DE102014106915A1

DE102014106915A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102014106915A1
Application number: DE102014106915.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Lutz; Armin Müller; Daniel Scholz
Original assignee: FFG WERKE GmbH
Current assignee: KR Pfiffner GmbH
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-11-19
Also published as: US9707657B2; US20150328735A1; CN105081890A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben der Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine hat einen um eine Schrittschaltachse (22) schrittweise drehbaren Werkstückträger (20) mit mehreren Trägerseiten (25). An jeder Trägerseite (25) ist eine erste Werkstückspanneinheit (26) zum Halten eines Werkstücks in einer ersten Position (P1) und eine zweite Werkstückspanneinheit (27) zum Halten eines Werkstücks in einer zweiten Position (P2) angeordnet. In jeder Winkelstellung bzw. Schrittschaltstellung des Werkstückträgers (20) befindet sich eine Trägerseite (25) in einer Beladestation (30), eine Trägerseite (25) in einer Entladestation 31 und die jeweils anderen Trägerseiten (25) in jeweils einer Arbeitsstation (32). Eine Werkstückwechselvorrichtung (34) ist vorhanden, die ein teilweise bearbeitetes Werkstück (16a) aus der ersten Position (P1) in der Entladestation (31) in die zweite Position (P2) in der Beladestation überführt. Der Positionswechsel des teilweise bearbeiteten Werkstücks (16a) findet vorzugsweise auch während der Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers (20) statt. Vorzugsweise kann das teilweise bearbeitetes Werkstücks (16a) dabei umgedreht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einer Werkzeugmaschine, die auch als Rundtakt-Werkzeugmaschine bezeichnet werden kann. Die Werkzeugmaschine weist mehrere Arbeitsstationen auf. Ein Werkstückträger trägt um seinen Umfang verteilt mehrere Werkstückspanneinheiten, die jeweils ein Werkstück halten können. In den Arbeitsstationen kann das jeweilige Werkstück bearbeitet werden, von einer oder von mehreren Seiten. Der Werkstückträger mit den Werkstückspanneinheiten wird schrittweise getaktet weiterbewegt, so dass die Werkstücke mehrere Arbeitsstationen durchlaufen, bis sie schließlich fertig bearbeitet sind.
Eine solche Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus DE 10 2007 016 270 B4 bekannt. Dort werden die Werkstücke in jeder Arbeitsstation von drei Seiten bearbeitet. Hierfür sind im Maschinengestell in jeder Arbeitsstation oberhalb, unterhalb und seitlich vom Arbeitsbereich Bearbeitungseinheiten angeordnet.
Diese Bearbeitung eines Werkstücks von bzw. an drei Seiten ist häufig erforderlich, um die vorgegebene, fertig bearbeitete Gestalt des Werkstücks zu erzielen. Allerdings schaffen die unterhalb des Arbeitsraumes angeordneten Bearbeitungseinheiten Probleme, denn dort können sich bei der spanenden Bearbeitung viele Späne anhäufen und die ordnungsgemäße Funktion der unteren Bearbeitungseinheit beeinträchtigen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Werkstücke aus Materialien bearbeitet werden, bei denen lange Späne entstehen oder bei einer Trockenbearbeitung ohne Kühlmittel.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Werkzeugmaschine, insbesondere Rundtakt-Werkzeugmaschine, zu schaffen, die eine verbesserte Spanabfuhr ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben der Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst.
Die Werkzeugmaschine weist einen drehbar an einem Maschinengestell gelagerten und durch einen Schrittantrieb schrittweise um einen Schrittwinkel zwischen aufeinanderfolgenden Winkelstellungen weiter drehbaren Werkstückträger auf. Der Werkstückträger hat mehrere Trägerseiten. Die Anzahl der Trägerseiten entspricht vorzugsweise der Anzahl der möglichen Winkelstellungen des Werkstückträgers. An jeder Trägerseite befindet sich eine erste Werkstückspanneinheit und eine zweite Werkstückspanneinheit, wobei an jeder Trägerseite die erste Werkstückspanneinheit ein Werkstück in einer ersten Position und die zweite Werkstückspanneinheit ein Werkstück in einer zweiten Position hält. Die zweite Position befindet sich in Drehrichtung des Werkstückträgers bevorzugt hinter der ersten Position.
Die Werkstückmaschine hat außerdem eine Beladestation, eine Entladestation und in Drehrichtung des Werkstückträgers zwischen der Beladestation und der Entladestation angeordnete Arbeitsstationen. Die Anzahl der Arbeitsstationen hängt von der Größe der Werkzeugmaschine ab. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können drei bis sechs Arbeitsstationen vorhanden sein. Bei größeren Werkzeugmaschinen können auch mehr als sechs Arbeitsstationen eingerichtet werden. Jede Arbeitsstation weist eine Bearbeitungseinheit und/oder eine Messeinheit und/oder eine Prüfeinheit auf.
Während einer Stillstandphase, in der der Werkstückträger stillsteht, wird in der Beladestation ein Werkstück-Rohling vorzugsweise in die erste Werkstückspanneinheit eingesetzt, die sich in der aktuellen Winkelstellung in der Beladestation befindet. Außerdem wird ein fertig bearbeitetes Werkstück vorzugsweise aus der zweiten Werkstückspanneinheit entnommen, die sich in der aktuellen Winkelstellung in der Entladestation befindet. Zum Einsetzen und entnehmen des jeweiligen Werkstücks können entsprechende Einrichtungen, beispielsweise Greifeinrichtungen oder eine andere geeignete Beladeeinrichtung sowie Entladeeinrichtung vorhanden sein.
Bei der Werkzeugmaschine ist vorgesehen, dass ein Werkstück jede Arbeitsstation zweimal durchläuft, bis es in der Werkzeugmaschine ausgehend von einem Ausgangszustand (Werkstück-Rohling) mehrfach bearbeitet wurde und schließlich als fertig bearbeitetes Werkstück entnommen wird.
Die Werkzeugmaschine weist eine Werkstückwechselvorrichtung auf. Diese ist dazu eingerichtet, vorzugsweise zumindest auch während einer Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers einen Positionswechsel des sich in der Entladestation befindenden teilweise bearbeiteten Werkstücks auszuführen. Bei diesem Positionswechsel bleibt das teilweise bearbeitete Werkstück an derselben Trägerseite des Werkstückträgers, wechselt aber die Werkstückposition von der der ersten Position in die zweite Position oder umgekehrt. Dieser Werkstückpositionswechsel kann vorzugsweise auf die beiden nachfolgend beschriebenen Weisen ausgeführt werden:
Die Werkstückwechselvorrichtung weist an jeder Trägerseite einen drehbaren Träger auf, an dem die beiden Werkstückspanneinheiten angeordnet sind. Der Träger ist um eine Drehachse rechtwinkelig zur Schrittschaltachse drehbar. Der Träger, der sich in der Entladestation befindet, wird bei der darauffolgenden Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers um 180° gedreht, so dass sich das bislang in der ersten Position befindende Werkstück wird in die zweite Position bewegt und/oder umgekehrt. Bei diesem Positionswechsel wird vorzugsweise auch das teilweise bearbeitete Werkstück umgedreht, so dass seine bislang nach unten weisende Seite nunmehr nach oben weist und umgekehrt. Dabei verbleibt das Werkstück trotz seines Positionswechsels in seiner Aufspannung, was die Genauigkeit erhöht.
Das teilweise bearbeitete Werkstück wird während der Stillstandsphase des Werkstückträgers durch die Werkstückwechselvorrichtung aus der einen, vorzugsweise der ersten Werkstückspanneinheit in der Entladestation entnommen und während der nächsten Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers in die Beladestation transportiert. In der darauffolgenden Stillstandsphase wird das teilweise bearbeitete Werkstück in die jeweils andere, vorzugsweise die zweite Werkzeugspanneinheit eingesetzt, die sich aktuell in der Beladestation befindet. Das teilweise bearbeitete Werkstück kann bei der Transportbewegung von der Entladestation in die Beladestation umgedreht werden, so dass seine bislang nach unten weisende Seite nunmehr nach oben weist und umgekehrt.
Bei beiden oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgt der Positionswechsel des teilweise bearbeiteten Werkstücks zumindest auch während der Schrittschaltdrehung des Werkstückträgers und kann in der vorhergehenden Stillstandsphase begonnen und in der darauffolgenden Stillstandsphase beendet werden. Dadurch wird jedenfalls kein zusätzlicher Arbeitstakt der Werkzeugmaschine benötigt.
Wie erläutert wird das teilweise bearbeitete Werkstück während des Transports von der Entladestation in die Beladestation vorzugsweise umgedreht. Die in der Entladestation vertikal nach unten weisende untere Seite des teilweise bearbeiteten Werkstücks weist nach dem Positionswechsel in der Beladestation vertikal nach oben und umgekehrt. Es findet mithin eine Drehbewegung oder Schwenkbewegung um etwa 180° um eine horizontale Achse statt.
In den Arbeitsstationen befindet sich jeweils wenigstens eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung zumindest eines der beiden Werkstücke. Wenn die Werkzeugmaschine vollständig mit Bearbeitungseinheiten und/oder Messeinheiten und/oder Prüfeinheiten bestückt ist, sind jeder Arbeitsstation vorzugsweise maximal vier Einheiten zugeordnet. Jede dieser Einheiten ist entweder seitlich zu einer Werkstückspanneinheit oder oberhalb der zugeordneten Werkstückspanneinheit angeordnet. Jedes Werkstück kann von zwei Seiten her, nämlich von oben oder von radial außen bezüglich der Schrittschaltachse des Werkstückträgers bearbeitet, geprüft oder gemessen werden. Werkstücke wie beispielsweise T-Fittings, können in zwei Umläufen durch die Arbeitsstationen insgesamt von drei Seiten bearbeitet, geprüft oder gemessen werden. Die Werkezugmaschine kann also zur Durchführung eines Verfahrens zur Bearbeitung von T-Fittings eingerichtet sein.
Insbesondere sind unterhalb eines Arbeitsbereichs jeder Arbeitsstation keine Bearbeitungseinheiten und/oder Messeinheiten und/oder Prüfeinheiten vorhanden. Die Werkzeugmaschine gewährleistet daher eine optimale Spanabfuhr.
Obwohl jedes Werkstück jede Station zweimal durchläuft, ist die Ausbringung der Werkzeugmaschine nicht verringert, weil sich in jeder Station immer zwei Werkstückspanneinheiten befinden. In jedem Takt der Werkzeugmaschine kann an der Entladestation ein fertig bearbeitetes Werkstück entnommen werden. Lediglich während der ersten Inbetriebnahme wird einmalig eine gewisse Zeit benötigt, bis das erste fertig bearbeitete Werkstück entnommen werden kann. Anschließend liefert die Werkzeugmaschine aber in jedem Takt ein fertig bearbeitetes Werkstück.
Es ist vorteilhaft, wenn der Werkstückträger in jeder Winkelstellung ortsfest, insbesondere gegenüber einem Maschinengestell, verriegelbar ist, um die exakte Positionierung des Werkstückträgers beim Bearbeiten der Werkstücke einzuhalten.
Die in Umfangsrichtung um die Schrittschaltachse unmittelbar aneinander anschließenden Trägerseiten sind relativ zueinander geneigt. Die Normalenrichtungen dieser Trägerseiten schließen einen Winkel ein, der dem Schrittwinkel der Werkzeugmaschine entspricht.
Wie oben erläutert, ist es vorzugsweise möglich, das teilweise bearbeitete Werkstück beim Transport zur Beladestation umzudrehen. Dieses Umdrehen kann somit durch die Werkstückwechselvorrichtung ausgeführt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das die Werkstückspanneinheiten um eine horizontale Achse drehbar ausgeführt oder angeordnet sind und das Umdrehen des Werkstücks durch die Werkstückspanneinheit vorgenommen wird.
Vorzugsweise weist die Werkstückwechselvorrichtung einen Schwenkgreifer auf oder ist durch einen Schwenkgreifer gebildet, der insbesondere zwei Greiferhände aufweist. Die Greiferhände des Schwenkgreifers sind um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar angeordnet und liegen sich vorzugsweise gegenüber dieser Schwenkachse diametral gegenüber. Die Schwenkachse verläuft vorzugsweise radial zur Schrittschaltachse und insbesondere mittig zwischen der Entladestation und der Beladestation. Durch diese Schwenkbewegung kann gleichzeitig das Umdrehen des Werkstücks erreicht werden. Zum Einsetzen und/oder Entnehmen des Werkstücks in die Werkzeugspanneinheit bzw. aus der Werkstückspanneinheit ist die jeweilige Greiferhand vorzugsweise in Normalenrichtung zu jeweiligen Trägerseite in der Beladestation bzw. der Entladestation bewegbar.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Werkzeugmaschine weist das Maschinengestell eine Kopfplatte und eine Grundplatte auf. Dabei ist der Werkstückträger zwischen der Kopfplatte und der Grundplatte angeordnet. In einer Arbeitsstation begrenzen die Kopfplatte und die Grundplatte sowie die Trägerseite mit den Werkstückspanneinheiten den Arbeitsbereich einer Arbeitsstation. Radial mit Abstand zu den Trägerseiten kann die Kopfplatte mit der Grundplatte über Verbindungselemente miteinander verbunden sein. Diese Verbindungselemente können als Streben oder Träger und/oder als Platten ausgeführt sein. Radial außen kann die Werkzeugmaschine zumindest an der Beladestation und der Entladestation Öffnungen zum Entnehmen und Zuführen der Werkstücke aufweisen. In den Arbeitsstationen kann der Arbeitsbereich durch ein Verbindungselement abgeschlossen werden. Insbesondere ist die Grundplatte des Maschinengestells frei von Bearbeitungseinheiten. Die Grundplatte kann beispielsweise geneigt zu einer Öffnung eines Abfuhrkanals für die Späne und/oder für Kühlmittel ausgebildet sein.
Vorteilhafte Ausführungen der Werkzeugmaschine und des Verfahrens zum Betreiben der Werkzeugmaschine ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Werkzeugmaschine und des Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. ES zeigen:
1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine in Draufsicht,
2 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung des Werkzeugträgers der Werkzeugmaschine aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine schematische, blockschaltbildähnliche Seitenansicht auf eine Trägerseite des Werkstückträgers aus 1 in einer Arbeitsstation,
4 eine schematische, blockschaltbildähnliche Ansicht auf eine Trägerseite des Werkstückträgers mit einer abgewandelten Anordnung der Bearbeitungseinheiten auf einer Kopfplatte des Maschinengestells,
5 eine schematische Darstellung einer Werkstückspanneinheit mit einem von einem T-Fitting gebildeten Werkstück und
6 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung des Werkzeugträgers der Werkzeugmaschine aus 1 in einer Draufsicht mit einer gegenüber der 1 und 2 abgewandelten Ausführungsform einer Werkstückwechselvorrichtung.
In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine in einer Draufsicht veranschaulicht. Die Werkzeugmaschine 10 hat ein Maschinengestell 11, das beim Ausführungsbeispiel eine Kopfplatte 12, eine mit Abstand zur Kopfplatte 12 angeordnete Grundplatte 13 (3 und 4) sowie mehrere Verbindungselemente 14 aufweist, wobei die Verbindungselemente 14 die Kopfplatte 12 mit der Grundplatte 13 zur Erzielung der mechanischen Stabilität des Maschinengestells 11 verbinden. Die Verbindungselemente 14 können durch plattenförmige Elemente und/oder durch Streben oder Träger ausgeführt sein. Die plattenförmigen Verbindungselemente werden vor allem dort verwendet, wo ein Arbeitsbereich 15 zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken 16, der sich zwischen der Kopfplatte 12 und der Grundplatte 13 befindet, nach außen abgeschlossen werden soll.
Die Werkzeugmaschine 10 weist einen Werkstückträger 20 auf, der in 2 schematisch separat veranschaulicht ist. Der Werkstückträger 21 ist mit Hilfe eines Schrittantriebs 21 (2) in einer Drehrichtung, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, um eine Schrittschaltachse 22 drehbar am Maschinengestell 11 gelagert. Die Schrittschaltachse 22 ist beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vertikal ausgerichtet. Der Schrittantrieb 21 ist dazu eingerichtet, den Werkstückträger 20 zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Winkelstellungen um jeweils einen Schrittwinkel α zu drehen und nach dem Ende dieser Drehbewegung während einer Stillstandphase in der jeweiligen Winkelstellung zu halten. Der Schrittantrieb kann hierfür Arretiermittel aufweisen, um die Position des Werkstückträgers 20 in einer jeweiligen Winkelstellung zu fixieren. Der Schrittwinkel α zwischen den jeweils benachbarten Winkelstellungen des Werkstückträgers 20 ist gleich groß.
Der Werkstückträger 20 weist mehrere Trägerseiten 25 auf. Die Anzahl der Trägerseiten 25 entspricht beispielsgemäß der Anzahl der möglichen Winkelstellungen des Werkstückträgers. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Werkstückträger 20 acht Trägerseiten 25 auf. Es können aber auch weniger oder mehr Trägerseiten 25 vorhanden sein, beispielsweise zwischen fünf und zwölf Trägerseiten. Dies hängt von der Größe der Werkzeugmaschine und der Komplexität bzw. der Anzahl der Arbeitsvorgänge zur Bearbeitung und/oder der Mess- oder Prüfschritte und/oder Messeinheiten und/oder Prüfeinheiten der Werkstücke 16 ab.
An jeder Trägerseite 25 ist eine erste Werkstückspanneinheit 26 sowie eine zweite Werkstückspanneinheit 27 angeordnet. Die beiden Werkstückspanneinheiten 26, 27 sind bevorzugt horizontal nebeneinander angeordnet und bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel identisch ausgeführt. Jede Werkstückspanneinheit 26, 27 hat beispielsgemäß wenigstens zwei gegeneinander bewegbare Klemmbacken 28, zwischen denen ein Werkstück 16 aufgespannt bzw. gehalten werden kann. Die Art und Weise, wie das Werkstück 16 durch eine Werkstückspanneinheit 26, 27 gehalten wird, ist jedoch vielfältig variierbar. Beispielsweise können bei zumindest teilweise zylindrischen Werkstücken auch Spannfutter verwendet werden.
Die erste Werkstückspanneinheit 26 hält ein Werkstück in einer ersten Position P1 und die zweite Werkstückspanneinheit 27 hält ein Werkstück 16 in einer zweiten Position P2, die sich beim bevorzugten Ausführungsbeispiel in Drehrichtung des Werkstückträgers 20 hinter der ersten Position P1 befindet. Auch eine andere Relativlage der beiden Positionen P1, P2 gegenüber der gemeinsamen Trägerseite 25 kann alternativ hierzu vorgesehen werden.
Die Werkzeugmaschine 10 weist entsprechend der Anzahl der Trägerseiten 25 bzw. der Winkelstellungen mehrere Stationen auf. Eine Beladestation 30, eine Entladestation 31 und mehrere Arbeitsstationen 32, die sich in Drehrichtung des Werkstückträgers 20 zwischen der Beladestation 30 und er Entladestation 31 befinden. Vorzugsweise ist die Entladestation 31 in Drehrichtung des Werkstückträgers 20 unmittelbar von der Beladestation 30 angeordnet, so dass die Werkstückspanneinheiten 26, 27, die sich in einer Winkelstellung in der Entladestation 31 befinden, nach der nächsten Drehung des Werkstückträgers 20 um den Schrittwinkel α in der Beladestation 30 befinden. Bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sechs Arbeitsstationen 32 vorhanden.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, wird in der Beladestation 30 ein Werkstück-Rohling 16c, der durch diese Werkezugmaschine noch nicht bearbeitet wurde und sich somit in einem Ausgangzustand befindet, zu einer der beiden Werkstückspanneinheiten 26, 27 und beispielsgemäß zu der ersten Werkstückspanneinheit 26 zugeführt und dort mit Hilfe der Klemmbacken 28 in einer vorgegebenen Lage aufgespannt gehalten. Zum Zuführen kann eine Greifereinheit 33 vorhanden sein.
In der Entladestation 31 wird ein fertig bearbeitetes die Werkstück 16b aus einer der beiden Werkstückspanneinheiten 26, 27 und beispielsgemäß aus der zweiten Werkstückspanneinheit 27 entnommen, was beispielsgemäß ebenfalls über eine Greifereinheit 33 erfolgen kann.
Der Entladestation 31 und der Beladestation 30 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 außerdem eine Werkstückwechselvorrichtung 43 zugeordnet. Die Werkstückwechselvorrichtung 34 ist beispielsgemäß ebenfalls durch eine Greifereinheit 33 gebildet, die als 33a ausgeführt sein kann. Der Schwenkgreifer 33a hat zwei Greiferhände 35, mit der ein Werkstück 16 ergriffen und gehalten werden kann, beispielsweise über verstellbare Greiferbacken oder dergleichen. Die beiden Greiferhände 35 sind bezüglich einer Schwenkachse 36 diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Greiferhände 35 des Schwenkgreifers 33a sind in Normalenrichtung N der Trägerseite 25 bewegbar, die sich in der aktuellen Winkelstellung des Werkzeugträgers 20 in der Entladestation 31 bzw. der Beladestation 30 befindet.
Außerdem sind die Greiferhände 35 um die Schwenkachse 36 schwenkbar, so dass jede Greiferhand 35 zwischen der Entladestation 31 und der Beladestation 31 bewegt werden kann. Die Schwenkachse 36 verläuft zwischen und beispielsgemäß mittig zwischen der Entladestation 31 und der Beladestation 30. Die Schwenkachse 36 verläuft bevorzugt rechtwinklig zur Schrittschaltachse 22. Die Schwenkachse 36 schneidet beim Ausführungsbeispiel die Schrittschaltachse 22.
In jeder Arbeitsstation 32 befindet sich wenigstens eine Bearbeitungseinheit 40 und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit. Beispielsgemäß kann jede Arbeitsstation 32 mit bis zu vier solcher Einheiten, beispielsweise Bearbeitungseinheiten 40, ausgestattet werden. Mithin können jeder Werkstückspaneinheit 26, 27 in einer Arbeitsstation 32 eine oder zwei Einheiten zur Bearbeitung und/oder Prüfung und/oder Messung des jeweils aufgespannten Werkstücks 16 zugeordnet sein. Bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind nur Bearbeitungseinheiten 40 veranschaulicht, wobei an deren Stelle zumindest teilweise auch Messeinheit oder Prüfeinheit vorhanden sein kann. Nachfolgend sind lediglich beispielhaft nur die Bearbeitungseinheiten 40 erwähnt.
Die Bearbeitungseinheiten 40 sind entweder in der Kopfplatte 12 des Maschinengestells 11 oder in Radialrichtung zur Schrittschaltachse 22 gesehen weiter außen seitlich zu der jeweils zugeordneten Werkstückspanneinheit 26, 27 angeordnet. Beispielsweise können die Bearbeitungseinheiten 40 auch in oder an einem oder mehreren Verbindungselementen 14 angeordnet sein. Die Bearbeitungseinheiten 40 befinden sich somit in Vertikalrichtung gesehen oberhalb oder seitlich neben einer zugeordneten Werkstückspanneinheit 26, 27. Unterhalb der Werkstückspanneinheiten 26, 27 sind keine Bearbeitungseinheiten 40 vorhanden. Die Grundplatte 13 des Maschinengestells 11 ist daher frei von Bearbeitungseinheiten 40. Dadurch kann die Spanabfuhr der auf die Grundplatte 13 herunterfallenden Späne bei der spanenden Bearbeitung der Werkstücke 16 in den Arbeitsstationen 32 optimiert werden. In den 3 und 4 ist jeweils schematisch ein Abfuhrkanal 41 veranschaulicht, der in einer Öffnung 42 in der Grundplatte 13 mündet und über den Späne und gegebenenfalls Kühlmittel aus der Werkzeugmaschine 10 abgeführt werden können.
Die Bearbeitungseinheiten 40 dienen jeweils zur Bearbeitung eines zugeordneten Werkstücks 16. Sie weisen hierfür jeweils ein Bearbeitungswerkzeug 43 auf. Bei dem Bearbeitungswerkzeug 43 kann es sich um ein Bohrwerkzeug, ein Fräswerkzeug, ein Schleifwerkzeug oder ein anderes beliebiges Bearbeitungswerkzeug handeln, insbesondere zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks 16. Die Bearbeitungseinheiten 40 bzw. das Bearbeitungswerkzeug 43 kann zur Bearbeitung des Werkstücks 16 auf dieses zu und von diesem wegbewegt werden. Dazu sind die Bearbeitungseinheiten 40, die an der Kopfplatte 12 oberhalb der Werkstückspanneinheiten 26, 27 angeordnet sind, entlang jeweils einer ersten Zustellachse 44 bewegbar, die vorzugsweise parallel zur Schrittschaltachse 22 ausgerichtet ist (3). Alternativ hierzu ist zur Bauraumoptimierung auch möglich, die erste Zustellachse 44 gegenüber einer vertikalen Achse geneigt auszuführen, so dass die an einer Arbeitsstation 32 an der Kopflatte 12 angeordneten Baueinheiten 40 näher nebeneinander angeordnet werden können (4). Die nicht dargestellten zweiten Zustellachsen für die Bearbeitungseinheiten 40, die seitlich neben den Werkstückspanneinheiten 26, 27 angeordnet sind, verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen horizontal.
Die Bearbeitungseinheiten 40 können sofern erforderlich, auch in einer Ebene bewegt werden, die sich rechtwinklig zur jeweiligen Zustellachse 44, 45 befindet. Prüf- oder Messeinheiten haben anstelle des Bearbeitungswerkzeugs 43 ein Prüf- oder Messwerkzeug, können aber entsprechend zustellbar und bewegbar sein.
Der Werkstückträger 20 ist in Richtung der Schrittschaltachse 22 gesehen zwischen der Kopfplatte 12 und der Grundplatte 13 angeordnet. In einer Arbeitsstation 32 wird der Arbeitsbereich 15 dieser Arbeitsstation somit durch die Trägerseite 25, die Kopfplatte 12, die Grundplatte 13 und gegebenenfalls wenigstens ein Verbindungselemente 14 begrenzt.
Die vorstehend betriebene Werkzeugmaschine 10 ist dazu eingerichtet, das folgende Verfahren auszuführen. Hierfür kann eine entsprechende, nicht dargestellte Maschinensteuereinheit vorhanden sein.
Während der Inbetriebnahme der Werkzeugmaschine 10 sind zunächst alle Werkstückspanneinheiten 26, 27 unbestückt. Zu Beginn wird in die erste Werkzeugspanneinheit 26 in der Beladestation 30 ein Werkstück-Rohling 16c in einem Ausgangszustand eingesetzt. In diesem Ausgangszustand ist der Werkstück-Rohling 16c durch diese Werkzeugmaschine 10 noch unbearbeitet. Der Werkstückträger 20 wird sequentiell schrittweise um die Schrittschaltachse 22 gedreht. Beispielsgemäß nach sieben Schrittbewegungen des Werkstückträgers 20 befindet sich ein teilweise bearbeitetes Werkstück 16a in der ersten Werkstückspanneinheit 26 in der Entladestation 31. Die zweiten Werkstückspanneinheiten 27 sind noch leer.
Mit Hilfe der beim Ausführungsbeispiel nach 2 als Schwenkgreifer 33a ausgeführten Werkstückwechselvorrichtung 34 wird das teilweise bearbeitete Werkstück 16a aus der ersten Position P1 in der ersten Werkstückspanneinheit 26 der Entladestation 31 entnommen. Während der nächsten Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers 20 um die Schrittschaltachse 22 wird das teilweise bearbeitete Werkstück 16a aus der Entladestation 31 in die Beladestation 30 transportiert. Beispielsgemäß wird dabei das teilweise bearbeitete Werkstück 16a umgedreht, so dass seine in der Entladestation 31 nach oben zur Kopfplatte 12 weisende Oberseite 50 beim Einsetzen in die zweite Werkstückspanneinheit 27 in der Beladestation 30 nach unten zur Grundplatte 13 weist. Entsprechend weist die in der ersten Werkstückspanneinheit 26 des teilweise bearbeiteten Werkstücks 16a nach unten zur Grundplatte 13 weisende Unterseite 51 des teilweise bearbeiteten Werkstücks 16a nach dem Umdrehen und vor dem Einsetzen in die zweite Werkstückspanneinheit 27 in der Beladestation 30 nach oben zur Kopfplatte 12. In 2 ist das Umdrehen des teilweise bearbeiteten Werkstücks 16a schematisch durch die Punkte entsprechende eines Spielwürfels veranschaulicht. Die Seite des Würfels mit einem einzigen Punkt stelle die Oberseite 50 und die entgegengesetzt orientierte Seite mit sechs Punkten stellt die Unterseite 51 dar. Die Orientierung des teilweise bearbeiteten Werkstücks 16a vor und nach dem Umdrehen ist schematisch dargestellt.
Durch die Werkstückwechselvorrichtung 34 werden die teilweise bearbeiteten Werkstücke 16a von der ersten Position P1 an einer Trägerseite 25 in die zweite Position an derselben Trägerseite 25 gebracht.
Nach und nach werden die jeweils zweiten Werkstückspanneinheiten 27 in der Beladestation 30 mit einem bereits teilweise bearbeiteten Werkstück 16a bestückt. Nach der Anlaufphase der Werkzeugmaschine 10 befinden sich in den Arbeitsstationen 32 jeweils in jeder Werkstückspanneinrichtung 26, 27 ein Werkstück.
Nach Beendigung dieser Anlaufphase wird während jeder Stillstandphase des Werkstückträgers 20 in der Endladestation 31 ein fertig bearbeitetes Werkstück 16b sowie ein teilweise bearbeitetes Werkstück 16a entnommen und in der Beladestation 30 ein Werkstück-Rohling 16c sowie ein teilweise bearbeitetes Werkstück 16a zugeführt. Der die Werkstückwechselvorrichtung 34 bildende Schwenkgreifer 33a mit den beiden Greiferhänden 35 wird während der Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers 20 um seine Schwenkachse 36 geschwenkt, so dass in jeder Stillstandphase ein teilweise bearbeitetes Werkstück 16a aus einer ersten Werkstückeinrichtung 26 entnommen und in eine zweite Werkstückspanneinheit 27 eingesetzt und mithin der Positionswechsel des teilweise bearbeiteten Werkstücks 16a vorgenommen werden kann.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine 10 sind in jeder Arbeitsstation 32 alle Aufnahmeplätze zur Anordnung einer Bearbeitungseinheit 40 und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit belegt. In Abwandlung hierzu können diese Aufnahmeplätze auch nur teilweise durch eine jeweilige Einheit belegt sein. Die Anordnung und Anzahl der Einheiten hängt davon ab, wie und in welche Reihenfolge ein Werkstück 16 bearbeitet bzw, geprüft bzw. gemessen wird.
Jedes Werkstück 16 durchläuft somit jede Arbeitsstation 32 zweimal. Während des ersten Umlaufs befindet sich das Werkstück 16 in der ersten Position P1 in einer ersten Werkstückspanneinheit 26 und während des nachfolgenden zweiten Umlaufs in der zweiten Position P2 in einer zweiten Werkstückspanneinheit 27. Jedes Werkstück 16 kann somit in beispielsgemäß bis zu zwölf aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten in den Arbeitsstationen 32 bearbeitet, geprüft und/oder gemessen werden. Die Anzahl der maximalen Arbeitsschritte entspricht der doppelten Anzahl der vorhandenen Arbeitsstationen 32. Dadurch, dass das teilweise bearbeitete Werkstück 16a nach seinem ersten Umlauf und vor seinem zweiten Umlauf umgedreht wird, kann sowohl die Oberseite 50, als auch die Unterseite 51 durch die in der Kopfplatte 12 angeordneten Bearbeitungseinheiten 40 bearbeitet oder durch eine Messeinheit oder Prüfeinheit gemessen oder geprüft werden. Das Anordnen von Bearbeitungseinheiten und/oder Messeinheiten und/oder Prüfeinheiten in der Grundplatte ist daher nicht vorgesehen.
Mit diesem Verfahren bzw. durch die Werkzeugmaschine können beispielsweise T-Fittings 55 mit 3 beispielsgemäß rechtwinkelig zueinander ausgerichteten Rohrabschnitten 56 von drei Seiten bearbeitet und/oder gemessen und/oder geprüft werden (5).
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Werkstückwechselvorrichtung 34 für die Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht. Die Werkstückwechselvorrichtung 34 weist an jeder Trägerseite 25 einen Träger 57 auf, der mittels eines Drehantriebs 58 um eine Drehachse 59 zwischen zwei Drehstellungen drehbar ist. Die Drehachse 59 ist rechtwinkelig zur Schrittschaltachse ausgerichtet und schneidet diese beim Ausführungsbeispiel. Die Drehbarkeit des Trägers 57 beträgt zumindest 180°, kann aber auch 360° betragen. Das hängt von der Ausgestaltung des Drehantriebs 58 ab. Der Drehantrieb 58 kann den Träger daher in eine Richtung um jeweils 180° oder zwischen den beiden Drehstellungen in eine und die entgegengesetzte Drehrichtung antreiben.
Der Träger 57, der sich aktuell in der Entladestation 31 befindet, wird bei der darauffolgenden Schrittschaltbewegung des Werkstückträgers um 180° um seine Drehachse 59 in seine jeweils andere Drehstellung gedreht. Das sich bislang in der ersten Position P1 befindende, teilweise bearbeitete Werkstück 16a wird in die zweite Position P2 bewegt. Bei diesem Positionswechsel wird das teilweise bearbeitete Werkstück 16a umgedreht, so dass seine bislang nach unten weisende Unterseite 51 nunmehr nach oben weist und umgekehrt.
Das Verfahren zum Bearbeiten der Werkstücke 16 bzw. der T-Fittings 55 entspricht dem Verfahren, wie es in Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert wurde, so dass auf die vorstehende Erläuterung Bezug genommen werden kann.
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine 10 sowie ein Verfahren zum Betreiben der Werkzeugmaschine 10 bzw. zum Bearbeiten von Werkstücken 16. Die Werkzeugmaschine 10 hat einen um eine Schrittschaltachse 22 schrittweise drehbaren Werkstückträger 20 mit mehreren Trägerseiten 25. An jeder Trägerseite 25 ist eine erste Werkstückspanneinheit 26 und eine zweite Werkstückspanneinheit 27 angeordnet. Die eine Werkstuckspanneinheit 26 hält das Werkstück in einer ersten Position P1 und die andere Werkstückspanneinheit 27 in einer zweiten Position P2 an der Trägerseite 25. In jeder Winkelstellung bzw. Schrittschaltstellung des Werkstückträgers 20 befindet sich eine Trägerseite 25 in einer Beladestation 30, eine Trägerseite 25 in einer Entladestation 31 und die jeweils anderen Trägerseiten 25 in jeweils einer Arbeitsstation 32. Eine Werkstückwechselvorrichtung 34 ist vorhanden, die ein teilweise bearbeitetes Werkstück 16a aus der in der Entladestation 31 befindlichen ersten Position P1 in die zweite Position P2 bewegt. Dieser Positionswechsel wird spätestens abgeschlossen, solange sich die Trägerseite 25 nach einer Schrittschaltbewegung von der Entladestation 31 in der anschließenden Beladestation 30 befindet. Vorzugsweise wird das teilweise bearbeitete Werkstück 16a beim Positionswechsel bzw. beim Transport von der Entladestation 31 zur Beladestation 30 umgedreht.
Bezugszeichenliste

10: Werkzeugmaschine
11: Maschinengestell
12: Kopfplatte
13: Grundplatte
14: Verbindungselement
15: Arbeitsbereich
16: Werkstück
20: Werkstückträger
21: Schrittantrieb
22: Schrittschaltachse
25: Trägerseite
26: erste Werkstückspanneinheit
27: zweite Werkstückspanneinheit
28: Klemmbacke
30: Beladestation
31: Entladestation
32: Arbeitsstation
33: Greifereinheit
33a: Schwenkgreifer
34: Werkstückwechselvorrichtung
35: Greiferhand
36: Schwenkachse
40: Bearbeitungseinheit
41: Abfuhrkanal
42: Öffnung
43: Bearbeitungswerkzeug
44: erste Zustellachse
45: zweite Zustellachse
50: Oberseite
51: Unterseite
55: T-Fitting
56: Rohrabschnitt
57: Träger
58: Drehantrieb
59: Drehachse
α: Schrittwinkel
N: Normalenrichtung
P1: erste Position
P2: zweite Position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007016270 B4 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine (10) mit einem um eine vertikale Schrittschaltachse (22) drehbar gelagerten und durch einen Schrittantrieb (21) schrittweise um jeweils einen Schrittwinkel (α) zwischen aufeinanderfolgenden Winkelstellungen weiterdrehbaren Werkstückträger (20), wobei der Werkstückträger (20) mehrere Trägerseiten (25) aufweist, wobei an jeder Trägerseite (25) eine erste Werkstückspanneinheit (26) und eine zweite Werkstückspanneinheit (27) zum Aufspannen jeweils eines Werkstücks (16) angeordnet sind, und wobei die erste Werkstückspanneinheit (26) ein Werkstück (16) in einer ersten Position (P1) und die zweite Werkstückspanneinheit (27) ein Werkstück (16) in einer zweiten Position (P2) hält, mit einer Beladestation (30), in der ein Werkstück-Rohling (16a) in die erste Werkstückspanneinheit (26) eingesetzt wird, die sich in der aktuellen Winkelstellung des Werkstückträgers (20) in der Beladestation (30) befindet, mit einer Entladestation (31), in der ein fertig bearbeitetes Werkstück (16b) aus der zweiten Werkstückspanneinheit (27) entnommen wird, die sich in der aktuellen Winkelstellung des Werkstückträgers (20) in der Entladestation (31) befindet, mit einer Werkstückwechselvorrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, ein sich in der einen Position (P1) der Entladestation (31) befindendes, teilweise bearbeitetes Werkstück (16a) in die jeweils andere Position (P2) an dieser Trägerseite (25) zu bringen, mit mehreren Arbeitsstationen (32) zwischen der Beladestation (30) und der Entladestation (31), wobei jeder Arbeitsstation (32) wenigstens eine Bearbeitungseinheit (40) und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit für zumindest eines der beiden Werkstücke (16) zugeordnet ist, wobei die wenigstens eine Einheit (40) seitlich und/oder oberhalb der sich in der Arbeitsstation (32) befindenden Werkstückspanneinheit (26, 27) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalenrichtungen (N) von aneinander angrenzenden Trägerseiten (25) relativ zueinander um einen Winkel geneigt sind, der dem Schrittwinkel (α) entspricht.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitsstation (32) maximal vier Aufnahmeplätze für jeweils eine Bearbeitungseinheit (40) und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückwechselvorrichtung (34) dazu eingerichtet ist, das teilweise bearbeitete Werkstück (16a) beim Transport von der Entladestation (31) zu der Beladestation (30) derart zu drehen oder zu schwenken, dass die bislang vertikal nach oben weisende Seite (50) nach dem Umdrehen nach vertikal unten weist und umgekehrt.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückwechselvorrichtung (34) an jeder Trägerseite (25) einen drehbaren Träger (57) aufweist, an dem die beiden Werkstückspanneinheiten (26, 27) angeordnet sind und der um eine Drehachse (59) rechtwinkelig zur Schrittschaltachse (22) drehbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückwechselvorrichtung (34) dazu eingerichtet ist, das teilweise bearbeitete Werkstück (16a) aus der sich in der Entladestation (31) befindenden ersten Werkstückspanneinheit (26) zu entnehmen, während das fertig bearbeitete Werkstück (16b) aus der zweiten Werkstückspanneinheit (27) entnommen wird.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückwechselvorrichtung (34) dazu eingerichtet ist, ein in der vorhergehenden Stillstandsphase des Werkstückträgers (20) entnommenes, teilweise bearbeitetes Werkstück (16a) in die sich in der Beladestation (30) befindenden zweite Werkstückspanneinheit (27) einzusetzen, während ein Werkstück-Rohling (16c) in die erste Werkstückspanneinheit (26) eingesetzt wird.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückwechselvorrichtung (34) einen Schwenkgreifer (33a) aufweist, dessen wenigstens eine Greiferhand (35) um eine Schwenkachse (36) schwenkbar ist, die zwischen der Entladestation (31) und der Beladestation (30) verläuft.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengestell (11) eine Kopfplatte (12) und eine Grundplatte (13) aufweist, und der Werkstückträger (20) zwischen der Kopfplatte (12) und der Grundplatte (13) drehbar am Maschinengestell (11) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (12) und die Grundplatte (13) radial außen bezüglich der Schrittschaltachse (22) über Verbindungselemente (14) miteinander verbunden sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmeplätze zum Anordnen jeweils einer Bearbeitungseinheit (40) und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit an der Kopfplatte (12) und/oder an einem oder mehreren der Verbindungselemente (14) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (13) frei ist von Aufnahmeplätzen für Bearbeitungseinheiten (40) und/oder Messeinheiten und/oder Prüfeinheiten.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an der Grundplatte (13) ein Abfuhrkanal (41) für Späne und/oder Kühlmittel vorhanden sind.
Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (10), mit einem um eine vertikale Schrittschaltachse (22) drehbar gelagerten und durch einen Schrittantrieb (21) schrittweise um jeweils einen Schrittwinkel (α) zwischen aufeinanderfolgenden Winkelstellungen weiterdrehbaren Werkstückträger (20), wobei der Werkstückträger (20) mehrere Trägerseiten (25) aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Winkelstellungen entspricht, wobei an jeder Trägerseite (25) eine erste Werkstückspanneinheit (26) und eine zweite Werkstückspanneinheit (27) zum Aufspannen jeweils eines Werkstücks (16) angeordnet sind, mit einer Beladestation (30), zum Beladen der ersten Werkstückspanneinheit (26) mit einem Werkstück-Rohling (16c), die sich in der aktuellen Winkelstellung des Werkstückträgers (20) in der Beladestation (30) befindet, mit einer Entladestation (31), zum Entladen eines fertig bearbeiteten Werkstücks (16b) aus der zweiten Werkstückspanneinheit (27), die sich in der aktuellen Winkelstellung des Werkstückträgers (20) in der Entladestation (31) befindet, mit einer Werkstückwechselvorrichtung (34), und mit mehreren Arbeitsstationen (32) zwischen der Beladestation (30) und der Entladestation (31) mit jeweils wenigstens einer Bearbeitungseinheit (40) und/oder Messeinheit und/oder Prüfeinheit, wobei während einer Stillstandsphase des Werkstückträgers (20) folgende Schritte ausgeführt werden: – Bearbeiten und/oder Prüfen und/oder Messen einer oder mehrerer Werkstücke (16), die sich in einer der Arbeitsstation (32) befinden von radial außen und/oder von oben, – Beladen der sich in der Beladestation (30) befindenden ersten Werkstückspanneinheit (26) mit einem Werkstück-Rohling (16c), – Entladen des fertig bearbeiteten Werkstücks (16b) aus der sich in der Entladestation (31) befindenden zweiten Werkstückspanneinheit (27), und wobei während einer Drehbewegung des Werkstückträgers (20) in die nächste Winkelstellung folgender Schritt ausgeführt wird: – Wechseln der Position des teilweise bearbeiteten Werkstücks (16a) aus der durch die erste Werkstückspanneinheit (26) vorgegebenen ersten Position (P1) in die durch die zweite Werkstückspanneinheit (27) vorgegebene zweite Position (P2).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das teilweise bearbeitete Werkstück (16a) beim Transport von der Entladestation (31) in die Beladestation (30) umgedreht wird, so dass die bislang nach vertikal oben weisende Seite (50) anschließend nach unten weist und umgekehrt.