Stein, Peter (Wiesenstrasse 25, Bretthausen, 56479, DE)
| 1. | Werkzeugmaschine (1) mit einem Maschinengestell (2) zur spanenden Bear beitung eines Werkstücks (3), die eine Werkzeughalterung (4) aufweist, die relativ zu einer unterhalb der Werkzeughalterung (4) angeordneten Werk stückaufnahme (5) translatorisch in drei Achsrichtungen (x, y, z) bewegbar angeordnet ist, wobei die Werkstückaufnahme (5) so ausgebildet ist, dass sie das Werkstück (3) um mindestens eine Achse (A, B) schwenken kann, gekennzeichnet durch einen Werkstückspanntisch (6), der so ausgebildet ist, dass er, die Werk stückaufnahme (5) überbrückend, fest am Maschinengestell (2) angeordnet werden kann. |
| 2. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (5) so ausgebildet ist, dass sie das Werk stück (3) um zwei zueinander senkrechte Achsen (A, B) verlagern kann, von denen die eine Achse eine Schwenkachse (A) und die andere Achse eine Drehachse (B) ist. |
| 3. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückspanntisch (6) mit einer Schraubverbindung (10) am Maschinengestell (2) festlegbar ist. |
| 4. | Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückspanntisch (6) an seinen seitlichen Endbereichen je zwei auskragende Arme (11) aufweist, mit denen er am Maschinengestell (2) festlegbar ist. |
| 5. | Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückspanntisch (6) an seiner im in der Werkzeugmaschine (1) angeordneten Zustand der Werkzeughalterung (4) zugewandten Seite (12) eine Anzahl Befestigungselemente (13), insbesondere TNuten, auf weist. |
| 6. | Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückspanntisch (6) als Gusskonstruktion aufgeführt ist. |
| 7. | Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Fräsmaschine ist. |
Werkzeugmaschinen dieser Gattung sind, insbesondere als Fräsmaschinen aus- geführt, im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Maschinen haben zumeist drei translatorische Bearbeitungsachsen, d. h. ein spanendes Werkzeug, z. B. ein Fräswerkzeug, kann in drei in der Regel zueinander senkrecht stehenden Raum- achsen translatorisch bewegt und so relativ zu einem Werkstück an jedem beliebi- gen Ort positioniert werden.
Die Verbesserung der Steuerungen und der Programmiersysteme für die genann- ten Werkzeugmaschinen haben dazu geführt, dass häufig neben den drei transla- torischen (linearen) Achsen weitere Schwenkachsen in der Werkzeugmaschine vorgesehen werden. Mit den Schwenkachsen ist es möglich, das Werkstück relativ zum Werkzeug zu verschwenken, um so in einer Aufspannung bis zu fünf Seiten des Werkstücks zu bearbeiten. Hiermit ist es auch möglich, komplexe Geometrien erheblich wirtschaftlicher zu bearbeiten, als dies mit Maschinen mit nur drei trans- latorischen Achsen möglich ist.
Hinsichtlich der Möglichkeit, zusätzlich zu den drei translatorischen Achsen zwei Schwenkachsen vorzusehen, sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Konzepte möglich.
Nach einem ersten Konzept wird das Werkzeug zusätzlich zur seiner translatori- schen Bewegung verschwenkbar angeordnet. In diesem Falle weist die Werk- zeughalterung einen Schwenkkopf auf, so dass das Werkzeug entsprechend be- wegt werden kann.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Werkstückaufnahme verschwenkbar auszubilden. In diesem Falle wird das Werkstück von einem Schwenktisch aufge- nommen, mit dem es in eine gewünschte geschwenkte Position gebracht werden kann.
Wird das Werkzeug verschwenkbar ausgebildet, spielt die Größe und Masse des Werkstücks, das dann auf dem Maschinengestell ruhend gelagert werden kann, in vorteilhafter Weise keine Rolle. Allerdings hat dies nachteilig zur Folge, dass das Schwingungsverhalten des Werkzeugs negativ beeinflusst wird, da sich die Masse im Bereich des Werkzeugs erhöht. Des weiteren wird durch den im Werkzeugbe- reich benötigten Schwenkkopf der Verfahrbereich der Werkzeugmaschine be- grenzt bzw. reduziert. Daher kommt dieses Konzept üblicherweise dann zum Ein- satz, wenn es die Werkstückabmessungen bzw. das Werkstückgewicht nicht mehr zulassen, das Werkstück zu schwenken.
Im Falle der Verschwenkung des Werkstücks gibt es wiederum zwei mögliche Vorgehensweisen : Nach einer ersten Möglichkeit dient ein relativ zum Maschinengestell schwenkbar angeordneter Tisch als Werkstückspannmöglichkeit, d. h. das Werkstück wird auf dem Schwenktisch platziert.
Eine alternative Konzeption stellt auf einen üblichen Maschinentisch ab, auf den ein Schwenktisch aufgesetzt ist.
Die letztgenannte Vorgehensweise stellt jedoch eine Kompromisslösung dar : Das Verschwenken des Werkstücks um zumindest eine Schwenkachse erfolgt in die- sem Falle nicht im Schwerpunkt, wodurch der Verfahrbereich der Werkzeugma- schine und die Möglichkeit der Lastaufnahme auf dem Schwenktisch einge- schränkt werden.
Zwar lassen sich bei einem in das Maschinengestell eingebauten Schwenktisch diese Nachteile vermeiden ; hier ist die Werkzeugmaschine dann jedoch nicht mehr in der Lage, Werkstücke zu bearbeiten, die aufgrund ihrer Abmessungen bzw. ihres Gewichts nicht auf den eingebauten Schwenktisch passen.
Im Stand der Technik sind hierzu vielfältige Detaillösungen bekannt, die sich je- weils mit einem spezifischen Thema beschäftigen.
Beispielsweise offenbart die EP 1 262 275 A1 eine Werkstückhalteeinrichtung für eine Bearbeitungsmaschine, die eine schwenkbar zwischen zwei Lagerwandun- gen gelagerte Schwenkbrücke hat. Die Lagerwandungen begrenzen jeweils seit- lich einen Arbeitsbereich. Ein Antriebsmotor dient zum Verschwenken der Schwenkbrücke, der außerhalb des Arbeitsbereichs an einer Außenseite der La- gerwandungen angeordnet ist. Zum Schwenken dient ein Zahnkranz, der im Be- reich der Innenseiten der Lagerwandungen angeordnet ist. Die Lagerstellen bzw. die Lagerzapfen der Schwenkbrücke müssen dadurch kein Antriebsdrehmoment übertragen und sind keiner Torsionsbeanspruchung ausgesetzt.
Aus der EP 0 964 771 B1 ist ein Werkstückaufspanntisch zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken bekannt, der drehbar, schwenkbar und verstellbar ist und somit entsprechende Freiräume besitzt. Hier kommt ein Magnethaltering als tragendes Gehäuse zur Aufnahme einer Spanneinrichtung mit Winkelverstell-und Positioniereinrichtung zum Einsatz.
Schließlich geht aus der EP 0 666 132 B1 eine Antriebsvorrichtung hervor, die durch Mehrfachachsenüberlagerungs-Zweiwinkelverschiebung zweier überlagerter Strukturen gebildet wird. Die Antriebsvorrichtung hat eine erste angetriebene Scheibe sowie eine zweite angetriebene Scheibe zum Tragen eines Werkstücks sowie eine Einrichtung zum Anbringen der zweiten Scheibe an der ersten Schei- be, so dass die zweite Scheibe drehbar ist. Hierdurch wird eine Exzenterantriebs- vorrichtung geschaffen.
Im Lichte der diskutierten Vor-und Nachteile der jeweiligen Bauformen von Werk- zeugmaschinen mit Schwenkköpfen bzw. Schwenktischen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine so auszubilden, dass die erläuterten Nachteile umgangen werden und ein optimaler Nutzen aus dem Fertigungssystem gezogen und die Werkzeugmaschine in ihrer Einsetzbarkeit verbessert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Werkstückspanntisch, der so ausgebildet ist, dass er, die Werkstückaufnahme überbrückend, fest am Maschinengestell angeordnet werden kann.
Eine erste Weiterbildung sieht vor, dass die Werkstückaufnahme so ausgebildet ist, dass sie das Werkstück um zwei zueinander senkrechte Achsen verlagern kann, von denen die eine Achse eine Schwenkachse und die andere Achse eine Drehachse ist.
Der Werkstückspanntisch kann mit einer Schraubverbindung am Maschinengestell festlegbar sein.
Eine besonders gute Handhabbarkeit des Werkstückspanntisches ergibt sich, wenn dieser an seinen seitlichen Endbereichen je zwei auskragende Arme auf- weist, mit denen er am Maschinengestell festlegbar ist.
Der Werkstückspanntisch kann weiterhin an seiner im in der Werkzeugmaschine angeordneten Zustand der Werkzeughalterung zugewandten Seite eine Anzahl Befestigungselemente, insbesondere T-Nuten, aufweisen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Werkstückspanntisch in mindestens einem Schnitt entlang einer Hauptachsrichtung der Werkzeugmaschine, vorzugsweise in zwei Schnitten zweier zueinander senkrecht angeordneter Hauptachsrichtungen der Werkzeugmaschine, eine im wesentlichen U-förmige Kontur aufweist.
Bevorzugt ist der Werkstückspanntisch als Gusskonstruktion ausgeführt.
Schließlich bewährt sich das Erfindungskonzept besonders bei Fräsmaschinen.
Das erfindungsgemäße Konzept schafft also eine Werkzeugmaschine, insbeson- dere eine Fräsmaschine, bei der ein Schwenktisch zum Verschwenken des Werk- stücks so in das Maschinengestell eingebaut wird, dass dieser mit einem nach- träglich bei Bedarf einzusetzenden festen Werkstückspanntisch überbaut werden kann.
Der sich daraus ergebende Vorteil besteht darin, dass die Werkzeugmaschine einerseits bei großen Werkstücken mit eingesetztem Werkstückspanntisch als dreiachsige Maschine genutzt werden kann, andererseits aber auch bei kleinen Werkstücken ohne Werkstückspanntisch, wobei dann durch die Schwenkmöglich- keit der Werkstückaufnahme eine fünfachsige Fertigung möglich ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 schematisch die Vorderansicht einer Fräsmaschine bei der Bearbeitung eines kleinen Werkstücks, Fig. 2 die zu Fig. 1 analoge Ansicht bei eingesetztem Werkstückspanntisch für die Bearbeitung eines großen Werkstücks, Fig. 3 in dreidimensionaler Darstellung eine Fräsmaschine, vorbereitet für die Bearbeitung eines kleinen Werkstücks, und Fig. 4 die Darstellung gemäß Fig. 3, wobei nunmehr ein Werkstückspanntisch für die Bearbeitung großer Werkstücke eingesetzt ist.
In Fig. 1 ist eine Fräsmaschine schematisch dargestellt, die ein Maschinengestell 2 aufweist, das auf dem Untergrund fest angeordnet ist. An einer sich vertikal erstreckenden Führungsschiene 14 ist ein Querbalken 15 angeordnet, an dem wiederum ein weiterer Querbalken 16 positioniert ist. Der Querbalken 16 besitzt eine Werkzeughalterung 4, die einen Fräser 17 trägt.
Durch nicht dargestellte Bewegungselemente kann die Werkzeughalterung 4 und mit ihr der Fräser 17 in den drei Achsrichtungen x, y und z bewegt werden, so dass der Fräser jeden beliebigen Ort im Raum einnehmen kann.
Ein mit gestrichelten Linien eingezeichnetes Werkstück 3 ist auf einer Werkstück- aufnahme 5 befestigt, und zwar auf deren Oberseite 9. Die Werkstückaufnahme 5 kann um zwei zueinander senkrechte Achsen A und B positioniert bzw. verlagert werden, so dass bis zu fünf Seiten des Werkstücks 3 dem Fräser 17 zugewandt werden können ; abgesehen von der Fläche des Werkstücks 3, die auf der Ober- seite 9 der Werkstückaufnahme 5 befestigt ist, kann das Werkstück 3 daher allsei- tig vom Fräser 17 bearbeitet werden.
Die in Fig. 1 skizzierte Anordnung eignet sich optimal, um kleinere Werkstücke 3 zu bearbeiten. Zum einen ist der Fräser 17 bzw. die Werkzeughalterung 4 durch die geringe Masse dieser Elemente relativ schwingungsarm an der Führungs- schiene 14 bzw. an den Querbalken 15 und 16 gelagert. Andererseits kann das Werkzeug in seine optimal geschwenkte Position verbracht werden, um es an der gewünschten Fläche bearbeiten zu können.
Ungeeignet ist das in Fig. 1 skizzierte System jedoch dann, wenn das Werkstück 3 groß und schwer ist. In diesem Falle bietet die Werkstückaufnahme 5 keine hinrei- chende Halterung für das Werkstück 3.
Die Werkzeugmaschine 1 wird für die Bearbeitung eines großen und/oder schwe- ren Werkstücks 3 in diesem Falle, wie aus Fig. 2 ersichtlich, umgerüstet : Auf das Maschinengestell 2 wird ein Werkstückspanntisch 6 aufgesetzt, der die Werkstückaufnahme 5 überbrückt. Dabei wird das wiederum mit gestrichelten Li- nien dargestellte Werkstück 3 auf der Seite 12 des Werkstückspanntisches 6 an- geordnet, die der Werkzeughalterung 4 bzw. dem Fräser 17 zugewandt ist. Der Werkstückspanntisch 6 wird dabei mit nur sehr schematisch angedeuteten Schrauben 10 am Maschinengestell 2 fixiert.
Sowohl im Schnitt entlang der Hauptachsrichtung x als auch im Schnitt entlang der hierzu senkrechten Hauptachsrichtung y ist der Werkstückspanntisch 6 im Quer- schnitt U-förmig ausgebildet. Er stellt also eine haubenartige, eigensteife Struktur dar, die auf dem Maschinengestell 2 platziert ist.
In den Figuren 3 und 4 ist eine analoge Situation zu den Fig. 1 und 2 zu sehen, wobei hier eine etwas andere konstruktive Ausgestaltung vorgesehen ist. Die Werkstückaufnahme 5 ist auch hier um zwei Achsen schwenk-und drehbar ausgebildet, nämlich um die sich horizontal erstreckende Achse A und die sich vertikal erstreckende Drehachse B. Auch hiermit kann ein auf der Oberseite der Werkstückaufnahme 5 platziertes Werkstück 3 fast allseitig bearbeitet werden.
Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, wird für die Bearbeitung großer Werkstücke auch hier der Werkstückspanntisch 6 auf dem Maschinengestell 2 platziert und dort fixiert.
Die Werkstückaufnahme 5 wird auch hier vom Werkstückspanntisch 6 überbrückt.
Zur Festlegung des Werkstückspanntisches 6 am Maschinengestell 2 dienen ins- gesamt vier seitlich auskragende Arme 11. Das Werkstück 3 (nicht dargestellt) wird auf der Oberseite des Werkstückspanntisches 6 festgelegt, wozu T-Nuten 13 dienen.
Bezugszeichenliste
Werkzeugmaschine Maschinengestell Werkstück Werkzeughalterung Werkstückaufnahme Werkstückspanntisch untere Seite Oberseite Schraubverbindung auskragender Arm Seite Befestigungselement (T-Nut) Führungsschiene Querbalken Querbalken Fräser translatorisch Hauptachsrichtung translatorisch Hauptachsrichtung translatorisch Hauptachsrichtung Schwenkachse Drehachse