DE19825523A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinengestell mit einem Oberteil (1, 11, 21) und einem Unterteil (8, 18, 28), einer an dem Maschinengestell (1, 11, 21) angeordneten Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) und einem der Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) zugeordneten Werkstückhalter (5, 15, 25) für ein zu bearbeitendes Werkstück, der am Maschinengestell (1, 11, 21) in zumindest einer Achsrichtung längs des Maschinengestells (1, 11, 21) hin- und herbeweglich angebracht ist, insbesondere Spindeleinheit, wobei zur Verringerung des Platzbedarfs und der Herstellungskosten der Werkzeugmaschine sowie zur Erhöhung der Maßhaltigkeit das Oberteil des Maschinengestells als Monoblock (1, 11, 21) ausgebildet ist, welcher eine erste und eine zweite Außenwand (2, 3; 12, 13; 22, 23) umfaßt, die unter einem Winkel von 90 DEG zueinander verlaufen, und daß der Werkstückhalter (5, 15, 25) am Monoblock (1, 11, 21) längs der ersten Wand (2, 12, 22) und die Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) längs der zweiten Wand (3, 13, 23) derart hin- und herbeweglich angebracht sind, daß das von dem Werkstückhalter (5, 15, 25) gehaltene Werkstück und die Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) zur Bearbeitung des Werkstücks miteinander in Eingriff bringbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinengestell mit einem Oberteil und ei­ nem Unterteil, einer an dem Maschinengestell angeordneten Bearbei­ tungseinheit und einem der Bearbeitungseinheit zugeordneten Werk­ stückhalter für ein zu bearbeitendes Werkstück, der am Maschinengestell in zumindest einer Achsrichtung längs des Maschinengestells hin und her beweglich angebracht ist, insbesondere Spindeleinheit.

Derartige Werkzeugmaschinen sind in unterschiedlichen Versionen, bei­ spielsweise als vertikale Drehbearbeitungsmaschinen für Futterteile be­ kannt. Der Werkstückhalter ist hierbei als Spindeleinheit mit vertikaler Drehachse ausgebildet. Die Spindeleinheit ist horizontal und vertikal hin und her beweglich am Maschinengestell angeordnet, um den für die Bear­ beitung des Werkstücks erforderlichen Vorschub zu ermöglichen.

Diese bekannten Werkzeugmaschinen weisen einen erheblichen Platzbe­ darf auf. Außerdem können sie in der Regel zwar mit einander verkettet werden; der Platzbedarf steigt dabei aber noch zusätzlich dadurch, daß die Maschinen nur mit einem erheblichen Abstand voneinander aufgestellt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß deren Platzbedarf verrin­ gert ist. Dabei soll eine kostengünstige Herstellung mit hoher Fertigungs­ genauigkeit verwirklicht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Oberteil des Maschinenge­ stells als Monoblock ausgebildet ist, weicher eine erste und eine zweite Außenwand umfaßt, die unter einem Winkel von 90° zueinander verlau­ fen, und daß der Werkstückhalter am Monoblock längs der ersten Wand und die Bearbeitungseinheit längs der zweiten Wand derart hin und her beweglich angebracht sind, daß das von dem Werkstückhalter gehaltene Werkstück und die Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung des Werkstücks miteinander in Eingriff bringbar sind.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, anstelle einer Beweglichkeit der Spindeleinheit in zwei Achsrichtungen die Spindeleinheit nur in einer Achsrichtung hin und her beweglich auszugestalten und statt dessen die Bearbeitungseinheit in der zweiten Achsrichtung hin- und herbeweglich am Oberteil des Maschinengestells anzuordnen. Durch diese Konstruktion ist eine sehr platzsparende Bauweise der Werkzeugmaschine möglich.

Durch die Ausbildung des Oberteils des Maschinengestells als Monoblock wird zudem eine kostengünstige Herstellung bei hoher Fertigungsgenauig­ keit erreicht. An zwei Seiten des bevorzugt aus Mineralguß hergestellten Monoblocks können mit hoher Maßgenauigkeit Planflächen für die hin und her bewegliche Führung der Bearbeitungseinheit und des Werk­ stückhalters erzeugt werden. Auf diesen Planflächen können dann Füh­ rungsschienen für die Bearbeitungseinheit und den Werkstückhalter an­ gebracht werden, längs welcher beide derart gegeneinander beweglich sind, daß die Bearbeitungseinheit und das Werkstück zur Bearbeitung miteinander in Eingriff gebracht werden können. Die beiden Seiten kön­ nen dabei entweder unmittelbar aneinander anschließen oder es können zwischen diesen Absätze oder Ausnehmungen vorgesehen sein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstückhalter an der Vorderwand des Monoblocks längs einer vertikalen Achse (Z-Achse) und die Bearbeitungseinheit an der unteren Wand des Monoblocks längs einer horizontalen Achse (X-Achse) beweglich. Eine derartige Anordnung ist ins­ besondere zur Drehbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung einer Spindeleinheit vorteilhaft. Insbesondere können hiermit Futterteile in her­ kömmlicher Weise drehbearbeitet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstückhalter an der Vorderwand des Monoblocks längs einer ersten horizontalen Achse (Z-Achse) und die Bearbeitungseinheit an einer Seitenwand des Mono­ blocks längs einer zweiten horizontalen Achse (X-Achse) beweglich. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei Auslegung der Bearbeitungseinheit als Wälzfräseinheit aber auch als Drehbearbeitungseinheit vorteilhaft. Die Vorderseite der Maschine wird dadurch von der platzaufwendigen Wälz­ fräseinheit freigehalten, die ihrerseits an der Seite der Werkzeugmaschine ausreichend Platz hat, um alle nötigen Bewegungen optimal ausführen zu können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Unterteil des Maschinengestells als separates Untergestell ausgebildet. Das ebenfalls bevorzugt aus Mineralguß gefertigte Untergestell ermöglicht eine Aufstel­ lung der Werkzeugmaschine ohne Fundament.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Werkstückhal­ ter und/oder die Bearbeitungseinheit thermosymmetrisch am Monoblock angeordnet. Die beiden Einheiten sind insbesondere mittig an dem sym­ metrisch ausgebildeten Monoblock vorgesehen. Ein Einfluß der Wärme­ ausdehnung auf die Achsstellung zueinander kann dadurch vermindert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Dar­ stellung,

Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten als Drehbearbeitungsmaschi­ ne ausgebildeten Variante der erfindungsgemäßen Werkzeug­ maschine,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine von Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer zweiten als Drehbearbeitungsma­ schine ausgebildeten Variante der erfindungsgemäßen Werk­ zeugmaschine,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Oberseite der Werkzeugmaschine von Fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer dritten als Wälzfräsmaschine ausge­ bildeten Variante der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine und

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Oberseite der Werkzeugmaschine von Fig. 5.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Werkzeugmaschine umfaßt ein als Monoblock 1 ausgebildetes, quaderförmiges Oberteil eines Maschinenge­ stells mit einer vertikal verlaufenden Vorderwand 2 und einer horizontal verlaufenden unteren Wand 3. An der Vorderwand 2 des Monoblocks 1 sind vertikale Schienen 4 angeordnet, auf welchen eine Spindeleinheit 5 mit vertikaler Spindelachse I verschiebbar geführt ist. Die Spindeleinheit 5 ist dadurch in Z-Richtung hin und her verschiebbar.

An der unteren Wand 3 des Monoblocks 1 sind ebenfalls Schienen 6 ange­ ordnet, die unter einem rechten Winkel zu den Schienen 4 an der Vorder­ wand 2 des Monoblocks 1 und mit diesen fluchtend verlaufen. Auf den Schienen 6 ist ein Werkzeugrevolver 7 verschiebbar geführt, der dadurch in X-Richtung hin und her beweglich ist. Der Werkzeugrevolver 7 ist um eine Achse II drehbar, um ein Werkzeug zur Bearbeitung auszuwählen. Ein in der Spindeleinheit 5 gehaltenes Werkstück kann so mit einem Werkzeug des Werkzeugrevolvers 7 zur Drehbearbeitung in Eingriff ge­ bracht werden.

Der Monoblock 1 wird von einem Untergestell 8 abgestützt, welches als separates Bauteil und wie der Monoblock 1 bevorzugt aus Mineralguß hergestellt ist. Das Untergestell 8 weist zwei schräge Seitenwände 9 zur Späneführung auf und kann an der Rückseite mit einem Durchbruch ver­ sehen sein, durch welchen die so gesammelten Späne mittels einer Trans­ portvorrichtung abführbar sind.

Die Spindeleinheit 5 umfaßt eine Aufnahme 10 für ein zu bearbeitendes Werkstück. Durch Verschieben der Spindeleinheit 5 wird ein eingesetztes Werkstück mit einem gewünschten Werkzeug des Werkzeugrevolvers 7 in Eingriff gebracht und durch Rotation der Spindeleinheit 5 um die Spindel­ achse 1 drehbearbeitet. Der nötige Vorschub des Werkstückes wird einer­ seits durch Verfahren der Spindeleinheit 5 in Z-Richtung und andererseits durch Verfahren des Werkzeugrevolvers 7 in X-Richtung bewerkstelligt. Damit können alle üblichen Drehbearbeitungen von Futterteilen ausge­ führt werden.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Werkzeugmaschine umfaßt ebenfalls ein als Monoblock 11 ausgebildetes, quaderförmiges Oberteil eines Ma­ schinengestells mit einer vertikalen Vorderwand 12. Eine weitere vertikale Wand 13 bildet eine Seitenwand des Monoblocks 11, verläuft also senk­ recht zur Vorderwand 12. An der Vorderwand 12 des Monoblocks 11 sind horizontal verlaufende Schienen 14 vorgesehen, auf welchen eine Spin­ deleinheit 15 mit horizontaler Spindelachse III verschiebbar geführt ist. Die Z-Achse der Spindeleinheit 15 verläuft hier also horizontal. An der Seitenwand 13 des Monoblocks 11 sind ebenfalls horizontal verlaufende Schienen 16 angeordnet, auf welchen nun der Werkzeugrevolver 17 ver­ schiebbar geführt ist. Der Werkzeugrevolver 17 ist dadurch in X-Richtung hin und her beweglich. Die Schienen 14 und die Schienen 16 sind mitein­ ander fluchtend angeordnet, so daß ein von der Spindeleinheit 15 gehal­ tenes Werkstück mit dem Werkzeugrevolver 17 zur Bearbeitung in Eingriff bringbar ist. Der Monoblock 11 ist auch hier auf einem Untergestell 18 angeordnet, welches ebenso wie der Monoblock 11 bevorzugt aus Mineral­ guß hergestellt ist. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Werkzeugmaschine kann für dieselben Drehbearbeitungen eingesetzt werden wie die zuvor be­ schriebene Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 und 2.

Auch die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Werkzeugmaschine umfaßt ein Maschinengestell mit einem als Monoblock 21 ausgebildeten, quader­ förmigen Oberteil, welches eine vertikale Vorderwand 22 und eine hierzu senkrechte vertikale Seitenwand 13 aufweist. An der Vorderwand 22 des Monoblocks 21 sind wie zuvor horizontal verlaufende Schienen 24 vorge­ sehen, auf welchen eine Spindeleinheit 25 mit horizontaler Spindelachse III verschiebbar geführt ist. Die Z-Achse der Spindeleinheit 25 verläuft al­ so auch hier horizontal.

An der Seitenwand 23 des Monoblocks 21 ist nun aber eine Wälzfräsein­ heit 27 auf horizontal verlaufenden Schienen 26 verschiebbar geführt. Die Wälzfräseinheit ist dadurch in X-Richtung hin- und herbeweglich. Die Schienen 24 und die Schienen 26 sind miteinander fluchtend angeordnet, so daß ein von der Spindeleinheit 25 gehaltenes Werkstück mit der Wälz­ fräseinheit 27 zur Bearbeitung in Eingriff bringbar ist. Die Wälzfräseinheit 27 weist die üblichen Einstellmöglichkeiten und Achsen IV, V und VI auf. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Werkzeugmaschine kann also zum Wälzfräsen von Zahnrädern oder zum Schlagwälzfräsen von konischen Verzahnungen eingesetzt werden.

Der Monoblock 21 ist wiederum auf einem Untergestell 28 angeordnet, welches ebenso wie der Monoblock 21 bevorzugt aus Mineralguß herge­ stellt ist. Seitlich des Untergestells 28 und unterhalb der Wälzfräseinheit 27 ist eine Einrichtung 22 zum Sammeln und Abtransportieren von Spä­ nen vorgesehen. Die Einrichtung 22 umfaßt Führungswände 23 und ein Förderband 24. Der Abtransport der Späne ist auf diese Weise besonders einfach und günstig.

Die Beladung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinen kann von Hand oder halbautomatisch erfolgen. Hierfür kann ein Dreharm an der Vorderseite des Monoblocks 1 bzw. 11 bzw. 21 vorgesehen sein, welcher um eine vertikale Achse drehbar angeordnet ist. Ein oder beide Enden des Dreharms sind zur Aufnahme jeweils eines Werkstückes ausgebildet und ragen je nach Drehstellung abwechselnd in den Aufnahmebereich der Spindeleinheit 5 bzw. 15 bzw. 25. Ein Arbeiter kann so das jeweils außer­ halb der Werkzeugmaschine befindliche Ende des Dreharms bedienen, in­ dem er ein bearbeitetes Werkstück entnimmt und das nächste zu bear­ beitende Werkstück in den Dreharm einsetzt. Die Verdrehung des Dreharms kann manuell oder automatisch, insbesondere auf Knopfdruck erfolgen.

Wie man sieht, ermöglicht die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine einen sehr guten Zugang zum Aufnahmebereich der Spindeleinheit 5, 15, 25 und damit eine einfache manuelle oder halbautomatische Bestückung. Der Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine ist außerdem sehr gut einseh­ bar. Ebenso erkennt man, daß der Platzbedarf der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine durch den beschriebenen Aufbau sehr gering gehalten werden kann. Insbesondere kann eine Werkzeugmaschine für die Drehbe­ arbeitung von Futterteilen mit einer Grundfläche von ca. 1,2 m × 1,2 m ohne Zusatzaggregate hergestellt werden. Mit Schaltschrank ergibt sich eine Grundfläche von ca. 1,2 m × 1,7 m.

Wie man in den Fig. 3, 4, 5 und 6 sieht, können erforderliche Zusatzag­ gregate wie Schaltschränke 21 an der Rückseite der Werkzeugmaschine angeordnet werden. Ebenso ist aber auch eine seitliche Anordnung mög­ lich. Dies gilt in gleicher Weise für die Variante der Fig. 1 und 2.

Eine seitliche Anordnung der Schaltschränke 21 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zwei erfindungsgemäße Werkzeugmaschinen Seite an Seite als Doppelbearbeitungszentrum angeordnet werden. In diesem Fall werden die Schaltschränke 21 auf den beiden einander abgewandten Sei­ ten der beiden Maschinengestelle 1, 11, 21 angeordnet. Eine Anordnung der Schaltschränke 21 auf der Rückseite des Maschinengestells 1, 11, 21 ist insbesondere bei einer Reihenanordnung mehrerer erfindungsgemäßer Werkzeugmaschinen vorteilhaft. Bei einer solchen Anordnung werden mehrere erfindungsgemäße Werkzeugmaschinen unmittelbar, das heißt Seite an Seite, nebeneinander zur Bildung einer Bearbeitungskette ange­ ordnet.

Zusätzlich zu dem geringen Platzbedarf jeder einzelnen Werkzeugmaschi­ ne wird dadurch der gesamte Platzbedarf der Verarbeitungskette weiter verringert. Jede der nebeneinander angeordneten Maschinen kann von vorne in derselben einfachen Weise bedient werden, wie dies zuvor be­ schrieben wurde. Ebenso sind alle Arbeitsbereiche der nebeneinander an­ geordneten Werkzeugmaschinen gut einsehbar. Damit ergibt sich eine be­ sonders vorteilhafte und kostengünstige Möglichkeit einer Verkettung von Werkzeugmaschinen.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine können auch zusätzliche Bearbeitungseinheiten vorgesehen sein. Bei der in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Variante kann beispielsweise im Bereich einer Seitenwand 9 ein Bohrrevolver vorgesehen sein, welcher seitlich zu der Spindeleinheit 5 und zum Werkzeugrevolver 7 versetzt auf einem Schlitten angeordnet ist, der auf Schienen in X-Richtung verfahrbar ist. Dabei ist der Bohrrevolver auf dem Schlitten in Y-Richtung verfahrbar befestigt und weist eine Bohrer­ drehachse auf.

Mit dem Bohrrevolver können Bohrungen in ein Werkstück eingebracht werden, welches von der Spindeleinheit 5 gehalten wird. Der für die Boh­ rung notwendige Vorschub wird durch Bewegung des Bohrrevolvers ge­ genüber dem Schlitten bewirkt. Durch Verfahren des Schlittens auf den Schienen kann die Position der eingebrachten Bohrung in gewünschter Weise gewählt werden. Alternativ könnte die Spindeleinheit 5 zusätzlich auf horizontalen Schienen in Y-Richtung verfahrbar ausgebildet sein, um einen Eingriff des Bohrrevolvers mit dem Werkstück zu bewirken.

Als Bearbeitungseinheit können außerdem eine Entgrat- oder Anfasma­ schine oder eine Induktivhärtemaschine vorgesehen sein. Auch in anderen Varianten kann die Spindeleinheit 5,15, 25 an der Vorderwand des Mono­ blocks 1, 11, 21 in einer weiteren, zu der ersten Achsrichtung bevorzugt senkrechten Achsrichtung hin und her beweglich sein. Als zusätzliche Einrichtungen können insbesondere auch ein Kühlmittelbehälter, ein Hy­ draulikaggregat sowie ein Kühlaggregat für die Motorspindel vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

1

Monoblock

2

Vorderwand

3

untere Wand

4

Schiene

5

Spindeleinheit

6

Schiene

7

Werkzeugrevolver

8

Untergestell

9

Seitenwand

10

Aufnahme

11

Monoblock

12

Vorderwand

13

Seitenwand

14

Schiene

15

Spindeleinheit

16

Schiene

17

Werkzeugrevolver

18

Untergestell

20

Aufnahme

21

Monoblock

22

Vorderwand

23

Seitenwand

24

Schiene

25

Spindeleinheit

26

Schiene

27

Wälzfräseinheit

28

Untergestell

30

Aufnahme

31

Schaltschrank

32

Spänetransporteinrichtung

33

Führungswand

34

Förderband
I vertikale Spindelachse
II Revolverachse III horizontale Spindelachse
IV Schwenkachse von

27

V Drehachse von

27

VI Shiftachse von

27

X Bewegungsachse
Y Bewegungsachse
Z Bewegungsachse

Claims (7)

1. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Maschinengestell mit einem Oberteil (1, 11, 21) und einem Unterteil (8, 18, 28), einer an dem Maschinengestell (1,11, 21) angeordneten Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) und einem der Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) zugeordneten Werkstückhalter (5, 15, 25) für ein zu be­ arbeitendes Werkstück, der am Maschinengestell (1, 11, 21) in zu­ mindest einer Achsrichtung längs des Maschinengestells (1, 11, 21) hin und her beweglich angebracht ist, insbesondere Spindeleinheit, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil des Maschinengestells als Monoblock (1, 11, 21) ausgebildet ist, welcher eine erste und eine zweite Außenwand (2, 3; 12, 13; 22, 23) umfaßt, die unter einem Winkel von 90° zueinander verlaufen, und daß der Werkstückhalter (5, 15, 25) am Monoblock (1, 11, 21) längs der ersten Wand (2, 12, 22) und die Bearbeitungs­ einheit (7, 17, 27) längs der zweiten Wand (3, 13, 23) derart hin und her beweglich angebracht sind, daß das von dem Werkstückhalter (5, 15, 25) gehaltene Werkstück und die Bearbeitungseinheit (7, 17, 27) zur Bearbeitung des Werkstücks miteinander in Eingriff bring­ bar sind.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Monoblock (1, 11, 21) aus Mineralguß gefertigt ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenwände (2, 3; 12, 13; 22, 23) unmittelbar an­ einander anschließen.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (5) an der Vorderwand (2) des Monoblocks (1) längs einer vertikalen Achse (Z-Achse) und die Bearbeitungsein­ heit (7) an der unteren Wand (3) des Monoblocks (1) längs einer ho­ rizontalen Achse (X-Achse) beweglich ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (15, 25) an der Vorderwand (12, 22) des Monoblocks (11, 21) längs einer horizontalen Achse (Z-Achse) und die Bearbeitungseinheit (17, 27) an einer Seitenwand (13, 23) längs einer zweiten horizontalen Achse (X-Achse) beweglich ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Monoblock (1, 11, 21) auf einem separaten Untergestell (8, 18, 28) angeordnet ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (5, 15, 25) und/oder die Bearbeitungsein­ heit (7, 17, 27) thermosymmetrisch am Monoblock (1, 11, 21) ange­ ordnet sind.