PRUST, Dirk (Lohmehlenring 23, Tuttlingen, 78532, DE)
| Patentansprüche 1. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von eine Längsachse (34) aufweisenden schlanken Werkstücken (40), mit einer eine Werkzeugachse (17) definierenden Hauptspindel (15) zur Aufnahme eines Werkzeuges (16) für die Bearbeitung des Werkstückes (40), und mit zumindest einem ersten Werkstückhalter (25) zum Halten des Werkstückes (40), wobei der erste Werkstückhalter (25) und die Hauptspindel (15) relativ zueinander verschwenkbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Werkstückhalter (26) vorgesehen ist, der in der Längsachse (34) permanent koaxial zu dem ersten Werkstückhalter (25) ausgerichtet ist, und dass die beiden Werkstückhalter (25, 26) an einem gemeinsamen Träger (22) angeordnet sind, der um eine Schwenkachse (31) schwenkbar ist, die quer zu der Werkzeugachse (17) sowie quer zu der Längsachse (34) verläuft, wobei die beiden Werkstückhalter (25, 26) synchron miteinander verfahrbar sind. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (31) sowohl die Werkzeugachse (17) als auch die Längsachse (34) schneidet. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstückhalter (25, 26) an dem gemeinsamen Träger (22) derart angeordnet sind, dass sie relativ zueinander in einer ersten Linearachse (27, 28) verfahrbar sind, die quer zu der Schwenkachse (31) verläuft. 4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (22) linear in einer zweiten Linearachse (29) verfahrbar ist, die quer zu der Schwenkachse (31) verläuft. 5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Linearachse (27, 28, 29) parallel zueinander verlaufen. 6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (17) maschinenfest orientiert ist. 7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (22) an einer Rückwand (21) der Werkzeugmaschine (10) mittels einer Vorrichtung (36) angeordnet ist, die für eine Bewegung des Trägers (22) sowohl um die Schwenkachse (31) als auch längs einer quer zu der Schwenkachse (31) verlaufenden Linearachse (29) ausgelegt ist. 8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstückhalter (25, 26) in Richtung der Schwenkachse (31) über den Träger (22) vorstehen. 9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspindel (15) ausschließlich in Richtung der Werkzeugachse (17) sowie in Richtung der Schwenkachse (31) linear in einer jeweiligen Linearachse (z, y) verfahrbar ist. 10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstückhalter (25) zur Aufnahme des Werkstückes (40) ein Spannfutter aufweist, das um die Längsachse (34) drehangetrieben ist. 11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstückhalter (26) zur Aufnahme des Werkstückes (40) ein Spannfutter aufweist, das um die Längsachse (34) drehangetrieben ist. 12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstückhalter (25, 26) in ihrer Grundstellung koaxial zu der Längsachse (34) angeordnet sind. 13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Stangenhalter (23) zum Halten von Werkstückstangen (24) aufweist, von denen die Werkstücke (40) abgetrennt und bearbeitet werden. |
[OOOl] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von eine Längsachse aufweisenden schlanken Werkstücken, mit einer eine Werkzeugachse definierenden Hauptspindel zur Aufnahme eines Werkzeuges für die Bearbeitung des Werkstückes, und mit zumindest einem ersten Werkstückhalter zum Halten des Werkstückes, wobei der erste Werkstückhalter und die Hauptspindel relativ zueinander verschwenkbar angeordnet sind.
[0002] Eine derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus der EP 1 260 307 A2 bekannt. [0003] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden unter "schlanken Werkstücken" solche Werkstücke verstanden, deren Längserstreckung deutlich größer, vorzugsweise mindestens fünfmal größer ist als deren Querabmaße. Zu diesen schlanken Werkstücken zählen beispielsweise Turbinenschaufeln, Knochennägel etc.
[0004] Derartige Werkstücke werden in der Regel "von der Stange" bearbeitet, was bedeutet, dass den Werkzeugmaschinen Werkstückstangen zugeführt werden, von denen dann die Werkstücke bearbeitet werden. Diese Bearbeitung erfolgt im Stand der Technik häufig dergestalt, dass ein Teil der Bearbeitung stattfindet, solange das jeweilige Werkstück noch mit der Werkstückstange verbunden ist, während der restliche Teil der Bearbeitung erfolgt, nachdem das Werkstück von der Werkstückstange getrennt wurde.
[0005] In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 199 19 647 AI bekannt, bei einer Fahrständermaschine auf dem Maschinenbett eine Werkstückspannvorrichtung vorzusehen, die um eine horizontale Achse schwenkbar ist, so dass ein darin eingespanntes Werkstück sowohl längsseitig als auch an einer der Einspannstelle gegenüberliegenden Stirnseite von einem Werkzeug bearbeitet werden kann.
[0006] Um auch die sechste Werkstückseite bearbeiten zu können, ist eine Art Roboterarm vorgesehen, der nach Abschluss der Bearbeitung der fünf zunächst zugänglichen Seiten des Werkstückes dieses aus der Werkstückspannvorrichtung entnimmt und mit der bereits bearbeiteten Stirnseite zu vorderst in eine weitere Spannstation einlegt. Daraufhin lässt sich dann die sechste Seite bearbeiten.
[0007] Aus der DE 196 35 258 AI ist es ferner bekannt, das noch an der Werkstückstange befindliche Werkstück zusammen mit der Werkstückstange zu schwenken, so dass die vier Längsseiten sowie die vordere Stirnseite bearbeitet werden können, während das Werkstück noch mit der Werkstückstange verbunden ist. [0008] Um die insoweit beschriebene Bearbeitung von Werkstücken "von der Werkstückstange" zu vereinfachen, beschreibt die eingangs erwähnte EP 1 260 307 A2 eine Werkzeugmaschine, bei der auf dem Maschinenbett zwei Werkstückhalter vorgesehen sind, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. Der eine Werkstückhalter dient gleichzeitig als Stangehalter, in ihn wird die Werkstückstange bereitgehalten aber auch zunächst teilweise bearbeitet.
[0009] Der eigentliche Werkstückhalter ist um eine zu der Längsachse des Werkstückes senkrechte Achse dreh- oder verschwenkbar angeordnet. Er übernimmt das teilbearbeitete Werkstück, solange es noch mit der Werkstückstange verbunden ist. Danach wird das Werkstück von der Werkstückstange abgetrennt und dann an auch an der zweiten Stirnseite bearbeitet, die bis dato mit der Werkstückstange verbunden war.
[0010] Die Hauptspindel ist bei der bekannten Werkzeugmaschine in einem Spindelkopf gelagert, der um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist, die quer, also senkrecht sowohl zu der Werkzeugachse als auch zu der Längsachse des Werkstückes angeordnet ist, die Werkzeugachse jedoch nicht schneidet. Auf diese Weise können auch Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, die ansonsten ein Verschwenken des Werkstückes erfordern würden.
[0011] Die bekannte Werkzeugmaschine ermöglicht somit eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen an einem Werkstück, das noch mit der Stange verbunden ist, wobei nach dem Abtrennen des Werkstückes vielfältige weitere Bearbeitungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen, wenn das Werkstück in den anderen Werkstückhalter umgespannt wurde.
[0012] Die große Flexibilität der bekannten Werkzeugmaschine beruht insbesondere auf der Verwendung von zwei koaxial zueinander ausgerichteten Werkstückhaltern sowie dem schwenkbaren Spindelkopf. [0013] Bei der bekannten Werkzeugmaschine hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass beim Schwenken des Spindelkopfes jeweils Ausgleichsbewegungen in der x-, y- und z-Achse erforderlich sind, um mit dem Werkzeug weiterhin die ursprüngliche Bearbeitungsstelle an dem Werkstück bearbeiten zu können. Diese Ausgleichsbewegungen kosten Bearbeitungszeit und sind ggf. nachteilig für die Bearbeitungsgenauigkeit.
[0014] Ein weiterer Nachteil bei der bekannten Werkzeugmaschine ist darin zu sehen, dass die Zerspanungsleistung eines schwenkbaren Spindelkopfes in der Regel nicht so groß ist, dass damit auch schwer zerspanbare Werkstücke aus beispielsweise Titan bearbeitet werden können.
[0015] Schließlich ist ferner ein Nachteil bei den insoweit beschriebenen bekannten Werkzeugmaschinen insgesamt darin begründet, dass zur Bearbeitung der sechsten Seite, also der ursprünglichen Verbindungsstelle zu der Werkstückstange, entweder ein Verschwenken des abgetrennten Werkstückes über einen gesonderten Halter erforderlich ist, oder aber ein Umspannen des Werkstückes erfolgen muss, woraufhin dann der Spindelkopf zur Bearbeitung geschwenkt wird.
[0016] Auch hiermit sind zeitaufwändige Maßnahmen sowie Beeinträchtigungen der Genauigkeit insbesondere bei schwer zu zerspanenden Werkstücken verbunden.
[0017] Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei einfachem konstruktivem Aufbau auch schwer zerspanbare und ggf. schlanke Werkstücke mit hoher Genauigkeit und großer Bearbeitungsgeschwindigkeit bearbeitet werden können.
[0018] Bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zweiter Werkstückhalter vorgesehen ist, der in der Längsachse permanent koaxial zu dem ersten Werkstückhalter ausgerichtet ist, und dass der erste und der zweite Werkstückhalter an einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, der um eine Schwenkachse schwenkbar ist, die quer zu der Werkzeugachse sowie quer zu der Längsachse verläuft, wobei die beiden Werkstückhalter synchron miteinander verfahrbar sind.
[0019] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
[0020] Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, dass es insbesondere bei schlanken Werkstücken vorteilhaft ist, nicht den Spindelkopf zu schwenken, sondern das Werkstück. Aus diesem Grund sind die beiden Werkstückhalter permanent koaxial zueinander an einem gemeinsamen Träger angeordnet, der seinerseits schwenkbar ist.
[0021] Die synchrone Verfahrbarkeit der beiden Werkstückhalter ermöglicht es, den Prozesspunkt, also den Punkt, an dem das Werkzeug das Werkstück gerade bearbeitet, immer in die Nähe der Schwenkachse zu verschieben. Dabei können die Werkstückhalter auf dem Träger oder mit dem Träger synchron verschoben werden. Es ist auch möglich, die beiden Werkstückhalter relativ zueinander verschiebbar auf dem Träger anzuordnen, um den Abstand zwischen ihnen verändern zu können, das synchrone Verschieben aber dennoch durch den Träger zu bewirken.
[0022] Dabei kann vor jedem Bearbeitungsvorgang in die beiden Werkstückhalter ein unbearbeitetes Werkstück eingelegt werden. Wenn die beiden Werkstückhalter relativ zueinander verfahrbar sind, können auch Werkstücke unterschiedlicher Längen bearbeitet werden.
[0023] Die Werkzeugmaschine kann aber auch dazu eingerichtet sein, die Werkstücke von einer Werkstückstange zu bearbeiten, wozu dann ein Stangenhalter zum Halten von Werkstückstangen vorgesehen ist, von denen die Werkstücke abgetrennt und bearbeitet werden.
[0024] Das Werkstück wird dann nicht zusammen mit der Werkstückstange sondern erst nach dem Abtrennen von der Werkstückstange verschwenkt.
[0025] Damit ergeben sich zum einen Genauigkeitsvorteile, denn es ist genau eine Schwenkachse vorhanden, um die das Werkstück sowohl dann geschwenkt wird, wenn es nur in dem ersten Werkstückhalter aufgenommen ist, als auch dann, wenn es in beiden Werkstückhaltern oder nur in dem zweiten Werkstückhalter aufgenommen ist.
[0026] Der optional vorgesehene Stangenhalter dient ausschließlich dem Bereithalten der Werkstückstange. Schon wenn die freie Stirnseite der Werkstückstange, die nach dem Abtrennen des Werkstückes von der Stange zur 5. Seite des Werkstückes wird, bearbeitet wird, ist das vordere Ende der Werkstückstange in den ersten Werkstückhalter eingespannt. Damit wird die Bearbeitungsgenauigkeit durch den Stangenhalter nicht negativ beeinflusst sondern ausschließlich durch die beiden Werkstückhalter bestimmt.
[0027] Weil zwei Werkstückhalter an dem Träger vorgesehen sind, kann das Werkstück an seinen beiden Enden gehalten werden, was ebenfalls zur Genauigkeit der Bearbeitung insbesondere bei schlanken Werkstücken beiträgt.
[0028] Da die beiden Werkstückhalter permanent koaxial zueinander ausgerichtet sind, ergeben sich keine Genauigkeitsprobleme bei der Übergabe des Werkstückes, denn beide Werkstückhalter sind in ihrer Lage zueinander sowie zu der Schwenkachse justiert und verändern diese Lage nur gemeinsam. Zwar sind die beiden Werkstückhalter ggf. auch relativ zueinander verfahrbar, jedoch erfolgt dies dann an dem gemeinsamen Träger, so dass die dazu erforderlichen Führungsbahnen nur einmal justiert werden müssen, so dass sich im Betrieb keine Genauigkeitsprobleme ergeben.
[0029] Auf diese Weise ist also eine Bearbeitung der vier Längsseiten sowie der beiden Stirnseiten, also der fünften und der sechsten Seite, mit hoher Genauigkeit möglich, wobei nur geringe Zeitverluste durch Umspannen etc. zu verzeichnen sind.
[0030] Weil der Spindelkopf jetzt als sogenannter Starrkopf ausgebildet sein kann, kann er mit hoher Leistung ausgelegt werden, so dass er zum schnellen Zerspanen von Werkstücken aus beispielsweise Titan verwendet werden kann.
[0031] Ein weiterer Vorteil bei der neuen Werkzeugmaschine ist darin zu sehen, dass die Schwenkachse sowohl quer zu der Werkzeugachse als auch quer zu der Längsachse, also der Werkstückachse verläuft. Damit sind nur geringe Ausgleichsbewegungen erforderlich, wenn der Träger geschwenkt wird, denn das Schwenken erfolgt sozusagen immer sehr nahe am Prozesspunkt, also genau dort, wo die Bearbeitung stattfindet.
[0032] Die DE 10 2004 036 371 AI beschreibt eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen an ihren vier Umfangsseiten. Dazu sind zwei Werkstückhalter vorgesehen, die permanent koaxial zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Der Abstand zwischen den beiden Werkzeughaltern kann in geringem Maß dadurch verändert werden, dass zumindest einer der beiden Werkzeughalter auf dem Träger verschiebbar angeordnet ist.
[0033] Der Träger selbst ist um eine Schwenkachse verdrehbar, die quer zu der durch die beiden Werkstückhalter definierten Längsachse sowie quer zu der Werkzeugachse verläuft. [0034] Der Träger ist darüber hinaus längsverschieblich derart angeordnet, dass er in Richtung der liegenden Arbeitsspindel aus dem Arbeitsraum herausgefahren werden kann.
[0035] Eine Bearbeitung von schlanken Werkstücken ist bei der bekannten Werkzeugmaschine nicht vorgesehen. Die Relativbewegung der beiden Werkstücktische aufeinander zu bzw. voneinander weg dient lediglich dazu, eine werkstückspezifisch regelbare Spannkraft auf das Werkstück zu übertragen.
[0036] Ein synchrones Verfahren der beiden Werkstückhalter ist damit bei der bekannten Werkzeugmaschine nicht nur nicht vorgesehen, es würde sogar dem Zwecke der Verfahrbarkeit der beiden Werkstückhalter widersprechen. Zudem würde der kleine Verfahrweg des Werkstückhalters auf dem gemeinsamen Träger nicht ausreichen, um das Werkstück über seiner gesamten, zwischen den beiden Werkstückhaltern aufgespannten Länge relativ zu der Arbeitsspindel zu verfahren. Deshalb ist bei der bekannten Werkzeugmaschine die Arbeitsspindel zumindest in Richtung der Werkzeugachse sowie quer zu der Werkzeugachse, also quer zu der Richtung verfahrbar, in der der Träger aus dem Arbeitsraum herausgefahren werden kann.
[0037] In einer Weiterbildung ist es dabei bevorzugt, wenn die Schwenkachse sowohl die Werkzeugachse als auch die Längsachse schneidet.
[0038] Hier ist von Vorteil, dass die Schwenkachse sehr nahe am Prozesspunkt liegt, so dass nur minimale Ausgleichsbewegungen erforderlich sind, wenn während der Bearbeitung das Werkstück geschwenkt werden muss. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere bei langen und relativ dünnen, also bei schlanken Werkstücken aus.
[0039] Allgemein ist bevorzugt, wenn die beiden Werkstückhalter an dem gemeinsamen Träger derart angeordnet sind, dass sie relativ zueinander in einer ersten Linearachse verfahrbar sind, die quer zu der Schwenkachse verläuft, wobei vorzugsweise der Träger linear in einer zweiten Linearachse verfahrbar ist, die quer zu der Schwenkachse verläuft, wobei weiter vorzugsweise die erste und die zweite Linearachse parallel zueinander verlaufen.
[0040] Durch die unabhängige Verfahrbarkeit der beiden Werkstückhalter können die Werkstücke in großem Umfang und vor allem sehr schnell und ohne Genauigkeitsverlust zwischen den insgesamt beiden Werkstückhaltern hin- und hergeschoben und übergeben werden. Die erste Linearachse ist sozusagen die x-Achse der Werkzeugmaschine.
[0041] Wenn das Werkstück quer zu der Schwenkachse verfahren werden soll, um den Prozesspunkt nahe an der Schwenkachse zu halten, so kann dies über synchrones Verfahren der beiden Werkstückhalter erfolgen. Eine noch größere Bearbeitungsgenauigkeit ergibt sich jedoch, wenn die beiden Werkstückhalter nicht synchron gegenüber dem Träger verfahren werden, sondern wenn der Träger selbst verfahren wird.
[0042] Wenn die Linearachsen der beiden Werkstückhalter einerseits und des Trägers andererseits parallel zueinander verlaufen, gibt es auch keine Winkelfehler, die ausgeglichen werden müssten.
[0043] Diese Maßnahmen tragen also insgesamt zur Erhöhung sowohl der Bearbeitungsgenauigkeit als auch der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei.
[0044] Weiter ist es bevorzugt, wenn die Werkzeugachse maschinenfest orientiert ist.
[0045] Unter„maschinenfest orientiert" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verstanden, dass die Werkzeugachse gegenüber dem Maschinengestell ihre winkelmäßige Ausrichtung nicht ändert, also beispielsweise permanent in z- Richtung ausgerichtet ist.. Hier ist mit anderen Worten also von Vorteil, dass der Spindelkopf nicht als Schwenkkopf ausgebildet ist, so dass er für höhere Zerspanungsleistungen ausgelegt werden kann. Dies erhöht zum einen die Bearbeitungsgeschwindigkeit insbesondere bei Werkstücken aus schwer zerspanbarem Material wie Titan. Zum anderen wird die Bearbeitungsgenauigkeit positiv beeinflusst, denn der wegen der hohen Zerspanungsleistung schwere Spindelkopf muss nicht geschwenkt werden, was im Stand der Technik zu entsprechenden Problemen führt.
[0046] Ferner ist es bevorzugt, wenn der Träger an einer Rückwand der Werkzeugmaschine mittels einer Vorrichtung angeordnet ist, die für eine Bewegung des Trägers sowohl um die Schwenkachse als auch längs einer quer zu der Schwenkachse verlaufenden Linearachse ausgelegt ist, wobei insbesondere die beiden Werkstückhalter in Richtung der Schwenkachse über den Träger vorstehen.
[0047] Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass der Träger sozusagen an der Rückwand hängt, so dass bei der Bearbeitung entstehende Späne frei nach unten fallen können. Dies gilt insbesondere, wenn die beiden Werkstückhalter sozusagen „nach vorne" über den Träger vorstehen.
[0048] Dabei ist es allgemein bevorzugt, wenn die Hauptspindel ausschließlich in Richtung der Werkzeugachse sowie in Richtung der Schwenkachse linear in einer jeweiligen Linearachse verfahrbar ist.
[0049] Hier ist von Vorteil, dass nur zwei Linearachsen in dem Werkzeug zu realisieren sind, die andere Linearachse sowie die Schwenkachse liegen im Werkstück. Dies vereinfacht den Aufbau der neuen Werkzeugmaschine und sorgt für größere Bearbeitungsgenauigkeit, denn jede zusätzliche Linearachse für den Spindelkopf beeinträchtigt die Verfahrgenauigkeit des Spindelkopfes und damit die Bearbeitungsgenauigkeit. Mit anderen Worten, in Richtung der x-Achse muss nicht der schwere Spindelkopf verfahren werden, vielmehr wird das erheblich leichtere Werkstück in x- Richtung verfahren, was weniger Genauigkeitsprobleme mit sich bringt. [0050] Weiter ist es bevorzugt, wenn der erste und/oder der zweite Werkstückhalter zur Aufnahme des Werkstückes ein Spannfutter aufweisen, das um die Längsachse drehangetrieben ist.
[0051] Hier ist von Vorteil, dass das Werkstück in einer Aufspannung an seinen Längsseiten bearbeitet werden kann.
[0052] Schließlich ist es bevorzugt, wenn die beiden Werkstückhalter in ihrer Grundstellung koaxial zu der Längsachse angeordnet sind.
[0053] Dies ermöglicht eine einfache, schnelle und genaue Übergabe des vorderen Endes einer Werkstückstange an den ersten und zweiten Werkstückhalter.
[0054] Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
[0055] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0056] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der neuen Werkzeugmaschine;
Fig. 2 die Werkzeugmaschine aus Fig. 1 gesehen längs der Linie II-II aus
Fig. 1;
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht wie in Fig. 1 die neue Werkzeugmaschine, wobei nur die Hauptspindel, der Stangehalter und die beiden Werkstückhalter gezeigt sind, in verschiedenen Stadien der Bearbeitung eines Werkstückes;
Fig. 4 eine Darstellung wie Fig. 3, in weiteren Stadien der Bearbeitung des
Werkstückes;
Fig. 5 eine Darstellung wie in den Fig. 3 und 4, wobei dort das Werkstück geschwenkt wurde;
Fig. 6 eine Darstellung wie Fig. 5, wobei das Werkstück weiter geschwenkt und linear verschoben wurde; und
Fig. 7 eine Darstellung wie Fig. 3 und 4, wobei das fertig bearbeitete
Werkstück an eine Transportvorrichtung übergeben wird.
[0057] In Fig. 1 ist mit 10 schematisch eine Werkzeugmaschine bezeichnet, die in Vorderansicht dargestellt ist.
[0058] Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ein lediglich schematisch angedeutetes Maschinengestell 11, an den in an sich bekannter Weise alle anderen Komponenten der Werkzeugmaschine 10 entweder starr oder beweglich angeordnet sind.
[0059] Zu diesen Komponenten zählt ein Ständer 12, an dem ein Spindelkopf 14 gelagert ist, der eine Hauptspindel 15 trägt, in die in an sich bekannter Weise ein Werkzeug 16 eingespannt ist.
[0060] Ferner ist ein Werkzeugmagazin 13 vorgesehen, das lediglich schematisch angedeutet ist. Das Werkzeugmagazin 13 trägt in an sich bekannter Weise weitere Werkzeuge, die gegen das Werkzeug 16 ausgewechselt werden, um verschiedene Bearbeitungen vornehmen zu können. [0061] Der Spindelkopf 14 ist in Längsrichtung 17 des Werkzeuges 16, also in Richtung der z-Achse 18 verfahrbar an dem Ständer 12 gelagert. Der Ständer selbst ist in Richtung der y-Achse 19 verfahrbar, die bei der Darstellung der Fig. 1 in die Zeichnung hineinführt.
[0062] Das Maschinengestell 11 trägt ferner eine Rückwand 21, an der ein Träger 22 gelagert ist. In Fig. 1 links neben dem Träger 22 ist ein Stangenhalter 23 maschinenfest angeordnet. Dem Stangenhalter 23 wird von links eine Werkstückstange 24 zugeführt, von der in noch zu beschreibender Weise Werkstücke bearbeitet werden sollen. Zur Aufnahme der Werkstückstange 24 ist der Stangenhalter 23 mit einem an sich bekannten und nicht weiter dargestellten Spannfutter ausgerüstet.
[0063] Der Stangenhalter 23 kann zum Beladen mit der Werkstückstange 24 schwenkbar ausgelegt sein, in seiner in Fig. 1 gezeigten Grundstellung befindet er sich jedoch während der Bearbeitung der Werkstückstange 24.
[0064] An dem Träger 22 sind ein erster Werkstückhalter 25 sowie koaxial dazu ein zweiter Werkstückhalter 26 angeordnet, in die die Werkstückstange 24 in noch zu beschreibender Weise hineingeschoben und eingespannt wird, um ihr vorderes Ende dann zu bearbeiten.
[0065] Die Werkstückhalter 25 und 26 sind jeweils linear in Richtung einer ersten Linearachse verfahrbar, was durch die Doppelpfeile 27 und 28 angedeutet ist. Darüber hinaus ist aber auch der Träger 22 linear in Richtung einer zweiten Linearachse verfahrbar, was durch einen Doppelpfeil 29 angedeutet ist. In der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung entsprechen die parallel zueinander verlaufenden Linearachsen 27, 28, 29 der üblichen x-Achse, die quer sowohl zu der z-Achse 18 als auch zu der y-Achse 19 verläuft. [0066] Auf diese Weise ist es also möglich, die Werkzeughalter 25 und 26 relativ zueinander und synchron miteinander zu verfahren.
[0067] Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Träger 22 selbst linear verfahrbar ist, das synchrone Verfahren der beiden Werkstückhalter 25 und 26 kann auch dadurch realisiert werden, dass ihre eigenen Antriebe, die in den Figuren nicht dargestellt sind, synchron angesteuert werden. Eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit ergibt sich jedoch, wenn das synchrone, lineare Verfahren über den Träger 22 erfolgt.
[0068] Um ein Werkstück in verschiedenen Winkellagen bearbeiten zu können, ist bei der Werkzeugmaschine 10 nicht der Spindelkopf 14, sondern der Träger 22 schwenkbar gelagert, was durch eine Schwenkachse 31 angedeutet ist. Die Verschwenkbarkeit des Trägers 22 ist durch einen Doppelpfeil 32 angedeutet.
[0069] Dies bedeutet, dass der Spindelkopf 14 die Werkzeugachse maschinenfest ausgerichtet hält, also nicht mehr als Schwenkkopf ausgebildet ist. Damit kann der Spindelkopf 14 für große Zerspanungsleistungen ausgelegt werden, ohne dass solche Genauigkeitsprobleme bei der Bearbeitung zu befürchten wären, die mit dem Schwenken schwerer Spindelköpfe einhergehen.
[0070] An dem Träger 22 ist noch eine gemeinsame Führung 33 für die beiden Werkstückhalter 25 und 26 angedeutet. Alternativ ist es auch möglich, die Werkzeughalter 25 und 26 jeweils auf einer eigenen Trägerplatte anzuordnen und diese beiden Trägerplatten gegeneinander verschiebbar auszubilden, wobei die beiden Trägerplatten wiederum an einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, der um die Schwenkachse 31 verschwenkbar und in Richtung der Linearachse 29 verfahrbar ist.
[0071] In ihrer in Fig. 1 gezeigten Grundstellung sind die beiden Werkstückhalter 25 und 26 koaxial zu dem Stangenhalter 23 bzw. der darin angeordneten Werkstückstange 24 ausgerichtet. Bei 34 ist eine Längsachse gezeigt, die in Fig.l sowohl der Längsachse der Werkstückstange 24 als auch der Längsachse entspricht, längs der die beiden Werkstückhalter 24, 26 an dem Träger 22 koaxial zueinander und relativ zueinander verfahrbar angeordnet sind.
[0072] Aus Fig. 1 ist noch zu entnehmen, dass die Schwenkachse 31 sowohl die Längsachse 34 als auch die Werkzeugachse 17 schneidet.
[0073] In Fig. 2 ist die Werkzeugmaschine 10 aus Fig. 1 in einer schematischen Ansicht längs der Linie II-II aus Fig. 1 gezeigt.
[0074] In Fig. 2 ist zu erkennen, dass der Träger 22 an der Rückwand 21 mittels einer Vorrichtung 36 befestigt ist, die sowohl zum Schwenken des Trägers 22 um die Schwenkachse 31 als auch zum Verfahren des Trägers 22 in Richtung der Linearachse 29 dient. Der genaue Mechanismus, wie die Vorrichtung 36 aufgebaut ist, ist an sich bekannt und daher in den Figuren nicht gezeigt.
[0075] In Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich die drei Achsen 17, 31 und 34 schneiden, wobei dies natürlich nur für eine Position des Spindelkopfes 14 in y- Richtung 19 zutrifft.
[0076] Ferner ist zu erkennen, dass der erste und der zweite Werkstückhalter 25, 26 in Richtung der Schwenkachse 31 über den Träger 22 vorstehen, so dass bei der Bearbeitung entstehende Späne frei nach unten fallen können, ohne sich auf dem Träger 22 anzusammeln.
[0077] Anhand der Fig. 3 bis 6 soll jetzt zunächst beschrieben werden, wie mit der Werkzeugmaschine 10 ein schlankes Werkstück von der Werkstückstange 24 bearbeitet werden kann.
[0078] Dazu ist in Fig. 3 eine sehr schematische Ansicht gezeigt, in der nur die Hauptspindel 15 sowie das darin eingespannte Werkzeug 16, der Stangenhalter 23, die beiden Werkstückhalter 24, 25 sowie deren jeweilige Bewegungen gezeigt sind.
[0079] In Fig. 3a wurde der erste Werkstückhalter 25 zunächst so weit nach links bewegt, dass er die Werkstückstange 24 an ihrem vorderen Ende 37 aufnehmen und einspannen kann. Die Bewegung des Werkstückhalters 25 relativ zu dem in Fig. 3 nicht gezeigten Träger 22 ist durch den Pfeil 27 angedeutet.
[0080] Das vordere Ende 37 der Werkstückstange 24 weist noch einen Verbindungssteg 38 auf, an dem das zuvor bearbeitete Werkstück abgetrennt wurde, wie dies weiter unten noch beschrieben wird.
[0081] In Fig. 3b wurde der erste Werkzeughalter 25 dann so weit nach rechts bewegt, dass sich das vordere Ende 37 der Werkstückstange 24 unmittelbar unter dem Werkzeug 16 befindet, wobei die Werkstückstange 24 nach rechts durch den Stangenhalter 24 hindurchgezogen wurde.
[0082] Der Stangenhalter 23 dient dabei lediglich der Bereitstellung der Werkstückstange 24. Eine Bearbeitung der Werkstückstange 24 erfolgt erst, nachdem zumindest ihr vorderes Ende 37 in den ersten Werkstückhalter 25 eingespannt wurde, der somit für die exakte Positionierung des vorderen Endes 37 sorgt.
[0083] Das vordere Ende 37 der Werkstückstange 24 kann jetzt bearbeitet werden, wobei insbesondere der Verbindungssteg 38 entfernt wird. Dazu kann die gesamte Werkstückstange 24 um ihre Längsachse 34 gedreht werden, was durch einen Doppelpfeil 39 angedeutet ist. Diese Drehung oder Rotation der Werkstückstange 24 um ihre Längsachse 34 erfolgt über den Werkstückhalter 25, der dazu als Rundtisch ausgebildet ist. Im Gegensatz dazu ist der Stangenhalter 23 lediglich mit einem Spannfutter versehen, das drehbar und gegen Drehung arretierbar ist, aber keinen eigenen Antrieb aufweisen muss. [0084] Der erste Werkstückhalter 25 kann die Werkstückstange 24 dabei auch mit einer für Drehbearbeitung erforderlichen Drehzahl in Rotation versetzen.
[0085] Nachdem gemäß Fig. 3b die Werkstückstange 24 an ihrem vorderen Ende 37 bearbeitet wurde, wird der zweite Werkstückhalter 26 so weit nach links bewegt, dass er das vordere Ende 37 der Werkstückstange aufnehmen und einspannen kann. Dieser Zustand ist in Fig. 3c gezeigt, wo die beiden Werkzeughalter 25 und 26 nahe aneinander liegen. Die dazu erforderliche Bewegung des Werkzeughalters 26 ist durch den Pfeil 28 angedeutet.
[0086] Der zweite Werkstückhalter 26 wird jetzt nach rechts bewegt, was in Fig. 4a durch den Pfeil 28 dargestellt ist. Auf diese Weise wird die Werkstückstange 24 durch den Stangenhalter 23 sowie den ersten Werkstückhalter 25 hindurch nach rechts gezogen, so dass sich das vordere Ende 37 der Werkstückstange 24 als Werkstück 40 zwischen den beiden Werkstückhalter 25 und 26 befindet.
[0087] In Fig. 4a ist weiter zu erkennen, dass mittels des Werkzeuges 16 die Werkstückstange 24 jetzt so weit durchtrennt wird, bis sich der Verbindungssteg 38' bildet, über den das Werkstück 40 noch mit der Werkstückstange 24 verbunden ist. In diesem Zusammenhang kann die Werkstückstange 24 wieder um ihre Längsachse 34 gedreht werden, wozu der als Rundtisch ausgebildete Werkstückhalter 25 verwendet wird.
[0088] Als nächstes wird der zweite Werkstückhalter 26 dann gemäß Fig. 4b so weit nach links bewegt, dass der Verbindungssteg 38' links von dem ersten Werkstückhalter 25 zu liegen kommt.
[0089] Das Werkstück 40 wird nun von der Werkstückstange 24 getrennt, indem der Stangenhalter 23 gegen Rotation blockiert und der Rundtisch in dem Werkstückhalter 25 um die Längsachse 34 gedreht wird, was durch einen Pfeil 39 angedeutet ist. Auf diese Weise wird der dünne Verbindungssteg 38' "abgeknackt". [0090] Alternativ ist es auch möglich, zwischen dem Stangenhalter 23 und dem ersten Werkstückhalter 25 eine in Fig. 4b schematisch angedeutete Säge 41 vorzusehen, über die entweder die gesamte Werkstückstange 24 oder aber nur der Verbindungssteg 38' durchtrennt werden.
[0091] Nachdem das Werkstück 40 nunmehr von der Werkstückstange 24 getrennt wurde, wird der zweite Werkstückhalter 26 wieder nach rechts bewegt, was in Fig. 4c durch einen Pfeil 28 angedeutet ist. Das Werkstück 40 befindet sich nunmehr vollständig zwischen den beiden Werkstückhaltern 25 und 26. Es ist zu erkennen, dass es sich bei dem Werkstück 40 um ein schlankes Werkstück handelt, dass in Richtung der Längsachse 34 erheblich größer ist als in den Richtungen quer zu der Längsachse 34.
[0092] An der verbleibenden Werkstückstange 24 ist erneut der verbleibende Verbindungssteg 38' zu erkennen.
[0093] Das Werkstück 40 ist nunmehr in den beiden Werkstückhaltern 25 und 26 eingespannt, wobei die in dem Werkstückhalter 26 befindliche Stirnseite des Werkstückes 40 bereits bearbeitet wurde, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 3b geschildert wurde.
[0094] Das Werkstück 40 wird nunmehr an seinen vier Längsseiten dadurch bearbeitet, dass die beiden Werkstückhalter 25 und 26 gegenüber dem Träger 22 einerseits synchron längs der hier schwenkbaren Linearachse 29 verfahren werden, andererseits gemeinsam um die Schwenkachse 31 verschwenkt werden.
[0095] Diese Situation ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt, die unterschiedliche Positionen des Werkstückes 40 unter dem Werkzeug 16 zeigen.
[0096] Durch Bewegung in Richtung der Pfeile 29 sowie 32 wird dafür gesorgt, dass der jeweils zu bearbeitende Punkt an dem Werkstück 40 immer unmittel- bar unter dem Werkzeug 16 liegt, so dass in dem Werkzeug 16 selbst keine x- Achse oder eine x- Achse mit nur geringem Verfahrweg realisiert werden muss.
[0097] Mit anderen Worten, die Werkzeugmaschine 10 vereinigt zwei übliche Linearachsen in dem Werkzeug 16, nämlich die z-Achse 18 sowie die y-Achse 19, während die x-Achse 29 sowie die Schwenk-Achse 32 in dem Werkstück 40 durch die Verfahrbarkeit und Schwenkbarkeit des Trägers 22 realisiert sind.
[0098] Bei diesem Verschwenken des Werkstücks 40 sind nur geringe Ausgleichsbewegungen in x-, y- und z-Achse erforderlich, um den Prozesspunkt beizubehalten, was zum einen einen Geschwindigkeitsvorteil bringt, zum anderen aber auch für hohe Genauigkeit selbst bei großen Zerspanungsleistungen sorgt.
[0099] Ferner kann das Werkstück 40 um die Längsachse 34 gedreht oder für eine Drehbearbeitung in Rotation versetzt werden. Dazu können beide oder einer der beiden Werkstückhalter 25, 26 mit einem Spannfutter mit Rundtisch ausgerüstet sein.
[00100] Wenn das Werkstück 40 an seinen Längsseiten dann vollständig fertig bearbeitet wurde, kann es noch an seiner zweiten Stirnseite bearbeitet werden, wozu der erste Werkstückhalter 25 das Werkstück 40 freigibt und weiter von dem zweiten Werkzeughalter 26 wegfährt. Zuvor kann das Werkstück 40 noch weiter durch den zweiten Werkstückhalter 26 hindurch nach rechts bewegt werden.
[00101] Danach wird das Werkstück 40 an eine Transportvorrichtung 42 übergeben, wie dies schematisch in Fig. 7 gezeigt ist. Dazu wird der Träger 22 wieder in horizontale Ausrichtung, also in die Grundstellung der Fig. 1 bis 4 gebracht, und der erste Werkstückhalter 25 dann in Fig. 7 ganz nach rechts bewegt, was durch den Pfeil 27 angedeutet ist. Die beiden Werkstückhalter 25 und 26 öffnen dann ihre Spannfutter, woraufhin die Transportvorrichtung 42 das Werkstück 40 in Fig. 7 nach rechts entnimmt, was lediglich schematisch angedeutet ist. [00102] Als nächstes fährt der Werkstückhalter 25 jetzt in Fig. 7 ganz nach links und übernimmt das neue vordere Ende 37' der Werkstückstange 27, so dass der Prozess gemäß Fig. 3a mit der Bearbeitung des nächsten Werkstückes fortgesetzt wird.
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