DE19934159A1 - Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinheit (10) mit einem Ständer (14), der in einer ersten Verfahrachse (X) längs eines Tragständers (16) verfahrbar ist und in dem in mindestens einer weiteren Verfahrachse (Y) verfahrbar die Bearbeitungseinheit (10) geführt ist. Dadurch, daß der Ständer (14) in einen ersten und zweiten Teilständer (22, 24) unterteilt ist und daß einer der beiden Teilständer (22) die Bearbeitungseinheit (10) aufnimmt und mit dieser relativ gegenüber dem anderen Teilständer (24) mittels einer Führungseinrichtung (26) verfahrbar ist, steht insbesondere für groß aufbauende Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren ein Maschinenkonzept zur Verfügung, das sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten erlaubt, ohne daß die gewünschte Genauigkeit bei der Bearbeitung beeinträchtigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungsein­ heit mit einem Ständer, der in einer ersten Verfahrachse längs eines Trag­ ständers verfahrbar ist und in dem in mindestens einer weiteren Verfahrach­ se verfahrbar die Bearbeitungseinheit geführt ist.

Die Kunden von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren verlangen zusehends schnell arbeitende Maschinen, mit denen sich sehr rasche Bear­ beitungsabläufe realisieren lassen. Bei Werkzeugmaschinen und Bearbei­ tungszentren mit kleineren Palettengrößen wurde dies auch bereits erreicht und Vorschubgeschwindigkeiten von 60 m/min und mehr stellen mittler­ weile keine Besonderheiten mehr dar, wobei Beschleunigungen von 1 m/sek² durchaus erreichbar sind, ohne daß eine präzise Bearbeitung in Fra­ ge gestellt ist.

Bei größeren Werkzeugmaschinen und mithin bei größeren Bearbeitungs­ zentren war es jedoch bisher nicht möglich, vergleichbar hohe Verfahr- und Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Da die bekannten Maschinen, insbesondere deren Ständer, konstruktiv groß aufbauen, sind beim Verfah­ ren der Bearbeitungseinheit große Massen zu bewegen und entsprechende Massenträgheiten zu überwinden, die einem raschen Bearbeitungsablauf entgegenstehen. Hier sind insbesondere Bearbeitungszentren angesprochen mit Aufspannpaletten zwischen 800 und 1600 mm Größe.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere für groß aufbauende Werkzeugmaschinen und Be­ arbeitungszentren ein Maschinenkonzept zur Verfügung zu stellen, das es gleichfalls erlaubt, sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erreichen, ohne daß die gewünschte Genauigkeit bei der Bearbeitung beeinträchtigt wird. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 der Ständer in einen ersten und zweiten Teilständer unterteilt ist und daß einer der beiden Teilständer die Bearbeitungseinheit aufnimmt und mit dieser relativ gegenüber dem anderen Teilständer mittels einer Führungseinrich­ tung verfahrbar ist, können die bewegten Massen und mithin die Träg­ heitsmomente reduziert werden, indem nämlich bei der Bearbeitung an Ort und Stelle der eine Teilständer auf dem Tragständer verbleibt und nur der andere Teilständer mit der Bearbeitungseinheit die für die Bearbeitung not­ wendige Verfahrbewegung ausübt. Mithin muß nur noch eine geringe Teilmasse des einen Teilständers bewegt werden, was sehr rasch vonstatten gehen kann. Da die Relativbewegung der beiden Teilständer zueinander über eine Führungseinrichtung erfolgt, ist darüber hinaus die gewünschte und vorgebbare Präzision bei der Bearbeitung erreichbar.

Mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, die auch in Gesamtbear­ beitungszentren einsetzbar ist, sind damit ohne weiteres Vorschubge­ schwindigkeiten zwischen 50 bis 60 m/min erreichbar und Beschleunigun­ gen in der Größenordnung von 5 m/sek² stellen kein Problem dar für die gewünschte Präzision der Maschine. Die Bearbeitungseinheit kann dabei auch aus einer auf diesem Gebiet üblichen Pinole bestehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werk­ zeugmaschine nimmt der erste Teilständer als Oberständer ausgebildet die Bearbeitungseinheit auf und der zweite Teilständer ist als Unterständer auf dem Tragständer längs der ersten Verfahrachse geführt. Es besteht ferner die Möglichkeit, die angesprochenen Teilständer in weitere Unterbaueinheiten zu unterteilen oder Teile des Tragständers, längs dessen verfahrbar der Un­ terständer angeordnet ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bildet der Oberständer einen geschlossenen Rahmen aus, in dem die Bearbeitungseinheit in einer zweiten Verfahrachse, die senkrecht auf der ersten Verfahrachse steht, verfahrbar geführt ist, wobei der Unterständer den Oberständer zumindest teilweise seitlich umfaßt. Auf­ grund der geschlossenen Rahmenkonstruktion ist eine sichere Kräfteeinlei­ tung vom Oberständer in den Unterständer und mithin in den Tragständer erreicht, wobei die dahingehende Anordnung auch einer präzisen Bearbei­ tung zugute kommt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine weist der Unterständer am oberen Ende der seitlichen Umfassung dieser als Teil der Führungseinrichtung jeweils Führungsbahnen auf, auf denen der Oberständer mit seinen Führungsflächen zumindest teil­ weise aufliegt. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, daß als Teil der Füh­ rungseinrichtung eine weitere Führungsbahn am Boden des Unterständers vorhanden ist, auf der sich eine weitere Führungsfläche des Oberständers abstützt. Hierdurch ist eine Fahrständerbauweise mit einer Art aufgesetzten Querführung in der Mitte des Unterständers erreicht, so daß eine günstige Krafteinleitung, insbesondere im Hinblick auf auftretende Querkräfte, bei außermittiger Belastung in den Unterständer und mithin in den Tragständer erreicht ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind die Führungsflächen des Oberständers länger, ins­ besondere zweimal so lang wie die Führungsbahnen des Unterständers, wobei in einem Ausgangszustand Führungsbahnen und Führungsflächen in Richtung des Werkzeuges der Bearbeitungseinheit im wesentlichen bündig zueinander abschließen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Ver­ fahrbarkeit von Oberständer zu Unterständer über Anschläge begrenzt ist. Da mithin nur eine Teilführung über den möglichen Zustellverfahrweg ge­ geben ist, sind die Reibungskräfte reduziert und dennoch ist eine sichere Führung des Oberständers und seine Abstützung im Unterständer erreicht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind sowohl der Oberständer als auch der Unterständer zumindest teilweise entlang ihrer Außenwandungen pyramidenartig oder als Pyramidenstumpf ausgebildet, so daß eine günstige Krafteinleitung und ein günstiger Kraftfluß von der Bearbeitungseinheit bis zum Tragständer erreicht ist, was wiederum der Bearbeitungsqualität zugute kommt.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine anhand einer Ausführungsform und in Gegenüberstellung zu einer bekannten Ausfüh­ rungsform näher erläutert.

Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Werkzeugmaschine oder Be­ arbeitungseinheit nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht die erfindungsgemäße Werk­ zeugmaschine bzw. Bearbeitungseinheit;

Fig. 3 und 4 eine Seitenansicht sowie eine stirnseitige Ansicht der Ausfüh­ rungsform nach der Fig. 2.

Die bekannte Werkzeugmaschine weist, ebenso wie die erfindungsgemäße Ausführungsform, eine Bearbeitungseinheit 10 (in Fig. 1 nur teilweise, in Fig. 2 nicht dargestellt) auf, insbesondere in Form einer Pinole 12. Die je­ weilige Werkzeugmaschine mit Bearbeitungseinheit 10 ist mit einem als Ganzes mit 14 bezeichneten Ständer versehen, der in einer ersten Ver­ fahrachse X längs eines Tragständers 16 in der Art eines Grundtisches ent­ lang von zwei Längsführungen 18 in üblicher und daher nicht näher be­ schriebener Weise verfahrbar ist. Die Verfahrachsen sind in Form eines kar­ tesischen Koordinatensystems in den Figuren wiedergegeben, wobei die jeweilige Verfahrmöglichkeit in entgegengesetzter Richtung mit umgekehr­ tem Vorzeichen gleichfalls in kartesischer Form gegeben ist. Der Ständer 14 ist in der Art eines geschlossenen Tragrahmens ausgebildet, wobei inner­ halb des Ständers 14 in einer weiteren Verfahrachse Y verfahrbar die Bear­ beitungseinheit 10 über einen Verfahrschlitten 20 verfahrbar geführt ist. Der besseren Darstellung wegen ist dieser Verfahrschlitten 20 bei der erfin­ dungsgemäßen Ausführungsform nach der Fig. 2 nicht dargestellt. In der Fig. 3 ist der Verfahrschlitten 20 einmal in seiner untersten Verfahrposition und einmal in seiner obersten Verfahrstellung wiedergegeben, wohingegen in der Fig. 4 der Verfahrschlitten 20 mit der Pinole 12 seine unterste Ver­ fahrstellung einnimmt.

Bei der bekannten Ausführungsform nach der Fig. 1 ist der Ständer 14 ein­ stückig ausgebildet und die Verfahrbewegung der Pinole 12 in der Z-Richtung muß diese ausschließlich allein durchführen, gegebenenfalls über den ihr zugeordneten Verfahrschlitten 20. Die dahingehende Verfahr­ bewegung in der Z-Richtung ist nicht nur von der Länge her begrenzt, und zwar im Hinblick auf die möglichen Verfahrwege von Verfahrschlitten 20 und dem Bearbeitungswerkzeug der Pinole 12, was die Einsatzmöglichkei­ ten begrenzt, sondern vielmehr ist aufgrund der langen Verfahrwege auch mit einem entsprechend hohen Zeitaufwand für einen Verfahrvorgang zu rechnen und insbesondere in den Endstellungen bei der Bearbeitung ist ei­ ne präzise Führung nicht mehr derart erreicht, als daß eine hoch genaue Bearbeitung mit dem Bearbeitungswerkzeug der Pinole 12 noch möglich wäre.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist bei der erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 2ff der Ständer 14 in einen ersten und zweiten Teil­ ständer 22, 24 unterteilt, wobei einer der beiden Teilständer 22 die Bearbei­ tungseinheit 10 aufnimmt und mit dieser relativ gegenüber dem anderen Teilständer 24 mittels einer als Ganzes mit 26 bezeichneten Führungsein­ richtung verfahrbar gehalten ist. Der erste Teilständer 22 ist als Oberständer ausgebildet und nimmt die Bearbeitungseinheit 10 auf, wobei der zweite Teilständer 24 als Unterständer ausgebildet auf dem Tragständer 16 längs der ersten Verfahrachse X in beiden Richtungen X, -X geführt ist. Der Ober­ ständer 22 bildet einen im wesentlichen geschlossenen Rahmen aus, in dem die Bearbeitungseinheit 10 in der zweiten Verfahrachse Y in beiden Richtungen Y, -Y, die senkrecht auf der ersten Verfahrachse X stehen, ver­ fahrbar geführt ist, wobei der Unterständer 24 den Oberständer 22 zumin­ dest teilweise seitlich in Richtung der Z-Achse gesehen umfaßt, um derart eine wirksame Abstützung für den Oberständer 22 zu erreichen.

Die Verfahrbarkeit der Bearbeitungseinheit 10 in der Y-Richtung kann, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, über eine antreibbare Endlosspindel 28 erfol­ gen; es sind hier aber auch andere Antriebskonzepte denkbar, wie Ketten­ triebe od. dgl. übliche Antriebsmittel. Am oberen Ende der angesprochenen seitlichen Umfassung des Unterständers 24 weist dieser als Teil der Füh­ rungseinrichtung 26 jeweils Führungsbahnen 30 auf, auf denen der Ober­ ständer 22 mit seinen Führungsflächen 32 zumindest teilweise aufliegt. Wie insbesondere in der Fig. 2 dargestellt, können die angesprochenen Füh­ rungsbahnen 30 und Führungsflächen 32 im wesentlichen eben und flächig ausgebildet sein oder in der Art von Führungsschienen, wie in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben. Bei einer Flächenausbildung müssen die angespro­ chenen Führungen jedoch aus entsprechend geeigneten Gleitwerkstoffen bestehen.

Als weiterer Teil der Führungseinrichtung 26 ist eine weitere Führungsbahn 34 am Boden des Unterständers 24 vorhanden, auf der sich eine weitere Führungsfläche 36 des Oberständers 22 abstützt. Die Führungsflächen 32 des Oberständers 22 sind länger, insbesondere im Bereich der oberen Ab­ stützung zweimal so lang wie die Führungsbahnen 30 des Unterständers 24, wobei in einem Ausgangszustand Führungsbahnen 30 und Führungsflä­ chen 32 in Richtung des Werkzeuges (nicht dargestellt) der Bearbeitungs­ einheit 10 im wesentlichen bündig miteinander abschließen. Die Bearbei­ tungseinheit 10 mit dem nicht näher dargestellten Werkzeug ist in einer dritten Verfahrachse Z in beiden Verfahrrichtungen +Z, -Z innerhalb des Oberständers 22 geführt, wobei die dahingehende dritte Verfahrachse senk­ recht auf den beiden anderen Verfahrachsen X, Y steht und der Oberständer 22 zum Unterständer 24 ist in dieser dritten Verfahrachse Z gleichfalls line­ ar verfahrbar geführt. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann über eine Pinole (12) als Bearbeitungseinheit verfügen, die gegebenenfalls eine überlagerte Zustellbewegung in der Z-Richtung ermöglicht, oder aber nur ein feststehendes Werkzeug aufweisen, das aufgrund der geteilten Ständer­ anordnung sehr schnell verfahrbar ist.

Aufgrund der Teilung des Ständers 14 in Oberständer 22 und Unterständer 24 ist auch eine Massenaufteilung erreicht und der Unterständer 24 behält seine Position auf dem Tragständer 16 bei, sofern der Oberständer 22 aus­ schließlich in der Z-Richtung verfahren wird. Aufgrund der geringeren Teilmasse des Oberständers 22 gegenüber dem Unterständer 24 ist eine rasche Verfahrbewegung der Bearbeitungseinheit 10 in der Z-Richtung mög­ lich, so daß ein schneller Bearbeitungszyklus erreichbar ist. Ferner können die Antriebe für die dahingehende Bewegung aufgrund der geringeren zu bewegenden Masse schwächer ausgelegt werden. Des weiteren ist eine hoch präzise Bearbeitung möglich, da gleichfalls aufgrund der geringeren Masse eine genauere Führung derselben möglich ist.

Aufgrund der angesprochenen Führungsanordnung kommt es insbesondere bei der Bearbeitung am zum Bearbeitungswerkzeug entgegengesetzten En­ de der Bearbeitungseinheit 10 zu einer Klemmspaltwirkung mit der Folge, daß eine geringe Verformung am Bearbeitungspunkt entsteht und am Bear­ beitungspunkt eine hohe Steifigkeit erreicht ist. Dies wird noch weiter da­ durch begünstigt, daß sowohl der Oberständer 22 als auch der Unterständer 24 zumindest teilweise entlang ihrer Außenwandungen 38 pyramidenartig oder als Pyramidenstumpf (U-förmiger Unterständer 24) ausgebildet sind. Des weiteren ist die Verfahrbarkeit von Oberständer 22 zu Unterständer 24 über nicht näher dargestellte Anschläge begrenzt.

Dank der Zweiteilung der angesprochenen Ständereinrichtung ist es auch möglich, bei sehr groß aufbauenden Werkzeugmaschinen und Bearbei­ tungszentren sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten mit großen Beschleu­ nigungswerten zu erreichen, ohne daß die Genauigkeit der Bearbeitung beeinträchtigt wird.

Claims (10)

1. Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinheit (10) mit einem Stän­ der (14), der in einer ersten Verfahrachse (X) längs eines Tragständers (16) verfahrbar ist und in dem in mindestens einer weiteren Verfahrach­ se (Y) verfahrbar die Bearbeitungseinheit (10) geführt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ständer (14) in einen ersten und zweiten Teil­ ständer (22, 24) unterteilt ist und daß einer der beiden Teilständer (22) die Bearbeitungseinheit (10) aufnimmt und mit dieser relativ gegenüber dem anderen Teilständer (24) mittels einer Führungseinrichtung (26) ver­ fahrbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilständer (22) als Oberständer ausgebildet die Bearbeitungsein­ heit (10) aufnimmt und daß der zweite Teilständer (24) als Unterständer auf dem Tragständer (16) längs der ersten Verfahrachse (X) geführt ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberständer (22) einen geschlossenen Rahmen ausbildet, in dem die Bearbeitungseinheit (16) in einer zweiten Verfahrachse (Y), die senk­ recht auf der ersten Verfahrachse (X) steht, verfahrbar geführt ist und daß der Unterständer (24) den Oberständer (22) zumindest teilweise seitlich umfaßt.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der seitlichen Umfassung des Unterständers (24) dieser als Teil der Führungseinrichtung (26) jeweils Führungsbahnen (30) aufweist, auf denen der Oberständer (22) mit seinen Führungsflächen (32) zumin­ dest teilweise aufliegt.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil der Führungseinrichtung (26) eine weitere Führungsbahn (34) am Boden des Unterständers (24) vorhanden ist, auf der sich eine weitere Führungsfläche (36) des Oberständers (32) abstützt.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (32) des Oberständers (22) länger, insbesonde­ re zweimal so lang sind wie die Führungsbahnen (30) des Unterständers (24) und daß in einem Ausgangszustand Führungsbahnen (30) und Füh­ rungsflächen (32) in Richtung des Werkzeuges der Bearbeitungseinheit (10) im wesentlichen bündig miteinander abschließen.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinheit (10) oder das Werkzeug in einer dritten Verfahrach­ se (Z) innerhalb des Oberständers (22) geführt sind, die senkrecht auf den beiden anderen Verfahrachsen (X, Y) steht, und daß der Oberstän­ der (22) zum Unterständer (24) in dieser dritten Verfahrachse (Z) ver­ fahrbar geführt ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangszustand entlang der weiteren Führungsbahn (34) der Oberständer (22) mit seiner weiteren Führungsfläche (36) axial zu­ rückversetzt im Unterständer (24) angeordnet ist.

9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl der Oberständer (22) als auch der Unterstän­ der (24) zumindest teilweise entlang ihrer Außenwandungen (38) pyra­ midenartig oder als Pyramidenstumpf ausgebildet sind.

10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verfahrbarkeit von Oberständer (22) zu Unter­ ständer (24) über Anschläge begrenzt ist.