DE4236295C2 - Modul zur Aufnahme eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul (Baugruppe) zur Aufnahme eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verschwenkbare Module für Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt und werden dann eingesetzt, wenn Werkstücke von mehreren, u. a. fünf Seiten bearbeitet werden sollen, ohne die Ein­ spannung des jeweiligen Werkstückes gegenüber einem Bear­ beitungswerkzeug der Werkzeugmaschine verändern zu müssen. Der Begriff Werkzeugmaschine ist weit auszulegen und betrifft insbesondere Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Schweißmaschinen, Laserschneidmaschinen u. ä. Er kann jedoch auch auf Gravier-, Holz-, Meß- und Erosionsmaschinen aus­ gedehnt werden. Die bekannten Module haben jedoch den Nach­ teil, daß das auf der Tragplatte angeordnete Werkstück bei deren Verschwenkung seine Lage bzw. Position zu dem Bearbei­ tungswerkzeug der Werkzeugmaschine stark verändert. Diese Lageveränderung gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug beträgt mindestens die Hälfte des Maßes der Ausdehnung der Tragplatte in Schwenkrichtung. Somit muß das Bearbeitungswerkzeug relativ weit verfahren werden können um das Werkstück nach einer Schwenkbewegung weiter zu bearbeiten. Dies wiederum erfordert jedoch häufig den Einsatz einer Werkzeugmaschine mit entsprechend lang ausgelegtem Maschinentisch und Ver­ fahrmöglichkeiten der Bearbeitungswerkzeug-Station, so daß die Werkzeugmaschine für die zu bearbeitenden Werkstückgrößen eigentlich zu groß ausgelegt wäre. Somit sind oftmals die Kosten für den Einsatz einer Werkzeugmaschine zur Mehrsei­ tenbearbeitung von Werkstücken ohne Wechseln der Einspannung zu hoch. Dies betrifft sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten.

Bei einem aus der DE 27 23 146 A1 bekannten Modul der eingangs genannten Art ist der Aufnahmetisch um eine mittels Schwenklager sich im wesentlichen unterhalb der Tragplatte und parallel zu deren Oberfläche erstreckende Schwenkachse der Lagereinheit schwenkbar gelagert. Bei dieser Vorrichtung wird beim Verschwenken des Winkeltisches aus seiner horizontalen in seine vertikale Lage ein darauf aufgenommenes Werkstück sowohl hori­ zontal als auch vertikal erheblich aus seiner ursprünglichen Lage ausgelenkt. Die das Werk­ stück bearbeitenden Werkzeugmaschinen müssen damit zwangsläufig ständig nachgestellt werden, wenn eine kontinuierliche Bearbeitung erfolgen soll. Die Verwendung eines solchen Winkeltisches in Verbindung mit an die Größe des zu bearbeitenden Werkstückes angepaßten Bearbeitungszentren mit senkrechter Spindel wird damit unmöglich gemacht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mo­ dul zur Durchführung einer Verschwenkbewegung für ein Werkstück so auszubilden, daß die mehrseitige Bearbeitung bei Verwendung einer Werkzeugmaschine mit an die Größe des zu bearbeitenden Werkstückes angepaßter Baugröße ermöglicht wird, wobei während der Ver­ schwenkbewegung der Tragplatte eine minimale Auslenkung des Werkstückes aus seiner ur­ sprünglichen Position gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Modul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lagereinheit als beim Verschwenken des Aufnahmetisches um seine Schwenkachse (Schwenklager) linear und senkrecht zur Schwenkachse verfahrbare Komponente ausgebildet ist.

Somit ist ein Modul für den Einsatz in einer Werkzeugmaschine geschaffen, das bei einer Schwenkbewegung der Tragplatte das darauf auf gespannte Werkstück bei weitgehender Beibehaltung der Position des Werkstückes in Bezug zu der aus Sicht von oben projizierten Richtung der Schwenkbewegung verschwenkt, also das Werkstück nur relativ geringfügig in Bezug zu seinem seitlichen Abstand zur Position des Bearbeitungswerkzeuges auslenkt, so daß das Bearbeitungswerkzeug lediglich unwesentlich horizontal verfahren werden muß, wenn das verschwenkte Werkstück weiterbearbeitet werden soll. So ist es mit dem erfindungsgemäßen Modul möglich, eine 3D- Bearbeitung von Werkstücken, z. B. im Formenbau, auf einer Werkzeugmaschine durchzuführen, die in einer üblicherweise der Dimension des zu bearbeitenden Werkstückes entsprechenden Baugröße ausgeführt ist. Der Einsatz zu großer Werkzeug­ maschinen ist demzufolge bei einer 3D-Bearbeitung von Werkstücken nicht mehr erforderlich, zumindest aber redu­ ziert. Dadurch lassen sich erhebliche Kosten hinsichtlich Anschaffung und Betreibung von Werkzeugmaschinen einsparen.

Zwar ist es aus GB 1 395 912 bekannt, bei einer Vorrichtung der eingangs spezifizierten Bau­ form eine Verschwenkung der Tragplatte über eine sich schräg zu dieser erstreckende Schwenkachse, die die Tragplatte und deren Drehachse durchschneidet vorzusehen, so daß die Drehplatte damit um ihren Mittelpunkt schwenkt. Dabei bleibt der Mittelpunkt der Tragplatte während der Verschwenkbewegung in seiner Lage unverändert, so daß sowohl die Drehachse als auch das auf dieser angeordnete Werkstück zwangsläufig deutlich aus ihren vorherigen Positionen ausgelenkt werden. In ähnlicher Weise erfolgt bei einer aus der DE 28 33 145 A1 bekannten Vorrichtung dieses Bautyps eine Verschwenkung ebenfalls über eine sich schräg zur Tragplatte erstreckende Schwenkachse, die allerdings die Tragplatte nicht im Zentrum, sondern von diesem etwas versetzt schneidet, so daß sie die Tragplatten-Drehachse oberhalb deren Oberfläche kreuzt (s. dort Fig. 5). Wohl ist dabei die Auslenkung des Werkstückes bei rein waagerechter oder rein senkrechter Tragplatte minimal; bei allen dazwischen liegenden Winkeln jedoch ist die seitliche Auslenkung der Platte und damit des Werkstückes aufgrund der seitlich versetzten Schwenkachse zwangsläufig groß. Beide bekannte Vorrichtungen offenbaren demnach lediglich das Verschwenken um eine schräg zur Tragplatte-Oberfläche verlaufende Schwenkachse und geben keinerlei Hinweis auf eine zusätzliche lineare Bewe­ gung der Lagereinheit während des Verschwenkens der Tragplatte, um dadurch die Bewe­ gung der Tragplatte so zu modifizieren, daß die Auslenkung in der vertikalen, in der horizon­ talen sowie in allen dazwischen liegenden Positionen gering gehalten werden könnte.

Vorteilhafterweise kann das Getriebe als Koppelgetriebe aus­ gebildet sein, da diese besonders herstellungs- und ferti­ gungsgünstig sind und eine sicher geführte Verschwenkung des Aufnahmetisches ermöglichen.

Das Koppelgetriebe kann als Viergelenkhebelgetriebe ausge­ bildet sein. Neben einer Zwangsführung des Arbeitstisches und damit der Tragplatte ist durch die Verwendung eines Vier­ gelenkhebelgetriebes die Aufnahmemöglichkeit von bei der Bearbeitung entstehenden Kräften gegenüber herkömmlichen Dreh-Modulen erhöht. Insbesondere kann das Werkstück im Raum so bewegt werden, daß z. B. auf der Bearbeitungs- bzw. Werk­ zeugmaschine das Werkstück in einer Aufspannung nicht nur von fünf Seiten bearbeitet, sondern z. B. auf einer Halbkugel­ oberfläche des Werkstückes jede beliebige Position angefahren und bearbeitet werden kann, ohne daß das Werkstück während der Bewegung wesentlich aus seiner räumlichen Position gebracht wird.

Die Schwenkbewegung des Aufnahmetisches und der Tragplatte kann über die in einem Maschinentisch der Werkzeugmaschine verfahrbar angeordnete Lagereinheit einleitbar sein. Die Realisierung der Schwenkbewegung über eine geradlinige und gleichförmige Verfahrbewegung einer Lagereinheit ist beson­ ders vorteilhaft für den Bewegungsablauf und die aufzu­ bringende Kraftkomponentengröße für die Verschwenkung des Aufnahmetisches.

Am Aufnahmetisch kann mindestens ein Stützlager vorgesehen sein, in dem ein Stützhebel gelenkig gelagert ist, dessen nicht am Aufnahmetisch gelagertes Ende gelenkig mit einem Festlager des Maschinentisches verbunden ist. Somit ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Viergelenkhebelgetriebes geschaffen, das sich durch hohe Funktionssicherheit, geringen Verschleiß und relativ niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet.

Um das Spektrum möglicher Bearbeitungspositionen für das aufgespannte Werkstückes zu erhöhen, kann/können das/die den Aufnahmetisch mit der Lagereinheit verbindenden Schwenklager zur beliebigen Klemmung der Schwenkposition der Tragplatte zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Position feststellbar ausgebildet sein. Diese Feststellung kann vorteilhafterweise hydraulisch erfolgen, wodurch besonders hohe Klemmkräfte erreichbar sind.

Ein besonders günstiges Antriebskonzept für die verfahrbare Lagereinheit hinsichtlich einer kontinuierlichen Geschwin­ digkeit sowie einer ausreichenden Geradführung ist dadurch erreichbar, daß die Lagereinheit über einen von einer An­ triebseinheit bewegten Kugelgewindetrieb verfahrbar und zusätzlich über mindestens eine Linearführung in dem Maschinenbett geführt ist.

Die Tragplatte kann gleichzeitig zur Schwenkbewegung über eine Drehantriebseinheit gegenüber dem Aufnahmetisch drehbar sein. Somit sind die Bearbeitungsmöglichkeiten für das Werkstück erweitert. Insbesondere können auch komplizierte Konturen ohne weiteres realisiert werden. Die Drehantriebs­ einheit kann als allgemein üblicher, von einem Motor ange­ triebener Riementrieb ausgebildet sein, der mit allgemein üblichen Getriebeelementen korrespondiert, die Bestandteil des Moduls sein können.

Um eine gezielte, maßhaltige Bearbeitung des Werkstückes zu erleichtern, kann der Verschwenkwinkel des Aufnahmetisches und/oder der Tragplatte meßbar sein. Dies ist besonders einfach zu realisieren, wenn der Verschwenkwinkel des Auf­ nahmetisches über ein im Schwenklager angeordnetes Direkt­ meßsystem direkt meßbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Modul nach­ träglich zu einer Werkzeugmaschine nachrüstbar ausgebildet ist. Somit sind auch bereits vorhandene Werkzeugmaschinen mit dem erfindungsgemäßen Modul ausrüstbar, so daß vorhandene Bearbeitungsmöglichkeiten nachträglich deutlich gesteigert werden können. Es ist weiterhin auch möglich, das Modul separat auf seine Funktionsfähigkeit zu testen sowie es maschinenfern vorzumontieren.

Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt:

Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Modul in Seitenansicht, wobei sich eine Tragplatte eines Aufnahmetisches in verti­ kaler Position befindet,

Fig. 2: eine Seitenansicht des Moduls mit horizontal ausge­ richteter Tragplatte und

Fig. 3: eine Draufsicht auf das Modul, wobei die Tragplatte in eine vertikale Position geschwenkt ist.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Modul 1 ist auf einem Maschinen­ tisch 9 einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine angeordnet. Das Modul 1 umfaßt einen Aufnahmetisch 2 mit einer Tragplatte 3, auf dem ein zu bearbeitendes, ebenfalls nicht darge­ stelltes Werkstück angeordnet wird. Der Aufnahmetisch 2 ist gelenkig über zwei Schwenklager 8 mit einer Lagereinheit 7 verbunden. Weiterhin ist am Aufnahmetisch 2 ein Stützhebel 11 in einem Stützlager 10 gelenkig gelagert. Dessen nicht am Aufnahmetisch 2 angeordnetes Ende ist gelenkig in einem Festlager 12 des Maschinentisches 9 der Werkzeugmaschine angeordnet. Um eine Kollision mit dem Aufnahmetisch 2 auszu­ schließen ist der Stützhebel 11 gekrümmt ausgebildet. Die Tragplatte 3 ist über eine Drehantriebseinheit 16, die z. B. als ein von einem Motor 18 angetriebener Riementrieb 17 ausgebildet sein kann, innerhalb des Aufnahmetisches 2 um eine Achse 4 um 360° schwenk- oder drehbar gelagert. Die Realisierung der Schwenk- oder Drehbewegung der Tragplatte 3 innerhalb des Aufnahmetisches 2 ist allgemeiner Stand der Technik, so daß im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.

Die Lagereinheit 7 ist im Maschinentisch 9 über einen Kugel­ gewindetrieb 13 linear verfahrbar. Der Kugelgewindetrieb 13 wird über eine Antriebseinheit 14 angetrieben, wobei diese einen Antriebsmotor 19, Zahnräder 20, 20' sowie einen die Zahnräder verbindenden Riementrieb 17' umfaßt. Zusätzlich zum Kugelgewindetrieb 13 ist die Lagereinheit 7 durch zwei im Maschinentisch 9 angeordnete Linearführungen 15 geführt.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäßen Modul 1 mit von der verti­ kalen Position entsprechend Fig. 1 in die horizontale Position verschwenkter Tragplatte 3. Die Schwenkbewegung des Auf­ nahmetisches 2 und damit der Tragplatte 3 erfolgt durch Verfahren der Lagereinheit 7 innerhalb der Linearführung 15 des Maschinentisches 9, wobei diese Vorschubbewegung durch den Kugelgewindetrieb 13 übertragen wird. Während dieser Bewegung der Lagereinheit 7 wird der Aufnahmetisch 2 und damit die Tragplatte 3 von der in Fig. 1 gezeigten vertikalen Position der Tragplatte 3 in eine horizontale Position ver­ schwenkt. Durch die gelenkige Anordnung des Stützhebels 11 in einem Festlager 12 des Maschinentisches 9 und einem Stützlager 10 des Aufnahmetisches 2 sowie durch die gelenkige Lagerung des Aufnahmetisches 2 in der verfahrbaren Lager­ einheit 7 in dem Schwenklager 8 bildet das Modul 1 ein Koppelgetriebe, speziell ein Viergelenkhebelgetriebe. Bei der Schwenkbewegung die Tragplatte 3 wird das darauf angeordnete Werkstück in Bezug auf die aus Sicht von oben projizierte Richtung der Schwenkbewegung nur in geringem Maß aus der ursprünglichen Lage ausgelenkt. Somit ist nach dem Schwenk­ vorgang der Tragplatte 3 und des darauf angeordneten Werk­ stückes ein Verfahren der Bearbeitungsstation der Werkzeug­ maschine, auf der das Modul 1 angeordnet ist, nur in geringem Maße erforderlich. So können bei einer Fünf-Seiten-Bear­ beitung des Werkstückes üblicherweise für die jeweils zu bearbeitenden Werkstückgrößen eingesetzte Werkzeugmaschinen- Baugrößen verwendet werden.

Die Draufsicht auf das Modul 1 entsprechend Fig. 3 zeigt, daß in dieser Ausführungsform nur ein Stützhebel 11 verwendet wird. Selbstverständlich ist es im Rahmen dieser Erfindung auch möglich, mehrere Stützhebel vorzusehen.

Bezugszeichenliste

1

- Modul

2

- Aufnahmetisch

3

- Tragplatte

4

- Achse

5

- Koppelgetriebe

6

- Viergelenkhebelgetriebe

7

- Lagereinheit

8

- Schwenklager

9

- Maschinentisch

10

- Stützlager

11

- Stützhebel

12

- Festlager

13

- Kugelgewindetrieb

14

- Antriebseinheit

15

- Linearführung

16

- Drehantriebseinheit

17

,

17

'- Riementrieb

18

- Motor

19

- Antriebsmotor

20

- Zahnräder

Claims (12)

1. Modul zur Aufnahme eines in einer Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstückes, wobei das Modul einen Aufnahmetisch mit einer das Werkstück aufnehmenden drehba­ ren Tragplatte sowie eine den Aufnahmetisch lagernde Lagereinheit umfaßt und der Aufnahmetisch um eine mittels Schwenklager sich im wesentlichen unterhalb der Trag­ platte und parallel zu deren Oberfläche erstreckende Schwenkachse der Lagereinheit schwenkbar gelagert ist und über einen Antrieb zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Lage der Tragplatte verschwenkbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagereinheit (7) als beim Verschwenken des Aufnahmetisches (2) um seine Schwenkachse (Schwenklager 8) linear und senkrecht zur Schwenkachse verfahr­ bare Komponente ausgebildet ist.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modul ein als Koppelgetriebe (5) ausgebildetes Getriebe zur Steuerung der Schwenkbewegung des Aufnahmetisches (2) und damit der das Werkstück aufnehmenden Tragplatte (3) zuge­ ordnet ist.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgetriebe (5) als Viergelenkhebelgetriebe (6) ausgebildet ist.

4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Aufnahmetisches (2) und der Tragplatte (3) über die in einem Maschinentisch (9) der Werkzeugmaschine verfahrbar angeordnete Lagereinheit (7) des Moduls (1) einleitbar ist.

5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufnahmetisch (2) mindestens ein Stützlager (10) vorgesehen ist, in dem ein Stütz­ hebel (11) gelenkig gelagert ist, von dem ein außerhalb des Aufnahmetisches (2) gela­ gertes Ende gelenkig mit einem Festlager (12) des Maschinentisches (9) verbunden ist.

6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das/die den Aufnahmetisch (2) mit der Lagereinheit (7) verbindenden Schwenklager (8) zur beliebigen Klemmung der Schwenkposition der Tragplatte (3) zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Position feststellbar ausgebildet ist/sind.

7. Modul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Schwenk­ lager (8) hydraulisch feststellbar ist/sind.

8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit (7) über einen von einer Antriebseinheit (14) bewegten Kugelgewin­ detrieb (13) verfahrbar und über mindestens eine Linearführung (15) in dem Maschi­ nentisch (9) geführt ist.

9. Modul nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (3) gleichzeitig zur Schwenkbewegung über eine Drehantriebseinheit (16) gegenüber dem Aufnahmetisch (2) drehbar ist.

10. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Messen des Verschwenkwinkels des Aufnahmetisches (2) und/oder der Tragplatte (3) vorgesehen ist.

11. Modul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschwenk­ winkel des Aufnahmetisches (2) über ein im Schwenklager (8) angeordnetes Direktmeß­ system real meßbar ist.

12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (1) als Nachrüstbausatz zu einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist.