DE19654712B4

DE19654712B4 - Programmgesteuerte Maschine zur mehrachsigen Werkstückbearbeitung

Info

Publication number: DE19654712B4
Application number: DE19654712A
Authority: DE
Inventors: Henri Line
Original assignee: Helis SA
Current assignee: Helis SA
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2016-12-31
Also published as: DE19654712A1; US5839323A; FR2743015A1; FR2743015B1

Abstract

Programmgesteuerte Maschine zur mehrachsigen Werkstückbearbeitung mit
– einer einen Arbeitsraum mit einer Werkstückaufnahme (4a) überspannenden Brücke (1), deren beide Stützen (2, 3) jeweils mittels kinematischer Antriebszüge X₁, X₂ auf ortsfesten parallelen Führungsschienen (5, 6) in der X-Koordinatenachse verfahrbar und durch eine Traverse (7) miteinander verbunden sind,
– wobei die Brücke (1) an jeder Stütze (2, 3) in den Y- und Z-Koordinatenachsen verfahrbare Bearbeitungsköpfe (9a, 9b) tragen kann,
dadurch gekennzeichnet, daß
– die Traverse (7) aus zwei Traversenelementen (7a, 7b) besteht, die jeweils von den zugehörigen Stützen (2, 3) getragen werden, und
– die beiden Stützen (2, 3) im Rahmen einer gegebenen Höchststrecke Δ gegeneinander verfahrbar sind und ihre voneinander unabhängigen kinematischen Antriebszüge X₁, X₂ von der numerischen Steuerung im Rahmen der Höchststrecke Δ gesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine programmgesteuerte Maschine zur mehrachsigen Werkstückbearbeitung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der FR-2 673 874 A1 ist eine derartige Maschine mit einer verfahrbaren Brücke bekannt, deren beide Stützen auf ortsfesten in Richtung einer X-Koordinatenachse verlaufenden Schienen abgestützt sind. Die Bewegung der beiden Stützen in dieser X-Koordinatenachse erfolgt jeweils durch kinematische Antriebszüge, die von einer numerischen Steuerung gesteuert werden. Die beiden Stützen sind durch eine Traverse miteinander verbunden. Die Brücke kann an jeder Stütze und auch an der Traverse in Richtung der Y- und der Z-Koordinatenachse bewegbare Bearbeitungsköpfe tragen. Die die beiden Stützen verbindende Traverse kann entweder fest oder vertikal bewegbar ausgebildet sein. Die beiden kinematischen Antriebszüge sind miteinander synchronisiert, damit die beiden Stützen und die Traverse in der X-Koordinatenachse verfahren können. Bei dieser bekannten Maschine mit starrer Brücke werden alle Bearbeitungsköpfe gleichzeitig in Richtung der X-Koordinatenachse bewegt, was die Anwendung der Maschine bei gleichzeitiger Mehrseiten-Bearbeitung eines Werkstückes erheblich einschränkt. Darüber hinaus verhindert dies die Realisierung von unterschiedlichen Bewegungsbahnen der Bearbeitungsköpfe auch bei unabhängigen Y- und Z-Koordinatenachsen.

Aus der US 4,658,485 A ist eine Werkzeugmaschine in Portalbauweise bekannt, deren Brücke aus zwei fest an einem Bett verankerten seitlichen Ständern und einer die oberen Enden der Ständer verbindenden einteiligen Traverse besteht. An jedem Ständer ist ein Vertikalschlitten in der vertikalen Y-Koordinatenachse verfahrbar geführt, die je einen in Richtung der horizontalen X-Koordinatenachse motorisch verfahrbaren Horizontalschlitten tragen. Ein mehrteiliger Querträger ist über endseitige Universal-Lagerungen von den beiden Horizontalschlitten gehaltert und an seinem Mittelteil mit einem in Träger-Längsrichtung verfahrbaren Bearbeitungskopf versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Anwendungsbereich einer gattungsgemäßen Maschine zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept besteht darin, die Brücke und die Stützen der Maschine so auszubilden, daß die Stützen unabhängig voneinander in Richtung der X-Koordinatenachse innerhalb vorgegebener Grenzwerte bewegt werden können, ohne daß die Starrheit der Brücke beeinträchtigt wird. Die ausreichende Starrheit der Brücke wird durch eine knappe und sehr starre Führung zwischen den beiden Traversenelementen gewährleistet.

Zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit ist vorteilhafterweise zusätzlich zu der Führung zwischen den beiden Traversenelementen ein weiterer kinematischer Antriebszug X₃ vorgesehen, der von der numerischen Steuerung mit der Bedingung X₁ + X₃ = X₂ gesteuert wird.

Dieses neue Konzept ermöglicht Bewegungen von an den Stützen verfahrbaren Schlitten in unterschiedlichen Bahnen und kann für vielgestaltige Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere für

– die Bearbeitung von zwei Werkstücken oder von zwei Seiten eines Werkstücks;
– die Positionierung eines im Raum beweglichen Querträgers für einen Bearbeitungskopf, der eine Bearbeitung in einer im Raum schwenkbaren W-Achse erlaubt;
– die Anbringung eines Nietungs-C im Raum.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht einer bekannten Maschine in Brückenkonstruktion;
2 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Maschine mit Brücke;
3 eine schematische Draufsicht der Maschine nach 2;
4 eine Vorderansicht einer anderen erfindungsgemäßen Maschinenausführung mit einem im Raum beweglichen Querträger der einen Bearbeitungskopf trägt;
5 die Maschine nach 4 in schematischer Draufsicht;
6 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Maschinenausführung mit einem im Raum bewegbaren Nietungs-C;
7 eine schematische Draufsicht der Maschine nach 6.
Die in 1 dargestellte Maschine mit einer Brücke 1 herkömmlicher Bauart weist zwei Stützen 2, 3 auf, die auf einem Unterbau 4 abgestützt sind, und zwar mittels Gleitschienen 5, 6, die parallel zu einer horizontalen X-Koordinatenachse verlaufen. Die beiden Stützen 2, 3 sind durch eine einstückige Traverse 7 starr miteinander verbunden. Die Traverse 7 kann gegenüber den Stützen 2, 3 entweder fest oder vertikal beweglich sein. An jeder Stütze 2, 3 und an der Traverse 7 sind Schlitten 8a, 8b, 8c in einer zur X-Koordinatenachse quer verlaufenden Y-Koordinatenachse verfahrbar montiert. Die Schlitten 8a, 8b und 8c tragen jeweils Bearbeitungsköpfe 9a, 9b und 9c, die in einer zu den X- und Y-Koordinatenachsen senkrechten Z-Koordinatenachse verfahrbar sind und Werkzeuge tragen.
Zum Verfahren der Brücke 2 sind zwei kinematische Ketten bzw. Antriebszüge X₁ und X₂ vorgesehen, für deren Synchronlauf eine numerische Steuerung sorgt, die auch das Verfahren der Schlitten 8a, 8b, 8c und der Bearbeitungsköpfe 9a, 9b, 9c zur Durchführung der Bearbeitungsvorgänge an einem auf einem Tisch montierten Werkstück steuert.
Die 2, 3 zeigen eine erfindungsgemäße Maschine mit einer Brücke 10, die sich funktional von der bekannten Maschine dadurch unterscheidet, daß die beiden Stützen 2 und 3 unabhängig voneinander im Rahmen einer gegebenen Höchststrecke Δ in Richtung der horizontalen X-Koordinatenachse bewegt werden können.
Diese Maschine mit Brücke 10 weist ebenfalls zwei Stützen 2 und 3 auf, deren Unterseiten auf einem Unterbau 4 abgestützt sind, und zwar mittels parallel zur horizontalen X-Koordinatenachse verlaufenden Gleitschienen 5, 6, wobei die beiden Stützen 2, 3 durch eine Traverse 7 verbunden sind. Diese Traverse 7 besteht aus zwei Traversenelementen 7a, 7b, die jeweils mit den Stützen 2 und 3 fest verbunden sind und deren einander gegenüberliegende Seiten 11a, 11b, die auf einer vertikalen parallel zur X-Koordinatenachse verlaufenden Teilungsebene liegen, mit Vorrichtungen ausgestattet sind, und zwar in Form von zur X-Koordinatenachse parallelen Gleitschienen, die eine knappe und sehr starre Führung zwischen den beiden Traversenelementen 7a, 7b gewährleisten und die Starrheit der Brücke bei den Bewegungen der beiden Stützen 2 und 3 gegeneinander in der X-Koordinatenachse aufrechterhalten.
Die Stütze 2 wird in Richtung der X-Koordinatenachse durch einen kinematischen Antriebszug X₁ bewegt, der von der numerischen Steuerung gesteuert wird. Die Stütze 3 wird unabhängig von der Stütze 2 von einemkinematischen Antriebszug X₂ bewegt, der ebenfalls von der numerischen Steuerung gesteuert wird.
Die Bewegung des Traversenelementes 7a gegenüber dem Traversenelement 7b kann von einem zusätzlichen kinematischen Antriebszug X₃ unterstützt werden, der von der numerischen Steuerung gesteuert wird, mit der Bedingung X₁ + X₃ = X₂, wodurch die Arbeitspräzision verbessert werden kann.
Die zulässige Höchststrecke Δ zwischen den Bewegungen der beiden Stützen 2, 3 in der X-Koordinatenachse ist abhängig von der Länge der Führungsvorrichtungen zwischen den Traversenelementen 7a, 7b und höchstens gleich der doppelten Breite der Traversenelemente 7a, 7b in der Teilungsebene. Vorzugsweise ist diese Strecke Δ höchstens gleich der Breite der Traversenelemente 7a, 7b, damit diese Elemente auf mindestens der Hälfte ihrer einander gegenüberliegenden Vorderflächen aneinanderliegen.
Die erfindungsgemäße Maschine mit zweigeteilter Brücke 10 und gegeneinander beweglichen Stützen 2, 3 kann vielfältig angewandt werden.
Insbesondere ermöglicht die Maschine die Bearbeitung zweier unterschiedlicher Werkstücke oder verschiedener Seiten eines Werkstücks. Für diese Fälle sind die Bearbeitungsköpfe 9a, 9b, die von den Schlitten 8a, 8b bewegbar geführt werden, welche an den Stützen 2 und 3 verfahren können, mit Werkzeugen zum Fräsen, Bohren oder Ausbohren bestückt.
Die 4 und 5 zeigen eine Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Brücke 10 zur Positionierung eines beweglichen Querträgers 12 im Raum, der einen Bearbeitungskopf 14 zur Bearbeitung in einer im Raum schwenkbaren W-Achse trägt. Jeder Schlitten 8a, 8b ist mit einer Hülse 9a, 9b versehen, die eine Kupplung 13a, 13b mit doppeltem Drehbolzen zur Halterung des beweglichen Querträgers 12 aufweist. Der Querträger 12 kann in fünf Achsen ausgerichtet werden: Der X-Koordinatenachse durch Verfahren der Brücke 10, der Y-Koordinatenachse durch vertikales Verfahren der Schlitten 8a, 8b, der Z-Koordinatenachse durch Querneigen der Hülsen 9a, 9b, einer Drehachse A auf einer vertikalen Ebene um eine horizontale, zur X-Koordinatenachse quer verlaufende Achse durch Verfahren der Schlitten 8a, 8b gegeneinander, und einer Drehachse B um eine vertikale Achse durch Bewegen der Stützen 2 und 3 der Brücke gegeneinander. Wenn der bewegliche Querträger 12 den Bearbeitungskopf mittels eines Winkelteils 15 trägt, können Bohrarbeiten vorgenommen werden, und das bei Benutzung nur einer Bewegungsachse W.
Die 6 und 7 zeigen eine Verwendung der erfindungsgemäßen Brücke 10 zur Anbringung eines Nietungs-C 16 im Raum. Wie bei der Anordnung des beweglichen Querträgers 12 ist das Nietungs-C 16 mit den Hülsen 9a, 9b der Schlitten 8a, 8b durch Kupplungen 13a, 13b mit doppeltem Drehbolzen verbunden. Auf diese Weise kann das C im Raum positioniert werden und es können jegliche Bohr-, Senk-, Schraub- oder Nietarbeiten mit großer Genauigkeit an einem Werkstück vorgenommen werden, das fest in einer starren Verbindung unter der Brücke gehalten wird.

Claims

Programmgesteuerte Maschine zur mehrachsigen Werkstückbearbeitung mit – einer einen Arbeitsraum mit einer Werkstückaufnahme (4a) überspannenden Brücke (1), deren beide Stützen (2, 3) jeweils mittels kinematischer Antriebszüge X₁, X₂ auf ortsfesten parallelen Führungsschienen (5, 6) in der X-Koordinatenachse verfahrbar und durch eine Traverse (7) miteinander verbunden sind, – wobei die Brücke (1) an jeder Stütze (2, 3) in den Y- und Z-Koordinatenachsen verfahrbare Bearbeitungsköpfe (9a, 9b) tragen kann, dadurch gekennzeichnet, daß – die Traverse (7) aus zwei Traversenelementen (7a, 7b) besteht, die jeweils von den zugehörigen Stützen (2, 3) getragen werden, und – die beiden Stützen (2, 3) im Rahmen einer gegebenen Höchststrecke Δ gegeneinander verfahrbar sind und ihre voneinander unabhängigen kinematischen Antriebszüge X₁, X₂ von der numerischen Steuerung im Rahmen der Höchststrecke Δ gesteuert werden.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher kinematischer Antriebszug X₃ zwischen den beiden Traversenelementen (7a, 7b) vorgesehen ist, der von der numerischen Steuerung mit der Bedingung X₁ + X₃ = X₂ gesteuert wird.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Traversenelemente (7a, 7b) mit ihren gegenüberliegenden in Richtung der X-Koordinatenachse verlaufenden Seiten (11a, 11b) aneinander geführt sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen im Raum beweglichen Querträger (12), der einen Bearbeitungskopf (14) trägt und mit seinen Enden über je eine Gelenklagerung (13a, 13b) jeweils mit einer an einer Stütze (2, 3) verfahrbaren Schlittenanordnung (8a, 9a; 8b, 9b) verbunden ist.