DE202010009414U1

DE202010009414U1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE202010009414U1
Application number: DE201020009414
Authority: DE
Original assignee: SMA SONDERMASCHINEN und ANLAGE; SMA SONDERMASCHINEN und ANLAGENBAU GmbH
Current assignee: SMA SONDERMASCHINEN und ANLAGE; SMA SONDERMASCHINEN und ANLAGENBAU GmbH
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2020-06-24

Abstract

Werkzeugmaschine mit zwei sich in Längsrichtungen der Werkzeugmaschine erstreckenden Seitenwänden (1),
einen sich zwischen den Seitenwänden (1) erstreckenden Arbeitsraum,
in dem sich eine Werkstückaufnahmeeinrichtung (10) befindet,
auf den Seitenwänden (1) befindlichen Längsschienen (2) als Y-Führung, einer auf den Längsschienen (2) verfahrbaren Brücke (3),
an der eine auf zwei Querschienen (4) als X-Führung verfahrbare XZ-Verbindungsplatte (5) angeordnet ist,
die einen auf Vertikalschienen (6) als Z-Führung verfahrbaren Z-Schlitten (7) mit einer Spindel (8) sowie
einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (9) besitzt,
wobei die Werkstückaufnahmeinrichtung (10) der Werkzeugmaschine als aufgestellter Rundtisch (11) ausgebildet ist,
die als Y-Führung dienenden Längsschienen (2) an jeder Seitenwand (1) zweifach mit dazwischen liegenden Magneten (12) angeordnet sind,
die Y-Führung zwei Messsysteme (13) zur Lageerfassung aufweist,
die jeweils an einer der Seitenwände (1) den dort zweifach vorhandenen Y-Führungen zugeordnet sind,
die Z-Achse Gewichtsausgleichszylinder aufweist, die die Z-Achse schwebend halten und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken innerhalb eines sich zwischen den längsseitigen Seitenwänden der Werkzeugmaschinen erstreckenden Arbeitsraumes, in dem sich eine Werkstückaufnahmeeinrichtung befindet.
Solche Werkzeugmaschinen nach der Gantry-Bauart sind z. B. aus DE 20 2004 001 452 U1 , DE 199 16 977 A1 oder DE 201 10 420 U1 bekannt.
Auch in den EP 1 399 288 B1 und EP 1 169 158 B1 werden Werkzeugmaschinen beschrieben, die einen zwischen Seitenwänden angeordneten Arbeitsraum aufweisen, wobei im EP 1 169 158 B1 die beschriebene Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum bezeichnet ist.
Diese Werkzeugmaschinen besitzen beispielsweise nach der DE 20 2004 001 452 U1 jeweils auf ihren Seitenwandungen angeordnete Längsschienen, eine auf diesen Längsschienen verfahrbaren Transportschlitten, einem auf Querschienen des Transportschlittens in Querrichtung verfahrbaren Bearbeitungsschlitten mit einer am Bearbeitungsschlitten aufgenommenen Spindel für die Werkzeugaufnahme.
In den Seitenwandungen und/oder den Längsschienen der angeführten bekannten Lösung sind Linearmotoren für die Längsverstellung des Transportschlittens angeordnet, während der Transportschlitten in Querrichtung verteilt angeordnete Linearmotoren für die Querverstellung des Bearbeitungsschlittens besitzt.
Auch die im EP 1 169 158 B1 beschriebene Werkzeugmaschine weist zur räumlichen Verlagerung der werkzeugtragenden Bearbeitungsspindel ein in drei Achsen verfahrbares Gestell auf, dessen Antrieb durch den jeweiligen Achsen zugeordnete einzelne Linearmotoren erfolgt.
Im Unterschied hierzu wird die Bearbeitungsspindel der im EP 1 399 288 B1 vorgeschlagenen Werkzeugmaschine durch rotatorische Antriebe bewegt.
In Aussparungen der Seitenwandungen, die den Arbeitsraum bilden, sind lineare Rundmotoren angeordnet, deren Rotoren mit der Welle der Werkstückhalterung starr verbunden sind. Diese Anordnung wirkt durch den Wegfall eines Getriebes für die Werkstückhalterung bauraumsparend, verlangt jedoch eine aufwendige Konstruktion und Montage.
Für eine schnelle und genaue Bearbeitung sehr kleiner Werkstücke sind die genannten Werkzeugmaschinen jedoch nicht ausreichend gut geeignet, da die Verfahrgeschwindigkeiten der beweglichen Baueinheiten der Werkzeugmaschine keine schnelle Bearbeitungsfolge, wie beispielsweise für das Hochgeschwindigkeitsfräsen erforderlich, erlauben.
Auch die für eine Bearbeitung kleiner Werkstücke notwendige Positioniergenauigkeit von Werkstück bzw. Werkzeug wird bei den bekannten Werkzeugmaschinen nicht erreicht, da diese durch thermische und dynamische Einflüsse beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu entwickeln, die eine hochgenaue, äußerst schnelle und flexible Bearbeitung, insbesondere kleiner Werkstücke ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Werkzeugmaschine gemäß dem 1. Schutzanspruch gelöst.
Die auf den 1. Schutzanspruch rückbezogenen Schutzansprüche 2–4 beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das Wesen der Erfindung besteht dabei darin, dass bei der beanspruchten Werkzeugmaschine die als Y-Führung dienenden Längsschienen an jeder Seitenwand zweifach mit dazwischen liegenden Magneten der Linearmotoren vorhanden sind.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass die Y-Führungen mit zwei Messsystemen zur Erfassung der Y-Koordinate ausgestattet sind, die jeweils an einer der Seitenwände den dort zweifach vorhandenen Y-Führungen zugeordnet sind.
Zusätzlich weist der Z-Schlitten, auch Vertikalschliiten genannt, mindestens einen Gewichtsausgleichszylinder auf, der diesen schwebend hält und damit eine erhöhte Dynamik der Bewegung des Z-Schlittens ermöglicht.
Schließlich sind zum Bewegen der Brücke auf den Längsschienen zwei – vorteilhafterweise wassergekühlte – Linearmotore und zur Bewegung der XZ-Verbindungs platte sowie des Z-Schlittens jeweils ein – vorteilhafterweise wassergekühlter – Linearmotor vorhanden.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel in Form einer Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine für Impeller, nachfolgend Impellermaschine genannt, näher erläutert werden.
Eine zugehörige Zeichnung zeigt schematisch die besonders vorteilhafte Ausführung der Impellermaschine nach der Erfindung.
Gemäß Zeichnung weist die erfindungsgemäße Impellermaschine, die ein Gussbett mit dämpfenden Eigenschaften besitzt, zwischen zwei sich in Längsrichtungen erstreckenden Seitenwänden 1 einen zwischen diesen Seitenwänden 1 befindlichen Arbeitsraum auf.
Das Gussbett mit dämpfenden Eigenschaften kann vorteilhaft als Werkzeugmaschinenbett aus Mineralguss ausgeführt sein. Die schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Mineralgussbettes tragen zu einer erhöhten Fertigungspräzision der mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücke bei.
Innherhalb des Arbeitsraumes zwischen den Seitenwänden 1 der Werkzeugmaschine ist eine Werkstückaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet.
Auf der oberen Grenzfläche der Seitenwände 1 sind jeweils zwei Längsschienen 2 als Y-Führung einer auf den Längsschienen 2 verfahrbaren starren Brücke 3 befestigt.
Die Brücke 3 besitzt zwei Querschienen 4, die als X-Führung einer verfahrbaren XZ-Verbindungsplatte 5 dienen.
Diese XZ-Verbindungsplatte 5 weist ihrerseits einen auf Vertikalschienen 6 als Z-Führung verfahrbaren Z-Schlitten 7 auf. Der Z-Schlitten 7 ist mit einer Spindel 8 sowie einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung 9 ausgestattet. Dabei ist eine Werkstückaufnahmeinrichtung 10 als aufgestellter Rundtisch 11 ausgebildet. Dies vergrößert die Variabilität der möglichen Arbeitseinstellungen für das Werkstück und erhöht damit die zeitliche Bearbeitungseffizienz.
Die als Y-Führung dienenden Längsschienen 2 sind an jeder Seitenwand 1 zweifach vorhanden, während zwischen den Längsschienen 2 jeweils eine Anzahl Magnete 12 angeordnet sind.
Die Impellermaschine weist an der Y-Führung zwei Messsysteme 13 zur Lageerfassung auf. Diese sind jeweils an einer der Seitenwände 1 den dort zweifach vorhandenen Y-Führungen zugeordnet. Hierdurch wird eine besonders genaue Positionierung der verfahrbaren Elemente der Impellermaschine erreicht.
Die Z-Achse besitzt Gewichtsausgleichszylinder, die die Z-Achse schwebend halten und dadurch eine hohe Dynamik der Vertikalbewegung der Werkzeugaufnahme gewährleisten.
Schließlich sind zum Bewegen der Brücke 3 zwei wassergekühlte Linearmotore sowie zur Bewegung der XZ-Verbindungsplatte 5 und des Z-Schlittens 7 jeweils ein wassergekühlter Linearmotor vorhanden.
Durch diesen Direktantrieb der Impellermaschine in der X-, Y- und Z-Achse mittels Linearmotoren kann auf den bei herkömmlichen Elektromotorantrieben von Werkzeugmaschinen notwendigen Kabelschlepp der elektrischen Energieversorgungskabel verzichtet werden. Aus der daraus folgenden Aufwands- und Gewichtseinsparung resultiert nicht nur eine Kostenersparnis, sondern auch ein deutlicher Dynamikgewinn bei der Bewegung der Achsen.
Mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist es möglich, eine fünfachsige Simultan-Bearbeitung mit sehr großer Drehzahl der Arbeitsspindel durchzuführen. So können mit der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine problemlos Spindeldrehzahlen im Bereich von 40.000 bis 60.000 Umdrehungen pro Minute realisiert und damit eine sehr hohe Bearbeitsgüte und -effizienz z. B. beim Hochgeschwindigkeitsfräsen erreicht werden.

1: Seitenwand
2: Längsschiene
3: Brücke
4: Querschiene
5: XZ-Verbindungsplatte
6: Vertikalschiene
7: Z-Schlitten
8: Spindel
9: Werkzeugaufnahmeeinrichtung
10: Werkstückaufnahmeeinrichtung
11: Rundtisch
12: Magnet
13: Messsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202004001452 U1 [0002, 0004]
- DE 19916977 A1 [0002]
- DE 20110420 U1 [0002]
- EP 1399288 B1 [0003, 0007]
- EP 1169158 B1 [0003, 0003, 0006]

Claims

Werkzeugmaschine mit zwei sich in Längsrichtungen der Werkzeugmaschine erstreckenden Seitenwänden (1), einen sich zwischen den Seitenwänden (1) erstreckenden Arbeitsraum, in dem sich eine Werkstückaufnahmeeinrichtung (10) befindet, auf den Seitenwänden (1) befindlichen Längsschienen (2) als Y-Führung, einer auf den Längsschienen (2) verfahrbaren Brücke (3), an der eine auf zwei Querschienen (4) als X-Führung verfahrbare XZ-Verbindungsplatte (5) angeordnet ist, die einen auf Vertikalschienen (6) als Z-Führung verfahrbaren Z-Schlitten (7) mit einer Spindel (8) sowie einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (9) besitzt, wobei die Werkstückaufnahmeinrichtung (10) der Werkzeugmaschine als aufgestellter Rundtisch (11) ausgebildet ist, die als Y-Führung dienenden Längsschienen (2) an jeder Seitenwand (1) zweifach mit dazwischen liegenden Magneten (12) angeordnet sind, die Y-Führung zwei Messsysteme (13) zur Lageerfassung aufweist, die jeweils an einer der Seitenwände (1) den dort zweifach vorhandenen Y-Führungen zugeordnet sind, die Z-Achse Gewichtsausgleichszylinder aufweist, die die Z-Achse schwebend halten und schließlich zum Bewegen der Brücke (3) zwei Linearmotore sowie zur Bewegung der XZ-Verbindungsplatte (5) und des Z-Schlittens (7) jeweils ein Linearmotor vorhanden sind.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotore wassergekühlt sind.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotore gasgekühlt sind.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmaschinenbett aus Mineralguss ausgeführt ist.