WERKZEUGMASCHINE MIT ZWEI WERKSTüCKTRäGERN

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine.

Es sind eine große Zahl von spanend arbeitenden Werkzeugmaschinen für die Großserienfertigung bekannt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Bearbeitungszentren, Rundtaktmaschinen, Taktstraßen und Reihenmaschinen.

Bei Transferstraßen oder Taktstraßen sind die einzelnen B earbeitungs Vorgänge in Stationen aufgeteilt, die starr hintereinander angeordnet und durch unflexibel arbeitende Werkstück-Transport-Einrichtungen miteinander verbunden sind. Bei einem Stillstand nur einer einzelnen Station steht die gesamte Transferstraße still.

Bearbeitungszentren sind außerordentlich flexibel. Beim Einsatz in der Großserienfertigung tritt jedoch der Nachteil auf, dass wegen der Vielzahl von einzusetzenden Werkzeugen ein aufwändiges Werkzeugwechselsystem vorgesehen sein muss. Beim Werkzeugwechsel besteht die Gefahr, dass Späne zwischen Spindel und Werkzeug geraten, was wiederum einen erheblichen Aufwand erfordert, um diese Nachteile zu vermeiden.

Bei sogenannten Rundtaktmaschinen sind die zur Bearbeitung notwendigen Bearbeitungsstationen im Kreis um eine mittlere zentrale Gruppe von Be- arbeitungseinheiten angeordnet. Der verfügbare Platz ist begrenzt.

Bei sogenannten Reihenmaschinen werden die Werkstücke an einer Vielzahl von Werkzeug-Spindeln vorbeibewegt. Jeder Werkzeug-Spindel ist ein Werkzeug fest zugeordnet, so dass ein Werkzeugwechsel entfällt. Das

Werkstück wird während der verschiedenen Bearbeitungsschritte nicht umgespannt. Es sind verschiedene Ausgestaltungen derartiger Reihenmaschinen bekannt. Nachteilig ist, dass während der Bearbeitungen die bewegten Teile, insbesondere Werkstücke und Werkstück-Spann- Vorrichtungen, mit benachbarten Werkzeug- Spindeln oder Werkzeugen kollidieren können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die die Vorteile der Reihenmaschine mit hoher Bearbeitungs- geschwindigkeit und geringer Kollisionsgefahr bei geringem konstruktiven Aufwand verbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die beiden einander gegenüberliegenden Werkstück-Träger sind nur in zwei Achsen bewegbar, nämlich der x-Richtung und der y-Richtung. Die von ihnen transportierten zu bearbeitenden Werkstücke werden jeweils mittels derselben Werkzeuge bearbeitet, jedoch mit einer Phasenverschiebung. Grundsätzlich werden beide Werkstücke mit derselben Taktzeit bearbeitet, aber mit einer entsprechenden Phasenverschiebung, die im Be- reich einer halben Taktzeit liegt. Dadurch, dass mit dem geringen zusätzlichen Aufwand eines zweiten Werkstück- Trägers die vorhandenen Werkzeuge doppelt genutzt werden können, wird die Leistung der Werkzeugmaschine verdoppelt. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist also eine Weiterentwicklung einer Reihenmaschine. Grundsätzlich ist davon auszu- gehen, dass das Verfahren der Werkstück-Träger in einer vertikalen x-y- Ebene und das Verfahren der Werkzeug-Spindel-Einheiten in einer hierzu senkrechten horizontalen z-Richtung erfolgt. Das gesamte x-y-z- Achsensystem kann aber auch derart gedreht werden, dass beispielsweise die Werkzeug-Spindel-Einheiten in einer vertikalen Reihe übereinander

angeordnet sind. Weiterhin kann das Achsensystem beispielsweise derartig gedreht werden, dass die Werkzeug-Spindeln vertikal hängend angeordnet sind.

Wenn ausreichend kleine Werkstücke zu bearbeiten sind, die von ihrer Größe her mit den Werkzeugen nicht in Kollision kommen, die dem im Einsatz befindlichen Werkzeug benachbart sind, dann ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung ausreichend. Es kann aber auch sein, dass dies nicht der Fall ist. Durch die Verschiebbarkeit der Werkzeug-Spindeln gemäß Anspruch 2 in eine ausgefahrene Arbeits-Position und in eine zurückgezogene Ruhe-Position kann dann sichergestellt werden, dass das Verfahren der Werkstücke ohne Kollision der Werkstücke oder Werkstück- Spann- Vorrichtungen mit den Werkzeugen oder den Werkzeug- Spindeln erfolgt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine nach der Erfin- düng entsprechend dem Sichtpfeil I in Fig. 2 und

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Werkzeugmaschine gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1

Die in der Zeichnung dargestellte Werkzeugmaschine weist ein Maschinen-Gestell 1 auf, an dessen oberem Bereich in vertikalem Abstand übereinander horizontal verlaufende erste x-Führungs-Schienen 2, 3 angebracht sind, auf denen ein erster Werkstück-Schlitten 4 horizontal, also in x- Richtung, verschiebbar gelagert ist. Der Horizontal-Antrieb des Schlittens

- A -

4 erfolgt mittels eines ersten x-Antriebs-Motors 5 über einen Spindel-Trieb 5a. Der Schlitten 4 kann hiermit über die volle Länge der Führungs- Schienen 2, 3 verfahren werden.

An der Unterseite des Maschinen-Gestells 1 ist ein weiteres Paar von zweiten x-Führungs-Schienen 6, 7 angeordnet, die ebenfalls in vertikalem Abstand übereinander und horizontal in x-Richtung verlaufend angeordnet sind. Auf diesen Führungs-Schienen 6, 7, die sich mit den Führungs- Schienen 2, 3 in einer gemeinsamen Vertikalebene, also in einer x-y- Ebene, befinden, ist ein zweiter Werkstück-Schlitten 8 mittels eines zweiten x-Antriebs-Motors 9 horizontal, also in x-Richtung, über einen Spindel- Trieb 9a verschiebbar angeordnet. Auf dem ersten Werkstück-Schlitten 4 ist ein erster Werkstück-Träger 10 angeordnet, der vertikal, also in y- Richtung, auf ersten y-Führungs- Schienen 11 verschiebbar ist, die auf dem ersten Werkstück-Schlitten 4 angebracht sind. Die Verschiebung in y-

Richtung erfolgt mittels eines ersten y- Antriebs-Motors 12. Auf dem zweiten Werkstück-Schlitten 8 ist in gleicher Weise, aber spiegelsymmetrisch zum ersten Werkstück-Träger 10, ein zweiter Werkstück- Träger 13 angeordnet, der auf zweiten y-Führungs-Schienen 14 auf dem zweiten Werk- stück-Schlitten 8 verschiebbar angeordnet ist. Der Verschiebe- Antrieb erfolgt mittels eines zweiten y- Antriebs-Motors 15.

Der erste Werkstück- Träger 10 weist an seiner Unterseite eine erste Werkstück-Spann-Vorrichtung 16 auf, der eine erste ein- oder zwei-achsige Werkstück-Dreh- Vorrichtung 16a zugeordnet ist. Der zweite Werkstück- Träger 13 weist an seiner Oberseite eine zweite Werkstück-Spann- Vorrichtung 17 auf, der eine zweite ebenfalls ein- oder zwei-achsige Werkstück-Dreh-Vorrichtung 17a zugeordnet ist. Die beiden Spann-

Vorrichtungen 16, 17 sind also einander zugewandt. Sie dienen zur Aufnahme eines ersten Werkstücks 18 bzw. eines zweiten Werkstücks 19.

In einem mittleren Bereich des Maschinen-Gestells 1, also zwischen dem ersten Werkstück- Schlitten 4 und dem zweiten Werkstück-Schlitten 8, ist am Maschinen-Gestell 1 ein horizontaler, sich also in einer x-z-Ebene erstreckender, Tisch 20 ausgebildet, auf dem mehrere Werkzeug- Spindel- Einheiten, nämlich eine erste Werkzeug-Spindel-Einheit 21, eine zweite Werkzeug- Spindel-Einheit 22 und eine dritte Werkzeug- Spindel-Einheit 23 angeordnet sind. Die Werkzeug-Spindel-Einheiten 21, 22, 23 weisen einen ersten Spindel-Träger 24 bzw. einen zweiten Spindel-Träger 25 bzw. einen dritten Spindel-Träger 26 auf, der jeweils in z-Richtung, also senkrecht zu der vertikalen x-y-Ebene, in der das erste Werkstück 18 und das zweite Werkstück 19 bewegt werden können, auf z-Führungs-Schienen 27 ver- schiebbar ist. Zum Antrieb dient jeweils ein z-Antriebs-Motor 28.

In jedem Spindel-Träger 24, 25, 26 sind mehrere - im vorliegenden Fall sechs - Werkzeug- Spindeln 29 angeordnet, die jeweils einzeln in z- Richtung gegenüber dem jeweiligen Spindel-Träger 24 bzw. 25 bzw. 26 aus einer zurückgezogenen Ruhestellung 30 in eine herausgeschobene Arbeitsstellung 31 und umgekehrt verschiebbar sind. Jede Werkzeug- Spindel 29 ist mit einer Werkzeug- Spann-Einrichtung 32 versehen, in die ein Werkzeug 33 eingespannt werden kann, wobei in der Praxis naturgemäß viele Werkzeuge 33 unterschiedlich sein werden. Im vorliegenden Fall können also achtzehn unterschiedliche Werkzeuge 33 eingespannt werden. Der Drehantrieb sämtlicher Werkzeug-Spindeln 29 einer Werkzeug- Spindel-Einheit 21 bzw. 22 bzw. 23 erfolgt mittels eines für jede Werkzeug-Spindel-Einheit 21 bzw. 22 bzw. 23 gemeinsamen Spindel- Antriebs- Motors 34, der an der Rückseite des jeweiligen Spindel-Trägers 24 bzw. 25

bzw. 26 angebracht ist. Derartige Werkzeug-Spindel-Einheiten sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 203 07 225 Ul oder der WO 2004/101219 Al oder der US 5,211,917 A (entsprechend DE 691 02 511 T2) oder der EP 1 275 456 A oder der DE 102 34 054 A, auf die insoweit verwiesen wird.

An einer - in Fig. 1 linken - Seite ist eine Belade- und Entlade-Station 35 in üblicher Weise ausgebildet, an der zu bearbeitende Werkstücke 18, 19 aufgenommen und bearbeitete Werkstücke 18, 19 abgelegt und abtransportiert werden können. Die Ausgestaltung solcher zur Zuführung von zu bearbeitenden Werkstücken und zum Abtransport von bearbeiteten Werkstücken dienenden Be- und Entlade- Stationen ist allgemein bekannt. Die Steuerung sämtlicher Antriebe der Werkzeugmaschine erfolgt über eine zentrale Steuerung 36.

Wie Fig. 1 entnehmbar ist, hat der erste Werkstück-Schlitten 4 in der Belade- und Entlade-Station 35 ein zu bearbeitendes erstes Werkstück 18 übernommen, das in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist. Dieser erste Werkstück-Schlitten 4 befindet sich nach Verfahren in x-Richtung mit diesem zu bearbeitenden ersten Werkstück 18 oberhalb der ersten Werkstück-Spindel- Einheit 21.

Anschließend wird der erste Werkstück-Träger 10 mit dem ersten Werkstück 18 nach unten in eine erste Bearbeitungs-Station vor die erste Werk- stück-Spindel-Einheit 21 verfahren, wie es in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt ist. Das in Einsatz kommende Werkzeug 33 befindet sich in seiner aus dem ersten Spindel-Träger 24 herausgefahrenen Arbeits-Position 31 , während sich die anderen nicht zum Einsatz kommenden Werkzeuge 33 in einer zurückgezogenen Ruhe-Position 30 befinden. In Fig. 2 handelt es sich

hierbei um das obere Werkzeug 33. Es erfolgt dann die Bearbeitung des ersten Werkstücks 18 mit dem in der Arbeits-Position 31 befindlichen Werkzeug 33, wobei der Vorschub des ersten Spindel-Trägers 24 in z- Richtung ausschließlich mittels des z-Antriebs-Motors 28 erfolgt. Es erfol- gen dann nacheinander mittels der weiteren Werkzeuge 33 an der ersten Werkzeug-Spindel-Einheit 21 Bearbeitungen des ersten Werkstücks 18. Im Anschluss danach wird der erste Werkstück- Träger 10 in y-Richtung nach oben verfahren und danach der erste Werkstück-Schlitten 4 in x-Richtung über die zweite Werkzeug-Spindel-Einheit 22. Dort erfolgt die Bearbeitung in der bereits geschilderten Weise. Anschließend erfolgt der Weitertransport des ersten Werkstücks 18 zur dritten Werkzeug- Spindel-Einheit 23, wo weitere Bearbeitungsschritte erfolgen. Anschließend wird der erste Werkstück-Träger 10 in y-Richtung nach oben verfahren, und zwar soweit, dass er kollisionsfrei gegenüber den Werkzeug- Spindel-Einheiten 21 bzw. 22 bzw. 23 zur Be- und Entlade- Station 35 zurücktransportiert werden kann. Der gesamte geschilderte Ablauf der verschiedenen Bearbeitungen von der Aufnahme des Werkstücks 18 in der Be- und Entlade-Station bis zur Abgabe des bearbeiteten Werkstücks 18 dort und der neuerlichen Aufnahme eines weiteren Werkstücks 18 erstreckt sich über eine Taktzeit T.

Das auf dem unteren zweiten Werkstück-Schlitten 2 befindliche zweite Werkstück 19 wird - bevorzugt - zeitlich um eine halbe Taktzeit T/2 versetzt auf der Maschine dem vergleichbaren Bearbeitungsablauf unterzogen. In Betracht kommen Phasenverschiebungen von 0,4 bis 0,6 T. Das zweite Werkstück 19 ist entweder dem ersten Werkstück 18 identisch oder - was in der Praxis der überwiegend vorkommende Fall ist - spiegelsymmetrisch hierzu ausgebildet. Derartige Werkstücke 18, 19 sind sehr oft Werkstücke, die paarweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Es können aber auch unterschiedliche Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden, vorausgesetzt,

dass die Taktzeit eines Bearbeitungs-Taktes etwa gleich ist und dass die jeweils erforderlichen Werkzeuge in geeigneter Form in den Werkzeug- Spindel-Einheiten eingespannt werden können.

Wie Fig. 1 entnehmbar ist, befindet sich zu dem Zeitpunkt, zu dem - wie geschildert - das erste Werkstück 18 bei der ersten Werkzeug-Spindel- Einheit 21 ankommt, bereits vor der zweiten Werkzeug-Spindel-Einheit 22. Die Bearbeitung an der ersten Werkzeug-Spindel-Einheit 21 hat also bereits stattgefunden, als ein erstes Werkstück 18 noch auf der zweiten Werk- zeug-Spindel-Einheit 22 oder der dritten Werkzeug-Spindel-Einheit 23 in jeweils einer zweiten Bearbeitungs-Station bearbeitet worden ist. Der Durchlauf des zweiten Werkstücks 19 durch die Werkzeugmaschine ist ansonsten identisch dem, wie er für das erste Werkstück 18 bereits beschrieben worden ist.

Je nach Organisation eines Gesamt-Fertigungsprozesses kann es naturgemäß sein, dass die Belade-Station an einem Ende der Werkzeugmaschine angeordnet ist und die Endlade-Station am anderen Ende. Der Bearbeitungsvorgang läuft - bezogen auf die beiden Werkstückträger 10 und 13 - gleich ab. Die fahren lediglich leer zur Belade-Station zurück.

Außer der geschilderten Parallel-Bearbeitung von zwei Werkstücken ist auch eine serielle Bearbeitung möglich. Hierbei wird ein vom ersten Werkstück-Träger 10 gehaltenes Werkstück nacheinander mehreren Bearbei- tungsschritten unterzogen und dann auf den zweiten Werkstück-Träger 13 übergeben. Bei einer solchen Betriebsweise ist eine sechs-seitige Bearbeitung von Werkstücken realisierbar.