SOQUET, Michel (144 route de Perroud, Choisy, F-74330, FR)
MUGNIER, Rémi (10 chemin du Crêt Sedat, Seynod, F-74600, FR)
BRAUN, Karl-Heinz (Fritz-Präuner-Strasse 12, Hessigheim, 74394, DE)
MACHINES SERDI S.A. (23 avenue des Vieux Moulins, Annecy Cedex, F-74012, FR)
FRONIUS, Jürgen (Schulstrasse 7, Walheim/Neckar, 74399, DE)
SOQUET, Michel (144 route de Perroud, Choisy, F-74330, FR)
MUGNIER, Rémi (10 chemin du Crêt Sedat, Seynod, F-74600, FR)
BRAUN, Karl-Heinz (Fritz-Präuner-Strasse 12, Hessigheim, 74394, DE)
| Patentansprüche: 1 . Werkzeugmaschine (100) für Drehbearbeitung, insbesondere für die Bearbeitung von Ventilsitzen (102) an Zylinderköpfen (104), mit einer Mechatronikbaugruppe (10), die eine Maschinenspindel (12) aufweist, mit einem an der Maschinenspindel (12) aufgenommenen Werkzeugkopf (18), der einen Grundkörper (20) sowie mindestens einen relativ zu dem Grundkörper (20) verstellbaren Arbeitsschieber (22) für die Auf- nähme eines Werkzeugs (25) aufweist, mit einem auf den Arbeitsschieber (22) einwirkenden elektrischen Ver- stellmotor (24), und mit einer die Mechatronikbaugruppe (10) aufnehmenden Trägereinrichtung (106), dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (106) eine Gelenkanordnung (1 10) umfasst, an der die Mechatronikbaugruppe (10) wenigstens um eine erste Achse (1 14) und um eine von der ersten Achse (1 14) verschiedene zweite Achse (1 16) geschwenkt werden kann, wobei der Versteilmotor (24) in der Mechatronikbaugruppe (10) derart positioniert ist, dass die Gewichtskraft (Fv) des Verstell motors (24) wenigstens teilweise jenes Drehmoment kompensiert, das die Gewichts- kraft (FG) des Werkzeugkopfs (18) bei einem Verschwenken der Mechatronikbaugruppe (10) um die erste Achse (1 14) und/oder die zweite Achse (1 16) hervorruft. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung als Kugelgelenk (1 10) ausgebildet ist, das ein Kugelzentrum (1 14) aufweist, um welches die Mechatronikbaugruppe (10) geschwenkt werden kann. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseschwerpunkt (27) des Verstell motors (24) auf der dem Werkzeugkopf (18) abgewandten Seite des Kugelzentrums (1 14) angeordnet ist. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (1 10) einen Gelenkkörper (214) aufweist, der in einem Luftlager oder einem hydrostatischen Lager gelagert ist oder der in einem magnetischen Lager magnetisch gelagert ist. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Klemmen und/oder Arretieren des Gelenkkugelkörpers (1 18) in dem Lager (120) vorgesehen sind. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechatronikbaugruppe (10) einen die Maschinenspindel (12) antreibenden elektrischen Spindelmotor (14) aufweist, der einen mit der Maschinenspindel (12) drehgekoppelten, vorzugsweise eine Hohlwellengeometrie aufweisenden Rotor (16) umfasst, wobei der Versteilmotor (24) einen auf den Arbeitsschieber (22) einwirkenden Rotor (26) hat, und wobei die Rotordrehachse (30) des Spindelmotors (14) und die Rotordrehachse (32) des Versteilmotors (24) mit der Drehachse (34) der Maschinenspindel (12) fluchten. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenspindel (12) mit wenigstens einem ersten Drehlager (60) und einem zweiten Drehlager (62) in einem mit dem Stator (64) des Spindelmotors (14) drehfest verbundenen, vorzugsweise als Pinole ausgebildeten Gehäuse (66) gelagert ist, wobei der Spindelmotor (14) zwischen dem ersten Drehlager (60) und dem zweiten Drehlager (62) auf die Maschinenspindel (12) einwirkt. 8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (66) einen vorzugsweise als Zahnstange ausgebildeten Wirkabschnitt (68) für eine Antriebseinheit (1 12) für das Verlagern der Mechatronikbaugruppe (10) in Richtung der Drehachse (34) der Maschinenspindel (12) aufweist. 9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung von Energie und Daten an dem Gehäuse (66) eine Primärspule (72) festgelegt ist, die mit einer an einer mit der Maschinenspindel (12) fest verbundenen Aufnahme (50) für den Ver- stellmotor (24) festgelegten Sekundärspule (74) eine induktive Übertragungsstrecke für Energie und Daten bildet. 10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteilmotor (24) auf einer dem Werkzeugkopf (18) abgewandten Seite des Spindelmotors (14) angeordnet ist. 1 1 . Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Maschinenspindel als Hohlspindel (12) ausgebildet ist, durch die eine mit dem Rotor (26) des Verstell motors (24) drehgekoppelte Antriebswelle (28) zur Bewegungskopplung von Arbeitsschieber (22) und Versteilmotor (24) hindurchgreift. 12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Versteilmotor (24) auf den Arbeitsschieber (22) über mit der Antriebswelle (28) verbundene Getriebemittel (46) in Verstellrichtung (48) einwirkt. 13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebemittel (46) ein im Werkzeugkopf (18) angeordnetes Umsetzungsgetriebe (36,38,40,44) umfassen, das eine Drehbewegung der Antriebswelle (28) in eine Linearbewegung des Arbeitsschiebers (22) wandelt. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebemittel ein die Drehbewegung des Rotors (26) des Verstell motors (24) umsetzendes, vorzugsweise als Planetengetriebe oder als Harmonie Drive ausgebildetes Untersetzungsgetriebe umfassen. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe im Werkzeugkopf (18) angeordnet ist. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe zwischen dem Versteilmotor (24) und der Antriebswelle (28) angeordnet ist. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlspindel (12) eine vorzugsweise fenster- förmig ausgebildete Durchbrechung (15) für einen Funktionskanal (76, 78) hat. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteilmotor (24) an einer an der Maschinenspindel (12) befestigten Aufnahme (50) angeordnet ist, die eine Drehdurchführung (52) für einen Funktionskanal (54) aufweist, welche in einen vorzugsweise in einer Wandung oder Aussparung der Aufnahme (50) verlaufenden Funktionskanal (56) mündet. 19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (58) des Verstell motors (24) relativ zur Maschinenspindel (12) stationär angeordnet ist. 20. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechatronikbaugruppe (10) mindestens einen Funktionskanal (76) für Fluid, insbesondere einen Funktionskanal für Kühlschmierstoff und/oder einen Funktionskanal (78) für elektrische Leitungen zur Energie- und/oder Datenübertragung zur Übertragung einer Werkzeugposition in den Werkzeugkopf (18) aufweist. 21 . Werkzeugmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionskanal (76,78) eine in der Mechatronikbaugruppe (10) ortsfest montierte, mit der Maschinenspindel (12) bewegte Rohrleitung oder Schlauchleitung ist. 22. Werkzeugmaschine nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der Funktionskanal (76,78) Kupplungselemente (79,81 ) für das Verbinden von Funktionskanalabschnitten aufweist. 23. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (28) mindestens einen Funkti- onskanal für Fluid, insbesondere für Kühlschmierstoff oder für elektrische Leitungen zur Energie- und/oder Datenübertragung aufweist. 24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle zur Bewegungskopplung von Arbeitsschieber (22) und Versteilmotor (24) als Hohlwelle (28) ausgebildet ist. 25. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (18) für das selbsttätige Ausrichten der Drehachse (34) der Maschinenspindel (12) mit einer Achse, etwa der Achse einer Bohrung oder der Achse (81 ') eines Ventilsitzes (102) einen Führungszapfen (80) trägt, der mit der Drehachse (34) der Maschinenspindel (12) fluchtet. 26. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Drehzahl der Maschinenspindel (12) erfassender Drehgeber (82) vorgesehen ist. 27. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Position des Arbeitschiebers (22) erfassender Positionsgeber (84) vorgesehen ist. 28. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung (1 10) in der Trägereinrichtung (106) horizontal und / oder vertikal verlagerbar ist. 29. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 28 dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Spannvorrichtung (108) für das Aufnehmen eines Zylinderkopfes (104) vorgesehen ist. 30. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehverteiler für das steuerbare Verteilen von Fluid auf verschiedene Funktionskanäle vorgesehen ist. 31 Mechatronikbaugruppe (10) für eine Werkzeugmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 30. |
Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der FR 2 832 658 A1 bekannt. Diese Werkzeugmaschine umfasst eine Mechatronikbaugruppe. Die Mechatronikbaugruppe dieser Werkzeugmaschine ist an einer Trägereinrichtung aufgenommen. Die Mechatronikbaugruppe enthält einen Werkzeugkopf. Der Werkzeugkopf ist an eine Maschinenspindel mit Drehachse angeschlossen. Der Werkzeugkopf ist mit einem Führungsdorn ausgebildet. Der Werkzeug- köpf hat eine verstellbare Aufnahmeeinheit, an der ein Schneidwerkzeug festgelegt ist. Für das Verstellen der Aufnahmeeinheit enthält die Mechatronikbaugruppe einen Verstell motor. In Bezug auf die Drehachse der Maschinenspindel ist der Versteilmotor in der Mechatronikbaugruppe seitlich versetzt am Werkzeug kopfseitigen Ende der Maschinenspindel angeordnet. Der Versteilmotor und die Aufnahmeeinheit für das Schneidwerkzeug sind durch ein Planetengetriebe gekoppelt. Für das Bearbeiten von Ventilsitzen wird der Führungszapfen des Werkzeug kopfes in eine Ventilbohrung eingeführt. Darauf wird der Werkzeugkopf durch Antreiben der Maschinenspindel in Rotationsbewegung versetzt. Das Schneidwerkzeug rotiert dann um die Drehachse der Maschinenspindel. Die Anordnung des Verstell motors hat zur Folge, dass bei der Werkzeugmaschine der Masseschwerpunkt der Mechatronikbaugruppe nahe dem Werkzeugkopf der Anordnung liegt. Für das Einstellen der Mechatronikbaugruppe in der Werkzeugmaschine sind deshalb hohe Kraftmomente erforderlich. Darüber hinaus hat die in Bezug auf die Drehachse der Maschinenspindel seitliche Anordnung des Verstell motors einen asymmetrischen Wärmeeintrag in den Werkzeugkopf zur Folge. Dies führt zu Ungenauigkeiten bei der Werkzeugeinstellung.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Mechatronikbaugruppe insbesondere für das Nachbearbeiten von Ventilsitzen an Zylinderköpfen bereitzustellen, die ein Einstellen der Mechatronikbaugruppe mit geringem Kraftaufwand ermöglicht und die sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeiten gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit einer Werkzeugmaschine gelöst, bei der die Trägereinrichtung eine Gelenkanordnung umfasst, an der die Mechatronikbaugrup- pe wenigstens um eine erste Achse und um eine von der ersten Achse verschiedene zweite Achse geschwenkt werden kann, wobei der Versteilmotor in der Mechatronikbaugruppe derart positioniert ist, dass die Gewichtskraft F v des Verstell motors wenigstens teilweise jenes Drehmoment kompensiert, das die Gewichtskraft F G des Werkzeug kopfes bei einem Verschwenken der Mechatronikbaugruppe um die erste Achse und/oder die zweite Achse hervorruft.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Mechatronikbaugruppe mit einem verlagerbaren Schneidwerkzeug in einer Gelenkanordnung in ei- ner Werkzeugmaschine so aufzunehmen, dass sich der Masseschwerpunkt der Mechatronikbaugruppe nahe bei oder auf einer Drehachse der Gelenkanordnung befindet. Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist, den Ver- stellmotor für einen Arbeitsschieber in der Mechatronikbaugruppe mit Abstand vom Werkzeugkopf anzuordnen, damit ein unerwünschter Wärmeein- trag von dem Versteilmotor in den Werkzeugkopf vermieden wird. Von Vorteil ist es, wenn die Mechatronikbaugruppe einen die Maschinenspindel antreibenden elektrischen Spindelmotor aufweist, der einen mit der Maschinenspindel drehgekoppelten Rotor umfasst. Die Maschinenspindel kann eine Hohlwellengeometrie haben. Der Versteilmotor hat dann günsti- gerweise einen auf den Arbeitsschieber einwirkenden Rotor, wobei die Rotordrehachse des Spindelmotors und die Rotordrehachse des Verstell motors mit der Drehachse der Maschinenspindel fluchten.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Maschinenspindel mit wenigstens einem ersten Drehlager und einem zweiten Drehlager in einem mit dem Stator des Spindelmotors drehfest verbundenen, vorzugsweise als Pinole ausgebildeten Gehäuse gelagert ist, wobei der Spindelmotor zwischen dem ersten Drehlager und dem zweiten Drehlager auf die Maschinenspindel einwirkt. Für das Verlagern der Mechatronikbaugruppe in Richtung der Drehachse der Maschinenspindel hat das Gehäuse einen vorzugsweise als Zahnstange ausgebildeten Wirkabschnitt. An dem Gehäuse ist für das Übertragen von Energie und Daten eine Primärspule festgelegt, die mit einer an der Aufnahme positionierten Sekundärspule eine induktive Übertragungsstrecke für Energie und Daten bildet.
Indem der Versteilmotor auf der dem Werkzeugkopf abgewandten Seite des Spindelmotors angeordnet ist, lässt sich erreichen, dass der Masseschwerpunkt der Mechatronikbaugruppe im Bereich der Gelenkanordnung liegt.
Es ist günstig, die Maschinenspindel als Hohlspindel auszubilden, durch die eine mit dem Rotor des Verstell motors drehgekoppelte Antriebswelle zur Bewegungskopplung von Arbeitsschieber und Versteilmotor hindurchgreift. Damit lassen sich über die Maschinenspindel hohe Drehmomente bei gerin- gern Eigengewicht übertragen. In Weiterbildung der Erfindung wirkt der Verstell motor auf den Arbeitsschieber über mit der Antriebswelle verbundene Getriebemittel in Verstellrichtung ein. Die Getriebemittel können z.B. ein im Werkzeugkopf angeordnetes Umsetzungsgetriebe umfassen, das eine Drehbewegung der Antriebswelle in eine Linearbewegung des Arbeitsschiebers umwandelt. Insbesondere können die Getriebemittel ein die Drehbewegung des Rotors des Verstell motors umsetzendes, vorzugsweise als Planetengetriebe oder Hamonic Drive ausgebildetes Untersetzungsgetriebe umfassen. Dieses Untersetzungsgetriebe kann auch im Werkzeugkopf angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, das Untersetzungsgetriebe zwischen dem Versteilmotor und der Antriebswelle zu positionieren.
Günstig ist es, den Stator des Verstell motors relativ zur Maschinenspindel stationär anzuordnen.
Indem in der als Hohlspindel ausgebildeten Maschinenspindel eine fenster- förmig ausgebildete Durchbrechung für einen Funktionskanal vorgesehen wird, können elektrische Leitungen und Flüssigkeitsleitungen zu dem Werkzeugkopf geführt werden.
Von Vorteil ist es, den Versteilmotor an einer an der Maschinenspindel befestigten Aufnahme anzuordnen, die eine Drehdurchführung für einen Funktionskanal aufweist, welche in einem vorzugsweise in einer Wandung oder Aussparung der Aufnahme verlaufenden Funktionskanal mündet. Bevorzugt hat die Mechatronikbaugruppe mindestens einen Funktionskanal für Fluid, insbesondere einen Funktionskanal für Kühlschmierstoff und/oder einen Funktionskanal für elektrische Leitungen zur Energie- und/oder Datenübertragung in den Werkzeugkopf. Dieser Funktionskanal kann z.B. als eine in der Mechatronikbaugruppe ortsfest montierte Rohrleitung oder Schlauchlei- tung ausgebildet sein, die mit der Maschinenspindel bewegt wird. Von Vorteil ist insbesondere eine elektrische Leitung für das Übertragen einer Werkzeugposition in den Werkzeugkopf. Von Vorteil ist es, wenn der Funktionska- nal Kupplungselemente für das Verbinden von Funktionskanalabschnitten aufweist. Diese Maßnahme ermöglicht einen modularen Aufbau der Mechat- ronikbaugruppe und einen einfachen Austausch von Verschleißteilen. Auch die Antriebswelle kann mit mindestens einem Funktionskanal für Fluid, insbesondere einem Funktionskanal für Kühlschmierstoff und/oder mit elektrischen Leitungen zur Energie- und Datenübertragung ausgebildet werden. Um Trägheitsmomente und Gewicht zu vermindern, ist es günstig, die Antriebswelle als Hohlwelle zu gestalten.
Günstigerweise ist die Gelenkanordnung als Kugelgelenk mit einem Kugelzentrum ausgebildet, um das die Mechatronikbaugruppe geschwenkt werden kann. Der Masseschwerpunkt des Verstell motors in der Mechatronikbaugruppe ist dann auf einer dem Werkzeugkopf abgewandten Seite des Kugel- Zentrums angeordnet. Indem dieses Kugelgelenk einen Gelenkkörper hat, der in einem Luftlager, einem hydrostatischen Lager oder einem magnetischen Lager aufgenommen ist, lässt sich die Mechatronikbaugruppe ohne Kraftaufwand oder mit lediglich sehr geringem Kraftaufwand präzise bewegen. Bevorzugt ist die Gelenkanordnung in der Werkzeugmaschine ein Ku- geigelenk mit Luftkissen, das sich für Selbstausrichtung eignet, wie es z. B. in der EP 0 833 71 1 B1 beschrieben ist. Bei der Werkzeugmaschine können Mittel zum Klemmen und/oder Arretieren des Gelenkkugelkörpers in dem Lager vorgesehen werden. Günstigerweise ist die Gelenkanordnung in der Trägereinrichtung horizontal und/oder vertikal verlagerbar.
Für das Ausrichten der Drehachse der Maschinenspindel umfasst der Werkzeugkopf einen Führungsdorn, der als Zentrierzapfen wirkt und der mit der Drehachse der Maschinenspindel fluchtet. Dies ermöglicht das selbsttätige, automatische Ausrichten der Maschinenspindel der Werkzeugmaschine mit der Achse einer Bohrung oder mit der Achse der Öffnung an einem Ventilsitz in einem Zylinderkopf. Von Vorteil ist es, in der Mechatronikbaugruppe einen die Drehzahl der Maschinenspindel erfassenden Drehgeber vorzusehen und/oder in der Mechatronikbaugruppe einen Positionsgeber zu integrieren, der die Position des Arbeitsschiebers erfasst.
Für das Aufnehmen des Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors enthält die Werkzeugmaschine eine Spannvorrichtung. Die Mechatronikbaugruppe enthält vorzugsweise einen Drehverteiler. Dieser ermöglicht das steuerbare Verteilen von Fluid auf verschiedene Funktionskanäle.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Werkzeugmaschine für das Nachbearbeiten von Ventilsitzen mit einer Mechatronikbaugruppe, die einen Werkzeugkopf um- fasst; Fig. 2 die Mechatronikbaugruppe mit dem Werkzeugkopf; und
Fig. 3 den Werkzeugkopf mit einem Schneidwerkzeug an einem Ventilsitz. Die Werkzeugmaschine 100 in Fig. 1 hat eine Spannvorrichtung 108 für den Zylinderkopf 104 einer Brennkraftmaschine. Die Werkzeugmaschine 100 enthält eine Mechatronikbaugruppe 10. Die Mechatronikbaugruppe 10 hat einen Werkzeugkopf 18 mit einem Schneidwerkzeug. Die Mechatronikbaugruppe 10 befindet sich in einer Hülse 1 1 1 . Die Mechatronikbaugruppe 10 ist in der Hülse 1 1 1 linearbeweglich geführt. Mit der Hülse 1 1 1 ist die Mechatronikbaugruppe 10 an einer Trägereinrichtung 106 aufgenommen. Die Trägereinrichtung 106 umfasst ein Maschinenbett 206. Das Maschinenbett 206 ist ein Lager für einen Führungsschlitten 210. Der Führungsschlitten 210 trägt eine Gelenkanordnung 1 10 für die Mechatronikbaugruppe 10. Die Gelenkanordnung 1 10 ist als Luftkissen-gelagertes Kugelgelenk 1 10 ausgebildet. Das Kugelgelenk 1 10 hat eine Gelenkschale 312, die in dem Führungsschlitten 210 ausgebildet ist. Die Hülse 1 1 1 für die Mechatronikbaugruppe 10 weist einen Gelenkkörper 214 auf. Dieser Gelenkkörper 214 hat eine Kugelflächenkontur. Die Trägereinrichtung 106 ist als Portal ausgeführt. Die Trägereinrichtung 106 hat Trägersäulen 204, die das Maschinenbett 206 tragen. An dem Maschinenbett 206 kann der Führungsschlitten 210 auf einem Luftkissen in zwei Raumrichtungen horizontal bewegt werden. Der Führungsschlitten 210 mit der Gelenkanordnung 1 10 der Mechatronikbaugruppe 10 kann damit an dem Maschinenbett 206 in der horizontalen Ebene quasi kräftefrei verlagert werden.
Das Luftkissen in dem Kugelgelenk 1 10 ist steuerbar. Das Luftkissen wirkt als Luftlager. Das Kugelgelenk 1 10 hat ein Drehzentrum 1 14. Bei Einschalten des Luftlagers kann die Mechatronikbaugruppe 10 mit der Hülse 1 1 1 in dem luftgelagerten Kugelgelenk 1 10 um eine das Drehzentrum 1 14 schneidende horizontale Achse 1 15 entsprechend dem Doppelpfeil 216 geschwenkt und entsprechend dem Doppelpfeil 218 um die das Drehzentrum 1 14 schneidende horizontale Achse 1 16 bewegt sowie um die das Drehzentrum 1 14 schneidende vertikale Achse 1 17 gedreht werden. Die Mechatronikbaugruppe 10 umfasst einen Werkzeugkopf 18 mit einem Schneidwerkzeug. Der Werkzeugkopf 18 weist einen Führungsdorn 80 auf. Dieser Führungsdorn 80 dient zum exakten Positionieren des Schneidwerkzeugs an einem Ventilsitz. Die Werkzeugmaschine 100 hat einen verstellbaren Tisch 107 mit einer Spannvorrichtung 108 für den Zylinderblock 104 einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Ventilsitzen 102. Die Mechatronikbaugruppe 10 umfasst ein Gehäuse 66, das als Pinole ausgebildet ist. Diese Pinole hat einen als Zahnstange ausgebildeten Wirkabschnitt 68 für eine Antriebseinheit 1 12. Die Antriebseinheit 1 12 ist an der Hülse 1 1 1 aufgenonnnnen. Mittels der Antriebseinheit 1 12 kann die Mechatronikbaugruppe 10 entsprechend dem Doppelpfeil 224 in der Hülse 1 1 1 bewegt werden.
Die Fig. 2 zeigt die Maschinenbaugruppe 10 in der Werkzeugmaschine 100 im Detail. Die Mechatronikbaugruppe 10 enthält eine Maschinenspindel 12. Die Maschinenspindel 12 hat eine Drehachse 34. An die Maschinenspindel 12 ist der Werkzeugkopf 18 angeschlossen. Der Werkzeugkopf 18 trägt ein Schneidwerkzeug 25. Für den Antrieb der Maschinenspindel 12 gibt es in der Mechatronikbaugruppe 10 einen Spindelmotor 14. Der Spindelmotor 14 ist im Gehäuse 66 der Mechatronikbaugruppe 10 aufgenommen. Mittels des Spindelmotors 14 kann der Werkzeugkopf 18 mit dem Schneidwerkzeug 25 rotierend bewegt werden.
Das Schneidwerkzeug 25 an dem Werkzeugkopf 18 ist verstellbar. Hierzu ist das Schneidwerkzeug an einem Arbeitsschieber 22 im Werkzeugkopf festgelegt. Der Arbeitsschieber 22 kann in einer Linearführung in einem Grundkörper 20 des Werkzeugkopfs 18 bewegt werden. Dem Arbeitsschieber 22 ist ein elektrischer Versteilmotor 24 zugeordnet. Der Versteilmotor 24 hat einen Masseschwerpunkt 27. Der Versteilmotor 24 ist in einem rückwärtigen Ab- schnitt der Mechatronikbaugruppe 10 aufgenommen. Dieser Abschnitt der Mechatronikbaugruppe 10 ist dem Werkzeugkopf 18 abgewandt. Der Ver- stellmotor 24 befindet sich auf der dem Werkzeugkopf 18 abgewandten Seite des Drehzentrums 1 14 der Gelenkanordnung 1 10. Dies bewirkt, dass die Gewichtskraft F v des Verstell motors 24, die in dessen Schwerpunkt 27 an- greift, wenigstens teilweise jenes Drehmoment kompensiert, das die im Schwerpunkt 19 des Werkzeugkopfs 18 angreifende Gewichtskraft F G des Werkzeugkopfs 18 bei einem Verschwenken der Mechatronikbaugruppe 10 um das Drehzentrum 1 14 hervorruft.
Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Maschinenspindel 12 mit einem ersten Drehlager 60 und einem zweiten Drehlager 62 in dem Gehäuse 66 der Mechatronikbaugruppe 10 gelagert. Für den Antrieb der Maschinenspindel 12 enthält die Mechatronikbaugruppe einen Spindelmotor 14. Der Spindelmotor 14 hat einen Rotor 16, der mit der Maschinenspindel 12 drehgekoppelt ist. Der Stator 64 des Spindelmotors ist in dem Gehäuse der Mechatronikbaugruppe 10 festgelegt. Die Maschinenspindel 12 ist eine Hohlspindel.
Der Versteilmotor 24 hat einen Rotor 26, dessen Drehachse 32 mit der Rotordrehachse 30 des Spindelmotors 14 fluchtet. Der Rotor 26 des Verstellmo- tors 24 ist mit einer Antriebswelle 28 für das Bewegen des Arbeitsschiebers 22 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 28 ist eine Hohlwelle, die durch die Maschinenspindel 12 hindurchgreift. Der Stator 58 des Verstell motors 24 ist in einer Aufnahme 50 in der Mechatronikbaugruppe 10 festgelegt. Die Antriebswelle 28 wirkt auf ein in dem Werkzeugkopf 18 drehbar gelagertes Zahnrad 36 in einem Umsetzungsgetriebe 46. Das Umsetzungsgetriebe 46 hat ein Getrieberad 38, eine Gewindespindel 40 und eine Baugruppe 44 mit Gewinde. Das Zahnrad 36 ist mit dem Getrieberad 38 gekoppelt. Das Getrieberad 38 wiederum ist mit der Gewindespindel 40 starr verbunden. Die Gewindespindel 40 wirkt auf das Innengewinde der Baugruppe 44. Die Baugruppe 44 ist an dem Arbeitsschieber 22 für das Schneidwerkzeug festge- legt. Mittels des Verstell motors 24 kann damit der Arbeitsschieber 22 entsprechend dem Doppelpfeil 48 bewegt werden, was eine Verlagerung des mit einer Halteeinrichtung 23 an dem Arbeitsschieber 22 aufgenommenen Schneidwerkzeugs 25 entsprechend dem Doppelpfeil 50' bewirkt. Das Umsetzungsgetriebe 46 ist ein Untersetzungsgetriebe. Grundsätzlich kann das Umsetzungsgetriebe auch als Planetengetriebe oder als Harmonie Drive ausgeführt werden. Es ist es möglich, auch zwischen dem Verstellmo- tor und der Antriebswelle ein Umsetzungsgetriebe vorzusehen.
An dem Gehäuse 66 der Mechatronikbaugruppe 10 ist für die Übertragung von Energie und Daten eine Primärspule 72 festgelegt. Zusammen mit einer Sekundärspule 74, die in der Aufnahme 50 für den Versteilmotor 24 montiert ist, bildet diese eine induktive Übertragungsstrecke für Energie und Daten.
Die Mechatronikbaugruppe 10 hat eine Drehdurchführung 52 für einen Funk- tionskanal 54. In der Mechatronikbaugruppe 10 mündet der Funktionskanal 54 in einen Funktionskanal 56, der in einer Wandung 57 der Aufnahme 50 für den Versteilmotor 24 verläuft. Es ist auch möglich, den Funktionskanal 56 in einer Aussparung an dem Gehäuse der Aufnahme 50 zu führen. Der Funktionskanal 56 ist über eine als Schraubkupplung 79 ausgebildetes Kupplungs- element 79 mit der Rohrleitung 76 verbunden, die zu dem Werkzeugkopf 18 geführt ist. Durch die Rohrleitung 76 kann bei rotierender Maschinenspindel 12 Blasluft oder Kühlflüssigkeit am Schneidwerkzeug 25 bereitgestellt werden. Die Maschinenspindel 12 hat hierfür eine fensterförmige Durchbrechung 15 für die Rohrleitung 76.
In der Aufnahme 50 gibt es auch eine elektrische Leitung 39, die von der Sekundärspule 74 zu dem Steckeranschluss 81 gelegt. An Steckeranschluss 81 ist ein Funktionskanal in Form einer elektrischen Leitung 77 und einer elektrischen Leitung 78 angeschlossen, die mit einem Drehgeber für das Erfassen der Drehzahl der Maschinenspindel bzw. mit einem Positionsgeber 84 für das Erfassen der Position des Arbeitsschiebers 22 verbunden ist.
Die Fig. 3 zeigt einen Abschnitt des Werkzeugkopfs 18 mit dem Führungs- dorn 80 an einem Ventilsitz 102, der eine Achse 81 ' hat. Das Schneidwerk- zeug 25 ist eine Wechselschneidplatte. Die Wechselschneidplatte 25 ist in einen Schneidplattenhalter 23 montiert, der an dem Arbeitsschieber 22 befestigt ist. Mittels des Verstell motors 24 kann der Arbeitsschieber 22 entspre- chend dem Doppelpfeil 48 bewegt werden. Über den Spindelmotor 14 kann der Werkzeugkopf 18 um die Achse 34 entsprechend dem Doppelpfeil 306 rotiert werden. Die in der Fig. 1 gezeigte Antriebseinheit 1 12 ermöglicht, den Werkzeugkopf 18 mit der Pinole 66 entsprechend dem Doppelpfeil 224 in Richtung der Drehachse 34 der Maschinenspindel zu verlagern. In der Gelenkanordnung 1 10 kann der Werkzeugkopf um das Zentrum 1 14 längs entsprechend den Doppelpfeilen 216, 218 verschwenkt werden. Die Mechatronikbaugruppe 10 ermöglicht so das Bearbeiten von beliebigen rotationssymmetrischen Flächenkonturen 103 an einem Ventilsitz 102.
Zusammenfassend sind folgende bevorzugte Merkmale festzuhalten. Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine 100 für Drehbearbeitung, mit der insbesondere Ventilsitze 102 an Zylinderköpfen 104 bearbeitet werden können. Die Werkzeugmaschine 100 hat eine Mechatronikbaugruppe 10, die eine Maschinenspindel 12 enthält. Die Mechatronikbaugruppe 10 umfasst ein an der Maschinenspindel 12 aufgenommenen Werkzeugkopf 18, der einen Grundkörper 20 sowie mindestens einen relativ zu dem Grundkörper 20 verstellbaren Arbeitsschieber 22 für die Aufnahme eines Werkzeugs aufweist. Die Mechatronikbaugruppe 10 enthält einen Versteilmotor 24, der auf den Arbeitsschieber 22 einwirkt. Die Werkzeugmaschine 100 hat eine die Mechatronikbaugruppe 10 aufnehmende Trägereinrichtung 106. Die Trägereinrichtung 106 umfasst eine Gelenkanordnung 1 10, an der die Mechatronikbaugruppe 10 wenigstens um eine erste Achse 1 14 und um eine von der ersten Achse 1 14 verschiedene zweite Achse 1 16 geschwenkt werden kann. Der Versteilmotor 24 ist in der Mechatronikbaugruppe 10 derart positioniert, dass die Gewichtskraft F v des Verstell motors 24 wenigstens teilweise jenes Drehmoment kompensiert, das die Gewichtskraft F G des Werkzeugskopfs 18 bei einem Verschwenken der Mechatronikbaugruppe um die erste Achse 1 14 und über die zweite Achse 1 16 hervorruft.
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