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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung rotatorisch angetriebener Werkstücke mit vertikaler Spindel. Im Stand der Technik sind derartige Werkzeugmaschinen bekannt. Die
DE 10 2007 051 375 A1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine mit vertikaler Hauptspindel, Werkzeugrevolver und Wälzfräseinheit. Die Arbeitsaggregate sind an der vorderen vertikalen Wand des Maschinengestells angeordnet. Der Werkzeugrevolver und die Wälzfräseinheit können auf Kreuzschlitten vertikal und horizontal verfahren werden. Außerdem weist die Wälzfrässpindel eine Schwenkachse (B-Achse) und eine Shiftachse auf und ist zusätzlich in einer dritten Richtung (Y-Achse) verfahrbar. Die Bewegung in Richtung der Y-Achse verläuft vor der vertikalen Wand des Maschinengestells. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein relativ großer Abstand der Rotationsachsen zur Gestellwand, der sich negativ auf den Kraftfluss und die Maschinensteifigkeit auswirkt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit kompakter Bauweise und verbesserter Maschinensteifigkeit anzugeben.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung erfolgt der Eingriff der Werkzeuge am Werkstück nicht vor der senkrechten Wand sondern seitlich daneben. Durch die Anordnung von Werkstückspindel und Werkzeugträger mit den zugehörigen Führungen an der Ecke zweier zueinander senkrechter Wände des Maschinengestells kann der Abstand zwischen Werkzeugeingriff am Werkstück und Maschinengestell maßgeblich verringert werden. Somit können der Kraftfluss verbessert und die Maschinensteifigkeit deutlich erhöht werden. Zum Beispiel verläuft bei einer dreiachsigen Maschine der gesamte Verfahrweg in Richtung der Y-Achse seitlich vom Gestell und hat daher keinen Einfluss auf den Abstand der Rotationsachsen zum Maschinengestell. Eine besonders kompakte Bauweise wird dadurch erreicht, dass die Führungen für Werkstückspindel und Werkzeugträger an zwei zueinander senkrechten Wänden angeordnet sind. Das Prinzip ist in der spanenden Bearbeitung vielseitig einsetzbar, sowohl für manuell als auch selbsttätig zu beladende Maschinen zum Drehen, Fräsen, Wälzfräsen, Gewindeschneiden und Schleifen.
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Es zeigen:
- 1: eine zweiachsige Werkzeugmaschine in der Draufsicht
- 1a: eine Wälzfräsmaschine für manuelle Beladung
- 2: eine zweiachsige Werkzeugmaschine von der Bedienseite her gesehen
- 2a eine zweiachsige Werkzeugmaschine mit hängendem Werkzeugträger
- 2b die Werkzeugmaschine nach 2a in der Seitenansicht
- 3: eine dreiachsige Werkzeugmaschine in der Draufsicht
- 3a: eine Werkzeugmaschine mit zwei Werkstückspindeln
- 4: eine nach dem Pick-Up-Prinzip arbeitende Werkzeugmaschine
- 5: eine Pick-Up-Werkzeugmaschine mit drei Achsen
- 6: eine Pick-Up-Wälzfräsmaschine
- 6a: eine Wälzfräsmaschine für manuelle Beladung
- 7: eine Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugrevolvern
- 7a: die Werkzeugmaschine nach 7 von oben gesehen
- 8 eine Schleifmaschine
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1 zeigt eine zweiachsige Werkzeugmaschine in der Draufsicht. Das Maschinengestell ist als Säule 1 mit quadratischem Querschnitt ausgeführt. An der vertikalen Wand 4 der Säule 1 ist der Spindelschlitten 6 über Führungsschienen 14 in Führungsschuhen 19 in horizontaler Richtung (X-Achse) verfahrbar. Im oberen Teil der Wand 4 ist der Trägerschlitten 16 mit dem Werkzeughalter 3 für Werkzeuge 20 auf Führungen 5 in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Der Antrieb erfolgt über den Motor 25 und eine nicht dargestellte Kugelrollspindel. Der Arbeitsraum 7 schließt sich an die vertikale Wand 4' der Säule 1 an. Darin werden die Werkstücke 8 mit Werkzeugen 20 bearbeitet. Zwischen Arbeitsraum 7 und Säule 1 verläuft eine gedachte Ebene E. Der Spindelschlitten 6 ragt durch die Ebene E hindurch in den Arbeitsraum 7 hinein und trägt an seinem Ende die stehende Werkstückspindel 2. Diese ist aus einer Arbeitsposition 10 in eine Ladeposition 11 verfahrbar. Das Herausfahren der Werkstückspindel 2 aus dem Arbeitsraum 7 verbessert die Zugänglichkeit und erleichtert das Be- und Entladen von Hand. In der Ebene E kann eine Trennwand 9 mit einer Öffnung vorgesehen sein, durch die der Spindelschlitten 6 bewegt wird. Auf der Rückseite der Säule 1 ist in einem Abstand A der Schaltschrank 12 angeordnet. Die Lücke (A) zwischen Schaltschrank 12 und Säule 1 kann vorteilhaft als Energiehängegasse oder Ladegasse genutzt werden. Seitlich neben dem Schaltschrank 12 befindet sich das Hydraulik- und Kühlaggregat 13.
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Anstelle des Werkzeugträgers 3 kann am Trägerschlitten 16 eine Wälzfrässpindel 28 angeordnet werden (1a). Die Wälzfrässpindel 28 weist einen Abwälzfräser 31 auf, der vom Spindelmotor 32 angetrieben wird. Für eine gleichmäßige Belastung des Abwälzfräsers 31 kann dieser entlang einer Shiftachse 29 tangential zum Werkstück 8 verschoben werden. Zudem kann die Wälzfrässpindel 28 zur Herstellung von Schrägverzahnungen um eine A-Achse 30 geschwenkt werden.
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2 zeigt die Werkzeugmaschine nach 1 von der Bedienseite her gesehen. Die Wand 4 der Säule 1 liegt innerhalb einer gedachten Ebene F. Im unteren Teil der Wand 4 sind die Führungsschuhe 19 für die Führungsschienen 14 des Spindelschlittens 6 angeordnet. Der Spindelschlitten 6 nimmt die Werkstückspindel 2 auf. An deren Oberseite befindet sich das Spannmittel 17 für Werkstücke 8. Im oberen Teil der Wand 4 sind vertikale Führungen 5 für den Trägerschlitten 16 mit dem Werkzeughalter 3 befestigt. Der Antrieb erfolgt über den Motor 25 und eine nicht dargestellte Kugelrollspindel. Der Werkzeughalter 3 ist als Werkzeugrevolver ausgeführt, dessen Scheibe um eine horizontale, parallel zur Wand 4 verlaufende Schwenkachse 18 geschwenkt werden kann, so dass verschiedene Werkzeuge 20 mit dem Werkstück 8 in Eingriff gebracht werden können. Die Revolverscheibe ist so angeordnet ist, dass die Werkzeuge 20 die Ebene (F) durchringen. Dadurch kann der Abstand des Werkzeugeingriffs zum Maschinengestell deutlich verringert werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Flugkreisdurchmesser ohne Einfluss auf den Abstand (C) der Schwenkachse 18 zur Wand 4. Der optimierte Kraftfluss von der Werkstückspindel 2 zum Werkzeug 20 wird damit erreicht, dass die Bearbeitung des Werkstücks 8 ausschließlich auf den der Säule 1 gegenüberliegenden Seiten der Ebenen E, F erfolgt. Entsprechendes gilt auch für die 1a: Die Wälzfrässpindel 28 ist seitlich neben der Wand 4 angeordnet und durchdringt ebenfalls die Ebene (F). Deshalb ist ihre Länge ohne Einfluss auf den Abstand (C) der Spindelachse 27 zur Wand 4. Folglich ergeben sich bezüglich des verbesserten Kraftflusses die gleichen Vorteile wie bei der Werkzeugmaschine nach den 1 und 2. Bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispielen nach den 1, 1a und 2 sind die Führungen in Richtung der X- und Z-Achse an einer einzigen Wand 4 der Säule 1 angeordnet. Sie können bei einer erfindungsgemäßen Maschine jedoch ebenso an der Wand 4' angeordnet oder auf beide Wände aufgeteilt werden. Letzteres zeigen die 2a und 2b. Gemäß 2a ist an der vertikalen Wand 4 der Säule 1 der Spindelschlitten 6 mit der Werkstückspindel 2 über Führungen 5 in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Besonders vorteilhaft sind die Werkstückspindel 2 und der Ort des Eingriffs des Werkzeugs 20 am Werkstück 8 in einer gedachten Ebene parallel zur Ebene (E) angeordnet. Dadurch ist der Werkzeugeingriff von der Bedienungsseite her sehr gut einsehbar. Zur Abstützung von Wellen kann ein Reitstock 23 vorgesehen sein. Der Trägerschlitten 16 für den Werkzeugträger 3 ist an der Wand 4' auf Führungsschienen 14 in horizontaler Richtung (X-Achse) verfahrbar. Dadurch, dass die Führungen für Werkstückspindel 2 und Werkzeugträger 3 an zwei zueinander senkrechten Wänden angeordnet sind, wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht. Die Späneführung 36 leitet die bei der Bearbeitung entstehenden Späne und die Kühlflüssigkeit in den Sammelkasten 35 ab, damit diese über den Späneförderer 34 entsorgt werden können. Der Späneförderer 34 ist seitlich neben der Wand 4 angeordnet und ragt von der Maschinenrückseite her in den Arbeitsraum hinein (2b). Wie bei der Maschine nach 1 ist auf der Rückseite der Säule 1der Schaltschrank 12 in einem Abstand A angeordnet. Platzsparend können Kühl- und Hydraulikaggregat in diesem Zwischenraum untergebracht werden. Vorteilhaft wird dabei eine Öffnung 39 ausgespart, durch welche Werkstücke 8 zu- und abgeführt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführung zur Bearbeitung von Wellen sind die Führungen 5 über den Verfahrweg des Spindelschlittens 6 hinaus verlängert um den Spindelschlitten 6' mit dem Reitstock 23 aufzunehmen. Während der Bearbeitung werden die beiden Spindelschlitten 6, 6' synchron bewegt und gemeinsam über die Kugelrollspindel 26 vom Motor 25 angetrieben. Zur Anpassung an unterschiedlich lange Werkstücke 8 kann der Abstand zischen den Spindelschlitten 6 und 6' manuell mit einem Handrad 38 über eine Gewindespindel 37 eingestellt werden. Zum Spannen des Werkstücks 8 kann die Reitstockspitze 40 pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagt aus einer Offenstellung in eine Spannstellung bewegt werden. Aus den 2a und 2b ist ersichtlich, dass eine der Führungen 5 sehr nahe im Eckbereich der Wände 4, 4' angeordnet ist. Ebenso liegt ein Paar der Führungsschuhe 19 auf den Führungsschienen 14 unmittelbar im Eckbereich, wenn der Trägerschlitten 16 sich in der Arbeitsposition befindet. Dies begünstigt den Kraftfluss und die Maschinensteifigkeit.
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In 3 ist eine dreiachsige Werkzeugmaschine von oben gesehen dargestellt. Wie bei der Werkzeugmaschine nach 2a ist der Werkzeugträger 3 an der Wand 4' angeordnet. Er ist zusätzlich zur horizontalen Achse auch in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Um dies zu ermöglichen ist an der Wand 4' ein Kreuzschlitten 22 auf vertikalen Führungen 5 verfahrbar. Der Antrieb erfolgt über den Motor 25 und eine nicht dargestellte Kugelrollspindel. Der Kreuzschlitten 22 trägt seinerseits Führungsschienen 14' worauf der der Trägerschlitten 16 mit Führungsschuhen 19' in horizontaler Richtung verfahrbar ist. Der Werkzeugrevolver ist wie in 2a mit vertikaler Schwenkachse 18 und hängend angeordneter Werkzeugscheibe ausgeführt.
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3a zeigt eine vorteilhafte Ausführung mit zwei stehenden Werkstückspindeln 2, 2'. Diese sind symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten der Säule 1 angebracht. Sie sind beide in horizontaler Richtung (Y-Achse) verfahrbar und der Werkzeugträger 3 ist wie in der Beschreibung zu 3 erläutert, in horizontaler (X-Achse) und vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Vorteilhaft arbeitet diese Werkzeugmaschine nach dem Pendelprinzip, d.h. während in der Werkstückspindel 2 ein Werkstück bearbeitet wird, kann die Werkstückspindel 2' be- und entladen werden. In einer vereinfachten Version kann die Werkzeugmaschine auch ohne Y-Achse als zweiachsige Maschine mit ortsfesten Werkstückspindeln 2, 2' ausgestattet sein. Besonders vorteilhaft für die Maschinensteifigkeit ist in den 3 und 3a die Anordnung der Führungen in Richtung der X- und Y-Achse an zwei zueinander senkrechten Wänden 4, 4' der Säule 1. Zudem wird der Kraftfluss dadurch verbessert, dass die im Eckbereich der Wände 4, 4' angeordnete Führung 5 und die Führungsschuhe 19' unmittelbar nebeneinander liegen, wenn der Trägerschlitten 16 sich in einer Arbeitsposition befindet.
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4 zeigt eine zweiachsige selbstladende Werkzeugmaschine von der Bedienseite her gesehen. Im unteren Teil der Säule 1 ist der Werkzeugträger 3 mit horizontaler Schwenkachse 18 ortfest an der Wand 4' angeordnet. Die hängende Werkstückspindel 2 trägt an ihrer Unterseite ein Spannmittel 17 zum Greifen und Spannen von Werkstücken 8. 5 zeigt die Werkzeugmaschine nach 4 von oben gesehen. Die Werkstückspindel 2 ist mit dem Spindelschlitten 6 auf Führungsschienen 14 in horizontaler Richtung (X-Achse) verfahrbar. Die Führungsschienen 14 sind in Führungsschuhen 19' am Kreuzschlitten 22 beweglich geführt, der seinerseits auf Führungen 5 an der Wand 4' in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar ist. Zum Be- und Entladen ist die Werkstückspindel 2 aus der Arbeitsposition 10 in eine Ladeposition 11 verfahrbar, wo die Werkstücke 8 von der Transportvorrichtung 21 bereitgestellt werden. Der Werkzeugträger 3 ist seitlich neben der Wand 4' angeordnet. Weil die Werkzeuge 20 auf diese Weise zumindest teilweise durch die Ebene (E) hindurchragen, kann der Abstand (C') zwischen Schwenkachse 18 und Wand 4' verringert werden. Der Schaltschrank 12 ist im Abstand (A) zur Säule 1 aufgestellt. Dadurch kann die Transportvorrichtung 21 vorteilhaft als endloses Förderband um Maschinengestell und Arbeitsraum 7 herumgeführt werden.
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Die 6 zeigt eine nach dem Pick-Up-Prinzip arbeitende Wälzfräsmaschine. Die hängende Werkstückspindel 2 trägt an ihrer Unterseite ein Spannmittel 17 zum Greifen und Spannen von Werkstücken 8. Die Werkstückspindel 2 ist -wie in der Ausführung nach 4- mit dem Spindelschlitten 6 auf Führungsschienen 14 in horizontaler Richtung (X-Achse) verfahrbar. Die Führungsschienen 14 sind in Führungsschuhen 19' am Kreuzschlitten 22 beweglich geführt, der seinerseits auf Führungen 5 an der Wand 4' in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar ist. Die Wälzfrässpindel 28 ist im Lagerbock 33 ortsfest an der Wand 4 angebracht. Die Arbeitsweise und die Bewegungsachsen, Schwenkachse (A-Achse) 30 und Shiftachse 29, sind mit denen in 1a identisch. Die Wälzfrässpindel 28 kann die Ebene F durchdringen, wodurch ein optimaler Kraftfluss ermöglicht wird.
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6a zeigt eine Wälzfräsmaschine für manuelle Beladung. Zur Aufnahme wellenförmiger Werkstücke 8 sind zwei Werkstückspindeln 2, 2' vorgesehen. Diese sind an der Wand 4 -wie in den Ausführungen zu 4 beschrieben- in horizontaler Richtung (X-Achse) und vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Die Wälzfrässpindel 28 ist im Lagerbock 33 auf horizontalen Führungsschienen 14 an der Wand 4' verfahrbar. Die Arbeitsweise, die Schwenkachse (A-Achse) 30 und die Shiftachse 29, sind mit denen in 1a identisch. Die Wälzfrässpindel 28 kann die Ebene E durchdringen. Dadurch kann die Schwenkachse 18 in geringem Abstand zur Wand 4' angeordnet werden, wodurch ein optimaler Kraftfluss ermöglicht wird.
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In 7 ist eine einspindlige Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugrevolvern zur Bearbeitung wellenförmiger Werkstücke 8 dargestellt. Bei dieser Maschine sind vorteilhaft zwei Säulen 1, 1' auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückspindel 2 spiegelbildlich zur Spindelachse 27 angeordnet. An der Säule 1 ist der Werkzeugträger 3 analog zur Beschreibung in 3 in horizontaler (X-Achse) und vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Als Antrieb in Richtung der Z-Achse ist der Motor 25 mit der Kugelrollspindel 26 vorgesehen. Die Werkstückspindel 2 ist am Kreuzschlitten 22' auf Führungsschienen 14 verfahrbar. Der Kreuzschlitten 22' ist an der Wand 4 der Säule 1 auf Führungen 5' in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Das Werkstück 8 ist im Spannmittel 17 eingespannt und wird vom Reitstock 23 abgestützt. Der Reitstock 23 ist ebenfalls über Führungen 14" in Richtung der Y-Achse beweglich. Er kann auch ortsfest am Maschinengestell angeordnet sein. Da die Werkzeugträger 3, 3' spiegelbildlich zur Spindelachse 27 angeordnet sind, kann auf eine detaillierte Beschreibung des Werkzeugträgers 3' verzichtet werden. Wie im Ausführungsbeispiel nach 3 ist die Anordnung der Führungen in Richtung der X- und Y-Achse an zwei zueinander senkrechten Wänden 4, 4' der Säulen 1, 1' für die Maschinensteifigkeit von Vorteil. Zusätzlich sind beiden Säulen 1, 1' noch durch eine Querstrebe 24 miteinander verbunden.
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7a zeigt die Werkzeugmaschine nach 7 in der Draufsicht. Die Werkstückspindel 2 arbeitet nach dem Pick-Up-Prinzip. Sie ist zum Be- und Entladen aus der Arbeitsposition 10 in eine Ladeposition 11 verfahrbar, ergreift die Werkstücke 8 auf der Transportvorrichtung 21, führt sie der Bearbeitung zu und legt sie wieder auf der Transportvorrichtung 21 ab. Da zwischen den Säulen 1, 1' ausreichend Platz vorhanden ist, können die Werkstücke ebenso von der Rückseite der Maschine zugeführt werden.
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Das Maschinengestell mit zwei Säulen 1, 1' kann auch vorteilhaft in Schleifmaschinen eingesetzt werden. 8 zeigt eine Synchronschleifmaschine zum Schleifen von Wellen, wobei zwei Schleifspindeln 41, 41' auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückspindel 2 spiegelbildlich zur Spindelachse 27 angeordnet sind. Dabei heben sich die Normalkomponenten der Zerspankräfte gegenseitig auf und die tangential auf das Werkstück einwirkenden Zerspankräfte können von einem Stützelement aufgenommen werden. Durch die symmetrische Anordnung und das gleichförmige Zustellen der Schleifeinheiten ist die Werkstückdurchbiegung trotz hoher Zustellgeschwindigkeiten vernachlässigbar. An der Säule 1 ist die Schleifspindel 41 - vergleichbar mit dem Werkzeugträger 3 in 3 - in horizontaler Richtung (X-Achse) und vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Als Antrieb in Richtung der Z-Achse ist der Motor 25 mit der Kugelrollspindel 26 vorgesehen. Die Schleifspindel 41 mit der Schleifscheibe 42 ist am Kreuzschlitten 22 auf Führungsschienen 14 verfahrbar. Der Kreuzschlitten 22 ist an der Wand 4 der Säule 1 auf Führungen 5 in vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. An der Säule 1' ist der Kreuzschlitten 22' ebenfalls in horizontaler (X-Achse) und vertikaler Richtung (Z-Achse) verfahrbar. Er trägt zwei Schleifspindeln 41', 41". Diese können um eine Schwenkachse 18 (B-Achse) geschwenkt werden. Auf diese Weise können die Schleifspindeln 41', 41" wahlweise am Werkstück 8 einreifen. Die Schleifmaschine kann ebenso mit einheitlichen Schleifscheiben bestückt werden. Das von der Werkstückspindel 2 rotatorisch angetriebene Werkstück 8 ist im Spannmittel 17 eingespannt und wird vom Reitstock 23 abgestützt.
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In den 1 bis 8 wurden unterschiedliche Bauformen dargestellt. Allen gemeinsam ist das säulenförmige Maschinengestell und die Anordnung von Werkstückspindel und Werkzeugträgern mit den zugehörigen Führungen an der Ecke zweier zueinander senkrechter Wände des Maschinengestells. Dies ermöglicht trotz kompakter Bauweise besonders stabile und bei optimalem Kraftfluss langfristig genau arbeitende Werkzeugmaschinen.
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Bezugszeichenliste
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- 1 1'
- Säule
- 2 2'
- Werkstückspindel
- 3 3'
- Werkzeughalter
- 4 4'
- Wand
- 5 5'
- Führung
- 6 6'
- Spindelschlitten
- 7
- Arbeitsraum
- 8
- Werkstück
- 9
- Trennwand
- 10
- Arbeitsposition
- 11
- Ladeposition
- 12
- Schaltschrank
- 13
- Hydraulik- und Kühlaggregat
- 14 14' 14''
- Führungsschienen
- 15
- Zweite Führungsschienen
- 16
- Trägerschlitten
- 17
- Spannmittel
- 18
- Schwenkachse
- 19 19'
- Führungsschuhe
- 20
- Werkzeug
- 21
- Transportvorrichtung
- 22 22'
- Kreuzschlitten
- 23
- Reitstock
- 24
- Querstrebe
- 25
- Motor
- 26
- Kugelrollspindel
- 27
- Spindelachse
- 28
- Wälzfrässpindel
- 29
- Shiftachse
- 30
- A-Achse
- 31
- Abwälzfräser
- 32
- Spindelmotor
- 33
- Lagerbock
- 34
- Späneförderer
- 35
- Sammelkasten
- 36
- Späneführung
- 37
- Gewindespindel
- 38
- Handrad
- 39
- Öffnung
- 40
- Reitstockspitze
- 41 41' 41''
- Schleifspindel
- 42 42' 42''
- Schleifscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007051375 A1 [0001]
