DE10019669C2 - Verfahren und Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken - Google Patents
Verfahren und Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von
Werkstücken, bei dem zwei Schlitten, von denen wenigstens
einer ein Werkzeug oder Werkstück trägt, längs zweier sich
schneidender Verfahrachsen relativ zueinander bewegt
werden, um Relativbewegungen zwischen einem Werkzeug und
einem Werkstück zu erzeugen. Darüber hinaus betrifft die
Erfindung eine entsprechende Werkzeugmaschine.
Bekannte Werkzeugmaschinen weisen einen Ständer auf, an
dem eine horizontale Arbeitsspindel mittels eines Supports
vertikal bewegbar ist. Vor dem Ständer erstreckt sich ein
Bett, auf dem ein Werkstücktisch mit waagerechter
Aufspannfläche und senkrechter Drehachse
arbeitsspindelparallel geführt ist. Bei einem kubischen
Werkstück wird jede der vier Seiten vor ein in der
Arbeitsspindel aufgenommenes Werkzeug gedreht und durch
dieses bearbeitet, indem sich der Werkstücktisch relativ
zum Ständer bewegt. Andererseits ist es allgemein bekannt,
den Ständer spindelparallel zu führen und den
Werkstücktisch raumfest anzuordnen. In beiden Fällen muß
die Deckfläche unbearbeitet bleiben.
Für die Bearbeitung sowohl der Seitenflächen als auch der
Deckfläche ist ein Fräsbearbeitungszentrum bekannt, bei dem
der Werkstücktisch nicht nur um eine senkrechte Achse
drehbar, sondern auch um eine 45 Grad geneigte Achse
schwenkbar ist, so daß bei waagerechter Aufspannfläche des
Werkstücktisches alle Seitenflächen und bei senkrechter
Aufspannfläche die Deckfläche vor das Werkzeug bringbar
ist. Auch ist es bekannt, statt des Werkstücktisches die
Arbeitsspindel um eine 45 Grad geneigte Schwenkachse zu
lagern, um das Werkzeug in eine waagerechte oder senkrechte
Lage zu schwenken.
Allen obengenannten Werkzeugmaschinen ist es, unabhängig
von der Anzahl der bearbeitbaren Seiten, gemeinsam, daß die
mögliche Zustellgeschwindigkeit längs der waagerechten
Werkzeugachse z und der dazu senkrechten Achse y relativ
gering ist. Darüber hinaus bereitet die Späneentsorgung
Schwierigkeiten, während die asymmetrische
Maschinenstruktur einen großen Gesamtaufwand repräsentiert.
Bei einem bekannten Fräsverfahren (DE 31 01 781 A1)
werden Werkzeugschlitten und Werkstückschlitten in den
Koordinatenachsen des Maschinenkoordinatensystems simultan
gegenläufig bewegt, so daß sich in diesen Achsen
resultierende Vorschubgeschwindigkeiten ergeben, die
doppelt so hoch sind wie die Verfahrgeschwindigkeiten der
Schlitten. Die entsprechenden Werkzeugmaschinen weisen je
Koordinatenachse einen längs dieser Achse verfahrbaren
Werkzeugschlitten und einen in derselben Achse verfahrbaren
Werkstückschlitten auf, was der gegenüberliegenden
Anordnung zweier kompletter Werkzeugmaschinen entspricht.
Die Geschwindigkeits- und Leistungserhöhung geht hier zu
Lasten eines großen Aufwandes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße
Werkzeugmaschine zu schaffen, die hohe
Vorschubgeschwindigkeiten mit geringem Aufwand verbinden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der
Patentansprüche 1 und 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken werden
zwei Schlitten, von denen wenigstens einer ein Werkzeug
oder ein Werkstück trägt, längs zweier sich schneidender
Verfahrachsen relativ zueinander bewegt, um
Relativbewegungen zwischen einem Werkzeug und einem
Werkstück zu erzeugen. Erfindungsgemäß erfolgt dies
dadurch, daß die Relativbewegungen längs einer beide
Verfahrachsen schneidenden ersten Koordinatenachse eines
schräg zu den Verfahrachsen verlaufenden kartesischen
Koordinatensystems durch gleichzeitiges gleichläufiges
Bewegen beider Schlitten und längs einer beide
Verfahrachsen schneidenden zweiten Koordinatenachse dieses
Koordinatensystems durch gleichzeitiges gegenläufiges
Bewegen beider Schlitten erzeugt werden, wobei das Werkzeug
mit seiner Werkzeugbezugsachse, beispielsweise einer Längs-
und/oder Rotationsachse, und/oder das Werkstück mit seiner
Bezugsachse, beispielsweise einer senkrecht auf der
Werkstückaufspannfläche stehenden Achse, parallel oder
senkrecht zu diesen Koordinatenachsen ausgerichtet wird.
Dabei können die beiden Schlitten ein Kreuzschlittensystem
bilden, das ein darauf angeordnetes Werkzeug oder ein
darauf angeordnetes Werkstück in Bezug auf ein raumfest
angeordnetes Werkstück bzw. ein raumfest angeordnetes
Werkzeug bewegt. Es ist aber auch möglich, einen ein
Werkzeug tragenden Schlitten und einen ein Werkstück
tragenden Schlitten relativ zueinander zu bewegen. Die
Verfahrachsen sind zu den Koordinatenachsen symmetrisch
angeordnet. Sie sind vorzugsweise zueinander orthogonal und
zu den zueinander orthogonalen Koordinatenachsen
gegeneinander um 45 Grad verdreht. Beide Schlitten werden
insbesondere gleichschnell bewegt.
Die entsprechende Werkzeugmaschine weist zwei Schlitten,
von denen wenigstens einer ein Werkzeug oder ein Werkstück
trägt, und zwei sich schneidende Verfahrachsen auf, längs
derer die Schlitten relativ zueinander bewegbar sind, um
Relativbewegungen zwischen einem Werkzeug und einem
Werkstück zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist das Werkzeug mit
seiner Werkzeugbezugsachse, beispielsweise einer Längs-
und/oder Rotationsachse, und/oder das Werkstück mit seiner
Werkstückbezugsachse, beispielsweise einer senkrecht zur
Werkstückaufspannfläche verlaufenden Achse, in der von den
Verfahrachsen aufgespannten Ebene derart ausgerichtet oder
ausrichtbar, daß bei gleichzeitig bewegten Schlitten
Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück
orthogonal oder parallel zur Werkzeug- und/oder
Werkstückbezugsachse möglich sind. Dabei schneidet die
ausgerichtete Werkzeug- und/oder Werkstückbezugsachse beide
Verfahrachsen. Die insbesondere parallel zueinander
verlaufenden Bezugsachsen des Werkzeuges und des
Werkstückes schließen mit zueinander orthogonalen
Verfahrachsen Winkel von 45 Grad ein. Relativbewegungen
zwischen Werkzeug und Werkstück sind längs der ersten
Koordinatenachse durch gleichläufiges Bewegen und längs der
zweiten Koordinatenachse durch gegenläufiges Bewegen der
beiden Schlitten erzeugbar. Die Verfahrachsen sind zu den
Koordinatenachsen symmetrisch angeordnet, orthogonal
zueinander verlaufende Verfahrachsen und orthogonal
zueinander verlaufende Koordinatenachsen sind
gegeneinander um 45 Grad verdreht, die Schlitten
gleichschnell bewegbar.
Gemäß einer ersten Ausbildung bilden die beiden Schlitten
ein Kreuzschlittensystem, mit dem ein darauf angeordnetes
Werkzeug oder Werkstück in bezug auf ein raumfestes
Werkstück bzw. Werkzeug bewegbar ist. Indem die beiden
Schlitten längs der Verfahrachsen mit gleichen
Geschwindigkeiten v verfahren werden, ergeben sich zwischen
bewegtem Werkzeug und raumfestem Werkstück bzw. zwischen
bewegtem Werkstück und raumfestem Werkzeug längs der
Koordinatenachsen x und z resultierende Geschwindigkeiten
in Höhe von vx = vz = v.√2, wobei mit diesen beiden Schlitten
gegenüber dem Stand der Technik statt einer Achsrichtung
zwei Achsrichtungen x und z erzeugbar sind, was den
Maschinenaufwand erheblich verringert. Dabei schneiden die
Werkzeugachsen die Verfahrachsen, vorzugsweise unter
Winkeln von 45 Grad. Vor dem Bett befindet sich das
Werkstück, das auf einem unverschieblichen Werkstücktisch
aufgenommen ist, dessen Aufspannfläche parallel zur
Verfahrebene des Werkzeuges verläuft. Der Werkstücktisch
ist um eine aufspannflächennormale Drehachse drehbar. Das
Werkzeug ist in einer auf dem Kreuzschlittensystem
angeordneten Werkzeugaufnahme angeordnet. Vorzugsweise sind
wenigstens zwei auf einem gemeinsamen Bett angeordnete
Kreuzschlittensysteme vorgesehen, die insbesondere auf
gemeinsamen Führungen geführt sind. Die Werkzeugachsen
zweier Kreuzschlittensysteme verlaufen orthogonal
zueinander.
Gemäß einer zweiten Ausbildung sind ein als
Werkzeugschlitten ausgebildeter Schlitten und ein als
Werkstückschlitten ausgebildeter Schlitten relativ
zueinander bewegbar. Indem der Werkzeugschlitten und der
Werkstückschlitten längs der Verfahrachsen mit gleichen
Geschwindigkeiten v verfahren werden, ergeben sich zwischen
bewegtem Werkzeug und bewegtem Werkstück längs der
Koordinatenachsen y1 und z1 resultierende Geschwindigkeiten
in Höhe von vy1 = vz1 = v.√2, wobei auch bei dieser Ausbildung
mit zwei Schlitten nicht nur eine, sondern zwei
Koordinatenachsen bedient werden. Der Werkzeugschlitten
trägt eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeuges,
der Werkstückschlitten einen Werkstücktisch zur Aufnahme
eines Werkstückes.
Eine insbesondere für die Fünfseitenbearbeitung
vorgesehene Werkzeugmaschine weist eine erste Ausrichtung
der Werkzeugaufnahme und des Werkstücktisches auf, in der
die zueinander orthogonalen Koordinatenachsen des
Mschinenkoordinatensystems gegenüber den zueinander
orthogonalen Verfahrachsen um 45 Grad verdreht sind und
Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück längs der
ersten Koordinatenachse durch gleichschnelles Bewegen der
Werkzeugaufnahme und des Werkstücktisches voneinander weg
oder zueinander hin und längs der zweiten Koordinatenachse
durch gleichschnelles entgegengesetztes Bewegen der
Werkzeugaufnahme und des Werkstücktisches erzeugbar sind.
Darüber hinaus kann eine zweite Ausrichtung der
Werkzeugaufnahme und des Werkstücktisches vorgesehen sein,
in der die Verfahrachsen parallel zu den Koordinatenachsen
verlaufen und Relativbewegungen längs der Koordinatenachsen
durch Bewegen der Werkstückaufnahme oder des
Werkstücktisches erzeugbar sind. In der ersten Ausrichtung
lassen sich bei drehbarem Werkstücktisch vier
Werkstückseiten bearbeiten, wobei sich mit gleichen
Verfahrgeschwindigkeiten v längs der Werkstückachsen y1 und
z1 resultierende Geschwindigkeiten in Höhe von vy1 = vz1 = v.√2
ergeben. Dagegen kann in der zweiten Ausrichtung mit
geringeren Geschwindigkeiten vy2 = vz2 = v die fünfte
Werkstückseite bearbeitet werden. Zur Realisierung der x-
Achse sind die Werkzeugaufnahme und/oder der Werkstücktisch
mit der Geschwindigkeit Vx = v in dieser Richtung bewegbar.
In der ersten Ausrichtung schneiden die Werkzeugachse der
Werkzeugaufnahme und die Aufspannebene des Werkstücktisches
die jeweilige Verfahrachse unter Winkeln von 45 Grad. In
der zweiten Ausrichtung verlaufen die Werkzeugachse der
Werkzeugaufnahme und die Aufspannebene des Werkstücktisches
parallel zur jeweiligen Verfahrachse. Weisen die
Verfahrachsen Neigungen von 45 Grad auf, ergibt sich eine
symmetrische Maschinenstruktur, die zum einen einen
geringen Gesamtaufwand repräsentiert und eine gute
Späneentsorgung gewährleistet und zum anderen Senkrecht-
und Waagerechtmaschinen vereinigt, die ohne
problembehaftete Ständer auskommen. Dabei ist der
Werkzeugschlitten auf geneigten ersten Führungen geführt,
während die Werkzeugaufnahme um eine führungsortogonale
erste Schwenkachse schwenkbar ist zwischen einer ersten
Stellung, in der die Werkzeugachse waagerecht verläuft, und
einer zweiten Stellung, in der die Werkzeugachse parallel
zu den ersten Führungen verläuft. Entsprechend ist der
Werkstückschlitten auf geneigten zweiten Führungen geführt,
während der Werkstücktisch um eine führungsorthogonale
zweite Schwenkachse schwenkbar ist zwischen einer ersten
Stellung, in der die Aufspannfläche waagerecht verläuft,
und einer zweiten Stellung, in der die Aufspannfläche
parallel zu den zweiten Führungen verläuft. Der
Werkstücktisch kann um eine zur Aufspannfläche orthogonale
Drehachse drehbar sein. Die ersten und zweiten Führungen
sind auf gegenüberliegenden geneigten Ebenen eines im
Querschnitt V-förmigen Bettes angeordnet, die vorzugsweise
über einem Späneförderer münden, der sich in Richtung der
dritten Koordinate des Maschinenkoordinatensystems
erstreckt.
Beiden Ausbildungen ist gemeinsam, daß die
Werkzeugaufnahme und/oder der Werkstücktisch in dieser
dritten Koordinate bewegbar sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den zugehörigen
schematischen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die Vorderansicht eines Fräsbearbeitungszentrums
für die Fünfseitenbearbeitung mit waagerecht ausgerichteter
Arbeitsspindel und waagerecht ausgerichtetem Werkstücktisch
im relativen Arbeitspunkt y1max, z1max,
Fig. 2 im relativen Arbeitspunkt y1min, Z1max,
Fig. 3 im relativen Arbeitspunkt y1max, z1min,
Fig. 4 im relativen Arbeitspunkt y1min, z1min,
Fig. 5 das Fräsbearbeitungszentrum mit 45 Grad geneigter
Arbeitsspindel und 45 Grad geneigtem Werkstücktisch im
relativen Arbeitspunkt y2max, z2max,
Fig. 6 im relativen Arbeitspunkt y2min, z2max,
Fig. 7 im relativen Arbeitspunkt y2max, z2min,
Fig. 8 im relativen Arbeitspunkt y2min, z2min,
Fig. 9 die Draufsicht auf ein Fräsbearbeitungszentrum mit
zwei Arbeitsspindeln unter Veranschaulichung der
Werkzeugbewegungen in x-Richtung, und
Fig. 10 unter Veranschaulichung der Werkzeugbewegungen
in z-Richtung.
Das Fräsbearbeitungszentrum gemäß der Fig. 1 bis 8 weist
ein symmetrisches Bett 2 mit nach oben offenem V-förmigem
Profil 4 auf, dessen zueinander orthogonale Führungsebenen
6, 8 jeweils 45 Grad geneigt sind und Führungen 10, 12
tragen, die den Neigungen folgen.
Auf den geneigten Führungen 10 der einen Betthälfte 14
ist zwischen deren oberem und unterem Ende längs der
Verfahrachse A1 ein Schlitten 16 geführt. Dieser trägt
einen Schlitten 18, der auf Führungen 20 parallel zur
Führungsebene 6 und senkrecht zu den Führungen 10 längs der
Koordinatenachse x verschiebbar ist. Am Schlitten 18 lagert
um eine x-parallele Schwenkachse 22 ein Spindelkopf 24, in
dem sich um eine Spindelachse 26 eine Frässpindel 28 dreht.
Die geneigten Führungen 12 der gegenüberliegenden zweiten
Betthälfte 30 führen zwischen deren oberem und unterem Ende
längs der Verfahrachse A2 einen Schlitten 32, an dem um
eine x-parallele Schwenkachse 34 ein Dreh- oder Teiltisch
36 mit einer zur Werkstückaufspannfläche 38 orthogonalen
Drehachse 40 lagert. In die Frässpindel 28 ist ein Werkzeug
WZ1 eingesetzt, auf der Werkstückaufspannfläche 38 ist ein
kubisches Werkstück WS1 aufgespannt.
Die gegeneinander geneigten Führungsebenen 6, 8 münden
über einem x-parallelen Späneförderer 42.
Die Wirkungsweise ist folgende:
In einer ersten Ausrichtung gemäß der Fig. 1 bis 4 nimmt
der Spindelkopf 24 samt Spindelachse 26 ebenso eine
waagerechte Lage ein wie der Drehtisch 36 samt
Werkstückaufspannfläche 38. Die zweite Koordinatenachse y1
des Maschinenkoordinatensystems verläuft senkrecht und die
dritte Koordinatenachse 21 waagerecht, d. h., die
Koordinatenachsen y1 und 21 sind gegenüber den
Verfahrachsen A1 und A2 um 45 Grad verdreht. In der
Ausgangsposition gemäß Fig. 1 befindet sich der Schlitten
16 am oberen Ende der Führungsebene 6 und der Schlitten 32
in mittlerer Höhe der Führungsebene 8. Dies entspricht
einem relativen Arbeitspunkt y1max, z1max.
Werden die Schlitten 16 und 32 aus diesen Positionen
heraus entlang der Verfahrachsen A1 und A2 gleichschnell
mit vA1 = vA2 gegenläufig verfahren, d. h., der Schlitten 16
von oben nach unten und der Schlitten 32 von unten nach
oben, ändern sich lediglich der gegenseitige Abstand
zwischen Arbeitsspindel 28 und Drehtisch 36 in y1-Richtung
und deren absolute z1-Positionen, während der gegenseitige
Abstand in z1-Richtung erhalten bleibt. Im relativen
Arbeitspunkt z1max, y1min (Fig. 2) befindet sich der
Schlitten 32 in seiner oberen Position, während der
Schlitten 16 seine mittlere Position erreicht hat.
Werden die Schlitten 16 und 32 aus den Positionen gemäß
Fig. 1 heraus dagegen gleichschnell gleichläufig verfahren,
d. h., beide Schlitten 16 und 32 von oben nach unten,
ändern sich hierbei lediglich der gegenseitige Abstand in
z1-Richtung und die absoluten y1-Positionen, während der
gegenseitige Abstand in y1-Richtung erhalten bleibt. Fig. 3
zeigt den relativen Arbeitspunkt z1min, y1max, in dem sich
der Schlitten 16 in seiner mittleren Höhe und der Schlitten
32 am unteren Ende befinden.
Um in den relativen Arbeitspunkt z1min, y1min (Fig. 4) zu
gelangen, werden die beiden Schlitten 16 und 32 aus den
Positionen gemäß Fig. 3 heraus gleichschnell gegenläufig
verfahren, d. h., der Schlitten 16 von oben nach unten und
der Schlitten 32 von unten nach oben, wobei sich wiederum
die gegenseitigen Abstände in y1-Richtung und die absoluten
z1-Positionen, nicht aber der gegenseitige Abstand in z1-
Richtung ändert.
In allen diesen Fällen ergibt sich in Richtung derjenigen
Koordinatenachse, in der sich ein gegenseitiger Abstand
ändert, eine Änderungsgeschwindigkeit, die das √2-fache der
Schlittengeschwindigkeit beträgt.
Wollte man aus den Positionen gemäß Fig. 2 heraus in die
Positionen gemäß Fig. 3 gelangen, müßte man den Schlitten
16 festhalten und nur den Schlitten 32 von oben nach unten
bewegen, so daß sich in beiden Richtungen z1, y1 sowohl die
gegenseitigen Abstände als auch die absoluten Positionen
änderten. Entsprechend wäre zu verfahren, wenn man aus den
Positionen gemäß Fig. 1 heraus in die Positionen gemäß Fig.
4 gelangen wollte.
Auch wäre es möglich, gleichzeitige Abstandsänderungen in
beiden Richtungen z1, y1 mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten der Schlitten 16 und 32 zu erzeugen.
Würde man mittels Drehtisch 36 jede der Seiten des
Werkstücks WS1 in Richtung Arbeitsspindel 28 drehen und den
Schlitten 18 auch in x-Richtung verfahren, ließen sich auf
diese Weise vier Werkstückseiten vollständig bearbeiten.
Um auch die fünfte freie Seite bearbeiten zu können,
werden der Spindelkopf 24 um die Schwenkachse 22 und der
Drehtisch 36 um die Schwenkachse 34 um 45 Grad nach unten
geschwenkt, so daß die Spindelachse 28 parallel zur
Führungsebene 6 und die Werkstückaufspannfläche 38 parallel
zur Führungsebene 8 verläuft. Die zweite Koordinatenachse
y2 verläuft dann parallel zur Führungsebene 8, die dritte
Koordinatenachse 22 parallel zur Führungsebene 6. Die
Geschwindigkeiten, mit denen sich die Abstände zwischen
Arbeitsspindel und Werkstücktisch längs der
Koordinatenachsen verändern, entsprechen hier den
Geschwindigkeiten des Schlittens 16 oder 18, da je
Koordinatenachse nur ein Schlitten 16, 18 beteiligt ist.
Obwohl an einer Werkzeugmaschine mit V-förmigem Bett
dargestellt, fallen unter die Erfindung beispielsweise
auch Lösungen mit einer senkrechten und einer waagerechten
Betthälfte, sofern die daran angeordneten Verfahrachsen
gegenüber den Koordinatenachsen des
Maschinenkoordinatensystem derart verdreht sind, daß
gleichzeitige Schlittenbewegungen längs der Verfahrachsen
zu Relativbewegungen längs der Koordinatenachsen führen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9
dargestellt. Es zeigt die Draufsicht auf ein
Fräsbearbeitungszentrum mit zwei Spindelköpfen 44 und 46,
die an Oberschlitten 48 und 50 von Kreuzschlitten 52 und 54
aufgenommen sind. Deren Unterschlitten 56 und 58 sind auf
gemeinsamen Längsführungen 60 geführt, die sich längs eines
Bettes 62 erstrecken und eine Verfahrachse B1 definieren.
Sie tragen Querführungen 64 und 66, die die Oberschlitten
48 und 50 führen und zueinander parallele Verfahrachsen B2
und B3 definieren. In den Spindelköpfen 44 und 46 lagern
Arbeitsspindeln 68 und 70, wobei deren waagerechte
Spindelachsen 72 und 74 orthogonal zueinander verlaufen und
die Koordinatenachsen x und z definieren, die die
Verfahrachsen B1 bis B3 unter Winkeln von 45 Grad
schneiden. Vor dem Bett 62 steht ein Teiltisch 76 mit
quadratischer waagerechter Werkstückaufspannfläche 78,
deren zueinander parallele Längskanten 80 parallel zur
Spindelachse 72 und deren zueinander parallele Längskanten
81 parallel zur Spindelachse 74 ausgerichtet sind. In den
Arbeitsspindeln 68 und 70 sind Werkzeuge 82 und 84
aufgenommen, auf dem Teiltisch mit der Drehachse D ein
Werkstück WS2. Die Spindelköpfe 44 und 46 können an den
Schlitten 48 und 50 längs einer zu den Achsen x und z
orthogonalen Achse y verfahrbar sein.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Werden beispielsweise die Schlitten 48 und 56 des Kreuzschlittens 52 entlang der Verfahrachsen B1 und B2 mit identischen Geschwindigkeiten vB1 = vB2 in bezug auf den Teiltisch 76 gegenläufig verfahren, d. h., der Unterschlitten 56 von der Mitte zum Rand und der Oberschlitten 48 von hinten nach vorn, ändern sich die x- Positionen der Spitze des Werkzeuges 82, während die z- Position erhalten bleibt (Fig. 9). Werden die Schlitten 48 und 56 dagegen gleichschnell gleichläufig verfahren, d. h., der Unterschlitten 56 von der Mitte zum Rand und der Oberschlitten 48 von vorn nach hinten, ändern sich die z- Positionen der Spitze des Werkzeuges 82 bei Beibehaltung der x-Positionen (Fig. 10). In beiden Fällen ergeben sich in Richtung der Koordinatenachsen x und z Geschwindigkeiten der Spitze des Werkzeuges 82, die dem √2-fachen der Geschwindigkeiten der Schlitten 48 und 56 entsprechen.
Werden beispielsweise die Schlitten 48 und 56 des Kreuzschlittens 52 entlang der Verfahrachsen B1 und B2 mit identischen Geschwindigkeiten vB1 = vB2 in bezug auf den Teiltisch 76 gegenläufig verfahren, d. h., der Unterschlitten 56 von der Mitte zum Rand und der Oberschlitten 48 von hinten nach vorn, ändern sich die x- Positionen der Spitze des Werkzeuges 82, während die z- Position erhalten bleibt (Fig. 9). Werden die Schlitten 48 und 56 dagegen gleichschnell gleichläufig verfahren, d. h., der Unterschlitten 56 von der Mitte zum Rand und der Oberschlitten 48 von vorn nach hinten, ändern sich die z- Positionen der Spitze des Werkzeuges 82 bei Beibehaltung der x-Positionen (Fig. 10). In beiden Fällen ergeben sich in Richtung der Koordinatenachsen x und z Geschwindigkeiten der Spitze des Werkzeuges 82, die dem √2-fachen der Geschwindigkeiten der Schlitten 48 und 56 entsprechen.
Dies ergibt sich auf gleiche Weise beim Werkzeug 84,
dessen sowohl zum Werkzeug 82 als auch zum Teiltisch 76
zeigende Ausrichtung zur Bildung einer ebenso schnellen und
baugruppenarmen wie kompakten Zweispindelfräsmaschine
beiträgt, in der jedes der beiden Werkzeuge 82 und 84 mit
der √2-fachen Schlittengeschwindigkeit längs der Achsen x
und z bewegbar ist, um gleichzeitig oder nacheinander an
ein und demselben oder an unterschiedlichen Werkstücken zu
arbeiten. Entsprechend könnten auch ein oder zwei
Werkstücke in bezug auf ein raumfestes Werkzeug bewegt
werden.
Claims (34)
1. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, bei dem zwei
Schlitten (16, 32 bzw. 48, 56 oder 50, 58), von denen
wenigstens einer ein Werkzeug oder Werkstück trägt, längs
zweier sich schneidender Verfahrachsen (A1, A2 bzw. B1, B2
oder B1, B3) relativ zueinander bewegt werden, um
Relativbewegungen zwischen einem Werkzeug und einem
Werkstück zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass
Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück längs
einer beide Verfahrachsen (A1, A2 bzw. B1, B2 oder B1, B3)
schneidenden ersten Koordinatenachse (z1, z) eines schräg
zu den Verfahrachsen verlaufenden kartesischen
Koordinatensystems durch gleichzeitiges gleichläufiges
Bewegen und längs einer beide Verfahrachsen (A1, A2 bzw.
B1, B2 oder B1, B3) schneidenden zweiten Koordinatenachse
(y1, x) dieses Koordinatensystems durch gleichzeitiges
gegenläufiges Bewegen beider Schlitten (16, 32 bzw. 48, 56
oder 50, 58) erzeugt werden, wobei das Werkzeug mit seiner
Werkzeugbezugsachse, beispielsweise einer Längs- und/oder
Rotationsachse, und/oder das Werkstück mit seiner
Werkstückbezugsachse, beispielsweise einer senkrecht zur
Werkstückaufspannfläche verlaufenden Achse, parallel oder
senkrecht zu diesen Koordinatenachsen ausgerichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Schlitten (48, 56 bzw. 50, 58) ein
Kreuzschlittensystem (52 bzw. 54) bilden, das ein darauf
angeordnetes Werkzeug (82 bzw. 84) oder ein darauf
angeordnetes Werkstück in bezug auf ein raumfest
angeordnetes Werkstück (WS2) bzw. ein raumfest angeordnetes
Werkzeug bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
ein ein Werkzeug (WZ1) tragender Schlitten (16) und ein ein
Werkstück (WS1) tragender Schlitten (32) relativ zueinander
bewegt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Koordinatenachsen (y1, z1 bzw. x,
z) zu zueinander orthogonalen Verfahrachsen (A1, A2 bzw.
B1, B2 oder B1, B3) um 45 Grad verdreht sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Schlitten (16, 32 bzw. 48,
56 oder 50, 58) gleichschnell bewegt werden.
6. Werkzeugmaschine mit zwei Schlitten (16, 32 bzw. 48, 56
oder 50, 58), von denen wenigstens einer ein Werkzeug oder
Werkstück trägt, und zwei sich schneidenden Verfahrachsen
(A1, A2 bzw. B1, B2 oder B1, B3), längs derer die Schlitten
(16, 32 bzw. 48, 56 oder 50, 58) relativ zueinander
bewegbar sind, um Relativbewegungen zwischen einem Werkzeug
und einem Werkstück zu erzeugen, insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit seiner
Werkzeugbezugsachse, beispielsweise einer Längs- und/oder
Rotationsachse, und/oder das Werkstück mit seiner
Werkstückbezugsachse, beispielsweise einer senkrecht zur
Werkstückaufspannfläche (38, 78) verlaufenden Achse, in der
von den Verfahrachsen (A1, A2 bzw. B1, B2 oder B1, B3)
aufgespannten Ebene derart ausgerichtet oder ausrichtbar
sind, dass bei gleichzeitig bewegten Schlitten
Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück
orthogonal oder parallel zur Werkzeug- und/oder
Werkstückbezugsachse möglich sind.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die ausgerichtete Werkzeug- und/oder
Werkstückbezugsachse beide Verfahrachsen (A1, A2 bzw. B1,
B2 oder B1, B3) schneidet.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Werkzeugbezugsachse und die
Werkstückbezugsachse orthogonal oder parallel zueinander
verlaufen und mit zueinander orthogonalen Verfahrachsen
Winkel von 45 Grad einschließen.
9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugbezugsachse die
Längs- und/oder Rotationsachse des Werkzeuges ist und die
Werkstückbezugsachse orthogonal zur Werkstückaufspannfläche
(38, 78) verläuft.
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schlitten (48, 56
bzw. 50, 58) ein Kreuzschlittensystem (52 bzw. 54) bilden,
mit dem ein darauf angeordnetes Werkzeug (82 bzw. 84) oder
ein darauf angeordnetes Werkstück in bezug auf ein
raumfestes Werkstück (WS2) bzw. ein raumfestes Werkzeug
bewegbar ist.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (72 bzw. 74) beide
Verfahrachsen (B1, B2 bzw. B1, B3) schneidet.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (72 bzw. 74) beide
Verfahrachsen (B1, B2 bzw. B1, B3) unter Winkeln von 45
Grad schneidet.
13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (WS2) vor
oder auf einem Bett (62) angeordnet ist.
14. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (WS2) auf einem
unverschieblichen Werkstücktisch (76) aufgenommen ist,
dessen Werkstückaufspannfläche (78) parallel zur
Verfahrebene des Werkzeuges (82 bzw. 84) verläuft.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkstücktisch (76) um eine
aufspannflächennormale Drehachse (D) drehbar ist.
16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 10 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (82 bzw. 84)
in einer auf dem Kreuzschlittensystem (52 bzw. 54)
angeordneten Werkzeugaufnahme (68 bzw. 70) angeordnet ist.
17. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 10 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei
Kreuzschlittensysteme (52, 54) vorgesehen sind, die jeweils
ein Werkzeug (82, 84) tragen, um nacheinander oder
gleichzeitig an einem Werkstück (WS2) zu arbeiten.
18. Werkzeugmaschine nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kreuzschlittensysteme (52, 54) auf
einem gemeinsamen Bett (62) angeordnet sind.
19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kreuzschlittensysteme (52, 54) auf
gemeinsamen Führungen (60) geführt sind.
20. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 17 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugachsen (72,
74) zweier Kreuzschlittensysteme (52, 54) orthogonal
zueinander verlaufen.
21. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein als Werkzeugschlitten
ausgebildeter Schlitten (16) und ein als Werkstückschlitten
ausgebildeter Schlitten (32) relativ zueinander bewegbar
sind.
22. Werkzeugmaschine nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkzeugschlitten (16) eine
Werkzeugaufnahme (28) zur Aufnahme eines Werkzeuges (WZ1)
und der Werkstückschlitten (32) einen Werkstücktisch (36)
zur Aufnahme eines Werkstückes (WS1) trägt.
23. Werkzeugmaschine nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch
- 1. eine erste Ausrichtung der Werkzeugaufnahme (28) und des
Werkstücktisches (36), in der die zueinander orthogonalen
Koordinatenachsen (y1, z1) des Maschinenkoordinatensystems
gegenüber den zueinander orthogonalen Verfahrachsen (A1,
A2) um 45 Grad verdreht sind und Relativbewegungen zwischen
Werkzeug (WZ1) und Werkstück (WS1) längs der ersten
Koordinatenachse (z1) durch gleichschnelles Bewegen der
Werkzeugaufnahme (28) und des Werkstücktisches (36)
voneinander weg oder zueinander hin und längs der zweiten
Koordinatenachse (y1) durch gleichschnelles gleichläufiges
Bewegen der Werkzeugaufnahme (28) und des Werkstücktisches
(36) erzeugbar sind, und gegebenenfalls
- - eine zweite Ausrichtung der Werkzeugaufnahme (28) und des Werkstücktisches (36), in der die Koordinatenachsen (y2, 22) parallel zu den Verfahrachsen (A1, A2) verlaufen und Relativbewegungen zwischen Werkzeug (WZ1) und Werkstück (WS1) längs der Koordinatenachsen (y2, z2) durch Bewegen der Werkstückaufnahme (28) oder des Werkstücktisches (36) erzeugbar sind.
24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23, dadurch
gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (26) der
Werkzeugaufnahme (28) in der ersten Ausrichtung die
Verfahrachsen (A1, A2) unter Winkeln von 45 Grad schneidet.
25. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23 oder 24, dadurch
gekennzeichnet, dass die Werkstückaufspannfläche (38) des
Werkstücktisches (36) in der ersten Ausrichtung die
Verfahrachsen (A1, A2) unter Winkeln von 45 Grad schneidet.
26. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 23 bis
25, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (26) der
Werkzeugaufnahme (28) in der zweiten Ausrichtung parallel
zu deren Verfahrachse (A1) verläuft.
27. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 23 bis
26, dadurch gekennzeichnet, dass die
Werkstückaufspannfläche (38) des Werkstücktisches (36) in
der zweiten Ausrichtung parallel zu dessen Verfahrachse
(A2) verläuft.
28. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 21 bis
27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrachsen (A1, A2)
jeweils eine Neigung von 45 Grad aufweisen.
29. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 23 bis
28, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschlitten (16)
auf geneigten ersten Führungen (10) geführt ist und die
Werkzeugaufnahme (28) um eine führungsorthogonale erste
Schwenkachse (22) schwenkbar ist zwischen einer ersten
Stellung, in der die Werkzeugachse (26) waagerecht
verläuft, und einer zweiten Stellung, in der die
Werkzeugachse (26) parallel zu den ersten Führungen (10)
verläuft.
30. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 23 bis
29, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückschlitten
(32) auf geneigten zweiten Führungen (12) geführt ist und
der Werkstücktisch (36) um eine führungsorthogonale zweite
Schwenkachse (34) schwenkbar ist zwischen einer ersten
Stellung, in der die Werkstückaufspannfläche (38)
waagerecht verläuft, und einer zweiten Stellung, in der die
Werkstückaufspannfläche (38) parallel zu den zweiten
Führungen (12) verläuft.
31. Werkzeugmaschine nach Anspruch 30, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkstücktisch (36) um eine zur
Werkstückaufspannfläche (38) orthogonale Drehachse (40)
drehbar ist.
32. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 29 bis
31, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten
Führungen (10, 12) auf gegenüberliegenden geneigten Ebenen
(6, 8) eines im Querschnitt V-förmigen Bettes (2)
angeordnet sind.
33. Werkzeugmaschine nach Anspruch 32, dadurch
gekennzeichnet, dass die geneigten Ebenen (6, 8) über einem
Späneförderer (42) münden, der sich in Richtung der dritten
Koordinate (x) des Maschinenkoordinatensystems erstreckt.
34. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche von 10 bis
33, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (28
bzw. 68 oder 70) und/oder der Werkstücktisch (36 bzw. 76)
in Richtung der dritten Koordinate (x bzw. y) bewegbar
sind.
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