EVERTZ, Jörg (Stallikonerstrasse 47, Birmensdorf, CH-8903, DE)
| Patentansprüche 1. Bearbeitungsmaschine (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (32), insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, mit einem ortsfesten Rahmen (14), einem gegenüber dem Rahmen (14) automatisiert bewegbaren Werkzeughalter (74) zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs (62) und einem gegenüber dem Rahmen (14) automatisiert bewegbaren Werkstückhalter (44) zur Aufnahme eines in Bearbeitung befindlichen Werkstücks (32), wobei der Werkzeughalter (74) und der Wertstückhalter (44) relativ zueinander in Richtung einer Z-Achse automatisiert transla- tiv bewegbar sind und der Werkzeughalter (74) gegenüber dem Rahmen (14) um eine orthogonal zur Z-Achse ausrichtbare oder ausgerichtete U-Achse automatisiert rotativ bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhalter (44) gegenüber dem Rahmen (14) um eine A- Achse automatisiert rotativ bewegbar ist, wobei die A-Achse und die U-Achse zueinander parallel ausrichtbar sind. 2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (74) gegenüber dem Rahmen (14) um eine orthogonal zur Z-Achse und orthogonal zur U-Achse ausrichtbare oder ausgerichtete B-Achse rotativ bewegbar ist. 3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (74) und der Wertstückhalter (44) zueinander in Richtung einer X-Achse automatisiert translativ bewegbar sind, wobei die X-Achse orthogonal zur Z-Achse ausgerichtet ist. 4. Bearbeitungsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weder der Werkstückhalter (44) noch der Werkzeughalter (74) in Richtung einer Y-Achse translativ gegenüber dem Rahmen bewegbar sind, wobei diese Y-Achse orthogonal zur Z-Achse sowie orthogonal zur A-Achse und zur U-Achse in deren parallele Ausrichtung ausgerichtet ist. 5. Bearbeitungsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhalter (44) gegenüber dem Rahmen (14) in Richtung der X-Achse translativ bewegbar und gegenüber dem Rahmen um die A-Achse rotativ bewegbar ist, wobei vorzugsweise ein dem Werkstückhalter (44) zugeordnetes Zwischenelement (40) gegenüber dem Rahmen (14) in Richtung der X-Achse translativ bewegbar ist und der Werkstückhalter (44) gegenüber diesem Zwischenelement (40) um die A-Achse rotativ bewegbar ist. 6. Bearbeitungsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (74) gegenüber dem Rahmen (14) in Richtung der Z-Achse translativ bewegbar und gegenüber dem Rahmen um die U-Achse sowie vorzugsweise um die B-Achse rotativ bewegbar ist, wobei vorzugsweise ein dem Werkzeughalter zugeordnetes erstes Zwischenelement (70) gegenüber dem Rahmen in Richtung der Z-Achse translativ bewegbar ist und der Werkzeughalter (74) gegenüber diesem ersten Zwischenelement (70) um die U- Achse und die B-Achse rotativ bewegbar ist, wobei insbesondere vorzugsweise ein dem Werkzeughalter (44) zugeordnetes zweites Zwischenelement (72) gegenüber dem ersten Zwischenelement (70) um die B-Achse rotativ bewegbar ist und der Werkzeughalter (74) gegenüber diesem zweiten Zwischenelement (72) um die U- Achse rotativ bewegbar ist. 7. Bearbeitungsmaschine (10), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (32), insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, mit einem ortsfesten Rahmen (14), einem gegenüber dem Rahmen (14) zum Zwecke der Bearbeitung automatisiert bewegbaren Werkzeughalter (74) und einem gegenüber dem Rahmen 814) zum Zwecke der Bearbeitung automatisiert bewegbaren Werkstückhalter (44), wobei der Werkzeughalter (74) und der Werkstückhalter (44) in einem gemeinsamen Bearbeitungsraum (12) angeordnet sind, der Werkzeughalter (74) mittels einer dem Werkzeughalter (74) zugeordneten ersten Bewegungsvorrichtung (70, 72) automatisiert bewegbar ist und der Werkstückhalter (44) mittels einer dem Werkstückhalter (44) zugeordneten zweiten Bewegungsvorrichtung (40, 42) automatisiert bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsraum (12) durch eine sich vertikal erstreckende Rückwandung (14) abgeschlossen wird und die beiden Bewegungsvorrichtungen (70, 72, 40, 42) an der Rückwandung (14) angebracht sind oder sich durch eine Ausnehmung (15) in der Rückwandung (14) hindurch erstrecken. 8. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bodenbereich (16) des Bearbeitungsraums (12) eine fest installierte Absaugeinrichtung vorgesehen ist. |
Bearbeitunqsmaschine
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder eines Gebissmodells, mit einem ortsfesten Rahmen, einem gegenüber dem Rahmen automatisiert bewegbaren Werkzeughalter zur Aufnahme eines bearbeitenden Werkzeugs und einem gegenüber dem Rahmen automatisiert bewegbaren Werkstückhalter zur Aufnahme eines in Bearbeitung befindlichen Werkstücks. Dabei sind der Werkzeughalter und der Werkstückhalter relativ zueinander in Richtung einer Z-Achse automatisiert translativ bewegbar. Weiterhin ist der Werkzeughalter gegenüber dem Rahmen um eine orthogonal zur Z-Achse ausrichtbare oder ausgerichtete U-Achse automatisiert rotativ bewegbar.
Gattungsgemäße Bearbeitungsmaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Im Bereich der Zahnersatzteilherstellung werden sie verwendet, um Zahnersatzteile wie Kronen, Inlays oder Brücken herzustellen. Diese Zahnersatzteile werden mittels spanender Bearbeitung, beispielsweise mittels Fräsens, Bohrens oder Schleifens, aus einem Rohling herausgearbeitet. Die Formgebung der Zahnersatzteile wird bei gattungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen dadurch erzielt, dass die Relativlage des rotierenden Werkzeugs relativ zum Werkstück kontinuierlich verändert wird, so dass das spanend wirkende Werkzeug Material um das herzustellende Zahnersatzteil herum entfernt und somit das Zahnersatzteil mit der gewünschten Form stehen lässt. Um das Werkzeug hinsichtlich seiner Lage frei gegenüber dem Rohling bewegen zu können, ist bei den Bearbeitungsmaschinen aus dem Stand der Technik vorgesehen, dass das Werkzeug und das Werkstück trans- lativ entlang der drei Grundrichtungen relativ zueinander beweglich sind. So kann im einfachsten Falle das Werkstück ortsfest zum Rahmen festgelegt sein, während das Werkzeug entlang einer X-Achse, einer Y- Achse und einer Z-Achse gegenüber dem Werkstück beweglich ist. Um zusätzlich auch Hinterschneidungen zu ermöglichen, kann das Werkzeug zusätzlich gegenüber dem Werkstück verschwenkt werden.
Aus dem Stand der Technik ist es darüber hinaus bekannt, das Werkstück um 180° drehen zu können, um nacheinander zwei gegenüberliegende Seiten des Rohlings bearbeiten zu können.
Als nachteilig an den Bearbeitungsmaschinen aus dem Stand der Technik wird angesehen, dass die Gestaltung der Bearbeitungsmaschine mit Bewegungsvorrichtungen zur Bewegung des Werkstücks bzw. des Werkzeugs entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse vergleichsweise viel Platz in Anspruch nehmen. Gerade bei Bearbeitungsmaschinen, die der Herstellung von Zahnersatzteilen und/oder Gebissmodellen dienen, ist dies nachteilig, da solche Maschinen vorzugsweise klein ausgebildet sein sollen, so dass sie in Dentallaboren oder Arztpraxen aufgestellt werden können.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bearbeitungsmaschine zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermindert und insbesondere eine verbesserte Kinematik aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Werkstückhalter gegenüber dem Rahmen um eine A-Achse automatisch rotativ bewegbar ist, wobei die A-Achse und die U-Achse zueinander parallel ausrichtbar sind.
Als Bearbeitungsmaschine im Sinne dieser Erfindung wird eine Maschine angesehen, die relativ zueinander bewegliche Halter zur Aufnahme des Werkstücks einerseits und des Werkzeugs andererseits aufweist. Diese Halter, der Werkzeughalter und der Werkstückhalter, können gemäß vorgegebenen Bearbeitungsdaten automatisiert relativ zueinander bewegt werden, um aus einem Rohling das herzustellende Zahnersatzteil herauszuarbeiten. Erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschinen weisen einen ortsfesten Rahmen auf, wobei die Ortsfestigkeit hinsichtlich des Rahmens sich auf eine Ortsfestigkeit gegenüber einem Anschlussbereich, beispielsweise einem Fussboden, bezieht. Gegenüber diesem Rahmen sind sowohl der Werkzeughalter als auch der Werkstückhalter beweglich, um eine dreidimensionale Bearbeitung des Werkstücks zu gestatten. Diese Relativbeweglichkeit umfasst einerseits eine translative Beweglichkeit entlang der Z-Achse, so dass der Werkstückhalter und der Werkzeughalter in Z-Richtung aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können.
Weiterhin sind sowohl der Werkstückhalter als auch der Werkzeughalter automatisiert verschwenkbar um eine A-Achse bzw. eine U-Achse ausgebildet. Dabei sind die A-Achse und die U-Achse entweder hinsichtlich ihrer Ausrichtung unveränderlich und zueinander parallel ausgerichtet oder aber eine der Achsen oder beide Achsen weisen eine variable Ausrichtung auf, sind jedoch in eine Ausrichtung überführbar, in der sie zueinander parallel und vorzugsweise orthogonal zur Z-Achse ausgerichtet sind.
Die beschriebene parallele Verschwenkbarkeit des Werkstücks und des Werkzeugs um die A-Achse bzw. um die U-Achse ist gemeinsam mit der translativen Beweglichkeit des Werkstückhalters und des Werkzeughalters relativ zueinander in Richtung der Z-Achse geeignet, eine translati- ve Beweglichkeit des Werkstückhalters und des Werkzeughalters zueinander in Richtung einer Y-Achse, die zur Z-Achse orthogonal ausgerichtet ist, zu ersetzen. So kann die gleiche Bearbeitungswirkung, die durch eine Bewegung des Werkzeugs entlang dieser Y-Achse erzielbar wäre, auch dadurch erzielt werden, dass sowohl das Werkstück als auch das Werkzeug um einen identischen Winkel um die A-Achse bzw. die U- Achse verschwenkt werden, während gleichzeitig die dadurch resultierende Annäherung oder Beabstandung des Werkstücks vom Werkzeug mittels einer Relativbewegung entlang der Z-Achse kompensiert wird. Es ist somit möglich, die Bearbeitungsmöglichkeiten, die sich aus zwei zueinander orthogonalen translativen Freiheitsgraden (Z, Y) des Werkstücks zum Werkzeug ergeben, mittels nur eines translativen Freiheitsgrades entlang der Z-Achse sowie mittels zweier rotativer Freiheitsgrade um die A-Achse bzw. U-Achse zu ersetzen. Ein Steuergerät der Bearbeitungsmaschine kann dafür ausgebildet sein, die erforderliche Koordinatentransformation durchzuführen, um nachfolgend bei Ansteuerung der entsprechenden Motoren die Y-Achse durch die A-Achse und die U- Achse zu ersetzen.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine weder der Werkstückhalter noch der Werkzeughalter in Richtung einer Y-Achse translativ gegenüber dem Rahmen bewegbar sind, wobei diese Y-Achse orthogonal zur Z-Achse sowie orthogonal zur A-Achse und zur U-Achse in deren parallele Ausrichtung ausgerichtet ist. Durch das Entfallen der translativen Beweglichkeit in Richtung der Y-Achse werden der erforderliche Bauraum sowie die erforderliche Komplexität der Bewegungssysteme zur Bewegung des Werkstücks und des Werkzeugs verringert. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die Abdichtung beweglicher Komponenten der Fräsmaschine an rotativ beweglichen Komponenten einfacher realisierbar ist als an translativ beweglichen Komponenten. Durch die Verringerung der translativen Freiheitsgrade des Werkstückhalters und des Werkzeughalters auf insgesamt nur zwei translative Freiheitsgrade, kann dem Werkstückhalter und dem Werkzeughalter jeweils nur ein translativer Freiheitsgrad zugeordnet sein, so dass es möglich ist, alle Linearachsen der translativen Freiheitsgrade ortsfest am Rahmen vorzusehen.
Vorzugsweise sind der Werkzeughalter und der Werkstückhalter zusätzlich relativ zueinander in Richtung einer X-Achse automatisiert translativ bewegbar, wobei die X-Achse orthogonal zur Z-Achse ausgerichtet ist. Diese X-Achse verläuft parallel zu der A-Achse und der U-Achse in deren paralleler Ausrichtung. Durch diese Gestaltung sind demnach der Werkzeughalter und der Werkstückhalter in zwei Richtungen (Z, X) gegeneinander translativ bewegbar, während eine translative Bewegbarkeit in Richtung der zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonalen Y-Achse entweder bereits konstruktiv nicht vorgesehen ist oder aber zumindest durch die Verschwenkbarkeit des Werkzeughalters um die U-Achse und des Werkstückhalters um die A-Achse ersetzbar ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Werkzeughalter gegenüber dem Rahmen zusätzlich um eine orthogonal zur Z-Achse und orthogonal zur U-Achse ausrichtbare oder ausgerichtete B-Achse rotativ bewegbar. Bei einer solchen Gestaltung kann demnach das Werkzeug um zwei zueinander orthogonale Schwenkachsen (B, U) verschwenkt werden, so dass zusätzliche Flexibilität bei der Bearbeitung erzielt wird. Die Verschwenkbarkeit des Werkzeughalters um die U-Achse dient vorzugsweise nicht ausschließlich der erläuterten Substituierung der Y- Achse in Zusammenwirkung mit der Verschwenkbarkeit des Werkstückhalters um die A-Achse. Zusätzlich kann diese Verschwenkbarkeit um die U-Achse bei nicht mitverschwenktem Werkstück auch eine angestellte Orientierung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück ermöglichen, durch die eine Verbesserung der Oberflächenqualität erreichbar ist. Dem gleichen Zweck dient auch die Verschwenkbarkeit des Werkzeugs um die B-Achse. Insgesamt ergibt sich somit durch die beiden translativen Freiheitsgrade hinsichtlich der X-Achse und der Z-Achse und die drei rotativen Freiheitsgrade hinsichtlich der A-Achse, der U-Achse und der B-Achse eine 5-achsige Bearbeitungsmöglichkeit für das Werkstück.
Als besonders vorteilhaft hat sich hinsichtlich des Werkstückhalters eine Konfiguration herausgestellt, bei der der Werkstückhalter gegenüber dem Rahmen in Richtung der X-Achse translativ bewegbar und um die A-Achse rotativ bewegbar ist. Diese doppelte Bewegbarkeit wird vorzugsweise dadurch erzielt, dass ein dem Werkstückhalter zugeordnetes Zwischenelement gegenüber dem Rahmen in Richtung der X-Achse translativ bewegbar ist und dass der Werkstückhalter gegenüber diesem Zwischenelement um die A-Achse rotativ bewegbar ist.
Im Hinblick auf den Werkzeughalter hat sich eine Konfiguration als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei der der Werkzeughalter gegenüber dem Rahmen in Richtung der Z-Achse translativ bewegbar und gegenüber dem Rahmen um die U-Achse sowie vorzugsweise auch um die B-Achse rotativ bewegbar ist. Besonders von Vorteil ist es dabei, wenn ein dem Werkzeughalter zugeordnetes erstes Zwischenelement gegenüber dem Rahmen in Richtung der Z-Achse translativ bewegbar ist und der Werkzeughalter gegenüber diesem ersten Zwischenelement um die U-Achse und die B-Achse rotativ bewegbar ist. Besonders von Vorteil ist es, wenn ein dem Werkzeughalter zugeordnetes zweites Zwischenelement gegenüber dem ersten Zwischenelement um die B-Achse rotativ bewegbar ist und der Werkzeughalter gegenüber diesem zweiten Zwischenelement um die U-Achse rotativ bewegbar ist.
Im Sinne dieser Erfindung wird eine translative Bewegbarkeit des Werkzeughalters bzw. des Werkstückhalters derart verstanden, dass der Werkzeughalter bzw. der Werkstückhalter durch eine in Richtung der entsprechenden Achse ausgerichtete Führungseinrichtung geführt ist. Eine translative Beweglichkeit in Richtung einer bestimmten Achse ist demnach nicht gegeben, wenn nur eine gemeinsame Bewegung entlang zweier Freiheitsgrade zu einer überlagerten Bewegung in Richtung dieser Achse führt. Entsprechend wird als rotative Bewegbarkeit im Sinne der Erfindung eine Bewegbarkeit um die entsprechende Achse angesehen, bei der die entsprechende Achse konstruktiv, beispielsweise durch ein Lager, definiert ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin, insbesondere als Weiterbildung der oben beschriebenen Bearbeitungsmaschine, auch eine Bearbeitungsmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Rohlings zur Herstellung eines Zahnersatzteils, mit einem ortsfesten Rahmen, mit einem gegenüber dem Rahmen zum Zweck der Bearbeitung automatisiert bewegbaren Werkzeughalter und mit einem gegenüber dem Rahmen zum Zwecke der Bearbeitung automatisiert bewegbaren Werkstückhalter, wobei der Werkzeughalter und der Werkstückhalter in einen gemeinsamen Bearbeitungsraum angeordnet sind, wobei darüber hinaus der Werkzeughalter mittels einer dem Werkzeughalter zugeordneten ersten Bewegungsvorrichtung automatisiert bewegbar ist und wobei darüber hinaus auch der Werkstückhalter mittels einer dem Werkstückhalter zugeordneten zweiten Bewegungsvorrichtung automatisiert bewegbar ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bearbeitungsraum durch eine sich vertikal erstreckende Rückwandung abgeschlossen wird und die beiden Bewegungsvorrichtungen an der Rückwandung angebracht sind bzw. sich durch eine Ausnehmung in der Rückwandung hindurch erstrecken.
Bei einer solchen Gestaltung, die vorzugsweise mit der oben beschriebenen Gestaltung mit parallel verschwenkbaren Werkstückhalter und Werkzeughalter kombiniert ist, ist ein Bodenbereich des Bearbeitungsraums frei von Teilen der Bewegungsvorrichtungen zur Bewegung des Werkstückhalters bzw. des Werkzeughalters. Sowohl der Werkstückhalter als auch der Werkzeughalter sind an der genannten sich vertikal erstreckenden Rückwandung vorgesehen und entweder unmittelbar mit dieser verbunden oder aber zumindest durch diese hindurch in den Bearbeitungsraum hineinragend ausgestaltet. Diese Gestaltung ermöglicht beispielsweise eine sehr einfache Reinigung des Bearbeitungsraums, da während der Bearbeitung entstehende Späne und Staub nicht aus den komplexen Bewegungseinrichtungen entfernt werden müssen, sondern zumindest größtenteils von einem einfach gestalteten Bearbeitungsraumboden entfernt werden können.
Besonders von Vorteil ist es, wenn in einem Bodenbereich des Bearbeitungsraums eine fest installierte Absaugeinrichtung vorgesehen ist. Eine solche fest installierte Absaugeinrichtung kann aufgrund der Tatsache, dass die Bewegungsvorrichtungen nicht im Bodenbereich vorgesehen sind, sehr wirkungsvoll zum Absaugen von Spänen und Staub verwendet werden. Vorzugsweise ist hierzu eine Bodenplatte mit Ausnehmungen vorgesehen, beispielsweise ein Lochblech, unter welcher die Absaugeinrichtung angeordnet ist.
Neben einer solchen Absaugeinrichtung oder der einfachen Gestaltung des Bearbeitungsraums mit einer manuell reinigbaren Bodenplatte sind jedoch auch andere Nutzungen des erfindungsgemäß von den Bewegungsvorrichtungen freibleibenden Bodenbereichs möglich. So ist es vorteilhaft möglich, in diesem Bereich eine Zuführeinrichtung vorzusehen, die Werkzeuge und/oder Werkstücke für den Bearbeitungsvorgang zustellen kann, oder einen Behälter, der Späne, Staub und/oder zur Kühlung des Bearbeitungsvorganges eingesetzte Flüssigkeiten auffängt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches anhand der Figuren erläutert wird. Dabei zeigen:
Fig. 1 den Bearbeitungsraum einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine in einer perspektivischen Darstellung und
Fig. 2a bis 2e eine Seitendarstellung des Werkstückhalters sowie des Werkzeughalters der Bearbeitungsmaschine während des Bearbeitungsvorgangs sowie das Werkstück nach der Bearbeitung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt den Bearbeitungsraum 12 einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine 10. In diesem Bearbeitungsraum 12 sind ein Werkstückhalte- und -bewegungssystem 30 (im Weiteren: Werkstücksystem 30) mit eingesetztem Werkstück 32 sowie eine Werkzeughalte- und -bewegungssystem 60 (im Weiteren: Werkzeugsystem 60) mit eingesetztem Werkzeug 62 vorgesehen. Das Werkstücksystem 30 weist einen Werkstückschlitten 40 auf, der durch Führungsschienen 42 geführt mittels eines nicht dargestellten Motors in Richtung einer X-Achse automatisiert bewegbar ist. An diesem Werkstückschlitten 40 ist ein Werkstückhalter 44 angekoppelt, wobei dieser Werkstückhalter 44 gegenüber dem Werkzeugschlitten 40 mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Elektromotors um eine A-Achse automatisiert elektromotorisch verschwenkbar ist. Bei dem Werkstück 32 selbst handelt es sich um einen runden, flächigen Rohling 32, der mittels des Werkstücksystems 30 entlang der X-Achse translativ bewegbar ist und um die A-Achse rotativ verschwenkbar ist.
Die Werkzeugsystem 60 weist einen in Richtung einer Z-Achse beweglichen Werkzeugschlitten 70 auf. Gegenüber diesem Werkzeugschlitten 70 ist ein Tragbügel 72 um eine B-Achse rotativ verschwenkbar. Ein Werkzeughalter 74 ist gegenüber diesem Tragbügel 72 um eine U- Achse verschwenkbar. Der Werkstückhalter 74 umfasst eine während der Bearbeitung rotierende Bearbeitungsspindel 76, in die das Fräswerkzeug 62 eingespannt ist.
Zur Ausrichtung der genannten Achsen: Bei der dargestellten Bearbeitungsmaschine sind die X-Achse und die A-Achse parallel zueinander ausgebildet. Die Z-Achse verläuft orthogonal zur X-Achse und zur A- Achse. Die B-Achse ist sowohl zur Z-Achse als auch zur X-Achse und der A-Achse orthogonal ausgerichtet. Die U-Achse weist keine feste Ausrichtung auf, sondern ist konstruktiv lediglich insoweit definiert, als dass sie stets orthogonal zur B-Achse ausgerichtet ist und auf der durch die X-Achse und die Z-Achse aufgespannten Ebene liegt. Bei einem Verschwenken des Tragbügels 72 um die B-Achse erfolgt auch eine Verlagerung der U-Achse. Wesentlich ist allerdings, dass die variabel ausrichtbare U-Achse auch parallel zur A-Achse ausrichtbar ist, wie es beispielsweise in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand gegeben ist. Der Bearbeitungsraum 12, in dem das Werkstücksystem 30 sowie das Werkzeugsystem 60 zumindest größtenteils angeordnet sind, ist rückseitig durch eine Halteplatte 14 begrenzt. Der Werkstückschlitten 40 ist mittels der Führungsvorrichtung 42 an dieser Rückwandung 14 translativ beweglich befestigt. Auch der Werkzeugschlitten 70 ist an der Rückwandung 14 angeordnet. Somit erstrecken sich sowohl die werkstück- seitigen als auch die werkzeugseitigen Systeme 30, 60 von der Rückwandung 14 aus und sind nicht im Bodenbereich 16 des Bearbeitungsraums 12 angebracht. Der Bodenbereich 16 ist daher frei von Führungen oder anderweitigen Teilen der Systeme 30, 60. In diesem Bodenbereich 16 ist eine Bodenplatte 18 vorgesehen, die eine Vielzahl an Absaugöffnungen 19 aufweist, von denen beispielhaft einige dargestellt sind. In nicht dargestellter Art und Weise ist unterhalb dieser Bodenplatte 18 eine Absaugeinrichtung vorgesehen, die durch Erzeugung eines Unterdrucks Staub und Späne aus dem Bearbeitungsraum 12 absaugt.
Wie anhand der Darlegung der verschiedenen Freiheitsgrade des Werkzeugs und des Werkstücks hervorgeht, können weder das Werkzeug 62 noch das Werkstück 32 translativ in Richtung einer orthogonal zur Z- Achse und zur X-Achse ausgerichteten Y-Achse bewegt werden. Da eine Relativbewegung des Werkstücks zum Werkzeug entsprechend einer Bewegung entlang einer solchen Y-Achse jedoch zur vollständigen Bearbeitung des Werkstücks 32 zur Erzeugung von Zahnersatzteilen erforderlich ist, wird diese Bewegung in Richtung der Y-Achse durch eine überlagerte Bewegung des Werkstücks 32 rotativ um die A-Achse sowie des Werkzeugs 62 rotativ um die U-Achse und translativ entlang der Z- Achse ersetzt. Diese Substitution wird nachfolgend anhand der Fig. 2a bis 2e erläutert.
Die Fig. 2a bis 2d zeigt in schematischer Ansicht das Werkzeugsystem 60 sowie das Werkstücksystem 30 von der Seite, so dass die Blickrichtung parallel zur X-Achse verläuft. Zur Verdeutlichung der Kinematik der Bearbeitungsmaschine 10 wird nachfolgend dargelegt, wie in das Werkstück 32 eine Nut gleichbleibender Tiefe eingebracht wird, die vom Mittelpunkt des Werkstücks 32 nach außen verläuft.
Bei einem System, bei dem entweder das Werkstück oder das Werkzeug durch einen entsprechenden Freiheitsgrad in Richtung der Y- Achse beweglich ist, würde die genannte Nut durch eine Absenkung des Werkzeugsystems 60 in Richtung der Z-Achse erfolgen, gefolgt von einer Relativbewegung des Werkzeugsystems zum Werkstücksystem in Richtung der Y-Achse. Da jedoch die Bearbeitungsmaschine 10 ohne eine translative Beweglichkeit des Werkstücks oder des Werkzeugs in Y-Richtung ausgebildet ist, wird die Y-Achse durch die Achsen A, U ersetzt.
Die Fig. 2a zeigt einen Ausgangszustand, in dem das Werkzeug 62 in Richtung der Z-Achse ausgerichtet ist. Dies wird durch eine entsprechende Schwenkstellung des Werkzeughalters 74 hinsichtlich der U- Achse und der B-Achse bewirkt (U = B = 0°). Das Werkstück 32 ist in diesem Zustand der Fig. 2a ebenfalls nicht verschwenkt, so dass eine Flächennormale 32a ebenfalls in Richtung der Z-Achse ausgerichtet ist. Ohne ein Verschwenken des Werkstücks 32 bzw. des Werkzeugs 62 ist ausgehend von der Lage der Fig. 2a lediglich eine Bearbeitung des Rohlings 52 entlang dessen in Richtung der X-Achse erstreckter Mittellinie möglich.
Ausgehend von dem Zustand der Fig. 2a wird zunächst das Werkzeugsystem 60 und damit auch das Fräswerkzeug 62 in Richtung der Z- Achse abgesenkt, so dass der Zustand der Fig. 2b erreicht wird. Hierbei ist das Werkzeug 62 senkrecht in das Werkstück 32 eingedrungen und hat hierbei das dort befindliche Material des Werkstücks 32 entfernt. Um nach diesem Eindringen das Werkzeug 62 in der Erstreckungsrich- tung des Werkstücks 32 nach außen zu führen, werden sowohl der Werkzeughalter 74 als auch das Werkstück 32 um identische Winkel um die Achse U bzw. A verschwenkt (U = A). Gleichzeitig wird das Werkzeugsystem 60 in geringem Maße in Richtung der Z-Achse angehoben. Fig. 2c zeigt den Bearbeitungszustand, nachdem gleichzeitig ein Verschwenken des Werkstücks 32 und des Werkzeugs 72 um jeweils 5° sowie ein Anheben des gesamten Werkzeugsystems 60 um etwa 8,5 mm stattgefunden hat. Diese überlagerte Bewegung führt dazu, dass sich das Werkzeug 62 bezogen auf das Werkstück 32 nach außen bewegt hat, ohne dass sich hierdurch die Eintauchtiefe des Werkzeugs 62 relativ zum Werkstück 32 verändert hat.
Fig. 2d zeigt eine Fortführung der bereits in Fig. 2c verdeutlichten überlagerten Bewegung. Das Werkstück 32 und das Werkzeug 62 sind inzwischen um jeweils 10° gegenüber der Stellung der Fig. 2a verschwenkt. Das Werkzeugsystem 60 ist inzwischen gegenüber der Position der Fig. 2b um etwa 18 mm angehoben worden, um die durch das Verschwenken verursachte Annäherung des Werkstücks 32 und des Werkzeugs 62 zu kompensieren und so zu verhindern, dass die entstehende Nut nach außen hin eine zunehmende Tiefe erhält.
Fig. 2e zeigt das Werkstück 32 und die darin erzeugte Nut 33 nach der Bearbeitung. Es ist ersichtlich, dass die Nut die gleiche Form aufweist, die auch durch eine translative Verlagerung des eingetauchten Werkzeugs in Richtung der Y-Achse erreichbar ist. Allerdings erfolgte die Herstellung ohne eine Bewegbarkeit des Werkstücks 32 und des Werkzeugs 62 in Richtung der Y-Achse. Die dargestellte Gestaltung erlaubt somit eine vollständige Substitution der Beweglichkeit des Werkstücks oder des Werkzeugs in Richtung der Y-Achse. Die für diese Substitution erforderlichen Achsen A und U sind konstruktiv weniger aufwendig und deutlich besser gegen Verschmutzung zu schützen. Zudem können die Achsen A und U ebenso wie die Achse B zusätzlich herangezogen werden, um eine Ausrichtung des Werkzeugs 62 zum Werkstück 32 zu realisieren, bei der das Werkzeug 62 nicht mehr parallel zu einer Flächennormalen 32a auf dem Werkstück 32 ausgerichtet ist. Hier lassen sich verbesserte Oberflächen erzeugen, da das Werkzeug 62 gegenüber dem Werkstück 32 schräggestellt werden kann.