JP2014133299A - ２つのワークスピンドルを備えた機械加工ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】2つのワークスピンドルを備えた機械加工ユニットを開発すること。
【解決手段】本発明は、機械加工ユニットに関し、これは2つのワークスピンドル(5.1、5.2)と、少なくとも1つの工具保持マガジンを使用することによって工作物搬送台を利用して、ワークテーブル上に収容された少なくとも1つの工作物Wの1つの面を機械加工するための工具とを備える。ワークテーブルは、クロステーブル2の形態で配置され、移動距離(sX)にわたってX方向に、および移動距離(sY)にわたってY方向に水平方向に移動可能である。ワークスピンドル(5.1、5.2)は、Z方向に互いから独立して垂直方向に調節可能である。ワークスピンドルは、水平方向に離間されており、互いから距離Lの所にX方向にそれぞれの垂直方向の回転軸(A1、A2)を備え、この距離は、クロステーブル2の移動距離(sX)の半分に実質的に相当するか、またはX方向におけるクロステーブル2の移動距離(sX)の半分より短い。
【選択図】図1

Description

本発明は、特に大量の生産量における小型および中型の部品形態の工作物を機械加工するために使用される2つのワークスピンドルを備えた機械加工ユニットに関する。

工作物固有の生産量およびその種類によって大きく異なる生産タスクのために、各々に適合するよう構成された非常に多くの機械工具が知られている。

例えば生産量が低く種類が多い部品の場合には単独のNC機械加工センターが使用される一方で、高い生産量の同じ加工物は、移送ライン上で生産される。

さらに、汎用性のある生産セルおよびシステムが使用される。これらは、技術的な生産タスク、および機械加工すべき工作物に適合可能である。機械加工すべき工作物は、できるだけ無作為な順番でこのようなシステムを通過する。同時に工作物と係合状態にあるスピンドルの数は、その生産性に関連する。いわゆるマルチサイド機械加工の場合、単一の機械加工ユニットの複数のスピンドルまたはスピンドルの集合が、同一の工作物の複数の面から同時に作用する。この方法は、相対的に大きな工作物の場合にのみ使用することができ、その理由は、同心円状に作動するスピンドルのために必要な空間を設ける必要があるためである。いわゆるマルチステーション機械加工の場合、1つの各々の工作物は、回転または線形割り出しで異なる機械加工ステーションを通過するように移動する。この方法はむしろ、小型の工作物の範囲の場合の大きな個数の場合に使用され、これは、機械加工およびローディング／アンローディングステーションごとの1つの各々の加工保持パレットと、チャッキング装置からの搬送、位置決めおよびチャッキング作業に関する労力に起因するものであり、そうでなければ少なからぬロジスティカルな問題により、収益性が大きく制限されるためである。複数の機械加工ステーションを備えた回転割り出し機械の場合、製造者は、機械的な機械加工作業から広がる問題が生じる機械の寸法にすぐに到達し、特殊な運搬装置および顧客の場所における空間が必要になる。さらに、従来の回転割り出し機械の場合、工作物の一方の外側の面のみが機械加工ユニットにアクセス可能である。回転テーブルは、工作物の搬送台として知られているが、それらはその構造に関して複雑であり、収益性は制限される。

全ての汎用性のある機械工具において工具の交換を行なう必要があり、これは通常、3から5秒の時間間隔を必要とし、この時間は工作物の機械加工作業に対して失われる。その結果、2つのヘッドストックを有する機械が開発された。工具の交換に付随する非生産的な時間は、新しい工具をそれぞれ装備したヘッドストックを交互に使用し、作業速度を加速することによって事実上解消された。しかしながら、たとえ長期間の機械加工作業の場合でもその工作物に対して、1つのスピンドルのみが常に使用される場合があり、これはその工作物が、1つまたは複数の軸方向の動きを行なうためである。

小型および中型の構成要素の場合、例えば時計産業、コンピュータ構成要素などの電子製品、携帯電話などで使用される際、少量バッチが複数の単一スピンドル機械上でほとんど機械加工され、これにより高い汎用性および迅速な始動が保証され、複雑な形状を機械加工することが可能になる。その欠点は、スループットが低く、扱いが複雑であり、ロジスティクスが困難であることである。このような構成要素の大量バッチ(1年当たり1,000,000個の部品まで)は、大型の移送機械(カム制御式の場合が多い)によって生産ライン上で機械加工される。このような生産によって、極めて高いスループットが可能になるが、長い設定時間が必要とされる。特殊な工具の結果としてロジスティクスが複雑になる。

しかしながら中型の一連のもの(1年当たり10,000-100,000個の部品)の場合、中間生産システムに対する高い要求があり、これに関して、上記に挙げた2つの既知の機械加工概念は、汎用性および生産性の点で最適にふさわしいものではない。例えば時計産業で使用されるものなどの小さな部品を機械加工する目的のために、多数の異なる工具が必要とされる。例えば多数の異なるせん孔のための各々の数のドリル、および凹部またはくぼみのための各々のミリングツールが必要とされる。

特許文献１は、互いの反対側に位置する2つの機械加工ユニットを備えた機械工具集合を開示しており、これはジョブ変更間隔が高い場合に適しており、スタンドアローン機械として、および他の生産セルまたは機械加工センターにつながれた状態の両方で作動することができる。この機械工具集合において、2つの機械加工ユニットの工具は、工作物に対して同時に係合状態にあり、これにより高いスループット速度および生産性を実現する。各々の機械加工ユニットは、ベース上に保持される取付け台を有する。1つの各々のキャリッジが、取付け台の相互に面する面の端部上にY方向で移動可能に配置される。各々のキャリッジは、Z方向に延在し、Z方向に移動可能なスピンドルを担持する。工作物または工作物の集合を機械加工するための工具をスピンドルに挿入することができる。スピンドルは、キャリッジと共にY方向に移動可能であり得る。X方向の移動は、取付け台が、X方向にベース上で移動可能であるような方法で可能である。各々の機械加工ユニットは、工具保持マガジンを備えており、これらのマガジンは、Z方向に配置された軸の周りで各々の機械加工ユニットの取付け台上に回転可能に設置された円形のマガジンである。

ワークスピンドルが互いの反対側に位置する結果として、大きな全体の空間が必要となり、構造上の配置が相対的に複雑になる。この解決法は、大きな個数のものを機械加工する必要がある用途では複雑すぎる構造上の配置を表しており、この場合工作物の1つの各々の面のみを機械加工する必要がある。工作物に容易にアクセスできないことがさらなる欠点である。

特許文献２は、直立するミリングツールによって円形セグメントと、直線部分で構成された金型を製作するための装置および方法を開示している。この目的のために、回転テーブルが、クロステーブル上に配置され、工作物が、回転テーブルに対して固定される。クロステーブルおよび回転テーブル上のスピンドルを作動させ調節することによって、クロステーブルを利用する回転テーブルの回転によって異なる角度を有する直線のミリング部分が実現されるようなやり方で、工作物が水平方向に固定されたミリングツールに対して移動される。回転テーブルおよびクロステーブルの形態の2つのテーブルを使用すること、ならびに機械加工時間が長く、工具のための交換時間が長い点が欠点であり、その結果、この解決法は、連続生産における多くの個数には適さない。

機械のフレーム上のZ方向に調節可能に配置された2つのスピンドルヘッドを有する機械が、特許文献３および特許文献４より知られている。機械のフレーム上に別個の支柱が配置されており、これにより機械の剛性が損なわれ、より精密な機械加工工程には適さないものになっている。スピンドル間の距離がかなり大きく、工作物を、同一のクランプ留め位置において両方のスピンドルによって機械加工することができないという別の欠点があり、これは、高い生産性の生産の観点において要求されることが多い。2つのマガジンから工具を交換するのに工具交換装置が必要とされ、これらのマガジンは、垂直方向の回転軸を有し、固定式の設置作業を介して各々の1つの横木によって柱に固定される。クロステーブルのために使用される駆動装置は、高度な加速や調節速度を実現しないため、機械の生産性が制限される。主に多数の工具を備えた従来の機械加工作業を実現することは可能である。

クロステーブルの底部テーブルプレートがY方向に調節可能であり、上部テーブルプレートがX方向に調節可能であることにより、クロステーブルの大部分を相対的に大きく動かすことになり、これは結果として各々寸法が決められた駆動装置を必要とする点がさらなる欠点である。

ドイツ特許第197 44 157 Al号 ドイツ特許第10 2009 025 930 Al号 台湾実用新案台385430U1号 米国特許第20121/0107064 Al号

したがって、本発明の目的は、2つのワークスピンドルを備えた機械加工ユニットを開発することであり、このユニットは、その構造に関して簡素な構成を提供し、全体空間を小さくし、工作物に対して十分にアクセス可能であることを保証し、このユニットによって、優れた品質および高い生産量を保証することによって多くの数の部品を機械加工することができる。

この目的は、最初の請求項の特徴によって達成される。有利な実施形態は従属請求項において提供されている。

機械加工ユニットは、少なくとも1つの工具保持マガジンと、2つのワークスピンドルとを備えることで、工作物搬送台を利用してテーブル上に収容された少なくとも1つの工作物の1つの各々の面のみを機械加工し、この場合ワークスピンドルは、垂直方向(Z方向)に互いから独立して調節可能であり、ワークテーブルは、2つの座標(X/Y)において水平方向に移動可能なクロステーブルの形態で配置され、ワークスピンドルは、互いから水平方向に離間され、距離(L)の所でX方向にそれぞれの垂直方向の回転軸を備え、この距離は、X方向のクロステーブルの移動距離の半分にほぼ相当する、あるいはクロステーブルの移動距離の半分より短い。2つのスピンドル間の距離が、X方向の移動距離の半分より短いため、同様の工作物の機械加工は制限されない。

ワークスピンドル内に収容される2つの工具による工作物の1つの面のみの制限されない機械加工作業の結果として(この機械加工作業は恐らく初めて可能である)、極めて有効であり、かつ汎用性のある機械加工作業もまた、X-Y面内での工作物の移動を実現するクロステーブルを併用することで保証される。

この機械加工ユニットは、例えば時計産業、電子機器、超小型電子機器、車両技術、医療技術などで使用されるような小型および中型の部品を機械加工するのに特に有利である。

両方の工具によって同時に工作物を機械加工する、または他方のスピンドルに収容された工具が、工作物の機械加工を行なう間にスピンドルの工具の交換を実現することが可能である。各々のワークスピンドルは有利には、工具保持マガジンと対応付けられ、これを使用してワークスピンドル上に収容された工具の交換が可能である。2つのワークスピンドルは、同一または異なる工具を工具保持マガジンから装填することができる。代替として、両方のスピンドルに共通の工具保持マガジンから同一または異なる工具を装填することも可能である。

工具の交換を実現する目的のために、各々の工具保持マガジンは、前記マガジンに対応付けられたワークスピンドルに向かう方向で調節可能であるため、工具の交換は、マガジンからスピンドルに対して、またはスピンドルからマガジンに入るように(ピックアップ式交換装置)直接行なうことができる。工具保持マガジンは好ましくは、垂直方向の回転軸を備えた回転式の工具保持マガジンとして配置され、ワークスピンドルに向かう方向で水平方向に調節可能である。工具保持マガジンは、開口を有する筐体によって囲まれており、この開口を介して、工具を交換してスピンドル内に入れる、またはスピンドルから出すことができ、この場合この開口は、工具の交換が完了した後、カバーによって密閉することができる。追加の工具の交換装置は、ピックアップ式工具交換装置によって必要なくなる。

2つのワークスピンドルは有利には、概ねL字型のフレームの垂直方向に延在する領域に配置され、クロステーブルは、このフレームの水平方向に延在する領域に配置される。

2つの工具保持マガジンは、2つのワークスピンドルに対して両側に配置され、好ましくは、フレームの垂直方向に延在する領域に水平方向に調節可能に接続される。

各々の工具保持マガジンのカバーは、結合要素の第1端部に接続され、その第2端部は、フレームと結合されることで、工具保持マガジンがワークスピンドルに向かう方向に移動する間、カバーを開放状態にすることができ、反対方向に向かう工具保持マガジンの方向で移動する際閉鎖することができる。その結果、工具保持マガジンは、工具を交換するために単に機械的なやり方で開放され、工具保持マガジンの最初の位置に戻る動作の間、再度閉鎖される。これは簡素で、費用のかからない解決法であり、これにより工具保持マガジンのカバーを開閉するための付加的な駆動装置が回避される。

ワークスピンドルに隣接する両側に配置される工具保持マガジンのさらなる利点は、機械の作業空間、およびしたがって工作物に前方から簡単にアクセス可能である点である。

せん孔、凹部、くぼみなどの成型要素の製作を極めて少ない数の工具によって実現することができ、その理由は、それらが、介入、X-Y面におけるクロステーブルのそれぞれの移動、任意選択でZ方向の工具の移動を重ね合わせることによって製作することができるためである。

1つまたは複数の工具を較正工程または形成工程の実現する形成工具の形態で配置することができることにより、これらの機械加工工程に関する工作物が、機械加工ユニットにおけるそのクランプ留め位置に留まることがさらに可能である。

工具の位置は有利には、ワークスピンドルのスピンドル筐体に対するスピンドルシャフトの長さの変化を検出することによって判断することができる。工作物搬送台は好ましくは、加工保持パレットの形態で配置され、加工保持パレット内に収容される工作物の位置は、特にリアルタイムの較正によって判断することができる。センサヘッドが好ましくは、測定システムとして使用される。

クロステーブルは、極めて高度の加速および駆動速度を受ける場合がある。各々の駆動装置が、この目的のために設けられ、これによって、クロステーブルは3gまでの加速、任意選択でそれ以上の加速を受ける。このような速度では質量分布が特に重要であり、このため、機械加工ユニットは、およそ35から45kgのみの移動質量が存在するように設計される。

これにより、クロステーブルの各々の移動を重ね合わせることによって、工具(特にミリングツール)を利用して成型された外形の極めて迅速かつ上質の介入が可能になる。

2つのワークスピンドルはまた、その垂直方向の移動において、3gまで、および任意選択でそれ以上のそのような高度の加速を受ける場合がある。これにより、各々の工具(例えばパンチ)を交換した後に形成工程を実行することが可能になり、例えばこれは、予め形成されたせん孔を通るようにパンチを侵入させ、これを利用して、せん孔を較正または拡大させることができる、あるいは型押しパンチを利用した型押しの製作であり、これは別個の機械加工装置に対してのみ前もって可能である。

この新しい機械概念の結果として、金属切断作業は、ワークスピンドルおよび各々の工具(例えばミリングツールまたはドリル)に対してたとえ平行またはほぼ平行であっても、初めて工作物の1つの面に対して行なうことができ、他のワークスピンドルおよび形成工具による形成機械加工作業を工作物の1つの面に行なうことができる。

機械加工ユニットは、単一の面を機械加工するための単一の機械として使用することができる、あるいはほぼ同様の他の機械加工ユニットと組み合わせることもできる。

ほぼ同様の構成の複数の機械加工ユニットを、直線の配列または円形の配列で組み合わせて移送システムに組み込むことも可能であり、この場合、工作物の移送に関する処理システムは、機械加工ユニットの間に配置される。

移送中、処理システムによって工作物を回転させ、その後前記工作物を別の面で機械加工することも可能である。

この新たな機械の概念は、本発明によるその解決法に従って開発されており、これにより一方で介入によっても高い力学および高度に精密な機械加工作業が保証され、他方で特殊な形成工具の必要とされる数が確実に減少する。

介入による工作物の機械加工作業によって、単一の工具(理想的なケースでは)を使用する迅速な機械加工速度における高い精度と併せて、多くの種類の形状を製作することが可能になり、これにより高い汎用性を実現する。

多数の工具を機械に組み込むことによって、この機械加工工程が減速されることがなく、これはまた、機械加工時間に並行して行なわれる工具の変更も可能にする。これにより、高い力学が保証され、機械加工工程における非生産的な時間を短縮するまたは回避し、これによりさらに生産性を改善する。

上記に述べた処理システムは、工作物を一方の機械加工ユニットから他方のユニットに移動させる。工作物/クランプ留め装置の各機械ユニットへの正確かつ繰り返し可能な位置決めは、市販の加工保持パレット(例えばErowa、3Rなど)によって行なわれる。

機械ユニットと処理システムの組み合わせは、1つのワークテーブルのみを備える旧式の移送機械(回転割出し機械)を形成するものではない。機械的に互いから切り離される個別の機械加工ユニットが使用されることで、一方の機械加工ユニットから別の機械加工ユニットに振動が伝達されることがない。

スピンドルと工作物との関係は、変わらないままである(工作物/クランプ留め装置の新たな位置決め作用に関する不安定さは別として)。個別のワークステーションの連結部を実現する構造上の要素は存在しない。これは、力の推移および測定ループが、各々の別個の機械加工ユニットにおいて短い推移を有するためであり、これは剛性および位置に関する大きな利点を提供する。

さらに機械ユニットを別の機械加工ユニットに対して正確に位置決めする必要がなく、よって設置作業に費やす時間が短くなる。

わずか数個の工具によって製作すべき形状を介入させることによって極めて高い精度および高度な力学を提供することで、作業労力およびコストが減少する。せん孔、貫通穴、3-D表面形状などを、介入によるたった1つのミリングツールによって機械加工することができる。工作物は、クロステーブルを利用してX-Y方向の必要な移動を行い、1つのスピンドル/複数のスピンドルは、Z方向の移動を行なう。

また、工作物が他のスピンドルによって機械加工される間、複数の工具(例えば形成工具)によって作業し、機械加工時間内に並行してスピンドル内の工具の変更を行なうことも可能であり、その結果生産性が損なわれることがなくなる。両スピンドルは、初めて1つの面を同時に機械加工するか、または交互のやり方で行なうことができる。

要約すると、本発明による解決法は、小型および中型の精密部品のための機械加工ユニットを提供しており、これは特に中型の一連のものに対して予め決められており、柔軟性のあるやり方で使用することができる。

本発明を、実施形態および関連する図面を参照してより綿密な詳細で以下で説明する。

本発明による機械加工装置の三次元の図である。 機械加工装置のスピンドルおよびクロステーブルの上面図である。 重量補正の第1の変形形態を示す図である。 重量補正の第2の変形形態を示す図である。 閉鎖したドアを備える最初の位置における工具保持マガジンの上面図である。 開放したドアを備える上面図における工具保持マガジンを示す図である。 直線的な配列の4つの機械加工ユニットを備えた移送システムを示す図である。 円形の配列の4つの機械加工ユニットを備えた移送システムを示す図である。 形材工具による工作物の機械加工作業の概略的な三次元の図である。 側面図における図9による形材工具による工作物の機械加工作業の概略図である。 ミリングツールによる介在機械加工作業による工作物の機械加工作業の概略図である。

図1は、三次元の図での本発明による機械加工ユニットMを示しており、図2では、概略図として上面図で示している。この機械のベース/フレーム1は、実質的にL字形方式で配置されており、水平方向に延在する第1脚部1.1と垂直方向に延在する脚部1.2とを備え、これらが共同して一体式にフレーム1を形成することで、機械加工ユニットMに高い剛性を与えている。

クロステーブル2が、フレーム1の水平方向の脚部1.1の上に配置され、このクロステーブルは、第1のガイド要素3.1を介してX方向に水平方向に移動可能であり、第2のガイド要素3.2を介して水平方向にY方向に移動可能であり、この目的のために、各々の駆動装置(図示せず)をこれもまた示されていない制御ユニットと組み合わせて利用して駆動されることができる。ガイド要素3.1および3.2は、知られている線形ガイドの形態で配置される。クロステーブル2は、前記ガイド要素3.1、3.2によって、機械加工ユニットの作業領域内の任意の所望の位置に移動させることができる。加工保持パレット4が、クロステーブル2に対してクランプ留めされ、これは、少なくとも1つの工作物Wを収容する。

フレーム1の垂直方向に延在する脚部1.2上に、第1のワークスピンドル5.1が、第1の垂直方向のガイド5.1'上に、第2のワークスピンドル5.2が、第2の垂直方向のガイド5.2'上に、に互いから独立してZ方向に、すなわち垂直方向に調節可能に取り付けられる。第1および第2の垂直方向のガイド5.1'および5.2'は、第1のガイドプレートP1および第2のガイドプレートP2によってそれぞれ形成され、これらは第1および第2のガイドレールF1、F2と係合状態にあり、線形駆動装置(図示せず)を利用してZ方向に垂直方向に調節可能である。筐体G1は、第1のガイドプレートP1に隣接しており、第2の筐体G2は、第2のガイドプレートP2に隣接している。スピンドルの筐体は、別個に指定されず、ワークスピンドル5.1、5.2と共に、ワークテーブルより上に位置するガイドプレートの前方端部に配置される。引張ばね(図示せず)が、例えば第1および第2の垂直方向のガイド5.1'、5.2の垂直方向に調節可能な部分と、フレーム1の垂直方向に延在する脚部1.2の間に配置されることで重量を補正し、この引張ばねは、ガイド5.1'、5.2の垂直方向に調節可能な部分の重量と、その上に収容されたワークスピンドル5.1、5.2の重量を、それぞれの駆動装置(図示せず)を含めて相殺する。その結果、ワークスピンドル5.1、5.2を垂直方向に調節するための駆動装置をより小さな寸法にして提供することができる。

第1のワークスピンドル5.1は、第1の垂直方向の回転軸A1の周りを回転し、第2のワークスピンドル5.2は、第2の垂直方向の回転軸A2の周りを回転する。各々のワークスピンドル5.1、5.2は、この目的のために別個の回転駆動装置(図示せず)を備え、これは好ましくは、電気モータの形態で配置される。第1の工具6.1が、第1のワークスピンドル5.1内にクランプ留めされ、第2の工具6.2が、第2のスピンドル5.2内にクランプ留めされることで、クロステーブル上に位置決めされた工作物Wを機械加工する。

ワークスピンドルの長手方向軸A1、A2が、互いに対して距離Lの所に確実に配置されるために(この距離は、X方向におけるクロステーブル2の第1のテーブルT1の移動距離sXと等しいまたはこれより短い)、筐体G1、G2は、ガイドプレートP1、P2から始まり、ワークスピンドル5.1、5.2に向かう方向に互いに向かって傾斜している。

各々のワークスピンドル5.1、5.2は、別々の工具保持マガジンに対応付けられる。図1の左側に示される第1のワークスピンドル5.1は、概略的に示される第1の工具保持マガジン7.1と対応付けられ、第2のワークスピンドル5.2は、概略的に示される第2の工具保持マガジン7.2と対応付けられる。別の工具6.1'、6.2'が、生産タスクに応じて、第1および第2の工具マガジン7.1、7.2内に収容される。

第1および第2の工具保持マガジン7.1、7.2は好ましくは、垂直方向の回転軸A7.1、A7.2および各々の第1/第2の回転駆動装置8.1、8.2を備えた回転式の工具保持マガジンとして配置され、それと対応付けられたワークスピンドル5.1、5.2に向かう方向にX軸に沿って水平方向に調節可能である。示されていない実施形態によると、スピンドルに向かう方向での工具保持マガジンの調節はまた、異なる方法で実現される場合もあり、湾曲した経路上に置かれる、またはX軸に対して一定の角度で直線状に延在する場合もある。

図示の実施形態において、第1の工具マガジン7.1は、その第1の回転駆動装置8.1と共に、第1のガイドプレート9.1に固定され、このガイドプレートは、横ばり11.1上のガイド10.1を介してX方向に移動可能に収容されており、この場合第1の横ばり11.1は、第1のワークスピンドル5.1の側部上でフレーム1の垂直方向に延在する脚部1.2に固定される。

第2の工具マガジン7.2は、その第2の回転駆動装置8.2と共に第2のガイドプレート9.2に固定され、このガイドプレートは、第2の横ばり11.2上のガイド10.2を介してX方向に移動可能に収容されており、この場合第2の横ばり11.2は、第2のワークスピンドル5.2の側部上でフレーム1の垂直方向に延在する脚部1.2に固定される。

したがって工具保持マガジン7.1、7.2は、X方向に移動可能である。

示されていない実施形態によると、工具保持マガジンはまた、各々のワークスピンドルに向かう方向である経路上に調節可能に設置/誘導される場合もあり、この経路は、X方向からそれている。

新たな生産タスクのために、第1のワークスピンドル5.1内に収容されたガイド5.1'の第1の工具6.1は、第1の工具交換装置7.1(図1に示されるように)内に収容された工具6.1'の高さまで移動され、第1の工具保持マガジン7.1は、工具交換位置まで第1のワークスピンドル5.1に向かう方向にガイド10.1を介して移動される。この位置において、工具6.1と6.1'は、ピックアップ式の工具交換作業によって交換される。

工具保持マガジンは、工具の交換も実現させるため、2つの軸と、ワークスピンドルの方向での変速機と、工具を担持する回転式のプレート(特定されていない)とを備える。このプレートは、全ての工具を円形の配置で収容し、これらの工具は、各々のワークスピンドルと対応付けられている。工具の数およびその種類は、機械加工タスクに応じて調整することができる。

工作物をワークスピンドルによって機械加工する間、他のワークスピンドルが、それとは独立して工具の交換を行なうことができ、その逆もまた可能である。

工具マガジン7.1、7.2全体をそれぞれ交換することもでき、これにより機械加工すべき工作物を交換する場合、迅速な工具の交換が可能になる。

図2の頂面図によると、加工保持パレット4を介して工作物Wがその上に収容されるクロステーブル2は、第2のワークスピンドル5.2の領域内に位置しており、その中に収容され、ここには示されていない第2の工具によって機械加工される。第1のワークスピンドル5.1は、工具交換位置にあり、この位置において、この工具を、機械加工時間と並行して交換することができる。

クロステーブル2の底部の第1のテーブルプレートT1は、x方向に配置された第1のガイド要素3.1の第1のガイドレールS1を介して、フレーム1の水平方向の脚部1.1上の移動経路sXにわたってX方向に移動可能である。第2のテーブルプレートT2は、第1のテーブルプレートT1上に位置しており、この第2のテーブルプレートは、第1のテーブルプレートと第2のテーブルプレートT2の間の第2のガイド要素3.2、およびこの目的のために設けられ、Y方向に延在するガイドレールS2を介して、移動距離sYにわたってY方向に移動可能であり、この移動距離sYは、この場合、底部の第1のテーブルプレートの移動距離sXより短い。

第1のワークスピンドル5.1は、第1のガイド要素5.1'を介して垂直方向に垂直方向の脚部1.2上で調節可能であり、第2のワークスピンドル5.2は、第2のガイド要素5.2'を介して調節可能である。

図1および図2は、作業領域、およびしたがって機械加工ユニットM内に収容された工作物Wに容易にアクセス可能であることを示している。

工具スピンドル5.1、5.2は共に、1つの工作物を同時に機械加工する、あるいは各々の工具スピンドルが別々の工作物を機械加工することが可能であり、この場合、この工作物は、クロステーブル上の共通の工作保持パレット上に収容される場合、あるいは別個の工作保持パレットに収容される場合がある。

スピンドルは、互いに対してできるだけ近づけて位置決めされるような方法で固定されるため、共通の部品を機械加工するための大きな共通の作業ボリュームを実現することができる。

2つのスピンドルの間の距離が、X方向の移動距離sXの半分より短いことにより、ほぼ同様の工作物を初めて無制限に機械加工することが可能になる。

全ての軸(X、Y、Z1、Z2)は有利には、リニアモータによって直接駆動される。これにより高度の加速と併せて高い力学および精度が可能になる。

クロステーブルのY軸、すなわち上部の第2のテーブルプレートT2は、クロステーブルのX軸、すなわち底部の第1のテーブルプレートT1に固定される。これは、Y軸、すなわち上部の第2のテーブルの移動距離sYが、X軸より実質的に短い、すなわちX方向により長い移動距離sXにわたって移動可能な底部の第1のテーブルプレートより実質的に短い(よってより軽量である)ため、さらにより論理的である。これは、最適な可能な(かつ論理的な)質量分布を達成するために最適な変形形態である。X方向に調節可能なより重量のある第1のテーブルプレートT1が、Y方向に移動可能な、これより軽量な上部の第2のテーブルプレートT2を担持する。

それは、重量を補正するための装置が、第1および第2の垂直方向ガイド5.1'、5.2の垂直方向に調節可能要素と、フレーム1の垂直方向に延在する脚部1.2の間に配置された場合に有利であり、この装置は、ガイド5.1'、5.2の垂直方向に調節可能な部分、この上収容されたワークスピンドル5.1、5.2の重量に、それぞれの駆動装置および筐体を含めた重量を相殺する。

この目的のために、例えば図3および図4によって、2つの支柱19が、垂直方向に上向きに延在しており、これはフレーム1の脚部1.2から始まっている。各々の補正要素の1つが、各々の支柱19の1つと、ガイドプレートP1、P2の間に配置され、この補正要素が、重量の補正を実現する。

図3は、補正ばね19の形態の補正要素を示しており、これは、引張ばねとして配置され、ばね力によって、その上に配置された要素と共に垂直方向に調節可能ガイドプレートP1、P2の重量を相殺する。

図4は、油圧式または空気圧式ピストン21の形態の補正要素を備えた代替の一変形形態を示している。ピストン21は、固定部分21.1を備えており、これは第1のカプラー22.1を介して支柱19に接続されている。ピストン21の可動部分21.2は、ガイドプレートP1、P2に作動式にそれぞれ接続されている。このケースでも、ピストン21によって一定の力が生成され、この力が、ガイドプレートP1、P2の重量をその上に収容された部分と共に相殺する。

重量を補正することにより、重量を補正しない場合よりもかなり簡易にZ方向にワークスピンドルを線形に調節するための駆動装置を配置することが可能になる。

図5は、頂面図において筐体12を備えた閉鎖位置の第1の工具保持マガジン7.1を示しており、図6は、その閉鎖位置を示しており、この筐体12は、工具交換位置に向かう方向に開口12.1を備えることで、工作物6.1'を取り外すことができ、この場合開口12.1は、カバー13によって密閉され、解放することができる。

カバー13は、筐体12上のガイドレール15内を枢動式のやり方で可動式に誘導され、枢動継手のやり方でカプラー14の第1の端部14.1に接続される。カプラー14の第2の端部14.2は、支柱16による枢動継手のやり方で第1の横ばり11.1に接続される。

図5によるカバー13の閉鎖位置から、工具を交換する目的で図6による開放位置に到達するために、第1のガイドプレート9.1が、第1の工具保持マガジン7.1と共にフレーム1に向かう方向に移動する。カバーは、カプラー14および支柱16によって第1の横ばり11.1に接続されるため、カバー13は、ガイドレール内で筐体12に対して強制的に枢動され、その結果、筐体12の開口12.1が解放される(図4)。工具を交換した後、工具保持マガジン7.1は、その最初の位置に戻り、カバー13は、カプラー14および支柱16を第1の横ばり11.1と機械的に結合することによって強制的に閉鎖される。

同様に、実質的に同一の第2の工具交換装置(図示せず)がカバーを備え、これは、上記に述べた結合作業によって機械的に開閉する。

直線状に配置されたほぼ同一の4つの機械加工ユニットMを使用する移送システムが図7に示されている。クランプ留めされた工作物の処理システムまたは移送システム17が、個々のモジュールMの間に設けられることで、機械加工ユニット/モジュールMをこのように直線状に配置する。

また図8によると、円形のやり方で機械加工ユニット/モジュールMを配置することも可能であり、この場合、例えば円形に配置された4つの機械加工ユニットMが概略的に示されている。クランプ留めされた工作物の処理システムまたは移送システム18が、モジュールMの間に設けられることで、機械加工ユニットMを円形に配置する。

形材工具23による機械加工作業と、従来のミリングツール24による機械加工作業の違いが以下で説明されており(図9を参照)、この場合、両方の機械加工の変形形態は、本発明による解決法によって個々にまたは組み合わせて実現させることができる。

形材工具23および従来のミリングツール24が、図9から図11にブレードなしの簡素化された方法で示されている。工作物Wは、凹部25を備えており、これは図9および図10に従って形材工具23による工作物W内へのZ方向の「侵入」によって作り出されたものであり、この凹部は、形成工具23の形状の反対の形状を形成している。

回転式の形材工具23は、Z方向に下方に単に突入し、その後、一回の動作で(Z方向の突入作業)工作物の中に精密な形状(その反対の)を自動的に機械加工する。

介入による従来のミリングツール25による機械加工作業が、図11に概略的に示されている。工作物Wは、図示する目的のために透けて見えている。所望の形状(この場合凹部25)を工作物Wの中に製作するために、従来のミリングツールは、工作物Wに対して複数の円を挿入する/移動させ、付加的に工作物W内にZ方向で種々の深さで下方に突入する必要がある。図11によるこの例では、従来のミリングツール24は、X/Yにおいて3つの円を移動し、各々の円の間でZ座標を調整する必要がある。したがって従来のミリングツール24は、複数の複雑な動作を挿入する/移動させる必要がある。

本発明による機械加工装置において、X-Y方向に移動するのはミリングツールではなく、クロステーブル2上の工作物Wであり、これは最終的には相対的な動作によって同じ結果になる。

従来のミリングツール24に匹敵する(機械加工時間に関して)ことを保証するために、種々の動作を極めて迅速かつ高い精度で行なう必要がある。これは、本発明による機械加工ユニットの決定的な利点/特性につながり、3gまたはそれ以上の大きさの極めて高度の加速を直接駆動装置によって実現することができる。

別の新たな成型要素/別の新たな凹部25を工作物Wの中に製作する場合、形成工具23を別の形成工具に交換する必要がある、または新しい形成工具を購入する、開発するまたは製作する必要があり、これは特定の形材工具が、精密に特定された形状のみしか切断できないためである。

しかしながらミリングツール24の場合、再プログラムすることによってクロステーブルの動作の経路を変更する、すなわちミリングツールの「侵入の深さ」が重ねあわせることが必要なだけである。これにより、多くの外形工具が必要とされる汎用性に関する従来の解決法に対して大きな利点を提供する。この機械加工の変形形態はまた、ロジスティックスに関しても有利であり、その理由は、多数の(任意選択で数百の)異なる外形工具を管理し、提供する必要がないためである。

簡素なドリルまたはリーマもまた、一種の外形工具/特殊な工具であり、これは、特殊な直径のみを前記工具によって作製するまたは機械加工することができるためである。

異なるせん孔(典型的には時計のブランクに関する)が、工作物W内に作製される場合、各々のドリルまたはリーマを各々のせん孔に対して従来式に使用する必要がある。これは、多数の異なる工具および複雑なロジスティックスを必要とし、この場合、直径を変更する可能性は全くなく、その理由はそれがこの工具によって特定されるためである。

本発明による解決法によって、1つのドリル(特に、最も小さい直径を有するもの)によって全ての穴の事前穴開け作業が可能になる。その後、事前に穴開けされたせん孔が次いで、クロステーブルの移動を介する従来のミリングツール24による円形の介在によって標的の直径にミリングされる。多くの異なる凹部(非円形のものでさえ)を、このようにして2つの工具のみによって工作物の中に作製することができる。これにより汎用性が高まるが、その理由は、直径を単なるプログラミング作業によって変更することができるためである。これは、従来の外形工具に対抗するために、高速の供給によって行なう必要がある。

1 フレーム
1.1 第1の脚部
1.2 第2の脚部
2 クロステーブル
3.1 第1のガイド要素
3.2 第2のガイド要素
4 加工保持パレット
5.1 第1のワークスピンドル
5.1' 第1の垂直方向のガイド
5.2 第2のワークスピンドル
5.2' 第2の垂直方向のガイド
6.1 第1の工具
6.2 第2の工具
6.3 別の工具
6.1' 別の工具
6.2' 別の工具
7.1 第1の工具保持マガジン
7.2 第2の工具保持マガジン
8.1 第1の回転駆動装置
8.2 第2の回転駆動装置
9.1 第1のガイドプレート
9.2 第2のガイドプレート
10.1 ガイド
10.2 ガイド
11.1 第1の横ばり
11.2 第2の横ばり
12 筐体
12.1 開口
12.2 開口
13 カバー
14 カプラー
14.1 カプラー14の第1の端部
14.2 カプラー14の第2の端部
15 ガイドレール
16 支柱
17 移送システム
18 処理または移送システム
19 垂直方向の支柱
20 補正ばね
21 油圧式または空気圧式ピストン
21.1 油圧式または空気圧式ピストンの固定部分
21.2 油圧式または空気圧式ピストンの可動部分
22.1 上部カプラー
22.2 底部カプラー
23 外形工具
24 従来のミリングツール
25 凹部
A1 第1の垂直方向の回転軸
A2 第2の垂直方向の回転軸
A7.1 第1の工具保持マガジンの垂直方向の回転軸
A7.2 第2の工具保持マガジンの垂直方向の回転軸
F1 第1のガイドレール
F2 第2のガイドレール
L ワークスピンドル5.1、5.2の垂直方向の回転軸A1、A2の間の距離
M 機械加工ユニット
P1 第1のガイドプレート
P2 第2のガイドプレート
S1 ガイドレール
S2 ガイドレール
sX X方向の第1のテーブルプレートT1の移動距離
sY Y方向の第2のテーブルプレートT2の移動距離
T1 テーブルプレート
T2 テーブルプレート
W 工作物
α 筐体G1、G2の間の角度

Claims (17)

1. 2つのワークスピンドル(5.1、5.2)と、少なくとも1つの工具保持マガジンを利用して少なくとも1つの工作物(w)の1つの面を機械加工するための工具とを備え、該工作物が、工作物搬送台を利用してワークテーブル上に収容される機械加工ユニットであって、
   - 前記ワークテーブルが、移動距離(sX)にわたってX方向に、および移動距離(sY)にわたってY方向に水平方向に移動可能なクロステーブル(2)の形態で配置され、
   - 前記ワークスピンドル(5.1、5.2)が、Z方向に互いから独立して垂直方向に調節可能であり、
   - 前記ワークスピンドル(5.1、5.2)が、水平方向に互いから離間されており、距離(L)の所にX方向にそれぞれの垂直方向の回転軸(A1、A2)を備え、この距離が、前記クロステーブル(2)の移動距離(sX)の半分に実質的に相当する、またはX方向における前記クロステーブル(2)の移動距離(sX)の半分より短い機械加工ユニット。
2. - 前記工作物(W)の上向きに面する面を、工具(6.1または6.2)が装填された一方の各々のワークスピンドル(5.1、5.2)によって機械加工することができ、その一方で前記各々の他方のワークスピンドルに新しい工具を装填することができ、
   - 前記工作物(W)の上向きに面する面を、それぞれ工具が装填された両方のワークスピンドル(5.1、5.2)によって同時に機械加工することができる、または
   - 前記工作物搬送台上に収容された複数の工作物(W)を、それぞれ工具が装填された2つのワークスピンドル(5.1、5.2)によって同時におよび/または連続して機械加工することができることを特徴とする、請求項１に記載の機械加工ユニット。
3. 第1の垂直方向のガイド(5.1')が、第1のガイドレール(F1)と係合状態にある第1のガイドプレート(P1)から形成され、第2の垂直方向のガイド(5.2')が、第2のガイドレール(F2)と係合状態にある第2のガイドプレート(P2)から形成され、両方のガイドレール(F1、F2)が、直線駆動装置を利用してZ方向に垂直方向に調節可能であり、第1のスピンドル筐体(G1)が、前記第1のガイドプレート(P1)に隣接し、第2のスピンドル筐体(G2)が、前記第2のガイドプレート(P2)に隣接しており、前記ワークテーブルより上に位置するその前方端部に、前記ワークスピンドル(5.1、5.2)と共に前記スピンドル筐体が配置され、前記筐体(G1、G2)の距離が、前記ワークスピンドルの間に前記距離(L1)が存在するようにして前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に向かう方向に縮小することを特徴とする、請求項１または２に記載の機械加工ユニット。
4. 前記ガイドプレート(P1、P2)から始まり、前記筐体(G1、G2)が、前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に向かう方向に互いに対して一定の角度(α)で傾斜することを特徴とする、請求項３に記載の機械加工ユニット。
5. 重量を補正するための1つの各々の装置が、前記第1および第2の垂直方向のガイド(5.1'、5.2')の前記垂直方向に調節可能な部分と、フレーム(1)の垂直方向に延在する脚部(1.2)の間に配置され、該装置が、前記ガイドの(5.1'、5.2')の前記垂直方向に調節可能な部分およびその上に収容された前記ワークスピンドル(5.1、5.2)の重量に、それぞれの駆動装置および筐体を含めた重量を相殺することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
6. 支柱(19)が前記フレーム(1)の前記脚部(1.2)から始まって延在しており、補正要素が前記支柱(19)と、前記ガイドプレート(P1、P2)の間にそれぞれ配置されることを特徴とする、請求項５に記載の機械加工ユニット。
7. 重量を補正するための前記装置が、補正ばね(19)または油圧式または空気圧式ピストン(21)の形態で配置される補正要素を含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の機械加工ユニット。
8. 各々のワークスピンドル(5.1、5.2)が工具保持マガジン(7.1、7.2)に対応付けられ、これを使用して前記各々のワークスピンドル(5.1、5.2)上に収容された前記工具(6.2、6.2)を交換することが可能であり、前記2つのワークスピンドル(5.1、5.2)に、前記工具保持マガジン(7.1、7.2)から同一または異なる工具を装填することができ、各々の工具保持マガジン(7.1、7.2)が、前記マガジンに対応付けられた前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に向かう方向に調節可能であり、前記工具がピックアップ作業において交換可能であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
9. 前記2つのワークスピンドル(5.1、5.2)が、ほぼL字型のフレーム(1)の垂直方向に延在する領域内に配置され、前記クロステーブル(2)が、前記フレーム(1)の水平方向に延在する領域内に配置され、各々の工具保持マガジン(7.1、7.2)が、横ばりを介して前記フレーム(1)の前記垂直方向に延在する領域に接続されることを特徴とする、請求項８に記載の機械加工ユニット。
10. 各々の工具保持マガジン(7.1、7.2)が、垂直方向の回転軸(A7.2、A7.2)を備えた回転式の工具保持マガジンとして配置され、前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に向かう方向に水平方向に調節可能であり、開口を有する筐体(12)によって囲まれており、各々の工具保持マガジン(7.1、7.2)のカバー(13)が、カプラー(14)の第1の端部(14.1)に接続され、その第2の端部(14.2)が、前記フレーム(1)および/または前記関連する横ばりに結合されることで、前記カバー(13)を前記工具保持マガジン(7.1、7.2)の前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に向かう方向での移動中に開放状態にすることができ、前記工具保持マガジン(7.1、7.2)が反対方向に誘導されて移動する間に閉鎖することができることを特徴とする、請求項９に記載の機械加工ユニット。
11. 前記ワークスピンドル(5.1、5.2)に対応付けられたミリングツールの形態で工具(6.1、6.2)を使用した前記工作物(W)内への介入、およびそれぞれプログラムされたX-Y方向での前記クロステーブル(2)の動作をz方向での前記工具の動作と組み合わせることによって、種々のくぼみおよび/または貫通穴および/または外形を作製することができることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
12. 1つまたは複数の工具が形成工具の形態で配置されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
13. 前記工具の位置が、前記ワークスピンドル(5.1、5.2)の前記スピンドル筐体に対するスピンドルシャフトの長さの変化を検出することによって判断することができることを特徴とする、請求項３から１２のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
14. 前記工作物搬送台が、加工保持パレット(4)の形態で配置され、前記加工保持パレット(4)内に収容される前記工作物(W)の位置が、リアルタイムの較正によって判断することができることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
15. 前記機械加工ユニット(M)が、ほぼ同一の設計の少なくとも1つの別の機械加工ユニット(M)と組み合わされることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の記載少なくとも2つの機械加工ユニットを有する生産ライン。
16. 前記機械加工ユニット(M)が、直線的な配列でまたは円形の配列で組み合わされ、前記工作物(W)の移送のための処理システム(18)が、前記機械加工ユニット(M)の間に配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の機械加工ユニット。
17. 前記工作物(W)が、前記移送の際、前記処理システム(18)によって回転可能であることを特徴とする、請求項１６に記載の機械加工ユニット。

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