DE69602079T2 - Werkzeugmaschine mit horizontalen spindeln - Google Patents

Werkzeugmaschine mit horizontalen spindeln

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine für die Bohr- und/oder Fräsbearbeitung von Werkstücken, mit mindestens zwei Spindelstöcken.
  • Bekannt sind Werkzeugmaschinen, bei denen der Spindelstock die. Werkzeuge unmittelbar aus einem feststehenden oder beweglichen Werkzeugmagazin entnimmt oder dort ablegt. Bei solchen Werkzeugmaschinen muß der Spindelstock nach Beendigung eines Bearbeitungsvorganges an das Werkzeugmagazin herangeführt werden. An dem Werkzeugmagazin erfolgt der Werkzeugwechsel, und anschließend wird der Spindelstock wieder an das Werkstück zugestellt. Hierbei erfordert ein Werkzeugwechsel eine erhebliche Zeit, die nicht nur durch die Bewegungsvorgänge bestimmt wird, die der Spindelstock ausführen muß, sondern auch durch. Zeitverluste, die mit dem Abbremsen und Beschleunigen der Arbeitsspindel verbunden sind. Während des gesamten Werkzeugwechsels steht die Werkzeugmaschine nicht für Bearbeitungsvorgänge zur Verfügung.
  • Bei Werkzeugmaschinen, die zahlreiche Arbeitsspindeln in Revolver-Anordnung enthalten, nimmt das Wegführender einen Arbeitsspindel von dem Werkstück und das Heranführen der arideren Arbeitsspindel an das Werkstück einschließlich der Koppel- und Beschleunigungsvorgänge erhebliche Zeit in Anspruch. Zudem kann zwar während des Einsatzes einer Arbeitsspindel eine andere Arbeitsspindel mit neuen Werkzeugen bestückt werden, je doch ist hierbei der Aufwand an Arbeitsspindeln sehr groß. Außerdem muß bei einer derartigen Verfahrensweise ein Werkzeugmagazin benutzt werden, das an die Revolver-Anordnung, die sich in der Arbeitsstellung befindet, herangeführt wird.
  • JP-59-69242 A (Patent Abstract of Japan M-317, 15. August 1984, Vol. 8, Nr. 177) beschreibt eine Werkzeugmaschine, bei der zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander in vertikaler Richtung bewegbar sind. Über jedem Spindelstock ist ein eigens für diesen vorgesehenes Werkzeugmagazin angeordnet, das zusammen mit dem Spindelstock bewegt wird. Die Übergabe der Werkzeuge aus einem Werkzeugmagazin zu dem zugehörigen Spindelstock erfolgt mittels eines Schwenkarms. Der gesamte Sockel der Werkzeugmaschine ist in der Richtung der Werkzeugzufuhr verfahrbar. Diese Werkzeugmaschine bietet den Vorteil; daß ein jeweiliger der Spindelstöcke an dem Werkstück angreifen kann, während an einem anderen Spindelstock ein Wechsel von Werkzeugen durchgeführt werden kann. Dadurch wird beträchtliche Zeit eingespart, da während des Werkzeugwechsels keine Zeit verlorengeht.
  • Eine Werkzeugmaschine, die die Basis des Oberbegriffs von Anspruch 1 bildet, ist bekannt aus JP-A-61095845. Diese Werkzeugmaschine weist einen vertikal verfahrbaren Unterrahmen auf, der zwei Spindelstöcke trägt, von denen jeder in Längsrichtung des Spindelstocks bewegbar ist. Der Unterrahmen trägt ferner ein Werkzeugmagazin und eine Übergabevorrichtung, die beide an einem gemeinsamen Träger befestigt sind, der in horizontaler Richtung bewegbar ist, um das Werkzeugmagazin an den einen oder den anderen Spindelstock heranzuführen. Die Übergabevorrichtung führt die Übergabe zwischen dem Werkzeugmagazin und dem entsprechenden Spindelstock durch.
  • US-A-5,372,568 beschreibt eine Werkzeugmaschine, bei der ein Spindelstock an einem vertikal verfahrbaren Schlitten montiert ist und das Werkzeugmagazin drehbar an dem Ständer der Werk zeugmaschine befestigt ist. Der Spindelstock kann aufwärts bewegt werden, um einen direkten Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin durchzuführen.
  • Ferner weist eine aus dem Patent DD 263 725 bekannte Werkzeugmaschine einen einzigen Spindelstock auf, der vertikal an dem Ständer verfahrbar ist. Zusätzlich ist der Spindelstock in seiner Längsrichtung horizontal bewegbar, um einen Werkzeugwechsel unter Verwendung eines Werkzeugmagazins zu ermöglichen. Das Werkzeugmagazin ist vor dem Maschinensockel angeordnet und trägt verschiedene Werkzeuge derart an einem horizontal bewegbaren Schlitten, daß jedes Werkzeugin eine Übergabeposition für den Spindelstock bewegt werden kann. Der Führungsweg für das Werkzeugmagazin muß mindestens zweimal so lang sein wie der die Werkzeuge tragende Magazin-Schlitten.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen sehr schnellen Werkzeugwechsel ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
  • Bei der Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung sind an dem Ständer zwei Spindelstöcke unabhängig voneinander längs vertikaler Führungen verfahrbar. Zusätzlich ist jeder Spindelstock in seiner Längsrichtung horizontal verfahrbar. Während der eine Spindelstock mit einem Werkzeug das Werkstück bearbeitet, ist der andere Spindelstock frei, um an ein Werkzeugmagazin heranzufahren, das alte Werkzeug abzugeben und ein neues Werkzeug aufzunehmen. Wenn der die Bearbeitung durchführende Spindelstock seine Arbeit beendet hat, wird er zurückgezogen und der Spindelstock mit dem neuen Werkzeug wird an das Werkstück angesetzt. Auf diese Weise kann nach Beendigung eines Bearbeitungsschrittes die Werkzeugwechselzeit auf diejenige Zeit begrenzt werden, die üblicherweise für das Verfahren von einer Arbeitsposition zur nächsten benötigt wird. Für den Werkzeugwechsel wird somit keine oder nahezu keine zusätzliche Zeit benötigt. Der Werkzeugwechsel kann in etwa einer Sekunde durchgeführt werden. Die Werkstückbearbeitung erfolgt durch den alternierenden Einsatz der beiden Spindelstöcke, wobei sich jeweils ein Spindelstock im Einsatz am Werkstück befindet, während der andere entweder den Werkzeugwechsel durchführt oder in Wartestellung verbleibt.
  • Das gemeinsam für beide Spindelstöcke vorgesehene Werkzeugmagazin weist zwei Wechselpositionen auf, nämlich für jeden Spindelstock eine. Die einzelnen Werkzeuge werden unter automatischer Steuerung des Werkzeugmagazins in die Wechselposition für den jeweiligen Spindelstock gebracht, für den sie bestimmt sind. Die Spindelstöcke werden hinter das Werkzeugmagazin gefahren, um durch einfaches Vorfahren das in der Wechselposition befindliche Werkzeug zu übernehmen. Somit sind keine Übergabevorrichtungen zwischen Werkzeugmagazin und Spindelstock erforderlich. Das Werkzeugmagazin hat eine kurze Baulänge und eine hohe Aufnahmekapazität für Werkzeuge, wobei beide Spindelstöcke von dem horizontalen Untertrum des umlaufenden Magazins bedient werden und die Wechselpositionen auf der gleichen Höhe angeordnet sind.
  • Durch die Doppelanordnung der Spindelstöcke wird eine Entkopplung zwischen dem Bewegungsablauf zur Bearbeitung (Hauptzeit) und dem Werkzeugwechsel (Nebenzeit) bewirkt. Die unproduktiven Nebenzeiten werden durch den abwechselnden Einsatz des jeweils mit dem neuen Werkzeug bestückten und auf Arbeitsdrehzahl beschleunigten Spindelkopfes praktisch eliminiert. Durch die Entkopplung können die mit dem Werkzeugwechsel zusammenhängenden Bewegungsabläufe derart gestaltet werden, daß Beschleunigungssprünge und Stöße weitgehend vermieden werden, insbesondere beim Hochlaufen und Abbremsen der Arbeitsspindel eines Spindelstocks, bei Magazin- und Werkzeugspannbewegungen und bei Axialbewegung des Spindelstocks zum Werkzeugwechsel. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der mechanischen und elektrischen Komponenten verlängert.
  • Die Spindelstöcke können für unterschiedliche Leistungsdaten konzipiert werden, wobei für den jeweils aktuellen Einsatz derjenige Spindelstock benutzt wird, der für diesen Bearbeitungsvorgang geeignet ist. So kann beispielsweise ein Spindelstock für die Leistungszerspanung mit großen Fräswerkzeugen dimensioniert sein und der andere für den Einsatz schnelldrehender Bohrwerkzeuge.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Werkzeugmaschine selbst bei Ausfall eines Spindelstocks immer noch einsatzfähig ist, obwohl dann für den Werkzeugwechsel mehr Zeit benötigt wird. Ferner ist es möglich, unter gewissen Voraussetzungen zwei Werkstücke gleichzeitig und parallel zu bearbeiten.
  • Der Ständer der Werkzeugmaschine ist vorzugsweise ein Portalständer mit zwei senkrechten Säulen und einem Querhaupt. Die Führungsbahnen der Spindelstöcke befinden sich dabei an den einander zugewandten Innenseiten der Säulen. Alternativ ist es aber auch möglich, einen Ständer zu verwenden; der aus einer einzigen Säule besteht und bei dem die Führungsbahnen der Spindelköpfe sich an den einander abgewandten Außenseiten befinden. Das Werkzeugmagazin ist an der Vorderseite des Ständers vorgesetzt.
  • Das Werkzeugmagazin befindet sich vorzugsweise am oberen Ende des Ständers, kann jedoch auch am unteren Ende angeordnet sein, beispielsweise im Maschinensockel. Falls das Werkzeugmagazin am oberen Ende des Ständers angebracht ist, ist es für den Bediener wegen der großen Höhe schwierig, die Bestückung des Werkzeugmagazins mit Werkzeugen vorzunehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Werkzeugmagazin um eine Achse in der Nähe seines einen Endes ver schwenkt werden, um das andere Ende in eine Bestückungsposition abzusenken.
  • Die Werkzeugmaschine hat vorzugsweise einen Werkstückträger, der quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke horizontal verfahrbar ist. Eine Werkzeugmaschine dieses Typs bildet eine eigenständiges Bearbeitungseinheit. Durch Integration des Werkstückträgers in eine Transferstraße kann die Maschine auch als flexible Arbeitsstation in verketteten Anlagen eingesetzt werden.
  • Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise vollständig numerisch gesteuert, d.h. die gesamten Bewegungsabläufe der Spindelstöcke, des Werkzeugmagazins und des Werkstückträgers sind entsprechend einer vorgegebenen Programmfolge gesteuert und miteinander koordiniert, so daß alle Bewegungen automatisch ausgeführt werden.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine,
  • Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit einem Querschnitt durch das Oberteil und das Werkzeugmagazin und
  • Fig. 3 eine Teildarstellung von Fig. 1 bei in die Bestückungsposition heruntergeschwenktem Werkzeugmagazin.
  • Die Werkzeugmaschine weist gemäß Fig. 1 einen Ständer 10 auf, der von einem Sockel 11 aufragt. Der Ständer 10 ist ein Portalständer mit zwei voneinander beabstandeten vertikalen Säu len 12, die durch ein Querhaupt 13 an den oberen Enden miteinander verbunden sind.
  • An den einander zugewandten Innenseiten der Säulen 12 befinden sich vertikale Führungen 14 für jeweils einen vertikal verfahrbaren Schlitten 15. Jeder Schlitten 15 weist eine Horizontalführung auf, längs der ein Spindelstock 16 bzw. 17 horizontal verfahrbar ist. Der Spindelstock 16 bzw. 17 enthält eine Antriebseinrichtung für eine Arbeitsspindel 18, die aus seinem vorderen Ende herausragt und eine Aufnahme für ein Werkzeug aufweist.
  • Vor dem Ständer 10 ist auf dem Sockel 11 ein Werkstückträger 20 derart angeordnet, daß er längs einer horizontalen Führung 21 quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke 16 und 17 verfahrbar ist. Diese Bewegungsrichtung des Werkstückträgers 20 ist die X-Richtung, die vertikale Richtung ist die Y-Richtung und die Längsrichtung der Spindelstöcke 16, 17 ist die Z-Richtung.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werkstückträger 20 ausschließlich in X-Richtung verfahrbar. Die Bewegungen in Y-Richtung und in Z-Richtung werden von dem jeweiligen Spindelstock durchgeführt.
  • Der Werkstückträger 20 kann mit einem Drehtisch, einer Wendeeinrichtung, einer Palettenspanneinrichtung, einer Palettenwechseleinrichtung u. dgl. versehen sein. Wichtig ist, daß er das Werkstück in exakt definierter Form aufnehmen und positionieren kann.
  • Auf dem Querhaupt 13 befinden sich Antriebseinheiten 22,; 23 für die Vertikalbewegungen der Spindelstöcke 16, 17. Die Spindelstöcke sind unabhängig voneinander in Y-Richtung und in Z- Richtung einzeln verfahrbar. Während beispielsweise der Spindelstock 17 eine Werkstückbearbeitung vornimmt, kann der Spin delstock 16 in die Übernahmeposition zum Werkzeugwechsel gefahren werden.
  • An dem Ständer 10 ist in vorgesetzter Position (d.h. vor dem Ständer) ein Werkzeugmagazin 24 in fester Höhe angeordnet. Das Werkzeugmagazin weist eine Endlosfördervorrichtung, d. h. eine Kette auf, die zur Endlosbewegung in einer vertikalen Ebene angeordnet ist und an der nach außen abstehende Werkzeughalter-Einheiten 25 befestigt sind. Das Werkzeugmagazin 24 hat eine langgestreckte Form, und die Spindelstöcke können an denjenigen Werkzeughalter-Einheiten 25, die von dem horizontalen Untertrum abstehen, angreifen. Die Werkzeughalter-Einheiten 25 weisen Greifarme auf, die jeweils ein Werkzeug 26 festhalten können.
  • Gemäß Fig. 2 kann der Spindelstock 16 in eine Übernahmeposition UP hinter dem Werkzeugmagazin 24 hochgefahren werden. Die Übernahmeposition ist die obere Endstellung des Spindelstocks 16 in Y-Richtung und gleichzeitig die rückwärtige Endstellung in Z-Richtung. In der Übernahmeposition befindet sich die Spindel 18 axial ausgerichtet hinter dem Werkzeug 26, das sich in der Wechselposition WP in dem horizontalen Untertrum des Werkzeugmagazins 24 befindet. Wird aus der Übernahmeposition UP heraus der Spindelstock 16 geringfügig in Richtung der Z- Achse vorgeschoben, so ergreift er das rückwärtige Ende des Werkzeugs 26 mit der Aufnahme der Arbeitsspindel 18. Gleichzeitig findet in der Arbeitsspindel 18 eine Verriegelung des Werkzeugs 26 statt. Der Spindelstock 16 kann dann nach unten bewegt werden, und er löst dabei das Werkzeug 26 von dem Werkzeugmagazin 24. Auf der Höhe seines Untertrums weist das Werkzeugmagazin 24 zwei Wechselpositionen auf, und zwar für jedes Werkzeugmagazin eine.
  • Damit das Werkzeugmagazin 26, das am oberen Ende des Ständers 10 angeordnet ist, von einer Bedienungsperson leichter manuell mit Werkzeugen bestückt werden kann, ist das Werkzeugmagazin um eine horizontale Schwenkachse 30 schwenkbar, die in Fig. 1 angedeutet ist, obwohl sie dort nicht detailliert gezeigt ist. Die Schwenkachse 30 befindet sich in der Nähe des einen Endes des langgestreckten Werkzeugmagazins. Wenn das Werkzeugmagazin um die Schwenkachse 30 herum verschwenkt wird, nimmt es die in Fig. 3 dargestellte Schwenkposition ein, in der das Ende 24a heruntergeschwenkt ist. Die Werkzeuge 26 in der Nähe des heruntergeschwenkten Endes 24a sind somit leicht zugänglich. Zum Verschwenken des Werkzeugmagazins ist auf dem Querhaupt 13 ein Zylinder 31 angeordnet. Die Kette des Werkzeugmagazins 24 wird von einem numerisch gesteuerten Antrieb derart angetrieben, daß die einzelnen Werkzeughalter-Einheiten 25 jeweils in die gewünschte Position gefahren werden können.
  • Das Werkzeugmagazin 24 ist von einer Haube 32 bedeckt, die am oberen Ende des Ständers 10 angebracht ist und die nur nach unten offen ist.

Claims (5)

1. Werkzeugmaschine mit einem Ständer (10), an dem zwei Spindelstöcke (16, 17) derart angeordnet sind, daß sie an dem Ständer (10) in ihrer Längsrichtung horizontal verfahrbar sind, und mit einem für beide Spindelstöcke (16, 17) gemeinsam vorgesehenen Werkzeugmagazin (24), das an der Vorderseite des Ständers (10) positioniert ist und als Umlaufmagazin ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spindelstöcke (16, 17) unabhängig voneinander längs vertikaler Führungen des Ständers (10) verfahrbar sind,
das Umlaufmagazin (24) eine längliche Form mit einem umlaufenden Endlos-Förderer aufweist und an seinem Untertrum zwei Wechselpositionen (WP) aufweist, und zwar für jedes Werkzeugmagazin eine, und
jeder der Spindelstöcke (16, 17) in eine Übernahmeposition (UP) bewegbar ist, um ein in einer der Wechselpositionen (WP) des Werkzeugmagazins befindliches Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin (24) aufzunehmen.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) am oberen Ende des Ständers (10) in fester Höhe angeordnet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (24) um eine Schwenkachse (30) in der Nähe seines einen Endes schwenkbar ist, um das andere Ende in eine Bestückungsposition abzusenken.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ständer (10) ein Werkstückträger (20) angeordnet ist, der quer zur Längsrichtung der Spindelstöcke (16, 17) horizontal verfahrbar ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, bei der jeder Spindelstock (16, 17) in seiner Längsrichtung axial in seine Übernahmeposition (UP) bewegbar ist, um ein in einer der Wechselpositionen (WP) des Werkzeugmagazins (24) befindliches Werkzeug zu übernehmen.
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