DE102009054827A1

DE102009054827A1 - Werkzeugmaschine mit einem Räumwerkzeug

Info

Publication number: DE102009054827A1
Application number: DE102009054827A
Authority: DE
Inventors: Stefan 78662 Weber; Markus 78737 Maier; Thomas 77773 Mäntele
Original assignee: Schwaebische Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Schwaebische Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-22

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (1) umfasst einen Maschinenrahmen (2) mit mehreren vertikalen Rahmenwänden (3, 4), wobei an einer ersten vertikalen Rahmenwand (3) eine in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbare Schlitteneinheit (7) mit einem eine Werkstückhalteeinrichtung (5) aufweisenden Z-Schlitten (10) und an einer der ersten vertikalen Rahmenwand (3) in Z-Richtung gegenüberliegenden, zweiten vertikalen Rahmenwand (4) mindestens ein stationärer Bohrkopf (12) vorgesehen sind. Erfindungsgemäß weist der Maschinenrahmen (2) an mindestens einer vertikalen Rahmenwand (4) ein oder mehrere stationäre nicht-angetriebene, passive Werkzeuge (13) auf, die jeweils mit einem in der Werkstückhalteeinrichtung (5) aufgenommenen Werkstück (6) zusammenwirken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinenrahmen mit mehreren vertikalen Rahmenwänden oder -seiten, wobei an einer ersten vertikalen Rahmenwand oder -seite eine in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbare Schlitteneinheit mit einem eine Werkstückhalteeinrichtung aufweisenden Z-Schlitten und an einer der ersten vertikalen Rahmenwand oder -seite in Z-Richtung gegenüberliegenden, zweiten vertikalen Rahmenwand oder -seite mindestens ein stationärer Bohrkopf vorgesehen sind.
Eine derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise durch die EP 1 609 562 A1 oder die EP 1 618 987 A1 bekannt geworden.
Aus der EP 1 609 562 A1 ist eine fünfachsige, numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bekannt, die eine erste vertikale Rahmenwand mit mindestens einer horizontal oder raumschräg angeordneten, stationären Arbeitsspindel (Bohrkopf) und eine gegenüberliegende zweite vertikale Rahmenwand mit einer in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbaren Schlitteneinheit aufweist, wobei die beiden Rahmenwände unterhalb und oberhalb der mindestens einen Arbeitsspindel miteinander verbunden sind.
Aus der EP 1 618 987 A1 ist ebenfalls eine fünfachsige, numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einem seitlich offenen C- oder U-förmigen Maschinenrahmen bekannt, an dessen vertikaler Rahmenwand mindestens eine zur offenen Rahmenseite hin gerichtete Arbeitsspindel (Bohrkopf) stationär befestigt ist. Die Werkzeugmaschine weist außerdem jeweils eine horizontale Führung am oberen und unteren horizontalen Rahmenschenkel für einen X-Schlitten einer in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbaren Schlitteneinheit sowie eine Werkstückhalteeinrichtung am Z-Schlitten der Schlitteneinheit auf.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Einsatzmöglichkeiten einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Maschinenrahmen an mindestens einer vertikalen Rahmenwand oder -seite ein oder mehrere stationäre nicht-angetriebene, passive Werkzeuge aufweist, die jeweils mit einem in der Werkstückhalteeinrichtung aufgenommenen Werkstück zusammenwirken. Bevorzugt sind das bzw. die stationären passiven Werkzeuge jeweils Räumwerkzeuge.
Das Räumen ist ein spanabhebendes Verfahren zur Herstellung von Innen- und Außenprofilen. Beim Räumen von Innenprofilen wird das Räumwerkzeug, die so genannte Räumnadel, z. B. mithilfe eines Hydraulikzylinders durch eine Bohrung des Werkstücks gezogen. Räumprozesse werden auf speziellen Räummaschinen durchgeführt, die nach Art des Räumverfahrens in Außenräummaschinen, Innenräummaschinen oder Sonderäummaschinen eingeteilt und nach Lage der Hauptachse in Senkrechträummaschinen oder Waagerechträummaschinen unterschieden werden. Beim Räumprozess werden Werkstückkonturen in einem Arbeitshub fertig gestellt. Hierzu wird das Werkstück auf einer Werkstückhaltevorrichtung gehalten und eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Räumwerkzeug ausgeführt, wobei auf dem Räumwerkzeug das „Negativ” der Werkstückkontur abgebildet ist. Bisher war es nicht möglich, den Räumprozess auf universelleren Werkzeugmaschinen durchzuführen, da entweder die erforderliche Steifigkeit zum Aufnehmen der beim Räumprozess auftretenden hohen Zerspankräfte oder die Platzverhältnisse nicht gegeben waren.
Erfindungsgemäß wird das Räumen auf einer mindestens dreiachsigen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine durchgeführt, die zur Aufnahme der Bohrköpfe oder Arbeitsspindeln eine extrem steife Bohrkopfwand besitzt. Die Bohrköpfe bzw. Arbeitsspindeln haben einen eigenen Antrieb und werden daher im Folgenden auch als aktive Werkzeuge bezeichnet, während nicht angetriebene Werkzeuge im Folgenden auch als passive Werkzeuge bezeichnet werden. Durch den steifen Aufbau der Gesamtmaschine und die Werkstückhalteeinrichtung an der steifen Dreiachs- bzw. Schlitteneinheit mit ihren starken Antrieben ist es möglich, an einer oder mehreren der Maschinenrahmenseiten oder -wände passive Werkzeuge wie z. B. Räumwerkzeuge zu befestigen und so auch einen Räumprozess in dieser Maschine abzubilden. Ferner wird der Spänefall durch die horizontale Anordnung des Z-Schlittens begünstigt. Durch die Werkstückhalteeinrichtung an der Dreiachs- bzw. Schlitteneinheit kann das Werkstück in einem Schnitt oder in mehreren Schnitten gefertigt werden, wobei die Zustellung über den Z-Schlitten der Drei-Achs-Einheit erfolgt und daher die Länge des Räumwerkzeuges reduziert werden kann.
Mit Ausnahme der vertikalen Maschinenrahmenseite, an der die Dreiachs- bzw. Schlitteneinheit vorgesehen ist, können ein oder mehrere stationäre Räumwerkzeuge an jeder anderen vertikalen Maschinenrahmenseite angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind die stationären Räumwerkzeuge jedoch an der zweiten vertikalen Maschinenrahmenseite, also an der Bohrkopfwand, vorgesehen. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der gleichen Halterung der Bohrkopfwand wahlweise entweder ein stationäres passives Werkzeug oder ein stationäres aktives Werkzeug anordenbar.
In einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung ist der Maschinenrahmen durch zwei insbesondere separate vertikale Rahmenwände gebildet, die in Z-Richtung oberhalb und unterhalb der aktiven und passiven Werkzeuge miteinander verbunden sind. In einer anderen bevorzugten Variante der Erfindung ist der Maschinenrahmen durch einen zu der ersten vertikalen Maschinenrahmenseite hin offenen C- oder U-förmigen Rahmen gebildet, an dessen vertikaler Rahmenwand der mindestens eine Bohrkopf und insbesondere auch das bzw. die stationären passiven Werkzeuge befestigt sind. Bei beiden Varianten sind die bei der Bearbeitung zwischen Werkzeug und Werkstückaufnahme wirkenden Querkräfte verringert bzw. vollständig eliminiert.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
2 eine Frontansicht auf eine in 1 gezeigte Bohrkopfwand gemäß dem Detail II in 1; und
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
Die in 1 gezeigte horizontale Werkzeugmaschine (horizontales Bearbeitungszentrum) 1 weist einen Maschinenrahmen 2 mit zwei in Z-Richtung einander gegenüberliegenden vertikalen Rahmenwänden 3, 4 auf. An der ersten Rahmenwand 3 ist eine Werkstückhalterung 5 zur Aufnahme von Werkstücken 6 vorgesehen. Die Werkstückhalterung 5 ist in X-, Y-, und Z-Richtung mittels einer Schlitteneinheit 7 verschiebbar. Dazu sind außen an der ersten Rahmenwand 3 zu beiden Seiten einer Wandöffnung 8 vertikale Führungen 9 vorgesehen, in denen ein Y-Schlitten (nicht gezeigt) der Schlitteneinheit 7 in Y-Richtung verschiebbar ist. An diesem Y-Schlitten ist ein X-Schlitten (nicht gezeigt) der Schlitteneinheit 7 in X-Richtung verschiebbar geführt, in dessen Z-Führungen (nicht gezeigt) wiederum ein innerhalb der Rahmenöffnung 8 angeordneter Z-Schlitten 10 der Schlitteneinheit 7 in Z-Richtung verschiebbar geführt ist. Für eine 4- und 5-achsige Bearbeitung kann die Werkstückhalterung 5 am Z-Schlitten 10 um eine zur X-Achse parallele horizontale A-Achse verschwenkbar gelagert und zusätzlich um eine dazu rechtwinklige C-Achse (nicht gezeigt) drehbar gelagert sein.
An der zweiten Rahmenwand 4 ist eine Bohrkopfwand 11 angeordnet, die mehrere Bohrköpfe bzw. Arbeitsspindeln 12 zur Aufnahme eines Werkzeugs (nicht gezeigt) sowie auch mehrere Räumwerkzeuge 13 aufweist. Die beiden Rahmenwände 3, 4 sind unterhalb und oberhalb der Bohrköpfe 12 und der Räumwerkzeuge 13 miteinander über zwei untere Querträger 14 und zwei obere Querträger 15 verbunden, um die in Z-Richtung wirkenden hohen Bearbeitungskräfte aufnehmen zu können. Zwischen den beiden oberen Querträgern 15 befindet sich eine Aussparung 16 zur Bestückung der Bohrköpfe 12 mit Werkzeugen.
Wie in 2 gezeigt, sind an der Bohrkopfwand 11 mehrere stationäre Räumwerkzeuge 13 befestigt, an denen das Werkstück 6 einmal oder mit Vorschub in der Z-Achse mehrmals in Pfeilrichtung 17, d. h. in Y-Richtung, vorbeigeführt wird, um ein dem Räumwerkzeug 13 entsprechendes Innenprofil 17 zu fertigen. Genauer gesagt ist der Ablauf des Außenräumprozesses wie folgt:
Die Räumwerkzeuge 13 werden an der Bohrkopfwand 11 fest installiert, und zwar entweder verschraubt oder in dort vorgesehene Halter eingesetzt. Danach wird das in der Werkstückhalterung 5 gehaltene Werkstück 6 zum Räumwerkzeug 13 positioniert, und der Arbeitshub wird in Y-Richtung ausgeführt. Dieser Räumvorgang wird – eventuell mit Zustellung in der Z-Achse – wiederholt. Nach dem Räumprozess können am Werkstück 6 mittels anderer Werkzeuge noch andere Operationen (Bohren, Reiben, Gewindeschneiden, Trennen, Fräsen, usw.) abgearbeitet werden. Danach wird das Werkstück 6 aus der Werkzeugmaschine 1 entnommen.
Die in 3 gezeigte horizontale Werkzeugmaschine (horizontales Bearbeitungszentrum) 20 weist einen seitlich offenen C- oder U-förmigen Rahmen 21 auf, an dessen vertikaler Rahmenwand 22 mehrere zur offenen Rahmenseite hin gerichtete Bohrköpfe bzw. Arbeitsspindeln 23 stationär befestigt sind. Die Bohrköpfe 23 sind werkstückspezifisch zu „Bohrbildern”, d. h. zu Mehrspindelbohrköpfen, zusammengefasst. Stirnseitig am oberen und unteren horizontalen Rahmenschenkel 24, 25, also auf der der Rahmenwand 22 gegenüberliegenden Rahmenseite 26, ist jeweils eine horizontale Führung 27 für einen in X-Richtung verfahrbaren X-Schlitten 28 einer in X-, Y und Z-Richtung verfahrbaren Schlitteneinheit 29 vorgesehen. Am X-Schlitten 28 sind vertikale Führungen 30 vorgesehen, in denen ein Y-Schlitten 31 in Y-Richtung verschiebbar ist. An diesem Y-Schlitten 31 wiederum sind horizontale Führungen 32 für einen in Z-Richtung verschiebbaren Z-Schlitten 33 vorgesehen, der an seinem den Bohrköpfen 23 zugewandeten Ende eine Werkstückhalteeinrichtung (nicht gezeigt) zur Aufnahme von Werkstücken trägt. Die Werkstückhalteeinrichtung ist am Z-Schlitten 33 um eine in X-Richtung verlaufende Achse (A-Achse) und eine dazu rechtwinklige Achse (C-Achse) drehbar gelagert, um eine 5-achsige Bearbeitung zu ermöglichen. Um Querbelastungen zu vermeiden, wird die Z-Achse den Bearbeitungskräften der Bohrköpfe 23 genau gegenüber angeordnet. An der Rahmenwand 22 ist eine Bohrkopfwand 34 befestigt, an der analog zu 2 die mehreren Bohrköpfen 23 und mehrere Räumwerkzeuge 35 befestigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1609562 A1 [0002, 0003]
EP 1618987 A1 [0002, 0004]

Claims

Werkzeugmaschine (1; 20) mit einem Maschinenrahmen (2; 21) mit mehreren vertikalen Rahmenwänden oder -seiten (3, 4; 22, 26), wobei an einer ersten vertikalen Rahmenwand oder -seite (3; 26) eine in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbare Schlitteneinheit (7; 29) mit einem eine Werkstückhalteeinrichtung (5) aufweisenden Z-Schlitten (10; 33) und an einer der ersten vertikalen Rahmenwand oder -seite (3; 26) in Z-Richtung gegenüberliegenden, zweiten vertikalen Rahmenwand oder -seite (4; 22) mindestens ein stationärer Bohrkopf (12; 23) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (2; 21) an mindestens einer vertikalen Rahmenwand oder -seite (4; 22) ein oder mehrere stationäre nicht-angetriebene, passive Werkzeuge (13, 35) aufweist, die jeweils mit einem in der Werkstückhalteeinrichtung (5) aufgenommenen Werkstück (6) zusammenwirken.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die stationären passiven Werkzeuge (13, 35) jeweils Räumwerkzeuge sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (2; 21) an der zweiten vertikalen Rahmenwand oder -seite (4; 22) ein oder mehrere stationäre passive Werkzeuge (13, 35) aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten vertikalen Rahmenwand oder -seite (4; 22) in der gleichen Halterung wahlweise entweder ein stationäres passives Werkzeug (13, 35) oder ein stationärer Bohrkopf (12; 23) anordenbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Rahmenwand oder -seite (3, 4; 22, 26) oberhalb und unterhalb des mindestens einen stationären Bohrkopfes (12; 23) und des mindestens einen passiven Werkzeuges (13, 35) miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (2) durch zwei insbesondere separate vertikale Rahmenwände (3, 4) gebildet ist, die oberhalb und unterhalb des mindestens einen stationären Bohrkopfes (12) und des mindestens einen passiven Werkzeuges (13) miteinander in Z-Richtung verbunden sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (21) durch einen zu der ersten vertikalen Maschinenrahmenseite (26) hin offenen C- oder U-förmigen Rahmen gebildet ist, an dessen vertikaler Rahmenwand (22) der mindestens eine Bohrkopf (23) und insbesondere auch ein oder mehrere stationäre passive Werkzeuge (35) befestigt sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalteeinrichtung (5) am Z-Schlitten (10; 33) um eine A-Achse drehbar gelagert ist.