| 1. | Anspruch I.¬ Vorrichtung zur Bearbeitung aller Seiten eines Werkstückes (11) in einer Aufspannung, mit mindestens zwei parallelkinematischen Trägerebenen (2,3) zur jeweiligen Befestigung der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches, wovon mindestens eine Trägerebene (2), zentrisch oder ausserhalb der Achse (Zr), direkt, und eine Trägerebene (3) über mindestens eine, in der Verbindung zwischen Werkzeug (10) und Werkstück (11) vorhandene, um die Achse (Zr) drehbare Ebene (4,16), über Kinematikelemente (6) und mechanische Gelenke (7) mit dem Maschinenfundament (1) verbunden ist, und mit einer Steuerung (5), die die Antriebe der vorhandenen Kinematikelemente, die Antriebe der vorhandenen drehbaren Ebenen und die. vorhandenen Bearbeitungsvorrichtungen synergetisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem (X1Y1Z), worauf sich das Werkzeug (10) bei der Bearbeitung des Werkstückes (11) bezieht, gegenüber dem Referenzkoordinatensystem (Xr1Yr1Zr), das sich auf das Maschinenfundament (1) bezieht, durch die Steuerung (5), innerhalb der möglichen Verfahrwege der Kinematikelemente sowie unter Berücksichtigung der kollisionsgefährdenden Zonen der Trägerebenen, in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Anspruch 2: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Trägerebene zur Befestigung der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches, direkt, oder über mindestens eine, in der Verbindung zwischen Werkzeug (10) und Werkstück (11) vorhandene, um die Achse (Zr) drehbare Ebene (4), mit dem Maschinenfundament (1) verbunden ist. Anspruch 3: Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trägerebene zur Befestigung der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches in mehrere Spannsegmente (12) aufgeteilt ist, die, durch die von der Steuerung (5) kontrollierten Spannkinematikelementen (13) mit Antrieben, miteinander über die Spanngelenke (14) verbunden sind und durch Spannen der Spannkinematikelemente (13) die Werkzeugvorrichtung (8), das Werkstück (11) oder der Werktisch befestigt, und damit die Festigkeit der Trägerebene beeinflusst wird. Anspruch 4: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen der mechanischen Gelenke (7) mit zusätzlichen, von der Steuerung (5) kontrollierten Antrieben verbunden sind und durch Beschleunigen oder Bremsen der Gelenkantriebe die Festigkeit der Trägerebene beeinflusst wird. Anspruch 5: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine drehbare Ebene in mehrere, auf der Führungsbahn (16) um die Achse (Zr) drehende Segmente (15) aufgeteilt ist und dadurch mit der Steuerung (5) durch die Segmentantriebe jedes Segment (15) einzeln, oder mehrere Segmente parallel bewegt werden können. Anspruch 6: Vorrichtung nach Anspruch 1, zum automatischen Wechseln des Werkzeuges (10) ohne zusätzliche Vorrichtung, mit Werkzeugmagazinen beliebiger Anzahl, die an den Bestandteilen mindestens einer Trägerebene (2) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung der Trägerebene (2), der Bewegung der Trägerebene (3), die mit der Werkzeugvorrichtung (8) verbunden ist, sowie allenfalls durch die Bewegung der vorhandenen drehbaren Ebenen, die Position des auszuwechselnden Werkzeuges im Werkzeugmagazin bestimmt wird. Anspruch 7: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzvorrichtung an den Bestandteilen mindestens einer Trägerebene Schutzwände befestigt sind. Anspruch 8: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetragene Material sowie allfälliges Kühlmittel auf Grund der hängenden Position des Werkstückes (11) durch die Gravitationskraft vom Werkstück (11) getrennt, und über entsprechende Neigungswinkel, über die Bewegung der drehbaren Ebene (4) oder allenfalls über weitere Vorrichtungen, jeweils an den Rand oder in das Zentrum des Maschinenfundamentes (1) befördert werden. Anspruch 9: Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung in einem ersten Schritt durch die Bearbeitung des Werkstückes (11) mit dem Werkzeug (10) abgetragenes Material entsteht, in einem zweiten Schritt das abgetragene Material an den Rand oder in das Zentrum des Maschinenfundamentes (1) befördert, in einem dritten Schritt durch eine, mit der jeweiligen Trägerebene verbundenen Vorrichtung, rückgeführt und in einem vierten Schritt mit der entsprechenden Vorrichtung eingeschmolzen und gegossen wird. |
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung aller Seiten eines Werkstückes in einer Aufspannung. Bisherige elektronisch (CNC) gesteuerte Stahlbearbeitungsmaschinen sind normalerweise linear aufgebaut. Zur Positionierung und zur Bewegung des rotierenden Werkzeuges und / oder des Werkstückes im Raum werden für eine Fräsbearbeitung mindestens drei lineare, mechanische Führungsschlitten zum Verfahren der Raumachsen (X 1 Y 1 Z) benötigt, wovon jeder Führungsschlitten, mit einer Antriebsspindei und einem Antriebsmotor verbunden, durch die Steuerung in jeweils einer Achse bewegt werden kann. Bei einer Drehbearbeitung sind mindestens zwei Achsen (X, Y) und mindestens eine Rundachse in Form des rotierenden Werkstückes erforderlich. Die Steuerung ist in der Lage, eine oder mehrere Achsen gleichzeitig mit linearer als auch dynamischer Geschwindigkeit zu bewegen. Bei der Mehrseitenbearbeitung in einer Aufspannung, müssen zusätzliche Achsen eingesetzt werden. Der Einsatz von zusätzlichen Rundachsen und / oder weitere lineare Führungsschlitten sind Beispiele solcher Achsen. Eine Alternative zur konventionellen Raumaufteilung in drei unabhängige, mechanisch geführte Achsen (X 1 Y 1 Z), bietet die Parallelkinematik. Bei der Parallelkinematik wird eine, durch mehrere Kinematikelemente (6) über mechanische Gelenke (7) mit dem Fundament verbundene Arbeitsplattform, die im Zusammenhang mit spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen normalerweise mit der Werkzeugspindel verbunden ist, durch eine Steuerung, die mit den Antriebsmotoren der Kinematikelemente (6) verbunden ist, innerhalb der Verfahrwege der Kinematikelemente (6), in allen Freiheitsgraden der Achsen (X 1 Y 1 Z) und Winkelpositionen bewegt. Die bisher beschriebenen, konventionelten Bearbeituπgsmaschineπ ermöglichen es, maximal fünf Seiten eines Werkstückes in einer Aufspannung zu bearbeiten. Mindestens eine Seite, die normalerweise durch die Spannvorrichtung des Werkstückes für das Werkzeug nicht zugänglich ist, kann erst bearbeitet werden, nachdem das Werkstück, in einer zweiten Aufspannung, umgedreht wird. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, in einer Aufspannung alle Seiten eines Werkstückes zu bearbeiten. Für das Werkzeug nicht zugänglich sind nur noch die Bereiche, die zur Befestigung des Werkstückes erforderlich sind. Gemäss Patentanspruch 1 beinhaltet die Erfindung mindestens zwei Parallelkinematikvorrichtungen mit jeweils einer Arbeitsplattform, nachfolgend Trägerebene mit Kinematikelementen (6) und mechanischen Gelenken (7) genannt, zur jeweiligen Befestigung der Werkzeug vonrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches, wovon eine Trägerebene (2), zentrisch oder ausserhalb der Achse (Zr), direkt, und eine Trägerebene (3) über mindestens eine, in der Verbindung zwischen Werkzeug (10) und Werkstück (11) vorhandene, um die Achse (Zr) drehbare Ebene (4), über Kinematikelemente (6) und mechanische Gelenke (7) mit dem Maschinenfundament (1) verbunden ist. Mit einer Steuerung (5), die die Antriebe der Kinematikelemente, die Antriebe der drehbaren Ebenen, und die Werkzeugspindel (9) oder eine beliebige Werkzeugvorrichtung synergetisch miteinander verbindet, werden die vorhandenenTrägerebenen, drehbaren Ebenen und Arbeitsvorrichtungen koordiniert. Der Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und konventionellen Bearbeitungsvorrichtungen liegt darin, dass durch die Anwendung mehrerer Parallelkinematikvorrichtungen als Trägerebenen und mindestens einer drehbaren Ebene (4,16) nicht nur die Werkzeugvorrichtung (8), das Werkstück (11) oder der Werktisch, sondern auch das dreidimensionale Koordinatensystem (X 1 Y 1 Z) 1 worauf sich das Werkzeug (10) bei der Bearbeitung des Werkstückes (11) bezieht, innerhalb der möglichen Verfahrwege der Kinematikelemente (6) sowie unter
Berücksichtigung der kollisionsgefährdenden Zonen der Trägerebenen, in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Somit ist ein weiteres Koordinatensystem als Referenz (Xr 1 Yr 1 Zr) erforderlich, das bei der vorliegenden Vorrichtung rechtwinklig zum Maschinenfundament (1) angeordnet ist. Durch die unterschiedlichen Dimensionen und die dadurch ermöglichte Verschachtelung der vorhandenen Trägerebenen (2,3), sowie der vorhandenen drehbaren Ebenen, woraus, beim Einsatz eines Rundtisches, der grösste Teil des runden Maschinenfundamentes besteht, ist es möglich, das Werkstück (11), das normalerweise mit der allenfalls grosseren Trägerebene (2) verbunden ist, von allen Seiten zu bearbeiten und die Trägerebene in weiterer Funktion ohne weitere Vorrichtung als Vorrichtung zum Wechseln des Werkzeuges (10), der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches einzusetzen. Auch die allenfalls kleinere Trägerebene (3), die normalerweise mit der Werkzeugvorrichtung (8) verbunden ist, kann als Vorrichtung zum Wechseln des Werkzeuges (10), der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches eingesetzt werden. Gemäss Patentanspruch 2 können weitere Trägerebenen direkt oder über die drehbare Ebene (4) mit dem Maschinenfundament verbunden sein. Damit kann die vorliegende Vorrichtung auch als Drehvorrichtung eingesetzt werden. Dabei wird das Werkstück durch eine von mindestens drei vorhandenen Trägerebenen angetrieben. Durch eine zweite Trägerebene wird das Werkstück allenfalls entgegengehalten. Die dritte Trägerebene weist, bei der Anwendung als Drehvorrichtung, die Funktion als Werkzeugträger nicht rotierender oder rotierender Werkzeuge sowie unter anderem die Funktion als Werkzeugmagazin auf. Eine weitere Anwendung als Drehvorrichtung mit insgesamt nur zwei vorhandenen Trägerebenen ist möglich, wenn das Werkzeug direkt mit der drehbaren Ebene (4) oder dem Maschinenenfundament (1) verbunden ist. Bei der Anwendung als Fräs- oder Drehvorrichtung kann eine dritte Trägerebene auch zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Seiten des Werkstückes (11) oder als weitere Haltevorrichtung zum Umspannen oder Wechseln des Werkzeuges (10), der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder eines Werktisches eingesetzt werden. Gemäss Patentanspruch 3 wird mindestens eine Trägerebene zur Befestigung der Werkzeugvorrichtung (8), des Werkstückes (11) oder des Werktisches, in mehrere Spannsegmente (12) oder Spannbacken aufgeteilt, die durch die Spannkinematikelemente (13) über die Spanngeienke (14) zusammengehalten werden. Dadurch ist es möglich, ohne zusätzliche Vorrichtung die Werkzeugvorrichtung (8), das Werkstück (11) oder den Werktisch automatisch umzuspannen oder auszuwechseln. Damit kann die Vorrichtung sowohl als Bearbeitungsvorrichtung wie auch als Automations- und Montagevorrichtung mit den jeweils benötigten Greifvorrichtungen eingesetzt werden. Gemäss Patentanspruch 4 werden die Gelenkachsen der mechanischen Gelenke (7) mit zusätzlichen, von der Steuerung (5) kontrollierten Antrieben verbunden. Damit wird durch Beschleunigen oder Bremsen der Gelenkantriebe die Festigkeit der jeweiligen Trägerebene beeinflusst. Gemäss Patentanspruch 5 wird mindestens eine drehbare Ebene in mehrere, auf der Führungsbahn (16) um die Achse (Zr) drehende Segmente (15) aufgeteilt. Damit können mit der Steuerung (5) durch die Segmentantriebe jedes Segment (15) einzeln, oder mehrere Segmente parallel bewegt werden. Dadurch wird der Wirkungsbereich der Trägerebene erweitert. Gemäss Patentanspruch 6 können die vorhandenen Trägerebenen als Vorrichtung zum automatischen Wechseln des Werkzeuges ohne zusätzliche Wechselvorrichtung eingesetzt werden. Die Werkzeugmagazine beliebiger Anzahl werden an den Bestandteilen mindestens einer Trägerebene befestigt. Durch die Bewegung der Trägerebene, der Bewegung der Trägerebene, die mit der
Werkzeugvorrichtung verbunden ist, sowie allenfalls durch die Bewegung der drehbaren Ebene wird die Position des auszuwechselnden Werkzeuges im Werkzeugmagazin bestimmt. Gemäss Patentanspruch 7 sind als Schutzvorrichtung an den Bestandteilen mindestens einer Trägerebene Schutzplatten befestigt sind. Damit wird das abgetragene Material sowie allenfalls das Kühlwasser frühstmöglichst abgefangen. Gemäss Patentanspruch 8 wird das abgetragene Material sowie allfälliges Kühlmittel auf Grund der hängenden Position des Werkstückes (11) durch die Gravitationskraft vom Werkstück (11) getrennt, und über entsprechende Neigungswinkel, über die Bewegung der drehbaren Ebene (4) oder allenfalls über weitere Vorrichtungen, jeweils an den Rand oder in das Zentrum des Maschinenfundamentes (1) befördert. Damit wird durch die kreisförmige Förderung ein grosses Späneflussvolumen ermöglicht. Das Kühlwasser kann sowohl am Rand als auch im Zentrum des Maschinenfundamentes rückgeführt werden. Gemäss Patentanspruch 9 ist es möglich, mit der in Patentanspruch 1 beschriebenen Vorrichtung ein Verfahren anzuwenden, in dem in einem ersten Schritt durch eine vorwiegend spanabhebende Bearbeitung Späne entstehen, die in einem zweiten Schritt am Rand des Maschinenfundamentes (1) gesammelt werden. In einem dritten Schritt werden die Späne durch die mit der jeweiligen Trägerebene verbundenen Förder- oder / und Giessvorrichtungen rückgeführt. Im vierten und letzten Schritt werden die Späne mit der entsprechenden Giessvorrichtung eingeschmolzen und können zu neuen Rohlingen gegossen werden. Als Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber konventionellen Vorrichtungen können die Anwendungsvielfalt unter anderem in den Bereichen universeller Fräs- und Drehbearbeitung, Schleifbearbeitung, gleichzeitiges Bearbeiten mehrerer Seiten des Werkstückes (11) bei der Anwendung von mindestens zwei Werkzeug-Trägerebenen (3), thermische Behandlung, Laserbearbeitung, Wasserstrahlbearbeitung, diverse Giessverfahren sowie Freiform-Schleudergiess-Verfahren, Reinigung des Werkstückes (11), schnelle Beseitigung von Spänen und Kühlwasser durch die Gravitationskraft auf Grund der hängenden Position des Werkstückes (11), Späne-Recyclingverfahren, diverse Mess- und Sensortechniken, Qualitätskontrolle durch optische oder mechanische Abtastungsvorrichtungen an den jeweiligen Trägerebenen bei noch eingespanntem Werkstück (11), diverse Automations- und Montagemöglichkeiten durch die kreisförmig angeordneten Zwischenablage- und Zuführvoiumen, sowie der hohe mechanische und elektronische Vernetzungsgrad mit weiteren gleichen, oder anderen Vorrichtungen, erwähnt werden. Als vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden Erfindung können unter anderem die Schwingungsarmut auf Grund des kreisförmigen, horizontalen Maschinenfundamentes (1) und des tiefen Schwerpunktes, hohe Vorschubgeschwindigkeiten, niedrige Beschleunigungszeiten, sowie das Verhältnis zwischen Freiheitsgrad und Festigkeit der Vorrichtung, erwähnt werden. Als Vorteile zur Herstellung der vorliegenden Erfindung können unter anderem die geringe Anzahl der Einzelteile, die vorwiegend runde und symmetrische Form der Einzelteile, der grosse Anteil an Norm- und System- Komponenten, geringe Montagezeiten, sowie der grosse Anteil an virtueller Reproduktionsarbeit durch Softwarevervielfältigung, erwähnt werden. Als Nachteile der vorliegenden Erfindung gegenüber konventionellen Vorrichtungen können unter anderem die hohe Präzisionsanforderung der vorhandenen Kinematikelementen, Gelenken und drehbaren Ebenen, hohe Anforderungen an die Steuerung (5) sowie eine erhöhte Unfallgefahr für Mensch und Maschine und den damit verbundenen Sicherheits- vorrichtungeπ, erwähnt werden. Grundsätzlich beschreibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die in der Lage ist, eine beliebige Vorrichtung, von der Fertigung bis zur Montage der Einzelteile, automatisch herzustellen.
Next Patent: METHOD AND DEVICE FOR DETECTING FOREIGN MATTER IN A MOVING SOLID ELONGATED TEST OBJECT