DE10049810A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Die Werkzeugmaschine weist einen vertikalen Ständer (10) auf mit einer Führung (11), um einen Werkstückträger (13), der ein Werkstück (15) festhält, vertikal entlang einer X-Achse zu verschieben. Zwei Spindelstöcke (24, 30) sind jeweils entlang horizontaler Führungen (27, 28) in Y-Richtung verschiebbar. Die Führungen (27, 28) bilden einen Rahmen, dessen Fenster (23) durch eine Jalousie verschlossen ist, welche Durchtrittsöffnungen für die Spindelstöcke (24, 30) aufweist. Dadurch wird ein seitlich geschlossener Arbeitsraum geschaffen, der senkrechte Wände aufweist und keine Behinderungen für herabfallende Späne enthält. Da die Späne nicht fortgespült werden müssen, kann eine Sprühkühlung als Minimalmengenschmierung durchgeführt werden. Hierdurch wird die Flüssigkeitsbelastung der Späne verringert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere eine Werkstückmaschine mit Werkzeugmagazin, das einen Werkzeugwechsel durch Bewegen der Spindelstücke im Pickup-Betrieb ermöglicht.

Aus EP 0 806 998 B1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die zwei vertikal verfahrbare Spindelstöcke aufweist, welche jeweils einzeln auf ein an einem Werkstückträger befestigtes Werkstück einwirken können, während der andere Spindelstock einen Werk­ zeugwechsel an einem Werkzeugmagazin vornehmen kann. Das Werk­ zeugmagazin ist als Umlaufmagazin ausgebildet und so angeord­ net, dass jeder Spindelstock eine eigene Wechselposition am Werkzeugmagazin hat. Diese Werkzeugmaschine eignet sich für ei­ ne schnelle und effektive Werkstückbearbeitung mit unterschied­ lichen Werkzeugen. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass bei schneller Werkstückbearbeitung ein hoher Anfall an Bohrspänen entsteht, die stark mit Kühlflüssigkeit belastet sind. Die Bohrspäne fallen auf die Führung des Werkstückträgers. Diese kann zwar mit einer Lamellenabdeckung versehen sein, so dass der Lauf des Werkstückträgers nicht behindert wird, jedoch er­ zeugen die anfallenden Bohrspäne größere Ansammlungen, was zu Verstopfungen und Behinderungen der Späneabfuhr führt. Für die Späneabfuhr sind unterhalb der Führung des Werkstückträgers Schrägwände vorgesehen, die auf einen Späneförderer münden. Die Kühlflüssigkeit wird in großen Mengen zugeführt und auch für die Sicherstellung der Späneabfuhr und die Verhinderung von Verstopfungen durch Späne benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Werkstückträgern, Spindelstock und Werkzeugmagazin zu schaffen, die für eine schnelle Werkstückbearbeitung geeignet ist und bei der die bei schnellem Betrieb anfallenden Späne keine Störungen verursachen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im. Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Werk­ stückträger mit horizontaler Drehachse an einem vertikalen Ständer angebracht und der (mindestens eine) Spindelstock ist an einer horizontalen Führung entlang der horizontal verlaufen­ den ersten Bewegungsachse geführt. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist die Führung des Werkstückträgers vertikal angeordnet, so dass das von dem Werkstückträger abstehende Werkstück auslegerartig frei in den Raum absteht und die Späne von dem Werkstück ungehindert herabfallen können. Unter dem an dem Werkstückträger befestigten Werkstück befinden sich keine den Späneweg der herabfallenden Späne behindernden Konstrukti­ onsteile. Die Späne können im freien Fall auf den Boden gelan­ gen, wo sich ein Späneförderer oder eine andere Vorrichtung zum Abführen der Späne befindet.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass kein Kühlmittel zum Fortspülen der Späne erforderlich ist. Daher kann die Kühlung unter sparsamer Zufuhr von Kühlmittel erfolgen, beispielsweise durch Sprühkühlung. Bei der Sprühkühlung wird die Sprühflüssig­ keit am Werkstück zerstäubt. Dabei ergeben sich ähnliche Schmier- und Kühleigenschaften wie bei einem Flüssigkeits­ strahl, jedoch ist der Verbrauch an Kühlflüssigkeit wesentlich geringer. Ein Vorteil besteht darin, dass an den Spänen weniger Kühlmittel haftet und dass die Beseitigung des Kühlmittels von den Spänen weniger Aufwand erfordert. Durch die Minimalmengen­ schmierung, die mit Sprühschmierung möglich ist, wird auch die Werkzeugstandzeit verlängert und die Oberflächengüte des Werk­ stücks verbessert. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine er­ laubt durch eine Verbesserung der Späneabfuhr die Durchführung einer Sprühschmierung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Führung des Spindelstocks Bestandteil eines rechteckigen Rah­ mens, der ein Fenster umschließt, in welchem der Spindelstock bewegbar ist. Das Fenster weist eine Jalousie mit einer sich der Position des Spindelstocks anpassenden Öffnung auf. Der rechteckige Rahmen bildet zusammen mit der das Fenster ver­ schließenden Jalousie eine senkrechte Wand, an der Späne herab­ fallen können.

Der Ständer bildet vorzugsweise mit der Führung des Spindel­ stocks eine in Draufsicht L-förmige Struktur, die zusammen mit ergänzenden Wänden bzw. Türen einen Bearbeitungsraum seitlich umschließt. Auf diese Weise entsteht ein seitlich vollständig umschlossener Bearbeitungsraum mit ausschließlich senkrechten Wänden und ohne innere Einbauten, die das Herabfallender Späne behindern würden.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine wird vorzugsweise als Zweispindelmaschine ausgebildet, bei der jeweils ein Spindel­ stock die Bearbeitung durchführt, während der andere Spindel­ stock einen Werkzeugwechsel vornehmen kann. Beide Spindeln sind längs horizontaler Führungen bewegbar, die mit vertikalem Ab­ stand voneinander angeordnet sind. Jede der Führungen ist in Bezug auf das Werkzeugmagazin so angeordnet, dass der Spindel­ stock den Werkzeugwechsel im Pickup-Betrieb durchführen kann. Hierbei wird der Spindelstock hinter den in der Wechselposition befindlichen Werkzeughalter des Werkzeugmagazins gefahren, wo­ bei das an dem Spindelstock befestigte Werkzeug an den Werk­ zeughalter direkt und ohne Werkzeugwechsler übergeben wird. In gleicher Weise entnimmt der Spindelstock das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin durch direkten Zugriff entlang der Z-Achse.

Bei Vorhandensein einer unteren Führung, auf deren Oberseite ein Spindelstock verfahrbar ist, schließt sich zweckmäßigerwei­ se nach unten an die Führung eine Schürze an, die mit einer Auffangvorrichtung für Späne verbunden ist. Die Schürze bildet einen Bestandteil der senkrechten Wand für die Späneabfuhr un­ ter ausschließlicher Schwerkraftwirkung. Die Auffangvorrichtung ist vorzugsweise ein Späneförderer.

Die Erfindung ermöglicht es auch, zwei Werkzeugmagazine in ei­ ner gemeinsamen vertikalen Ebene vorzusehen, und zwar zu beiden Enden der Führung für den Spindelstock.

Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwei Werkstückträger vorgesehen sind, die von entge­ gengesetzten Seiten her an dem zu bearbeitenden Werkstück an­ greifen. Hierzu können zwei senkrechte Ständer vorgesehen sein, von denen jeder eine Vertikalführung für einen Werkstückträger aufweist. Die Vertikalführungen sind durch eine Lamellenjalou­ sie oder eine ähnliche vertikale Abdeckvorrichtung bedeckt, so dass keine Späne eindringen können. Dies gilt auch für das Werkzeugmagazin. In den Bearbeitungsraum ragen nur diejenigen Teile des Werkzeugmagazins, die für einen Werkzeugwechsel benö­ tigt werden. Alle übrigen Teile befinden sich hinter der be­ treffenden Begrenzungswand des Arbeitsraumes, wobei die Durch­ gänge des Werkzeugmagazins durch diese Trennwand mit einer Spänedichtung verschlossen sind.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus­ führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Maschine nach Fig. 1, teilweise geschnitten entlang der Linie III-III von Fig. 1,

Fig. 4 den Aufbau einer Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugmagazinen,

Fig. 5 eine Werkzeugmaschine mit zwei synchron beweg­ baren Werkstückträgern und

Fig. 6 eine Weiterbildung der Werkzeugmaschine nach Fig. 5.

Die Werkzeugmaschine nach den Fig. 1-3 weist einen vertika­ len Ständer 10 auf mit einer Vertikalführung 11, an der ein Schlitten 12 gesteuert vertikal verfahrbar ist. Auf dem Schlit­ ten 12 ist ein Werkstückträger 13 um eine horizontale Drehachse 14 gesteuert drehbar gelagert. An dem Werkstückträger 13 wird das zu bearbeitende Werkstück 15 befestigt. Die Bewegung des Schlittens 12 längs der vertikalen X-Achse erfolgt durch einen Spindelantrieb, der im Innern des Ständers 10 vorgesehen ist und aus einer Spindel 16, einer mit dem Schlitten 12 verbunde­ nen Spindelmutter 17 und einem die Spindel 16 drehenden Motor 18 besteht. Der Motor 18 ist ein NC-Antrieb, der eine sehr genaue Höheneinstellung des Werkstückträgers 13 ermöglicht. Am Schlitten 12 ist ein (nicht dargestellter) weiterer NC-Antrieb angebracht, der den Werkstückträger 13 drehend antreibt.

Von dem Ständer 10 stehen ein unterer Balken 19 und ein oberer Balken 20 horizontal ab. Die Balken haben einen vertikalen Ab­ stand voneinander und bilden zusammen mit dem Ständer 10 und einem vertikalen Pfosten 21 einen rechteckigen Rahmen 22, der ein rechteckiges Fenster 23 umschließt. In dem Fenster 23 be­ findet sich ein erster Spindelstock 24, der eine drehend an­ treibbare Spindel 25 mit einem daran befestigten Werkzeug 26 aufweist. Der Spindelstock 24 ist an dem Schlitten 25 in Rich­ tung einer ersten Bewegungsachse Z1, die axial zur Spindel 25 verläuft, bewegbar. Der Schlitten 25 ist in einer horizontalen Führung 27, längs einer rechtwinklig zur Achsrichtung der Spin­ del 25 verlaufenden Bewegungsachse Y1 entlang der Führung 27 bewegbar. Die Bewegungen entlang der Achsen Y1 und Z1 werden von dem Spindelstock 24 durchgeführt. Die Bewegung entlang der X-Achse wird von dem Werkstück 15 durchgeführt und ebenso die Drehung um die Drehachse 14.

Auf der Oberseite des Balkens 19 befindet sich eine horizontale Führung 28 für einen Schlitten 29, auf dem sich ein zweiter Spindelstock 30 befindet. Der Spindelstock 30 weist eine Spin­ del 31 mit einem daran befestigten Werkzeug 32 auf. Der Spin­ delstock 30 ist auf der Führung 28 entlang der ersten Bewe­ gungsachse Y2 bewegbar und ferner entlang einer zweiten Bewe­ gungsachse Z2, die axial zur Spindel 31 verläuft. Die Bewegung entlang der Bewegungsachse Z2 wird durch einen Linearantrieb 33 bewirkt.

Jede der beiden Spindeln 25, 31 ist von einem Motor 35 des je­ weiligen Spindelstocks, bzw. 36 drehend angetrieben.

An dem Ständer 10 ist ein Werkzeugmagazin 37 befestigt, das mit einem umlaufenden Endlosförderer 38 versehen ist, von dem Werk­ zeughalter 39 nach außen abstehen. Jeder Werkzeughalter 39 weist zwei Finger auf, zwischen denen der Schaft eines Werk­ zeugs 40 eingeklemmt werden kann. Das Werkzeugmagazin 37 ist in einer vertikalen Ebene angeordnet, die parallel zu den Bewe­ gungsachsen Y1 und Y2 verläuft. Der vertikale Vordertrum 41 des Werkzeugmagazins ragt aus dem Ständer 10 heraus und er weist zwei Wechselpositionen auf, je eine für jeden Spindelstock 24 und 30. Ein in der Wechselposition befindliches Werkzeug 40 kann von der Spindel des betreffenden Spindelstockes 24 oder 30 ergriffen und übernommen werden. Andererseits kann jeder Spin­ delstock ein an seiner Spindel befestigtes Werkzeug an denjeni­ gen Werkzeughalter 39 des Werkzeugmagazins 37 übergeben, der sich in der Wechselposition befindet. Der Antrieb des Endlos­ förderers 38 wird gesteuert durch einen Motor 42.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bildet der vertikale Ständer mit den horizontalen Balken 19 und 20 in Draufsicht eine L-förmige Struktur, die einen Bearbeitungsraum 43 umgibt. Der Bearbei­ tungsraum 43 wird ferner von einer Seitenwand 44 und einer Vor­ derwand 45 oder Tür begrenzt, so dass er seitlich vollständig umschlossen ist. Das von dem Rahmen 22 umschlossene Fenster 23 ist mit einer Jalousie 46 verschlossen, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Es handelt sich um eine Lamellenjalousie, die zwei längslaufende Schlitze aufweist, für jeden Spindelstock 24, 30 einen. Die Schlitze sind mit Lamellen verschlossen, wel­ che sich der jeweiligen Position des Spindelstockes in Richtung der Bewegungsachse Y1 bzw. Y2 anpassen und nur den Spindelstock durchtreten lassen, während im übrigen das Fenster 23 ver­ schlossen ist. Die Vorderwand des Balkens 19 wird durch eine senkrechte Schürze 47 gebildet. Somit ist der Bearbeitungsraum 43 ausschließlich durch vertikale Wände begrenzt. Am unteren Ende des Bearbeitungsraums 43 befindet sich ein Späneförderer 48, der beispielsweise aus einem Band- oder Kettenförderer be­ stehen kann oder auch aus einem Schneckenförderer. Der Förderer nimmt die gesamte Breite des Bearbeitungsraums 43 ein und för­ dert die heruntergefallenen Späne aus der Werkzeugmaschine ab.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass außer dem Werk­ zeugmagazin 37 am Ständer 10 ein weiteres gleichartiges Werk­ zeugmagazin 37a am Pfosten 21 angeordnet ist. Beide Werkzeugma­ gazine befinden sich auf gleicher Höhe und sie begrenzen den Verschiebeweg der Spindelstöcke 24, 30 in horizontaler Rich­ tung, wobei jeder Spindelstock auf jedes der in einer gemeinsa­ men vertikalen Ebene angeordnete Werkzeugmagazine zugreifen kann.

Bei beiden Werkzeugmagazinen 37, 37a befindet sich der rückwär­ tige oder äußere Trum 50 außerhalb des Ständers 10 und Pfostens 21, so dass er von außen zugänglich ist, um Werkzeuge manuell auszuwechseln.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist zusätzlich zu dem Ständer 10 ein weiterer Ständer 10a vorgesehen, der den Pfosten 21 ersetzt. Der Ständer 10a weist einen zweiten Werkstückträger 13a auf, der entlang einer vertikalen Führung gesteuert beweg­ bar ist und der um seine horizontale Längsachse gedreht werden kann. Das Werkstück 15 kann an jedem seiner beiden Enden in ei­ nen Werkstückträger 13, bzw. 13a eingespannt werden. Die Werk­ stückträger 13 und 13a werden synchron zueinander in vertikaler Richtung bewegt und auch synchron zueinander gedreht. Diese zweiseitige Werkstückeinspannung ermöglicht eine hochgenaue Po­ sitionierung auch voluminöser oder schwergewichtiger Werkstücke.

Andererseits ist es auch möglich, an dem einen Werkstückträger 13a beispielsweise eine Hilfsstange zu befestigen, die am Werk­ stück angebracht ist und dieses an der betreffenden Seite ab­ stützt.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 entspricht weitgehend demje­ nigen von Fig. 5, wobei zwischen den beiden Werkstückträgern 13, 13a ein U-förmiger Halter 55 eingespannt ist, dessen Schen­ kel 56 mit Achsen 57 an den Werkstückträgern befestigt sind. Die Basis 58 des Halters 55 trägt einen Drehtisch 59 auf dem das Werkstück 60 befestigt ist. Durch Schwenken des Halters 55 um die Achsen 57 kann das Werkstück 60 schräg gestellt werden, um eine Schrägbearbeitung mit dem an dem jeweiligen Spindel­ stock befestigten Werkzeug durchzuführen. Der schwenkbare Hal­ ter 55 erlaubt ein schnelles Umsetzen des Werkstücks 60 zur Durchführung von Bearbeitungsvorgängen an unterschiedlichen Stellen, bzw. in unterschiedlichen Richtungen.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4-6 ist jeweils ein seitlich geschlossener Bearbeitungsraum 43 vorgesehen, wobei in den Zeichnungen die Wände 44 und 45 aus Gründen der Übersicht­ lichkeit fortgelassen sind. In jedem Fall fallen Späne entlang senkrechter Wände nach unten auf den Späneförderer 48, ohne durch Einbauten behindert zu werden.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen sind alle Funktionen der Werkzeugmaschine numerisch nach vorgegebenen Programmen gesteu­ ert, so dass die Werkstückbearbeitung und der Werkzeugwechsel voll automatisch durchgeführt werden. Auch das Werkzeugmagazin ist voll automatisch gesteuert, wobei das jeweils benötigte Werkzeug in die Wechselposition gebracht wird. Gesteuert ist auch der Wechsel der Werkstücke sowie deren Zu- und Abtrans­ port.

Claims (7)

1. Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger (13), der um ei­ ne Drehachse (14) drehbar ist, mindestens einem Spindel­ stock (24), der entlang einer rechtwinklig zur Achsrich­ tung der Spindel (25) verlaufenden ersten Bewegungsachse (Y1) und entlang einer in Achsrichtung verlaufenden zweiten Bewegungsachse (Z1) gesteuert bewegbar ist, und mindestens einem Werkzeugmagazin (37), auf das der Spindelstock (24) direkt zugreifen kann und das für jeden Spindelstock eine auf der ersten Bewegungsachse (Y1) dieses Spindelstocks liegende Wechselposition aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (13) mit horizontaler Drehachse (14) an einem vertikalen Ständer (10) angebracht ist und dass der Spindelstock (24) an einer horizontalen Führung (27) entlang der horizontal verlaufenden ersten Bewegungs­ achse (Y1) geführt ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (27) des Spindelstocks (24) Bestandteil eines rechteckigen Rahmens (22) ist, der ein Fenster (23) umschließt, in welchem der Spindelstock (24) bewegbar ist, und dass das Fenster (23) eine Jalousie (46) mit einer sich der Position des Spindelstocks (24) anpassenden Öffnung aufweist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Ständer (10) zusammen mit der Führung (27) des Spindelstocks (24) eine in Draufsicht L-förmige Struktur bildet, die zusammen mit ergänzenden Wänden (44, 45) bzw. Türen einen Bearbeitungsraum (43) seitlich um­ schließt.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Spindelstock (30) tragende untere Führung (28) vorgesehen ist und dass sich an die un­ tere Führung (28) nach unten eine Schürze (47) anschließt, die mit einer Auffangvorrichtung (48) für Späne verbunden ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkzeugmagazine (37, 37a) in ei­ ner gemeinsamen vertikalen Ebene vorgesehen sind.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei senkrechte Ständer (10, 10a) vor­ gesehen sind, von denen jeder einen Werkstückträger (13, 13a) aufweist, wobei beide Werkstückträger synchron zuein­ ander drehbar und höhenverschiebbar sind.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (13, 13A) die Schenkel eines U-förmigen Halters (55) tragen, auf dessen Basis (58) ein Drehtisch (59) montiert ist.