DE102012213575A1

DE102012213575A1 - Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102012213575A1
Application number: DE201210213575
Authority: DE
Inventors: Mark Schneider; Wolfgang Lange
Original assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (1) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (2) weist eine Bearbeitungseinrichtung (33) zur Bearbeitung der Werkstücke (2) auf, die relativ zu einem Maschinengestell (3) in einer vertikalen y-Richtung verfahrbar ist. Zum zumindest teilweise Ausgleichen einer auf die Bearbeitungseinrichtung (33) wirkenden Gewichtskraft (G) ist eine elektromechanische Gewichtsausgleichseinrichtung (44) vorgesehen. Die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) weist mindestens einen elektrischen Gewichtsausgleichsmotor (45) auf und ist derart mit der Bearbeitungseinrichtung (33) gekoppelt, dass mittels eines Drehmoments des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors (45) die auf die Bearbeitungseinrichtung (33) wirkende Gewichtskraft (G) zumindest teilweise ausgleichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 200 19 035 U1 ist eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Die Werkzeugmaschine weist einen in einer vertikalen Richtung verfahrbaren Schlitten auf, an dem eine Bearbeitungseinrichtung mit einem Werkzeug angeordnet ist. Zum Gewichtsausgleich der Bearbeitungseinrichtung und des zugehörigen Schlittens in der vertikalen Richtung sind zwei Ausgleichsmassen vorgesehen, die über Zahnräder und zugehörige Zahnstangen mit dem Schlitten gekoppelt sind. Hierdurch werden die Massenkräfte des in der vertikalen Richtung zu beschleunigenden Schlittens ausgeglichen. Nachteilig bei dieser Werkzeugmaschine ist, dass der Gewichtsausgleich mittels Ausgleichsmassen konstruktiv aufwändig ist. Dies gilt insbesondere, wenn große Ausgleichsmassen erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die auf einfache und flexible Weise eine hochdynamische und genaue Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht. Insbesondere soll die Werkzeugmaschine in einfacher, flexibler und zuverlässiger Weise einen Gewichtsausgleich von vergleichsweise großen Massen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung elektromechanisch ausgebildet ist und mindestens einen elektrischen Gewichtsausgleichsantriebsmotor bzw. Gewichtsausgleichsmotor aufweist, ist in einfacher, flexibler und zuverlässiger Weise ein Ausgleich der auf die Bearbeitungseinrichtung in der vertikalen Richtung bzw. y-Richtung wirkenden Gewichtskraft möglich. Der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor ist beispielsweise als Servomotor oder Getriebemotor ausgebildet. Die Gewichtsausgleichseinrichtung bzw. der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor ist derart mit der Bearbeitungseinrichtung mechanisch gekoppelt, dass mittels des von dem mindestens einen Gewichtsausgleichsmotor abgegebenen Drehmoments das Gewicht der Bearbeitungseinrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig ausgeglichen wird. Über das abzugebende Drehmoment des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors ist die Gewichtsausgleichseinrichtung einfach und flexibel an das auszugleichende Gewicht der Bearbeitungseinrichtung anpassbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Bearbeitungseinrichtung ein vergleichsweise hohes Gewicht von beispielsweise 8 bis 10 Tonnen aufweist, da die Gewichtsausgleichseinrichtung durch das Bereitstellen eines entsprechend hohen Drehmoments des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors vergleichsweise hohe Gewichte einfach ausgleichen kann, ohne dass sich der konstruktive Aufwand und der Platzbedarf der Gewichtsausgleichseinrichtung in nennenswertem Ausmaß erhöht. Aufgrund des Gewichtsausgleichs ist eine hochdynamische und genaue Bearbeitung von Werkstücken möglich. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Werkstücke nur schwer spanabhebend bzw. spanend bearbeitbar sind, wie dies beispielsweise bei Werkstücken aus Titan der Fall ist. Vorzugsweise ist die Werkzeugmaschine derart ausgebildet, dass eine fünfachsige Bearbeitung der Werkstücke möglich ist. Hierzu sind die Bearbeitungseinrichtung und die Werkstückaufnahme in drei Richtungen relativ zueinander linear verfahrbar, also in einer horizontalen x-Richtung, einer vertikalen y-Richtung und einer horizontalen z-Richtung. Weiterhin weist die Bearbeitungseinrichtung zur fünfachsigen Bearbeitung der Werkstücke zwei Schwenkachsen auf.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 ermöglicht in einfacher und zuverlässiger Weise das Ausgleichen von vergleichsweise hohen Gewichten der Bearbeitungseinrichtung. Durch eine Mehrzahl von Gewichtsausgleichsmotoren muss jeder einzelne Gewichtsausgleichsmotor nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment bereitstellen. Die Baugröße der einzelnen Gewichtsausgleichsmotoren kann somit klein gehalten werden. Vorzugsweise kommt eine gerade Anzahl an Gewichtsausgleichsmotoren zum Einsatz. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Gewichtsausgleichsmotoren gleich aufgebaut sind und ein gleiches Drehmoment bereitstellen.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 gewährleistet eine genaue Bearbeitung der Werkstücke. Dadurch, dass eine gleiche Anzahl von Gewichtsausgleichsmotoren an einer ersten Seite und an einer zweiten Seite neben der Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist, ist ein gleichmäßiges Einwirken der ausgleichenden Drehmomente in die Bearbeitungseinrichtung gewährleistet, was sich vorteilhaft auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirkt. Insbesondere sind die Gewichtsausgleichsmotoren symmetrisch zu einer vertikalen Ebene und/oder horizontalen Ebene durch die Drehachse des Werkzeugs angeordnet.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 ermöglicht in einfacher und flexibler Weise das Ausgleichen des Gewichts der Bearbeitungseinrichtung. Der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor wird mittels einer Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine derart angesteuert, dass mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% und insbesondere mindestens 90% des Gewichts der Bearbeitungseinrichtung ausgleichbar ist. Beispielsweise gibt der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment ab, das höchstens um ±20%, insbesondere höchstens um ±10% und insbesondere höchstens um ±5% um einen Drehmoment-Sollwert schwankt. Alternativ kann der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor derart mittels der Steuereinrichtung angesteuert werden, dass ein variierender Drehmoment-Sollwert vorgegeben wird, um so die Verfahrbewegung der Bearbeitungseinrichtung in einer positiven und/oder negativen y-Richtung zu unterstützen. Die Ansteuerung des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors erfolgt mittels der Steuereinrichtung vorzugsweise derart, dass das abzugebende Drehmoment des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors geregelt wird.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 gewährleistet auf einfache Weise ein Einwirken des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors auf die Bearbeitungseinrichtung. Insbesondere kann mittels der mindestens einen Zahnstange und des mindestens einen Zahnrads ein Getriebe ausgebildet werden, das eine gewünschte Untersetzung oder Übersetzung aufweist.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 ermöglicht eine hochdynamische Werkstückbearbeitung bei Verfahrbewegungen in der y-Richtung. Vorzugsweise ist die Bearbeitungseinrichtung mittels einer geraden Anzahl an y-Linearantriebsmotoren in der y-Richtung verfahrbar, wobei eine gleiche Anzahl an y-Linearantriebsmotoren an einer ersten Seite und an einer zweiten Seite neben der Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist. Die y-Linearantriebsmotoren sind vorzugsweise symmetrisch zu einer vertikalen Ebene durch die Drehachse des Werkzeugs angeordnet. Die Verfahr- und Bearbeitungsbewegungen der Bearbeitungseinrichtung werden durch die Steuereinrichtung gesteuert, wobei diese zum Verfahren der Bearbeitungseinrichtung in der y-Richtung den mindestens einen y-Linearantriebsmotor ansteuert. Dadurch, dass das Gewicht der Bearbeitungseinrichtung durch den mindestens einen Gewichtsausgleichsmotor ausgeglichen ist, kann die zur Verfügung stehende Antriebskraft des mindestens einen y-Linearantriebsmotors ausschließlich für die Verfahr- bzw. Zustellbewegungen und die Bearbeitungsbewegungen eingesetzt werden. Insbesondere kann die in positiver Richtung und negativer Richtung zur Verfügung stehende Antriebskraft des mindestens einen y-Linearantriebsmotors aufgrund der Gewichtsausgleichseinrichtung symmetrisch ausgenutzt werden, so dass der Aufbau des mindestens einen y-Linearantriebsmotors vergleichsweise einfach bleibt.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 gewährleistet eine einfache und zuverlässige Bearbeitung der Werkstücke. Dadurch, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung mindestens eine Bremseinheit zur Notbremsung der Bearbeitungseinrichtung im Falle eines Versagens des Gewichtsausgleichs bzw. des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors aufweist, muss der mindestens eine y-Antriebsmotor bzw. y-Linearantriebsmotor nicht derart groß dimensioniert werden, dass dieser das Gewicht der Bearbeitungseinrichtung halten könnte. Die Bremseinheit ist vorzugsweise mit dem Gewichtsausgleichsmotor integriert ausgebildet, sodass das die mindestens eine Zahnstange kämmende mindestens eine Zahnrad von der Bremseinheit gebremst wird.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 gewährleistet eine einfache und genaue Bearbeitung der Werkstücke, da die Bearbeitungseinrichtung in nur zwei Richtungen linear verfahrbar ist.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 gewährleistet eine hochdynamische Bearbeitung der Werkstücke. Eine hochdynamische Werkstückbearbeitung ist insbesondere dann möglich, wenn der x-Schlitten mittels mindestens eines x-Linearantriebsmotors und der y-Schlitten mittels mindestens eines y-Linearantriebsmotors verfahrbar sind. Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 gewährleistet auf einfache Weise eine hochdynamische Verfahrbewegung in der y-Richtung. Durch die Schlitten-Lageelemente wird eine vergleichsweise große Lagerfläche zur Anordnung des mindestens einen y-Linearantriebsmotors bereitgestellt. An jeweils einem x-Schlitten-Lagerelement und einem zugehörigen y-Schlitten-Lagerelement kann an einander zugewandten Seiten das Primärteil und das Sekundärteil des mindestens einen y-Linearantriebsmotors angeordnet werden. Vorzugsweise weist der x-Schlitten zwei x-Schlitten-Lagerelemente auf, denen vier y-Schlitten-Lagerelemente zugerordnet sind, wobei jeweils zwei y-Schlitten-Lagerelemente ein zugehöriges x-Schlitten-Lagerelement an beiden Seiten überlappen, so dass die y-Schlitten-Lagerelemente das x-Schlitten-Lagerelement umgreifen. Durch diese Anordnung der Schlitten-Lagerelemente ist eine Anordnung von mindestens vier y-Linearantriebsmotoren möglich. Zusätzlich können an den Schlitten-Lagerelementen mindestens zwei y-Führungsschienen angeordnet sein, so dass der y-Schlitten in der y-Richtung an dem x-Schlitten geführt ist. Vorzugsweise sind mindestens vier y-Führungsschienen, insbesondere mindestens sechs y-Führungsschienen vorgesehen, die den y-Schlitten mit der schweren Bearbeitungseinrichtung führen. Zusätzlich kann an den mindestens zwei x-Schlitten-Lagerelementen mindestens eine Zahnstange angeordnet sein, die mit dem mindestens einen Gewichtsausgleichsmotor zusammenwirkt. Vorzugsweise ist an jedem x-Schlitten-Lagerelement eine Zahnstange angeordnet.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 gewährleistet eine einfache Anordnung des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 12 gewährleistet eine genaue fünfachsige Bearbeitung der Werkstücke. Eine erste als c-Schwenkachse bezeichnete Schwenkachse verläuft parallel zu der horizontalen z-Richtung. Eine zweite als a-Schwenkachse bezeichnete Schwenkachse verläuft senkrecht zu der c-Schwenkachse sowie in einer x-y-Ebene, die durch die x- und die y-Richtung gebildet ist.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 gewährleistet eine einfache Werkstückbearbeitung, da ein zu bearbeitendes Werkstück mittels des z-Schlittens in einfacher Weise zu der Bearbeitungseinrichtung zustellbar ist.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 14 gewährleistet eine genaue und hochdynamische Bearbeitung von schwer zu bearbeitenden Werkstücken. Bei schwer zu bearbeitenden Werkstücken, beispielsweise bei Werkstücken aus Titan, treten bei der spanabhebenden bzw. spanenden Bearbeitung hohe Bearbeitungskräfte auf. Mittels der Versteifungsträger wird das Maschinengestell versteift, wobei zwischen dem ständerförmigen Gestellabschnitten und zwischen den Versteifungsträgern ein Arbeitsraum für die Werkstückbearbeitung gebildet bzw. begrenzt wird. Die zu bearbeitenden Werkstücke können zudem zwischen den Gestellabschnitten seitlich zuund abgeführt werden. Zusätzlich kann zwischen den Gestellabschnitten unterhalb der Bearbeitungseinrichtung ein Späneförderer angeordnet sein, der die bei der Bearbeitung anfallenden Späne abtransportiert. Zum automatischen Werkzeugwechsel kann an dem zweiten Gestellabschnitt ein Werkzeugmagazin mit einem zugehörigen Werkzeugwechsler angeordnet sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinrichtung und einer zugehörigen elektromechanischen Gewichtsausgleichseinrichtung,
2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine in 1,
3 eine perspektivische Ansicht der Bearbeitungseinrichtung und der zugehörigen elektromechanischen Gewichtsausgleichseinrichtung, und
4 einen Querschnitt durch die elektromechanische Gewichtsausgleichseinrichtung entlang der Schnittlinie IV-IV in 3.
Die in den 1 bis 4 dargestellte Werkzeugmaschine 1 dient zur spanabhebenden bzw. spanenden Bearbeitung von Werkstücken 2. Insbesondere sind mit der Werkzeugmaschine 1 schwer zu bearbeitende Werkstücke 2, wie beispielsweise Werkstücke 2 aus Titan, bearbeitbar. Derartige Werkstücke 2 werden beispielsweise bei der Herstellung von Flugzeugen benötigt. Mittels der Werkzeugmaschine 1 können beispielsweise Spanten aus Titan hergestellt werden.
Die Werkzeugmaschine 1 weist ein Maschinengestell 3 auf, das aus einem ersten Gestellabschnitt 4 und einem zweiten Gestellabschnitt 5 aufgebaut ist, die sich jeweils im Wesentlichen in einer horizontalen x-Richtung und einer vertikalen y-Richtung erstrecken und in einer horizontalen z-Richtung voneinander beabstandet sind. Die Gestellabschnitte 4, 5 sind jeweils ständerförmig ausgebildet und an einer Fundamentplatte 6 befestigt. An einer Unterseite und an einer Oberseite sind die Gestellabschnitte 4, 5 mittels Versteifungsträgern 7 miteinander verbunden, so dass das Maschinengestell 3 aufgrund der hierdurch erzielten geschlossenen Rahmenbauweise versteift ist. Die Gestellabschnitte 4, 5 sowie die Versteifungsträger 7 begrenzen einen Arbeitsraum 8 zur Werkstückbearbeitung. Der Arbeitsraum 8 ist in der x-Richtung seitlich offen. Die x-, y- und z-Richtungen verlaufen jeweils senkrecht zueinander und bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
An einer dem Arbeitsraum 8 zugewandten Seite des ersten Gestellabschnitts 4 ist ein x-Schlitten 9 an vier x-Führungsschienen 10 in der horizontalen x-Richtung verfahrbar geführt. Die x-Führungsschienen 10 verlaufen hierzu in der x-Richtung und sind in der y-Richtung voneinander beabstandet. Der x-Schlitten 9 ist mittels mehrerer x-Linearantriebsmotoren 11 verfahrbar, wobei deren x-Primärteile 12 an dem ersten Gestellabschnitt 4 und deren x-Sekundärteile 13 an einer den x-Primärteilen 12 zugewandten Seite des x-Schlittens 9 angeordnet sind. Die Verfahrbewegung des x-Schlittens 9 ist in der x-Richtung durch Pufferelemente 14 begrenzt.
Der x-Schlitten 9 weist eine x-Schlitten-Grundplatte 15 auf, die sich im Wesentlichen in der x- und der y-Richtung erstreckt. An der x-Schlitten-Grundplatte 15 sind zwei x-Schlitten-Lagerelemente 16, 17 befestigt, die sich im Wesentlichen in der y- und z-Richtung erstrecken und in der x-Richtung voneinander beabstandet sind. Die x-Schlitten-Lagerelemente 16, 17 dienen zur Lagerung eines y-Schlittens 18. Hierzu ist an jedem der x-Schlitten-Lagerelemente 16, 17 an den Seitenwänden 19, 20 sowie an der Stirnwand 21 jeweils eine y-Führungsschiene 22 angeordnet. An den y-Führungsschienen 22 ist der y-Schlitten 18 in der y-Richtung verfahrbar geführt.
Der y-Schlitten 18 weist eine y-Schlitten-Grundplatte 23 auf, die sich im Wesentlichen in der x- und der y-Richtung erstreckt. An der y-Schlitten-Grundplatte 23 sind vier y-Schlitten-Lagerelemente 24 bis 27 befestigt, die sich im Wesentlichen in der y- und der z-Richtung erstrecken. Zur Lagerung des y-Schlittens 18 sind die y-Schlitten-Lagerelemente 24, 25 derart in der x-Richtung zueinander beabstandet angeordnet, dass diese das x-Schlitten-Lagerelement 16 umklammern und mit diesem überlappen. Entsprechendes gilt für die y-Schlitten-Lagerelemente 26, 27 und das x-Schlitten-Lagerelement 17. Die y-Schlitten-Lagerelemente 24 bis 27 weisen somit jeweils eine Seitenwand 28 auf, die einer Seitenwand 19 bzw. 20 eines x-Schlitten-Lagerelements 16, 17 zugewandt ist. Zusätzlich ist die y-Schlitten-Grundplatte 23 im Bereich zwischen zwei y-Schlitten-Lagerelementen 24, 25 bzw. 26, 27 einer Stirnwand 21 eines der x-Schlitten-Lagerelemente 16, 17 zugewandt. Der Bereich der y-Schlitten-Grundplatte 23 zwischen zwei y-Schlitten-Lagerelementen 24, 25 bzw. 26, 27 ist nachfolgend als Rückwand 29 bezeichnet. Die Führung des y-Schlittens 18 an dem x-Schlitten 9 erfolgt an den einander zugewandten Wänden 19, 20 und 28, sowie 21 und 29.
Das Verfahren des y-Schlittens 18 in der x-Richtung erfolgt mittels mehrerer y-Linearantriebsmotoren 30. Die y-Primärteile 31 der y-Linearantriebsmotoren 30 sind an den Seitenwänden 28 angeordnet, wohingegen die y-Sekundärteile 32 der y-Linearantriebsmotoren 30 an den Seitenwänden 19, 20 angeordnet sind.
An dem y-Schlitten 18 ist eine Bearbeitungseinrichtung 33 zur spanenden Bearbeitung der Werkstücke 2 angeordnet. Die Bearbeitungseinrichtung 33 weist ein gabelförmiges Schwenkteil 34 auf, das mittels eines c-Antriebsmotors 35 um eine als c-Schwenkachse bezeichnete Schwenkachse 36 verschwenkbar ist. Die c-Schwenkachse 36 verläuft parallel zu der z-Richtung. An dem gabelförmigen Schwenkteil 34 ist eine Werkzeugspindel 37 um eine als a-Schwenkachse bezeichnete Schwenkachse 38 verschwenkbar gelagert. Das Verschwenken der Werkzeugspindel 37 um die a-Schwenkachse 38 erfolgt mittels zwei a-Antriebsmotoren 39, die beidseitig der Werkzeugspindel 37 in das Schwenkteil 34 integriert sind. Die a-Schwenkachse 38 ist um die c-Schwenkachse 36 in der x-y-Ebene verschwenkbar. Die Werkzeugspindel 37 weist eine Werkzeugaufnahme 40 zum Aufnehmen eines Werkzeugs 41 auf, die mittels eines Antriebsmotors 42 um eine Drehachse 43 drehantreibbar ist. Durch eine derartige Anordnung und Ausbildung der Bearbeitungseinrichtung 33 ist eine fünfachsige Bearbeitung der Werkstücke 2 möglich.
Die Bearbeitungseinrichtung 33 weist eine Masse m_B und der y-Schlitten 18 eine Masse m_S auf. Aufgrund der Massen m_B und m_S wirkt auf die Bearbeitungseinrichtung 33 eine Gewichtskraft G_B und auf den y-Schlitten 18 eine Gewichtskraft G_S, die sich zu einer Gewichtskraft G summieren. Zum Ausgleichen der auf die Bearbeitungseinrichtung 33 und den y-Schlitten 18 wirkenden Gewichtskraft G ist eine Gewichtsausgleichseinrichtung 44 vorgesehen, die elektromechanisch ausgebildet ist. Die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 weist vier elektrische Gewichtsausgleichsmotoren 45 auf, die seitlich im Bereich der y-Schlitten-Lagerelemente 24 und 26 an dem y-Schlitten 18 angeordnet sind. Die Gewichtsausgleichsmotoren 45 sind identisch ausgebildet und stellen insgesamt das Drehmoment M bereit. Die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 bzw. die Gewichtsausgleichsmotoren 45 sind derart ausgebildet und mit der Bearbeitungseinrichtung 33 gekoppelt, dass mittels des bereitstehenden Drehmoments M die Gewichtskraft G zumindest teilweise ausgleichbar ist. Jeweils zwei der Gewichtsausgleichsmotoren 45 sind an einem der y-Schlitten-Lagerelemente 24, 26 angeordnet, wobei die Gewichtsausgleichsmotoren 45 symmetrisch zu einer x-z-Ebene und einer y-z-Ebene durch die c-Schwenkachse 36 angeordnet sind. Die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 bzw. die Gewichtsausgleichsmotoren 45 sind derart ausgebildet, dass mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% und insbesondere mindestens 90% der auf die Bearbeitungseinrichtung 33 wirkenden Gewichtskraft G ausgleichbar ist. Die Gewichtsausgleichsmotoren 45 sind beispielsweise als Servomotoren oder Getriebemotoren ausgebildet.
Das Drehmoment M der Gewichtsausgleichsmotoren 45 wird über eine jeweilige Antriebswelle 46 auf ein zugehöriges Zahnrad 47 übertragen, das in eine zugehörige Zahnstange 48 eingreift, die an der Stirnwand 21 des x-Schlitten-Lagerelements 16 bzw. 17 befestigt ist. Um eine unkontrollierte Bewegung der Bearbeitungseinrichtung 33 sowie des y-Schlittens 18 in der y-Richtung im Falle eines Versagens der Gewichtsausgleichseinrichtung 44 zu verhindern, weist diese vier Bremseinheiten 49 auf. Die Bremseinheiten 49 sind mit den Gewichtsausgleichsmotoren 45 integriert ausgebildet und wirken auf die jeweilige Antriebswelle 46. Auf diese Weise ist eine Notbremsung der Bearbeitungseinrichtung 33 möglich.
Zum Aufnehmen und Halten der zu bearbeitenden Werkstücke 2 weist die Werkzeugmaschine 1 eine Werkstückaufnahme 50 auf, die an einem z-Schlitten 51 angeordnet ist. Der z-Schlitten 51 ist auf z-Führungsschienen 52 an dem zweiten Gestellabschnitt 5 gelagert und mittels z-Antriebsmotoren 53 in der z-Richtung verfahrbar und so zu der Bearbeitungseinrichtung 33 zustellbar. Die Werkstückaufnahme 50 ist beispielsweise derart ausgebildet, dass ein zu bearbeitendes Werkstück 2 mechanisch und/oder pneumatisch für die Werkstückbearbeitung fixierbar ist. Seitlich an dem Maschinengestell 3 bzw. dem Gestellabschnitt 5 ist ein Werkzeugmagazin 54 angeordnet. Das Werkzeugmagazin 54 ist als Kettenmagazin ausgebildet und weist eine Vielzahl von Werkzeughaltern 55 mit darin gehaltenen Werkzeugen 41 auf. Zum automatischen Werkzeugwechsel ist ein Werkzeugwechsler 56 vorgesehen, der an dem z-Schlitten 51 befestigt ist. Der Werkzeugwechsler 56 weist in üblicher Weise einen Doppelgreiferarm 57 auf, der mittels eines ersten Antriebsmotors 58 um eine Wechslerschwenkachse 59 um mindestens 180° verschwenkbar ist und mittels eines zweiten Antriebsmotors 60 entlang dieser Wechslerschwenkachse 59 linear verfahrbar ist. Die Wechslerschwenkachse 59 verläuft parallel zu der x-Richtung.
Unterhalb des Arbeitsraums 8 ist zwischen den Gestellabschnitten 4, 5 ein Späneförderer 61 angeordnet, der anfallende Späne aus dem Arbeitsraum 8 abtransportiert.
Die Werkzeugmaschine 1 wird mittels einer Steuereinrichtung 62 gesteuert. Die Steuereinrichtung 62 steuert insbesondere die Verfahrbewegungen der Schlitten 9, 18, 51 sowie die Bearbeitungseinrichtung 33 und die Gewichtsausgleichseinrichtung 44.
Mittels der Bearbeitungseinrichtung 33 erfolgt eine fünfachsige Bearbeitung der Werkstücke 2. Hierzu wird das jeweilige Werkzeug 41 relativ zu dem bearbeitenden Werkstück 2 mittels der Schlitten 9, 18 und 51 relativ zueinander verfahren und die Werkzeugspindel 37 um die Schwenkachsen 36, 38 verschwenkt. Die bei der Bearbeitung anfallenden Späne werden mittels des Späneförderers 61 abtransportiert.
Die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 ermöglicht eine hochdynamische und exakte Bearbeitung der Werkstücke 2. Die Steuereinrichtung 62 steuert bzw. regelt die Gewichtsausgleichsmotoren 45 derart, dass mittels des abgegebenen Drehmoments M die Gewichtskraft G im Wesentlichen vollständig kompensiert bzw. ausgeglichen wird. Hierzu geben die Gewichtsausgleichsmotoren 45 im Wesentlichen ein konstantes Drehmoment M ab. Die y-Linearantriebsmotoren 30 müssen dadurch eine Antriebskraft zum Halten der Bearbeitungseinrichtung 33 nicht aufbringen, so dass deren gesamte Antriebskraft zum hochdynamischen Verfahren des y-Schlittens 18 nutzbar ist bzw. genutzt wird. Durch die y-Linearantriebsmotoren 30 und die x-Linearantriebsmotoren 11 wird somit eine hochdynamische Bearbeitung der Werkstücke 2 ermöglicht.
Durch die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 können die y-Linearantriebsmotoren 30 vergleichsweise klein dimensioniert werden, da diese keine der Gewichtskraft G entgegenwirkende Antriebskraft aufbringen müssen. Hierdurch wird der Aufbau der Werkzeugmaschine 1 vereinfacht. Versagt die Gewichtsausgleichseinrichtung 44, führt dies aufgrund der Gewichtskraft G zu einer ungewollten Bewegung der Bearbeitungseinrichtung 33. Diese Bewegung wird von den Bremseinheiten 49 erkannt, wodurch diese aktiviert werden und die Bewegung der Bearbeitungseinrichtung 33 durch eine Notbremsung stoppen.
Für einen Werkzeugwechsel wird die Werkzeugspindel 37 derart verschwenkt, dass die Drehachse 43 parallel zu der x-Richtung verläuft. Die Werkzeugspindel 37 wird zu dem Werkzeugwechsler 56 verfahren, der mittels des Doppelgreiferarms 57 in üblicher Weise einen Werkzeugwechsel durchführt.
Durch die elektromechanische Gewichtsausgleichseinrichtung 44 wird in einfacher Weise eine hochdynamische und exakte Bearbeitung der Werkstücke ermöglicht. Insbesondere ist die Gewichtsausgleichseinrichtung 44 durch die Dimensionierung der Gewichtsausgleichsmotoren 45 in einfacher Weise an die auszugleichende Gewichtskraft G anpassbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20019035 U1 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, umfassend – ein Maschinengestell (3), – eine Werkstückaufnahme (50) zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstücks (2), – eine Bearbeitungseinrichtung (33) zur Bearbeitung des Werkstücks (2), wobei – die Bearbeitungseinrichtung (33) und die Werkstückaufnahme (50) relativ zueinander in mindestens einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung linear verfahrbar sind, – die Bearbeitungseinrichtung (33) relativ zu dem Maschinengestell (3) in der vertikalen Richtung verfahrbar ist, und – eine Gewichtsausgleichseinrichtung (44) zum zumindest teilweise Ausgleichen einer auf die Bearbeitungseinrichtung (33) in der vertikalen Richtung wirkenden Gewichtskraft (G), dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) mindestens einen elektrischen Gewichtsausgleichsmotor (45) aufweist und dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) derart mit der Bearbeitungseinrichtung (33) gekoppelt ist, dass mittels eines Drehmoments (M) des mindestens einen Gewichtsausgleichsmotors (45) die auf die Bearbeitungseinrichtung (33) wirkende Gewichtskraft (G) zumindest teilweise ausgleichbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) mindestens zwei Gewichtsausgleichsmotoren (45) und insbesondere mindestens vier Gewichtsausgleichsmotoren (45) aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) eine gerade Anzahl an Gewichtsausgleichsmotoren (45) aufweist und jeweils die halbe Anzahl an Gewichtsausgleichsmotoren (45) in einer horizontalen x-Richtung an einer ersten Seite und an einer zweiten Seite neben der Bearbeitungseinrichtung (33) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor (45) derart ausgebildet ist, dass mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% und insbesondere mindestens 90% der auf die Bearbeitungseinrichtung (33) wirkenden Gewichtskraft (G) ausgleichbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) mindestens eine Zahnstange (48) aufweist, mit der der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor (45) über mindestens ein zugehöriges Zahnrad (47) gekoppelt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung (33) mittels mindestens einen y-Linearantriebsmotor (30), insbesondere mittels mindestens zwei y-Linearantriebsmotoren (30), in der vertikalen y-Richtung verfahrbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichseinrichtung (44) mindestens eine Bremseinheit (49) zur Notbremsung der Bearbeitungseinrichtung (33) in der vertikalen y-Richtung aufweist, wobei die mindestens eine Bremseinheit (49) insbesondere mit dem mindestens einen Gewichtsausgleichsmotor (45) integriert ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein x-Schlitten (9) in einer horizontalen x-Richtung linear verfahrbar an dem Maschinengestell (3) angeordnet ist und dass ein y-Schlitten (18) in der vertikalen y-Richtung linear verfahrbar an dem x-Schlitten (9) angeordnet ist, und dass die Bearbeitungseinrichtung (33) an dem y-Schlitten (18) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der x-Schlitten (9) mittels mindestens eines x-Linearantriebsmotors (11), insbesondere mittels mindestens zwei x-Linearantriebsmotoren (11) in der x-Richtung verfahrbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der x-Schlitten (9) mindestens zwei x-Schlitten-Lagerelemente (16, 17) aufweist, die sich in der y-Richtung erstrecken und in der x-Richtung voneinander beabstandet sind, und dass der y-Schlitten (18) zugehörige y-Schlitten-Lagerelemente (24 bis 27) aufweist, die mit den mindestens zwei x-Schlitten-Lagerelementen (16, 17) in einer horizontalen z-Richtung überlappen, und dass der mindestens eine y-Linearantriebsmotor (30) im Bereich der Schlitten-Lagerelemente (16, 17, 24 bis 27) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gewichtsausgleichsmotor (45) an dem y-Schlitten (18) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung (33) eine Werkzeugspindel (37) mit einer um eine Drehachse (43) antreibbaren Werkzeugaufnahme (40) aufweist, dass Werkzeugspindel (37) relativ zu dem Maschinengestell (3) um zwei Schwenkachsen (36, 38) verschwenkbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein z-Schlitten (51) in einer horizontalen z-Richtung linear verfahrbar an dem Maschinengestell (3) angeordnet ist und dass die Werkstückaufnahme (50) an dem z-Schlitten (51) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengestell (3) einen ersten ständerförmigen Gestellabschnitt (4) aufweist, an dem die Bearbeitungseinrichtung (33) in einer horizontalen x-Richtung und der vertikalen y-Richtung verfahrbar angeordnet ist, dass das Maschinengestell (3) einen zweiten ständerförmigen Gestellabschnitt (5) aufweist, an dem die Werkstückaufnahme (50) in einer horizontalen z-Richtung verfahrbar angeordnet ist, und dass die Gestellabschnitte (4, 5) mittels Versteifungsträgern (7) verbunden sind.