PAUSE, Bernhard (In der Heinrichsburg 34/5, Mosbach, 74821, DE)
| Patentansprüche 1. Werkzeugmaschine zur Mehrstationen-Bearbeitung von Werkstücken mit - einem Grundgestell (3), - einem Spindelträger (4; 4c), welcher ~ eine in einer vertikalen z-Richtung verlaufende Schwenkachse (6) aufweist und -- an dem Grundgestell (3) um die Schwenkachse (6) verschwenk- bar angeordnet ist, - mindestens einer Arbeitsspindel (5; 5, 55) zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken (2), welche ~ um eine in der z-Richtung verlaufende Spindelachse (7) dreh- antreibbar ist, — in der z-Richtung linear verfahrbar und hängend an dem Spindelträger (4; 4c) angeordnet ist, und ~ zusammen mit dem Spindelträger (4; 4c) um die Schwenkachse (6) derart verschwenkbar ist, dass die Spindelachse (7) entlang eines Kreisbogens (8) verfahrbar ist, und - mehreren entlang des Kreisbogens (8) an dem Grundgestell (3) angeordneten Bearbeitungs-Stationen (23, 24, 25; 23a, 24, 25; 23b, 24, 25) zur Bearbeitung der Werkstücke (2), und - einer Steuereinheit (45) zum Steuern der Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass - die mindestens eine Arbeitsspindel (5; 5, 55) ausschließlich in der z- Richtung linear verfahrbar ist, so dass die Spindelachse (7) ausschließlich entlang des Kreisbogens (8) verfahrbar ist, - mindestens eine der Bearbeitungs-Stationen (24, 25; 23a, 24, 25) linear nicht verfahrbar an dem Grundgestell (3) angeordnet ist, - die Steuereinheit (45) derart ausgebildet ist, dass während der Bearbeitung der Werkstücke (2) an dieser mindestens einen Bearbeitungs-Station (24, 25; 23a, 24, 25) die Spindelachse (7) in einer horizontalen x- und y-Richtung ausschließlich entlang des Kreisbogens (8) durch Verschwenken des Spindelträgers (4; 4c) positionierbar ist, und - höchstens zwei Arbeitsspindeln (5; 5, 55) an dem Spindelträger (4; 4c) angeordnet sind. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Kreisbogens (8) eine Zufuhr- Station (20) zum Zufuhren der zu bearbeitenden Werkstücke (2) und eine Abfuhr- Station (21 ; 21a; 21b; 21c) zum Abfuhren der bearbeiteten Werkstücke (2) angeordnet ist. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (3) in Form eines Vielecks ausgebildet ist. 4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zufuhr-Station (20) und die Abfuhr- Station (21a; 21b; 21c) benachbart zueinander an einer gemeinsamen Seite des Grundgestells (3) angeordnet sind. 5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zufuhr-Station (20) und die Abfuhr- Station (21) an unterschiedlichen Seiten des Grundgestells (3) angeordnet sind. 6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stationen (20, 21, 23, 24, 25; 20, 21a, 23a, 24, 25; 20, 21b, 23b, 24, 25; 20, 21c, 23, 24, 25) an einer gemeinsamen Seite des Grundgestells (3) angeordnet sind, insbesondere eine linear nicht verfahrbare erste Bearbeitungs-Station (24, 25; 23a, 24, 25) und eine zweite Bearbeitungs-Station (23; 23b), die in mindestens einer ho- rizontalen Richtung verfahrbar ist. 7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschwenken des Spindelträgers (4) ein getriebeloser Direktantrieb (13a) vorgesehen ist. 8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spindelträger (4) genau eine Arbeitsspindeln (5) angeordnet ist. 9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spindelträger (4c) genau zwei in der z- Richtung unabhängig verfahrbare Arbeitsspindeln (5, 55) angeordnet sind. 10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Arbeitsspindeln (5, 55) einen ersten Versatz- Winkel (cpi) einschließen, der einem zweiten Versatz- Winkel (φ2) zwischen zwei Stationen (20, 21c, 23, 24) entspricht. 11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle B earbeitungs- Stationen (23a, 24, 25) linear nicht verfahrbar an dem Grundgestell (3) angeordnet sind. 12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bearbeitungs-Stationen (23) als Werkzeugrevolver (27) mit einer horizontal verlaufenden Revolverdrehachse (34) ausgebildet ist, der an einem Kreuzschlitten (26) angeordnet und in einer horizontalen x-Richtung und in der z-Richtung linear verfahrbar ist. 13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bearbeitungs-Stationen (25; 23a, 25) als Gegenspindel (42; 42, 46) mit einer in der z-Richtung verlaufenden Gegenspindelachse (44; 44, 47) ausgebildet ist, die stehend an dem Grundgestell (3) angeordnet ist. 14. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine der Bearbeitungs-Stationen (23b) als Werkzeughalter (50) ausgebildet ist, der horizontal in Richtung der mindestens einen Arbeitsspindel (5) linear verfahrbar ist. 15. Verfahren zur Mehrstationen-Bearbeitung von Werkstücken, umfas- send die Schritte: - Bereitstellen einer Werkzeugmaschine (1; Ia; Ib; Ic) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, - Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstückes (2) mittels der mindestens einen Arbeitsspindel (5; 5, 55), - Verschwenken des Spindelträgers (4; 4c) um die Schwenkachse (6) zu einer ersten, linear nicht verfahrbaren Bearbeitungs-Station (24, 25; 23a, 24, 25), - Bearbeiten des Werkstückes (2) mittels der ersten Bearbeitungs- Station (24, 25; 23a, 24, 25), wobei das Werkstück (2) während der Bearbeitung ausschließlich durch Verschwenken des Spindelträgers (4; 4c) entlang des Kreisbogens (8) in einer horizontalen x- und y- Richtung positioniert wird, und - Verschwenken des Spindelträgers (4; 4c) um die Schwenkachse (6) zu einer zweiten Bearbeitungs-Station (23, 24, 25; 23a, 24, 25; 23b, 24, 25). |
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken.
Aus der EP 0 985 487 A2 ist eine Werkzeugmaschine mit einer Spindeltrommel bekannt, an der hängend mehrere Arbeitsspindeln angeordnet sind. Die Spindeltrommel ist um eine vertikale Achse verdrehbar, sodass zu bearbeitende Werkstücke an mehreren Bearbeitungs-Stationen bearbeitet werden können. Zusätzlich ist eine Be- und Entlade-Station vorgesehen, sodass die Arbeitsspindeln eigenständig die zu bearbeitenden Werkstücke aufnehmen und nach der Bearbeitung wieder ablegen können. Die zu bear- beitenden Werkstücke durchlaufen in der Werkzeugmaschine einen Bearbeitungszyklus und werden durch Verschwenken der Spindeltrommel von einer Bearbeitungsposition in die nächste Bearbeitungsposition gebracht. In der jeweiligen Bearbeitungsposition ist die Spindeltrommel fixiert, sodass die Bearbeitung der Werkstücke erfolgen kann. Nachteilig bei der bekann- ten Werkzeugmaschine ist, dass die Spindeltrommel zusammen mit den Arbeitsspindeln eine große zu beschleunigende und abzubremsende Masse darstellen, sodass beim Beschleunigen und Abbremsen hohe Kräfte wirken und die Werkzeugmaschine dementsprechend massiv ausgebildet sein muss.
Aus der DE 101 53 807 Al ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine oder mehrere Arbeitsspindeleinheiten hängend an einer Brückeneinheit angeordnet sind. Die Brückeneinheit ist um eine vertikale Achse verschwenkbar, so dass die Arbeitsspindeleinheit bzw. Arbeitsspindelein- heiten innerhalb verschiedener Bearbeitungssektoren angeordnet werden können. Jede Arbeitsspindeleinheit ist relativ zu der vertikalen Achse in radialer Richtung sowie in vertikaler Richtung an der Brückeneinheit verfahrbar. Nachteilig bei der bekannten Werkzeugmaschine ist, dass deren Aufbau aufgrund der Brückeneinheit mit den radial verfahrbaren Arbeitsspindeleinheiten aufwändig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zur Mehrstationen-Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, die einfach aufgebaut und dementsprechend kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass an dem Spindelträger höchstens zwei Arbeitsspindeln angeordnet sind, kann der Spindelträger deutlich ein- facher ausgebildet werden, sodass die zu beschleunigende und abzubremsende Masse gering ist. Der gesamte Aufbau der Werkzeugmaschine kann hierdurch vereinfacht werden. Darüber hinaus kann durch die Ausbildung der Steuereinheit die Schwenkachse nicht nur zum Verfahren der jeweiligen Arbeitsspindel von einer Bearbeitungsposition in die nächste Bearbei- tungsposition eingesetzt werden, sondern auch zum Positionieren des zu bearbeitenden Werkstückes relativ zu einem Werkzeug. Die Schwenkachse des Spindelträgers ist somit eine vollwertige rotatorische Bearbeitungsachse (C-Achse). Hierdurch ist eine Vereinfachung der Bearbeitungs-Stationen möglich, da im Stand der Technik erforderliche lineare Zustell-Achsen ent- fallen können. Während im Stand der Technik bei einer Drehbearbeitung des Werkstücks das Werkzeug zu dem in der festen Bearbeitungsposition befindlichen Werkstück hin zugestellt werden musste, wird nun das Werkstück durch Verschwenken des Spindelträgers um die Schwenkachse zu dem in einer festen Position befindlichen Werkzeug hin zugestellt. Da- durch, dass an dem Spindelträger höchstens zwei Arbeitsspindeln angeordnet sind, ist beim Verschwenken des Spindelträgers die Bearbeitung von höchstens zwei Werkstücken zu koordinieren, was durch eine entsprechende Ausgestaltung der Steuereinheit und der Bearbeitungs-Stationen mög- lieh ist. Zur Mehrstationen-Bearbeitung eines Werkstückes ist somit lediglich die numerisch gesteuerte Schwenkachse (C-Achse) des Spindelträgers und die numerisch gesteuerte lineare Achse (z-Achse) zum Verfahren der jeweiligen Arbeitsspindel in der z-Richtung erforderlich.
Dadurch, dass die Spindelachse in der horizontalen x- und der horizontalen y-Richtung, also entlang des Kreisbogens ausschließlich durch Verschwenken des Spindelträgers positionierbar ist, erfolgt die Bearbeitung eines Werkstückes an einer linear nicht verfahrbaren Bearbeitungs-Station ausschließlich durch die numerisch gesteuerte Schwenkachse (C-Achse) des Spindelträgers und/oder die numerisch gesteuerte lineare Achse (z- Achse), die durch die lineare Verfahrbarkeit der Arbeitsspindel in der z- Richtung bereitgestellt wird.
Dadurch, dass die Schwenkachse eine vollwertige Bearbeitungsachse ist, sind eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten mit einfach aufgebauten Bearbeitungs-Stationen möglich, die linear nicht verfahrbar, also in einer beliebigen linearen Richtung fest, an dem Grundgestell angeordnet sind. Hierdurch können lineare Bearbeitungsachsen zum Zustellen der Werkzeuge eingespart werden.
Zum Positionieren der Werkstücke während der Bearbeitung ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass eine Koordinatentransformation von einem kartesischen Koordinatensystem in ein Polarkoordinatensystem durchführbar ist. Lineare Bearbeitungskoordinaten, wie beispielsweise lineare Dreh- wege, können mittels der Steuereinheit somit in polare Koordinaten umgerechnet werden, womit die Steuereinheit dann das Verschwenken des Spindelträgers steuert. Dadurch, dass die jeweilige Arbeitsspindel hängend an dem Spindelträger angeordnet ist, bleibt die Möglichkeit der eigenstän- digen Werkstückzu- und -abfuhrung („Pick-up-Funktion") uneingeschränkt erhalten. Der Spindelträger ist vorzugsweise um 360° verschwenkbar, so- dass eine maximale Flexibilität bei der Bearbeitung der Werkstücke gewährleistet ist. Zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken kann an dem Grundgestell ein Reitstock mit einer in der z-Richtung verlaufenden Drehachse angeordnet sein. Durch Verschwenken des Spindelträgers kann das in der Arbeitsspindel aufgenommene wellenförmige Werkstück senkrecht fluchtend zum Reitstock angeordnet und durch Verfahren der Arbeitsspindel in der z-Richtung auf einer Zentrierspitze des Reitstocks positioniert werden, sodass eine Bearbeitung des wellenförmigen Werkstückes erfolgen kann. Hierdurch wird der Einsatzbereich der Werkzeugmaschine erweitert.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 ermöglicht eine einfache eigenständige Zu- und Abführung von Werkstücken.
Ein Grundgestell nach Anspruch 3 ermöglicht eine einfache seitliche Anordnung der Stationen an dem Grundgestell bzw. an den Seiten des Grundgestells.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 ermöglicht ein einfaches Zu- und Abführen von Werkstücken von einer Seite.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 ermöglicht einen Werkstück- fluss durch die Werkzeugmaschine. Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 ermöglicht die Anordnung einer Vielzahl von Stationen an dem Grundgestell. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an der gemeinsamen Seite des Grundgestells eine erste, linear nicht verfahrbare Bearbeitungs-Station und eine zweite, in mindestens einer horizontalen Richtung, also in der x- und/oder y-Richtung, verfahrbare zweite Bearbeitungs-Station angeordnet ist. In diesem Fall kann das gleichzeitige Bearbeiten eines Werkstückes mit zwei Werkzeugen bzw. Bearbeitungs-Stationen folgen. Das Verschwenken des Werkstückes auf- grund der Bearbeitung mit dem Werkzeug der ersten Bearbeitungs-Station kann durch ein lineares Verfahren des Werkzeuges der zweiten Bearbeitungs-Station kompensiert werden.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 ermöglicht ein schnelles und hochpräzises Verschwenken des Spindelträgers. Durch den getriebelosen Direktantrieb kann das zu bearbeitende Werkstück während seiner Bearbeitung hochpräzise durch Verschwenken des Spindelträgers relativ zu dem Werkzeug positioniert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Werkzeug bzw. die zugehörige Bearbeitungs-Station linear nicht verfahrbar ist, so dass das Positionieren des Werkstückes in der horizontalen x- und y-Richtung ausschließlich durch Verschwenken des Spindelträgers erfolgt. Darüber hinaus ermöglicht der Direktantrieb ein schnelles Verschwenken des Spindelträgers. Dies wird durch die relativ geringe zu beschleunigende und abzubremsende Masse des Spindelträgers begünstigt. Derartige Direktantriebe werden als Torque-Motoren bezeichnet. Zusätzlich kann das Verfahren der mindestens einen Arbeitsspindel durch einen z-Lineardirektantrieb erfolgen.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 ist kostengünstig herstellbar. Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 ist einfach und kostengünstig aufgebaut und ermöglicht die Bearbeitung von zwei Werkstücken.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 gewährleistet eine hohe Flexibilität bei der Bearbeitung von zwei Werkstücken. Während der Bearbeitung eines Werkstückes kann beispielsweise ein weiteres Werkstück aufgenommen oder abgelegt werden. Weiterhin können zwei Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 1 ist äußerst einfach aufgebaut, da keine der Bearbeitungs-Stationen lineare Bearbeitungsachsen aufweist.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 12 gewährleistet eine hohe Flexi- bilität bei der Bearbeitung der Werkstücke. Werden zwei Werkstücke gleichzeitig bearbeitet, kann das ungewollte Verschwenken des einen Werkstücks aufgrund der Bearbeitung des anderen Werkstücks durch ein lineares Verfahren des Werkzeugrevolvers ausgeglichen werden. Darüber hinaus können Werkstücke durch das Verfahren in x- und z-Richtung wel- lenförmig bearbeitet werden.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 ermöglicht eine Bearbeitung der Werkstücke mit einem drehangetriebenen Werkzeug. Die Gegenspindel ist vorzugsweise in beliebiger linearer Richtung fest an dem Grundgestell angeordnet. Insbesondere ist mit der Gegenspindel eine Polygon- Bearbeitung der Werkstücke möglich. Zur Ausbildung einer polygonalen Form wird in die Gegenspindel ein spanabhebendes Werkzeug zur Drehbearbeitung eingespannt. Das Werkstück und das Werkzeug rotieren mit einer Drehzahldifferenz, wobei durch Verschwenken des Spindelträgers ein Mittenachsenversatz zwischen der Spindelachse und der Gegenspindelachse erzeugt wird. Der Mittenachsenversatz entspricht der Sekante des durch das Verschwenken zurückgelegten Kreisbogens. Hinsichtlich der Grundlagen zur Herstellung von Werkstücken mit polygonaler Form wird auf die EP 0 907 458 B2 (entsprechend US 6 761 096 Bl) verwiesen.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 14 gewährleistet eine hohe Flexibilität bei der Bearbeitung der Werkstücke. Werden zwei Werkstücke gleichzeitig bearbeitet, so kann das ungewollte Verschwenken des einen Werkstücks aufgrund der Bearbeitung des anderen Werkstücks durch ein lineares Verfahren des Werkzeughalters kompensiert werden. Darüber hinaus ist bei einer entsprechenden Anordnung eines Drehwerkzeuges ein drallfreies Drehen möglich. Durch die lineare Verfahrbarkeit des Werkzeughalters horizontal in Richtung der mindestens einen Arbeitsspindel kann beim drallfreien Drehen die Spandicke eingestellt und/oder das
Drehwerkzeug für einen weiteren nachfolgenden Drehvorgang nachgestellt werden. Darüber hinaus können durch die lineare Verfahrbarkeit unterschiedliche Drehdurchmesser, also Absätze im Werkstück, erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Werkzeughalter in einer horizontalen y-Richtung ver- fahrbar, die im Wesentlichen senkrecht zu der x- und z-Richtung verläuft.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mehrstationen-Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, das mit einer einfach aufgebauten Werkzeugmaschine durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14 weitergebildet werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine in Fig. 1 ,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine in Fig. 3,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Werkzeugmaschine in Fig. 5 bei der Bearbeitung eines Werkstückes,
Fig. 7 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine in Fig. 5 im Be- reich einer Arbeitsspindel,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 9 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine in Fig. 8, und
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Eine Werkzeugmaschine 1 zur Mehrstationen-Bearbeitung von Werkstü- cken 2 weist ein Grundgestell 3 auf, an dem ein Spindelträger 4 mit einer Arbeitsspindel 5 angeordnet ist. Der Spindelträger 4 ist um eine in einer vertikalen z-Richtung verlaufende Schwenkachse 6 verschwenkbar an dem Grundgestell 3 angeordnet, sodass eine zu der Schwenkachse 6 radial beabstandete und parallel verlaufende Spindelachse 7 der Arbeitsspindel 5 entlang eines Kreisbogens 8 verfahrbar ist. Zum Verschwenken des Spindelträgers 4 ist an dem Grundgestell 3 ein als elektrischer Antriebsmotor ausgebildeter Verschwenkantrieb 9 angeordnet.
Der Spindelträger 4 ist nockenförmig ausgebildet und weist eine ebene Trägerwand 10 auf, an der zwei parallel zueinander in der z-Richtung verlaufende z-Führungsschienen 11 angeordnet sind. An der Arbeitsspindel 5 sind entsprechend ausgebildete z-Führungsschuhe 12 angeordnet, sodass die Arbeitsspindel 5 mittels eines z- Antriebs 13 in der z-Richtung linear verfahrbar ist. Der z- Antrieb 13 kann als elektrischer Antriebsmotor mit einer Kugelrollspindel — wie in Figur 1 gezeigt - oder hydraulisch ausgebildet sein.
Die Arbeitsspindel 5 ist hängend an dem Spindelträger 3 angeordnet und weist an einer dem Grundgestell 3 zugewandten Stirnseite eine Werkstück- Spanneinrichtung 14 auf, die mittels eines elektrischen Spindelantriebsmotors 15 um die Spindelachse 7 drehantreibbar ist.
Das Grundgestell 3 ist - in einer Draufsicht gemäß Fig. 2 betrachtet - als Viereck ausgebildet und weist vier Seitenwände auf, die im Einzelnen mit 16 bis 19 bezeichnet sind. An der ersten Seitenwand 16 ist eine Zufuhr- Station 20 in Form eines Transportbandes angeordnet, sodass die Werkstücke 2 in eine - in Fig. 2 gezeigte - Zuführposition bringbar sind, die auf dem Kreisbogen 8 liegt. In entsprechender Weise ist an der gegenüberlie- genden dritten Seitenwand 18 eine Abführ- Station 21 in Form eines Transportbandes angeordnet, sodass die Werkstücke 2 in eine - in Fig. 2 gezeigte - Abführposition entlang des Kreisbogens 8 bringbar sind. In einer Drehrichtung 22 betrachtet, sind zwischen der Zufuhr-Station 20 und der Abfuhr-Station 21 drei Bearbeitungs-Stationen entlang des Kreisbogens 8 an dem Grundgestell 3 angeordnet. Eine erste Bearbeitungs-Station 23 ist an einem der ersten Seitenwand 16 zugewandten Ende der zweiten Seitenwand 17 angeordnet. Entsprechend ist eine zweite Bearbeitungs-Station 24 an einem der dritten Seiten wand 18 zugewandten Ende der zweiten Seitenwand 17 angeordnet. Eine dritte Bearbeitungs-Station 25 ist zwischen der zweiten Bearbeitungs-Station 24 und der Abfuhr- Station 21 an der dritten Seitenwand 18 angeordnet.
Die erste B earbeitungs- Station 23 ist als auf einem Kreuzschlitten 26 angeordneter erster Werkzeugrevolver 27 ausgebildet. Der Kreuzschlitten 26 weist einen in der z-Richtung mittels eines z- Antriebsmotors 28 auf z-
Führungsschienen 29 verfahrbaren z-Schlitten 30 auf. Auf dem z-Schlitten 30 ist ein in einer horizontalen x-Richtung auf x-Führungsschienen 31 mittels eines x-Antriebsmotors 32 verfahrbarer x-Schlitten 33 angeordnet, an dem der erste Werkzeugrevolver 27 befestigt ist. Der erste Werkzeugrevol- ver 27 weist eine um eine erste Revolverdrehachse 34 mittels eines ersten Revolverantriebsmotors 35 drehantreibbare erste Revolverscheibe 36 auf. Die erste Revolverdrehachse 36 verläuft in der x-Richtung. An der ersten Revolverscheibe 36 sind mehrere Werkzeuge 37 radial und stirnseitig an- geordnet.
Die zweite Bearbeitungs-Station 24 ist als zweiter Werkzeugrevolver 38 ausgebildet, der linear nicht verfahrbar, also in einer beliebigen Richtung fest an dem Grundgestell 3 angeordnet ist. Der zweite Werkzeugrevolver 38 weist eine mit der ersten Revolverdrehachse 34 deckungsgleiche zweite Revolverdrehachse 39 auf, um die eine zweite Revolverscheibe 40 mittels eines zweiten Revolverantriebsmotors 41 drehantreibbar ist. Die Revolverdrehachsen 34, 39 verlaufen - in einer Draufsicht gemäß Fig. 2 betrachtet - jeweils tangential zu dem Kreisbogen 8. In der zweiten Revolverscheibe 40 sind radial und stirnseitig mehrere Werkzeuge 37 angeordnet.
Die dritte Bearbeitungs-Station 25 ist als eine Gegenspindel 42 ausgebildet, die mittels eines Gegenspindelantriebsmotors 43 um eine in der z-Richtung verlaufende Gegenspindelachse 44 drehantreibbar ist. In der Gegenspindel 42 ist ein als Schleifscheibe ausgebildetes Werkzeug 37 angeordnet. Alternativ zu der Schleifscheibe kann in der Gegenspindel 42 ein Bohr- oder Fräswerkzeug oder ein Mehrspindelkopf angeordnet sein. Die Gegenspindel 42 ist linear nicht verfahrbar, also in beliebiger Richtung fest, an dem Grundgestell 3 angeordnet. Die Gegenspindelachse 44 liegt — in einer Draufsicht gemäß Fig. 2 betrachtet - auf dem Kreisbogen 8.
Zum Steuern der Bearbeitung weist die Werkzeugmaschine 1 eine Steuereinheit 45 auf. Die Steuereinheit 45 ist derart ausgebildet, dass während der Bearbeitung der Werkstücke 2 die Spindelachse 7 entlang des Kreisbogens 8 durch Verschwenken des Spindelträgers 4 positionierbar ist, sodass ein in der Werkstück-Spanneinrichtung 14 aufgenommenes Werkstück 2 mit einer zur Bearbeitung ausreichenden Genauigkeit relativ zu dem jeweiligen Werkzeug 37 positionierbar ist. Hierzu ist in der Steuereinheit 45 eine Ko- ordinatentransformation implementiert, sodass in einem kartesischen Koordinatensystem vorliegende lineare Bearbeitungskoordinaten in polare Koordinaten eines Polarkoordinatensystems umrechenbar sind, mit denen das Verschwenken des Spindelträgers 4 mittels des Verschwenkantriebs 9 steuerbar ist. Das kartesische Koordinatensystem wird beispielsweise durch die x-Richtung, die z-Richtung und eine horizontale y-Richtung gebildet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Werkzeugmaschine 1 beschrieben. Zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstücks 2 wird der Spindelträger 4 zunächst in die Zufuhrposition verschwenkt, wo die Arbeits- spindel 5 in der z-Richtung nach unten verfahren und mittels der Werkstück-Spanneinrichtung 14 das Werkstück 2 aufgenommen wird. Anschließend wird die Arbeitsspindel 5 wieder in z-Richtung nach oben verfahren und der Spindelträger 4 in der Drehrichtung 22 derart verschwenkt, dass die Arbeitsspindel 5 zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungs- Station 23, 24 angeordnet ist. Dies ist in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Die Arbeitsspindel 5 wird zur Bearbeitung des Werkstückes 2 in der z-Richtung in eine erste Bearbeitungsposition abgesenkt. In dieser Bearbeitungsposition wird das Werkstück 2 mit den Werkzeugen 37 der einander zugewandten Werkzeugrevolvern 27, 38 bearbeitet. Die Bearbeitung mittels der Bearbei- tungs-Stationen 23, 24 kann nacheinander oder gleichzeitig erfolgen. Bearbeitungsschritte sind beispielsweise Bohren oder Drehen.
Das Zustellen des Werkstücks 2 zu dem entsprechenden Werkzeug 37 des zweiten Werkzeugrevolvers 38 erfolgt - soweit für den Bearbeitungsschritt nicht ausschließlich ein lineares Zustellen in der z-Richtung ausreichend ist - durch Verschwenken des Spindelträgers 4 um die Schwenkachse 6. Die Spindelachse 6 ist somit eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine 1. Zum Zustellen bzw. Positionieren des Werkstückes 2 werden die in dem kartesischen Koordinatensystem vorliegenden linearen Bearbeitungskoordinaten mittels der Steuereinheit 45 in polare Koordinaten umgerechnet und mittels dieser das Verschwenken des Spindelträgers 4 derart gesteuert bzw. geregelt, dass das Werkstück 2 während seiner Bearbeitung relativ zu dem ortsfesten Werkzeug 37 positioniert wird. Wird das Werkstück 2 gleichzeitig mit einem Werkzeug 37 des ersten Werkzeugrevolvers 27 bearbeitet, so kann das für diese Bearbeitung unerwünschte Verschwenken des Spindelträgers 4 durch die lineare Verfahr- barkeit des ersten Werkzeugrevolvers 27 in x-Richtung und/oder z- Richtung ausgeglichen werden. Zusätzlich ist mittels der ersten Bearbei- tungs-Station 23 eine wellenförmige Drehbearbeitung des Werkstücks 2 möglich.
Die Schwenkachse 6 (C-Achse), die lineare Achse der Arbeitsspindel 5 (z- Achse) sowie die linearen Achsen (x- und z-Achse) der ersten Bearbei- tungs-Station 23 stellen somit vier Bearbeitungsachsen bereit, sodass eine gleichzeitige Bearbeitung des Werkstücks 2 mit zwei Werkzeugschneiden möglich ist. Der erste Werkzeugrevolver 27 wird hierbei den Vorschubbewegungen um die Schwenkachse 6 und entlang der Spindelachse 7 nachgeführt. Hierdurch ist eine hohe Produktivität bei der Bearbeitung der Werkstücke 2 möglich.
Die numerisch gesteuerte Schwenkachse 6 wird auch als C-Achse bezeichnet. Nach der Bearbeitung in der ersten Bearbeitungsposition wird die Arbeitsspindel 5 angehoben und der Spindelträger 4 in der Drehrichtung 22 zu der dritten Bearbeitungs-Station 25 verschwenkt, wo das Werkstück 2 in einer zweiten Bearbeitungsposition bearbeitet wird. Mittels der Gegenspindel 42 wird das als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 37 drehangetrieben und das Werkstück 2 bearbeitet.
Nach dieser Bearbeitung wird die Arbeitsspindel 5 angehoben und der Spindelträger 4 in der Drehrichtung 22 in die Abfuhrposition verschwenkt, wo die Arbeitsspindel 5 abgesenkt und das fertig bearbeitete Werkstück 2 auf die Abfuhr-Station 21 abgelegt wird.
Anschließend wird der Spindelträger 4 wieder in die Zuführposition verschwenkt, wo mittels der Werkstück-Spanneinrichtung 14 das nächste zu bearbeitende Werkstück 2 aufgenommen wird. Das Verschwenken in die Zuführposition kann entweder in der Drehrichtung 22 erfolgen, sodass der Spindelträger 4 entlang des Kreisbogens 8 um 360° verschwenkt wird, oder entgegen die Drehrichtung 22, sodass der Spindelträger 4 lediglich entlang eines Teils des Kreisbogens 8 verschwenkt wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv un- terschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Im Unterschied zu dem ersten Ausfuhrungsbeispiel ist die als Transportband ausgebildete Abfuhr-Station 21a benachbart zu der Zufuhr-Station 20 an der ersten Seitenwand 16 angeordnet. Darüber hinaus ist der Verschwenkantrieb 9a als Direktantriebs- motor ausgebildet, der zum Verschwenken des Spindelträgers 4 getriebelos mit diesem verbunden ist. Ein derartiger Direktantriebsmotor wird auch als Torque-Motor bezeichnet. Entsprechend ist der z- Antrieb 13a als Linear- Direktantriebsmotor ausgebildet, sodass die Arbeitsspindel 5 ohne eine Kugelrollspindel elektrisch in der z-Richtung verfahrbar ist.
Weiterhin ist die erste Bearbeitungs-Station 23a als zweite Gegenspindel 46 ausgebildet, die um eine in der z-Richtung verlaufende zweite Gegenspindelachse 47 mittels eines zweiten Gegenspindelantriebsmotors 48 drehantreibbar ist. Die zweite Gegenspindelachse 47 liegt - in einer Draufsicht gemäß Figur 4 betrachtet - auf dem Kreisbogen 8. Die zweite Gegenspindel 46 ist linear nicht verfahrbar, also in beliebiger Richtung fest, an dem Grundgestell 3 angeordnet.
Nach dem Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstückes 2 wird der
Spindelträger 4 um die Schwenkachse 6 zu der ersten Bearbeitungs-Station 23a verschwenkt und die Arbeitsspindel 5 in der z-Richtung in eine erste Bearbeitungsposition gesenkt. Mittels der ersten Bearbeitungs-Station 23a erfolgt eine Drehbearbeitung des Werkstücks 2, wobei dieses mit einer po- lygonalen Innen- oder Außenkontur versehen wird. Hierzu werden die Arbeitsspindel 5 und die zweite Gegenspindel 46 in einer einheitlichen Drehrichtung 49 um ihre jeweiligen Spindelachsen 7, 47 mit einer Drehzahldifferenz drehangetrieben. Zum Erzeugen einer polygonalen Form wird durch Verschwenken des Spindelträgers 4 ein Mittenachsenversatz zwischen der Spindelachse 7 und der festen zweiten Gegenspindelachse 47 erzeugt. Das Berechnen des jeweils erforderlichen Mittenachsenversatzes erfolgt mittels der Steuereinheit 45, die die linearen Bearbeitungskoordinaten in entsprechende polare Koordinaten umrechnet und mit diesen das Verschwenken des Spindelträgers 4 steuert bzw. regelt. Hinsichtlich der Grundlagen zur Herstellung von Werkstücken 2 mit polygonaler Form wird auf die EP 0 907 458 B2 (entsprechend US 6 761 096 Bl) verwiesen.
Nach der Polygonbearbeitung des Werkstücks 2 wird dieses durch Ver- schwenken des Spindelträgers 4 in eine zweite Bearbeitungsposition zu der zweiten Bearbeitungs-Station 24 und anschließend in eine dritte Bearbeitungsposition zu der dritten Bearbeitungs-Station 25 verschwenkt, wo das Werkstück 2 in der bereits beschriebenen Weise bearbeitet wird. Anschließend wird das Werkstück 2 durch Verschwenken des Spindelträgers 4 in die Abfuhrposition gebracht und in dieser auf die Abführ- Station 21 a abgelegt. Der Spindelträger 4 kann hierzu in der Drehrichtung 22 oder entgegen die Drehrichtung 22 verschwenkt werden. Zur Aufnahme des nächsten zu bearbeitenden Werkstücks 2 wird der Spindelträger 4 in der Drehrichtung 22 in die Zuführposition verschwenkt. Hinsichtlich der weiteren Funkti- onsweise wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorausgegangenen
Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist die erste Bearbeitungs- Station 23b als Werkzeughalter 50 ausgebildet, der in der y-Richtung mittels eines y- Antriebsmotors 51 auf y-Führungsschienen 52 linear verfahrbar ist. Der Werkzeughalter 50 ist somit in Richtung der Arbeitsspindel 5 verfahrbar. In dem Werkzeughalter 50 ist ein Drehwerkzeug 53 angeordnet, dessen geradlinige Schneide 54 in einer durch die y- und z-Richtung gebildeten y- z-Projektionsebene parallel zu der Spindelachse 7 (vgl. Fig. 6) verläuft und in einer durch die x- und z-Richtung gebildeten x-z-Projektionsebene schräg in einem spitzen Winkel α zu der Spindelachse 7 (vgl. Fig. 7) verläuft.
Mittels der ersten Bearbeitungs-Station 23b ist ein drallfreies Drehen des Werkstücks 2 möglich. Hierzu wird das Werkstück 2 in der beschriebenen Weise in die erste Bearbeitungsposition gebracht und mittels der Arbeitsspindel 5 mit einer zum Drehen geeigneten Drehzahl drehangetrieben. Anschließend wird der Werkzeughalter 50 in der y-Richtung radial zu der Spindelachse 7 positioniert. Zum drallfreien Drehen des Werkstücks 2 wird der Werkzeughalter 50 in der gewünschten y-Position gehalten. Während des drallfreien Drehens erfolgt somit kein Verfahren des Werkzeughalters 50 in der y-Richtung. Aufgrund der Schrägstellung der Schneide 54 kommt diese beim Verschwenken des Spindelträgers 4 in der Drehrichtung 22 abschnittsweise mit dem Werkstück 2 in Eingriff, wobei hierdurch eine Drehbearbeitung des Werkstücks 2 über die gewünschte Länge im Wesent- liehen ohne Drall möglich ist. Ohne Drall bedeutet, dass Vorschubriefen um die Spindelachse 7, also um die z-Achse des Werkstückes 2, eine Steigung von 0° aufweisen. Durch das drallfreie Drehen kann bei einer Vielzahl von Werkstücken 2 eine Nachbearbeitung vermieden werden. Das Verfahren des Werkzeughalters 50 in der y-Richtung dient zum Einstellen einer Spandicke beim drallfreien Drehen oder zum Nachstellen der Schneide 54 für einen nachfolgenden Drehvorgang. Weiterhin können durch das Verfahren des Werkzeughalters 50 unterschiedliche Drehdurchmesser erzeugt werden. Das Verschwenken des Spindelträgers 4 wird in der beschriebenen Weise mittels der Steuereinheit 45 gesteuert bzw. geregelt. Hinsichtlich der weiteren Bearbeitung des Werkstücks 2 wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist an dem Spindelträger 4c zusätzlich zu der ersten Arbeitsspindel 5 eine zweite Arbeitsspindel 55 angeordnet. Die zweite Arbeitsspindel 55 ist entsprechend zu der ersten Arbeitsspindel 5 ausgebildet. Die Arbeitsspindeln 5, 55 sind unabhängig voneinander in der z-Richtung verfahrbar. Die Spindelachsen 7 der Arbeits- spindein 5, 55 schließen bezogen auf die Schwenkachse 6 einen ersten
Versatz- Winkel φi ein, der einem zweiten Versatz- Winkel φ 2 zwischen der Zufuhr-Station 20 und der Abführ- Station 21c sowie der ersten Bearbeitungs-Station 23 und der zweiten Bearbeitungs-Station 24 entspricht. Mit der Werkzeugmaschine Ic ist eine gleichzeitige Bearbeitung von zwei Werkstücken 2 möglich. Zunächst wird der Spindelträger 4c derart verschwenkt, dass sich die erste Arbeitsspindel 5 in der Zuführposition und die zweite Arbeitsspindel 55 in der Abführposition befindet. Mittels der ersten Arbeitsspindel 5 wird ein erstes zu bearbeitendes Werkstück 2 aufgenommen. Sofern in der zweiten Arbeitsspindel 55 ein fertig bearbeitetes Werkstück 2 aufgenommen ist, kann dieses gleichzeitig auf die Abfuhr- Station 21c abgelegt werden. Anschließend wird der Spindelträger 4c derart verschwenkt, dass sich die zweite Arbeitsspindel 55 in der Zuführposition befindet, wo diese ein zweites zu bearbeitendes Werkstück 2 aufnimmt. Anschließend wird der Spindelträger 4c so verschwenkt, dass sich die erste Arbeitsspindel 5 in der zweiten Bearbeitungsposition und die zweite Arbeitsspindel 55 in der ersten Bearbeitungsposition befindet. Dies ist in den Figuren 8 und 9 gezeigt. Die beiden Werkstücke 2 können nun mittels der ersten Bearbeitungs-Station 23 und der zweiten Bearbeitungs- Station 24 bearbeitet werden. Die erste Arbeitsspindel 5 wird während der Bearbeitung des Werkstücks 2 — sofern die Art der Bearbeitung dies erfordert - mittels des Spindelträgers 4c um die Schwenkachse 6 verschwenkt und somit das Werkstück 2 relativ zu dem Werkzeug 37 während der Bearbeitung positioniert. Das damit verbundene Verschwenken der zweiten Arbeitsspindel 55 und des entsprechenden Werkstücks 2 wird durch die erste B earbeitungs- Station 23 in der beschriebenen Weise kompensiert. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die Beschreibung der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 10 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten die- selben Bezugszeichen mit einem nachgestellten d. In Ergänzung zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine 1 d einen Reitstock 56 auf, der zwischen der ersten Bearbeitungs-Station 23 und der zweiten Bearbeitungs-Station 24 unterhalb von diesen an der zweiten Seitenwand 17 des Grundgestells 3 in der z-Richtung angeordnet ist. Der Reit- stock 56 weist eine Zentrierspitze 57 auf, die um eine in der z-Richtung verlaufende Reitstock-Drehachse 58 drehbar in dem Reitstock 56 gelagert ist. Zur Bearbeitung von langen und schlanken Werkstücken 2, beispielsweise von wellenförmigen Werkstücken 2, werden diese durch Verschwenken des Spindelträgers 4 um die Schwenkachse 6 derart fluchtend zu dem Reitstock 56 positioniert, dass die Spindelachse 7 mit der Reitstock-Drehachse 58 zusammenfällt. Anschließend wird das Werkstück 2 durch Absenken der Arbeitsspindel 5 in der z-Richrung auf der Zentrierspitze 57 angeordnet. Während der Bearbeitung des Werkstücks 2 wird dieses durch den Reitstock 56 stabilisiert. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die Beschreibung der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Das Verfahren zum drallfreien Drehen eines Werkstücks 2 ist grundsätzlich unabhängig von der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 1 zu sehen.
Entscheidend für das drallfreie Drehen ist die Stellung der Scheide 54 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück 2, wie dies in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, und die Relativbewegung zwischen der Schneide 54 und dem zu bearbeitenden Werkstück 2. Die Relativbewegung kann beispielsweise durch eine rotatorische Bewegung infolge eines Verschwenkens des Spindelträgers 4 erzeugt werden, wie dies im dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Alternativ kann die Relativbewegung auch durch eine lineare Bewegung, beispielsweise in x-Richtung, des Werkstückes 2 und/oder der Schneide 54 erzeugt werden. Weiterhin kann die Relativbewegung durch eine rotatorische Bewegung der Schneide 54 erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Schneide 54 relativ zu dem Werkstück 2 hin zustellbar, sodass die Spandicke eingestellt und/oder die Schneide 54 für eine nachfolgende Drehbearbeitung nachgestellt werden kann. Hierdurch sind insbesondere unterschiedliche Drehdurchmesser des Werkstücks 2 erzeugbar.
Next Patent: FLEXIBLE CONTAINER WITH INSERT PART