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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur spangebenden Bearbeitung eines Werkstücks.
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Werkzeugmaschinen mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Arbeitstisch, auch als Rundtisch bekannt, kommen vornehmlich zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Bohren oder Fräsen von schweren Werkstücken zum Einsatz, wobei hierzu das Werkstück linear verfahren wird.
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Um eine Drehbearbeitung des Werkstückes zu ermöglichen, wird in der
DE 199 18 082 A1 die Verwendung eines um eine vertikale Achse drehbaren Arbeitstisches vorgeschlagen, so dass die Werkzeugmaschine vielseitiger verwendbar ist.
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Allerdings ist der konstruktive Aufbau dieser Werkzeugmaschine äußerst kompliziert und nur mit einem erheblichen Fertigungsaufwand zu realisieren. Dies vor allem deshalb, weil der als Drehtisch fungierende Arbeitstisch zur Linearverschiebung auf einem Schlitten positioniert ist, wobei sowohl für den Schlitten wie auch für den Arbeitstisch jeweils ein separater Antrieb erforderlich ist.
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Darüber hinaus gestaltet sich die Bearbeitung der Werkstücke dann als besonders umständlich, wenn verschiedene spanende Bearbeitungen an einem Werkstück erfolgen sollen, beispielsweise sowohl Bohren wie auch Fräsen und/oder Drehen.
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Hierzu ist neben einem Werkzeugwechsel auch ein Umspannen des Werkstückes erforderlich, um den zu bearbeitenden Bereich in eine genaue Bearbeitungsposition zu bringen.
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Allerdings ist dies nur unter Inkaufnahme entsprechender Rüstzeiten möglich, die einer stets angestrebten Fertigungsoptimierung entgegenstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine sowie ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Werkzeugmaschine konstruktiv einfachst aufgebaut ist und die Werkstückbearbeitung kostengünstiger wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, verschiedene spangebende Bearbeitungen wie Bohren, Fräsen oder Drehen in einer, maximal zwei Aufspannungen des Werkstücks durchzuführen, woraus sich, aufgrund der verkürzten bzw. nicht mehr sich ergebenden Rüstzeiten wesentliche Kostenvorteile gegenüber der Bearbeitung nach dem Stand der Technik ergeben.
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Zur Kostenminimierung, aber vor allem auch zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität trägt bei, dass auf den Einsatz von Schlitten zum linearen Verfahren des Arbeitstisches verzichtet werden kann.
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Neben den dadurch reduzierten Herstellungskosten der Werkzeugmaschine wird die Bearbeitungsqualität, d.h., eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit dadurch erzielt, dass die Beeinflussung durch die Schlittenführungen innewohnende Elastizität, die in die Maschinenstruktur wirken, nun nicht mehr auftreten können. Hierzu trägt auch bei, dass nach einem weiteren Gedanken der Erfindung, der Arbeitstisch durch einen Wanderfeldmotor antreibbar ist.
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Darüber hinaus ist der zur Aufstellung der Werkzeugmaschine benötigte Platz geringer als dies bei der bekannten der Fall ist, deren Schlittenführung erheblich über das Grundflächenabmaß des Rundtisches hinausragt.
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Für bestimmte Bearbeitungen, insbesondere Planfräsen wird der Arbeitstisch reversierend verschwenkt, während der Werkzeugkopf mit dem rotierenden Werkzeug, in diesem Fall einem Fräser, um eine vertikale Achse dreht und zwar, ebenso wie der Arbeitstisch in einem Winkel kleiner 360°, wobei auch der Werkzeugkopf reversierend bewegbar ist.
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Die Drehung des Werkzeugkopfes sowie die dazu simultan reversierende Verschwenkung des Arbeitstisches ist vor allem bei einem Freiformfräsen geboten, wobei dann der rotierende Fräser um eine gegenüber einer vertikalen Achse abgewinkelte Achse des Werkzeugkopfes schwenkbar ist.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, das Werkzeug entweder in einem rechten Winkel zur vertikalen Achse oder in einem dazu stumpfen Winkel anzuordnen. Damit können sowohl vertikale Flächen wie auch schräg gestellte bearbeitet werden.
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Neben einem mittigen Bohren in horizontaler Ebene ist auch ein außermittiges Bohren des Werkstücks möglich, wobei ein Winkelbohrkopf mit fest stehender horizontaler Bohrachse zum Einsatz kommt, bei gleichzeitiger Drehung des Werkzeugkopfes um eine vertikale Achse und Verschwenkung des Arbeitstisches und simultane Interpolation der Bewegungen, so dass sich eine lineare Bearbeitungsrichtung des Bohrers ergibt.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht
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2–6 jeweils verschiedene Bearbeitungen eines Werkstücks in schematischen, zum Teil perspektivischen Ansichten.
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In der 1 ist eine Werkzeugmaschine dargestellt, mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Arbeitstisch 3 zum Aufspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks 5, entsprechend der Darstellung in den 2–6.
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Die Bearbeitung erfolgt mittels eines spangebenden Werkzeugs 4, das aus einem Bohrer (2) oder einem Fräser (3–6) bestehen kann und das in einem Werkzeugkopf 2 gehalten ist, der wiederum horizontal und vertikal verfahrbar an einem Portal 1 der Werkzeugmaschine positioniert ist.
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Gemäß der Erfindung ist der Arbeitstisch 3 reversierend schwenkbar und der Werkzeugkopf 2, wie erwähnt, in vertikaler und/oder horizontaler Richtung alternativ oder ergänzend rotierend bewegbar.
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Bei einem spangebenden Eingriff des Werkzeugs 4 mit dem Werkstück 5 werden die Bewegungen des Werkzeugkopfes 2 und des Arbeitstisches 3 durch Interpolation so synchronisiert, dass sich eine lineare Bearbeitungsrichtung ergibt.
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So ist in einem ersten Beispiel in der 2 eine Bearbeitung des Werkstücks 5 durch Bohren dargestellt, wobei der Werkzeugkopf 2 als Winkelbohrkopf drehbar mit fest stehender horizontaler Bohrachse ausgebildet ist. Eine lineare Bohrbewegung und eine außermittige Achsbewegung in Y-Richtung entsteht durch Interpolation der linearen X-Achse mit der C-Achse des Werkstücks 5 und der CY-Achse des Werkzeugkopfes 2, wobei die C-Achse die jeweilige Drehung bezeichnet.
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In der 3 ist das Werkzeug 4 im Einsatz zum zirkularen Planfräsen einer ringförmigen Bearbeitungsfläche 6 gezeigt, bei der das Werkzeug 4, ein rotierender Stirnfräser, im fest stehenden Werkzeugkopf 2 gehalten ist, während das Werkstück 5 reversierend verschwenkt wird.
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Bei dem in der 4 gezeigten Beispiel ist die Bearbeitungsfläche 6 seitlich am Werkstück 5 angeordnet, während das Werkzeug 4 in Winkellage, d.h. rechtwinklig zur Vertikalen im Werkzeugkopf 2 gehalten ist.
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Dabei erfolgt eine gleichzeitige, simultane Interpolation der linearen X- und Z-Achse sowie der Schwenkbewegung C des Arbeitstisches 3 und Y des Werkzeugkopfes 2, wobei die Kombination aus der Bewegung entlang der X/C-CY-Interpolation die Y-Achse erzeugt.
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In der 5 ist die Herstellung einer schräg angeordneten Bearbeitungsfläche 6 erkennbar, wobei der Werkzeugkopf 2 in einem stumpfen Winkel zur Vertikalachse, bezogen auf die Aufhängung, angeordnet ist, und der Werkzeugkopf 2 fest steht, also nicht dreht.
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In der 6 schließlich ist die Bearbeitung einer Bearbeitungsfläche 6 gezeigt, die in Z-Richtung lageverändert ist, d.h., die Bearbeitungsfläche 6 verläuft in dieser Richtung kurvenförmig.
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Dabei wird der Werkzeugkopf 2 in vertikaler Richtung verfahren und ist in einer horizontalen Ebene schwenkbar, wobei das Werkzeug 4 als Stirnfräser vertikal ausgerichtet um eine horizontale Achse begrenzt verschwenkbar ist. Die Interpolation der einzelnen Bewegungen, auch die der Schwenkbewegung des Arbeitstisches 3 und deren Synchronisation, ergeben die vorgegebene Bearbeitungsrichtung entlang der quer zur Längserstreckung des Werkstücks 5 verlaufenden Bearbeitungsfläche 6.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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