に支持体ベース30に対して回転運動することも、機械制御Mによってブロックされ、さらに、Y方向の摺動は行われないので、支持体ヘッド20はXキャリッジ34のX方向の移動にしっかりと追従する。この解決が、第1の揺動軸26および第2の揺動軸32を中心とする揺動運動のために、工作物WSの加工のために使用できるトルクではなく、ずっと小さいトルクを発生させるサーボドライブを使用すること、およびサーボドライブを機械制御Mによって駆動可能なブレーキによってブロックすることを可能にする。
従来の回転加工の途中で工作物WSの材料を切削するために、スピンドル軸54を通って延びる第1の移動平面60内で工具WZ1の送りが行われ、この種の従来の回転加工においては第1の移動平面60に対して垂直に延びる主切断力62が生じる(図3)。
さらに、本発明によれば、第1の揺動軸26と第2の揺動軸32は、主切断力62に対して平行に延びるように方位付けされているので、主切断力62は揺動軸26、32のいずれかを中心とするトルクに寄与せず、揺動軸26、32を形成する軸受によって吸収される。
従って、第1の揺動軸26と第2の揺動軸32も、工作物WSの方向への工具WZ1の送りが行われる、第1の移動平面60に対して垂直に延びており、その移動平面自体はX方向に対して平行に延びている。
好ましくは、揺動軸26、32の間に延びる長手軸66を有する支持体アーム24は、加工位置において第1の移動平面60に対して実質的に平行かつ第1の移動平面60上へのX方向の投影に対して約−45°から約+45°の角度領域、さらに好ましくは約−30°から約+30°の角度領域で延びており、支持体ヘッド20は工作物WSへ、従ってスピンドル軸54へ向けて配置されており、基体28は支持体ヘッド20の、スピンドル軸54とは逆の側に位置している。
さらに、支持体ヘッド20は、揺動軸26、32に対して平行に延びる、第2の移動平面68内でY方向に移動可能であることに基づいて移動することができる。
その限りにおいて、簡単な旋盤の従来の機能性が与えられている。
もちろん、機械制御Mによって支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に回転可能であることが、工具WZ1が切断プレートSPを有する単純な回転工具である場合に、たとえば様々な種類の多重工具を使用することができるようにするために、切断プレートSPと工作物WSの表面Oまたはスピンドル軸54との間の角度αを可変に調節することを可能にする(図4)。
さらに、支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に回転可能であることが、支持体ヘッド20に配置された他の工具、たとえば工具WZ2の使用を可能にし、工具WZ2は駆動される工具、たとえばフライス工具またはボーリング工具であって、収容部A2は支持体ヘッド20に配置された、その回転軸WZDを中心に回転する工具WZ2を駆動するための工具スピンドル70の収容部である。
従って、支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に回転可能であることが、既知のB軸と同じ機能性を可能にする。
さらに、第1の揺動軸26は、図5に示すように、複数の工具WZ1とWZ2を支持体ヘッド20に配置して、工作物の加工に使用することができるようにする、可能性を拓く。
好ましくは、工具WZ1とWZ2を衝突せずに工作物WSに使用することができるようにするために、複数の工具WZ、たとえば工具WZ1とWZ2が支持体ヘッド20に次のように、すなわち工具エッジWZS1とWZS2が第1の揺動軸26に関して少なくとも約60°の角度間隔WAを有するように、配置されている。
たとえば、図5に示すように、支持体ヘッド20は一方の側72に、2つの固定の工具WZ1とWZ3の支持体ブロックTを搭載しており、それらの工具が支持体ブロックTの収容部A1とA2内に取り付けられている。支持体ブロックTは、前もって取り付けられている工具WZ1およびWZ3と共に全体として支持体ヘッド20に取り付けることができ、あるいは支持体ヘッド20内に設けられている固定装置によってこの支持体ヘッドに固定することができ、好ましい実施形態においては、固定装置が機械制御Mによって取り外し可能であるので、支持体ブロックTはユニットとして機械制御Mによって制御されて交換することができる。
支持体ヘッド20の側72に隣接する側74から工具WZ2が張り出しており、その工具は収容部A2内に取り付けられており、その収容部自体は、支持体ヘッド20内に配置された工具スピンドル70として形成されており、かつ交換収容部として形成されており、その中へ工具WZ2が機械制御Mによって制御されて挿入され、かつその交換収容部から工具WZ2が機械制御Mによって制御されて取り外される。
さらに、もちろん図5には示されていないが、側72と対向する側76および側74と対向する側78にも工具WZ、好ましくは固定的に配置された工具が搭載されている。
特に、工具WZ1、WZ2およびWZ3は互いに対して次のように、すなわちこれらの工具が揺動軸26に対して垂直に延び、かつ工具WZ1、WZ2およびWZ3を通って延びる平面64が互いに対して常に、工作物WSの最大直径にほぼ相当する間隔を有するように、配置されているので、工具WZ1、WZ2およびWZ3が衝突なしで使用される。
さらに、工具WZ1、WZ2およびWZ3は、それらの延びが支持体ヘッド20から始まってそれぞれ第1の揺動軸26に対して垂直に延びる平面内に来るように、方位付けされている。これは、1つには、すべての工具WZ1、WZ2およびWZ3が一つの同じ平面64内に延びるように行うことができるが、しかしまた、工具WZ1、WZ2およびWZ3の各々がそれぞれ、平面64に対して平行の、第1の揺動軸26に対して垂直に延びる平面内に延びるように行うこともできる(図5)。
従って、支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に回転可能であることによって、工具WZ1、WZ2およびWZ3の各々を工作物表面Oに対して異なる角度位置において、従ってスピンドル軸54に対して異なる方位付けでも使用する可能性が生じる。
たとえば、工具WZ3がドリルである場合に、この工具によって、それぞれ支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に支持体アーム24に対してどのように回動されるかに応じて、スピンドル軸54に対して平行またはスピンドル軸に対して垂直に孔が形成される。
好ましくは支持体ヘッド20には、4つの平坦側72、74、76および78が設けられており、それらが揺動軸26に対して垂直に延びる平面64内でほぼ同一の広がりを有しているので、支持体ヘッド20はたとえば断面において矩形である。
平坦側72、74、76および78の広がりは、工作物WSの最大直径に少なくともほぼ相当する。
それぞれの工具WZ1、WZ2またはWZ3あるいは3つすべての工具WZ1、WZ2およびWZ3が位置する平面64は、少なくとも従来の回転加工においては、スピンドル軸54を通り、かつX方向に対して平行に延びる第1の移動平面60と一致するので、支持体ヘッド20がX方向に移動することによってこの工具WZ1またはWZ3は、既知の工作機械におけるように、X方向に送ることができる。
Y方向に移動できることは、駆動される工具WZ2によって第1の移動平面60の外部で工作物WSの加工を実施すべき場合に効果的であるので、支持体ヘッド20の摺動をY方向に行うことができる。
好ましくは本発明に基づく解決において、第1の揺動軸26が第2の揺動軸32に対して平行であり、かつ2つの揺動軸26、32が第1の移動平面60に対して横方向、さらに好ましくは垂直に延びている場合に、効果的な運動学が得られる。
支持体アーム24が第2の揺動軸32を中心に機械制御Mによって揺動可能であることが、支持体ヘッド20を、支持体ヘッド20の第1の揺動軸26がたとえば加工移動領域80(図1)の内部で移動される、工作物WSへ向いた加工位置から、第1の揺動軸26が交換移動領域90内で移動可能な、図6に実線で記入された交換位置で例示される、交換位置へ、X方向の大きな移動距離を必要とせずに移動させる、可能性を拓く。
従って全体として、Y方向の移動を度外視する場合に、一方でX方向の移動距離によって定められ、他方では支持体アーム24の長さ、特に第2の揺動軸32からの第1の揺動軸26の間隔によって定められる、移動領域82が形成される。
このように移動領域が拡張された場合に、簡単な方法で、たとえば工具交換あるいは移動ユニット14による工作物交換を実施するような、付加的な機能性が、移加工移動領域80が制限されることなしに、得られる。
むしろ、加工移動領域80は、交換移動領域90内で実施される、付加的な機能に触れられないままである。
交換移動領域90は、たとえば、加工移動領域80に含まれない領域全体を有するように、形成することができる。
交換移動領域内で実施すべき機能を簡単に実現し、かつ実施できるようにする理由から、好ましくは、1つまたは複数の交換移動領域90が移動領域82の外側領域内、かつ加工移動領域80の外部に位置するので、交換移動領域または交換移動領域に対応づけられた機能を実現する場合に好ましい空間状況が、簡単な方法で得られる。
揺動軸26が、交換移動領域90の内部にある場合に、支持体ヘッド20は、たとえば、工具保持装置、たとえば工具保持装置102aから102dを有する工具マガジン100から工具を取り出し、あるいはその中へ挿入する可能性を有し、工具保持装置102自体は固定の工具保持装置102として形成されており、その中へそれぞれの工具WZを支持体アーム24と支持体ヘッド20の移動と場合によってはさらにXキャリッジ34の移動のみによって、挿入することができ、あるいはそこから取り出すことができる。
それによって、工具マガジン100に固定の工具保持装置102のみを設け、従って構造的に簡単に形成し、それにもかかわらず工具WZの極めて簡単な交換を可能にする、可能性が生じる。
好ましくは、工具マガジン100の工具保持装置102は、最も簡単な場合においては、平面70内に位置し、支持体ベース30がY方向に移動できる場合には、さらに、工具保持装置102を平面60に対して平行な平面内に配置する可能性が生じる。というのは、支持体アーム24が交換位置へ揺動するのと同時に、平面64に対して平行な様々な平面への到着が可能になるからである。
さらに、交換位置へ達するための軸32を中心とする支持体アーム24の揺動運動は、それによって簡単な方法で支持体ヘッド20が平面64あるいはこれに対して平行な平面内で移動可能であって、これらの平面内に延びる工具WZを平面64内あるいはこれに対して平行な平面内で移動させることによって工具保持装置102内へ挿入することができる、という大きな利点を有している。
工具WZを工具保持装置102内へ挿入移動させる場合に、工具WZをそれぞれ直線的に延びる挿入方向104において工具保持装置102内へ挿入することができるようにするために、第1の揺動軸26を中心とする支持体ヘッド20の揺動運動が付加的に調整され、場合によってはさらにXキャリッジ34のX方向の移動によって補正される。
図7に示す、本発明に基づく工作機械の第2の実施例において、第1の実施例と同一の特徴には、同一の参照符号が設けられているので、これに関しては第1の実施例についての説明を参照することができる。
第1の実施例とは異なり、第2の実施例においては、工具WZが全部で3つの互いに対して平行な、しかし異なる平面64a、6bおよび64c内に配置されているので、これらの工具WZを第1の移動平面60内で使用しようとする場合に、支持体ベース30のY方向の摺動が必要となる。
すなわち、たとえば、工具WZ1とWZ3が平面64a内に位置し、それに対して揺動軸26の方向に変位して配置された工具WZ4とWZ5が設けられており、それらは工具WZ1およびWZ3と同じタイプ、すなわち支持体ヘッド20に固定的に配置された工具であって、それらはもちろん平面64c内に位置している。
付加的に、平面64b内に2つの駆動される工具、すなわちWZ2とWZ6が配置されており、それらは2つの対応して駆動される工具収容部A2とA6内に駆動可能に収容されている。
支持体ベース30がY方向に摺動することによって、駆動される工具WZ2とWZ6は第1の移動平面60内で、あるいはそれに対して平行に延びる平面内で工作物WSに使用される。
さらに、たとえば、工具WZ1とWZ3およびWZ4とWZ5がノーマルな回転工具として支持体Tに形成されており、従って工作物を加工するために常に、第1の移動平面60内に位置する位置で使用され、すなわち支持体ベースを、平面64aまたは平面64cが第1の移動平面60と一致する距離だけ移動させなければならない。
その他において、本発明に基づく工作機械の第2の実施例は、第1の実施例に相当するので、これらについては同一の参照符号が使用されており、その説明に関しては第1の実施例についての説明を全部の内容において参照することができる。
図8に示す、第3の実施例においては、第1の実施例とは異なり支持体ヘッド20は、工具WZ1、WZ2およびWZ3は平面64a内に位置し、工具WZ4、WZ5およびWZ6は平面64c内に位置するように形成されているので、支持体ベース30がY方向に摺動することによって、平面64aと64c内に配置されている工具WZをたとえば第1の移動平面60内で、あるいはそれに対して距離をもって使用することができる。
その他において、本発明に基づく工作機械の第3の実施例は、上述した実施例に相当するので、同一の部分には同一の参照符号が設けられており、内容全体においてそれらを参照することができる。
図9と10に示す、第4の実施例において、上述した実施例とは異なり、工作物スピンドル50は、機械フレーム10に固定的に配置されているので、工作物スピンドル50による工作物WSのZ方向の移動は不可能である。
この理由から、工具WZと工作物WSの間の相対移動は、移送ユニット14のみによって達成される。
この場合に、工具WZと工作物WSの間のZ方向における相対移動は、支持体アーム24が第2の揺動軸32を中心に揺動可能であって、かつXキャリッジがX方向に摺動し、かつ同時に支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心として回転することによって、これら3つの移動軸の補間により工具WZの各々のZ方向における線形の移動が達成可能となることによって、達成される。
それによって、工作物WSを工具WZの1つによって加工する場合に、工具WZがZ方向の各任意の位置に制御されて到着し、かつZ方向の各任意の送りを実現することができるようにするために、揺動軸26と32を、既知の旋盤のB軸と同様に、工作物WSを加工する間機械制御Mによって無段階に回転可能な揺動軸として形成する必要性が生じ、同時に、XキャリッジのX方向の走行によって、そして場合によっては上述した実施例において説明したように、Y方向に、工作物WSの方向に工具WZを送ることが行われる。
本発明に基づく工作機械の第4の実施例において、図10に示すように、支持体アーム24の揺動の可能性が、さらに徹底して、すなわち支持体アーム24が第2の揺動軸32を中心に揺動すること、および同時に支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に揺動可能であることの助けもかりて、かつ場合によってはXキャリッジ34の移動後に、未加工の工作物WSRを把持して、加工収容部BA内へ挿入し、工作物WSの加工後に加工の済んだ工作物WSFを加工収容部から取り出して、保管するために利用される。
そのためにたとえば、特に対向する側に、未加工の工作物のための供給装置110と加工が済んだ工作物のための搬出装置112が設けられており、それらは、揺動軸26が移動ユニット14によって全体として移動可能な移動領域82の端縁に配置されているので、それによって支持アーム24は工具WZを交換するための移動に関して何ら妨害を受けない。
未加工の工作物WSRと加工済みの工作物WSFを把持することができるようにするために、支持体ヘッド20に、たとえば工具WZ2と対向する側に、工具把持器114が設けられており、その工具把持器が把持フィンガー116によって未加工の工作物WSRも加工済みの工作物WSFも把持することができる。
工作物供給装置110も工作物搬出装置112も、単に、未加工の工作物WSRを所定の位置へ供給し、かつ加工済みの工作物WSFを定められた位置で収容し、その他においてはこれらの工作物をこれらの位置へ送り、ないしはこれらの位置から離れるように移送する、移送装置として形成されるので、工作物WSの交換を実施するために、付加的な取扱いまたは固定は不要である。
特に、本発明に基づく解決の利点は、重い工作物でも移動装置14によって簡単に加工収容部BA内へ挿入し、あるいはそこから取り出すことができることに見られる。というのは、工作物WSを加工するために支持体ヘッド20を移動させるには、必要な剛性と加工精度を達成するために、もともと大きな力が必要とされるので、特に重い工作物WSを工作物供給装置110から収容し、かつ工作物搬出装置112内へ排出するために、この力で問題なく十分だからである。
その他において、図9と10に示す第4の実施例において、上述した実施例と同一の部材には、同一の参照符号が設けられているので、上述した実施例に関連してその説明を内容全体において参照することができる。
図11に示す、第5の実施例において、上述した実施例の1つ、特に第4の実施例に基づく、2つの工作機械が互いに対して、機械フレーム101と102の互いに向き合った側に移動ユニット141と142が設けられるように配置されているので、支持体ヘッド201から前側を加工された工作物WSを工作物スピンドル501から取り出して、他の支持体ヘッド202へ引き渡すことができ、その支持体ヘッドは、工作物WSをその後ろ側を加工するために、工具スピンドル502へ挿入する可能性を有している。
その代わりに、あるいはそれに加えて、工具WZをより効果的に使用することができるようにするために、支持体ヘッド201と202の間で工具を交換することも考えられる。
従って、この実施例においては、工作物WSを取り扱う際の上述した利点が、さらに、効果的な前側および後ろ側加工の可能性と組み合わされ、そのために工作物スピンドルが同軸に方位付けされる必要はない。
従って、前側および後ろ側加工における全く新しい考え方の可能性が生じる。
その他において、この実施例においては、上述した実施例の部材と等しい部材には同一の参照符号が設けられているので、それを説明するために上述した実施例を全部の内容で参照することができる。
図12に示す第6の実施例において、移動ユニット14は機械フレーム10に次のように、すなわち支持体ヘッド20が支持体アーム24に重力方向に懸架して位置決めされるように、配置されているので、支持体ベース30は重力方向に支持体ヘッド20の上方に位置している。
従って、工具WZは上述した実施例とは異なり、切削加工する場合に重力方向に見て下からではなく、上から工作物WSへ作用するので、単純な削り屑落下と削り屑の簡単な搬出が保証されている。
その他において、第6の実施例は上述した実施例と同様に形成されているので、それについての説明を内容全体において参照することができる。
図13に示す、本発明に基づく工作機械の第7の実施例において、機械フレーム10’は、縦支持体120と、縦支持体120の終端側に配置されたスタンド122を有しており、そのスタンドが工作物スピンドル50のスピンドルハウジング52を支持している。
工具スピンドル50のスピンドル軸54が、縦支持体120の長手方向123に対して平行に延びている。
縦支持体120に接して、移動ユニット14’のZキャリッジ124がZガイド126によってZ方向に摺動可能に案内されているので、この実施例においては移動ユニット14’自体がZ方向に走行することができる。
Zキャリッジ上に、Y方向に走行可能なYキャリッジ44が取り付けられており、そのYキャリッジはYガイド46によってZキャリッジ124に接して案内されている。
支持体アーム24は、上述した実施例との関連で説明したのと同様に、第2の揺動軸32を中心に支持体ベース30に対して揺動可能であって、その支持体ベースはYキャリッジ44上に配置されており、かつYガイド46によって案内されており、かつ支持体ヘッド20が第1の揺動軸26を中心に支持体アーム24に対して揺動することができる。
支持体ヘッド20には、同様に、工具WZが配置されており、その工具は工作物WSに対して、特にZ方向においては移動ユニット14’のZキャリッジ124によって、Y方向においては移動ユニット14’のYキャリッジ44によって、そしてX方向においては、支持体ヘッド20の移動に同調された、支持体アーム24の揺動運動によってスピンドル軸54の方向およびそれから離れる方向に移動可能であり、X方向に工具WZを送る場合に支持体アーム24のZ方向の移動を補償するために、それに応じて調整された支持体ヘッド20の回転運動とさらに、Z方向におけるZキャリッジ124の調整された移動によって移動することができる。
その他において、第7の実施例は上述した実施例と同様に形成されているので、同じ部材のために同一の参照符号が使用され、かつそれについての説明を内容全体で参照することができる。
図14に示す第8の実施例において、第6に実施例に基づく移動ユニット14’と14’Gの配置が、カウンタースピンドル機械として組み合わされており、このカウンタースピンドル機械において工作物スピンドル50に工作物カウンタースピンドル50Gが対応づけられており、それが、工作物WSを工作物スピンドル50から取り出して後ろ側を加工することができるようにするために、縦支持体120に対して同様にZ方向に摺動することができる。
工作物スピンドル50と工作物カウンタースピンドル50Gは、共通のスピンドル軸54に対して同軸に配置されている。
さらに、工作物スピンドル50に移動ユニット14’が対応づけられており、工作物カウンタースピンドル50Gには移動ユニット14’Gが対応づけられている。
第8の実施例において、移動ユニット14’は、支持体アーム24の長手軸66が基体28から出て工作物スピンドル50の加工収容部BAの方向に延びるように配置されているので、支持体ヘッド20はこの加工収容部へ向けて配置されており、基体28は支持体ヘッド20の、加工収容部BAとは逆の側にある。
長手軸66は、X方向に対して平行かつスピンドル軸54を通って延びる第1の移動平面60に対して平行かつスピンドル軸54に対して鋭角で延びており、この鋭角は、約0°と約80°の間の領域にある。
移動ユニット14’は、最大の鋭角において、すなわち約80°の鋭角において、支持体ヘッド20内に保持されている工具WZによって、スピンドル軸54の基体28と対向する側での加工が可能であるように、従ってX方向に大きい軸移動距離が実現できるように、形成されている。
工作物カウンタースピンドル50Gに対応づけられた移動ユニット14’Gが、同様に配置され、かつ形成されているので、その基体28Gは支持体ヘッド20Gに関して、工作物カウンタースピンドルの加工収容部BAと対向する側に配置されている。
従って、加工ユニット14’と14’Gにおいて、基体28と28Gは対応づけられた工作物スピンドル50、50Gからそれぞれ最大の間隔で配置されており、支持体ヘッド20、20Gは常にそれそれの基体28ないし28Gと工作物スピンドル50ないし工作物カウンタースピンドル50Gの対応する加工収容部BAとの間に位置している。
しかし、第8の実施例の移動ユニット14、14’Gにおいて、支持体ヘッド20と20Gの対応づけを変化させる、すなわちそれぞれの支持体ベース30がZ方向に、支持体アーム24ないし24Gが基体28ないし28Gから始まってそれぞれ他方の工作物スピンドル50Gないし50を向くまでの距離移動されることによって、すなわちこの場合においては支持体ヘッド20が工作物スピンドル50Gに対応づけられ、支持体ヘッド20Gが工作物スピンドル50に対応づけられるように、回動させる、可能性もある。
加工ユニット14’、14’Gの移動領域82、82Gは、スピンドル軸54の領域内で互いに重なり合い、さらに作業室130の壁128によって制限されている。
さらに、図14に示すように、第8の実施例は、未加工の工作物WSRを作業室130の壁128d近傍の外側領域132dにおいて移動ユニット14’Gの移動領域82内へ供給して、加工済みの工作物WSFを作業室130の壁128f近傍の外側領域132f内で移動ユニット14’Gの移動領域82から搬出することを可能にする。
そのために、好ましくは支持体ヘッド20Gに、工作物把持器114が設けられている。
さらに、移動ユニット14’の移動領域82の外側領域132a、132bおよび132c内で、作用室130の壁128a、129bおよび128c近傍の工具保持装置102内に工具WZが保持されており、支持体ヘッド20がそれに接近できるので、支持体ヘッドはその支持体ヘッド20内にそれぞれ保持されている工具WZを工具保持装置102内に保持されている工具WZの1つと交換することができる。
図15に示す、第9の実施例において、支持体アーム24Gの基体28Gは、さらに、この基体28Gに固定的に配置されている他の支持体アーム24WGのための基体でもあるので、支持体アーム24Gが第2の揺動軸32を中心に揺動する場合に、支持体アーム24WGも一緒に揺動することができる。
支持体アーム24WGは、第1の揺動軸26WGを中心に揺動可能な、支持体ヘッド20Gと同じ機能性を有する、支持体ヘッド20WGを支持している。
従って支持体ヘッド20Gと20WGは、第8の実施例に関連して説明したように、カウンター工具スピンドル50Gまたは工具スピンドル50内に保持されている工作物WSに交互に使用することができるので、それについての説明を内容全体で参照することができる。
図16に示す第10の実施例において、移動ユニット14’は第5の実施例の移動ユニットと同様に形成されているが、もちろん差はあって、この実施例においては支持体ヘッド20に工作物WSのための加工収容部BAを有する工作物スピンドル50’が保持されており、その工作物は移動ユニット14によって、特に既知のようにXキャリッジ34によってX方向、第5の実施例に関連して説明した、揺動軸26、32に対して平行なY方向に移動することができ、かつ揺動軸26、32を中心に揺動することができるので、工作物スピンドル50’はこの揺動および移動軸に従って空間内で移動することができ、従ってこの工作物スピンドルによって工作物WSを位置決めすることができる。
従って第10の実施例においては、垂直スピンドルを有する旋盤の加工に従って、加工が可能であるので、たとえば、個々の工具WZVは工具WZVのための収容部WZAとして形成されている工具支持体134に固定的に配置されており、かつ工具支持体134が同様に固定的に機械フレーム10に保持されており、従って工作物WSを工具支持体134の個々の工具WZVへ移動させることができ、それによってこれらの工具において加工、たとえばスピンドル軸54’を中心に工作物WSを回転させることによって、回転加工を実施することができる。
好ましくは、この回転加工において、工作物スピンドル50’のスピンドル軸54’は、ほぼ垂直に延びているので、垂直のスピンドル機械におけるのと同じ加工可能性を、同様に固定の工具WZにおいて実現することができる。
しかしさらに、工作物スピンドル50’を、スピンドル軸54’がほぼ水平に延びるように、揺動軸25を中心に揺動させ、かつこの位置において、工具WZHで加工を実施する可能性もあり、その工具は工具WZHのための収容部WZA’として形成されている工具支持体136内に保持されており、かつそれ自体ほぼ水平に方位付けされている。
従って1つの同じ工作物WSを、特に簡単な方法で、多数の工具、たとえば垂直の工具セットの工具WZVと水平の工具セットの工具WZHにおいて加工する可能性がある。
個々の実施例のこれまでの説明に関連して、揺動軸26を中心に回転可能な支持体ヘッド20と揺動軸32を中心に支持体ベース30に対して回転可能な支持体アーム24を有する揺動ユニットがどのように形成されるべきか、については詳しく説明されていない。
図17に示す揺動ユニットの実施例は、パイプとして形成された支持体ベース30を有しており、それにインナーパイプとして形成されたインナーボディ140が取り付けられており、そのインナーボディが、インナーボディ140を包囲するジャケット形状に形成された基体28を軸承するために用いられる。
そのために、インナーボディ140は、揺動軸32の方向に互いに距離をおいて配置された2つの揺動軸受142、144を支持しており、それらの軸受が、ジャケット形状に形成されて、インナーボディ140を把持する基体28を、揺動軸32に対して半径方向にも、揺動軸32に対して軸方向にも軸承する。
揺動軸受142と144の間に、全体を符号150で示す、いわゆるトルクモータとして、すなわち円形のリニアモータとして形成された駆動モータが配置されており、その駆動モータがインナーパイプ140上に取り付けられたステータ152と基体28い配置されたロータ154とを有しているので、この駆動モータ150によって基体28がインナーパイプ140に対して回動することができる。
基体28に、支持体アーム22a、22bが一体的に形成されており、それらの間に支持体ヘッド20が揺動軸26を中心に回転可能に軸承されている。
そのために、支持体アーム22a内に、互いに対して付勢された2つのメイン軸受162a、162bが設けられており、これらの軸受は支持体アーム22aの軸受シート164内に配置されており、かつ支持体ヘッド20の、支持体アーム22aを把持する軸受突出部166を回転可能に案内する。
さらに、支持体アーム22b内にも、軸受シート170内に回転軸受168が設けられており、その回転軸受が支持体アーム22bを把持する軸受突出部172を収容しており、軸受突出部172は支持体ヘッド20の、軸受突出部166と対向する側から始まって延びている。
支持体アーム24内で支持体ヘッド20を回転可能に駆動するために、軸受突出部166は、回転軸受162a、162bの、支持体ヘッド20と対向する側まで延びており、かつ、回転軸受162a、162bの、支持体ヘッド20とは逆の側において軸受突出部166上に配置されているロータ174を支持しており、そのロータは、全体を符号180で示す駆動モータのステータ176の内部に延びており、駆動モータ180は同様にいわゆるトルクモータとして形成されている。
ステータ176は、ステータハウジング182の内部に取り付けられており、そのステータハウジングが支持体アーム24と堅固に結合されているので、ステータ176は支持体アーム24に相対回動不能に配置されている。
図示の実施形態において、揺動軸26、32の方向に見て、駆動モータ150と駆動モータ180は変位して配置されているので、駆動モータ180は揺動軸26に対して半径方向に、揺動軸26からの駆動モータ150のロータ154の最少の間隔に相当するよりも大きい広がりを有しているので、駆動モータ150、180は、その2つの駆動モータ150、180を必要とされるトルクおよび保持モーメントに関して最適に設計することができるようにするために、その半径方向の広がりに関して重なることができる。
図17に示す実施例において、支持体ヘッド20内に収容部Aとして、互いに対して平行に配置された、収容部ペアを形成する2つのスピンドル190a、190bが設けられており、それらはそれぞれ前方のスピンドル軸受192a、192bおよび後方のスピンドル軸受194a、194bを介して支持体ヘッド20内に回転可能に軸承されており、かつ結合トランスミッション196を介して結合されており、結合トランスミッション196は2つのスピンドル190a、190bを同期して駆動するか(すなわち両者が同一の回転数で駆動する)、あるいは結合トランスミッション196が変速トランスミッションであるので、たとえばスピンドル190bはスピンドル190aよりも高速で回転する。
工具スピンドルの駆動は、支持体ヘッド20の軸受突出部166を貫通し、かつこの軸受突出部内に回転可能に軸承されている駆動軸198を介して行われ、その駆動軸は工具スピンドル190aに向いた端部に歯車200を支持しており、その歯車が、工具スピンドル190aの周面側に軸承された歯車202と噛合する。
駆動軸198の駆動は、ベルトドライブ204を介して行われ、そのベルトドライブは駆動モータ180の、支持体ヘッド20とは逆の側に揺動軸26から揺動軸32へ支持されており、かつ駆動軸189上に揺動軸26に対して同軸に取り付けられたベルトホィール206と、揺動軸32に対して同軸に配置されたベルトホィール208を有しており、それら両者が駆動ベルト210、たとえば歯付きベルトによって結合されている。
ベルトホィール208は、インナーパイプ140の内部空間214内へ嵌入し、かつ支持体ジャケット216によって保持されるスピンドル駆動モータ220の、揺動軸32に対して同軸に配置された従動軸212上に取り付けられており、従ってこのスピンドル駆動モータは、支持体ベース30に対して固定的に配置されており、かつ部分的に少なくとも、駆動モータ150の内部にも位置する内部空間214内へ嵌入する。
従って、スピンドル190a、bを駆動するための、コンパクトで場所をとらない構造が得られる。
従ってスピンドル駆動モータ220によって、ベルトドライブ204および駆動軸198を介してスピンドル190aの直接的な駆動が行われ、このスピンドルはたとえば、スピンドル190bよりも低速で回転し、従ってより大きいトルクのために設計されており、そのトルクがはベルトドライブ204と駆動軸198を介して直接スピンドル190aへ伝達することができ、結合トランスミッション196はスピンドル190aから始まってスピンドル190bをより大きい回転数で、もちろんより駆動モーメントで駆動する。
さらに、スピンドル190a、190bの各々には、挿入すべきユニットを固定するためのそれぞれの収容部Aに対応づけられた固定装置222a、222bが設けられており、その固定装置は、たとえば流体圧シリンダとして形成されている、操作装置224a、224bによって取り外し可能であって、かつ組み込まれたばねによってその固定位置の方向に付勢されている。
従って、機械制御Mによって駆動可能な操作装置224a、224bを介して、固定装置222a、222b内に保持されているユニットを機械制御Mによって制御して取り外し、たとえば他のユニットを再び固定する、可能性が生じる。
好ましくは、スピンドル190a、190bは、そのスピンドル軸226a、226bが互いに対して平行に延び、かつ第1の揺動軸26と交差するように配置されており、かつさらに、好ましくは固定装置222a、222bがスピンドル軸226a、226bに対して垂直の同一の平面内に位置するように、配置されている。
たとえば、図18に示すように、互いに対して平行に配置された2つのスピンドル190a、190bを有する支持体ヘッド20のこの種の形成において、この中へ挿入すべきユニットとして、これらのスピンドル190a、190b内に異なる工具を、たとえば図18に示すように、スピンドル190a内にはドリル工具232を、スピンドル190b内には中刳り工具234を配置する可能性が生じる。
しかし代替的に、たとえば図19と図20に示すように、フライス工具236または鋸工具238を挿入することもできる。
図21に示すように、2つのスピンドル190a、190bを設ける場合に、これらを支持体ヘッド20内に、工具WZ、たとえば工具232と234のための保持装置102a、102bに同時に接近が可能であるように配置する、可能性が生じる。
従って、2つの工具232、234を同時にスピンドル190a、190b内へ挿入することが可能である。
しかし、スピンドル190a、190bの一方に工具WZが装着されており、スピンドル190a、190bの他方は空いていると、特に効果的である。この場合においては、スピンドル190a、190bに応じて配置された保持装置102a、102bを有する工具マガジン100の到着によって、空いているスピンドル内に工具を挿入し、同時にスピンドル190a、190bの他方に保持されている工具を対応する保持装置内へ放出することができる。
たとえば、スピンドル190aが空いていて、スピンドル190b内に工具234が配置されている場合に、保持装置102aと102bを有する工具マガジン100の1回の到着によって、保持装置102a内に配置されている工具232をスピンドル190aによって収容し、スピンドル190b内に存在する工具234を保持装置102b内へ放出することができる。
従って、支持体ヘッド20は、工具232を有する工具マガジン100への一回の接近の後に、加工を続けることができる。
スピンドル190a、190bにこのように交互に装着することによって、並べて配置されたスピンドル190a、190bによる衝突の危険も生じない。
しかし、2つのスピンドル190a、190bは、図22に示す回転工具240において、この中へ挿入すべきユニットとして回転工具240のための工具ホルダ242を共通に収容するために使用することもでき、工具ホルダ242はスピンドル190a内へ挿入可能な突出部244aとスピンドル190b内へ挿入可能な突出部244bとを有しており、2つの突出部244a、244bはスピンドル190a、190bの対応する固定装置222a、222b内へ固定可能である。
回転工具240は、たとえば、支持体ヘッド20における安定的な固定を必要とする、いわゆる重い回転工具であって、その固定は2つのスピンドル190a、190bを介して、かつ特にその固定装置222a、222bを介して行われ、スピンドル190a、190bの駆動は必要とされない。
それに対して代替的に、図23に示すように、工具ホルダ242によって重いドリル工具246をスピンドル190a、190b内に固定することもできる。
図24に示すように、工具ホルダ242によって、同様に駆動されない工具である、複数の回転工具248、250、252を固定する可能性もある。
しかしまた、図25に示すように、工具ホルダ254を、回転可能な突出部256a、256bを有するように形成する可能性もあり、回転可能な突出部256aはスピンドル190a内に固定装置222aによって固定可能であって、回転可能な突出部256bはスピンドル190b内に固定装置222bによって固定可能である。
従って全体として、工具ホルダ254が二重に固定され、さらにこの場合には、スピンドル駆動モータ220によりスピンドル190a、190bを駆動することによって、工具ホルダ254上に配置された、たとえばドリル工具260のための駆動スピンドル258を、突出部256aを介して、あるいは突出部256bを介して駆動する可能性が生じる。
しかしまた、スピンドル190a、190b内に固定できる回転可能な突出部256a、256bを有するこの種の工具ホルダ254に、図26と27に示すように、固定の回転工具272aから272fを有する工具リボルバ270を設けることができ、それらの回転工具はリボルバヘッド274に配置されており、そのリボルバヘッド自体はリボルバ軸276を中心に工具ホルダ254に対して回転可能であって、工具ホルダ254に対するリボルバヘッド274の回転は、回転可能な突出部256a、256bがスピンドル190a、190bの少なくとも1つによって駆動されることにより、達成することができる。
しかしまた、工具リボルバ270と回転可能なリボルバヘッド274とを有する工具ホルダ254に、図28と29に示すように、さらに、工具スピンドル278内に配置される駆動される工具のための工具スピンドル278を設けることもできる。
この場合において、同様に、リボルバヘッド274の駆動と工具スピンドル278の駆動は、支持体ヘッド20内の2つのスピンドル190a、190bを介して行われ、もちろんそのためにこれらのスピンドルは分離可能でなければならない。
たとえばこの場合において、スピンドル190aによってリボルバ軸276を中心とするリボルバヘッド274の回転を実施することができ、スピンドル190bによって、リボルバヘッド274上に取り付けられた工具スピンドル2798の駆動を行うことができる。
図30と図31に示すように、回転可能な突出部256a、256bを有する工具ホルダ254を、工具の代わりに工作物把持器282を固定して駆動するために使用することができ、その工作物把持器は揺動軸284を中心に揺動可能な把持アーム286を有しており、その把持アームの終端側に把持ジョウ288が設けられている。
図31に示すように、センター290を中心にして同じ角度間隔でそれぞれ揺動軸284を中心に揺動可能な3つの把持アーム286が配置されており、その把持アームの把持ジョウ288は、センター290に対して半径方向に変位可能であるので、把持ジョウ288は大きい直径バリエーションを有する工作物WSを把持することができる。
たとえば、この種の工作物把持器282によって、未加工の工作物WSRも加工済みの工作物WSFも把持することができる。
それぞれの回転軸284を中心とする把持アーム286の駆動は、工作物把持器ハウジング292内に配置されているトランスミッション294を介して同期して行われ、そのトランスミッションはたとえば回転可能な突出部256bを介してスピンドル190bによって駆動可能であって、一方で、たとえば回転可能な突出部256aは工具ホルダ254内に自由に回転可能に軸承されている。
図32に示す、支持体アーム24’を有する、本発明に基づく揺動ユニットの他の実施例は、上述した実施例と同様にして、支持体アーム24’を揺動させるため、ないしは支持体ヘッド20を揺動させるための2つの駆動モータ150と180を有している。
さらに、上述した実施例の場合と同様に、支持体ヘッド内の工具スピンドル190a、190bの駆動は、工具駆動モータ220、ベルトドライブ204および駆動軸198を介して行われる。
もちろん、上述した実施例とは異なり、支持体アーム24’内にはさらに機械的なカップリングトランスミッション300が設けられており、それが駆動モータ150と駆動モータ180の駆動出力の結合を許す。
そのために、駆動モータ180のロータ174に歯車302が設けられており、その歯車が、支持体アーム24’に回転軸304を中心に回転可能に軸承されているカップリング歯車306と噛合し、カップリング歯車306自体がまた歯車308と噛合し、その歯車はインナーボディ140の終端側に配置されて、切り替え可能なクラッチ310を介してインナーボディ140と相対回動不能に固定することができ、あるいはインナーボディ140に対して自由に回転することができる。
歯車308がインナーボディ140に対して自由に回転できる場合に、カップリングトランスミッション300は効力がない。
もちろん、歯車308がカップリング310によってインナーボディ140と相対回動不能に結合されている場合には、カップリング歯車304が支持体アーム24’の揺動運動に対して相対的に固定の歯車308上で転動し、それに応じた変速比で歯車302を駆動し、その歯車が然るべき方法でロータ174に作用して、このロータを支持体アーム24’の揺動運動に結合して連動し、従ってそれに応じて支持体ヘッド20も回転させる。
従って2つの駆動モータ150と180に通電することによって、両方の駆動モータ150と180のパワーの加算によって支持体アーム24’の揺動運動が駆動され、もちろん、支持体ヘッド20が揺動軸32を中心とする支持体アーム24’の回転に応じて揺動軸26を中心に所定の比で回転することを、容認しなければならない。
しかし、機械的なカップリングトランスミッション300は、支持体ヘッド20が支持体アーム24’の揺動運動に関係なく、たとえば工作物WSに対するその方位付けを維持するように寸法設計されているので、それによって支持体アーム24’が揺動運動する場合に工作物WSに対する工具WZの方位づけが機械的なカップリングトランスミッション300によってすでに固定されているだけでなく、常に維持され、従って駆動モータ180の駆動出力が支持体アーム24’の揺動運動を支援する。
工作物WSに対する工具WZの方位付けが揺動軸26を中心とする支持体ヘッド20の回転によって変化する場合には、カップリング310が外され、かつ、駆動モータ180によって該当する工具WSを有する支持体ヘッド20の方位付けを任意の方法で調節し、その後再びカップリング310を結合した後に支持体ヘッド20の工具WZの方位付けを維持しながら、2つの駆動モータ150と180によって支持体アーム24’の揺動を実施する可能性がある。
この解決の利点は、それによって駆動モータ180の駆動出力をずっと小さくできることに見られる。というのは、この駆動モータが単独で、支持体ヘッド20を揺動軸26を中心とするその回転に関して支持体アーム24’に対して固定することができるように、設計される必要がないからである。
むしろ、支持体アーム24’が揺動運動する場合にも、支持体アーム24’と支持体ヘッド20の工作物WSに対する方位付けを保持する場合にも、2つの駆動モータ150と180によってパワーを発生することができる。
機械的なカップリングトランスミッション300は、それが1つのカップリング歯車304を有し、あるいは図33と34に示すように、複数のカップリング歯車を有するように設計することができ、それらの歯車は同時に、支持体アーム24’が揺動運動する場合に支持体ベース30に対して支持体ヘッド20の方位付けを維持することに関して、機械的なカップリングトランスミッション300の作用を示している。
図1は、本発明に基づく工作機械の第1の実施例を示す斜視図である。 図2は、本発明に基づく工作機械の第1の実施例の矢印A方向に見た側面図である。 図3は、図1の3−3線に沿った断面図である。 図4は、第1の実施例において、工作物へ作用する工具を図2と同様に示す側面図である。 図5は、支持体ヘッドをその第1の揺動軸の方向に見た図である。 図6は、支持体アームの破線で示す作業位置と支持体アームの実線で示す交換位置とを有する、図2と同様の第1の実施例の側面図である。 図7は、本発明に基づく工作機械の第2の実施例の、図1と同様の斜視図である。 図8は、本発明に基づく工作機械の第3の実施例の、図1と同様の斜視図である。 図9は、本発明に基づく工作機械の第4の実施例の、図1と同様の斜視図である。 図10は、工具マガジンと工作物のための供給および搬出装置の表示を有する、本発明に基づく工作機械の第4の実施例を図2と同様に示す側面図である。 図11は、本発明に基づく工作機械の第5の実施例の、図10と同様の表示である。 図12は、本発明に基づく工作機械の第6の実施例を図2と同様に示す側面図である。 図13は、本発明に基づく工作機械の第7の実施例を示す斜視図である。 図14は、本発明に基づく工作機械の第8の実施例を示す上面図である。 図15は、本発明に基づく工作機械の第9の実施例を図14と同様に示す上面図である。 図16は、本発明に基づく工作機械の第10の実施例を図2と同様に示す側面図である。 図17は、本発明に基づく揺動ユニットを第1と第2の揺動軸を通る切断平面で示す断面図である。 図18は、支持体ヘッドのスピンドル内に挿入可能な種々の工具を図式的に示している。 図19は、スピンドルヘッドのスピンドル内に挿入可能なフライス工具を図式的に示している。 図20は、支持体ヘッドのスピンドル内に挿入可能な鋸工具を図式的に示している。 図21は、図17の揺動ユニットに相当する支持体ヘッドにおける工具の同時交換を示している。 図22は、支持体ヘッドの2つのスピンドル内に同時に挿入可能な工具ホルダを、大きな力を加えられる工具と共に図式的に示している。 図23は、図22に基づく工具ホルダを、さらに大きい力を受ける工具と共に示している。 図24は、図21と22に示す工具ホルダを他の工具と共に図式的に示している。 図25は、支持体ヘッドの2つのスピンドル内に挿入可能な他の工具ホルダを、その上に配置された、スピンドルの1つによって駆動可能な工具スピンドルと共に図式的に示している。 図26は、2つのスピンドル内に共通に挿入可能な工具ホルダを、その上に配置された工具リボルバと共に図式的に示す側面図である。 図27は、図26の矢印B方向に見た図である。 図28は、工具スピンドルをその上に配置された、複数の工具スピンドルを備えたリボルバと共に図27と同様に示している。 図29は、図28の矢印Cの方向に見た図である。 図30は、2つのスピンドル内に挿入可能な工具ホルダを、その上に配置された工作物把持器と共に図式的に示している。 図31は、図30の矢印Dの方向に見た上面図である。 図32は、本発明に基づく揺動ユニットの第2の実施例を図17と同様に示している。 図33は、図32に基づく揺動ユニットを第1の揺動位置において矢印Eの方向に示す上面図である。 図34は、図32に基づく揺動ユニットを第2の揺動位置において矢印Eの方向に示す上面図である。

Claims (62)

  1. 工作物(WS)と工具(WZ)の互いに対する制御された位置決め運動によって、少なくとも1つの工具(WZ)を用いて工作物(WS)を加工するための工作機械であって、
    機械フレーム(10)と、移動ユニット(14)によって機械フレーム(10)に対して移動可能な支持体ヘッド(20)と、支持体ヘッド(20)に設けられた少なくとも1つの収容部(A)とを有し、前記収容部を用いて工作物(WS)または工具(WZ)を支持体ヘッド(20)に配置することが可能とされて、移動ユニットによって位置決め運動の少なくとも一部を実施することができるものにおいて、
    支持体ヘッド(20)が、第1の揺動軸(26)を中心に揺動可能に支持体アーム(24)に保持されており、
    支持体アーム(24)が、第1の揺動軸(26)に対して平行かつそれから距離をおいて配置された第2の揺動軸(32)を中心に支持体ベース(30)に対して揺動可能に軸承されており、かつ
    支持体ベース(30)が、機械フレーム(10)に対して少なくとも1つの制御される移動軸(X、Y、Z)を用いて移動可能である、
    ことを特徴とする工作機械。
  2. 支持体ベース(30)が、少なくとも1つの移動軸(X)によって、揺動軸(26、32)に対して横方向に延びる第1の移動平面(60)に対してほぼ平行な方向に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の工作機械。
  3. 支持体ベース(30)が、移動軸(Y)によって、揺動軸(26、32)に対してほぼ平行な方向に移動可能であることを特徴とする請求項2に記載の工作機械。
  4. 支持体ベース(30)が、揺動軸(26、32)に対してほぼ平行に延びる第2の移動平面(68)に対してほぼ平行な方向に移動可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の工作機械。
  5. 支持体ベース(30)が、少なくとも1つの第1の線形軸(X、Y、Z)に沿って機械フレーム(10)に対して走行可能であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の工作機械。
  6. 支持体ベース(30)が、第1の線形軸(X、Z)に対して横方向に延びる第2の線形軸(Y)に沿って、機械フレーム(10)に対して走行可能であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の工作機械。
  7. 第1の線形軸(X、Z)が、第1の移動平面(60)内に位置していることを特徴とする請求項5または6に記載の工作機械。
  8. 第2の線形軸(Y)が、第2の移動平面(68)内に延びていることを特徴とする請求項6に記載の工作機械。
  9. 第2の線形軸(Y)が、揺動軸(26、32)に対してほぼ平行に延びていることを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載の工作機械。
  10. 第1の移動平面(60)が、スピンドル軸(54)に対して平行に延びており、前記スピンドル軸を中心に工作物(WS)または工具(WZ)が回転できるように駆動可能であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の工作機械。
  11. 第2の移動平面(68)が、スピンドル軸(54)に対して横方向に延びており、前記スピンドル軸を中心に工作物(WS)または工具(WZ)が回転できるように駆動可能であることを特徴とする請求項10に記載の工作機械。
  12. スピンドル軸(54)が、工作物スピンドル(50)のスピンドル軸であることを特徴とする請求項10または11に記載の工作機械。
  13. スピンドル軸が、工具スピンドル(190)のスピンドル軸(226)であることを特徴とする請求項12に記載の工作機械。
  14. 揺動軸(26、32)が、加工する際に発生する主切断力(62)の方向に対して平行に延びていることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の工作機械。
  15. 第1の揺動軸(26)に、専用の駆動装置(180)が対応づけられていることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の工作機械。
  16. 第2の揺動軸(32)に、専用の駆動装置(150)が対応づけられていることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の工作機械。
  17. 第1の揺動軸(26)を中心とする回転運動と第2の揺動軸(32)を中心とする回転運動が、カップリングトランスミッション(300)によって結合可能であることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の工作機械。
  18. 第1の揺動軸(26)と第2の揺動軸(32)が、少なくとも1つの相対位置においてブロッキング可能であることを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の工作機械。
  19. 第1の揺動軸(26)と第2の揺動軸(32)が、各揺動位置においてブロッキング可能であることを特徴とする請求項18に記載の工作機械。
  20. 工作物(WS)を加工するために、支持体ヘッド(20)が支持体ベース(30)の移動によって移動可能であることを特徴とする請求項1から19のいずれか1項に記載の工作機械。
  21. 支持体ヘッド(20)が、支持体ベース(30)の移動のみによって移動可能であることを特徴とする請求項20に記載の工作機械。
  22. 工作物(WS)を加工するために、支持体ヘッド(20)が線形軸の少なくとも1つ(X)のみを用いて移動可能であることを特徴とする請求項21に記載の工作機械。
  23. 工作物(WS)を加工するために、支持体ヘッド(20)が、第2の揺動軸(32)を中心とする支持体アーム(24)の、支持体ベース(30)に対する回転と、支持体ベース(30)のための少なくとも1つの移動軸(X、Z)の、機械フレーム(10)に対する移動との組合わせによって二次元で移動可能であることを特徴とする請求項1から19のいずれか1項に記載の工作機械。
  24. 支持体ベース(30)の線形移動(Y、Z)による二次元の移動を、支持体アーム(24)の揺動運動と組み合わせて、線形移動(X、Z)に対して横方向に実施可能であることを特徴とする請求項23に記載の工作機械。
  25. 工作物(WS)を加工する場合に、支持体アーム(24)がその長手軸(66)において、線形の移動方向(X、Z)に対して−80°から+80°の角度領域内で移動可能であることを特徴とする請求項23または24に記載の工作機械。
  26. 工作物(WS)を加工する場合に、支持体アーム(24)の基体(28)が、工作物(WS)とは逆の側に位置することを特徴とする請求項1から25のいずれか1項に記載の工作機械。
  27. 第2の揺動軸(32)を中心とする支持体アーム(24)の回転が、第1の揺動軸(26)を中心とする支持体ヘッド(20)の回転運動と組み合わせて行われることを特徴とする請求項23から26のいずれか1項に記載の工作機械。
  28. 支持体ヘッド(20)に設けられた少なくとも1つの収容部が、工具収容部であることを特徴とする請求項1から27のいずれか1項に記載の工作機械。
  29. 少なくとも1つの収容部(A)が、制御されて取り外し可能な収容部(A)として形成されていることを特徴とする請求項28に記載の工作機械。
  30. 支持体アーム(24)の基体(28)が、他の支持体アーム(24WG)のための基体でもあることを特徴とする請求項1から29のいずれか1項に記載の工作機械。
  31. 支持体アーム(24)と他の支持体アーム(24WG)が、互いに対して少なくとも90°の角度を形成することを特徴とする請求項30に記載の工作機械。
  32. 工作機械が、少なくとも2つの移動ユニット(141、142)を有しており、かつ
    工具(WZ)または工作物(WS)が、支持体ヘッドの1つ(201、202)から他の支持体ヘッド(202、201)へ引き渡し可能であることを特徴とする請求項1から31のいずれか1項に記載の工作機械。
  33. 請求項1の前文に記載または請求項1から32のいずれか1項に記載の工作機械において、
    支持体ヘッド(20)を移動させるための移動ユニット(14)が、2つの揺動軸(26、32)を有しており、かつ
    移動ユニット(14)によって、支持体ヘッド(20)の移動領域(82)の内部で、支持体ヘッド(20)の位置決め移動が実施可能であることを特徴とする工作機械。
  34. 移動領域(82)が、揺動軸と移動軸によって最大達成可能な位置によって定められていることを特徴とする請求項33に記載の工作機械。
  35. 工作物(WS)を加工する場合に、支持体ヘッド(20)が、移動領域(82)に含まれる加工移動領域(80)の内部で移動可能であることを特徴とする請求項33または34に記載の工作機械。
  36. 支持体ヘッド(20)が、支持体ヘッドに配置された工作物(WS)または工具(WZ)を交換するために、移動領域(82)に含まれる交換移動領域(90)の内部で移動可能であることを特徴とする請求項33から35のいずれか1項に記載の工作機械。
  37. 加工移動領域(80)と交換移動領域(90)が重ならないように配置されていることを特徴とする請求項35または36に記載の工作機械。
  38. 支持体ヘッド(20)の交換移動領域(90)内で機械フレーム(10)に、工具(WZ)または工作物(WS)のための少なくとも1つの保持装置(102、110、112)が配置されていることを特徴とする請求項33から37のいずれか1項に記載の工作機械。
  39. 支持体ヘッド(20)の交換移動領域(90)内で機械フレーム(10)に、工具(WZ)および/または工作物(WS)のための多数の保持装置(102、110、112)が配置されていることを特徴とする請求項38に記載の工作機械。
  40. 少なくとも1つの保持装置(102、110、112)が、移動領域(82)の外側領域(132)内に配置されていることを特徴とする請求項38または39に記載の工作機械。
  41. 少なくとも1つの保持装置(102、110、112)が、交換移動領域(90)の外側領域(132)内に配置されていることを特徴とする請求項40に記載の工作機械。
  42. 支持体ヘッド(20)の移動領域(82)が、作業室(130)の少なくとも1つの壁(128)まで達していることを特徴とする請求項38から41のいずれか1項に記載の工作機械。
  43. 少なくとも1つの保持装置(102、110、112)が、作業室(130)の壁(128)に配置されていることを特徴とする請求項1から42のいずれか1項に記載の工作機械。
  44. 多数の保持装置(102、110、112)が、作業室(130)の少なくとも1つの壁(128)に設けられていることを特徴とする請求項43に記載の工作機械。
  45. それぞれの保持装置(102)が、貯蔵装置(100)として形成されていることを特徴とする請求項1から44のいずれか1項に記載の工作機械。
  46. それぞれの保持装置(110、112)が、交換装置として形成されていることを特徴とする請求項38から45に記載の工作機械。
  47. 機械フレーム(10)に、そして支持体ヘッド(20)の移動領域(82)内に、少なくとも1つの工作物(WS)または工具(WZ)のための少なくとも1つの収容部(BA、WZA)が配置されていることを特徴とする請求項1から46のいずれか1項に記載の工作機械。
  48. 少なくとも1つの収容部(BA、WZA)が、機械フレーム(10)に対して固定的に配置されていることを特徴とする請求項47に記載の工作機械。
  49. 少なくとも1つの収容部(BA、WZA)が、機械フレーム(10)に対して移動可能であることを特徴とする請求項47または48に記載の工作機械。
  50. 少なくとも1つの収容部(BA、WZA)が、機械フレーム(10)に対して線形に移動可能であることを特徴とする請求項49に記載の工作機械。
  51. 少なくとも1つの収容部(BA、WZA)が、スピンドル(50)として形成されていることを特徴とする請求項49または50に記載の工作機械。
  52. スピンドル(50)が、工作物スピンドルとして形成されていることを特徴とする請求項51に記載の工作機械。
  53. 請求項1の前文に記載または請求項1から52のいずれか1項に記載の工作機械において、
    支持体ヘッド(20)が、第1の揺動軸(26)を中心に揺動可能に支持体アーム(24)に軸承されており、
    支持体ヘッド(20)に、交換可能なユニット(WZ、242、254)のための少なくとも1つの収容部(190)が設けられており、前記ユニットが固定装置(222)によって収容部(190)内に固定可能であって、かつ
    固定装置(222)が、機械制御(M)によって駆動可能であり、それによって取り外し位置へ移動可能であることを特徴とする工作機械。
  54. 固定装置(222)が、自立して固定位置へ移動するように形成されていることを特徴とする請求項53に記載の工作機械。
  55. 固定装置(222)に、操作装置(224)が対応づけられていることを特徴とする請求項53または54に記載の工作機械。
  56. 支持体ヘッド(20)に、少なくとも2つの収容部(190)とそれに対応づけられた固定装置(222)が設けられていることを特徴とする請求項53から55のいずれか1項に記載の工作機械。
  57. 少なくとも2つの収容部(190)のうちの2つが収容部ペア(190a、b)を形成し、前記収容部ペアにユニット(242、254)の1つが固定可能であることを特徴とする請求項56に記載の工作機械。
  58. 収容部ペアの収容部(190)内に固定されたユニット(242、254)が、この収容部(190)のみを介して支持体ヘッド(20)に固定されていることを特徴とする請求項57に記載の工作機械。
  59. 少なくとも1つの収容部(190)が、回転するように駆動可能であることを特徴とする請求項1から58のいずれか1項に記載の工作機械。
  60. 収容部(190)が、共通の駆動装置(220)によって駆動可能であることを特徴とする請求項59に記載の工作機械。
  61. 収容部(190)の各々が、個々に駆動可能であることを特徴とする請求項59または60に記載の工作機械。
  62. 収容部(190)が、同時に駆動可能であることを特徴とする請求項59から61のいずれか1項に記載の工作機械。
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