DE19934159A1 - Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinheit - Google Patents
Werkzeugmaschine mit einer BearbeitungseinheitInfo
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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.
Priority Applications (2)
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DE1999134159 DE19934159A1 (de) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungseinheit |
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Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |