WO2021180472A1 - Werkzeugmaschine, insbesondere für eine allseitige bearbeitung von torischen werkstücken - Google Patents

Werkzeugmaschine, insbesondere für eine allseitige bearbeitung von torischen werkstücken Download PDF

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WO2021180472A1
WO2021180472A1 PCT/EP2021/054532 EP2021054532W WO2021180472A1 WO 2021180472 A1 WO2021180472 A1 WO 2021180472A1 EP 2021054532 W EP2021054532 W EP 2021054532W WO 2021180472 A1 WO2021180472 A1 WO 2021180472A1
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axis
machining
machine tool
housing
leg
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PCT/EP2021/054532
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Jürgen Röders
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P&L Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Machine tool in particular for all-round machining of toroidal workpieces
  • the present invention relates to a machine tool, in particular for machining toroidal workpieces on all sides.
  • Machine tools are known from the prior art in different configurations.
  • 5-axis machines are usually used for the multi-sided milling of toroidal workpieces.
  • a particular challenge is the machining of flow components due to the high surface quality required, e.g. for aircraft turbines.
  • the processing of closed flow components such as BLINGS is particularly difficult.
  • the flow surfaces of the blades must be machined from both sides. To do this, it is necessary to turn the workpiece over on one side after machining and to re-clamp it. If the machining is carried out from the second side, there are twisting of the workpiece etc. due to minor clamping errors, which can lead to a shoulder in the area that was machined in the first clamping when machining the flow surface.
  • the machine tool according to the invention with the features of claim 1 thus has the advantage that a workpiece can be completely machined in one clamping.
  • the machine tool is set up in particular for machining toroidal workpieces, such as flow components of gas turbines, for example BLINGs.
  • the machine tool comprises a Z slide with a main spindle for receiving a tool holder rotating about a spindle axis with a tool holder clamped therein Machining tool, for example a milling cutter.
  • the machine tool further comprises a machine main body on which the Z slide is arranged.
  • a machining table of the machine tool comprises a machining plane, a clamping device for clamping a workpiece and a first drive arranged in a housing.
  • the first drive is set up to rotate the clamping device of the machining table about an axis of rotation.
  • the machine tool further comprises a carrier element which is arranged on a pivot axis housing on the machine main body.
  • the processing table is arranged on the carrier element.
  • the carrier element here comprises a cantilevered arm articulated on one side and essentially has an L-shaped shape.
  • a three-axis linear movement system with a first, second and third linear axis is provided in order to carry out a relative movement between the Z slide and the machining table.
  • a second drive is also provided, which is set up to enable pivoting of the carrier element together with the processing table about a pivot axis.
  • the clamping device on the machining table can thus be rotated about two different axes, namely the rotational axis driven by the first drive and the pivot axis driven by the second drive.
  • the L-shaped support element has a first and a second leg.
  • the processing table with the housing is arranged at the free end of the first leg on the first leg in such a way that the carrier element and the housing of the processing table form an essentially U-shaped unit.
  • the space is set up as a workpiece receiving area in order to receive a part of the workpiece.
  • a workpiece part thus protrudes into the gap and is located between the machining table and the second leg of the carrier element.
  • a machining tool mounted in the main spindle can be moved into the gap and machine the workpiece in the gap.
  • the main spindle can preferably also be moved into the gap.
  • the machine tool has five axes, two axes for rotating the clamping device of the machining table different axes are provided.
  • the workpiece which is clamped on the machining table by means of the clamping device, can be rotated about the axis of rotation in the work space of the machine tool and pivoted about the pivot axis by means of the carrier element.
  • toroidal workpieces can be machined safely and with maximum accuracy in one clamping by the machine tool.
  • the machine tool according to the invention is particularly suitable for manufacturing flow components, in particular components of turbines.
  • the carrier element designed as a cantilevered L-shaped arm, enables a spacing between the housing of the machining table and the carrier element in the form of the gap, which leaves space for a toric workpiece to be clamped by means of the clamping device, in particular so that the machining table is essentially within the toric Workpiece is located.
  • the toroidal workpiece is at least partially arranged in this space between the U-shaped unit made up of the carrier element and the housing of the machining table.
  • the processing table is cantilevered on the first leg of the L-shaped support element on the free end of the first leg.
  • the L-shaped support element in conjunction with the rotation axis and the swivel axis, enables simple, fast and safe machining of the workpiece on all sides.
  • the first leg of the L-shaped support element on which the processing table is arranged is made so long that a distance is created between the housing of the processing table and the second leg of the L-shaped support element, which forms the gap and sufficient space for the leaves toric workpiece to be clamped on the clamping device of the machining table.
  • the workpiece can be rotated collision-free between the housing of the processing table and the second leg of the L-shaped support element with the aid of the first drive.
  • the first drive is preferably arranged directly in the machining table.
  • a drive axis of the first drive lies in the axis of rotation of the machining table.
  • the pivot axis is in the 0 ° position, the axis of rotation preferably runs in the vertical direction.
  • the pivot axis housing is preferably a part of the main machine body or is preferably located on a slide which is movable in the main machine body along one or more linear axes.
  • the second drive is arranged directly on the carrier element, in particular on the second leg, preferably within the pivot axis housing, so that the Support element pivots about the pivot axis. Since the processing table is arranged on the carrier element, the processing table then also swivels together with the carrier element about the pivot axis.
  • the carrier element, the machining table with the first drive and the pivot axis housing with the second drive form a common assembly.
  • these components can be provided as a preassembled unit.
  • it can thereby be ensured that a particularly rigid configuration is possible between the components of the carrier element and the processing table, as well as the two drives.
  • a workpiece clamped on the clamping device of the machining table can be positioned in any angular orientations in the working space of the machine tool.
  • the pivot axis is arranged in a processing plane of the processing table, or the processing plane in the 0 ° position of the pivot axis is below the clamping device of the processing table.
  • a center of the processing table and thus also the center of a workpiece clamped on the clamping device of the processing table always remains in the pivot axis, regardless of an angular position of the pivot axis.
  • the axis of rotation and the pivot axis are particularly preferably arranged perpendicular to one another.
  • a diameter of a housing of the machining table is greater than a width of the carrier element.
  • the workpiece can be clamped on the clamping device with the aid of a pallet in such a way that it is essentially in the processing plane, that is to say with the pivot axis in the 0 ° position below the clamping device of the processing table.
  • the machining table with the first drive is then located in particular within the toroidal workpiece. It is particularly advantageous if the housing of the processing table has the smallest possible diameter, but the first drive is sufficiently powerful to hold the toroidal workpiece during processing. This enables simple and safe machining on all sides, in particular of toroidal workpieces, in one set-up.
  • the pivot axis housing within which the second drive is preferably arranged, is preferably arranged on a slide which is movable in the main machine body along a linear axis, and in particular relative to the Z slide.
  • the assembly consisting of a machining table with a first drive and clamping device, L-shaped support element and pivot axis housing with a second drive is located on the slide, which is arranged movably along a linear axis, in particular the third linear axis X, in the main machine body.
  • the Z slide is particularly preferably movable in the first and second linear axes and, in particular, is arranged vertically.
  • the linear axes are also provided with drives.
  • a simple structure of the machine tool can hereby be achieved.
  • the main machine body of the machine tool is designed essentially as a portal machine, and for example C-shaped, with the assembly of support element, machining table and pivot axis housing, in particular on a slide, being arranged in the center of the portal-shaped main machine body.
  • the drive of the axis of rotation and / or the pivot axis is preferably a torque motor.
  • the first and second drive can have the smallest possible diameter, so that the first drive can be easily integrated into the machining table. This further improves accessibility to a workpiece on the machining table.
  • the housing of the processing table is preferably only slightly larger than a diameter of the first drive.
  • a transition between the first leg and the second leg of the L-shaped support element is designed in an arc-shaped manner.
  • a thickness of the second leg is particularly preferably smaller than a thickness of the first leg. This further increases the space between the second leg and the machining table.
  • the housing of the machining table is preferably designed to protrude in the direction of the pivot axis over the free end of the first leg.
  • the processing table is arranged on the first leg at the maximum distance from the second leg, so that the space between the second leg and the processing table can be selected by choosing a length of the first leg of the L-shaped support element.
  • a bevel is formed at the free end of the first leg on a side opposite the machining table.
  • the bevel is preferred conical and enables collision-free machining on the inner and outer edges of a toric workpiece as well as on a lower or upper side of the toric workpiece.
  • a cross section of the first leg of the carrier element is particularly preferably trapezoidal.
  • a width on an upper side of the carrier element on which the processing table is arranged is wider than a width on the opposite underside. This also significantly simplifies the machining of the workpiece when it is pivoted through 180 ° about the pivot axis.
  • the housing of the machining table is preferably cylindrical.
  • a part of the main spindle and a tool holder mounted on it can be moved with the tool in the direction of the second linear axis below the pivot axis.
  • the workpiece can also be machined in areas that are far below the pivot axis for the carrier element.
  • the intermediate space forms a workpiece receiving area in which a part of the workpiece can be received. It is also possible to process areas of the workpiece that are located in the gap.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a machine tool according to a preferred exemplary embodiment of the invention in a first position
  • FIG. 2 shows a schematic, perspective view of the machine tool from FIG. 1 in a second position of the pivot axis rotated by 180 °.
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective view of the machine tool from FIG. 1 in the first position with the workpiece clamped.
  • FIG. 4 shows a schematic, perspective view of the machine tool from FIG. 2 in the second position with the workpiece clamped.
  • FIG. 5 shows a schematic, partially sectioned side view of the machine tool from FIG. 1 with the workpiece clamped in the first position
  • FIG. 6 shows a schematic, perspective view of the machine tool from FIG. 2 in the second position with the workpiece clamped.
  • 7 shows a schematic front view of the machine tool from FIG. 1 without a workpiece in the first position
  • FIG 8 shows a schematic front view of the machine tool in a third position.
  • a machine tool 1 according to a preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIGS. 1 to 8.
  • the machine tool 1 comprises a machine main body 10, which is designed essentially in the form of a portal. It should be noted that other basic machine shapes are also possible.
  • the machine tool 1 comprises a Z slide 2 with a main spindle 20.
  • the main spindle 20 is set up to receive a tool holder 22 with a machining tool 21, for example a milling cutter (see FIGS. 5 and 6).
  • the machine tool 1 further comprises a machining table 3 with a machining plane 30, wherein a workpiece 7 can be clamped on the machining table 3 by means of a clamping device 31.
  • the workpiece 7 can be fastened to a pallet 33 and the pallet 33 can be clamped on the machining table 3 by means of the clamping device 31 (cf. FIGS. 3 and 6).
  • the workpiece 7 In the 0 ° position of the pivot axis A, the workpiece 7 is essentially below the pallet 33 and thus in the processing plane 30.
  • the processing table 3 lies within the workpiece 7.
  • the processing plane 30 is preferably in the pivot axis A or in the 0 ° - Position below the swivel axis A.
  • the machining table 3 has a first drive 5, which can be rotated about an axis of rotation B by 360 ° in both directions in order to rotate the clamping device 31 mounted on the machining table 3.
  • the first drive 5 is completely received in a cylindrical housing 34.
  • the machine tool 1 further comprises a carrier element 4 which is arranged on a pivot axis housing 35 of the machine main body 10.
  • the carrier element 4 can be pivoted about a pivot axis A relative to the pivot axis housing 35 by means of a second drive 6.
  • the carrier element 4 is an L-shaped, self-supporting arm with a first leg 41 and a second leg 42 arranged (see. Figures 1 and 2).
  • the processing table 3 is placed on the first leg 41 of the L-shaped carrier.
  • the machining table 3 with the housing 34 in which the first drive 5 is arranged is arranged at the free end of the first limb 41 on the first limb 41. This results in a substantially U-shaped unit, comprising the carrier element 4 and the processing table 3.
  • Troical workpiece 7 are clamped so that part of the workpiece 7 is located in the space 8 and this is freely rotatable with the aid of the axis of rotation B.
  • a machining tool 21 mounted on the main spindle 20 can be moved into the machining plane 30, even if the pivot axis A is not at 0 ° or 180 ° (see FIG. 8).
  • the toroidal workpiece 7 can thus be machined from all sides in one set-up.
  • a part of the main spindle 20 and the tool holder with the tool mounted on it can be moved in the direction of the second linear axis Z to below the pivot axis A. In this way, for example, deep bores can also be made in the workpiece 7.
  • the carrier element 4 together with the machining table 3 can also be rotated about the pivot axis A, machining of the workpiece 7 on the side of the workpiece 7 facing the carrier element 4 is also possible without any problems.
  • the workpiece 7 can also be rotated about the axis of rotation B, so that the areas of the workpiece 7 which are covered by the carrier element 4 in this position can also be machined. Machining of the workpiece 7 in an inclined position, as indicated in FIG. 8, is also possible.
  • the processing table is positioned on the first leg 41 in such a way that the processing table protrudes in the direction of the pivot axis A beyond the free end of the first leg 41 (cf. FIG. 5).
  • the first leg 41 has an upper side 41a, which is directed towards the intermediate space 8, and an opposite lower side 41b.
  • a bevel 9 is formed on the underside 41b at the free end of the first leg 41.
  • a collision-free machining of the workpiece 7 can be carried out by the bevel 9 in a position pivoted by 180 ° about the pivot axis A (FIG. 6) the tool 21 take place.
  • the bevel 9 By combining the bevel 9 with the one on the free end of the machining table 3 protruding in the direction of the pivot axis A, machining on an inner side of the toroidal workpiece 7 can also be made possible.
  • the bevel 9 prevents a collision between the main spindle 20 and the carrier element 4.
  • a cross section of the first leg 41 of the carrier element 4 is trapezoidal.
  • a width on the top side 41a on which the machining table 3 is arranged is wider than a width on the opposite underside 41b.
  • the carrier element 4 becomes slimmer on the underside 41b, so that in the machining position shown by 180 ° in FIG. 6, in particular a lateral machining of the toroidal workpiece 7 is simplified.
  • the first and second drive 5, 6 is preferably a torque motor with a high torque.
  • the carrier element 4 and the processing table 3 together with the first and second drive 5, 6 are provided as a preassembled assembly.
  • the Z slide 2 can be moved in two directions, namely a first linear axis Y and a second linear axis Z perpendicular thereto.
  • the pivot axis housing 35 is arranged on a slide 32.
  • the slide 32 can be moved along a third linear axis X.
  • the linear axes for the relative movement between the swivel axis housing 35 with support element 4 and the machining table 3 and Z slide 2 with the main spindle 20 can also be divided differently, for example the swivel axis housing 35 together with the carrier element 4 and the machining table 3 can also be divided into the be movable in three directions X, Y, Z.
  • the tool holder 22 mounted on the main spindle 20 can be rotated about a spindle axis 23.
  • the spindle axis 23 is aligned in the vertical direction.
  • the main spindle 20 is attached to the Z slide 2.
  • the machining plane 30 can be swiveled into any position in a work space of the machine tool 1 by rotation about the swivel axis A.
  • a 5-axis machine tool 1 is thus provided, in which the machining tool 21 can also be rotated about the spindle axis 23. As can be seen in particular from FIGS.
  • 3 to 6 which show a workpiece 7 clamped on the machining table 3 with a pallet 33 on the clamping device 31, the inventive design of the carrier element 4 as an L-shaped carrier arm enables the workpiece 7 to be machined in a single Clamping take place.
  • 3 and 5 show a first position for the machining, in which the workpiece 7, which in this embodiment is a flow component with a plurality of circumferentially arranged blades, is arranged in the horizontal plane at an O p position of the pivot axis A. In this way, for example, machining of the workpiece 7 from above by means of the machining tool 21 clamped into the main spindle 20 by a tool holder 22 is possible without restriction.
  • FIGS. 4 and 6 show a second machining position, in which the machining table 3 and the carrier element 4 have been rotated by 180 ° about the pivot axis A by means of the second drive 6.
  • the pivot axis A is preferably located in the machining plane 30, the position of the workpiece 7 relative to the linear axes X, Y and Z in the working area of the machine tool 1 hardly changes due to the 180 ° rotation of the pivot axis A. It is in roughly the same place, just turned around 180 °.
  • the workpiece 7 can be machined at other swivel angles than the swivel axis A, since the machining tool 21 can be moved well below the swivel axis A, see FIG. 8.
  • the machining table 3 is essentially located inside the workpiece 7 and the L-shaped support element 4 is provided as a cantilever arm, which is pivotably mounted on the pivot axis housing 35 only in the area of the second leg 42, the workpiece 7 can be machined all around.
  • the clamping device 31 can be rotated on the machining table 3 by the first drive 5 about the axis of rotation B, which is perpendicular to the machining plane 30, so that the workpiece 7 can be machined from all sides without any problems.
  • the processing plane 30 lies within the toroidal workpiece 7.
  • the first drive 5 is completely received in the housing 34 of the processing table 3, so that the first leg 41 of the carrier element 4 can be made very slim and flat. Furthermore, the L-shaped support element 4 allows the pivot axis A to be arranged in such a way that it always lies in the processing plane 30 of the processing table 3 or that it lies below the clamping device 31 for the 0 ° position of the pivot axis A. This can be seen in detail from FIGS. 6 and 7.
  • the housing 34 of the machining table 3 has a diameter D1.
  • the diameter D1 is somewhat larger than a width 40 of the carrier element 4 (cf. FIGS. 4 and 7).
  • the toroidal workpiece 7 can be clamped on the machining table 3 in such a way that a drive axis of the first drive 5 is located in the center of the toroidal workpiece 7.
  • the gap 8 thus leaves sufficient space for the toroidal workpiece 7, in particular between the second leg 42 and the housing 34 of the machining table 3, in order to clamp the workpiece 7 in the machining plane 30.
  • the lengths of the first and second legs 41, 42 of the L-shaped carrier element 4 are adapted depending on the requirements of the workpiece 7 to be machined in order to be able to clamp it securely in the machining plane 30.
  • the L-shaped support element 4 with an arcuate transition between the first and second legs 41, 42 thus enables a free-standing machining table 3, so that a toric workpiece 7, as shown in FIG Located essentially within the toroidal workpiece 7. In other words, the toroidal workpiece 7 can be slipped over the machining table 3, for example.
  • the L-shaped support element 4 is designed to be sufficiently stable because, in addition to the workpiece 7, the pallet 33 and the clamping device 31, it also has to support the first drive 5 for the machining table 3.
  • the width 40 of the L-shaped support element 4 is selected to be smaller than the diameter D1 of the housing 34 of the processing table 3, so that the workpiece 7 to be processed can be accessed from all sides as well as possible.
  • the first leg 41 is usually longer than the second leg 42, preferably at least twice as long.
  • the L-shaped support element 4 and a housing 34 of the machining table 3 with an integrated first drive 5 can be both two separate components and a component unit.
  • the L-shaped support element 4 can also have an integrated flange in order to enable simple attachment to a shaft of the pivot axis A in the pivot axis housing 35.
  • a machine tool 1 can be provided which, by means of a carrier element 4 cantilevered by a machining table 3, allows machining of workpieces 7, in particular toric workpieces 7 such as, for example Makes flow components, especially BLINGs, possible in one setting.
  • the carrier element 4 and the machining table 3 arranged on the carrier element 4 form a U-shaped unit with the space 8 between the second leg 42 and the housing 34 of the machining table 3, so that the workpiece 7 also extends deep into the space 8 the machining table 3 can be clamped, with the advantages explained above during machining.
  • the machining accuracy of such workpieces 7 can be significantly improved.
  • a reduction in the processing time can also be achieved as a result.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Machine Tool Units (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine umfassend einen Z-Schieber (2) mit einer Hauptspindel (20) für ein um eine Spindelachse (23) rotierendes Bearbeitungswerkzeug (21), einen Maschinenhauptkörper (10), an welchem der Z-Schieber (2) angeordnet ist, einen Bearbeitungstisch (3) mit einer Bearbeitungsebene (30), einer Spanneinrichtung (31) zum Spannen eines Werkstücks (7) und einem in einem Gehäuse (34) angeordneten ersten Antrieb (5), welcher eingerichtet ist, eine Rotation der Spanneinrichtung (31) des Bearbeitungstisches (3) um eine Rotationsachse (B) auszuführen, ein Trägerelement (4), welches an einem Schwenkachsgehäuse (35) angeordnet ist und an welchem der Bearbeitungstisch (3) angeordnet ist, wobei das Trägerelement (4) ein einseitig angelenkter, freitragender Arm ist und im Wesentlichen eine L-förmige Form aufweist, ein Drei-Achsen-Linearbewegungssystem mit einer ersten Linearachse Y, einer zweiten Linearachse Z und einer dritten Linearachse X, um eine Relativbewegung zwischen dem Z-Schieber (2) mit der Hauptspindel (20) und dem Bearbeitungstisch (3) zu ermöglichen, einen zweiten Antrieb (6), welcher eingerichtet ist, ein Schwenken des Trägerelements (4) und des Bearbeitungstisches (3) um eine Schwenkachse (A) zu ermöglichen, wobei das Trägerelement (4) einen ersten Schenkel (41) und einen zweiten Schenkel (42) aufweist, und wobei der Bearbeitungstisch (3) mit dem Gehäuse (34) am freien Ende des ersten Schenkels (41) auf dem ersten Schenkel (41) angeordnet ist, derart, dass das Trägerelement (4) und das Gehäuse (34) eine im wesentlichen U-förmige Einheit bilden und zwischen dem zweiten Schenkel (42) und dem Gehäuse (34) ein Zwischenraum (8) verbleibt, in welchen ein an der Spanneinrichtung (31) gespanntes torisches Werkstück (7) hineinragen kann und mit Hilfe des ersten Antriebs (5) um die Rotationsachse (B) rotierbar ist.

Description

Werkzeugmaschine, insbesondere für eine allseitige Bearbeitung von torischen Werkstücken
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine allseitige Bearbeitung von torischen Werkstücken.
Werkzeugmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Für die mehrseitige Fräsbearbeitung von torischen Werkstücken werden üblicherweise 5-Achsmaschinen eingesetzt. Eine besondere Herausforderung ist die Bearbeitung von Strömungsbauteilen auf Grund der hohen geforderten Oberflächenqualitäten, z.B. für Flugzeugturbinen. Besonders schwierig ist die Bearbeitung von geschlossenen Strömungsbauteilen wie z.B. BLINGS. Die Strömungsflächen der Schaufeln müssen von beiden Seiten bearbeitet werden. Dazu ist es erforderlich, das Werkstück nach der Bearbeitung auf einer Seite umzudrehen und neu zu spannen. Wenn die Bearbeitung von der zweiten Seite erfolgt, gibt es durch kleinere Spannfehler Verdrehungen des Werkstücks etc. was bei der Bearbeitung der Strömungsfläche zu einem Absatz an dem Bereich, der in der ersten Spannung bearbeitet wurde, führen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellung insbesondere torische Werkstücke in einer Aufspannung bearbeiten kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist somit den Vorteil auf, dass ein Werkstück in einer Aufspannung komplett bearbeitet werden kann. Die Werkzeugmaschine ist dabei insbesondere zur Bearbeitung von torischen Werkstücken, wie beispielsweise Strömungsbauteilen von Gasturbinen, z.B. BLINGs, eingerichtet. Die Werkzeugmaschine umfasst einen Z-Schieber mit einer Hauptspindel zum Aufnehmen eines um eine Spindelachse rotierenden Werkzeughalters mit darin gespanntem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einem Fräser. Ferner umfasst die Werkzeugmaschine einen Maschinenhauptkörper, an welchem der Z-Schieber angeordnet ist. Ferner umfasst ein Bearbeitungstisch der Werkzeugmaschine eine Bearbeitungsebene, eine Spanneinrichtung zum Spannen eines Werkstücks und einen in einem Gehäuse angeordneten ersten Antrieb. Der erste Antrieb ist eingerichtet, eine Rotation der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches um eine Rotationsachse auszuführen. Ferner umfasst die Werkzeugmaschine ein Trägerelement, welches an einem Schwenkachsgehäuse am Maschinenhauptkörper angeordnet ist. Hierbei ist der Bearbeitungstisch am Trägerelement angeordnet. Das Trägerelement umfasst dabei einen einseitig angelenkten, freitragenden Arm und weist im Wesentlichen eine L-förmige Form auf. Ferner ist ein Drei-Achsen-Linearbewegungssystem mit einer ersten, zweiten und dritten Linearachse vorgesehen, um eine Relativbewegung zwischen dem Z-Schieber und dem Bearbeitungstisch auszuführen. Weiter ist ein zweiter Antrieb vorgesehen, weichereingerichtet ist, ein Schwenken des Trägerelements mitsamt dem Bearbeitungstisch um eine Schwenkachse zu ermöglichen. Somit kann die Spanneinrichtung am Bearbeitungstisch um zwei unterschiedliche Achsen, nämlich die mittels des ersten Antriebs angetriebene Rotationsachse und die mittels des zweiten Antriebs angetriebene Schwenkachse rotiert werden.
Weiterhin weist das L-förmige Trägerelement einen ersten und einen zweiten Schenkel auf. Der Bearbeitungstisch mit dem Gehäuse ist dabei am freien Ende des ersten Schenkels auf dem ersten Schenkel derart angeordnet, dass das Trägerelement und das Gehäuse des Bearbeitungstischs eine im Wesentlichen U-förmige Einheit bilden. Dadurch verbleibt zwischen dem zweiten Schenkel, der am Schwenkachsgehäuse angeordnet ist, und dem Gehäuse des Bearbeitungstischs ein Zwischenraum. Der Zwischenraum ist als Werkstück-Aufnahmebereich eingerichtet, um einen Teil des Werkstücks aufzunehmen. Somit ragt ein Werkstückteil in den Zwischenraum hinein und befindet sich zwischen dem Bearbeitungstisch und dem zweiten Schenkel des Trägerelements. Hierbei kann insbesondere ein in der Hauptspindel gelagertes Bearbeitungswerkzeug in den Zwischenraum hineinverfahren werden und das Werkstück im Zwischenraum bearbeiten. Vorzugsweise kann dabei auch die Hauptspindel bis in den Zwischenraum verfahren werden.
Somit kann sichergestellt werden, dass eine einfache Bearbeitung eines am Bearbeitungstisch fixierten Werkstücks in einer Aufspannung aus allen Richtungen durch das Bearbeitungswerkzeug sicher und ohne Gefahr eines Anstoßens des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkzeughalters sowie der Hauptspindel oder des Z-Schiebers an Gehäusebauteilen der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück auftreten kann.
Demnach weist die Werkzeugmaschine neben der Spindelachse der Hauptspindel fünf Achsen auf, wobei zwei Achsen für eine Rotation der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches um unterschiedliche Achsen vorgesehen sind. Somit kann das Werkstück, welches mittels der Spanneinrichtung am Bearbeitungstisch gespannt ist, im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine um die Rotationsachse gedreht werden und mittels des Trägerelements um die Schwenkachse geschwenkt werden. Dadurch können torische Werkstücke in einer Aufspannung durch die Werkzeugmaschine sicher und mit höchster Genauigkeit bearbeitet werden. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eignet sich insbesondere zur Fertigung von Strömungsbauteilen, insbesondere von Bauteilen von Turbinen.
Das als freitragender L-förmiger Arm ausgebildete Trägerelement ermöglicht zwischen dem Gehäuse des Bearbeitungstisches und dem Trägerelement eine Beabstandung in Form des Zwischenraums, welcher Platz für ein mittels der Spanneinrichtung zu spannendes torisches Werkstück lässt, insbesondere so, dass sich der Bearbeitungstisch im Wesentlichen innerhalb des torischen Werkstücks befindet. Das torische Werkstück ist dabei zumindest teilweise in diesem Zwischenraum der U-förmigen Einheit aus Trägerelement und Gehäuse des Bearbeitungstisches angeordnet.
Der Bearbeitungstisch ist dabei freitragend auf dem ersten Schenkel des L-förmigen Trägerelements auf dem freien Ende des ersten Schenkels angeordnet. Das L-förmige Trägerelement ermöglicht in Verbindung mit der Rotationsachse und der Schwenkachse eine einfache, schnelle und sichere allseitige Bearbeitung des Werkstücks.
Somit ist der erste Schenkel des L-förmigen Trägerelements, auf dem der Bearbeitungstisch angeordnet ist, so lang ausgeführt, dass zwischen dem Gehäuse des Bearbeitungstisches und dem zweiten Schenkel des L-förmigen Trägerelements eine Beabstandung entsteht, die den Zwischenraum ausbildet und ausreichend Platz für das an der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches zu spannende torische Werkstück lässt. Dadurch kann das Werkstück mit Hilfe des ersten Antriebs kollisionsfrei zwischen dem Gehäuse des Bearbeitungstisches und dem zweitem Schenkel des L-förmigen Trägerelementes rotiert werden.
Für einen besonders kompakten und einfachen Aufbau ist der erste Antrieb vorzugsweise direkt im Bearbeitungstisch angeordnet. Dabei liegt eine Antriebsachse des ersten Antriebs in der Rotationsachse des Bearbeitungstisches. Die Rotationsachse verläuft bei 0°-Stellung der Schwenkachse vorzugsweise in Vertikalrichtung.
Das Schwenkachsgehäuse ist vorzugsweise ein Teil des Maschinenhauptkörpers oder befindet sich bevorzugt auf einem Schlitten, der im Maschinenhauptkörper längs einer oder mehrerer linearer Achsen beweglich ist.
Weiter bevorzugt ist der zweite Antrieb direkt am Trägerelement, insbesondere am zweiten Schenkel, vorzugsweise innerhalb des Schwenkachsgehäuses, angeordnet, so dass das Trägerelement um die Schwenkachse schwenkt. Da der Bearbeitungstisch am Trägerelement angeordnet ist, schwenkt dann auch der Bearbeitungstisch gemeinsam mit dem Trägerelement um die Schwenkachse.
Weiter bevorzugt bilden das Trägerelement, der Bearbeitungstisch mit erstem Antrieb sowie das Schwenkachsgehäuse mit zweitem Antrieb eine gemeinsame Baugruppe. Somit können diese Bauteile als vormontierbare Einheit vorgesehen werden. Weiterhin kann dadurch sichergestellt werden, dass eine besonders steife Ausgestaltung zwischen den Bauteilen Trägerelement und Bearbeitungstisch sowie den beiden Antrieben möglich ist. Somit kann durch Bewegen um die Schwenkachse und die Drehachse ein auf der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches gespanntes Werkstück im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine in beliebigen Winkelorientierungen positioniert werden.
Weiter bevorzugt ist die Schwenkachse in einer Bearbeitungsebene des Bearbeitungstisches angeordnet, oder wobei die Bearbeitungsebene in 0°-Stellung der Schwenkachse unterhalb der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches liegt. Somit bleibt eine Mitte des Bearbeitungstisches und damit auch die Mitte eines an der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches eingespannten Werkstückes immer in der Schwenkachse, unabhängig von einer Winkelposition der Schwenkachse.
Besonders bevorzugt sind die Drehachse und die Schwenkachse senkrecht zueinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Durchmesser eines Gehäuses des Bearbeitungstisches größer als eine Breite des Trägerelements. Dadurch ist es möglich, dass das Trägerelement möglichst schmal, jedoch ausreichend stabil ausgeführt werden kann. Dadurch kann das auf dem Bearbeitungstisch aufgespannte Werkstück problemlos von allen Seiten ohne Störung durch das Trägerelement bearbeitet werden. Somit kann eine besonders gute Zugänglichkeit des Werkstücks für die Bearbeitung ermöglicht werden.
Beispielsweise kann das Werkstück mit Hilfe einer Palette an der Spanneinrichtung so gespannt werden, dass es sich im Wesentlichen in der Bearbeitungsebene befindet, also bei 0°-Stellung der Schwenkachse unterhalb der Spanneinrichtung des Bearbeitungstisches. Der Bearbeitungstisch mit erstem Antrieb befindet sich dann insbesondere innerhalb des torischen Werkstückes. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Bearbeitungstisches einen möglichst kleinen Durchmesser hat, der erste Antrieb aber ausreichend kräftig ist, um das torische Werkstück während der Bearbeitung zu halten. Dadurch kann eine einfache und sichere, allseitige Bearbeitung insbesondere von torischen Werkstücken in einer Aufspannung ermöglicht werden. Das Schwenkachsgehäuse, innerhalb welchem vorzugsweise der zweite Antrieb angeordnet ist, ist bevorzugt auf einem Schlitten angeordnet, der in dem Maschinenhauptkörper längs einer Linearachse, und insbesondere relativ zum Z-Schieber, beweglich ist. Besonders bevorzugt befindet sich dabei die Baueinheit aus Bearbeitungstisch mit erstem Antrieb und Spanneinrichtung, L-förmigen Trägerelement und Schwenkachsgehäuse mit zweitem Antrieb auf dem Schlitten, der entlang einer linearen Achse, insbesondere der dritten Linearachse X, im Maschinenhauptkörper bewegbar angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist der Z-Schieber in der ersten und zweiten Linearachse bewegbar und insbesondere vertikal angeordnet. Die linearen Achsen sind insbesondere ebenfalls mit Antrieben versehen. Hierdurch kann ein einfacher Aufbau der Werkzeugmaschine erreicht werden. Weiter bevorzugt ist der Maschinenhauptkörper der Werkzeugmaschine im Wesentlichen als Portalmaschine, und beispielsweise C-förmig, ausgeführt, wobei die Baugruppe aus Trägerelement, Bearbeitungstisch und Schwenkachsgehäuse, insbesondere auf einem Schlitten, in der Mitte des portalförmigen Maschinenhauptkörpers angeordnet sind.
Der Antrieb der Drehachse und/oder der Schwenkachse ist vorzugsweise ein Torquemotor. Dadurch kann der erste und zweite Antrieb einen möglichst kleinen Durchmesser aufweisen, so dass der erste Antrieb einfach in den Bearbeitungstisch integrierbar ist. Dadurch wird eine Zugänglichkeit zu einem Werkstück an dem Bearbeitungstisch weiter verbessert. Vorzugsweise ist das Gehäuse des Bearbeitungstisches nur etwas größer als ein Durchmesser des ersten Antriebs.
Weiter bevorzugt ist ein Übergang zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel des L-förmigen Trägerelements bogenförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist dabei eine Dicke des zweiten Schenkels kleiner als eine Dicke des ersten Schenkels. Dadurch wird der Zwischenraum zwischen dem zweiten Schenkel und dem Bearbeitungstisch weiter vergrößert.
Um den Zwischenraum zwischen dem zweiten Schenkel und dem Bearbeitungstisch noch größer zu gestalten, ist vorzugsweise das Gehäuse des Bearbeitungstischs in Richtung der Schwenkachse über das freie Ende des ersten Schenkels vorstehend ausgebildet. Dadurch ist der Bearbeitungstisch am ersten Schenkel mit maximaler Entfernung vom zweiten Schenkel angeordnet, so dass der Zwischenraum zwischen dem zweiten Schenkel und dem Bearbeitungstisch durch Wahl einer Länge des ersten Schenkels des L-förmigen Trägerelements gewählt werden kann.
Um auch eine kollisionsfreie Bearbeitung des auf dem Bearbeitungstisch gespannten Werkstücks bei einer Drehung des L-förmigen Trägerelements um 180° um die Schwenkachse sicherzustellen, ist am freien Ende des ersten Schenkels an einer dem Bearbeitungstisch gegenüberliegenden Seite eine Abschrägung ausgebildet. Die Abschrägung ist vorzugsweise konisch und ermöglicht eine kollisionsfreie Bearbeitung an den Innenrändern und Außenrändern eines torischen Werkstücks sowie an einer Unter- bzw. Oberseite des torischen Werkstücks.
Besonders bevorzugt ist ein Querschnitt des ersten Schenkels des Trägerelements trapezförmig ausgebildet. Dabei ist eine Breite an einer Oberseite des Trägerelements, auf welchem der Bearbeitungstisch angeordnet ist, breiter als eine Breite an der gegenüberliegenden Unterseite. Auch dadurch wird eine Bearbeitung des Werkstücks bei einer Schwenkung um 180° um die Schwenkachse deutlich vereinfacht.
Das Gehäuse des Bearbeitungstischs ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
Weiter bevorzugt ist ein Teil der Hauptspindel und eine an dieser gelagerte Werkzeugaufnahme mit dem Werkzeug in Richtung der zweiten Linearachse unter die Schwenkachse verfahrbar. Somit kann das Werkstück auch an Bereichen bearbeitet werden, welche weit unterhalb der Schwenkachse für das Trägerelement liegen. Hierdurch ist es möglich, dass unterschiedlichste Werkstücke in nur einer Aufspannung bearbeitet werden können. Der Zwischenraum bildet dabei einen Werkstück-Aufnahmebereich, in welchem ein Teil des Werkstücks aufgenommen werden kann. Dabei ist auch eine Bearbeitung von Bereichen des Werkstücks möglich, welche sich im Zwischenraum befinden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Position,
Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 1 in einer zweiten, um 180° gedrehten Position der Schwenkachse,
Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 1 in der ersten Position mit eingespanntem Werkstück,
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 2 in der zweiten Position mit eingespanntem Werkstück,
Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 1 mit eingespanntem Werkstück in der ersten Position,
Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 2 in der zweiten Position mit eingespanntem Werkstück, Fig. 7 eine schematische Frontansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 1 ohne Werkstück in der ersten Position, und
Fig. 8 eine schematische Frontansicht der Werkzeugmaschine in einer dritten Position.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 eine Werkzeugmaschine 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Werkzeugmaschine 1 einen Maschinenhauptkörper 10, welcher im Wesentlichen portalförmig ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass auch andere Maschinengrundformen möglich sind.
Die Werkzeugmaschine 1 umfasst einen Z-Schieber 2 mit einer Hauptspindel 20. Die Hauptspindel 20 ist eingerichtet, einen Werkzeughalter 22 mit einem Bearbeitungswerkzeug 21, beispielsweise einen Fräser, aufzunehmen (vgl. Figuren 5 und 6).
Die Werkzeugmaschine 1 umfasst ferner einen Bearbeitungstisch 3 mit einer Bearbeitungsebene 30, wobei ein Werkstück 7 mittels einer Spanneinrichtung 31 an dem Bearbeitungstisch 3 gespannt werden kann.
Zur Befestigung am Bearbeitungstisch 3 kann das Werkstück 7 an einer Palette 33 befestigt werden und die Palette 33 mittels der Spanneinrichtung 31 am Bearbeitungstisch 3 gespannt werden (vgl. Fig. 3 und 6). Das Werkstück 7 befindet sich in 0°-Stellung der Schwenkachse A im Wesentlichen unterhalb der Palette 33 und somit in der Bearbeitungsebene 30. Dadurch liegt der Bearbeitungstisch 3 innerhalb des Werkstückes 7. Die Bearbeitungsebene 30 liegt bevorzugt in der Schwenkachse A oder in der 0°-Stellung unterhalb der Schwenkachse A.
Der Bearbeitungstisch 3 weist einen ersten Antrieb 5 auf, welcher um eine Rotationsachse B um 360° in beide Richtung rotierbar ist, um die an dem Bearbeitungstisch 3 gelagerte Spanneinrichtung 31 zu drehen. Der erste Antrieb 5 ist in einem zylindrischen Gehäuse 34 vollständig aufgenommen.
Ferner umfasst die Werkzeugmaschine 1 ein Trägerelement 4, welches an einem Schwenkachsgehäuse 35 des Maschinenhauptkörpers 10 angeordnet ist. Das Trägerelement 4 ist um eine Schwenkachse A mittels eines zweiten Antriebs 6 relativ zum Schwenkachsgehäuse 35 schwenkbar.
Wie aus den Fig. 1 , 5 und 6 ersichtlich ist, ist das Trägerelement 4 ein L-förmiger freitragender Arm mit einem ersten Schenkel 41 und einem zweiten Schenkel 42. Am freien Ende des ersten Schenkels 41 ist der Bearbeitungstisch 3 mitsamt dem ersten Antrieb 5 angeordnet (vgl. Figuren 1 und 2). Dabei ist der Bearbeitungstisch 3 auf dem ersten Schenkel 41 des L-förmigen Trägers platziert. Wie insbesondere aus der Seitenansicht von Fig. 5 ersichtlich ist, ist der Bearbeitungstisch 3 mit dem Gehäuse 34, in welchem der erste Antrieb 5 angeordnet ist, am freien Ende des ersten Schenkels 41 auf dem ersten Schenkel 41 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine im Wesentlichen U-förmige Einheit, umfassend das Trägerelement 4 und den Bearbeitungstisch 3. Dadurch ergibt sich zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem Gehäuse 34 des Bearbeitungstischs ein Zwischenraum 8. Hierbei kann ein an der Spanneinrichtung 31 mit einer Palette 33 gespanntes troisches Werkstück 7 so gespannt werden, dass sich ein Teil des Werkstücks 7 in dem Zwischenraum 8 befindet und dieses mit Hilfe der Rotationsachse B frei rotierbar ist. Ein an der Hauptspindel 20 gelagertes Bearbeitungswerkzeug 21 kann in die Bearbeitungsebene 30 hineingefahren werden, auch wenn die Schwenkachse A nicht in 0° oder 180° steht (vgl. Figur 8). Somit kann das torische Werkstück 7 in einer Aufspannung von allen Seiten rundherum bearbeitet werden.
Ein Teil der Hauptspindel 20 und die an dieser gelagerte Werkzeugaufnahme mit Werkzeug kann dabei in Richtung der zweiten Linearachse Z bis unter die Schwenkachse A verfahren werden. Dadurch können beispielsweise auch tiefe Bohrungen im Werkstück 7 realisiert werden.
Da das Trägerelement 4 mitsamt dem Bearbeitungstisch 3 auch um die Schwenkachse A gedreht werden kann, ist auch problemlos eine Bearbeitung des Werkstücks 7 an der zum Trägerelement 4 gerichteten Seite des Werkstücks 7 möglich. Hierbei kann das Werkstück 7 auch um die Rotationsachse B gedreht werden, so dass auch die Bereiche des Werkstücks 7, welche in dieser Position durch das Trägerelement 4 abgedeckt sind, bearbeitet werden können. Ebenso ist eine Bearbeitung des Werkstücks 7 in einer geneigten Position, wie in Fig. 8 angedeutet, möglich.
Damit der Zwischenraum 8 zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem Gehäuse 34 möglichst groß ist, ist ein Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel 42 bogenförmig ausgebildet und der zweite Schenkel 42 sehr flach ausgeführt. Weiterhin ist der Bearbeitungstisch derart auf dem ersten Schenkel 41 positioniert, dass der Bearbeitungstisch in Richtung der Schwenkachse A über das freie Ende des ersten Schenkels 41 vorsteht (vgl. Fig. 5). Hierbei weist der erste Schenkel 41 eine Oberseite 41a, welche zum Zwischenraum 8 gerichtet ist, und eine gegenüberliegende Unterseite 41b, auf.
An der Unterseite 41b ist hierbei am freien Ende des ersten Schenkels 41 eine Abschrägung 9 ausgebildet. Insbesondere in der, ausgehend von der Opposition der Schwenkachse A, die in Fig. 5 gezeigt ist, kann durch die Abschrägung 9 in einer um 180° um die Schwenkachse A geschwenkten Position (Fig. 6) eine kollisionsfreie Bearbeitung des Werkstücks 7 durch das Werkzeug 21 erfolgen. Durch die Kombination der Abschrägung 9 mit dem über das freie Ende des ersten Schenkels 41 in Richtung der Schwenkachse A vorstehenden Bearbeitungstisches 3 kann auch eine Bearbeitung an einer Innenseite des torischen Werkstücks 7 ermöglicht werden. Die Abschrägung 9 verhindert dabei eine Kollision zwischen der Hauptspindel 20 und dem Trägerelement 4.
Wie weiter aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist ein Querschnitt des ersten Schenkels 41 des Trägerelements 4 trapezförmig ausgebildet. Hierbei ist eine Breite an der Oberseite 41a, auf welcher der Bearbeitungstisch 3 angeordnet ist, breiter als eine Breite an der gegenüberliegenden Unterseite 41b. Hierdurch wird das Trägerelement 4 an der Unterseite 41b schlanker, so dass bei der um 180° in der Fig. 6 gezeigten Bearbeitungsposition insbesondere eine seitliche Bearbeitung des torischen Werkstücks 7 vereinfacht wird.
Der erste und zweite Antrieb 5, 6 ist vorzugsweise ein Torquemotor mit einem hohen Drehmoment. Dabei sind das Trägerelement 4 und der Bearbeitungstisch 3 mitsamt dem ersten und zweiten Antrieb 5, 6 als eine vormontierbare Baugruppe vorgesehen.
Wie weiter in Fig. 1 angedeutet, ist der Z-Schieber 2 in zwei Richtungen, nämlich eine erste Linearachse Y und eine dazu senkrechte zweite Linearachse Z bewegbar. Ferner ist das Schwenkachsgehäuse 35 auf einem Schlitten 32 angeordnet. Der Schlitten 32 ist längs einer dritten Linearachse X bewegbar. Es sei angemerkt, dass alternativ die Linearachsen zur relativen Bewegung zwischen Schwenkachsgehäuse 35 mit Trägerelement 4 sowie Bearbeitungstisch 3 und Z-Schieber 2 mit Hauptspindel 20 auch anders aufgeteilt sein können, beispielsweise kann auch das Schwenkachsgehäuse 35 mitsamt dem Trägerelement 4 und dem Bearbeitungstisch 3 in die drei Richtungen X, Y, Z bewegbar sein.
Der an der Hauptspindel 20 gelagerte Werkzeughalter 22 ist um eine Spindelachse 23 rotierbar. Die Spindelachse 23 ist dabei in Vertikalrichtung ausgerichtet. Die Hauptspindel 20 ist am Z-Schieber 2 befestigt.
Wie aus den Figuren 1 und 2 bzw. 3 und 4 ersichtlich ist, kann die Bearbeitungsebene 30 durch Rotation um die Schwenkachse A in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine 1 in beliebige Positionen geschwenkt werden. In Fig. 7 ist schematisch ein Schwenkwinkel der Schwenkachse A ausgehend von der Opposition in einem Bereich von +45° bis -195°, insbesondere ausgehend von einer Horizontalebene, schematisch dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass der Schwenkwinkel um die Schwenkachse A auch anders vorgesehen sein kann, je nach Einsatzgebiet der Werkzeugmaschine 1. Vorzugsweise sind an einem Anfangspunkt und einem Endpunkt jeweils Anschläge für eine Begrenzung der Schwenkbewegung um die Schwenkachse A vorgesehen. Somit ist eine 5-achsige Werkzeugmaschine 1 vorgesehen, bei der das Bearbeitungswerkzeug 21 zusätzlich um die Spindelachse 23 rotierbar ist. Wie insbesondere aus den Figuren 3 bis 6 ersichtlich ist, welche ein mit einer Palette 33 an der Spanneinrichtung 31 gespanntes Werkstück 7 am Bearbeitungstisch 3 zeigen, kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Trägerelements 4 als L-förmiger Trägerarm eine Bearbeitung des Werkstücks 7 in einer einzigen Aufspannung erfolgen. Fig. 3 und 5 zeigen dabei eine erste Position für die Bearbeitung, in welcher das Werkstück 7, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Strömungsbauteil mit einer Vielzahl von umlaufend angeordneten Schaufeln ist, in der Horizontalebene bei einer Opposition der Schwenkachse A angeordnet ist. Hierdurch ist beispielsweise eine Bearbeitung des Werkstücks 7 von oben mittels des durch einen Werkzeughalter 22 in die Hauptspindel 20 eingespannten Bearbeitungswerkzeugs 21 ohne Einschränkung möglich.
Die Figuren 4 und 6 zeigen eine zweite Position der Bearbeitung, in welcher der Bearbeitungstisch 3 und das Trägerelement 4 durch Rotation mittels des zweiten Antriebs 6 um 180° um die Schwenkachse A gedreht wurde. Dadurch kann mittels des in die Hauptspindel 20 durch Werkzeughalter 22 eingespannten Bearbeitungswerkzeugs 21 eine Bearbeitung des Werkstücks 7 an dessen Unterseite ermöglicht werden, ohne dass das Werkstück 7 neu gespannt werden muss. Da die Schwenkachse A vorzugsweise in der Bearbeitungsebene 30 liegt, ändert sich die Position des Werkstücks 7 relativ zu den Linearachsen X, Y und Z im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine 1 durch die 180° Rotation der Schwenkachse A kaum. Es befindet sich in etwa am gleichen Ort, nur um 180° umgedreht. Außerdem ist eine Bearbeitung des Werkstücks 7 bei anderen Schwenkwinkeln der der Schwenkachse A, möglich, da das Bearbeitungswerkzeug 21 deutlich unter die Schwenkachse A gefahren werden kann, vgl. Figur 8.
Da sich der Bearbeitungstisch 3 im Wesentlichen innerhalb des Werkstücks 7 befindet und das L-förmige Trägerelement 4 als freitragender Arm vorgesehen ist, welcher lediglich im Bereich des zweiten Schenkels 42 an dem Schwenkachsgehäuse 35 schwenkbar gelagert ist, kann das Werkstück 7 rundum bearbeitet werden. Insbesondere kann die Spanneinrichtung 31 auf dem Bearbeitungstisch 3 durch den ersten Antrieb 5 um die Rotationsachse B, welche senkrecht zur Bearbeitungsebene 30 ist, rotiert werden, so dass das Werkstück 7 problemlos von allen Seiten bearbeitbar ist. Durch den Zwischenraum 8 zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem Gehäuse 34 des Bearbeitungstischs 3 kann das Werkstück 7 dabei teilweise in den Zwischenraum 8 vorstehen. Dadurch liegt die Bearbeitungsebene 30 innerhalb des torischen Werkstücks 7. Der erste Antrieb 5 ist dabei vollständig im Gehäuse 34 des Bearbeitungstischs 3 aufgenommen, so dass der erste Schenkel 41 des T rägerelements 4 sehr schlank und flachbauend ausgeführt werden kann. Weiterhin kann durch das L-förmige Trägerelement 4 die Schwenkachse A so angeordnet sein, dass diese immer in der Bearbeitungsebene 30 des Bearbeitungstisches 3 liegt oder diese für die Stellung 0° der Schwenkachse A unterhalb der Spanneinrichtung 31 liegt. Dies ist im Detail aus Fig. 6 und 7 ersichtlich.
Wie weiter aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 34 des Bearbeitungstisches 3 einen Durchmesser D1 auf. Der Durchmesser D1 ist dabei etwas größer als eine Breite 40 des Trägerelements 4 (vgl. Fig. 4 und 7). Dadurch kann das torische Werkstück 7 derart am Bearbeitungstisch 3 gespannt werden, dass sich eine Antriebsachse des ersten Antriebs 5 in der Mitte des torischen Werkstücks 7 befindet.
Durch die L-Form des Trägerelements 4 verbleibt somit durch den Zwischenraum 8 ausreichend Raum für das torische Werkstück 7, insbesondere zwischen zweitem Schenkel 42 und Gehäuse 34 des Bearbeitungstisches 3, um das Werkstück 7 in der Bearbeitungsebene 30 zu spannen. Die Längen des ersten und zweiten Schenkels 41, 42 des L-förmigen Trägerelements 4 werden dabei je nach Anforderungen des zu bearbeitenden Werkstücks 7 angepasst, um dieses sicher in der Bearbeitungsebene 30 spannen zu können. Das L-förmige Trägerelement 4 mit bogenförmigem Übergang zwischen dem ersten und zweiten Schenkel 41, 42 ermöglicht somit einen freistehenden Bearbeitungstisch 3, so dass ein torisches Werkstück 7, wie in Fig. 5 gezeigt, so gespannt werden kann, dass sich der Bearbeitungstisch 3 im Wesentlichen innerhalb des torischen Werkstücks 7 befindet. In anderen Worten kann das torische Werkstück 7 beispielsweise über den Bearbeitungstisch 3 gestülpt werden.
Das L-förmige Trägerelement 4 ist dabei ausreichend stabil ausgeführt, da es neben dem Werkstück 7, der Palette 33 und der Spanneinrichtung 31 auch den ersten Antrieb 5 für den Bearbeitungstisch 3 tragen muss. Dabei ist die Breite 40 des L-förmigen Trägerelements 4 kleiner als der Durchmesser D1 des Gehäuses 34 des Bearbeitungstisches 3 gewählt, so dass eine möglichst gute Zugänglichkeit zum zu bearbeitenden Werkstück 7 von allen Seiten möglich ist. Es sei angemerkt, dass der erste Schenkel 41 üblicherweise länger ist als der zweite Schenkel 42, vorzugsweise mindestens doppelt so lang.
Es sei angemerkt, dass das L-förmige Trägerelement 4 und ein Gehäuse 34 des Bearbeitungstisches 3 mit integriertem ersten Antrieb 5 sowohl zwei getrennte Bauteile als auch eine Bauteileinheit sein kann. Das L-förmige Trägerelement 4 kann auch einen integrierten Flansch aufweisen, um eine einfache Befestigung an einer Welle der Schwenkachse A im Schwenkachsgehäuse 35 zu ermöglichen.
Somit kann erfindungsgemäß eine Werkzeugmaschine 1 bereitgestellt werden, welche durch ein einen Bearbeitungstisch 3 freitragendes Trägerelement 4 eine Bearbeitung von Werkstücken 7, insbesondere torischen Werkstücken 7 wie beispielsweise Strömungsbauteilen, insbesondere BLINGs, in einer Aufspannung möglich macht. Dabei bilden das Trägerelement 4 und der auf dem Trägerelement 4 angeordnete Bearbeitungstisch 3 eine U-förmige Einheit mit dem Zwischenraum 8 zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem Gehäuse 34 des Bearbeitungstischs 3, so dass das Werkstück 7 auch bis tief in den Zwischenraum 8 reichend auf dem Bearbeitungstisch 3 gespannt werden kann, mit den oben erläuterten Vorteilen bei der Bearbeitung. Dadurch kann eine Bearbeitungsgenauigkeit derartiger Werkstücke 7 signifikant verbessert werden. Auch kann dadurch eine Reduzierung der Bearbeitungszeit erhalten werden.
Bezugszeichenliste
1 Werkzeugmaschine
2 Z-Schieber
3 Bearbeitungstisch
4 Trägerelement
5 erster Antrieb
6 zweiter Antrieb
7 Werkstück
8 Zwischenraum
9 Abschrägung
10 Maschinenhauptkörper
20 Hauptspindel
21 Bearbeitungswerkzeug
22 Werkzeughalter
23 Spindelachse
30 Bearbeitungsebene
31 Spanneinrichtung
32 Schlitten
33 Palette
34 Gehäuse
35 Schwenkachsgehäuse
40 Breite des Trägerelements
41 erster Schenkel
41a Oberseite
41b Unterseite
42 zweiter Schenkel
A Schwenkachse
B Rotationsachse
D1 Durchmesser
Y erste Linearachse
Z zweite Linearachse
X dritte Linearachse

Claims

Ansprüche
1. Werkzeugmaschine umfassend:
- einen Z-Schieber (2) mit einer Hauptspindel (20) für ein um eine Spindelachse (23) rotierendes Bearbeitungswerkzeug (21),
- einen Maschinenhauptkörper (10), an welchem der Z-Schieber (2) angeordnet ist,
- einen Bearbeitungstisch (3) mit einer Bearbeitungsebene (30), einer Spanneinrichtung (31) zum Spannen eines Werkstücks (7) und einem in einem Gehäuse (34) angeordneten ersten Antrieb (5), welcher eingerichtet ist, eine Rotation der Spanneinrichtung (31) des Bearbeitungstisches (3) um eine Rotationsachse (B) auszuführen,
- ein Trägerelement (4), welches an einem Schwenkachsgehäuse (35) angeordnet ist und an welchem der Bearbeitungstisch (3) angeordnet ist,
- wobei das Trägerelement (4) ein einseitig angelenkter, freitragender Arm ist und im Wesentlichen eine L-förmige Form aufweist,
- ein Drei-Achsen-Linearbewegungssystem mit einer ersten Linearachse Y, einer zweiten Linearachse Z und einer dritten Linearachse X, um eine Relativbewegung zwischen dem Z-Schieber (2) mit der Hauptspindel (20) und dem Bearbeitungstisch
(3) zu ermöglichen,
- einen zweiten Antrieb (6), welcher eingerichtet ist, ein Schwenken des T rägerelements
(4) und des Bearbeitungstisches (3) um eine Schwenkachse (A) zu ermöglichen,
- wobei das Trägerelement (4) einen ersten Schenkel (41) und einen zweiten Schenkel (42) aufweist, und wobei der Bearbeitungstisch (3) mit dem Gehäuse (34) am freien Ende des ersten Schenkels (41) auf dem ersten Schenkel (41) angeordnet ist, derart, dass das Trägerelement (4) und das Gehäuse (34) eine im wesentlichen U-förmige Einheit bilden und zwischen dem zweiten Schenkel (42) und dem Gehäuse (34) ein Zwischenraum (8) verbleibt, welcher als Werkzeugstück-Aufnahmebereich eingerichtet ist, um einen Teil des Werkstücks (7) aufzunehmen.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei der erste Antrieb (5) derart im
Bearbeitungstisch (3) angeordnet ist, dass eine Antriebsachse des ersten Antriebs (5) mit der Rotationsachse (B) des Bearbeitungstisches (3) zusammenfällt.
3. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (4), der Bearbeitungstisch (3), das Schwenkachsgehäuse (35), der erste Antrieb (5) und der zweite Antrieb (6) eine Baueinheit bilden.
4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Schwenkachse (A) des Trägerelements (4) in der Bearbeitungsebene (30) des Bearbeitungstisches (3) liegt, oder wobei die Bearbeitungsebene (30) bei einer 0°- Position der Schwenkachse (A) unterhalb der Bearbeitungsebene (30) liegt.
5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Schwenkachse (A) senkrecht zur Rotationsachse (B) ist.
6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein
Durchmesser D1 des Gehäuses (34) des Bearbeitungstisches (3) größer ist als eine Breite (40) des Trägerelements (4).
7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Z-Schieber (2) mit der Hauptspindel (20) in der ersten Linearachse Y und der zweiten Linearachse Z bewegbar ist und/oder wobei der Z-Schieber (2) in Vertikalrichtung ausgerichtet ist.
8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (7) mit Hilfe einer Palette (33) an der Spanneinrichtung (31) spannbar ist, und wobei das Werkstück (7) sich in der Opposition der Schwenkachse (A) im Wesentlichen unterhalb der Palette (33) befindet.
9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Schwenkachsgehäuse (35) auf einem Schlitten (32) angeordnet ist, der entlang der dritten Linearachse X bewegbar ist.
10. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Schenkel (41) und dem zweiten Schenkel (42) bogenförmig ausgebildet ist.
11. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (34) des Bearbeitungstisches (3) in Richtung der Schwenkachse (A) über das freie Ende des ersten Schenkels (41) vorsteht.
12. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am freien Ende des ersten Schenkels (41) an einer dem Bearbeitungstisch (3) gegenüberliegenden Seite eine Abschrägung (9) ausgebildet ist.
13. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des ersten Schenkels (41) des Trägerelements (4) trapezförmig ausgebildet ist, derart, dass eine Breite an einer Oberseite (41a), auf welcher der Bearbeitungstisch (3) angeordnet ist, breiter ist als eine Breite an einer gegenüberliegenden Unterseite (41b). 14. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse
(34) des Bearbeitungstischs (3) zylindrisch ausgebildet ist.
15. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil der Hauptspindel (20) und eine an dieser gelagerte Werkzeugaufnahme (22) mit Werkzeug (21) in Richtung der zweiten Linearachse (Z) unter die Schwenkachse (A) verfahrbar ist.
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