Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit (a) einem Werkzeugkopfgestell,

(b) einem Werkzeugkopf, (c) einer Achseinheit zum Positionieren des Werkzeug- kopfs auf eine vorgebbare Position und (d) einer Bewegungseinrichtung zum Bewe- gen eines Werkzeugkopfgestells.

Eine derartige Maschine ist beispielsweise aus der DE 10 2013 224 174 A1 bekannt und dient dazu, ein Werkstück zu bearbeiten oder zu vermessen, das größer ist als der Bearbeitungsbereich der Achseneinheit. Die aus der Druckschrift bekannte Ma- schine ist dazu ausgebildet, ihre Position relativ zum Werkstück zu verändern, dann am Werkstück befestigt zu werden und danach das Werkstück zu bearbeiten. Damit bei dieser Bearbeitung eine hinreichend hohe Genauigkeit eingehalten werden kann, ist ein Messsystem vorhanden, mittels dem die Position der eigentlichen Bearbei- tungseinheit vor dem Beginn der Bearbeitung relativ zum Werkstück eingemessen wird. Nachteilig an einer derartigen Maschine ist, dass sie nur eine vergleichsweise kleine Steifigkeit aufweist, so dass nur vergleichsweise geringe Prozesskräfte tole- riert werden können. Das führt zu vergleichsweise langen Bearbeitungszeiten.

Aus der WO 97122 436 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die einen Hexapodan- trieb hat. Der Hexapodantrieb besitzt sechs Beine, die jeweils an einem Schlitten be- festigt sind. Die Schlitten an geraden Schienen geführt. Zur Feinjustage der Ausrich- tung des Endeffektors, der mittels der Beine bewegt wird, ist für eine Justiervorrich- tung vorgesehen. Der Nachteil an einer derartigen Maschine ist der vergleichsweise kleine Bearbeitungsraum.

Aus der EP 1 790 440 A1 ist eine Werkzeugmaschine mit einer Parallelkinematik be- kannt, bei der der Antrieb überbestimmt ausgebildet sein kann. Auf diese Art und Weise kann die Kalibrierung der Werkzeugmaschine besonders einfach durchgeführt werden. Nachteilig an dieser Werkzeugmaschine ist ebenfalls der vergleichsweise geringe Bauraum. Aus der US 2005/0135914 A1 ist eine Werkzeugmaschine mit einer Parallelkinematik bekannt, bei der der Antrieb überbestimmt ausgebildet sein kann. Dadurch werden Inhomogenitäten in der Steifigkeit und bei den dynamischen Eigenschaften vermin- dert. Wie bei den beiden vorgenannten Werkzeugmaschinen hat auch diese Werk- zeugmaschine den Nachteil eines vergleichsweise geringen Bearbeitungsraums und einer geringen Ortsmobilität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, die mobil einsetzbar ist und dennoch eine hohe Steifigkeit hat.

Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Werkzeugmaschine, bei der die Bewegungseinrichtung (e) einen Maschinenrahmen und (f) einen Multipod- Antrieb aufweist, der zumindest drei Antriebselemente aufweist, im Kraftfluss zwi- schen dem Maschinenrahmen und dem Werkzeugkopfgestell angeordnet ist und zu- mindest zwei Stützelemente aufweist, die in einen arretierten Zustand bringbar sind, wobei der Multipod-Antrieb durch die Stützelemente und die Antriebselemente me- chanisch überbestimmt ist.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, mit den Schritten (i) Befestigen einer erfindungsgemäßen Werkzeugma- schine eines Werkstücks relativ zueinander, (ii) Positionieren des Werkzeug kopfge- stells auf einer vorgegebenen Position, (iii) Verspannen des Multipod-Antrieb mittels der Stützelemente, sodass sich eine Steifigkeit des Werkzeugkopfs relativ zum Werk- stück erhöht, und (vi) Bearbeiten des Werkstücks unter Bewegen des Werkzeug- kopfs mittels der Achseneinheit. Insbesondere erfolgt das Bearbeiten des Werk- stücks bei Stillstand der Bewegungseinrichtung. In anderen Worten wird beim Bear- beiten des Werkstücks nur die Achseneinheit bewegt.

Unter dem Befestigen von Werkzeugmaschine und Werkstück relativ zueinander wird insbesondere verstanden, dass eine Relativbewegung beider zueinander unterbun- den ist. Es kann die Werkzeugmaschine am Werkstück befestigt sein oder umge- kehrt. Unter der Steifigkeit des Werkzeugkopfs relativ zum Werkstück wird der Widerstand des Werkzeugkopfs gegen eine Bewegung relativ zum Werkstück verstanden.

Das Verspannen erfolgt vorzugsweise nach dem Positionieren des Werkzeug kopfge- stells. Ein Bewegen des Werkzeugkopfgestells mittels der Bewegungseinrichtung er- folgt vorzugsweise in einem weniger verspannten Zustand als in dem Zustand, in dem die Bewegungsvorrichtung verspannt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Werkzeugmaschine so ausgebil- det, dass das Werkzeugkopfgestell mittels der Bewegungsvorrichtung nicht beweg- bar ist, wenn die Stützelemente im arretierten Zustand sind.

Vorteilhaft an einer solchen Werkzeugmaschine ist, dass der Multipod-Antrieb auf- grund seiner mechanischen Überbestimmung in einen verspannten Zustand ge- bracht werden kann, in dem die Kräfte, die an den Stützelementen und den Antrieb- selemente anliegen, größer sind als in einem unverspannten Zustand. In anderen Worten kann das Werkzeugkopfgestell zunächst mittels der Bewegungseinrichtung an eine vorgegebene Position bewegt werden. Der Multipod-Antrieb ist dabei im un- verspannten Zustand. Danach wird der Multipod-Antrieb in seinen verspannten Zu- stand gebracht, sodass die Kräfte, die an zumindest einem Stützelement und/oder zumindest einem Antriebselement anliegen, größer werden. Eine gemäß einer bevor- zugten Ausführungsform vorhandene Steuerung ist vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Werkzeugkopf ist mittels der Achseneinheit relativ zu einem Werkstück beweg- bar. Zudem ist das Werkzeugkopfgestell mittels der Bewegungseinrichtung relativ zum Werkstück bewegbar. Die Achseneinheit und die Bewegungseinrichtung sind seriell angeordnet. Insbesondere ist die Achseneinheit vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich bewegt, wenn die Bewegungseinrichtung bewegt wird. Es sei aber da- rauf hingewiesen, dass der Werkzeug köpf im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise nur dann eine Wirkbewegung ausführt, also eine Bewe- gung, bei der das Werkstück bearbeitet wird, wenn die Bewegungseinrichtung sich nicht bewegt. Im verspannten Zustand hat der Multipod-Antrieb eine höhere Steifigkeit als im un- verspannten Zustand. Vorzugsweise beträgt die Steifigkeit im verspannten Zustand zumindest das 1 ,3-fache, insbesondere zumindest das 1 ,5-fache, vorzugsweise zu- mindest das Doppelte einer Steifigkeit im unverspannten Zustand. Die Steifigkeit wird insbesondere durch die Federkonstante für eine kleine, insbesondere infinitessimal kleine, Auslenkung des Werkzeugkopfs relativ zum Maschinenrahmen beschrieben. Diese Federkonstante ist meist von der Richtung abhängig, in der die Kraft angreift. Die Steifigkeit ist insbesondere die kleinste aller Federkonstanten der unterschiedli- chen Kraftrichtungen.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Werkzeugkopfgestell dasjenige Bauteil der Werkzeugmaschine verstanden, das mittels der Bewegungs- einrichtung bewegbar ist und relativ zu dem die Achseneinheit befestigt ist.

Die Achseneinheit ist eine Vorrichtung, mittels der der Werkzeugkopf relativ zum Werkzeugkopfgestell auf eine vorgebbare Position gebracht und gemäß einer vorge- gebenen Trajektorie bewegt werden kann. Die Achseneinheit ist am Werkzeugkopf- gestell befestigt und der Werkzeugkopf ist an der Achseneinheit befestigt. Wird nur die Achseneinheit betätigt, so wird vorzugsweise der Werkzeugkopf bewegt, nicht aber das Werkzeugkopfgestell. Die Achseneinheit umfasst vorzugsweise drei, vier, fünf oder mehr Antriebsachsen zum Positionieren des Werkzeugkopfs. Fünf An- triebsachsen haben sich als besonders gut herausgestellt.

Jede Antriebsachse, die auch Maschinenachse genannt werden könnte, umfasst eine Positionsermittlungsvorrichtung, mittels der die Stellung der jeweiligen Antriebs- achse bestimmbar ist. Derartige Achseneinheiten sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden daher nicht weiter erläutert.

Unter dem Werkzeugkopf wird insbesondere derjenige Teil der Werkzeugmaschine verstanden, der entweder zum Aufnehmen eines Werkzeugs oder zum Einwirken auf das Werkstück ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Werkzeugkopf eine Spindel aufweisen, an der ein spanendes Werkzeug, beispielsweise ein Fräser, ein Schleifer, ein Läpper oder ein Polierer befestigt ist. Der Werkzeugkopf kann zudem einen Schweißkopf zum Schweißen, insbesondere zum Auftragsschweißen, einen Auftrag- kopf zum Aufträgen von Material auf das Werkstück, einen Härtekopf zum Härten ei- ner Randzone des Werkstücks, einen Tastkopf zum Antasten des Werkstücks, insbe- sondere um dessen Abmessung zu bestimmen, und/oder einen Finisher aufweisen. Unter einem Finisher wird ein Werkzeug verstanden, dass die Randzoneneigen- schaften des Werkstücks verändert und/oder die Randzone mechanisch umformt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Finisher um ein Klopfwerkzeug, Rollierwerk- zeug oder ein Hammerwerkzeug.

Unter dem Merkmal, dass der Multipod-Antrieb im Kraftfluss zwischen dem Maschi- nenrahmen und dem Werkzeug kopfgestell angeordnet ist, wird insbesondere ver- standen, dass der Multipod-Antrieb ausgebildet ist zum Aufbringen einer Kraft zwi- schen Maschinenrahmen und Werkzeugkopfgestell, sodass das Werkzeug kopfge- stell relativ zum Maschinenrahmen bewegbar ist. Insbesondere ist der -Antrieb aus- gebildet zum Positionieren des Werkzeugkopfgestells auf eine vorgegebene Position.

Unter dem Maschinenrahmen wird derjenige Bestandteil der Werkzeugmaschine ver- standen, der relativ zum Werkstück fixiert ist. Insbesondere steht der Werkzeugrah- men auf dem Boden, wobei das Werkstück am Maschinenrahmen befestigt ist. Alter- nativ ist der Maschinenrahmen am Werkstück befestigt. Letzteres ist besonders günstig, wenn es sich um ein Gesenk handelt.

Unter dem Merkmal, dass der Multipod-Antrieb zumindest drei Antriebselemente auf- weist, wird insbesondere verstanden, dass der Multipod-Antrieb drei, vier, fünf oder sechs Antriebselemente aufweist. Mehr als sechs Antriebselemente sind möglich und von der Erfindung umfasst, oft aber nicht vorteilhaft. Besonders günstig sind genau vier Antriebselemente.

Wenn die Stützelemente im arretierten Zustand sind, schränkt das die Bewegungs- freiheit des Werkzeugkopfs relativ zum Maschinenrahmen ein. Besonders bevorzugt sind die Stützelemente so ausgebildet, dass eine Bewegung des Werkzeug kopfge- stells relativ zum Maschinenrahmen in zumindest drei Freiheitsgraden, vorzugsweise in zumindest vier Freiheitsgraden, besonders bevorzugt in zumindest fünf Freiheits graden, blockiert ist, wenn die Stützelemente im arretierten Zustand sind. Besonders bevorzugt sind die Stützelemente so ausgebildet, dass eine Bewegung des Werk- zeugkopfgestells relativ zum Maschinenrahmen komplett blockiert wird, wenn die Stützelemente im arretierten Zustand sind. Wenn eine Bewegung des Werkzeug- kopfgestells relativ zum Maschinenrahmen in einer gegebenen Zahl an Freiheitsgra- den blockiert ist, bedeutet dass, dass das Werkzeug kopfgestell mittels der Antrieb- selemente nur in den verbleibenden Freiheitsgraden bewegbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Stützelemente auch angetrieben sein können, sodass ein Stützelement auch Antriebselement sein kann. In diesem Fall besitzt der Multipod-Antrieb zumindest fünf Antriebselemente. Bevorzugt, da konstruktiv einfa- cher, ist aber, dass die Stützelemente nicht angetrieben sind.

Unter dem Merkmal, dass der Multipod-Antrieb durch die Stützelemente und die An- triebselemente mechanisch überbestimmt ist, wird verstanden, dass er statisch über- bestimmt ist. Die Begriffe statische Bestimmtheit und mechanische Bestimmtheit wer- den synonym verwendet. Wenn der Multipod-Antrieb mechanisch überbestimmt ist, bedeutet dies insbesondere, dass eine Trajektorie für das Werkzeugkopfgestell exis- tiert, sodass das Betätigen der Antriebselemente, um das Werkzeug kopfgestell auf diese Trajektorie zu bewegen, zwangsläuft zu einer Bewegung zumindest eines der Stützelemente, insbesondere aller Stützelemente, führt.

Der Multipod-Antrieb ist durch die Stützelemente und die Antriebselemente vorzugs- weise zumindest zweifach mechanisch überbestimmt. Wenn die Stützelemente gleichzeitig Antriebselemente sind, ist der Multipod-Antrieb entsprechend durch die Antriebselemente zumindest zweifach mechanisch überbestimmt. Unter dem Merk- mal, dass der Multipod-Antrieb zweifach mechanisch überstimmt ist, wird insbeson- dere verstanden, dass zwei der Stütze- und/oder Antriebselemente entfernt werden müssen, bevor der Multipod-Antrieb mechanisch bestimmt ist.

Besonders günstig ist es, wenn der Multipod-Antrieb dreifach, vierfach, fünffach oder sechsfach mechanisch überbestimmt ist. Als besonders günstig hat sich eine vierfa- che mechanische Überbestimmung herausgestellt. In anderen Worten müssen dann vier Stütz- und/oder Antriebselemente entfernt werden, bis der Multipod-Antrieb me- chanisch bestimmt ist. Besonders günstig ist es, wenn der Multipod-Antrieb zum Bewegen das Werkzeug- kopfgestell in drei, vier, fünf oder sechs Freiheitsgraden ausgebildet ist. Als beson- ders günstig haben sich drei oder vier Freiheitsgrade herausgestellt. Vorzugsweise ist der Multipod-Antrieb zum Bewegen des Werkzeugkopfgestells in zumindest den drei Raumkoordinaten ausgebildet. Es ist dann vorzugsweise möglich, nicht aber not- wendig, die Winkelstellung des Werkzeugkopfs mittels der Achseneinheit einzustel- len.

Ist der Multipod-Antrieb zum Bewegen des Werkzeugkopfgestells in vier oder fünf Freiheitsgraden ausgebildet, so sind dies vorzugsweise die drei Raumkoordinaten plus zusätzlich einer oder zwei Winkelkoordinaten.

Besonders günstig ist, wenn die Achseneinheit fünf Antriebsachsen aufweist und der Multipod-Antrieb zum Bewegen des Werkzeugkopfgestells in drei oder vier Freiheits graden ausgebildet ist.

Vorzugsweise weist der Multipod-Antrieb zumindest drei, insbesondere genau drei, insbesondere zumindest vier, insbesondere genau vier, besonders bevorzugt zumin- dest fünf, insbesondere genau fünf, oder insbesondere mindestens sechs, insbeson- dere genau sechs, Stützelemente auf.

Günstig ist es, wenn das Werkzeugkopfgestell relativ zum Maschinenrahmen unbe- weglich ist, wenn die Stützelemente jeweils im arretierten Zustand sind. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Steifigkeit in Bezug auf eine Bewegung des Werk- zeugkopfs relativ zum Maschinenrahmen erreicht, wenn die Stützelemente im arre- tierten Zustand sind.

Günstig ist es, wenn die Antriebselemente jeweils einen Antriebselement-Antrieb zum Bewegen der Antriebselemente aufweisen. Wie oben bereits ausgeführt, ist es zudem möglich, dass die Stützelemente einen Stützelemente-Antrieb zum Bewegen der Stützelemente aufweisen, das ist aber nicht notwendig. Dieser ist vorzugsweise nicht selbsthemmend, sodass sich die Stützelemente frei bewegen können, wenn die Antriebselemente bewegt werden. Konstruktiv besonders einfach ist es jedoch, wenn die Stützelemente keinen eigenen Antrieb aufweisen.

Vorzugsweise besitzt die Werkzeugmaschine eine Stützelement-Arretiervorrichtung zum Arretieren des zumindest einen Stützelements. In diesem Fall kann das zumin- dest eine Stützelemente sich in zumindest einem, vorzugsweise in genau einem Frei- heitsgrad bewegen, sodass Zwangskräfte auf die Stützelement nur dann auftreten, wenn es arretiert ist, wenn in anderen Worten die Stützelement-Arretiervorrichtung in ihrer Arretierungsstellung ist.

Eine Arretiervorrichtung kann eine Stützelement-Arretiervorrichtung oder eine An- triebselement-Arretiervorrichtung sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die Bewegungseinrichtung daher zu- mindest eine erste Arretiervorrichtung zum Arretieren des ersten Stützelements. Be- sonders bevorzugt hat die Bewegungseinrichtung zudem zumindest eine zweite Ar- retiervorrichtung zum Arretieren des zweiten Stützelements. Besonders günstig ist es, wenn die Bewegungseinrichtung zumindest drei Arretiervorrichtungen zum Arre- tieren von zwei Stützelementen und einem Antriebselement aufweist. Bevorzugt ist es, wenn die Bewegungseinrichtung zumindest vier Arretiervorrichtungen zum Arre- tieren von zwei Stützelementen und zwei Antriebselementen aufweist. Besonders be- vorzugt ist es, wenn die Bewegungseinrichtung zumindest fünf Arretiervorrichtungen zum Arretieren von zwei Stützelementen und drei Antriebselementen aufweist. Insbe- sondere kann die Bewegungseinrichtung zumindest sechs Arretiervorrichtungen zum Arretieren von zwei Stützelementen und zumindest vier Antriebselementen aufwei- sen, sodass eine Bewegung der Bewegungseinrichtung in allen sechs Freiheitsgra- den unterbunden wird.

Unter der Arretiervorrichtung wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die eine Bewegung eines Fußpunkts des jeweiligen Antriebselements oder Stützele- ments relativ zum Maschinenrahmen unterbindet. Der Antriebselement-Antrieb ist vorzugsweise ein Linearantrieb, insbesondere ein Kugelgewindetrieb. Mittels des Antriebselement-Antriebs lässt sich vorzugsweise eine Position eines Fußpunkts des jeweiligen Antriebselements motorisch verändern. Alternativ oder zusätzlich lässt sich mittels des Antriebselement-Antriebs eine Länge des Antriebselements motorisch verändern.

Bevorzugt ist eine Werkzeugmaschine, bei der (a) der die Bewegungsvorrichtung eine erste Schiene, einen ersten Schlitten, der an der ersten Schiene linear geführt ist, und zumindest einen zweiten Schlitten, der an der ersten Schiene linear geführt ist, aufweist, wobei (b) ein erster Antriebselement-Fußpunkt des ersten Antriebsele- ments am ersten Schlitten befestigt ist, wobei (c) ein zweiter Antriebselement-Fuß- punkt des zweiten Antriebselements am zweiten Schlitten befestigt ist, wobei (d) der erste Antriebselement-Antrieb zum Bewegen des ersten Schlittens entlang der ersten Schiene ausgebildet ist und wobei (e) der zweite Antriebselement-Antrieb zum Bewe- gen des zweiten Schlittens entlang der ersten Schiene ausgebildet ist.

Die erste Schiene ist zudem Teil des Maschinenrahmens. Durch eine solche Bewe- gungsvorrichtung kann das Werkzeugkopfgestell auf einfache Weise in zumindest drei Freiheitsgraden, nämlich den drei Raumpositionen, positioniert werden. Zudem ist eine solche Bewegungsvorrichtung robust und einfach in der Herstellung.

Vorzugsweise besitzt der Multipod-Antrieb eine zweite Schiene und einen dritten Schlitten, der an der zweiten Schiene, insbesondere linear, geführt ist, sowie einen vierten Schlitten, der an der zweiten Schiene, insbesondere linear, geführt ist. Vor- zugsweise ist ein dritter Antriebselement-Fußpunkt des dritten Antriebselements am dritten Schlitten befestigt und ein vierter Antriebselement-Fußpunkt des vierten An- triebselements am vierten Schlitten befestigt.

Ein dritter Antriebselement-Antrieb ist zum Bewegen des dritten Schlittens entlang der zweiten Schiene ausgebildet und ein vierter Antriebselement-Antrieb zum Bewe- gen des vierten Schlittens entlang der zweiten Schiene. Allgemein verlaufen vorzugs- weise jeweils zwei Schlitten an jeweils einer von zwei Schienen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Bewegungseinrichtung, ins- besondere der Multipod-Antrieb, einen ersten Hilfs-Schlitten, der an dem ersten Schlitten linear geführt ist. Dazu kann am ersten Schlitten eine erste Hilfs-Schiene ausgebildet sein. Ein erster Stützelement-Fußpunkt des ersten Stützelements ist an dem ersten Hilfs-Schlitten befestigt.

Besonders günstig ist es, wenn die Bewegungseinrichtung, insbesondere der Multi- pod-Antrieb, einen zweiten Hilfs-Schlitten, der an dem zweiten Schlitten linear geführt ist, aufweist. Dazu kann am zweiten Schlitten eine zweite Hilfs-Schiene ausgebildet sein. Ein zweiter Stützelement-Fußpunkt des zweiten Stützelements ist am zweiten Hilfs-Schlitten befestigt.

Günstig ist es zudem, wenn die Bewegungseinrichtung, insbesondere der Multipod- Antrieb, eine dritte Hilfs-Schiene, die an dem dritten Schlitten linear geführt ist auf- weist. In diesem Fall ist ein dritter Stützelement-Fußpunkt des dritten Stützelements am dritten Hilfs-Schlitten befestigt. Die dritte Hilfs-Schiene ist selbstverständlich nur vorhanden, wenn drei oder mehr Stützelemente vorhanden sind. Ist ein viertes Stüt- zelement vorhanden, umfasst die Bewegungseinrichtung, insbesondere der Multi- pod-Antrieb, vorzugsweise eine vierte Hilfs-Schiene, die am vierten Schlitten linear geführt ist, und einen vierten Hilfs-Schlitten, der an der vierten Hilfs-Schiene geführt ist, wobei ein vierter Stützelement-Fußpunkt des vierten Stützelements am vierten Hilfs-Schlitten linear geführt ist.

Günstig ist es, wenn die Stützelement-Arretiervorrichtung eingerichtet ist zum Festle- gen der Hilfs-Schlitten relativ zu dem jeweiligen Schlitten, an dem der Hilfs-Schlitten linear geführt ist. Besitzt der Multipod-Antrieb Stützelement-Antriebe, so sind diese jeweils ausgebildet zum Bewegen der Hilfs-Schiene relativ zu dem Schlitten, an dem sie linear geführt sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Werkzeugmaschine eine Steuerung, die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den folgenden Schritten: (i) Ansteuern der Antriebselement-Antriebe, sodass sich der Werkzeugkopf entlang einer vorgegebenen Minderpräzisions-Trajektorie bewegt und (ii) Ansteuern des Werkzeugkopfs oder eines ersten Werkzeugs, das am Werkzeug- kopf befestigt ist, sodass es ein Werkstück bearbeitet, wobei die Achseneinheit vor- zugswiese nicht bewegt wird, (iii) danach Ansteuern der Arretiervorrichtungen, so- dass diese die Antriebselemente und die Stützelemente arretieren, (iv) Ansteuern der Achseneinheit, sodass der Werkzeugkopf oder das erste Werkzeug oder ein zweites Werkzeug, das am Werkzeugkopf befestigt ist, entlang einer vorgegebenen Hochprä- zisions-Trajektorie bewegt wird.

Eine Steifigkeit bezüglich einer Bewegung des Werkzeugkopfs relativ zum Maschi- nenrahmen ist bei einer Bewegung entlang der Hochpräzisions-Trajektorie höher als bei Bewegung entlang der Minderpräzisions-Trajektorie. Die Bewegung mittels des Multipod-Antriebs ist daher gut geeignet für Bewegung des Werkzeug kopfs, die keine erhöhte Anforderung an die Genauigkeit stellt. In der Regel ist eine Bewegung mittels des Multipod-Antriebs schneller, sodass Bearbeitungszeit eingespart werden kann.

Um die Steifigkeit weiter zu erhöhen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuerung zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit dem Schritt: nach dem Ansteuern der Arretiervorrichtungen, sodass diese die An- triebselemente und die Stützelemente arretieren, Ansteuern zumindest eines Teils der, insbesondere aller, Antriebselement-Antriebe, sodass sich die Antriebselemente gegen die Stützelemente verspannen. Der Grund dafür, dass dieses Vorgehen die Steifigkeit erhöht, ist, dass die Steifigkeit eines Systems in der Regel mit zunehmen- der Auslenkung zunimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Werkzeugmaschine (a) eine Messvorrichtung, die ausgebildet ist zum automatischen Aufspannen eines metrolo- gischen Rahmens und mittels der die Position des Werkzeugkopfs relativ zur Mess- vorrichtung bestimmbar ist, (b) wobei die Steuerung eingerichtet ist zum automati- schen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (i) nach Schritt (iii) des An- steuerns der Arretiervorrichtungen, sodass diese die Antriebselemente und die Stüt zelemente arretieren, Messen einer Position des Maschinenrahmens relativ zur Messvorrichtung, (ii) Errechnen der Hochpräzisions-Trajektorie im Maschinen-Koordi- natensystem des Werkzeugkopfgestells aus einer vorgegebenen Ziel-Trajektorie in Messrahmen-Koordinaten der Messvorrichtung und (iii) Bewegen des Werkzeug- kopfs oder des Werkzeugs entlang der Hochpräzisions-Trajektorie mittels der Ach- seneinheit, so dass das Werkstück bearbeitet wird.

Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung einen Lasertracker. Ein Lasertracker könnte auch als Tracking-Interferometer bezeichnet werden und ist ein Messgerät, das 3D-Koordinaten von Objektpunkten erfassen kann. Ein derartiger Lasertracker umfasst zumindest ein Interferometer und peilt mit zumindest einem Laserstrahl ei- nen Retroreflektor an, dessen Position so hochgenau bestimmt werden kann. Vor- zugsweise ist die Messvorrichtung relativ zum Maschinenrahmen fixiert.

Alternativ kann es sich bei der Messvorrichtung auch um eine Kontur-Erfassungsvor- richtung handeln, mittels der eine Kontur des Werkstücks gemessen werden kann. Das ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem Werkstück um ein Ge- senk handelt. Mittels der Messvorrichtung wird dann die Kontur des Gesenks erfasst und aus den so erhaltenen Konturdaten die Werkzeug-Trajektorie errechnet, die das Werkzeug nehmen muss, um das Gesenk in die gewünschte Form zu bringen.

Selbstverständlich kann eine derartige Messvorrichtung auch für andere Werkstücke außer Gesenken eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte (i) nach dem Bearbeiten des Werkstücks Entspannen des Multipod-Antriebs, (ii) Bewe- gen des Werkzeugkopfgestells relativ zum Werkstück mittels der Bewegungseinrich- tung, (iii) Verspannen des Multipod-Antriebs mittels der Stützelemente, sodass sich eine Steifigkeit des Werkzeugkopfs relativ zum Werkstück erhöht, und (iv) Bearbeiten des Werkstücks unter automatischem Bewegen des Werkzeugkopfs mittels der Ach- seneinheit. Die Werkzeugmaschine ist ausgebildet zum, insbesondere automati- schen Durchführen eines solchen Verfahrens.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Entspannen und/oder Verspannen des Multipod-Antriebs automatisch erfolgt. Es ist auch möglich, dass das Entspannen und/oder Verspannen des Multipod-Antriebs manuell erfolgt. Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren mit den Schritten eines Verfahrens mit den Schritten (i) Ansteuern der Antriebselement-Antriebe, sodass sich der Werkzeug- kopf entlang einer vorgegebenen Minderpräzisions-Trajektorie bewegt, und danach (ii) Ansteuern des Werkzeugkopfs oder eines ersten Werkzeugs, das am Werkzeug- köpf befestigt ist, sodass es ein Werkstück bearbeitet, wobei die Achseneinheit nicht bewegt wird.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (iii) nach Schritt (ii) (Ansteuern des Werkzeugkopfs oder eines ersten Werkzeugs, das am Werkzeugkopf befestigt ist, sodass es ein Werkstück bearbeitet, wobei die Achseneinheit nicht bewegt wird) An- steuern der Arretiervorrichtungen, sodass diese die Antriebselemente und die Stütze- lemente arretieren, und (iv) Ansteuern der Achseneinheit, sodass der Werkzeug köpf oder das erste Werkzeug oder ein zweites Werkzeug, das am Werkzeug köpf befes- tigt ist, entlang einer vorgegebenen Hochpräzisions-Trajektorie bewegt wird.

In seiner allgemeinsten Form löst die Erfindung das Problem durch eine Werkzeug- maschine mit (a) einem Werkzeugkopfgestell, (b) einem Werkzeugkopf, (c) einer Achseneinheit zum Positionieren des Werkzeugkopfs auf eine vorgebbare Position und (d) einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Werkzeugkopfgestells, wo- bei die Bewegungseinrichtung (e) einen Maschinenrahmen und einen Multipod-An- trieb, der (i) zumindest zwei Antriebselemente aufweist, (ii) im Kraffluss zwischen dem Maschinenrahmen und dem Werkzeugkopfgestell angeordnet ist und (iii) zumin- dest ein Stützelement aufweist, das in einen arretierten Zustand bringbar ist. Vor- zugsweise ist wobei der Multipod-Antrieb dann durch das zumindest eine Stützele- ment und die Antriebselemente mechanisch überbestimmt. Die oben genannten be- vorzugten Merkmale gelten auch für diese allgemeine Form der Erfindung. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Da- bei zeigt

Figur 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine, bei der der Multipod-Antrieb in einer ersten Stellung ist und

Figur 2 die Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 , bei der der Multipod-Antrieb in ei- ner zweiten Stellung ist.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer Stützelement-Arretiervorrichtung und ei- ner Antriebselement-Arretiervorrichtung des Multipod-Antriebs.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10, die einen Maschinen- rahmen 12, einen Multipod-Antrieb 14 sowie ein Werkzeugkopfgestell 16 aufweist. Am Werkzeugkopfgestell 16 ist ein Werkzeugkopf 18 mittels einer Achseneinheit 20 befestigt. Die Achseneinheit 20 ist schematisch als Teilbild gezeigt.

Die Achseneinheit 20 umfasst im vorliegenden Fall drei Antriebsachsen 22.1 , 22.2, 22.3, mittels derer der Werkzeugkopf 18 in drei Raumrichtungen positioniert werden kann. Im vorliegenden Fall ist der Werkzeugkopf ein Fräskopf, der ein schematisch eingezeichnetes Werkzeug 19 in Form eines Fräsers hält.

Der Multipod-Antrieb 14 besitzt vier Antriebselemente 24.1 , 24.2, 24.3, 24.4, mittels derer das Werkzeugkopfgestell 16 in den drei Raumrichtungen positioniert werden kann.

Der Multipod-Antrieb 14 umfasst zudem vier Stützelemente 26.1 , 26.2, 26.3, 26.4. Da vier Antriebselemente existieren, ist der Multipod-Antrieb 14 durch die vier Stützele- mente mehrfach mechanisch überbestimmt. In anderen Worten müssten alle vier Stützelemente 26 entfernt werden, damit der Multipod-Antrieb 14 nicht mehr mecha- nisch überbestimmt ist.

Der Multipod-Antrieb 14 ist zusammen mit dem Maschinenrahmen 12 Teil einer Be- wegungseinrichtung 28. Die Bewegungseinrichtung 28 besitzt eine erste Schiene 30a und eine zweite Schiene 30b. Die Bewegungseinrichtung 28 umfasst zudem vier Schlitten 32. i (i=1 , 2, 3, 4). Ein erster Schlitten 32.1 und ein zweiter Schlitten 32.2 sind an der ersten Schiene 30a geführt. Ein dritter Schlitten 32.3 und ein vierter Schlitten 32.4 sind an der zweiten Schiene 30b geführt. An jedem Schlitten 32. i ist ein Antriebselement-Fußpunkt 34.1 jeweils eines der Antriebselemente 24. i, im vor- liegenden Fall mittels jeweils eines Kugelgelenks, befestigt. Jeder Schlitten 32. i ist mittels eines Antriebselement-Antriebs 36. i bewegbar. Bei den Antriebselementen

36.1 handelt es sich im vorliegenden Fall um Kugelgewindetriebe, die jeweils eine Gewindestange aufweisen, an der der jeweilige Schlitten 32. i läuft.

Der Multipod-Antrieb 14 umfasst Flilfs-Schienen 38. i, die am jeweiligen Schlitten 32. i linear geführt befestigt sind. An jeder Hilfs-Schiene 38. i ist ein Stützelement-Fuß- punkt 40. i befestigt. Da ist besonders gut im Teilausschnitt unten links zu erkennen.

Jede Hilfs-Schiene 38 besitzt eine Stützelement-Arretiervorrichtung, mittels der eine Bewegung des jeweiligen Hilfs-Schlittens 38. i relativ zum entsprechenden Schlitten

32.1 unterbindbar ist. Es ist möglich, in der Regel aber nicht notwendig, dass die Hilfs-Schlitten 38. i mittels eines Stützelement-Antriebs 36 bewegbar sind.

Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine schematisch eingezeichnete Steuerung 42, die mit allen Antrieben zum Ansteuern verbunden ist.

Figur 2 zeigt die Werkzeugmaschine 10, bei der die Schlitten 32. i ihre Position ge- wechselt haben. Dadurch hat sich das Werkzeugkopfgestell 16 relativ zu einem Werkstück 44 verschoben.

Figur 2 zeigt zudem, dass die Werkzeugmaschine 10 eine Messvorrichtung 46 auf- weist, die im vorliegenden Fall drei Lasertracker 48.1 , 48.2, 48.3 aufweist. Die Laser- tracker 48.j (j = 1 , 2, 3) peilen mit einem jeweiligen Laserstrahl 50.j einen Retroreflek- tor 52 an, der am Werkzeugkopf 18 befestigt ist. Dadurch ist die Position des Werk- zeugkopfs 18 zu jedem Zeitpunkt mit hoher Genauigkeit bezüglich eines Maschinen- Koordinatensystems K bekannt. Zum Bearbeiten mit einer geringeren Präzision steuert die Steuerung 42 die An- triebselement-Antriebe 36. i an, sodass sich der Werkzeug köpf 18 auf einer vorgege- benen Minderpräzisions-Trajektorie TM bewegt. Es kann sich dabei beispielswiese um einen Auftragsschweißprozess handeln, in diesem Fall ist der Werkzeug köpf 18 ein Auftragsschweißkopf. Soll der Werkzeugkopf 18 mit einer hohen Positionier- genauigkeit bewegt werden oder ist eine hohe Steifigkeit notwendig, so wird das Werkzeugkopfgestell 16 dadurch vorpositioniert, dass die Antriebselement-Antriebe 36. i entsprechend angesteuert werden. Nachfolgend werden die Stützelemente 26. i mittels einer Stützelement-Arretiervorrichtung 54 (Figur 3) arretiert.

Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Klemmvorrichtung, die beispielswiese hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch klemmend ausgebildet sein kann. Figur 3 zeigt, dass die Stützelement-Arretiervorrichtung 54 als Schraube ausgebildet sein kann, mittels dem der jeweilige Hilfs-Schlitten 38. i relativ zum entsprechenden Schlit ten 32. i festgelegt wird. Die Stützelement-Arretiervorrichtung 54 kann, wie im Fall der Schraube, von Fland arretiert werden. Alternativ kann die Stützelement-Arretiervor- richtung 54 auch von einem schematisch gestrichelt eingezeichneten Motor 56 ange- trieben sein.

Nachfolgend wird zumindest ein Antriebselement-Antrieb 36, insbesondere werden alle Antriebselement-Antriebe 36. i so bewegt, dass sie eine Spannung auf die Stüt- zelemente 26. i aufbringen. Danach werden die Antriebselemente 24. i mittels einer Antriebselement-Arretiervorrichtung 58 arretiert. Diese Antriebselement-Arretiervor- richtung 58 ist beispielsweise durch die Antriebselement-Antriebe 36 gebildet oder ein Teil von ihnen. Beispielsweise können die Antriebselement-Antriebe 36 selbst- hemmende Antriebe sein, beispielsweise Kugelgewindetriebe.

Figur 3b zeigt beispielhaft eine alternative Antriebselement-Arretiervorrichtung 58 in Form einer Schraube, mittels der der Schlitten 32.1 gegen die Schiene 30a ver- spannt wird. Die Antriebselement-Arretiervorrichtung 58 kann, wie im Fall der Schraube, von Fland arretiert werden. Alternativ kann die Antriebselement -Arretier- vorrichtung 58 auch von einem schematisch gestrichelt eingezeichneten Motor 60 angetrieben sein. Oben sind weitere Ausführungsmöglichkeiten für die Stützelement- Arretiervorrichtung 54 und die Antriebselement-Arretiervorrichtung 58 beschrieben. Das erhöht die Steifigkeit, da das Werkzeugkopfgestell 16 relativ zum Maschinenrah- men 12 angeordnet ist. In anderen Worten führt eine vorgegebene Kraft auf den Werkzeugkopf 18 zu einer geringeren Auslenkung als in dem Fall, in dem die Stütze- lement nicht arretiert und verspann sind.

Danach wird mittels der Messvorrichtung 46 mit hoher Genauigkeit die Position des Werkzeugkopfs 18 bestimmt. Nachfolgend wird in eine Hochpräzisions-Trajektorie TH, entlang der sich der Werkzeugkopf bewegen soll und die im Koordinatensystem K des Werkzeugs angegeben ist, auf ein Maschinenkoordinatensystem umgerech- net. Auf Basis der so erhaltenen Trajektorie wird die Achseneinheit 20 angesteuert, sodass der Werkzeug köpf 18 die vorgegebene Trajektorie abfährt.

Bezugszeichenliste

10 Werkzeugmaschine i Laufindex

12 Maschinenrahmen j Laufindex

14 Multipod-Antrieb TM Minderpräzisions-Trajektorie 16 Werkzeugkopfgestell TH Hochpräzisions-Trajektorie

18 Werkzeugkopf

19 Werkzeug

20 Antriebseinheit

22 Antriebsachse

24 Antriebselement

26 Stützelement

28 Bewegungseinrichtung

30 Schiene

32 Schlitten

34 Antriebselement-Fußpunkt

36 Antriebselement-Antrieb

38 Hilfs-Schlitten

40 Stützelement-Fußpunkt

42 Steuerung

44 Werkstück

46 Messvorrichtung

48 Lasertracker

50 Laserstrahl

52 Retroreflektor

54 Stützelement-Arretiervorrichtung

56 Motor

58 Antriebselement-Arretiervorricht- ung