WO2011147617A1 - Fertigungseinrichtung - Google Patents

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WO2011147617A1
WO2011147617A1 PCT/EP2011/055165 EP2011055165W WO2011147617A1 WO 2011147617 A1 WO2011147617 A1 WO 2011147617A1 EP 2011055165 W EP2011055165 W EP 2011055165W WO 2011147617 A1 WO2011147617 A1 WO 2011147617A1
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WO
WIPO (PCT)
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production device
machine
designed
tools
spindle
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/055165
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Hertkorn
Joachim Koerber
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2011147617A1 publication Critical patent/WO2011147617A1/de

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q37/00Metal-working machines, or constructional combinations thereof, built-up from units designed so that at least some of the units can form parts of different machines or combinations; Units therefor in so far as the feature of interchangeability is important
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/48Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs
    • B23Q1/4804Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs a single rotating pair followed perpendicularly by a single sliding pair
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q39/00Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation
    • B23Q39/04Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation the sub-assemblies being arranged to operate simultaneously at different stations, e.g. with an annular work-table moved in steps

Definitions

  • the invention relates to a production device for producing similar, in particular rod-shaped serial parts.
  • the problem underlying the invention is to find a suitable manufacturing facility for a range of similar parts, in particular rod-shaped serial parts, on the one hand requires a low investment requirement and on the other hand has a high productivity. In particular, it is the production of high-volume parts with the same work sequences as z. B. occur at shift rails or shift rails in transmissions.
  • DE 20 2005 004 294 U1 has disclosed a machine tool for rotating shaft parts, wherein a multiplicity of different cutting operations are performed on one machine.
  • the machine has a pivoting unit arranged on a carriage which can be moved in the vertical direction, which has a headstock for receiving a workpiece designed as a shaft.
  • the known machine tool comprises a tailstock for clamping the workpiece and two arranged on cross slide tool turrets, which are movable in the vertical and horizontal directions and a variety of tools for machining the workpiece exhibit.
  • an arrangement of a plurality of machine tools connected to one another by a material flow is provided for the successive machining of a workpiece, wherein the finished workpiece is the series part.
  • the individual machine tools are modular, ie they consist of exchangeable and identical modules.
  • the production device is optimally adapted to the machining operations required for the workpiece and designed only for these operations. The increased productivity is thus achieved with reduced product flexibility.
  • the processing unit may be formed as a cutting machine or as a unit for hardening the workpiece.
  • the cutting machine can be designed as a lathe or drill.
  • different cutting operations are performed with different tools, on different stations.
  • the cutting machine comprises a drive and feed unit, wherein the drive unit preferably has a spindle for receiving the material, d. H. having the workpiece to be machined.
  • the feed unit has a movable carriage, which carries at least one tool for machining the workpiece. Each tool performs a machining operation.
  • the carriage with the tools only transversely to the direction of rotation of the spindle, ie only in one direction. This also results in a considerable simplification of the lathe.
  • the material flow takes place in one direction through the processing unit, in the case of a lathe by the spindle. This achieves extremely short transport times from processing station to processing station, i. H. the productivity of the manufacturing facility is increased.
  • the machine tools are arranged in the form of a U-line, d. H. the loading and unloading station for the material flow are adjacent, which means an advantage for the in-house transport of the series parts.
  • short ways for an operator or control person of the manufacturing facility arise.
  • the manufacturing device has at least three machine tools, wherein the first and second machine are designed as lathes; the third machine may preferably be designed as a machine for rotating contours.
  • the feed is only in one direction, d. H. transverse to the spindle axis, while in the third machine, a feed in plan and longitudinal direction to the spindle axis. In the latter case, the feed is NC-controlled according to a predetermined contour.
  • each machine tool is designed for a maximum of three processing steps, each processing step being carried out with a separate tool.
  • the individual machine tools ie the individual stations of the U-line are interconnected by transport devices.
  • transport devices can be designed as roller conveyors or conveyor belts.
  • FIG. 1 shows a production device according to the invention with linked machine tools
  • FIG. 3 shows the machine tool according to FIG. 2 with the base plate rotated by 90 °
  • Fig. 5 is a schematic representation of the first machine tool (lathe) in section
  • Fig. 6 is a fourth machine tool, designed as a drill and Fig. 7 shows a lathe with both sides arranged roller belt.
  • the manufacturing device 1 shows a production device 1 according to the invention for the production of series parts, in particular shift rails or shift rails for series transmissions, ie transmissions which are produced in large numbers, for example for motor vehicles.
  • the manufacturing device 1 comprises an arrangement of a plurality of machine tools M1, M2, M3, M4, M5, which are set up in the form of a U-line and linked together by a material flow 2.
  • M1, M2, M3, M4, M5 which are set up in the form of a U-line and linked together by a material flow 2.
  • the material flow direction is indicated by arrows F1, F2.
  • the loading and unloading stations 2a, 2b are thus close to each other, which is advantageous for in-house transport.
  • the first machine tool M1 is designed as a lathe in a modular design and has a pivotable structure 3, also called processing unit 3, which is explained in more detail in the description of FIGS. 2 and 3.
  • the machine tool M2 is also designed as a lathe and differs from the lathe M1 in that the structure 3 ' relative to the structure 3 is rotated by 180 °.
  • identical machines can be used for the first two processing stations in the basic structure.
  • the third machine tool M3, which is set up at the vertex of the U-line, is also designed as a lathe, but for a so-called contour turning, in which the turning tool is guided by an NC control.
  • This machine also has a pivotable structure 3 ", which is rotated in accordance with the direction of material flow.
  • the machine tool M4 is designed as a drilling machine and has a pivotable structure 3"'aligned in accordance with the material flow direction F2.
  • the machine tool M5 is indicated only by dashed lines and represents an option for the illustrated production device 1.
  • the machine tool M5 could have a design designed as a hardening device, wherein the surface of the workpiece is hardened, for. B. by induction hardening.
  • the lathe M1 is modular and comprises a base frame 4, which is chosen in its dimensions such that it is transportable without much effort.
  • the base frame is rectangular and has long sides 4a and short sides 4b.
  • the base frame 4 is the same for all machines M1 to M5 shown in FIG.
  • the aforementioned structure 3 is pivotally arranged, d. H. rotatable about a vertical axis.
  • the structure 3 is also designed as a module and comprises a pivotable base plate 5, on which a spindle unit 6 and a feed unit 7 are attached.
  • the spindle unit 6 comprises a spindle 6a for receiving a workpiece 8 in the form of rod material and a spindle drive 6b designed as an electric motor.
  • the feed unit 7 comprises a movable carriage 7a for receiving tools (without a reference number), which process the workpiece 8 in succession.
  • the tool carriage 7a is only in one direction, i. H. perpendicular to the longitudinal axis of the spindle 6a, d. H. the axis of rotation movable. This results in a simple design for the feed unit 7.
  • the horizontal guide for the tool slide 7a is indicated in the side view by arrows X.
  • a supplementary description of the lathe M1 is given in the description of FIG. 5.
  • Fig. 3 shows the lathe M1 with a base plate 5 ', which is rotated relative to the illustration in Fig. 2 by 90 °.
  • the workpiece 8 is fed by the long side 4a of the base frame 4 which is rectangular in plan view. guided.
  • the feed direction, indicated by arrows X in the top left view, thus takes place in the longitudinal direction of the base frame 4.
  • This position of the base plate 5 ' is advantageous for non-automatic operation, ie feeding by hand.
  • the series parts S1-S10 are shift rails or shift rails with a circular cross-section, i. H. about turned parts.
  • the series parts S1 to S10 have partly the same, partly different characteristics, which are processed in different work sequences AF1, AF2, AF3, AF4 with different tools.
  • All series parts S1 to S10 have first features in the form of punctures, which are framed by a rectangle AF1 and are processed in a first working sequence AF1 on the lathe M1.
  • the series parts S1 to S3 and S7 to S10 have second features in the form of second punctures, which are framed by the rectangles AF2 and processed on the second lathe M2.
  • the series parts S2 to S9 have third features in the form of contoured diameter constrictions, which are identified by circles labeled AF3 and processed on the third contour lathe M3.
  • a fourth feature is transverse bores characterized by small rectangles labeled AF4.
  • the transverse bores for the series parts S2, S3, S4, S5, S7, S8, S9, S10 are produced on the drilling machine M4.
  • the surface turning and chamfering of the workpiece ends are produced on the drilling machine M4.
  • the tool carriage must be moved only in one feed direction.
  • the production of the contoured diameter constriction as part of the sequence AF3 takes place on the NC-controlled contour turning machine M3, on which therefore only one machining operation with feed in the transverse and longitudinal direction is performed.
  • the feed on the drilling machine M4 takes place in the vertical direction.
  • Fig. 5 shows the structure 3 of the lathe M1, as shown in Fig. 2, but without serving as a foundation pivotable base plate 5.
  • the structure 3 comprises - as shown in FIG. 2 - the spindle unit 6 and the feed unit 7, which is turned 90 ° here (indicated by dotted lines).
  • the spindle unit 6 comprises a bearing housing 10, which is attached to a holding frame 1 1 and receives a rotatably mounted spindle 12 in it.
  • the spindle 12 is designed as a hollow spindle, has a jaw chuck 13 for clamping tion of the workpiece 8 and is driven by a belt drive 14.
  • the workpiece 8, which has already been cut to length, is fed to the spindle 12 from left to right in the drawing and strikes the end against a stop 15 for axial fixation.
  • the feed unit 7 comprises a carriage 16, also called tool slide 1 6, which is guided over horizontal guides 17, 18 in the X direction (double arrow) relative to the holding frame 1 1.
  • the tool carriage 1 6 has two arms 1 6a, 1 6b, to which tools 19, 20, 21 are attached.
  • the tool 19 is designed as a turning tool for facing, the tool 20 is provided for chamfering, and the tool 21 is formed as a piercing tool for rotating a groove.
  • the arms 1 6a, 16b with the tools 19, 20, 21 are rotated by 90 ° in the plane of the drawing.
  • the feed direction of the tools 19, 20, 21 thus takes place in the X direction (perpendicular to the plane of the drawing).
  • the workpiece 8 is removed or ejected after driving away the stop 15 to the right in the drawing, where it is conveyed by a transport device, not shown here to the next machine.
  • FIG. 6 shows an embodiment for the drilling machine M4 according to FIG. 1.
  • the drilling machine M4 is used to produce the transverse bores in the sequence AF4 (see Fig. 4).
  • the drilling machine M4 is also of modular design and has the base frame 4 with a pivotable construction 3 "'(see Fig. 1) .
  • a mounting plate 22 is fastened to the pivotable base plate 5 and has a drill unit 23 which can be moved in the vertical direction Z with a drill
  • the workpiece 8 is fed to the drilling machine M4 via a conveyor belt conveyor 24, driven against a stop 25 and then fixed in clamping devices 26. Thereafter, drilling is carried out by lowering the drilling unit 23 in the Z direction the stop 25 moved away and the finished drilled workpiece 8 is transported via a transport roller 26 and another conveyor 27 on, for example, in a storage device 28th
  • Fig. 7 shows a schematic representation of the automatic transport of the workpiece 8, which is initially fed via a roller belt 29.
  • the spindle bearing 10 On both sides of the spindle bearing 10, in which the spindle 12 is mounted, vertically movable transport rollers 30, 31 are arranged, via which the workpiece 8 can be fed and removed.
  • a wegfahrbarer pneumatic stop 32 is provided for the axial positioning of the workpiece 8 in the spindle 12 .
  • the stop 32 is lowered, and the workpiece 8 is fed via a further roller belt 33 a tray 34.
  • belt belts can also be provided as transport means for the supply and the further transport of the workpiece.
  • the manufacturing device 1 is automated, ie the transport and processing of the workpiece 8 are done automatically, ie without the involvement of operating personnel.
  • a non-automatic operation - without transport facilities - but with the assistance of an operator is possible, which takes over the transport of semi-finished parts from one machine to another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung von gleichartigen, insbesondere stangenförmigen Serienteilen, umfassend eine Anordnung von miteinander verketteten, durch einen Materialfluss (2) miteinander verbundenen Werkzeugmaschinen (M1, M2, M3, M4) zur sukzessiven Bearbeitung der Serienteile, wobei die Werkzeugmaschinen (M1, M2, M3, M4) modular aufgebaut sind und jeweils ein Grundgestell, eine um eine vertikale Achse schwenkbar auf dem Grundgestell angeordnete Grundplatte und eine auf der Grundplatte angeordnete Bearbeitungseinheit (3, 3', 3'', 3''') aufweisen.

Description

Fertiqunqseinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung von gleichartigen, insbesondere stangenförmigen Serienteilen.
Es ist bekannt, Serienteile, d. h. Werkstücke, die in hohen Stückzahlen gefertigt werden, auf Werkzeugmaschinen, insbesondere spanenden Werkzeugmaschinen herzustellen. Man unterscheidet im Stand der Technik einerseits Einzelmaschinen, z. B. Universalmaschinen oder Einzweckmaschinen und andererseits Mehrmaschinensysteme, z. B. Transferstraßen oder flexible Fertigungssysteme, welche durch die Verkettung mehrerer Bearbeitungsmaschinen bezüglich Werkstück- und Werkzeugversorgung entstehen. Die Universalmaschinen, die für alle spanenden Fertigungsverfahren konzipiert sind, zeichnen sich durch höchste Flexibilität und geringste Produktivität aus. Flexible Fertigungssysteme weisen gegenüber Universalmaschinen eine höhere Produktivität und eine geringere Flexibilität auf.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht darin, für ein Spektrum von gleichartigen Teilen, insbesondere stangenförmigen Serienteilen eine geeignete Fertigungseinrichtung zu finden, die einerseits einen geringen Investitionsbedarf erfordert und andererseits eine hohe Produktivität aufweist. Insbesondere handelt es sich um die Herstellung von Großserienteilen mit gleichen Arbeitsfolgen, wie sie z. B. bei Schaltschienen oder Schaltstangen bei Getrieben auftreten.
Durch die DE 20 2005 004 294 U1 wurde eine Werkzeugmaschine zum Drehen von Wellenteilen bekannt, wobei eine Vielzahl von unterschiedlichen spangebenden Arbeitsgängen auf einer Maschine durchgeführt wird. Hierzu weist die Maschine eine auf einem in senkrechter Richtung verfahrbaren Schlitten angeordnete Schwenkeinheit auf, welche einen Spindelstock zur Aufnahme eines als Welle ausgebildeten Werkstückes aufweist. Ferner umfasst die bekannte Werkzeugmaschine einen Reitstock zum Einspannen des Werkstückes sowie zwei auf Kreuzschlitten angeordnete Werkzeugrevolver, welche in senkrechter und waagerechter Richtung verfahrbar sind und verschiedenste Werkzeuge zur Bearbeitung des Werkstückes aufweisen. Eine derartige Werkzeugmaschine, auf welcher das Werkstück komplett bearbeitet wird, weist zwar eine relativ hohe Flexibilität, jedoch eine relativ geringe Produktivität auf, d. h. die pro Zeiteinheit produzierten Fertigteile benötigen eine relativ hohe Fertigungszeit.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fertigungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Herstellung von gleichartigen, insbesondere stangenförmigen Serienteilen, wie Schaltschienen für Getriebe in möglichst geringen Stückzeiten erlaubt, d. h. eine Fertigungseinrichtung mit hoher Produktivität zu schaffen. Darüber hinaus sollen die Kosten für die Herstellung der Fertigungseinrichtung relativ niedrig sein. Schließlich soll die Fertigungseinrichtung sowohl nicht-automatisch als auch automatisch betreibbar sein.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung von mehreren durch einen Materialfluss miteinander verbundenen Werkzeugmaschinen zur sukzessiven Bearbeitung eines Werkstückes vorgesehen, wobei das fertig bearbeitete Werkstück das Serienteil ist. Die einzelnen Werkzeugmaschinen sind modular aufgebaut d. h. sie bestehen aus austauschbaren und gleichen Modulen. Dabei weist jede Werkzeugmaschine ein Grundgestell, eine schwenkbar auf dem Grundgestell angeordnete Grundplatte und eine auf der Grundplatte fest angeordnete Bearbeitungseinheit auf. Damit wird eine aus relativ einfachen und kostengünstig herstellbaren Werkzeugmaschinen aufgebaute Fertigungseinrichtung geschaffen, welche eine wirtschaftliche Herstellung der Serienteile erlaubt, d. h. die eine relativ hohe Produktivität aufweist. Die Fertigungseinrichtung ist optimal an die für das Werkstück erforderlichen Bearbeitungsvorgänge angepasst und nur für diese Arbeitsgänge ausgelegt. Die erhöhte Produktivität wird somit mit einer verringerten Produktflexibilität erkauft. Durch das einheitliche Grundgestell aller Werkzeugmaschinen, welches vorzugsweise genormte Abmessungen aufweist, ist ein Umbau oder eine Verlagerung der gesamten Fertigungseinrichtung relativ leicht möglich. Durch die Schwenkbarkeit der Grundplatte mit der darauf be- findlichen Bearbeitungseinheit wird eine Flexibilität im Hinblick auf unterschiedliche Arbeitsprozesse wie nicht-automatisiert, halbautomatisiert und automatisiert erreicht: Die Werkzeugmaschine kann einerseits von Hand durch eine Bedienperson beschickt oder automatisch mit Material versorgt werden - dazu wird die Grundplatte um 90° geschwenkt. Schließlich weisen alle Werkzeugmaschinen der Fertigungseinrichtung eine weitestgehend ähnliche, austauschbare oder gleiche Bearbeitungseinheit auf, wodurch die Herstellungs- bzw. Investitionskosten für die Fertigungseinrichtung gesenkt werden. Die Bearbeitungseinheit kann an den Fertigungsprozess an- gepasst werden, beispielsweise, ob eine spangebende Bearbeitung wie z. B. Drehen, Fräsen oder Bohren oder nicht-spangebende Bearbeitung des Werkstückes erforderlich ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die Bearbeitungseinheit als spangebende Maschine oder als Einheit zum Härten des Werkstückes ausgebildet sein.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die spangebende Maschine als Drehmaschine oder Bohrmaschine ausgebildet sein. Somit werden unterschiedliche spangebende Arbeitsgänge mit unterschiedlichen Werkzeugen, auf verschiedenen Stationen ausgeführt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die spangebende Maschine eine Antriebs- und Vorschubeinheit, wobei die Antriebseinheit bevorzugt eine Spindel zur Aufnahme des Materials, d. h. des zu bearbeitenden Werkstückes aufweist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die spangebende Maschine äußerst einfach aufgebaut ist und damit zu geringen Kosten herstellbar ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorschubeinheit einen verfahrbaren Schlitten auf, welcher mindestens ein Werkzeug für die Bearbeitung des Werkstückes trägt. Mit jedem Werkzeug wird ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schlitten mit den Werkzeugen nur quer zur Drehrichtung der Spindel, d. h. nur in einer Richtung verfahrbar. Auch dadurch ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung der Drehmaschine.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Materialfluss in einer Richtung durch die Bearbeitungseinheit, im Falle einer Drehmaschine durch die Spindel. Damit werden äußerst kurze Transportzeiten von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation erreicht, d. h. die Produktivität der Fertigungseinrichtung wird erhöht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Werkzeugmaschinen in Form einer U-Linie angeordnet, d. h. die Belade- und Entladestation für den Materialfluss liegen nebeneinander, was einen Vorteil für den innerbetrieblichen Transport der Serienteile bedeutet. Darüber hinaus ergeben sich kurze Wege für eine Bedienoder Kontrollperson der Fertigungseinrichtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Fertigungseinrichtung mindestens drei Werkzeugmaschinen auf, wobei die erste und zweite Maschine als Drehmaschinen ausgebildet sind; die dritte Maschine kann bevorzugt als Maschine zum Drehen von Konturen ausgebildet sein. Bei den ersten beiden Maschinen erfolgt der Vorschub nur in einer Richtung, d. h. quer zur Spindelachse, während bei der dritten Maschine ein Vorschub in Plan- und Längsrichtung zur Spindelachse erfolgt. Im letzteren Falle erfolgt der Vorschub NC-gesteuert nach einer vorgegebenen Kontur.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jede Werkzeugmaschine für maximal drei Bearbeitungsschritte ausgelegt, wobei jeder Bearbeitungsschritt mit einem eigenen Werkzeug erfolgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Werkzeugmaschinen, d. h. die einzelnen Stationen der U-Linie durch Transporteinrichtungen miteinander verbunden. Dadurch erfolgt auf kürzestem, d. h. direktem Wege ein Weitertransport des Werkstückes von einer Werkzeugmaschine zur nächsten. Damit wird der Vorteil von kurzen Transportzeiten und erhöhter Produktivität erreicht. Die Transporteinrichtungen können als Rollenbahnen oder Förderbänder ausgebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei sich weitere Merkmale und/oder Vorteile aus der Beschreibung und/oder Zeichnung ergeben können. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung mit verketteten Werkzeugmaschinen,
Fig. 2 eine erste Werkzeugmaschine zur Durchführung einer ersten und einer zweiten Arbeitsfolge,
Fig. 3 die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 2 mit um 90° gedrehter Grundplatte,
Fig. 4 ein Spektrum von herzustellenden Serienteilen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der ersten Werkzeugmaschine (Drehmaschine) im Schnitt
Fig. 6 eine vierte Werkzeugmaschine, ausgebildet als Bohrmaschine und Fig. 7 eine Drehmaschine mit beiderseits angeordneten Rollenband.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung 1 zur Herstellung von Serienteilen, insbesondere Schaltstangen oder Schaltschienen für Seriengetriebe, d. h. Getriebe, die in hohen Stückzahlen, beispielsweise für Kraftfahrzeuge hergestellt werden. Die Fertigungseinrichtung 1 umfasst eine Anordnung von mehreren Werkzeugmaschinen M1 , M2, M3, M4, M5, welche in Form einer U-Linie aufgestellt und durch einen Materialfluss 2 miteinander verkettet sind. Dabei erfolgen die Beladung der U-Linie mit nicht dargestelltem Rohmaterial bei 2a und die Entnahme der fertig bearbeiteten Serienteile bei 2b. Die Materialflussrichtung ist durch Pfeile F1 , F2 angedeutet. Die Belade- und Entladestationen 2a, 2b liegen somit dicht nebeneinander, was für den innerbetrieblichen Transport von Vorteil ist. Darüber hinaus ergeben sich für eine Bedienperson P, P' kurze Wege zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen M1 bis M5. Die erste Werkzeugmaschine M1 ist als Drehmaschine in modu- larer Bauweise ausgebildet und weist einen schwenkbaren Aufbau 3, auch Bearbeitungseinheit 3 genannt, auf, welcher bei der Beschreibung der Fig. 2 und Fig. 3 näher erläutert wird. Die Werkzeugmaschine M2 ist ebenfalls als Drehmaschine ausgebildet und unterscheidet sich von der Drehmaschine M1 dadurch, dass der Aufbau 3' gegenüber dem Aufbau 3 um 180° gedreht ist. Damit können für die beiden ersten Bearbeitungsstationen im Grundaufbau identische Maschinen verwendet werden. Die dritte Werkzeugmaschine M3, welche am Scheitelpunkt der U-Linie aufgestellt ist, ist ebenfalls als Drehmaschine ausgebildet, allerdings für ein so genanntes Konturdrehen, bei welchem das Drehwerkzeug durch eine NC-Steuerung geführt ist. Auch diese Maschine weist einen schwenkbaren Aufbau 3" auf, welcher entsprechend der Materialflussrichtung gedreht ist. Die Werkzeugmaschine M4 ist als Bohrmaschine ausgebildet und weist einen entsprechend der Materialflussrichtung F2 ausgerichteten schwenkbaren Aufbau 3"' auf. Die Werkzeugmaschine M5 ist nur durch gestrichelte Linien angedeutet und stellt eine Option für die dargestellte Fertigungseinrichtung 1 dar. Beispielsweise könnte die Werkzeugmaschine M5 einen als Härteeinrichtung ausgebildeten Aufbau aufweisen, wobei die Oberfläche des Werkstückes gehärtet wird, z. B. durch Induktionshärten.
Fig. 2 zeigt in drei Ansichten und einem Schnitt A-A die als Drehmaschine ausgebildete Werkzeugmaschine M1 . Die Drehmaschine M1 ist modular aufgebaut und umfasst ein Grundgestell 4, welches in seinen Abmessungen derart gewählt ist, dass es ohne größeren Aufwand transportfähig ist. In der Draufsicht ist das Grundgestell rechteckförmig und weist lange Seiten 4a und kurze Seiten 4b auf. Das Grundgestell 4 ist für alle in Fig. 1 dargestellten Maschinen M1 bis M5 gleich. Auf dem Grundgestell 4 ist der bereits erwähnte Aufbau 3 schwenkbar angeordnet, d. h. um eine senkrechte Achse drehbar. Der Aufbau 3 ist ebenfalls als Modul ausgebildet und umfasst eine schwenkbare Grundplatte 5, auf welcher eine Spindeleinheit 6 sowie eine Vorschubeinheit 7 befestigt sind. Die Spindeleinheit 6 umfasst eine Spindel 6a zur Aufnahme eines Werkstückes 8 in Form von Stangenmaterial sowie einen als Elektromotor ausgebildeten Spindelantrieb 6b. Die Vorschubeinheit 7 umfasst einen verfahrbaren Schlitten 7a zur Aufnahme von Werkzeugen (ohne Bezugszahl), welche das Werkstück 8 nacheinander bearbeiten. Der Werkzeugschlitten 7a ist nur in einer Richtung, d. h. senkrecht zur Längsachse der Spindel 6a, d. h. der Drehachse verfahrbar. Dadurch ergibt sich eine einfache Bauweise für die Vorschubeinheit 7. Die horizontale Führung für den Werkzeugschlitten 7a ist in der Seitenansicht durch Pfeile X angedeutet. Eine ergänzende Beschreibung der Drehmaschine M1 erfolgt bei der Beschreibung der Fig. 5.
Fig. 3 zeigt die Drehmaschine M1 mit einer Grundplatte 5', welche gegenüber der Darstellung in Fig. 2 um 90° gedreht ist. Das Werkstück 8 wird hier von der langen Seite 4a des in der Draufsicht rechteckförmig ausgebildeten Grundgestells 4 zu- geführt. Die Vorschubrichtung, angedeutet durch Pfeile X in der Ansicht oben links, erfolgt somit in Längsrichtung des Grundgestells 4. Diese Position der Grundplatte 5' ist für einen nicht-automatischen Betrieb, d. h. Beschickung von Hand vorteilhaft.
Fig. 4 zeigt ein Spektrum von Serienteilen S1 - S10, welche durch die Werkzeugmaschinen M1 bis M5 bearbeitet werden können. Bei den Serienteilen S1 - S10 handelt es sich um Schaltstangen oder Schaltschienen mit kreisförmigem Querschnitt, d. h. um Drehteile. Die Serienteile S1 bis S10 weisen teils gleiche, teils unterschiedliche Merkmale auf, welche in verschiedenen Arbeitsfolgen AF1 , AF2, AF3, AF4 mit verschiedenen Werkzeugen bearbeitet werden. Sämtliche Serienteile S1 bis S10 weisen erste Merkmale in Form von Einstichen auf, welche durch ein Rechteck AF1 eingerahmt sind und in einer ersten Arbeitsfolge AF1 auf der Drehmaschine M1 bearbeitet werden. Die Serienteile S1 bis S3 und S7 bis S10 weisen zweite Merkmale in Form von zweiten Einstichen auf, welche durch die Rechtecke AF2 eingerahmt sind und auf der zweiten Drehmaschine M2 bearbeitet werden. Die Serienteile S2 bis S9 weisen dritte Merkmale in Form von konturierten Durchmesserverengungen auf, welche durch Kreise mit der Bezeichnung AF3 gekennzeichnet sind und auf der dritten Kontur-Drehmaschine M3 bearbeitet werden. Ein viertes Merkmal sind Querbohrungen, welche durch kleine Rechtecke mit der Bezeichnung AF4 gekennzeichnet sind. Die Querbohrungen für die Serienteile S2, S3, S4, S5, S7, S8, S9, S10 werden auf der Bohrmaschine M4 hergestellt. Darüber hinaus erfolgt im Rahmen der Arbeitsfolgen AF1 und AF2 das Plandrehen und Anfasen der Werkstückenden. Im Rahmen der Arbeitsfolgen AF1 und AF2 werden somit jeweils drei Bearbeitungsschritte, nämlich Einstechen, Plandrehen und Anfasen durchgeführt, wobei der Werkzeugschlitten jeweils nur in einer Vorschubrichtung verfahren werden muss. Die Herstellung der konturierten Durchmesserverengung im Rahmen der Arbeitsfolge AF3 erfolgt auf der NC-gesteuerten Konturdrehmaschine M3, auf der also nur ein Bearbeitungsvorgang mit Vorschub in Quer- und Längsrichtung durchgeführt wird. Der Vorschub auf der Bohrmaschine M4 erfolgt in senkrechter Richtung.
Fig. 5 zeigt den Aufbau 3 der Drehmaschine M1 , wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, allerdings ohne die als Fundament dienende schwenkbare Grundplatte 5. Der Aufbau 3 umfasst - wie zu Fig. 2 ausgeführt - die Spindeleinheit 6 sowie die Vorschubeinheit 7, welche hier um 90° gedreht ist (angedeutet durch punktierte Linien). Die Spindeleinheit 6 umfasst ein Lagergehäuse 10, welches an einem Halterahmen 1 1 befestigt ist und eine drehbar gelagerte Spindel 12 in sich aufnimmt. Die Spindel 12 ist als Hohlspindel ausgebildet, weist ein Backenfutter 13 zur Einspan- nung des Werkstückes 8 auf und wird über einen Riementrieb 14 angetrieben. Das Werkstück 8, welches bereits abgelängt ist, wird der Spindel 12 in der Zeichnung von links nach rechts zugeführt und schlägt stirnseitig gegen einen Anschlag 15 zur axialen Fixierung. Die Vorschubeinheit 7 umfasst einen Schlitten 16, auch Werkzeugschlitten 1 6 genannt, welcher über Horizontalführungen 17, 18 in X-Richtung (Doppelpfeil) gegenüber dem Halterahmen 1 1 geführt ist. Der Werkzeugschlitten 1 6 weist zwei Arme 1 6a, 1 6b auf, an welchen Werkzeuge 19, 20, 21 befestigt sind. Das Werkzeug 19 ist als Drehmeißel zum Plandrehen ausgebildet, das Werkzeug 20 ist zum Anfasen vorgesehen, und das Werkzeug 21 ist als Einstichmeißel zum Drehen einer Einstichnut ausgebildet. Wie bereits erwähnt, sind die Arme 1 6a, 16b mit den Werkzeugen 19, 20, 21 um 90° in die Zeichenebene gedreht. Die Vorschubrichtung der Werkzeuge 19, 20, 21 erfolgt also in X-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene). Nach Fertigstellung der ersten Arbeitsfolge wird das Werkstück 8 entnommen oder nach Wegfahren des Anschlages 15 nach rechts in der Zeichnung ausgestoßen, wo es von einer hier nicht dargestellten Transporteinrichtung zur nächsten Maschine befördert wird.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform für die Bohrmaschine M4 gemäß Fig. 1 . Wie erwähnt, dient die Bohrmaschine M4 der Herstellung der Querbohrungen im Rahmen der Arbeitsfolge AF4 (vgl. Fig. 4). Die Bohrmaschine M4 ist ebenfalls modular aufgebaut und weist das Grundgestell 4 mit schwenkbarem Aufbau 3"' (vgl. Fig. 1 ) auf. Auf der schwenkbaren Grundplatte 5 ist eine Halteplatte 22 befestigt, welche eine in senkrechter Richtung Z verfahrbare Bohreinheit 23 mit einem Bohrer 23a trägt. Das Werkstück 8 wird über eine als Riemenband 24 ausgebildete Fördereinrichtung der Bohrmaschine M4 zugeführt, bis gegen einen Anschlag 25 gefahren und anschließend in Spanneinrichtungen 26 fixiert. Danach erfolgt das Bohren durch Absenken der Bohreinheit 23 in Z-Richtung. Nach dem Bohren wird der Anschlag 25 weggefahren und das fertig gebohrte Werkstück 8 wird über eine Transportrolle 26 und ein weiteres Förderband 27 weiter transportiert, beispielsweise in eine Ablagevorrichtung 28.
Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung den automatischen Transport des Werkstückes 8, welches zunächst über ein Rollenband 29 zugeführt wird. Beiderseits des Spindellagers 10, in welchem die Spindel 12 gelagert ist, sind vertikal bewegliche Transportrollen 30, 31 angeordnet, über welche das Werkstück 8 zugeführt und entnommen werden kann. Für die axiale Positionierung des Werkstückes 8 in der Spindel 12 ist ein wegfahrbarer pneumatischer Anschlag 32 vorgesehen. Nach der Bearbeitung des Werkstückes 8 wird der Anschlag 32 abgesenkt, und das Werkstück 8 wird über ein weiteres Rollenband 33 einer Ablage 34 zugeführt.
Alternativ zu den dargestellten Rollenbändern 29, 33 können auch Riemenbänder als Transporteinrichtung für die Zuführung und den Weitertransport des Werkstückes vorgesehen werden. Damit ist die Fertigungseinrichtung 1 automatisiert, d. h. der Transport und die Bearbeitung des Werkstückes 8 erfolgen automatisch, d. h. ohne Mitwirkung von Bedienpersonal. Andererseits ist auch ein nichtautomatischer Betrieb - ohne Transporteinrichtungen - jedoch unter Mitwirkung einer Bedienperson möglich, welche den Transport der Halbfertigteile von einer zur anderen Maschine übernimmt.
Bezuqszeichen Fertigungseinrichtung
Materialfluss
a Beladung
b Entnahme
schwenkbarer Aufbau (M1 ), Bearbeitungseinheit ' schwenkbarer Aufbau, gedreht (M2)
" schwenkbarer Aufbau (M3)
"' schwenkbarer Aufbau (M4)
Grundplatte
a lange Seite
b kurze Seite
Grundplatte
Spindeleinheit
a Spindel
b Spindelantrieb
Vorschubeinheit
a Werkzeugschlitten
Werkstück
0 Lagergehäuse
1 Halterahmen
2 Spindel
3 Backenfutter (Spanneinrichtung)
4 Riementrieb
5 Anschlag
6 Schlitten
6a Arm
6b Arm
7 Führung
8 Führung
9 Werkzeug 0 Werkzeug
1 Werkzeug
2 Halteplatte
3 Bohreinheit
3a Bohrwerkzeug
4 Riemenband
5 Anschlag
26 Transportrolle
27 Riemenband
28 Ablagevorrichtung
29 Rollenband
30 Transportrolle
31 Transportrolle
32 Anschlag
33 Rollenband
34 Werkstückablage
AF1 erste Arbeitsfolge
AF2 zweite Arbeitsfolge
AF3 dritte Arbeitsfolge
AF4 vierte Arbeitsfolge
F1 Materialflussrichtung
F2 Materialflussrichtung
M1 erste Werkzeugmaschine
M2 zweite Werkzeugmaschine
M3 dritte Werkzeugmaschine
M4 vierte Werkzeugmaschine
M5 fünfte Werkzeugmaschine
P, P' Bedienperson
S1 -S10 Serienteil
X Vorschubrichtung
Z Vorschubrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Fertigungseinrichtung zur Herstellung von gleichartigen, insbesondere stangenförmigen Serienteilen (S1 - S10), umfassend eine Anordnung von miteinander verketteten, durch einen Materialfluss (2) miteinander verbundenen Werkzeugmaschinen (M1 , M2, M3, M4) zur sukzessiven Bearbeitung der Serienteile, wobei die Werkzeugmaschinen (M1 , M2, M3, M4) modular aufgebaut sind und jeweils ein Grundgestell (4), eine um eine vertikale Achse schwenkbar auf dem Grundgestell (4) angeordnete Grundplatte (5) und eine auf der Grundplatte (5) angeordnete Bearbeitungseinheit (3, 3', 3", 3"') aufweisen.
2. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (3, 3', 3", 3"') als spangebende Maschine (M1 , M2, M3, M4) ausgebildet ist.
3. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit als Einrichtung zum Härten (M5) ausgebildet ist.
4. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spangebende Maschine als Drehmaschine (M1 , M2, M3) ausgebildet ist.
5. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spangebende Maschine als Bohrmaschine (M4) ausgebildet ist.
6. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spangebende Maschine (M1 , M2) aus einer Antriebs- und einer Vorschubeinheit (6, 7) besteht.
7. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (6) eine Spindel (6a, 12) zur Aufnahme eines Werkstückes (8) aufweist.
8. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinheit (7) einen verfahrbaren Schlitten (7a, 1 6) mit Werkzeugen (19, 20, 21 ) aufweist.
9. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (7a, 1 6) nur quer zur Drehrichtung der Spindel (6a, 12) verfahrbar ist.
10. Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfluss (2) in einer Richtung (F1 , F2) durch die Bearbeitungseinheit (3) und/oder die Spindel (6a, 12) verläuft.
1 1 . Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen (M1 , M2, M3, M4, M5) in einer U-förmigen Linie angeordnet sind, wobei am Ende eines U-Schenkels die Materialbeladung (2a) und am Ende des anderen U-Schenkels die Entnahme (2b) der fertigen Serienteile (S1 - S10) erfolgt.
12. Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens drei Werkzeugmaschinen (M1 , M2, M3, M4) aufweist, wobei - in Materialflussrichtung (F1 ) gesehen - die ersten beiden Drehmaschinen (M1 , M2) sind.
13. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Werkzeugmaschine als Drehmaschine (M3) zum Drehen von Konturen ausgebildet ist.
14. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Werkzeugmaschine als Bohrmaschine (M4) ausgebildet ist.
15. Fertigungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Werkzeugmaschine (M5) als Einrichtung zum Härten des Materials ausgebildet ist.
16. Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehmaschine (M1 , M2) für maximal drei Bearbeitungsschritte, die jeweils mit unterschiedlichen Werkzeugen (19, 20, 21 ) ausgeführt werden, ausgelegt ist.
17. Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen durch Transporteinrichtungen (24, 26, 27, 29, 30, 31 , 33) für den Materialfluss (2) miteinander verbunden sind.
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