DE4430113A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine für die Bearbei
tung von im wesentlichen rotationssymmetrischen Werkstücken,
insbesondere von Werkstücken aus gehärtetem Stahl oder anderen
harten Werkstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die DE-33 20 940 A1 ist eine sogenannte Zweispindeldreh
maschine bekannt. Diese Maschine weist zwei Werkstückspindel
stöcke auf, von denen der eine auf dem Maschinenbett ortsfest
angebracht und der andere auf einem Kreuzschlitten in zwei
zueinander senkrechten Achsen verfahrbar ist. Die Werkstück
spindeln rotieren um horizontale Achsen und sind mit Spann
mitteln zum Einspannen jeweils eines zu bearbeitenden Werk
stücks versehen. Jedem Werkstückspindelstock ist ein Werkzeug
kopf mit einem fliegend gelagerten Werkzeugrevolver zugeordnet,
der an seiner Stirnseite zum zugehörigen Werkstückspindelstock
ausgerichtete Werkzeugaufnahmen und Werkzeuge trägt. Einer der
Werkzeugköpfe ist in der Verfahrebene des bewegbaren Werkstück
spindelstocks ortsfest, der andere auf einem Kreuzschlitten
beweglich angeordnet. Der ortsfeste Werkzeugkopf ist senkrecht
zur Verfahrebene der Kreuzschlitten bewegbar geführt. Die Werk
zeugrevolver tragen feststehende oder umlaufende Werkzeuge,
wobei als umlaufende Werkzeuge solche für Fräs- und Bohrarbei
ten vorgesehen sind. Diese Maschine ist insbesondere für Stan
genarbeiten konzipiert, also für die Bearbeitung von Werk
stückrohlingen, die in Form einer Stange durch den ortsfesten
Werkstückspindelstock zugeführt, dort mit den Werkzeugen des
beweglichen Werkzeugkopfes von einer Seite her bearbeitet,
nach dieser Bearbeitung direkt an den verfahrbaren Werkstück
spindelstock übergeben und in dieser Aufspannung mit den Werk
zeugen des ortsfesten, jedoch vertikal verfahrbaren Werkzeug
kopfes an ihrer Rückseite bearbeitet werden.
Diese Maschine bietet nur ein beschränktes Bearbeitungsspektrum,
weil Relativbewegungen von Werkstück und Werkzeug nur in den
kartesischen Koordinaten möglich sind, sie ist relativ aufwen
dig, weil sie als Doppelmaschine mit zwei Werkstück- und zwei
Werkzeugeinheiten aufgebaut ist und sie ist nicht im Hinblick
auf die Hartbearbeitung von Werkstücken aus gehärtetem Stahl
oder anderen harten Werkstoffen konzipiert und ausgestattet.
Bei gehärteten Werkstücken aus Stahl oder bei Werkstücken aus
anderen harten Werkstoffen ist im wesentlichen nur noch eine
End- bzw. Feinbearbeitung erforderlich. Da die zu bearbeitenden
Flächen meistens Paßflächen sind, sind entsprechend enge
Toleranzen vorgegeben. Die Hartbearbeitung erfordert hohe
Bearbeitungsdrücke, um zu wirtschaftlich vernünftigen Material
abtragsraten und Bearbeitungszeiten zu kommen. Um dabei die
wegen der engen Toleranzen erforderliche Bearbeitungsgenauig
keit zu erreichen, müssen die Maschine und ihre Aggregate sehr
steif und stabil ausgebildet sein. Die Fertigbearbeitung der
Werkstücke auf einer Maschine erfordert außerdem hohe Flexibi
lität.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
weitere Werkzeugmaschine anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des An
spruchs 1 angegebenen Merkmale. Damit wird eine sehr kompakt
aufgebaute Werkzeugmaschine vorgeschlagen, die nach einem neu
artigen Konzept mit einem einzigen Werkzeugrevolver zahlreiche
verschiedene Bearbeitungsvorgänge an Vorder- und Rückseite von
in den beiden Werkstückspindelstöcken eingespannten, insbeson
dere kurzen Werkstücken ausführen kann.
Merkmale von Fortführungen und Ausgestaltungen der Maschine
nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 betreffen die Ausstattung
der Maschine mit Freiheitsgraden, die eine universelle Bearbei
tung der Werkstücke an ihrer Vorder- und Rückseite in beiden
Werkstückspindelstöcken erlauben. Mit diesem Aufbau gemäß der
Erfindung können zylindrische, konische und profilierte Innen-
und Außenflächen sowie Stirn- und Schulterflächen der einge
spannten Werkstücke bearbeitet werden.
Die Merkmale des Anspruchs 5 schaffen die Möglichkeit, ver
schiedenste Arbeitsvorgänge am Werkstück auszuführen, wobei
besonderes Gewicht auf die Fein- bzw. Endbearbeitung der Werk
stücke von beiden Seiten gelegt ist.
Die Merkmale des Anspruchs 6 dienen dem rationellen Einsatz der
Maschine und der Werkzeuge, indem sie die direkte Übergabe der
Werkstücke zwischen den beiden Werkstückspindelstöcken sowie
das gleichzeitige Zusammenwirken der in den Werkstückspindel
stöcken eingespannten Werkstücke mit am Werkzeugrevolver in der
jeweiligen Bearbeitungsposition bereitgehaltenen Werkzeugen
ermöglichen.
Die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 schaffen die dafür notwen
digen steuerungstechnischen Voraussetzungen.
Die in den Ansprüche 9 bis 11 enthaltenen Merkmale sind insbe
sondere von Vorteil im Zusammenhang mit der Hartbearbeitung von
Werkstücken. Sie bewirken die Stabilität und Steifigkeit der
Maschine, die die geforderte hohe Genauigkeit unter hohen
Bearbeitungsdrücken gewährleisten.
Die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 12 bieten eine vorteilhafte
Anordnung der Werkzeuge am Werkzeugrevolver, mit der auch die
simultane Bearbeitung zweier Werkstücke, die in den beiden ein
ander gegenüberstehenden Werkstückspindelstöcken eingespannt
sind, möglich macht.
Die Ansprüche 13 bis 17 enthalten weitere vorteilhafte Ausstat
tungsmerkmale des Werkzeugrevolvers. Dabei sind die Merkmale
der Ansprüche 15 bis 17 insbesondere für die Hartbearbeitung
von Werkstücken von Bedeutung, da sie die Fein- bzw. Hartbear
beitung optimieren.
Die Ansprüche 18 und 19 enthalten Merkmale einer weiteren vor
teilhaften Ausstattung der Maschine, die das schnelle und genaue
Abrichten der eingesetzten Schleifwerkzeuge ermöglichen.
Die Ansprüche 20 und 21 betreffen zusätzliche Bearbeitungsein
heiten, die am Werkzeugrevolver Aufnahme finden können und das
Bearbeitungsspektrum für die Werkstücke insbesondere in
Richtung Fein- und Feinstbearbeitung beträchtlich erweitern.
Die Ansprüche 22 und 23 befassen sich mit der Möglichkeit des
Werkstückswechsels mittels einer Wechslereinheit, die ebenfalls
am Werkzeugrevolver vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Anord
nung ist, daß für die Beschickung der Maschine mit Werkstücken
kein zusätzliches, im Arbeitsraum der Maschine Platz beanspru
chendes Aggregat erforderlich ist. Die gemäß der Erfindung
am Werkzeugrevolver vorgesehene Wechslereinheit ist einfach
durch Drehen des Werkzeugrevolvers beim bearbeitungsgerechten
Positionieren eines Werkzeuges oder eines Werkzeugpaares aus
dem Arbeitsbereich der Maschine herausbewegbar.
Die Ansprüche 24 bis 27 betreffen die Späneentsorgung, die für
das Schleifen der Werkstücke einerseits und das trockene Drehen
und anderweitige Bearbeiten der Werkstücke andererseits separat
erfolgt. Dadurch wird die Entsorgung der Späne wesentlich er
leichtert und unter Umweltgesichtspunkten verbessert. Mit den
Merkmalen des Anspruchs 28 wird die Kühlschmierstoffzuführung
insbesondere für die Hochleistungsschleifbearbeitung der Werk
stücke optimiert. Die Gestaltung der Werkstückspindelköpfe
gemäß Anspruch 29 ermöglicht eine sehr sichere Strategie beim
Übergeben der Werkstücke von Spindel zu Spindel.
Durch die Erfindung wird eine Werkzeugmaschine für die kom
plette Fein- und Feinstbearbeitung von kurzen rotationssymmetri
schen Werkstücken bereitgestellt. Mit der Maschine können die
Werkstücke auf beiden Seiten fertig bearbeitet werden, ohne daß
sie zwischendurch die Maschine verlassen müssen. Besonderes
Gewicht ist dabei auf die Feinbearbeitungsvorgänge an beiden
Seiten der Werkstücke gelegt. Mit der Anordnung des Werkzeugre
volvers zwischen den Werkstückspindelstöcken können die in den
beiden Werkstückspindelstöcken eingespannten Werkstücke simul
tan oder natürlich auch nacheinander bearbeitet werden. Infolge
ihrer steifen und sehr stabilen Konstruktion und ihrer Werkzeug
ausstattung ist die Maschine insbesondere für die Hartbearbei
tung von Werkstücken geeignet. Andererseits können auch Werk
stücke aus herkömmlichen Werkstoffen unter Einhaltung sehr
enger Toleranzen mit hoher Genauigkeit fertigbearbeitet werden.
Die Vielseitigkeit der einsetzbaren Werkzeuge gewährleistet für
jede Bearbeitungsaufgabe die jeweils optimale Bearbeitungs
strategie mit den optimalen Werkzeugen. Von besonderem Vorteil
ist, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maschine sowohl das
Hartdrehen als auch das Hartschleifen mit den entsprechenden
Werkzeugen ermöglicht. Damit sind gerade die für die Hartbear
beitung der Werkstücke gebräuchlichsten Bearbeitungsvorgänge
auf der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maschine zu realisieren.
Das vom Werkstück abgetragene Material kann je nach Bearbei
tungsart getrennt entsorgt werden, was aus Gründen des Umwelt
schutzes von Vorteil ist. Dabei ist die Maschine in konstruk
tiver Hinsicht relativ einfach und trotz ihrer Vielseitigkeit
sehr kompakt aufgebaut.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Werkzeug
maschine nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Werkzeugkopf mit Werkzeugrevolver in einer
perspektivischen Ansicht,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Werkzeug
revolvers mit den Positionen verschiedener Werk
zeuge und
Fig. 4.1 bis 4.4 verschiedene Arbeitspositionen des Werkstück
wechslers am Revolver während eines Werkstück
wechsels.
In der Zeichnung ist ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbei
spiel der Werkzeugmaschine nach der Erfindung dargestellt. In
den Figuren sind gleiche Teile mit jeweils denselben Bezugs
zeichen versehen. Bei der Maschine handelt es sich um eine
Dreh-Schleifmaschine für die komplette Feinbearbeitung von
rotationssymmetrischen Werkstücken. Dabei steht insbesondere
die Hartbearbeitung von Werkstücken aus gehärtetem Stahl oder
anderen harten Werkstoffen im Vordergrund.
Die in der Zeichnung dargestellte Dreh-Schleifmaschine weist
ein Maschinenbett 1 auf, auf welchem einander gegenüber zwei
Kreuzschlitten 2 und 3 angeordnet sind. Der Kreuzschlitten 2
weist einen unteren, auf dem Maschinenbett 1 in der Richtung Z₁
verfahrbaren Schlitten 4 mit einem Z₁-Antrieb 6 und auf dem
Schlitten 4 einen oberen Schlitten 7 mit einem in der Zeichnung
nicht dargestellten X₁-Antrieb auf, der in der X₁-Richtung quer
zu Z₁ verfahrbar ist. Der obere Schlitten 7 trägt einen Werkstück
spindelstock 8 mit einer um eine C₁-Achse drehbaren Werkstück
spindel 9. Diese trägt an ihrem freien Ende als Werkstückspann
einrichtung einen Spannkopf 11, in welchem ein Werkstück 12
eingespannt ist. An dem Spannkopf ist ein Abrichtring 13 ange
bracht, der die Achse C₁ der Werkstückspindel 9 konzentrisch
umgibt. Der Abrichtring 13 ist vorzugsweise austauschbar an dem
Spannkopf 11 befestigt. Der Werkstückspindelstock 8 ist auf
einem Drehtisch 14, der von dem oberen Schlitten 7 getragen
wird, um eine vertikale Achse B₁ drehbar.
Der zweite Kreuzschlitten 3 besteht aus einem unteren, parallel
oder in Flucht zur Richtung Z₁ in Richtung Z₂ verfahrbaren
Schlitten 16 und einem auf dem Schlitten 16 quer in Richtung X₂
verfahrbaren Schlitten 17. Mit 18 ist der Z₂-Antrieb des unte
ren Schlittens 16 bezeichnet. Der Antrieb des oberen Schlittens
17 ist nicht dargestellt. Der Kreuzschlitten 3 trägt einen
zweiten Werkstückspindelstock 19, der auf einem Drehtisch 21 um
eine vertikale Achse B₂ drehbar gelagert ist. Im Werkstückspin
delstock 19 ist eine Werkstückspindel 22 mit einem Spannkopf 23
zum Einspannen eines Werkstücks 24 vorgesehen. Am Spannkopf ist
ein die Spindelachse C₂ konzentrisch umgebender Abrichtring 26
austauschbar angebracht.
Die Kreuzschlitten 2 und 3 sind so ausgebildet und angeordnet,
daß die Drehachsen C₁ und C₂ der Werkstückspindeln in Flucht
zueinander gebracht werden können, so daß sie eine gemeinsame
Werkstückspindelachse C₁-C₂ bilden und eine direkte Werkstück
übergabe ermöglichen.
Dem Maschinenbett 1 ist eine vertikale Maschinensäule 27 (vergl.
Fig. 2) zugeordnet, an welcher ein Werkzeugkopf 28 senk
recht zur Ebene der X- und Z-Achsen in Y-Richtung vertikal
verfahrbar ist. Aus Stabilitätsgründen wird die Säule fest mit
dem Maschinenbett 1 verbunden sein.
Zwei parallele Wände bzw. Tragarme 31 und 31a des Werkzeugkopfs
28 bilden ein Joch 29, in welchem ein Werkzeugrevolver 32 beid
seits gelagert ist. Die Achse 33 des Werkzeugrevolvers 32 ver
läuft parallel zu der obenerwähnten gemeinsamen Achse C₁-C₂
der beiden Werkstückspindeln 9 und 22 bzw. parallel zu den
beiden Linearachsen Z₁ und Z₂ der beiden unteren Schlitten 4
und 16. Die beidseitige Lagerung des Werkzeugrevolvers 32 erhöht
die Steifigkeit des Systems gegenüber der fliegenden Lagerung
und gewährleistet auch beim Hartbearbeiten von Werkstücken
unter großen Bearbeitungskräften eine hohe Genauigkeit.
Der Werkzeugrevolver 32 kann gemäß der Erfindung mit mehreren
unterschiedlichen Werkzeugen ausgestattet werden. Fig. 1 läßt
erkennen, daß in einigen Umfangspositionen 38a bis 38d axial
nebeneinander jeweils zwei Aufnahmen 37.1 und 37.2 vorgesehen
sind. Diese Aufnahmen dienen zum Einsetzen von Werkzeughaltern 34
für unterschiedliche Werkzeuge 36 mit geometrisch bestimmten
Schneiden (Drehwerkzeuge). In Fig. 3 sind in den Umfangsposi
tionen 38a bis d die Werkzeughalter 34a bis 34d mit Drehwerk
zeugen 36a bis 36d zu erkennen. Dabei handelt es sich um Halter-
und Werkzeugpaare. Hinter den in Fig. 3 erkennbaren Haltern
34a bis d befindet sich nämlich axial versetzt eine zweite
Reihe von Haltern. Diese sind in die in Fig. 1 dargestellten
Aufnahmen 37.2 eingesetzt. Zur Verdeutlichung zeigt Fig. 1 in
der Umfangsposition 38b axial nebeneinander beide Werkzeughal
ter, die hier zur Unterscheidung die Bezugszeichen 34b.1 und
34b.2 tragen und mit den Werkzeugen 36b.1 und 36b.2 ausgestat
tet sind. Die Positionen 34b.1 und 36b.1 der Fig. 1 sind mit
den in Fig. 3 angegebenen Positionen 34b und 36b identisch.
Die Werkzeuge 36b.1 und 36b.2 erstrecken sich in axialer Rich
tung entgegengesetzt nach beiden Stirnseiten des Werkzeugrevol
vers 32, so daß sie in spanabtragenden Kontakt mit den Werk
stücken 12 und 24 gebracht werden können.
Neben dem Drehen, insbesondere dem Hartdrehen von Werkstücken
aus harten Werkstoffen ist das Schleifen ein wichtiger Bearbei
tungsvorgang zum Fertigbearbeiten der Werkstücke auf beiden
Seiten. Neben den üblichen Innenrund- und Außenrundarbeiten
können auch Planflächen an den Werkstücken geschliffen werden.
In zwei weiteren Umfangspositionen 38e und 38f (Fig. 3) weist
der Werkzeugrevolver 32 daher, zwei Aufnahmen 39a und 39b für
zwei entgegengesetzt orientierte Schleifspindeln 41 und 42 mit
Schleifwerkzeugen 43 und 44 auf (Fig. 1). Die Schleifspindel
achsen können im wesentlichen parallel zur Achse 33 des Werk
zeugrevolvers verlaufen, sind aber vorzugsweise um einen klei
nen Winkel von etwa 1° bis 5° zu dieser Achse bzw. zur Z-Achse
geneigt. Damit wird beim Schleifen von Planflächen ein Umfangs
schliff gewährleistet. In der Regel werden CBN-Schleifscheiben
(CBN = Cubisches Bornitrid) kleinen Durchmessers eingesetzt,
die sowohl Außen- als auch Innen- und Planflächen bearbeiten
können. Bevorzugt werden für die Schleifwerkzeuge Mittelfre
quenz-Motorschleifspindeln. Die Anordnung der Schleifspindeln
in der Art, daß die Schleifwerkzeuge 43 und 44 axial nach bei
den entgegengesetzten Seiten zu den in den Spannköpfen einge
spannten Werkzeugen hin orientiert sind, ermöglicht es, Flächen
sowohl an der vorderen als auch an der hinteren Werkstückseite
zu schleifen. Durch Oszillation des Werkzeugkopfes mit dem
Werkzeugrevolver 32 in Y-Richtung können periphere Flächen,
beispielsweise Schlüsselflächen, flachgeschliffen werden.
Die Antriebe der Achsen X₁, X₂, Z₁, Z₂ und Y sowie der Dreh
achsen B₁ und B₂ sind, was in der Zeichnung nicht eigens dar
gestellt ist, numerisch gesteuert und können entsprechend den
gewünschten Bearbeitungsvorgängen programmiert werden.
Die Schleifbearbeitung der Werkstücke erfordert eine Kühl
schmierung, die durch nicht dargestellte Kühlschmiermitteldüsen
realisiert wird. Um eine optimale Kühlung des Schleifprozesses
zu gewährleisten, können die Kühlschmiermitteldüsen ent
sprechend dem Schleiffortschritt numerisch gesteuert nachge
führt werden. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die
Kühlschmiermitteldüsen und deren Nachführung in der Zeichnung
nicht dargestellt, da dem Fachmann der verbale Hinweis auf
diese Möglichkeit für eine Realisierung genügt.
Das mit vom Werkstück abgetragenem Material belastete Kühl
schmiermittel wird im Raum unterhalb des Arbeitsbereiches der
Schleifwerkzeuge in einer Rinne 46 gesammelt und abgeführt.
Das Hartdrehen von Werkstücken mit CBN-Werkzeugen wird nach
Erkenntnissen der modernen Verfahrensforschung vorzugsweise
trocken durchgeführt. Um die Drehspäne nicht mit dem Kühl
schmiermittel für das Schleifen zu vermischen, wird gemäß der
Erfindung zum Drehprozeß ein Kasten 47 mit einem Späneförder
band 48 oberhalb der Rinne 46 in den Arbeitsraum gefahren und
für die Durchführung von Schleifarbeiten wieder zurückgezogen,
so daß das Kühlschmiermittel beim Schleifen zum Filter und in
das Kühlschmiermittelsystem zurücklaufen kann.
Die trockenen Drehspäne und das mit Abtragsmaterial beladene
Kühlschmiermittel können gemäß der Erfindung also separat
entsorgt werden.
In einer weiteren Umfangsposition 38g des Werkzeugrevolvers ist
ein Handhabungsgerät 49 für den automatischen Werkstückwechsel
vorgesehen. Dieses Handhabungsgerät 49 ist am äußeren Umfang
des Werkzeugrevolvers 32 angebracht und um eine zur Drehachse
des Werkzeugrevolvers im wesentlichen radiale Achse 51 schwenk
bar. Dieses Handhabungsgerät 49 ist als Winkelaufnehmer mit
zwei senkrecht zueinander verlaufenden Aufnahmearmen 54, 56
ausgebildet, an denen Werkstückaufnahmen 52 und 53 angebracht
sind. Diese Anordnung bewirkt, daß die beiden Aufnehmerarme 54
und 56 mit je einer Werkstückaufnahme 52 und 53 und ein Schwenk
bereich um die Achse 51 von 90° genügen, um die Werkstückbe
schickung an beiden Werkstückspindeln auszuführen. Die Werk
stückübergabe an die Werkstückaufnahmen 52 und 53 des Winkel
aufnehmers 49 von außen kann von Hand oder automatisch mittels
eines Roboters (nicht dargestellt) erfolgen.
Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Maschine dient zur
Komplett-Feinbearbeitung vorzugsweise von kurzen rotationssym
metrischen Werkstücken, bei denen das Verhältnis von Länge zu
Durchmesser kleiner ist als 3. Die Maschine ist so ausgelegt,
daß Werkstücke aus gehärtetem Stahl oder anderen harten Werk
stoffen mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden können. Ein
solches Werkstück, beispielsweise das Werkstück 12 in Fig. 1,
wird zunächst im Spannkopf 11 der linken Werkstückspindel 9
aufgespannt. Durch Schwenken des Werkzeugrevolvers 32 werden
alle erforderlichen Werkzeuge nacheinander in die Arbeitsposi
tion gebracht, so daß die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge an
den Flächen der "Vorderseite" des Werkstückes nacheinander
ausgeführt werden können. Der steife Aufbau der Maschine erlaubt
große Bearbeitungskräfte bei hohen Genauigkeiten. Ist die "Vor
derseite" des Werkstücks 12 fertig bearbeitet, so bewegen sich
die Werkstückspindelstöcke 8, 19 zurück und der Werkzeugkopf
fährt in Y-Richtung nach oben und macht den Weg für die Überga
be des Werkstücks 12 auf die Spindel 22 des zweiten Werkstück
spindelstocks 19 frei. Dazu fahren die Werkstückspindelstöcke
in Z₁- bzw. Z₂-Richtung aufeinander zu bis der Spannkopf 23 der
Werkstückspindel 22 das Werkstück an der Vorderseite erfaßt.
Dabei können die Werkstückspindeln stillstehen oder mit glei
chen Geschwindigkeiten synchron drehen. Von besonderem Vorteil
ist es, wenn die Geschwindigkeit einer Werkstückspindel von der
anderen um einen kleinen Betrag abweicht, so daß beim Erfassen
des Werkstücks mit dem Spannkopf 23 des zweiten Werkstückspin
delstocks eine Drehmomentänderung am Werkstück auftritt, die
mit einem in einer Werkstückspindel vorgesehenen Sensor festge
stellt wird. In Abhängigkeit von dieser Drehmomentänderung wird
ein Signal erzeugt, welches das Öffnen des Spannkopfs 11 der
ersten Werkstückspindel 9 bewirkt. So ist eine sichere Übergabe
des Werkstücks von der einen Werkstückspindel 9 auf die zweite
Werkstückspindel 22 gewährleistet. Dieses an den Spannkopf 23
übergebene, halbfertige Werkstück ist in Fig. 1 mit 24 bezeich
net. Danach wird in den Spannkopf 11 der ersten Werkstückspin
del 9 ein neues, unbearbeitetes Werkstück, wieder mit 12 be
zeichnet, eingespannt, dessen "Vorderseite" bearbeitet werden
soll.
In Fig. 1 ist diese Maschinensituation im Betrieb während
eines Werkzeugwechsels dargestellt. Die Werkstückspindelstöcke
8 bzw. 19 sind in der Z₁- bzw. Z₂-Richtung zurückgezogen, so
daß der Werkzeugrevolver 32 zwischen diesen in Y-Richtung bewegt
und um seine Achse 33 gedreht werden kann. Im dargestellten
Fall sei angenommen, daß eine Drehbearbeitung der Werkstücke 12
und 24 bereits durchgeführt worden ist und der Revolver 32 nun
in die Arbeitsposition für die Schleifbearbeitung gebracht
worden ist, in der sich die Schleifwerkzeuge 43 und 44 den zu
bearbeitenden Werkstückflächen gegenüber befinden. Entsprechend
einer vorteilhaften Bearbeitungsstrategie ist das im Spannkopf
11 eingespannte Werkstück 12 an seiner "Rückseite" noch unbear
beitet. Seine "Vorderseite" liegt zur Bearbeitung den Werkzeu
gen gegenüber. Das Werkstück 24 ist mit seiner bereits fertig
bearbeiteten "Vorderseite" im Spannkopf 23 eingespannt und wird
hier an seiner "Rückseite" bearbeitet. Durch Verfahren der
Werkstückspindelstöcke 8 und 19 in den Achsen X₁ und Z₁ bzw. X₂
und Z₂ werden die Werkstücke 12 bzw. 24 mit den Schleifwerkzeu
gen 43 bzw. 44 in spanabhebenden Kontakt gebracht. Die Bearbei
tung der Werkstücke 12 und 24 kann simultan oder nacheinander
ausgeführt werden. Dabei kann auch die Drehung der Werkstück
spindelstöcke um die Schwenkachsen B₁ bzw. B₂ eingesetzt werden,
sofern die Bearbeitungsvorgänge an den zu schleifenden Flächen
der Werkstücke dies erfordert. Die Linearachsen X₁ und Z₁ sowie
die Drehachse B₁ des Werkstückspindelstocks 8 und die Linearach
sen X₂ und Z₂ sowie B₂ des Werkstückspindelstocks 19 werden
durch die gemeinsame Maschinensteuerung programmiert gesteuert.
Dies gilt im Bedarfsfall auch für die Linearachse Y des Werk
zeugkopfs 28 und für die Nachführbewegungen der nicht darge
stellten Kühlschmiermitteldüsen. So lassen sich an den Werk
stücken sehr komplexe Bearbeitungsvorgänge ausführen. Der Ka
sten 47 mit dem Spänetransport 48 ist während dieser Bearbei
tung aus dem Arbeitsraum der Maschine herausgefahren, so daß
des Kühlschmiermittel in die Sammelrinne 46 gelangt und von
dort abläuft.
Sollen andere Bearbeitungsarten an den Werkstücken ausgeführt
werden, so werden die Werkstückspindelstöcke 8 und 19 in Z₁-
und Z₂-Richtung wieder zurückgefahren und der Werkzeugrevolver 32 um
seine Achse 33 gedreht, bis die für die neuen Bearbeitungsvor
gänge erforderlichen Werkzeuge in ihre Arbeitsposition gebracht
sind. Allgemein gilt gemäß der Erfindung, daß die formgebende
Relativbewegung von Werkstücken und Werkzeugen durch program
miertes Verfahren der Werkstücke in ihren Achsen X, Z und B
erfolgt, dem bei Bedarf eine Y-Bewegung des Werkzeugs hinzuge
fügt werden kann.
Die Maschine bietet also die Möglichkeit, in einer Bearbeitungs
folge nacheinander beide Seiten eines Werkstückes zu bearbeiten,
ohne daß das Werkstück zwischendurch die Maschine verlassen
muß.
Zur Ergänzung der Bearbeitungsmöglichkeiten können am Werkzeug
revolver 32 auch Hon- und/oder Schwingschleifeinheiten ange
bracht sein. Damit ist in jeweils in derselben Werkstückauf
spannung auch die Feinstbearbeitung einzelner Flächen möglich,
die zu besonders geringen Rauhtiefen führt. Je nach Anforderung
an die Werkstückqualität können diese letzten Bearbeitungsmög
lichkeiten für eine oder für beide Werkstückseiten vorgesehen
sein. Darüberhinaus kann wahlweise eine weitere Baugruppe für
angetriebene Werkzeuge am Werkzeugrevolver zum Einsatz kommen.
Das ermöglicht die Verwendung von Honahlen, die in Verbindung
mit einer Oszillationsbewegung des Werkzeugkopfes in Y-Richtung
verwendet werden. Auch Hart-Feinbohrstangen können eingesetzt
werden, wobei in Y-Richtung ein Feinvorschub erfolgt.
Sind das Werkstück 12 an seiner Vorderseite und das Werkstück
24 an seiner Rückseite fertig bearbeitet, so wird ein Werkstück
wechsel durchgeführt. Hierzu wird das Handhabungsgerät 49 durch
Drehen des Werkzeugrevolvers 32 in seine Wechselposition ge
bracht, die an der Unterseite des Werkzeugrevolvers liegt.
Fig. 4.1 zeigt eine Draufsicht auf den Werkzeugrevolver in
dieser Position. Um das Handhabungsgerät 49 sichtbar zu machen,
ist der Werkzeugrevolver 32 entsprechend aufgebrochen darge
stellt. Das Handhabungsgerät 49 ist, wie oben bereits erwähnt,
als Winkelaufnehmer ausgebildet, der zwei Werkstückaufnahmen 52
und 53 trägt. Die Werkstückaufnahme 52 am Aufnahmearm 54 ist
zum Spannkopf 23 der Werkstückspindel 22 hin ausgerichtet.
Durch Verfahren des Werkstückspindelstocks 19 in Z₂-Richtung
zum Handhabungsgerät 49 hin, durch Festspannen des Werkstücks
24 auf der Werkstückaufnahme 52 und Lösen des Werkstücks aus
dem Spannkopf 23 wird das auf beiden Seiten fertig bearbeitete
Werkstück 24 auf die Werkstückaufnahme 52 übergeben. Der Werk
stückspindelstock 19 fährt dann zurück, so daß der Winkelaufneh
mer 49 um seine Achse 51 entsprechend dem Pfeil 57 im Uhrzeiger
sinn um 90° geschwenkt werden kann. Die Werkstückaufnahme 52
liegt nun vorne, so daß ein Operator oder ein Roboter das fer
tige Werkstück 24 bequem abnehmen kann, was durch den Pfeil 58
in Fig. 4.2 angedeutet ist. Inzwischen übergibt der Werkstück
spindelstock 8 das an seiner "Vorderseite" fertig bearbeitete
Werkstück in der weiter oben bereits beschriebenen Weise an den
Werkstückspindelstock 19, so daß im Spannkopf 23 dieses Werk
stückspindelstocks 19 jetzt wieder ein halbfertiges Werkstück
eingespannt ist, dessen "Rückseite" noch zu bearbeiten ist. Der
Spannkopf 11 des Werkstückspindelstocks 8 ist frei.
Nachdem das Handhabungsgerät 49 entgegen dem Uhrzeigersinn in
die in Fig. 4.3 gezeigte Position geschwenkt wurde, setzt der
Operator oder ein Roboter in Richtung des Pfeiles 59 ein neues,
unbearbeitetes Werkstück 12a auf die Werkstückaufnahme 53. Mit
diesem Werkstück schwenkt das Handhabungsgerät im Uhrzeigersinn
um 90°, so daß die Werkstückaufnahme 53 zur Werkstückspindel 9
des Werkstückspindelstocks 8 ausgerichtet ist. Der Werkstück
spindelstock 8 wird in Z₁-Richtung zur Werkstückaufnahme 53
hingefahren und übernimmt das völlig unbearbeitete neue Werk
stück 12a für die Bearbeitung seiner "Vorderseite". Auf diese
Weise ist ein rascher Werkstückwechsel möglich, ohne, daß das
halbbearbeitete Werkstück aus der Maschine entfernt und neu
eingespannt werden muß. Das führt zu hochgenauen Bearbeitungs
ergebnissen bei sehr rationeller Ausnutzung der Maschinenmög
lichkeiten. Insbesondere ist, wird für die Werkstückabnahme und
die Beschickung ein Roboter eingesetzt, auch ein vollautomati
scher Betrieb möglich.
Claims (29)
1. Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von im wesentlichen
rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Werkstücken
aus gehärtetem Stahl oder anderen harten Werkstoffen, mit einem
Maschinenbett, zwei auf dem Maschinenbett in zwei einander
kreuzenden Richtungen (X- und Z-Achse) relativ zueinander
bewegbaren Werkstückspindelstöcken, in denen jeweils eine
Werkstückspindel mit einer Werkstückspanneinrichtung gelagert
und antreibbar ist, einem quer zur Ebene der X- und Z-Achse
(Y-Achse) verfahrbaren Werkzeugkopf, einem am Werkzeugkopf gela
gerten Werkzeugrevolver mit Werkzeugaufnahmen, Mitteln zum
Drehen des Werkzeugrevolvers in verschiedene vorgegebene Posi
tionen, in welchen jeweils ein ausgewähltes Werkzeug relativ zu
einem eingespannten Werkstück eine vorgegebene Arbeitsposition
einnimmt und Mitteln zum Bewegen von Werkstück und Werkzeug
relativ zueinander in Abhängigkeit von einer zu erzeugenden
Werkstückform, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver
(32) beiden Werkstückspindelstöcken (8, 19) gemeinsam zugeordnet
ist und daß er Werkzeuge (36, 43, 44) für die simultane oder
aufeinanderfolgende Bearbeitung von in den Werkstückspindel
stöcken aufgespannten Werkstücken (12, 24) aufweist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Werkstückspindelstock (8, 19) unabhängig von dem
anderen auf einem Kreuzschlitten (2, 3) in beiden Richtungen
(X, Z) verfahrbar ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugkopf (28) mit dem Werkzeugrevolver (32) an
einer Maschinensäule (27) vertikal verfahrbar ist.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Werkstückspindelstock (8, 19) um eine zu
seiner Verfahrebene (XZ-Ebene) senkrechte Achse (B-Achse)
drehbar ist.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) Aufnahmen (37) für
feststehende Werkzeuge (36) mit geometrisch bestimmten Schnei
den und Aufnahmen (39) für weitere Werkzeuge (42, 43) aufweist.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Achsen (C₁, C₂) der Werkstückspindeln (9, 22)
beider Werkstückspindelstöcke (8, 19) in einer gemeinsamen, zu
den Drehachsen (B₁, B₂) radialen Ebene verlaufen und daß die
beiden Werkstückspindelstöcke (8, 19) so zueinander positio
nierbar sind, daß die Werkstückspindelachsen in einer gemein
samen Achse zusammenfallen.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens die Linearachsen (X₁, X₂; Z₁, Z₂) und
die Drehechsen (B₁, B₂) der Werkstückspindelstöcke (8, 19) nume
risch gesteuerte Maschinenachsen sind.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Linearachse (Y) des Werkzeugkopfs (28) eine
numerisch gesteuerte Maschinenachse ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) beidseits gelagert ist.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Werkzeugkopf (28) als an vertikalen Führungen
verfahrbares Joch mit zwei parallelen Tragarmen (31, 31a) ausge
bildet ist und daß der Werkzeugrevolver (32) zwischen den
Tragarmen angeordnet und beiderseits in den Tragarmen gelagert
ist.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drehachse (33) des Werkzeugrevolvers
(32) parallel zu einer gemeinsamen Achse (C₁-C₂) der beiden
Werkstückspindeln (9, 22) verläuft.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) paarweise angeordnete
Aufnahmen (37, 39) für Paare von Werkzeugen (36, 43, 44) oder
Werkzeughaltern (34, 41, 42) aufweist und daß von den in die
Aufnahmen eingesetzten Werkzeugen eines der einen und das
andere der anderen Werkstückspindel (9, 22) für die Bearbeitung
eines jeweils dort eingespannten Werkstücks (12, 24) zugeordnet
ist.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) an seiner Umfangs
fläche Koppeleinrichtungen (37) zum Ankoppeln von Werkzeughal
tern (34) aufweist.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) an seinen beiden
Stirnseiten axial gegenüberliegende Aufnahmen (39) für Werk
zeuge (43, 44) und/oder Werkzeughalter (41, 42) aufweist.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) wenigstens eine
Schleifspindel (41, 42) mit einer Aufnahme für ein umlaufendes
Schleifwerkzeug (43, 44), Versorgungsanschlüssen und einem
Spindelantrieb aufweist.
16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Schleifspindeln (41, 42) im wesentlichen parallel zur
Revolverachse (33) entgegengesetzt zu den beiden Stirnflächen
des Revolvers (32) orientiert im Werkzeugrevolver gelagert sind
und daß auf die Schleifspindeln (41, 42) aufgespannte Schleif
werkzeuge (43, 44) axial seitwärts aus den Stirnflächen des
Revolvers herausragen.
17. Maschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleifspindelachsen um einen kleinen Winkel (etwa
1-5°) geneigt zur Z-Achse der Maschine im Werkzeugrevolver (32)
verlaufen.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine Werkstückspindel (9, 22) zum
bearbeitungsgerechten Halten eines Werkstücks (12, 24) ein
Spannfutter (11, 23) aufweist und daß am Spannfutter ein Abricht
werkzeug (13, 26) zum Abrichten einer am Werkzeugrevolver (32)
vorgesehenen Schleifscheibe (43, 44) angebracht ist.
19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
als Abrichtwerkzeug (13, 26) ein Abrichtring vorgesehen ist,
welcher die Werkstückspindelachse (C₁, C₂) konzentrisch umgibt.
20. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) Aufnahmen mit
Versorgungsanschlüssen für wenigstens eine Schwingschleifeinheit
aufweist.
21. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) Aufnahmen mit
Versorgungsanschlüssen für Werkzeuge zum Honen und/oder Hart-
Feinbohren aufweist.
22. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeugrevolver (32) ein Handhabungs
gerät (49) für den automatischen oder halbautomatischen Werk
stückwechsel trägt.
23. Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
als Handhabungsgerät (49) für den Werkstückwechsel eine am
Werkzeugrevolverumfang angebrachte, um eine zur Werkzeugrevol
verachse (33) im wesentlichen radial verlaufende Achse (51)
schwenkbare zweiarmige Wechslereinheit vorgesehen ist, deren
Arme (54, 56) sich in einer zur Schwenkachse (51) radialen Ebene
etwa rechtwinklig zueinander erstrecken und an ihren freien
Enden Mittel (52, 53) zum Erfassen und Halten jeweils eines
Werkstücks (12, 12a, 24) aufweisen und durch Verfahren des Werk
zeugkopfes (28) und Verfahren und Drehen eines Werkstückspindel
stocks (8, 19) in eine werkstücktransferierende Position bewegbar
sind.
24. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Späneentsorgungseinrichtung mit Mit
teln (46, 47, 48) zum separaten Auffangen und Abführen der beim
Schleifen einerseits und bei der anderweitigen Werkstückbearbei
tung andererseits entstehenden Späne vorgesehen ist.
25. Maschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß
der Boden und die Seitenbegrenzungen des Arbeitsraumes der Ma
schine eine Sammel- und Abflußrinne (46) für das beim Schlei
fen zugeführte, mit Abtragsmaterial beladene Kühlschmiermittel
bilden und daß zusätzlich ein Auffangbehälter vorgesehen ist,
welcher zur Aufnahme von Spänen, die bei den übrigen Bearbei
tungsvorgängen entstehen, über der Rinne (46) im Arbeitsraum
der Maschine positionierbar ist.
26. Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
im Auffangbehälter (47) ein umlaufendes Transportband (48) zum
Abfördern der aufgefangenen Späne aus dem Arbeitsraum der
Maschine angeordnet ist.
27. Maschine nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Späneentsorgungseinrichtung zwischen
den Werkstückspindelstöcken (8, 19) angeordnet ist.
28. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß Kühlschmierstoffdüsen für die Zuführung von
Kühlschmiermittel zu den Kontaktzonen zwischen den Werkstücken
(12, 24) und den Werkzeugen (43, 44) bei der Werkstückbearbeitung
vorgesehen sind und daß die Kühlschmierstoffdüsen entsprechend
der Verlagerung der Kontaktzonen während der Werkstückbearbei
tung im Sinne einer optimalen Kühlschmierstoffversorgung beider
Kontaktzonen numerisch gesteuert bewegbar sind.
29. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Werkstückspindelstöcke (8, 19) in Rich
tung einer gemeinsamen Spindelachse (C₁, C₂) bis in eine Posi
tion aufeinanderzubewegbar sind, in der die Spanneinrichtungen
(11, 23) beider Werkstückspindeln (9, 22) ein zunächst in einer
Spindel gehaltenes Werkstück an axial entgegengesetzten Seiten
greifen, daß die Werkstückspindeln (9, 22) bei der Werkstücküber
gabe mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit antreibbar sind,
daß wenigstens eine Werkstückspindel einen Sensor zum Erfassen
einer zwischen der Spindel und einem eingespannten Werkstück
entstehenden Drehmomentänderung aufweist, welche ein entspre
chendes Signal abgibt, wenn die Spanneinrichtung der zweiten
Werkstückspindel das Werkstück zur Übernahme ergriffen hat, und
daß Mittel zum Lösen der das Werkstück zunächst haltenden
Spanneinrichtung beim Auftreten des Signals vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=6526509
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Owner name: SCHAUDT MIKROSA BWF GMBH, 70329 STUTTGART, DE |
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