DE19802372C2 - Maschinengestell für eine Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinengestell für eine Werkzeugmaschine nach dem Ober­ begriff des Anspruches 1, sowie eine Werkzeugmaschine mit einem derartigen Maschi­ nengestell.

Bei derartigen Werkzeugmaschinen, beispielsweise Umformmaschinen oder auch Ma­ schinen zur spanenden Bearbeitung sowie Kombinationen hiervon, treten große Axial­ kräfte bei gleichzeitig großen Verschiebewegen auf. Beispielhaft wird hierfür das Boh­ rungsdrücken genannt.

Ein Verfahren für das Bohrungsdrücken ist aus der DE 36 41 695 C2 bekannt. Dabei wird aus einem in einer umlaufenden Aufnahme eingespannten Halbzeug unter Verwen­ dung eines Formstempels, der gegen die Stirnfläche des Halbzeuges drückt, und mehre­ rer am Umfang des umlaufenden Halbzeuges angreifende Drückrollen ein Hohlkörper geformt. Dieses Fertigungsverfahren kommt bei der Herstellung eines vergleichbaren Hohlkörpers mit deutlich geringeren Umformkräften aus als ein entsprechender Ferti­ gungsprozeß unter Verwendung des Fließpreßverfahrens. Ursache hierfür ist das örtli­ che Fortschreiten der Umformzone beim Bohrungsdrücken, so daß im Gegensatz zum Fließpressen jeweils nur ein Teilbereich der Ausgangsform in dem zur Umformung not­ wendigen Spannungszustand versetzt werden muß.

Praktische Versuche haben allerdings gezeigt, daß das Bohrungsdrücken sehr empfind­ lich gegen Störungseinflüsse, beispielsweise ein unpräzises Führen des Formstempels oder der Drückrollen, reagiert. Bereits geringste Abweichungen führen zu Ausschußtei­ len, bei denen der Formstempel in dem entstehenden Hohlraum verläuft und im Extrem­ fall bei entsprechender Drücktiefe seitlich aus dem Werkstück heraustreten kann. Die dabei auftretenden Biegebelastungen können zudem zum Bruch des Formstempels füh­ ren.

Aus US-A-5,354,158 ist ein einteiliges Maschinengestell für eine Hexapod-Anordnung mit einer Antriebsspindel zur spanenden Bearbeitung offenbart, das aus zwei sich ent­ gegenüberliegend angeordnete Platten besteht, die mit sechs angetriebenen, in ihrer Längsachse verstellbaren Armen verbunden sind. Hierbei ist eine Platte zur Aufnahme der Spindel und die andere zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstückes vorgese­ hen.

DE 195 31 578 A1 zeigt eine Montagemaschine, die als Längstransfer-System ausgebil­ det ist. Hierbei befinden sich die Werkstücke auf Werkstückträgern eines Förderbandes oberhalb eines Rahmens, der wiederum auf einem Grundgestell ruht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Maschinengestell für eine Werk­ zeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Bearbeitungsge­ nauigkeit und gute Zugänglichkeit gewährleistet, insbesondere für Werkzeugmaschine bei denen bei großen Verschiebewegen entlang einer definierten Hauptachse hohe Axi­ alkräfte auftreten.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Werkzeugmaschine an­ zugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Maschinengestelles der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Maschinengestell einen Grundrahmen zur Aufnahme einer Antriebsspindel zum Drehen eines Werkstückes aufweist, an den kon­ zentrisch zu der Hauptachse ein außenliegendes Kraftanlenkungsteil über Streben an­ gekoppelt ist, zur Aufnahme einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Axialkraft auf das Werkstück, wobei die Streben zur Ankopplung des Kraftanlenkungsteils symmetrisch um die Hauptachse angeordnet und in Richtung auf das Kraftanlenkungsteil aufeinander zulaufen.

Hinsichtlich einer Werkzeugmaschine wird die vorgenannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 12 gelöst.

Hierdurch läßt sich ein streng symmetrischer und biegesteifer Aufbau des gesamten Ma­ schinengestells realisieren, der gegen außermittige Belastungen unempfindlich ist und damit auch für gegen Lageabweichungen empfindliche Fertigungsverfahren wie das Bohrungsdrücken geeignet ist. Durch den strebenartigen Aufbau ergibt sich zudem trotz hoher Steifigkeit eine gute Zugänglichkeit zu dem Arbeitsraum innerhalb des Maschi­ nengestells, so daß die Handhabung von Werkstücken, beispielsweise durch einen Be­ diener unmittelbar oder mit Hilfe eines Krans oder Portalroboters durch die zwischen den Streben verbleibenden Freiräume erfolgen kann. Zudem erlaubt dieser Aufbau auch das einfache Anbringen von Entsorgungsvorrichtungen, beispielsweise für Späne, sofern eine spanende Bearbeitungseinheit innerhalb des Maschinengestells eingebaut wird.

Insbesondere bei Verwendung des Maschinengestells für eine Werkzeugmaschine zum Bohrungsdrücken lassen sich die Einzelkomponenten des Maschinengestells so gestal­ ten, daß eine Spindelachse, um die das zu bearbeitende Werkstück gedreht wird, sowie eine Rollenschlittenachse und eine Stempelachse auch bei Auftreten großer axialer Be­ arbeitungskräfte genau fluchten. Die mit den axialen Kräften unvermeidlich auftretenden elastischen Verformungen führen aufgrund des streng symmetrischen, biegesteifen Auf­ baus nicht zu Achsversatz oder Winkelabweichungen, so daß sich eine hohe Bearbei­ tungsgenauigkeit der zu fertigenden Werkstücke erhalten läßt.

Des weiteren ergeben sich durch die Ausgestaltung einer insbesondere für das Boh­ rungsdrücken besonders raumökonomischen Gestellstruktur und ein besonders kompak­ tes Maschinengestell, dessen Grundrahmen der Aufnahme einer Antriebsspindel zum Drehen des Werkstückes sowie von Rollschlitten mit Drückrollen dient, während eine Vorrichtung zur Aufbringung einer Axialkraft auf einen Formstempel zwischen den zu dem Kraftanlenkungsteil führenden Streben angeordnet werden kann.

Vorzugsweise wird zur Erzielung einer besonders gleichmäßigen Krafteinleitung bei gleichzeitig optimaler Zugänglichkeit das Kraftanlenkungsteil über drei Streben angekop­ pelt, die in symmetrischer Anordnung unter 120° um die Hauptachse angeordnet sind.

Zur Schaffung eines weiträumigen, gut zugänglichen Arbeitsbereiches weist der Grund­ rahmen vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Hauptachse verlaufende Streben auf, die zwischen zwei Trägerplatten eingegliedert sind. Die Trägerplatten dienen dabei der Festlegung der Streben zueinander. Über die Zwischenräume zwischen den Streben kann ein Bediener das Werkstück bzw. die Hauptachse bequem erreichen sowie den Bearbeitungsprozeß einfach beobachten. Im Fall der Integration einer spanenden Bear­ beitungseinheit gewährleistet die Einfachheit der Struktur des Grundrahmens eine gute Abfuhr der bei einer spanenden Bearbeitung anfallenden Späne. Auch die Beschickung des Arbeitsraumes mit Werkstücken bzw. entsprechenden Rohlingen kann so in einfa­ cher Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Krans oder eines Portalroboters, erfolgen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zur Eliminierung einer aus der Aufbringung einer Hauptachsenkraft resultierenden Lageabweichung bezüglich der Hauptachse die Trägerplatten verrippt. Die Verrippung erfolgt dabei in einer Weise, daß die mit einer Belastung unvermeidlich einhergehenden Verformungen bezüglich der Hauptachse vergleichmäßigt werden, so daß das Maschinengestell auch im verformten Zustand konzentrisch zur Hauptachse bleibt und damit die an diesem angebrachten Funktionsbaugruppen wie Stempelschlitten, Rollenschlitten und Bearbeitungseinheiten stets genau konzentrisch und exakt mittig ausgerichtet bleiben.

Weitere vorteilhafte Fortbildungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Maschinengestells,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Maschinengestells von Fig. 1 in Richtung Y.

Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Maschinengestell für eine Werkzeugmaschine zum Bohrungsdrücken, in die zusätzlich eine spanende Bearbeitungseinheit integrierbar ist. Zur besseren Veranschaulichung des Maschinengestells sind die an diesem anbringba­ ren Funktionsbaugruppen in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt. Im Fall der ge­ nannten Kombination von Umformmaschine und spanender Werkzeugmaschine handelt es sich bei den nicht dargestellten Baugruppen um eine Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Umformkraft, beispielsweise einem Hydraulikzylinder, um einen Stempelschlitten zur Aufnahme eines Formstempels zum Drücken gegen den Werkstückrohling mittels der Axialkrafterzeugungseinrichtung sowie weiterhin um einen Rollenschlitten mit drei um 120° zueinander versetzt angeordneten Drückrollen, die durch drei Radialschlitten positioniert werden können. Weiterhin nicht gezeigt sind eine Werkstückspindel mit ei­ nem Hauptantrieb zum Drehen des Werkstückes um die Hauptachse des Maschinenge­ stells sowie eine spanende Bearbeitungseinheit zum Drehen und/oder Bohren und/oder Fräsen sowie eine Vorrichtung zum Abführen der angefallenen Späne.

Das dargestellte Maschinengestell weist eine Hauptachse A auf, die mit der Achse der Werkstückspindel zusammenfällt. Dieses Maschinengestell weist einen Grundrahmen auf, der einen Bearbeitungsraum im wesentlichen umgibt. Ein Abschnitt dieses Grund­ rahmens wird durch zwei senkrecht zu der Hauptachse A angeordnete Trägerplatten 4, 6 sowie dazwischen eingegliederte Streben 5 gebildet. An der Trägerplatte 4 ist in Axial­ richtung ein Kraftaufnahmeteil 1 über Ankopplungsstreben 2 angebracht. Die in Axialrich­ tung gegenüberliegende Trägerplatte 6 ist über Zugstangen 7 an einer Basis 8 des Grundrahmens angekoppelt. An letzterer ist die Werkstückspindel einschließlich ihres Hauptantriebes anbringbar, während die Vorrichtung zur Erzeugung einer Axialkraft an dem Kraftanlenkungsteil 1 anbringbar ist. Bei Aufbringung einer Umformkraft durch die genannte Axialkrafterzeugungsvorrichtung läuft der Kraftfluß über das Kraftanlenkungs­ teil 1, die Ankopplungsstreben 2, die Trägerplatte 4, die Grundrahmenstreben 5, die Trä­ gerplatte 6, sowie die Zugstangen 7 in die Basis 8.

Sämtliche im Kraftfluß liegenden Gestellteile sind im Hinblick auf eine sehr hohe Steifig­ keit optimiert.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Streben sämtlicher Strebengruppen, d. h. der Ankopplungsstreben 2, der Grundrahmenstreben 5 und der Zugstangen 7 je­ weils dreifach vorgesehen und unter einem Winkel von 120° symmetrisch um die Haupt­ achse A angeordnet. Möglich sind auch Symmetrien mit einer höheren Strebenzahl. Je­ doch verschlechtert sich dann die Zugänglichkeit des Bearbeitungsraumes.

Zur optimalen Leitung des Kraftflusses werden die Ankopplungsstreben 2 jeweils an den entsprechenden Anlenkungspunkten 3 der Grundrahmenstreben 5 an der kraftanlen­ kungsteilseitigen Trägerplatte 4 eingeleitet. In gleicher Weise sind die Zugstangen 7 und die Grundrahmenstreben mit der kraftanlenkungsteilabseitigen Trägerplatte 6 verbunden. Durch diese Anordnung der Streben in Richtung der Ableitung der Hauptachsenkräfte ergibt sich eine optimale Steifigkeit bei geringster Raumbeanspruchung.

Das Kraftanlenkungsteil 1 ist in Form eines dreieckigen, prismatischen Körpers ausge­ bildet, von dessen Ecken sich jeweils eine Ankopplungsstrebe 2 unter einem flachen Winkel von 5 bis 15° zu der Hauptachse A geneigt in Richtung des Grundrahmens er­ streckt, so daß sich insgesamt die Struktur eines länglichen, von dem Grundrahmen her­ vortragenden Dreibeins ergibt, das in seinem Aufbau streng symmetrisch zu der Haupt­ achse A ist.

Die Grundrahmenstreben 5 hingegen verlaufen parallel zu der Hauptachse A und weisen ein sechseckiges Querschnitthohlprofil auf.

Zur Lagerung und Führung der nicht dargestellten Funktionsbaugruppen, Stempelschlit­ ten, Rollenschlitten und Bearbeitungseinheit an dem Grundrahmen, insbesondere an den Grundrahmenstreben 5, sind vorgespannte Wälzführungen 9 vorgesehen, die ein spielfreies Gleiten der betreffenden beweglichen Teile ermöglichen. Der Stempelschlitten wird vorzugsweise durch einen Hydraulikzylinder angetrieben, während Rollenschlitten und Bearbeitungseinheit durch Wälzschraubtriebe antreibbar sind.

Zur Vermeidung asymmetrischer Verformungen des Grundrahmens, insbesondere im Bereich der Grundrahmenstreben 5, infolge der Wirkung einer Hauptachsenkraft oder auch von außermittig angreifenden Kräften sind die Trägerplatten 4 und 6 derart verrippt, daß Verformungen infolge solcher Kräfte vergleichmäßigt werden und Lageabweichun­ gen der Symmetrieachse des Grundrahmens von der Hauptachse vermieden werden. Eine optimale Anordnung der Grundrahmenstreben 5 läßt sich dann erzielen, wenn die bodenseitig liegende Strebe 5 in einem Winkelbereich der Hauptachse von etwa 10 bis 20° neben der lotrechten liegt. In diesem Fall ergibt sich ein optimaler Zugang des Be­ dieners zu dem Arbeitsraum von vorne, gleichzeitig eine einfache Entsorgung der Späne durch einen Späneförderer nach hinten bzw. unten, sowie ein günstiger Werkstückwech­ sel mittels eines Krans oder Portalroboters von oben.

Claims (12)

1. Maschinengestell für eine Werkzeugmaschine zum Bohrungsdrücken mit einer defi­ nierten Hauptachse (A), das in Richtung zur Ableitung von Hauptachsenkräften durch Streben (2, 5, 7) gebildet wird, die im wesentlichen in Richtung der Hauptachse (A) verlaufen, symmetrisch um die Hauptachse (A) angeordnet und im Hinblick auf eine hohe Steifigkeit optimiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinen­ gestell einen Grundrahmen zur Aufnahme einer Antriebsspindel zum Drehen eines Werkstückes aufweist, an den konzentrisch zu der Hauptachse (A) ein außenliegen­ des Kraftanlenkungsteil (1) über Streben (2) angekoppelt ist, zur Aufnahme einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Axialkraft auf das Werkstück, wobei die Streben (2) zur Ankopplung des Kraftanlenkungsteils symmetrisch um die Hauptachse (A) angeordnet und in Richtung auf das Kraftanlenkungsteil (1) aufeinander zulaufen.

2. Maschinengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (2) zur Ankopplung des Kraftanlenkungsteils (1) an einem axialen Ende des Grundrah­ mens angebracht sind und von diesem Ende zu dem Kraftanlenkungsteil (1) hin länglich auskragen.

3. Maschinengestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftanlenkungsteil (1) über drei Streben (2) angekoppelt ist, die in symmetrischer Anordnung unter 120° um die Hauptachse (A) angeordnet sind.

4. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (2) zur Ankopplung des Kraftanlenkungsteils (1) leicht gegenüber der Hauptachse geneigt sind, vorzugsweise in einem Winkelbereich von 5 bis 15°.

5. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Kraftanlenkungsteil (1) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Axialkraft in Richtung der Hauptachse ankoppelbar ist.

6. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell einen Grundrahmen aufweist, der im wesentlichen parallel zur Hauptachse (A) verlaufende Streben (5) aufweist, die zwischen zwei Trägerplatten (4, 6) eingegliedert sind.

7. Maschinengestell nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder An­ kopplungsstrebe (2) eine Grundrahmenstrebe (5) vorgesehen ist, wobei jeweils eine Ankopplungsstrebe (2) und die zugehörige Grundrahmenstrebe (5) an gleicher Stelle an der kraftanlenkungsteilseitigen Trägerplatte (4) angekoppelt sind.

8. Maschinengestell nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundrahmenstreben (5) ein sechseckiges Querschnittshohlprofil aufweisen.

9. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftanlenkungsteilabseitige Trägerplatte (6) über Zugstangen (7) an einer Basis des Grundrahmens angekoppelt ist.

10. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Grundrahmenstreben (5) Führungen zur Aufnahme von Funktionsbau­ gruppen wie Stempelschlitten, Rollenschlitten oder Bearbeitungseinheiten vorgese­ hen sind.

11. Maschinengestell nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (4, 6) zur Eliminierung von Lageabweichungen bezüglich der Hauptachse (A) infolge einer Hauptachsenkraft verrippt sind.

12. Werkzeugmaschine, insbesondere zur umformtechnischen Bearbeitung und/oder spanenden Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Maschinengestell nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.