Glaus, Christian (Thannstrasse 5, Goldach, CH-9403, CH)
Betschon, Lukas (Hinterergeten 138, Wolfhalden, CH-9427, CH)
Glaus, Christian (Thannstrasse 5, Goldach, CH-9403, CH)
| 1. | Werkzeugmaschine zur Fräsbearbeitung von Werkstücken, die mit einem Werkzeugträger zur Aufnahme eines spanabtragenden und hierzu rotativ angetriebenen Bearbeitungswerkzeuges versehen ist, die eine Werkstückaufnahme aufweist, in der zwischen zwei Spannstellen ein Werkstück einspannbar ist, wobei die Werkzeugmaschine mehrere angetriebene Bewegungsachsen aufweist, die Bewegungsachsen dazu vorgesehen sind jeweils einzeln oder in Kombination miteinander Bearbeitungsvorschubbewegungen als Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeugs in Bezug auf das Werkstück während einer Bearbeitung des Werkzeugs am Werkstück zu erzeugen, wobei der Werkzeugträger mit zumindest einer linearen Bewegungsachse der angetriebenen Bewegungsachsen und die Werkstückaufnahme mit zumindest zwei körperlich voneinander getrennten Schlitten (27, 28) versehen ist auf denen jeweils eine der Spannstellen angeordnet ist, die beiden Schlitten (27, 28) der Werkstückaufnahme zumindest gemeinsam entlang zumindest einer angetriebenen linearen Bewegungsachse verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Schlitten (27, 28) der Werkstückaufnahme zumindest einer mit einer zweiten linearen Bewegungsachse zur Ausführung von Bearbeitungsvorschubbewegungen versehen ist. |
| 2. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme als Rundstation ausgebildet ist, die mit einer Rotationsachse zur Ausführung von angetriebenen Vorschubrotationsbewegungen des Werkstücks um eine durch beide Spannstellen verlaufende Rotationsachse versehen ist. |
| 3. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spannstellen mit jeweils einem Antrieb zur Erzeugung einer Rotationsbewegung eines Werkstücks versehen ist. |
| 4. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schlitten auf den gleichen Schienen von Linearbewegungsführungen einer der Bewegungsachsen verfahrbar sind. |
| 5. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Synchronisierung von Bewegungen und/oder Positionen der beiden Schlitten. |
| 6. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einem, vorzugsweise auf beiden, Schlitten jeweils zumindest eine Linearbewegungsführung von einer der linearen Bewegungsachsen angeordnet ist. |
| 7. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der zumindest zwei auf den Schlitten angeordneten Linearbewegungsführungen miteinander synchronisierbar sind. |
| 8. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Regelung für die Synchronisation der zumindest beiden Linearbewegungsführungen. |
| 9. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Werkzeugträger, der in eine Richtung quer zur Werkstückachse verfahrbar ist. |
| 10. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spannstellen auf jeweils einem Kreuzschlitten angeordnet ist, wobei jeder der Kreuzschlitten zur Ausführung von angetriebenen Bearbeitungsvorschubbewegungen entlang von zwei zueinander nicht parallelen Bewegungsachsen ausgebildet ist. |
| 11. | Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen der Werkzeugträger in angetriebenen Bearbeitungsvorschubbewegungen schwenkbar ist. |
| 12. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwenkachse des Werkzeugträgers zumindest näherungsweise die Bearbeitungsachse schneidet. |
| 13. | Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse die Bearbeitungsachse zumindest näherungsweise im Bereich einer Werkzeugspitze schneidet. |
| 14. | Verfahren zur Fräsbearbeitung von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine, bei dem ein Werkzeug in einem Werkzeugträger gehalten und rotativ angetrieben wird, ein Werkstück zwischen zwei Spanstellen einer Werkstückaufnahme gehalten wird, wobei sich jede Spannstelle auf jeweils einem Schlitten befindet und die beiden Schlitten zumindest parallel zueinander in Bearbeitungsvorschubbewegungen beweglich sind, der Werkzeugträger entlang zumindest einer lineare Bewegungsachse in einer Bearbeitungsvorschubbewegung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit zumindest einem der beiden Schlitten in zwei nichtparallel zueinander ausgerichteten linearen Bearbeitungsvorschubbewegungen bewegt wird. |
Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmaschine zur Fräsbearbeitung von Werkstücken, die mit einem Werkzeugträger zur Aufnahme eines spanabtragenden und hierzu rotativ angetriebenen Bearbeitungswerkzeuges versehen ist, die eine Werkstückaufnahme aufweist, in der zwischen zwei Spannstellen ein Werkstück einspannbar ist, wobei die Werkzeugmaschine mehrere angetriebene Bewegungsachsen aufweist, die Bewegungsachsen dazu vorgesehen sind jeweils einzeln oder in Kombination miteinander Bearbeitungsvorschubbewegungen als Reiativbewegung des Bearbeitungswerkzeugs in Bezug auf das Werkstück während einer Bearbeitung des Werkzeugs am Werkstück zu erzeugen, wobei der Werkzeugträger mit zumindest einer linearen Bewegungsachse der angetriebenen Bewegungsachsen und die Werkstückaufnahme mit zumindest zwei körperlich voneinander getrennten Schlitten versehen ist auf denen jeweils eine der Spannstellen angeordnet ist, die beiden Schlitten der Werkstückaufnahme gemeinsam entlang zumindest einer angetriebenen linearen Bewegungsachse verfahrbar sind.
Zur Fräsbearbeitung von Werkstücken werden derartige Werkzeugmaschinen verwendet, bei denen das Werkstück und das Fräswerkzeug relative Schwenkbewegungen um mindestens eine Achse, sowie relative Linearbewegungen entlang von mindestens zwei Achsen ausführen. Es handelt sich hierbei um Bewegungsachsen mit denen Vorschubbewegungen erzeugt werden und von solchen Achsen zu unterscheiden sind, mit denen reine Schnittbewegungen erzeugt werden, wie dies beispielsweise für die Rotationsbewegung des Werkstücks bei einer Drehbearbeitung oder für die Rotationsbewegung des Werkzeugs bei einer Fräsbearbeitung der Fall ist. Insbesondere sind hiervon solche Bewegungsachsen zu unterscheiden, mit denen blosse Zustellbewegungen des Werkzeugs oder Werk- Stücks ausgeführt werden können, um beispielsweise das Werkstück aufzunehmen oder in eine bestimmte Position zu überführen, Bewegungsachsen für reine Zustellbewegungen werden während der Bearbeitung eines Werkstücks nicht betätigt.
In Abhängigkeit der Komplexität der erforderlichen Bearbeitungen kann auch eine größere Anzahl an Vorschubbewegungsachsen vorhanden sein. So sind für die Fertigung von Werkstücken mit komplexer geometrischer Form, wie Schaufeln oder Blisks von Turbinen und Verdichtern, in möglichst nur einer Aufspannung zumindest drei lineare sowie zwei rotatorische Vorschubachsen von Vorteil.
Insbesondere bei länglichen Werkstücken, wie beispielsweise Turbinenblättern bzw. - schaufeln, werden diese zur Vermeidung von Biegungen und den daraus resultierenden grossen Fertigungsungenauigkeiten oftmals zwischen zwei Spannstellen eingespannt. Bei einer für solche Werkstücke üblichen Lösung ist eine Spannstelle auf einem längsbeweglichen Schlitten ortsfest angeordnet, während eine zweite Spannstelle lediglich für den Einspannvorgang längsbeweglich ist. Die Länge dieser Längsbeweglichkeit sowie die Grosse des gesamten Schlittens muss anhand dem längsten auf der entsprechenden Werkzeugmaschine bearbeitbaren Werkstück ausgelegt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß vor allem bei kürzeren Werkstücken auf dem Schlitten eine stark einseitige Belastung der Lager des Schlittens vorliegt, die zu Fertigungsungenauigkeiten führen kann.
Aus der WO 03/064089 A1 ist bereits eine Fräsmaschine bekannt, bei der in das Werkzeug drei lineare Vorschubbewegungsachsen sowie eine Schwenkachse gelegt sind. Die als Rundstation mit zwei separaten Schlitten ausgeführte Werkstückaufnahme ist mit einer linearen Vorschubbewegungsachse versehen. Die beiden Schlitten, zwischen denen ein Werkstück gespannt werden soll, sind entlang ihrer Bewegungsachse unabhängig voneinander verfahrbar. Es ist in der Werkzeugmaschine ferner eine zweite Werkstückaufnahme vorgesehen an die das Werkstück automatisiert übergeben werden soll. Um das Werkstück aufnehmen zu können, soll die zweite Werkstückaufnahme in verschiedene Richtungen beweglich sein. Als Vorschubbewegung führen die Schlitten der zweiten Werkstückaufnahme Bewegungen parallel zur Vorschubachse der ersten Werkstückaufnahme aus. Diese konzeptionelle Auslegung der Werkzeugmaschine erschwert es eine gute Maschinensteifigkeit zu erreichen. Zudem ist die Zugänglichkeit des Werkstückes trotz
der Verfahrbarkeit der beiden Schlitten jeder Werkstückaufnahme in X-Richtung beschränkt. Insbesondere der Umstand, dass eine zweite Werkstückaufnahme vorhanden ist kann für die Zugänglichkeit zum Werkstück während dessen Bearbeitung abträglich sein.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art mit einer Werkstückaufnahme mit günstigeren Eigenschaften, insbesondere eine variablere Werkstückaufnahme, zu schaffen, bei der auch für stark unterschiedlich lange Werkstücke gleich gute Voraussetzungen für eine hohe Fertigungsgenauigkeit vorliegen. Trotz dieser Eigenschaften sollen bei erfindungsgemässen Werkzeugmaschinen möglichst auch Vorraussetzungen dafür vorliegen, dass die Werkzeugmaschine eine hohe Steifigkeit gegen Verformungen aufweisen kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von den zwei Schlitten der Werkstückaufnahme zumindest einer mit einer zweiten linearen Bewegungsachse zur Ausführung von Bearbeitungsvorschubbewegungen versehen ist.
Die vorzugsweise den beiden Schlitten zugeordneten Linearbewegungsführungen für Bearbeitungsvorschubbewegungen sollten vorzugsweise paarweise parallel zueinander ausgerichtet se i n . D i e Bewegungsachsen dieser Linearbewegungsführungen können mit Vorteil einerseits parallel zu einer Längsbzw. Einspannachse des Werkstücks und andererseits quer hierzu ausgerichtet sein, um mit beiden Spannstellen bzw. Schlitten der Werkstückaufnahme angetriebene Bearbeitungsvorschubbewegungen in zwei zueinander senkrechte Richtungen zu ermöglichen. Da somit bei solchen Ausführungsformen zwei lineare Bewegungsachsen in das Werkstück gelegt sind, können derartige Werkzeugmaschinen trotz der erfindungsgemässen Funktionalität besonders kompakt und steif ausgeführt sein.
Durch die " erfindungsgemäße Lösung kann zudem sichergestellt werden, dass aufgrund der Einspannung des Werkstücks die Linearbewegungsführungen beider
Spannstellen im wesentlichen gleichen statischen Belastungen ausgesetzt sind. Auch bei den durch die. Bearbeitung entstehenden dynamischen Belastungen lässt sich hiermit eine gleichmässigere Verteilung auf die Lagerstellen erzielen. Zudem ist bei der erfindungsgemässen Lösung von Vorteil, dass von extrem kurzen Werkstücken bis zu Werkstücken, deren Länge der Länge der Werkstückachse entspricht, sämtliche Werkstücklängen unter stets identisch günstigen Voraussetzungen bearbeitbar sind. Schliesslich ermöglicht die Erfindung auch eine Kompensation von geometrischen Ungenauigkeiten des Grundgestells mittels der Steuerung, wodurch sich die Fertigungsgenauigkeit weiter verbessern lässt.
Eine besondere steife Maschinenkonstruktion, welche die Vorteile des erfindungsgemässen Maschinenkonzepts aufweist, kann erreicht werden, wenn dem Werkzeugträger nicht mehr als zwei lineare Bewegungsachsen zugeordnet sind. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist somit der Werkzeugträger in nur zwei und die Werkstückaufnahme in ebenfalls nur zwei lineare Bearbeitungsvorschubachsen beweglich. Anders als beispielsweise bei der WO 03/064089 A1 weisen somit - trotz der zumindest vier linearen Bewegungsachsen - sowohl der Werkzeugträger als auch die Werkstückaufnahme eine möglichst geringe Anzahl an linearen Bewegungsachsen auf, was zu einer hohen Fertigungsgenauigkeit erfindungsgemässer Werk- zeugmaschinen führt.
Zumindest die Bewegungen , der beiden Spannstellen entlang einer Bewegungsvorschubachse, vorzugsweise in beide Bewegungsvorschubachsen, sollten miteinander .synchronisierbar sein. Eine solche Synchronisation kann vorzugsweise mit einer auf Hard- öder Softwarebasis realisierten Regelung als Teil der Steuerung erfolgen ' . Die mechanisch voneinander getrennte Verfahrbarkeit der beiden Spannstellen bzw.. Schlitten entlang der gleichen Achse lässt sich mit besonders geringem konstruktiven Aufwand erreichen, wenn beide Schlitten auf den gleichen Schienen der hierfür vorgesehenen Linearbewegungsführungen angeordnet sind. Um eine sichere und stabile Anordnung eines Werkstücks zwischen den beiden Spannstellen der Werkstückaufnahme zu erreichen, können zur synchronen Bewegung der beiden Spannstellen Detektoren zur Bestimmung momentaner
Positionen beider Spannstellen vorhanden sein. Deren Signale sollten einer Steuerung zugeführt werden. Aufgrund der Detektionssignale kann die Steuerung einen Abgleich zwischen den Soll- und Ist-Positionen der beiden Schlitten bzw. der Geschwindigkeit der beiden sich synchron bewegenden Schlitten vornehmen. Hierzu kann die Steuerung auch einen oder mehrere Regelkreise enthalten.
Besondere Bedeutung hat die Erfindung im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen, deren Werkzeugträger um eine Schwenkachse schwenkbar ist, wobei die Schwenkachse mit der Werkzeugachse des eingespannten Werkzeuges vorzugsweise einen spitzen Winkel einschliesst. Ferner sollten in zweckmässigen Weiterbildungen die Schwenkachse und die Werkzeugachse sich schneiden, zumindest sehr nahe aneinander vorbeilaufen, wobei der Schnittpunkt bzw. die Stelle mit dem geringsten Abstand sich im Bereich der Werkzeugspitze befinden sollte. Mit einer solchen Lösung sind auch ohne aufwendige Ausgleichsbewegungen entlang von einer oder mehreren translatorischen Achsen Schwenkbewegungen des Werkzeugträgers möglich, bei denen die Werkzeugspitze ihre Position trotz der Schwenkbewegung beibehält. Zudem wird hierbei die Drehmomentbelastung der Rotationsachse infolge von Zerspankräften minimiert. Solche Schwenkbewegungen können daher für eine Ausrichtung bzw. Nachführung des Werkzeuges genutzt werden, mit der sich eine gute Oberflächegüte und -genauigkeit erzielen lässt, selbst wenn das herzustellende Werkstück eine komplizierte Kontur aufweist.
Eine erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann ferner eine Rundstation aufweisen, von deren beiden Spannstellen das Werkstück aufnehmbar und während der Bearbeitung des Werkstück letzteres in Rotationsbewegungen versetzt werden kann, die als Bearbeitungsvorschubbewegung bzw. als eine Komponente der Vorschubbewegung des Werkstücks relativ zum Fräswerkzeug vorgesehen ist. Vorzugsweise kann die Rundstation Endlos-Rotationsbewegungen ausführen. Im Zusammenhang mit derartigen Werkzeugmaschinen, wie sie bereits in der EP 0 659 520 B1 beschrieben sind, ergeben sich im Zusammenhang mit der voneinander getrennten und mehrachsigen Verfahrbarkeit der vorzugsweise beiden Spannstellen gemäss der Erfindung eine Vielzahl von zusätzlichen Vorteilen. Diese bestehen
beispielsweise in der möglichen Reduktion der bewegten Massen, insbesondere weil die Rundstation schlanker ausfallen kann. Die bei diesem Maschinenkonzept ohnehin möglichen kurzen Bearbeitungszeiten lassen sich trotz der hohen Bearbeitungsgenauigkeit durch die geringen zu bewegenden Massen nochmals verkürzen. Auch der Spänefluss sowie die Zugänglichkeit für einen Werkstücktausch oder eine stimseitige Bearbeitung des Werkstücks verbessert sich durch den Einsatz der Erfindung bei einem solchen Werkzeugmaschinenkonzept. Der Inhalt der EP 0 659 520 B1 wird deshalb insbesondere hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktionsweise solcher Werkzeugmaschinen durch Bezugnahme vollständig aufgenommen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Auch wenn einzelne Merkmale der Erfindung hierbei nur in Kombination mit anderen Merkmalen dargestellt sind, so haben diese auch selbständige Bedeutung.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine aus Fig. 1.
Die in Fig. 1 stark schematisiert gezeigte Werkzeugmaschine ist mit einem Maschinengestell 1 versehen, auf dessen Oberseite ein erster Schlitten 2 angeordnet ist. Der Schlitten 2 ist in X-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems verfahrbar ist. Die Verfahrbarkeit des Schlittens 2 wird durch zwei zueinander parallel verlaufende Linearbewegungsführungen erzielt, bei denen jeweils mehrere Wagen 3, 4 auf Linearbewegungsschienen 5 angeordnet sind. In den Figuren ist hiervon lediglich eine der Schienen 5 erkennbar. Derartige Linearbewegungsführungen, bei denen im Wagen 3, 4 Wälzkörper in Umlaufkanälen zirkulieren, sind vielfach
vorbekannt. Im vorliegenden Fall sind die Wagen 3, 4 am Maschinengestell 1 ortsfest befestigt, während die Schienen 5 am beweglichen Schlitten 2 angebracht sind.
Der Schlitten 2 ist mit einer schrägen Fläche 6 versehen, auf der ein Werkzeugschlitten 7 angeordnet ist. Mittels zweier nicht näher dargestellten weiteren Linearbewegungsführungen ist der Werkzeugschlitten 7 auf dieser Fläche 6 in X- und Z-Richtung verfahrbar ist.
Am Werkzeugschlitten 7 ist ein Werkzeugträger 8 angebracht, in der ein Fräswerkzeug 9 aufgenommen und um eine Bearbeitungsachse 10 durch einen
Werkzeugantrieb 1 1 in Rotationsbewegung versetzt werden kann. Durch die
Rotationsbewegung kann die für eine spanabtragende Bearbeitung erforderliche
Schnittgeschwindigkeit erzeugt werden. Der Werkzeugträger 8 ist hierbei am
Werkzeugschlitten 7 um eine angetriebene Schwenkachse 14 schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse 14 schneidet hierbei die Rotationsachse (Bearbeitungsachse 10) des Werkzeuges 9 in der Werkzeugspitze. Die Schwenkbewegungen können während der Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere während eines bestehenden Eingriffs des jeweiligen Werkzeuges 9 in ein (in den Figuren nicht dargestelltes) Werkstück, ausgeführt werden.
An einer Frontseite des Maschinengestells 1 ist als Werkstückhalter eine Rundstation
15 angeordnet, die mit zwei Spannstellen 16, 17 versehen ist, zwischen denen ein Werkstück eingespannt werden kann. Die Rundstation 15 ist mit einem rotativen Antrieb 16a, 17a versehen, mit dem das jeweilige Werkstück um eine Spannachse 18 rotierbar ist.
Der rotative Antrieb 16a, 17a der Rundstation 15 kann beispielsweise der Spannstelle
16 zugeordnet sein, um deren Werkstückaufnahme in Rotationsbewegungen zu versetzen. Vorzugsweise weisen beide Spannstellen 16, 17 jeweils einen eigenen rotativen Antrieb 16a, 17a auf.
Jede der Spannsteilen 16, 17 ist auf einem Spannstellenträger 19, 20 angeordnet, der über jeweils zwei parallele Linearbewegungsführungen parallel zur Z-Achse verfahrbar ist. Die beiden Spannstellenträger 19, 20 sind mit jeweils einem eigenem Antrieb (nicht dargestellt) versehen, mit dem an sich voneinander unabhängige translatorische Bewegungen der Spannstellenträger ausführbar sind. Dies kann vor allem dann von Bedeutung sein, wenn ein Werkstück nur von einer der Spannstelle 16, 17 gehalten wird. Werden beide Spannstellen 16, 17 gleichzeitig zur Aufnahme von einem Werkstück genutzt, so sollten die Bewegungen der beiden Spannstellenträger 19, 20 miteinander synchronisiert sein, beispielsweise mittels geeigneter Sensorik, mit der die Positionen der beiden Spannstellen 16, 17 entlang der Z-Achse ständig bestimmt, miteinander verglichen und gegebenenfalls aneinander angeglichen werden.
Hierzu kann an zumindest einer Linearbewegungsführung von jeder der beiden Spannstellen 16, 17 ein Glasmassstab mit optischem Lesekopf (beides nicht gezeigt) vorgesehen sein, der eine Absolutposition der jeweiligen Spannstelle 16, 17 in Bezug auf einen Referenzpunkt bestimmt. Hierfür geeignete Glasmassstäbe werden beispielsweise von der Fa. Heidenhein angeboten (beispielsweise das Produkt
LC181 ). Die Signale der Leseköpfe werden einer nicht näher dargestellten elektronischen Steuerung der Werkzeugmaschinen zugeführt, darin mit verglichen und gegebenenfalls durch Einschaltung von einem oder beiden Antrieben der zwei
Spannstellen 16, 17 aufeinander abgestimmt. Hierzu kann ein Regelkreis vorgesehen sein, der so lange eine Nachjustage vornimmt, bis sich unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Toleranz beide Spannstellen entweder einen vorgegebenen Abstand und Geschwindigkeit aufweisen bzw. sich an der für jede Spannstelle vorbestimmten
Z-Position befinden.
Die Schienen 23, 24, 25, 26 der Linearbewegungsführung für die Z-Achse von jedem der beiden Spannstellenträger 19, 20 sind wiederum jeweils auf Oberseiten von einem dem jeweiligen Spannstellenträger 19, 20 zugeordneten Schlitten 27, 28 angeordnet. Bei beiden Schlitten 27, 28 befinden sich an deren Unterseiten weitere Linearbewegungsführungen, mit denen die Schlitten 27, 28 synchron oder
unabhängig voneinander in Y-Richtung translatorisch verfahrbar sind. Die Y-Achse der Werkzeugmaschine weist hierzu zwei mit dem Maschinengestell verbundene Schienen 29, 30 von ünearbewegungsführungen auf. Wagen 31 , 32; 33, 34, 35, 36 dieser Ünearbewegungsführungen sind an den Schlitten befestigt, wobei Wagen 31 , 32; 33, 34, 35, 36 beider Schlitten 27, 28 auf denselben Schienen 29, 30 angeordnet sind. Aufgrund dieses konstruktiven Aufbaus und der daraus resultierenden Verfahrbarkeit der Spannstellenträger 19, 20 in Y- und in Z-Richtung handelt es sich bei den Spannstellenträgern um jeweils einen Kreuzschlitten.
Sämtliche hier gezeigten Schlitten können mit nicht näher dargestellten handelsüblichen Servomotoren (z.B. der von der Firma Siemens angebotene Typ 1 FT6084-1AF71) versehen sein, deren Rotationsbewegung je über einen Riementrieb und eine Kugelrollspindel in eine Translationsbewegung umgesetzt werden. Alternativ können aber auch Linear-Direktantriebe zum Einsatz kommen, beispielsweise ähnlich dem ebenfalls von der Firma Siemens angebotenen Typ 1 FN3600-4WC00-0AA0.
Auch die Bewegungen der Schlitten 27, 28 entlang der Y-Achse können vorzugsweise miteinander synchronisierbar sein. Ebenso wie bei der 2-Achse können hierfür geeignete Detektoren (beispielsweise optische, magnetische oder induktive Detektoren) zur Bestimmung der Position beider Schlitten 27, 28 vorhanden sein. Die Signale der Detektoren werden der Steuerung der Werkzeugmaschine zugeführt, mit der eine Regelung der Bewegungen bzw. Positionen der Schlitten ausführbar ist.
Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine ist prädestiniert für die Bearbeitung von länglichen Werkstücken mit komplizierten geometrischen Formen, wie beispielsweise
Schaufelblätter von Turbinen oder Verdichtern. Um insbesondere ein solches
Werkstück einzuspannen werden die beiden Spannstellen 16, 17 zunächst auf der Y-
Achse mittels den Schlitten mit einem Y-Abstand auseinander gefahren, der grösser ist als die Länge des Werkstücks. Danach kann das Werkstück in einer Spannzange eingespannt werden, die sich in einer der rotatorisch antreibbaren Spannstellen 16, 17 befindet. Anschliessend können die beiden Spannstellen in Y-Richtung aufeinander
zu bewegt werden, bis sich beispielsweise eine Zentrierspitze der anderen Spannstelle 16, 17 in einer Zentrierbohrung des Werkstücks befindet.
Das so entlang der Spannachse 18 eingespannte Werkstück kann über die angetriebenen werkstückseitigen Y- und Z-Achsen an das Werkzeug zugestellt werden. Während der Bearbeitung können mit diesen Achsen Vorschubbewegungen erzeugt werden. Gleiches gilt für die mögliche Rotation des Werkstücks in der Rundstation um die parallel zur Y-Achse verlaufende Spannachse. Das Werkzeug kann für Zustell- und/oder für Vorschubbewegungen mit dem Schlitten in der X-Achse sowie mit der Achse des Werkzeugschlittens 7 gleichzeitig in X- und Z-Richtung verfahren werden. Zudem ist das Werkzeug mittels seines Werkzeugträgers 8 um die Schwenkachse 14 des Werkzeugschlittens 7 für Schwenkbewegungen schwenkbar. Durch die beschriebene Ausrichtung der Schwenkachse 14 und durch die Schwenkbarkeit des Werkzeugs 9 um diese Achse beschreibt das Werkzeug 9 bei diesen Schwenkbewegungen einen Weg, der einem Abschnitt einer Mantelfläche eines Kegels entspricht, wobei sich die Kegelspitze in der Werkzeugspitze befindet. Trotz der Schwenkbewegung verbleibt somit die Kegelspitze in ihrer räumlichen Position bezüglich des Koordinatensystems.
Es hat sich gezeigt, dass hierdurch das Werkzeug 9 stets optimal an der Werkstückoberfläche ausgerichtet werden kann, was bekanntlich für die Erzielung von guten Oberflächen am Werkstück von ausschlaggebender Bedeutung ist. Anders als bei anderen Werkzeugmaschinen legt sich der Werkzeugträger 8 mit zunehmender Grosse der Schwenkbewegung zusammen mit dem Werkzeug 9 neben das Werkstück. Dies lässt sehr grosse Schwenkwinkel zu, welche stets eine für den Fräsprozess zumindest gute Ausrichtung des Werkzeugs am Werkstück ermöglicht. Da durch die Erfindung zudem eine ausgewogene Belastung beider Spannstellen 16, 17 erzielt werden kann, sind mit solchen Werkzeugmaschinen insgesamt qualitativ hochwertige Arbeitsergebnisse möglich.
Da bei der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine die beiden Spannstellen in Y- Richtung auch mit vergleichsweise grossem Abstand und zudem auch in Z-Richtung
mit Abstand zueinander angeordnet werden können, ist auch eine einseitige Einspannung eines Werkstücks und dessen stirnseitige Bearbeitung möglich. Eine der Fertigungsgenauigkeit abträgliche zweite Einspannung des Werkstücks kann hierdurch vermieden werden, weshalb mit erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinen selbst solche Bearbeitungen mit hoher Fertigungsgenauigkeit möglich sind.
Abschließend ist noch anzumerken, dass sämtliche beschriebenen Achsen angetriebene Achsen sind, die separat und simultan bewegbar sind. Die Bewegungen werden üblicherweise durch die elektronische Steuerung erzeugt und gesteuert, in der Programme zur Fertigung von Werkstücken abgearbeitet und gegebenenfalls auch in geeigneten Speichermitteln hinterlegt werden können.
Bezugszeichenliste
Maschinengestell 24 Schiene
Schlitten 25 Schiene
Wagen 26 Schiene
Wagen 27 Schlitten
Linearbewegungsschiene 28 Schlitten schräge Fläche 29 Schiene
Werkzeugschlitten 30 Schiene
Werkzeugträger 31 Wagen
Fräswerkzeug 32 Wagen
Bearbeitungsachse 33 Wagen
Werkzeugantrieb 34 Wagen
Schwenkachse 35 Wagen
Rundstation 36 Wagen
Spannstelle a Antrieb
Spannstelle a Antrieb
Spannachse
Spannstellenträger
Spannstellenträger
Schiene