TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zum Be- arbeiten von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.

STAND DER TECHNIK

Bei der Werkstückbearbeitung kommt es zum einen darauf an, ein Werkstück möglichst präzise bearbeiten zu können. Zum anderen spielt beim Bearbeitungsprozess natürlich auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit eine Rolle. Kritisch ist in diesem Zusammenhang, dass natürlich das Werkstück mittels eines Werkzeugs, zum Beispiel ein Bohrer, ein Fräser oder eine Säge, zu bearbeiten ist, was bedeutet, dass dieses Werkzeug dem Werkstück zugestellt werden muss. Gleichzeitig müssen Werkstück und Werkzeug bei vorgegebener Bearbeitung relativ zueinander bewegt werden. In der Regel geschieht dies dadurch, dass das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander entlang linearer Achsen verfahren werden. Je nach Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrichtung sind dabei natürlich Werkstückaufnahmen und Werkzeugaufnahmen vorhan- den, die möglicherweise auch auf einem Schlitten oder Ma- schinenbett gelagert sein müssen. Bei den translatorischen Bewegungen kommt es so vor, dass mitunter große Massen über weite Wege bewegt werden müssen, um den Bearbeitungsprozess durchzuführen. In der Vergangenheit ist daher vorgeschlagen worden, werkzeugseitig oder werkstückseitig Drehachsen zu verwenden, um große translatorische Bewegungen großer Mas- sen zu vermeiden. Solche Vorrichtungen, bei denen trans- latorische Bewegungen mit Drehbewegungen kombiniert werden, sind zum Beispiel aus US 4,115,956, EP 0072887A1 oder DE 42 42 906 A1 bekannt. Alle diese Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie über eine Vielzahl Translations- achsen und Rotationsachsen verfügen, was steuerungstech- nisch kompliziert ist.

In WO 2016/177452 A1 und GB 2308 323 A wird vorgeschlagen, die üblichen translatorischen Bewegungen vollständig durch rotatorische Bewegungen zu ersetzen, wobei neben vier Dreh- achsen, nämlich jeweils zwei unmittelbar aufeinanderfolgen- de erste und zweite Drehachsen für das Werkstück und zwei unmittelbar aufeinanderfolgende erste und zweite Drehachsen für das Werkzeug, eine Translationsachse vorhanden ist, die dazu dient, das Werkzeug dem Werkstück zuzustellen. Die be- kannten Vorrichtungen ersetzen also die Verschiebebewegun- gen durch Drehbewegungen, wobei die jeweiligen ersten Dreh- achsen horizontal verlaufen und dabei parallel zueinander ausgebildet sind, um den steuerungstechnischen Rechenauf- wand zu minimieren.

Allerdings weisen auch diese Vorrichtungen ein gewisses Verbesserungspotenzial auf. Zum einen ist der erforderliche Bauraum solcher Anordnungen immer noch verhältnismäßig hoch, zum anderen muss gewährleistet sein, dass die Bestü- ckung mit zu bearbeiteten Werkstücken reibungslos funktio- niert. DIE ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bearbeitungsvor- richtung sowie ein Bearbeitungsverfahren anzugeben, mit de- ren Hilfe sich der Bauraum entsprechender Bearbeitungsvor- richtungen gegenüber dem Stand der Technik verringern lässt, wobei gleichzeitig die behinderungsfreie Bestückung der Bearbeitungsvorrichtung mit zu bearbeitenden Werkstü- cken bzw. die Entnahme fertig bearbeiteter Werkstücke ge- währleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe zum einen durch eine Bearbei- tungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteil- hafte Ausführungsformen finden sich in den jeweiligen Un- teransprüchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, lan- ge Verfahrwege dadurch zu vermeiden, dass ansonsten übliche translatorische Bewegungen über Drehachsen abgebildet wer- den. Werkstückaufnahme und Werkzeugaufnahme werden so rela- tiv zueinander um Drehachsen rotiert und ersetzen somit ei- ne aufwändige und langreichweitige translatorische Bewegung von zum Teil großen Massen. Dazu ist eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken vorgesehen, welche wenigstens einen ersten Vor- richtungsteil und wenigstens einen davon separat angeordne- ten zweiten Vorrichtungsteil aufweist. Dabei umfasst der erste Vorrichtungsteil die Werkstückaufnahme und der zweite Vorrichtungsteil die Werkzeugaufnahme.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nun der erste Vor- richtungsteil und der zweite Vorrichtungsteil jeweils mit einer ersten Drehachse versehen, um welche der jeweilige Vorrichtungsteil drehbar ist. Weiterhin sind die Werkzeug- aufnahme und die Werkstückaufnahme gegenüber dem jeweiligen Vorrichtungsteil zudem um jeweils eine zweite Drehachse drehbar ausgebildet. Auf diese Weise kann über eine ent- sprechende Maschinensteuerung und entsprechend eines vorge- gebenen Bearbeitungsschemas eine relative Verstellung von Werkstück und Werkzeug über überlagerte Drehbewegungen er- zielt werden.

Natürlich muss eine Zustellung des Werkzeugs an das Werk- stück erfolgen. Dazu ist vorgesehen, dass die Werkzeugauf- nahme gegenüber dem zweiten Vorrichtungsteil verschieblich ausgebildet ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich somit die relativen Verstellbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug während des Bearbeitungsvorgangs ab- bilden. Die Bearbeitungsvorrichtung weist demnach, insbe- sondere nur fünf, ansteuerbare Bearbeitungsachsen, nämlich vier Drehachsen und eine Translationsachse, auf. Dadurch wird es möglich, die beim Bearbeitungsprozess üblicherweise vorgesehene translatorische Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug durch Drehbewegungen um die Achsen D1, D2 sowie A1 und A2 zu ersetzen. Dadurch lassen sich die von bewegten Massen zurückzulegenden Wege gering halten und die Bearbei- tungsvorrichtung wesentlich kompakter auslegen. Erfindungs- gemäß sind die erste und zweite Drehachse der ersten Vor- richtung sowie die erste und zweite Drehachse sowie die Translationsachse des zweiten Vorrichtungsteils jeweils oh- ne Zwischenschritte einer weiteren Bearbeitungsachse auf- einanderfolgend angeordnet. Dadurch, dass die jeweils erste und zweite Drehachse und die zweite Drehachse und die

Translationsachse unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist keine weitere Bearbeitungsachse und damit verbun- den kein weiterer Freiheitsgrad vorgesehen, so dass die Be- arbeitung mit nur fünf Bearbeitungsachsen erfolgt.

Erfindungsgemäß verläuft dabei die erste Drehachse des zweiten Vorrichtungsteils zumindest mit einer Richtungskom- ponente in einer senkrecht zum Aufstellboden der Bearbei- tungsvorrichtung definierten Vertikalrichtung Z und die erste Drehachse des ersten Vorrichtungsteils verläuft mit einer Richtungskomponente in Horizontalrichtung X der Bear- beitungsvorrichtung und dabei windschief zur ersten Dreh- achse. Windschief ist hier im mathematischen Sinne zu ver- stehen, wonach zwei Achsen windschief zueinanderstehen, wenn sie weder parallel zueinander verlaufen noch einen ge- meinsamen Schnittpunkt aufweisen.

Bearbeitungsachsen im Sinne der Erfindung sind solche Ach- sen, die während der Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug von einer Maschinensteuerung angesteuert werden. Es kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung weitere Achsen zur Verstellung der beiden Vorrichtungsteile aufweisen, da- bei handelt es sich dann allerdings nicht um Bearbeitungs- achsen, sondern um solche Achsen, die eine Verstellung der beiden Vorrichtungsteile außerhalb des eigentlichen Bear- beitungsprozesses ermöglichen.

So ergibt sich folgende Konfiguration, bei der von einem Maschinenbett oder einer Lagerung der beiden Vorrichtungs- teile zum Werkstück bzw. vom Maschinenbett oder einer Lage- rung der beiden Vorrichtungsteile zum Werkzeug folgende Reihenfolge aufeinanderfolgender angesteuerter bzw. während des Bearbeitungsverfahrens ansteuerbarere Bearbeitungsach- sen möglich ist:

Erste Drehachse/zweite Drehachse für das erste Vorrich- tungsteil und erste Drehachse/zweite Drehachse/ Trans- lationsachse für das zweite Vorrichtungsteil.

In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die erste Drehachse des zweiten Vorrichtungsteils parallel oder in einem Winkel von höchstens 45° zur Vertikalrichtung Z.

Durch die SenkrechtStellung bzw. weitestgehend Aufrecht- stellung der ersten Drehachse ist es möglich, das zweite Vorrichtungsteil, das das Werkzeug trägt, raumsparend, ins- besondere flächensparend anzuordnen. Selbst bei einer mög- lichen beidseitigen Lagerung dieser Drehachse, die eine ho- he Positionsgenauigkeit des Werkzeugs ermöglicht, ist der Flächenbedarf der zweiten Vorrichtung gering, auch wenn die Lager der Drehachse weiter auseinander liegend angeordnet sind.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform verläuft die erste Drehachse des ersten Vorrichtungsteils in einem Win- kel, insbesondere senkrecht, zur ersten Drehachse des zwei- ten Vorrichtungsteils und/oder parallel zur Horizontalrich- tung X. Dadurch bedingt, dass die Träger der Lager und An- triebe der jeweils zweiten Drehachse nicht auf einer paral- leien zueinander stehenden ersten Drehachse geführt werden, ist der überlappende Raumbedarf bei den Bearbeitungsbewe- gungen geringer, so dass die beiden Vorrichtungsteile enger zueinander stehend angeordnet werden können und so den Raumbedarf weiter verringern. Auch die Antriebe der jeweils ersten Drehachsen werden bei einer derartigen Anordnung nicht in einer Ebene nebeneinander angeordnet, wobei dann bei der Anordnung der Antriebe auf den Raumbedarf des je- weils anderen Antriebs keine Rücksicht genommen werden muss.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Vorrichtungsteil nur einseitig um dessen erste Dreh- achse drehbar gelagert. Eine einseitige Lagerung des ersten Vorrichtungsteils hat zwei Vorteile. Zum einen wird die Bauhöhe in Achsrichtung geringer, da die zweite, gegenüber- liegende Lagerung der Drehachse entfällt, zum anderen wird durch das Fehlen der zweiten Lagerung der Zugangsbereich zur Aufnahme des Werkstücks für einen Bediener und/oder ei- nen Bestückungsroboter und/oder einer Zuführungsanordnung vergrößert. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Vorrichtungsteil (20) zweiseitig um dessen erste Drehachse (A1) drehbar gelagert. Die zweiseitige Lagerung erlaubt eine präzisere Führung des zu drehenden Teils. Da die Drehachse senkrecht oder zumindest weitestgehend auf- recht angeordnet ist, wird durch die zweiseitige Lagerung der Flächenbedarf des zweiten Vorrichtungsteils nicht oder kaum vergrößert.

Ergänzend hierzu sind nach einer weiteren bevorzugten Aus- führungsform die Werkzeugaufnahme und/oder die Werkstück- aufnahme über einen Drehteller oder über einen anderweitig gestalteten Drehmechanismus drehbar ausgebildet. Hierbei kann der Drehteller oder Drehmechanismus über einen ent- sprechenden Motor positionsgenau verstellt werden. Außerdem ermöglicht der Drehteller oder Drehmechanismus auch eine große Variabilität hinsichtlich der verwendeten Werkzeug- träger oder Werkstücke.

Nach einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Drehachse des jeweiligen Vorrichtungsteils nicht parallel, insbesondere senkrecht, zur jeweiligen ers- ten Drehachse des jeweiligen Vorrichtungsteils verläuft. Auch hiermit lassen sich insbesondere bei der senkrechten Ausführung die Ansteuerung und die dafür erforderliche Steuersoftware besonders vorteilhaft gestalten und Rechen- aufwand minimieren. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die zweiten Drehachsen relativ zu den zughörigen Vorrichtungs- teilen ortsfest angeordnet sind. Dies bedeutet, dass es keine Verschiebung, wie beispielsweise eine translatorische Bewegung, der zweiten Drehachse gegenüber dem Vorrichtungs- teil gibt. Von Vorteil ist es dabei, wenn die beiden Dreh- achsen der jeweiligen Vorrichtungsteile nicht windschief zueinander angeordnet sind, sondern in einer Ebene liegen, sich also kreuzen. Diese Anordnung vereinfacht die Positio- nierung vom Werkstück zum Werkzeug erheblich. Vorteilhaft- erweise kann an dem ersten Vorrichtungsteil der Kreuzungs- punkt der beiden Drehachsen in dem Werkstück liegen, das an dem Vorrichtungsteil angeordnet ist. Dadurch werden die Kräfte, die notwendig sind, um das Werkstück zu bewegen, verringert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung eines Werk- stücks wird mittels der oben beschriebenen Bearbeitungsvor- richtung durchgeführt. Dabei werden folgende Schritte aus- geführt:

- Anordnen des Werkstücks an einer Werkstückaufnahme,

- Anordnen eines Werkzeugs an einer Werkzeugaufnahme,

- Bearbeiten des Werkstücks, wobei die relative Position zwischen Werkstück und Werkzeug durch Drehen des Werk- stücks um die zugehörige erste und/oder die zugehörige zweite Drehachse und/oder Drehen des Werkzeugs um die zu- gehörige erste Drehachse und/oder die zugehörige zweite Drehachse eingestellt wird und wobei die Werkzeugaufnahme gegenüber den zweiten Vorrichtungsteil entsprechend der Arbeitsposition über die translatorische Achse verschoben wird.

Alle vorstehend genannten Achsen sind Bearbeitungsachsen im Sinne der Erfindung, die mittels einer Maschinensteuerung entsprechend des gewünschten Bearbeitungsvorgangs zur Ände- rung der Drehlage oder Translationslage angesteuert werden, um eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zu realisieren.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die translato- rische Verschiebung der Werkzeugaufnahme relativ gegenüber der zugehörigen zweiten Drehachse erfolgt.

KÜRZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSABBILDUNG

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Figur 1 - zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer, schematischer Darstellung. BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens zwei, zum Beispiel blockartige, Vorrichtungsteile 10 und 20 auf. Je- der dieser Vorrichtungsteile 10, 20 ist um eine erste Dreh- achse A1 bzw. A2 drehbar gelagert. Die Vorrichtungsteile 10, 20 dienen der Unterbringung eines Werkstücks 30 (nicht gezeigt) bzw. eines Werkzeugträgers 40, der ein oder mehre- re Werkzeuge 41 aufnehmen kann. Insbesondere kann es sich bei dem Werkzeugträger 40 um einen Wechselwerkzeugträger handeln. Sowohl das Werkstück 30, welches am ersten Vor- richtungsteil 10 in einer nicht im Detail dargestellten Werkstückaufnahme aufgenommen ist, als auch der Werkzeug- träger 40 sind jeweils gegenüber dem zugehörigen Vorrich- tungsteil 10, 20 um zweite Drehachsen D1 bzw. D2 drehbar gelagert, z.B. in einer drehbaren Werkzeug- bzw. Werkstück- aufnahme. Dazu kann es sich, wie im gezeigten Beispiel an- gedeutet, anbieten, das Werkstück 30 auf einem als Werk- stückaufnahme dienenden Drehteller 31 unterzubringen, wel- cher wiederum drehbar um die Drehachse D1 am ersten Vor- richtungsteil 10 gelagert ist. Ebenso kann der Werkzeugträ- ger 40 bzw. die Werkzeugaufnahme auf einem Drehteller 21 angeordnet sein, der auf dem Vorrichtungsteil 20 gelagert ist. Bevorzugt sind die Drehachsen D1 und D2 jeweils senk- recht zu den zugehörigen Drehachsen A1 und A2 angeordnet. Andere Anordnungen sind natürlich ebenso denkbar. Natürlich müssen zur Drehung um die zweiten Drehachsen D1 bzw. D2 nicht zwingend Drehteller verwendet werden, es sind auch andere Drehmechanismen denkbar.

Das zweite Vorrichtungsteil 20, das den Werkzeugträger 40 mit dem Werkzeug 41 trägt, ist in diesem Ausführungsbei- spiel so angeordnet, dass die erste Drehachse A2 senkrecht steht. Das Vorrichtungsteil 20 hat die größte Ausdehnung längs der ersten Drehachse A2, weil neben dem Drehteller 21 die jeweils gekröpften Lagerenden angeordnet sind. Diese längste Ausdehnung ist in diesem Ausführungsbeispiel senk- recht gestellt, so dass die Ausdehnung in der horizontalen Ebene X-Y gering gehalten wird. Gelagert wird das zweite Vorrichtungsteil 20 am Maschinenbett 2 unten an der Trag- platte 5 und oben an der oberen Lagerplatte 3, wodurch eine sehr präzise Führung des Werkzeugs 41 möglich wird. Der (hier nicht gezeigte) Antrieb der Achse A2 ist unter und/oder über dem Bearbeitungsraum angeordnet, der von den Vorrichtungsteilen 10, 20 beansprucht wird.

Das erste Vorrichtungsteil 10 ist drehbar um die Drehachse A1 an der Rückwand 4 angeordnet und dabei einseitig gela- gert. Der Antrieb ist hinter dem Bearbeitungsraum angeord- net und hat damit keinen Raumkonflikt mit dem Antrieb der Drehachse A2 des zweiten Vorrichtungsteils 20. Dadurch kön- nen die beiden Vorrichtungsteile 10, 20 näher zusammenrü- cken, wodurch sich der Flächenbedarf in der Ebene weiter verringert. Durch die einseitige Lagerung des ersten Vor- richtungsteils 10 wird der Raum vor der Werkstückaufnahme am Drehteller 31 freigehalten, wodurch zum einen der Flä- chenbedarf des ersten Vorrichtungsteils gering bleibt und zum anderen der Zugang zur Werkstückaufnahme erleichtert wird. So kommt ein Bediener, ein Roboter oder eine Zufüh- rungsvorrichtung nahe an die Werkstückaufnahme heran und kann so zuverlässig und genau die Werkstücke platzieren. Dabei ist es dann auch von Vorteil, wenn die erste Drehach- se A1 waagerecht angeordnet ist, denn dann kann der Dreh- teller 31 mit der Werkstückaufnahme so gedreht werden, dass er waagerecht ausgerichtet ist, was das Platzieren und Aus- richten von, insbesondere schweren, Werkstücken erleich- tert.

Schließlich ist im gezeigten Beispiel vorgesehen, dass der Werkzeugträger 40 noch eine translatorische Achse T auf- weist, die es ermöglicht, den Werkzeugträger 40 und damit das daran aufgenommene Werkzeug 41 in Richtung auf das Werkstück 30 zuzustellen. Dies geschieht beispielsweise über einen Schlitten, der in Pfeilrichtung T bewegt werden kann. Die translatorische Verschiebung kann natürlich durch andere Hilfsmittel als den hier gezeigten Schlitten gesche- hen, beispielsweise Linearantriebe oder dergleichen.

Bereits mit dieser Konfiguration lassen sich Werkzeug 41 und Werkstück 30 beliebig relativ zueinander positionieren, wobei die Vorrichtungsteile 10, 20 selbst nur um die Achsen A1 bzw. A2 verschwenkt werden müssen und ansonsten ledig- lich das Werkstück 30 und das Werkzeug 41 relativ zueinan- der über die Achsen D1 und D2 gedreht werden. Es wird also eine eigentlich vorgesehene translatorische Bewegung zwi- schen Werkstück 30 und Werkzeug 41 durch Drehbewegungen um die Achsen D1, D2 sowie A1 und A2 ersetzt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher möglich, die insbesondere massiv ausgebildeten Vorrichtungsteile 10, 20, die im Grunde als Lagerblöcke für darauf angeordnete Drehteller 21, 31, Werkzeugträger 40 und Werkstücke 30 die- nen, nur minimal zu bewegen (zu verschwenken), sodass große Massen verhältnismäßig kleine Bewegungswege ausführen müs- sen. Ebenso verhält es sich mit den Werkstücken 30 und dem Werkzeugträger 40, die ihrerseits bei der Bearbeitung des Werkstücks 30 auch nur geringe Drehbewegungen ausführen und nicht aufwendig und über große Entfernungen transla-torisch verschoben werden müssen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die genannten Bear- beitungsachsen mittels einer hier nicht gezeigten Maschi- nensteuerung, die aber Teil der Bearbeitungsvorrichtung sein kann, entsprechend dem auszuführenden Bearbeitungspro- zess angesteuert, sodass sich eine relative Bewegung zwi- schen Werkstück und Werkzeug entsprechend eines vorgegebe- nen Bewegungsweges einstellt.