DE19947319A1

DE19947319A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE19947319A1
Application number: DE1999147319
Authority: DE
Inventors: Heinz Bonneick; Harald Muecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine, mit einem verfahrbaren Werkstücktisch (1) und einer Werkzeugspindel (2), die eine um eine Spindelachse (3) drehbar angetriebene Aufnahme für ein Werkzeug (4) aufweist, wobei zur Erzeugung einer Vorschubbewegung relativ zum Werkzeug (4) die Werkzeugspindel (2) in zumindest einer rotatorischen Vorschubbewegung (V¶rot¶) um eine B- und/oder C-Achse und in zumindest einer, durch eine lineare Bewegung des Werkstücktisches (1) festgelegten linearen Vorschubrichtung (V¶lin¶) in eine X-, Y- und/oder Z-Richtung verfahrbar ist. DOLLAR A Bekannt ist, zum Aufbau einer 5-Achsen-Maschine die Werkzeugspindel (2) um die B- oder C-Achse zu drehen. Dies führt zu einer aufwendigen Spindellagerung und zu kostenintensiven Werkzeuglagerungen. DOLLAR A Dies soll durch die Erfindung vermieden werden. Hierzu ist der Werkzeugtisch (1) auch um die B- und/oder C-Achse verschwenkbar und die Werkzeugspindel (2) bevorzugt feststehend ausgebildet. Die rotatorische Vorschubrichtung (V¶rot¶) wird dann durch die Bewegung des Werkstücktisches (1) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung, mit einem verfahrbaren Werkstücktisch und zumindest einer Werkzeugspindel, die eine um eine Spindelachse drehbar angetriebene Aufnahme für zumindest ein Werkzeug aufweist, wobei zur Erzeugung einer Vorschubbewegung eines auf dem Werkstücktisch angeordneten Werkstückes relativ zum Werkzeug die Werkzeugspindel in zumindest einer rotatorischen Vorschubrichtung um eine B- und/oder C-Achse und in zumindest einer, durch eine lineare Bewegung des Werkstücktisches festgelegten linearen Vorschubrichtung in eine X-, Y- und/oder Z-Richtung verfahrbar ist.

Eine derartige Mehrachsen-Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus dem Fachbuch Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme - Band 1, Maschinenarten und Anwendungsbereiche, 5. Auflage, von Manfred Weck, bekannt. Bei diesen bekannten Werkzeugmaschinen handelt es sich meist um 5-Achsen-Maschinen, mit denen das Werkstück mit Ausnahme der Auflagefläche auf dem Werkzeugtisch von allen Seiten bearbeitet werden kann. Hierzu ist der Werkstücktisch mit dem darauf liegenden Werkstück in drei Richtungen, nämlich in Richtung der kathesischen Koordinaten X, Y und Z verfahrbar, eine zusätzliche vierte und fünfte Achse wird durch die Drehbarkeit der Werkzeugspindel um die B-Achse in horizontaler Richtung und/oder um die C-Achse in vertikaler Richtung geschaffen. Die Bewegung um diese beiden Achsen wird beispielsweise benötigt, um schräg verlaufende Bohrungen oder Einfräsungen vornehmen zu können. Auch für die Herstellung von dreidimensionalen Bearbeitungen werden diese Freiheitsgrade benötigt.

Der Nachteil dieser bekannten Werkzeugmaschine besteht darin, daß im Bereich der Spindellagerung eine zusätzliche Lagerung und ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen werden müssen, die den Antrieb und den Freiheitsgrad um die jeweilige Achse ermöglichen. Zusätzliche Spindelantriebe sind jedoch mit zusätzlichen Ungenauigkeiten verbunden, da ein Spindelantrieb zwangsläufig mit einem gewissen Lagerspiel behaftet ist. Ferner erhöhen sich durch die Verschiebbarkeit des Spindelantriebes die bewegten Massen während der Vorschubbewegung, was wiederum zu größeren Ungenauigkeiten der Bearbeitung infolge von Schwingungen und zu höheren Anforderungen an die Lagerung der Werkzeugspindel führt. Schließlich ermöglicht auch eine Drehbarkeit der Werkzeugspindel um die B- und C- Achse alleine noch nicht die gewünschte Vielfalt der Bearbeitungsmöglichkeiten, so daß zusätzlich kostenintensive Winkelbohrköpfe, die wiederum die Möglichkeit des Werkzeugwechsels beschränken, eingesetzt werden müssen.

Neben diesen bekannten Maschinen ist aus der gleichen Literaturquelle eine sogenannte HEXAPOD-Maschine bekannt, bei der die Werkzeugspindel an längenveränderlichen Stäben angelenkt ist, die wiederum nach der Art eines Dreibens an einem den Bearbeitungsraum umgehenden Gestell befestigt sind. Durch Veränderung der Stelzenlänge kann die Winkelorientierung und Lage der Werkzeugspindel nahezu beliebig eingestellt werden, so daß jede Seite des feststehenden Werkstückes erreichbar ist und beliebige Konturen durch den Vorschub mit dem Werkzeug abfahrbar sind.

Diese Maschine hat einerseits den Nachteil, daß hier aufgrund der hohen dynamischen Belastungen durch die Bewegung der Werkzeugspindel mitsamt des Antriebes eine hochpräzise Fertigung nicht möglich ist und zum anderen die Lagerung der Stelzen verhältnismäßig aufwendig ist. Schließlich erfordert ein derartiger Aufbau einer Maschine ein vollständig neues Konzept mit einem deutlich erhöhten Bauraum, was einerseits bedeutet, daß die Kosten für derartige Maschinen verhältnismäßig groß sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Mehrachsen-Bearbeitungsmaschine zu schaffen, die bei möglichst vielen Freiheitsgraden eine möglichst kostengünstige und präzise Bearbeitung des Werkstückes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Werkzeugtisch um die B- und/oder C-Achse verschwenkbar ist, wobei die rotatorische Vorschubrichtung durch die Bewegung des Werkstücktisches bewirkt ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeugmaschine wird nunmehr auch die Bewegung um die B- oder die C-Achse auf das Werkstück verlagert, so daß die Werkzeugspindel im wesentlichen feststehen kann bzw. in ihrem Bewegungsspielraum deutlich eingeschränkt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ist durch geeignete Bewegung des Werkstückes nahezu jeder beliebige Bearbeitungsablauf einer 5-Achsen-Maschine möglich. Hierzu ist das Werkstück nicht nur in die X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar, sondern auch um eine vertikale Achse, die C-Achse, und um eine horizontale Achse, die B-Achse verfahrbar. Dies bewirkt, daß sämtliche Bewegungen während der Bearbeitung vom Werkstück auszuführen sind, die Spindel also lediglich die Drehbewegung des Werkzeuges bzw. im Falle eines Hobels oder eine Stoßmaschine die oszillierende Stoßbewegung des Werkzeuges bewirkt.

Durch diese Ausgestaltung der Werkzeugmaschine kann der Vorschubantrieb vollständig in das Maschinenbett bzw. den Werkstücktisch verlagert werden. Dies ermöglicht eine leichte Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes durch einfache Werkzeuge, ein Einsatz von Winkelbohrköpfen oder ähnlichen komplexen Werkzeugen kann entfallen. Durch diese geringen Anforderungen an die einzusetzenden Werkzeuge wiederum wird ein leichter und kostengünstiger Einsatz von Werkzeugwechselvorrichtungen, beispielsweise Sechsfachrevolvern oder Scheibenrevolvern möglich. Die Werkzeugspindel kann ortsfest gelagert sein, es ist jedoch auch möglich, daß die Werkzeugspindel zusätzlich verschiebbar gelagert ist. Hierdurch können entweder die Span-zu-Span-Zeiten verringert werden oder auch der Zugriff der Werkzeugspindel zu einem Werkzeugmagazin für einen selbsttätigen Wechsel der Werkzeuge ermöglicht werden.

Bei einer einfachen Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ist das Werkstück linear verschiebbar, dies kann je nach Anforderung die Verschiebbarkeit in eine Richtung (X- Achse), in zwei Richtungen (X- und Y-Achse) oder auch die Verschiebbarkeit in alle drei Raumrichtungen (X-, Y- und Z-Achse) sein. Zusätzlich kann das Werkstück entweder durch Verschwenken des Werkzeugtisches um die B-Achse oder auch um die C-Achse zur Schaffung eines rotatorischen Vorschubes bewegt werden, so daß die Maschine zwei bis fünf Freiheitsgrade je nach Anzahl der vorgesehenen Antriebe aufweist. Die Werkzeugspindel weist, wie bei Werkzeugmaschinen üblich, an ihrem vorderen Ende eine Aufnahme für das Werkzeug auf, wobei es sich hier um ein übliches Schnellspannfutter, das beispielsweise auch hydraulisch arretierbar sein kann, handeln kann.

Ferner ist es möglich, daß die Werkzeugmaschine einen Spindelträger zur Aufnahme der Lagerung der Werkzeugspindel mit mehreren, drehbar an dem Spindelträger gelagerten Aufnahmen für jeweils ein Werkzeug aufweist. Diese Ausgestaltung kann entweder zur zeitgleichen Vornahme von mehreren Bearbeitungen durch verschiedene Werkzeuge genutzt werden oder auch einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglichen. Die einzelnen Aufnahmen können über ein Verteilergetriebe mit der Werkzeugspindel verbunden sein, so daß die Werkzeugspindel alle Aufnahmen gleichzeitig antreibt. Sowohl dieser Ausgestaltung als auch der Ausgestaltung mit einer einfachen Werkzeugspindel und einzelnem Werkzeug kann ein Werkzeugwechselmagazin zugeordnet sein, das die Werkzeugspindel anzufahren vermag und aus dem es ein geeignetes Werkzeug selbsttätig entnehmen kann. Hierzu ist die Werkzeugmaschine bevorzugt als NC, CNC- oder DNC-Maschine ausgebildet, wobei eine rechnergestützte Steuerung den Werkzeugwechsel vorzunehmen vermag.

Neben der Werkzeugspindel kann auch der Werkzeugtisch eine weitere Flexibilisierung der Werkzeugmaschine ermöglichen, beispielsweise indem er zweiteilig ausgebildet ist, um einen schnellen Austausch des Werkstückes nach vorgenommener Bearbeitung zu ermöglichen. Hierzu kann der Werkzeugtisch von einem ersten Tischelement und zumindest zwei zweiten Tischelementen gebildet sein. Das erste Tischelement ist bei dieser Ausgestaltung beispielsweise an dem Bett der Werkzeugmaschine in die gewünschten Vorschubrichtungen verfahrbar gelagert, während die zweiten Tischelemente von einer Wechseleinheit auf das erste Tischelement aufgeschoben und dort verankert werden können. So kann beispielsweise ein zweites Tischelement mit einem ersten Werkstück durch die Werkzeugmaschine bearbeitet werden, während ein anderes zweites Tischelement in einem Werkstückmagazin mit einem neuen Werkzeug bestückt wird. Nach Abschluß der Bearbeitung des ersten Werkstückes wird dann einfach durch die Wechseleinheit das zweite Tischelement ausgetauscht, so daß die Rüstzeit und damit die Span-zu-Span-Zeit verringert werden kann.

Zusätzlich ist es möglich, daß die zweiten Tischelemente als Werkstückträger verwendet werden, so daß sie innerhalb der Fabriklogistik für den Transport des soeben bearbeiteten Werkstückes zu einer anderen Bearbeitungsmaschine verwendet werden können. Hierzu kann die Werkzeugmaschine neben dem Eingangsbereich auch einen magazinartigen Ausgangsbereich aufweisen, in dem die zweiten Tischelemente nach der Bearbeitung mit den darauf befestigten Werkstücken zwischengespeichert werden können. Die zweiten Tischelemente können alle üblichen Zusatzelemente einer Werkstückpalette aufweisen, beispielsweise Datenspeichermöglichkeiten oder Gleitführungen zur Aufnahme in einer Transferstraße.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann sowohl eine Fräs- oder Bohrmaschine sein, wobei in diesem Fall die Werkzeugspindel drehbar angetrieben ist. Anstelle einer Werkzeugspindel kann jedoch auch eine oszillierende Aufnahme vorgesehen werden, so daß die Werkzeugmaschine als Hobel- oder Stoßmaschine ausgebildet sein kann. Auch in diesem Fall kann durch die Fünfachsenbewegung des Werkstückes eine deutliche Erhöhung der Freiheitsgrade erzielt werden und damit eine flexibel arbeitende und kostengünstig herstellbare Werkzeugmaschine geschaffen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

In Fig. 1 eine Werkzeugmaschine dargestellt, die einen Werkstücktisch 1 aufweist, der in drei Raumrichtungen, die X-, die Y- und die Z-Richtung verschiebbar ist. Hierzu ist der Werkzeugtisch 1 in Linearführungen gelagert und beispielsweise über Schrittmotoren antreibbar. Zusätzlich zu diesem Linearvorschub V_lin ist der Werkzeugtisch 1 um eine B- und eine C-Achse verschwenkbar, so daß ein vierter und ein fünfter Freiheitsgrad in eine rotatotische Vorschubrichtung V_rot geschaffen ist. Auf dem Werkstücktisch 1 ist ein Werkstück 5 befestigt, wobei der Werkstücktisch 1 zu diesem Zweck beispielsweise die bekannten Nuten aufweisen kann, so daß die Befestigung über eine Nut-Feder-Verbindung oder eine sonstige Spannverbindung erfolgen kann.

Das Werkzeug 4 ist an einer Werkzeugspindel 2 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in einer ortsfesten, um eine Spindelachse 3 drehbaren Lagerung gehalten ist. Die Werkzeugspindel 2 wird durch einen Motor in Drehung versetzt, in Verbindung mit den fünf Freiheitsgraden der üblichen Bewegungen des Werkstückes 5 kann so eine nahezu beliebige Bearbeitung vorgenommen werden. Lediglich die Auflagefläche des Werkstückes 5 auf dem Werkstücktisch 1 kann nicht bearbeitet werden, da dieser Bereich für das Werkzeug 4 nicht erreichbar ist. Um auch diese Seite bearbeiten zu können, kann die Werkzeugmaschine einen Umsetzer aufweisen, der das Werkstück 5 nach Bearbeitung der freiliegenden Flächen beispielsweise um 90° oder 180° umsetzt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Werkstücktisch

2

Werkzeugspindel

3

Spindelachse

4

Werkzeug

5

Werkstück
V_lin

linearen Vorschubrichtung
V_rot

rotatorischen Vorschubrichtung

Claims

1. Mehrachsen-Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung, mit einem verfahrbaren Werkstücktisch (1) und zumindest einer Werkzeugspindel (2), die eine um eine Spindelachse (3) drehbar angetriebene Aufnahme für zumindest ein Werkzeug (4) aufweist, wobei zur Erzeugung einer Vorschubbewegung eines auf dem Werkstücktisch (1) angeordneten Werkstückes (5) relativ zum Werkzeug (4) die Werkzeugspindel (2) in zumindest einer rotatorischen Vorschubrichtung (V_rot) um eine B- und/oder C-Achse und in zumindest einer, durch eine lineare Bewegung des Werkstücktisches (1) festgelegten linearen Vorschubrichtung (V_lin) in eine X-, Y und/oder Z-Richtung verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugtisch (1) um die B- und/oder C-Achse verschwenkbar ist, wobei die rotatorisch Vorschubrichtung (V_rot) durch die Bewegung des Werkstücktisches (1) bewirkt ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als 5-Achsen- Maschine ausgebildet ist, wobei der Werkzeugtisch (1) in die zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen X, Y, Z verfahrbar und um eine vertikale C-Achse sowie um eine horizontale B-Achse schwenkbar ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Werkzeugspindel (2) ortsfest gelagert ist, wobei sämtliche Vorschubbewegungen durch die Bewegung des Werkzeugtisches (1) ausführbar sind.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Spindelträger zur Aufnahme der Lagerung der Werkzeugspindel (2) mit mehreren, drehbar an dem Spindelträger gelagerten Aufnahmen für jeweils ein Werkzeug (4) aufweist, wobei die Werkzeugspindel (2) über ein Verteilergetriebe mit den drehbaren Aufnahmen verbunden ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahme für das Werkzeug (4) ein Wechselmagazin zugeordnet ist, das selbsttätig aus einer Mehrzahl von Werkzeugen ein Werkzeug (4) auszuwählen und in die Aufnahme einzusetzen vermag.

6. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (2) oberhalb des Werkzeugtisches (1) angeordnet ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugtisch (1) von einem ersten Tischelement und einem das Werkstück (4) tragenden zweiten Tischelement gebildet ist, wobei das erste Tischelement verfahrbar an der Werkzeugmaschine gelagert ist und das zweite Tischelement lösbar mit dem ersten Tischelement verbunden ist sowie eine Befestigungsmöglichkeit für das Werkstück (4) aufweist.

8. Werkzeugmaschine nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein mit dem Werkzeugtisch (1) über eine Wechseleinheit verbundenes Werkstückmagazin und zwei oder mehr zweite Tischelemente aufweist, wobei jeweils eines der zweiten Tischelemente mit dem ersten Tischelement verbunden ist, die übrigen Tischelemente im dem Werkstückmagazin bevorratet sind und über die Wechseleinheit wechselweise mit dem ersten Tischelement verbindbar sind.

9. Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fräsmaschine oder Bohrmaschine ist.