WO2004101219A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

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Reiner JÖRG
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
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    • B23Q1/62—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides
    • B23Q1/621—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
    • B23Q1/626—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q39/00—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation

Definitions

  • the invention relates to a machine tool with a machine housing and a three-dimensionally movable processing unit.
  • Such machine tools are known from practice to be able to quickly process large numbers of workpieces. Since machining the workpiece with just one tool is generally not sufficient, it is also known to use tool changing systems in which the tool held in the work spindle of the machine tool is replaced by another tool.
  • the grippers which are widely used in practice, can be mentioned as examples of such a tool changing system.
  • the known tool changing systems require a relatively large amount of time to carry out the tool change, which is particularly the case with a large number of different tools required adversely affects the production process, the time required and the resulting costs.
  • the invention is therefore based on the object of designing a machine tool of the type mentioned at the outset in such a way that the change between different machining steps of the workpiece can be carried out more quickly.
  • machining unit is assigned a spindle carrier with a plurality of work spindles each having a tool holder that the
  • Work spindles are arranged parallel to each other, and that each of the work spindles is adjustably mounted in the spindle carrier in the longitudinal direction of its spindle axis.
  • This design has the advantage that very quickly, in less than 1 second, in particular in only 0.5 seconds, the axial adjustment of the work spindles allows different tools to be detached in the working position in a short way.
  • the associated increase in productivity can be demonstrated using a comparative calculation.
  • the tool change in a machine tool with a turret head with 6 tools typically takes about 3.4 seconds for the swiveling process of the turret head with the braking of 10,000 revolutions per minute to a standstill, moving the tool out of the interference contour, moving the drive shaft into the swivel position, swiveling into the next turret position, moving the drive shaft into the drive position, accelerating from standstill to 10,000 revolutions per minute with moving into the machining position.
  • a tool change in the invention takes only 0.9 seconds for the retraction of the one work spindle and the new positioning of the three-dimensionally movable processing unit for the use of the other work spindle and its advancement into the work position.
  • the 6-fold tool change in the turret head therefore takes a total of 20.4 seconds, so that only 9.6 seconds are available as machining time.
  • the entire changing of the tools takes only 5.4 seconds. So there is an additional processing time of 15 seconds, or half of the bar.
  • a spindle drive is assigned to the work spindle, since such a simultaneous, opposite adjustment of the work spindles can be carried out in a simple manner.
  • the spindle drives are held on the spindle carrier in order to achieve a compact design.
  • the work spindles are coupled to a spindle drive via a transfer case. It is preferred if the transfer case and the spindle drive are held on the spindle carrier.
  • the work spindles are arranged in the spindle carrier on the grid positions of a cross grid and if there are four work spindles, i.e. the number of tools is also limited to a customary minimum.
  • the machine tool can be used in a single station, or in a linked arrangement, in the longitudinal or circular transfer area.
  • a stop for fixing the axial position of the work spindle in the working position is provided in the spindle receptacles and a cone is formed in each case with side walls inclined towards the free end of the work spindles for cooperation in the
  • a cooling medium supplied via coolant connections is provided for cooling the tool and / or workpiece and / or for lubrication, the spindle carrier, the pressure medium connections and the spindle drive being arranged axially staggered in a structurally simple arrangement.
  • a more compact design with a significantly reduced space requirement can be achieved if the coolant connections are integrated in the spindle carrier.
  • Fig. 1 is a perspective view of the isolated processing unit with a first one
  • FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 with a work spindle different from FIG. 1 in the working position
  • FIG. 3 shows an illustration corresponding to FIG. 1 of an embodiment in which the transfer case is replaced by autonomous spindle drives
  • FIG. 4 shows a representation corresponding to FIG. 2 of the embodiment from FIG. 3,
  • Fig. 5 shows a longitudinal section through the spindle carrier.
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of the three-dimensional movability of the processing unit, shown without the machine housing,
  • Fig. 7 is a perspective view of the
  • Processing unit with the coolant connections, 8 is a view of the object from FIG. 7 from a different perspective
  • FIG. 9 is a side view of the object of FIG. 8, shown partially in section,
  • Fig. 10 is a perspective view of a
  • FIG. 11 shows a representation of the processing unit from FIG. 10 corresponding to FIG. 9.
  • a three-dimensionally movable machining unit which has a spindle carrier 1 with a plurality, in the exemplary embodiments shown four or 6, each of which has a tool holder 2
  • Working spindles 3 is assigned, the working spindles 3 being arranged parallel to one another and each of the working spindles 3 being mounted in the spindle carrier 1 in spindle receptacles 4 so as to be adjustable in the longitudinal direction of their spindle axis.
  • the spindle receptacles 4 there is a stop 7 for fixing the axial position of the machining unit 10 which can be moved three-dimensionally in the working position 5, and a cone 8 is formed in each of the spindle receptacles 4 with side walls inclined towards the free end of the working spindles 3 for interaction in the working position 5 with one on each
  • FIGS. 3 and 4 show an embodiment in which the axial position which is in the working position and which is held on the spindle carrier 1 is fixed.
  • FIGS. 1 and 2 show an example in which the work spindles 3 are coupled via a transfer case 6 to a spindle drive 5 which is held on the spindle carrier 1 by the spindle drive 5.
  • each work spindle 3 has one shown only in FIG. 6
  • Tool 11 firmly clamped and the tool change during machining of workpiece 12 in the working position takes place and used three-dimensionally movable machining unit in order to correctly position this work spindle relative to the workpiece. Since the work spindles 3 are arranged in the spindle carrier 1 on the grid positions of a cross grid, the work spindles 3 are offset laterally and in height relative to one another. So that the inserted work spindle 3 can machine the workpiece 12 at the same location, the machining unit 10, which can be moved three-dimensionally on guides 14, is used and used to correct this work spindle 3 with respect to the workpiece 12 position.
  • the spindle carrier 1, the coolant connections 13 and the spindle drive 5 are arranged axially staggered, while the exemplary embodiment according to FIGS. 10 and 11 shows a structural unit with 6 work spindles 3, in which the
  • Coolant connections 13 are integrated in the spindle carrier 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinengehäuse und einer dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit (10), wobei der Bearbeitungseinheit ein Spindelträger (1) mit einer Mehrzahl von jeweils eine Werkzeugaufnahme (2) aufweisenden Arbeitsspindel (3) zugeordnet ist und die Arbeitsspindeln (3) parallel zueinander angeordnet sind. Jede der Arbeitsspindel (3) ist in dem Spindelträger (1) in Längsrichtung ihrer Spindelachse verstellbar gelagert.

Description

Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinengehäuse und einer dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit .
Derartige Werkzeugmaschinen sind aus der Praxis bekannt Werkstücke in hoher Stückzahl schnell bearbeiten zu können. Da die Bearbeitung des Werkstückes mit nur einem Werkzeug in der Regel nicht ausreichend ist, ist es weiterhin bekannt, Werkzeugwechselsysteme einzusetzen, bei denen das in der ArbeitsSpindel der Werkzeugmaschine gehaltene Werkzeug durch ein anderes Werkzeug ausgetauscht wird. Beispielhaft für ein derartiges Werkzeugwechselsystem können die in der Praxis weit verbreiteten Greifer genannt werden.
Alternativ besteht zur Umgehung des Einsatzes eines Greifers auch die Möglichkeit, mehrere Werkzeuge in einem Werkzeugrevolver auf einer rotierenden Scheibe so anzuordnen, daß durch Drehen der Scheibe unterschiedliche Werkzeuge in die Arbeitsposition gebracht werden können.
Allerdings ist bei den bekannten Werkzeugwechselsystemen ein relativ hoher Zeitaufwand erforderlich, um den Werkzeugwechsel durch zu führen, was sich insbesondere bei einer hohen Anzahl erforderlicher unterschiedlicher Werkzeuge nachteilig auf den Produktionsablauf, den Zeitbedarf und die daraus resultierenden Kosten auswirkt .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Wechsel zwischen unterschiedlichen Bearbeitungsschritten des Werkstückes schneller ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Bearbeitungseinheit ein Spindelträger mit einer Mehrzahl von jeweils eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Arbeitsspindel zugeordnet ist, daß die
Arbeitsspindeln parallel zueinander angeordnet sind, und daß jede der Arbeitsspindel in dem Spindelträger in Längsrichtung ihrer Spindelachse verstellbar gelagert ist.
Mit dieser Gestaltung ist der Vorteil verbunden, daß sehr schnell, in weniger als 1 Sekunde, insbesondere in nur 0,5 Sekunden, durch die axiale Verstellung der Arbeitsspindeln auf kurzem Wege unterschiedliche Werkzeuge sich in der Arbeitsposition ablösen können.
Die damit verbundene Produktivitätssteigerung läßt sich anhand einer Vergleichsrechnung darlegen. Der Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugmaschine mit einem Revolverkopf mit 6 Werkzeugen dauert typischerweise ca 3,4 Sekunden für den Schwenkvorgang des Revolverkopfes mit dem Abbremsen von 10.000 Umdrehungen pro Minute bis zum Stillstand, Herausfahren des Werkzeugs aus der Störkontur, dem Verschieben der Antriebswelle in die Schwenkposition, dem Verschwenken in die nächste Revolverkopfposition, dem Verschieben der Antriebswelle in die Antriebsposition, dem Beschleunigen aus dem Stillstand auf 10.000 Umdrehungen pro Minute mit dem Einfahren in die Bearbeitungsposition. Demgegenüber dauert ein Werkzeugwechsel bei der Erfindung lediglich 0,9 Sekunden für das Zurückziehen der einen Arbeitsspindel und der neuen Positionierung der dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit für den Einsatz der anderen Arbeitsspindel sowie deren Vorschieben in die Arbeitsposition. Bei einem 30 Sekunden Takt nimmt daher bei dem Revolverkopf der 6-fache Werkzeugwechsel insgesamt 20,4 Sekunden in Anspruch, so daß lediglich 9 , 6 Sekunden als Bearbeitungszeit zur Verfügung stehen. Bei der Erfindung dauert das gesamte Durchwechseln der Werkzeuge lediglich 5,4 Sekunden. Es steht also eine zusätzliche Bearbeitungszeit von 15 Sekunden, oder der Hälfte des Taktes, zur Verfügung.
Eine ausreichende Stabilität und Belastbarkeit wird dadurch erreicht, daß die Arbeitsspindeln in
Spindelaufnahmen des Spindelträgers axial verstellbar gelagert sind.
Im Hinblick auf die Schnelligkeit der Verstellung der Arbeitsspindeln ist es vorteilhaft, wenn jeder
Arbeitsspindel ein Spindelantrieb zugeordnet ist, da so ein simultane, gegenläufige Verstellung der Arbeitsspindeln in einfacher Weise ausgeführt werden kann.
Zum Erzielen einer kompakten Bauform sind die Spindelantriebe an dem Spindelträger gehalten.
Aus Kosten- und Platzgründen ist es gleichfalls möglich, daß die Arbeitsspindeln über ein Verteilergetriebe mit einem Spindelantrieb gekoppelt sind. Dabei ist dann bevorzugt, wenn das Verteilergetriebe und der Spindelantrieb an dem Spindelträger gehalten sind.
Gleichfalls einer kompakten Anordung und damit einer Beschränkung des Platzbedarfes dient es, wenn die Arbeitspindein in dem Spindelträger auf den Gitterplätzen eines Kreuzgitters angeordnet sind, und wenn vier Arbeitsspindeln vorhanden sind, also auch die Anzahl der Werkzeuge beschränkt ist auf ein gebräuchliches Mindestmaß. Der Einsatz der Werkzeugmaschine ist in einer Einzelstation möglich, oder in einer verketteten Anordnung, im Längs- oder Rundtransferbereich.
In den Spindelaufnahmen ist ein Anschlag zur Festlegung der axialen Lage der in der Arbeitsposition befindlichen Arbeitsspindel vorgesehen und jeweils ein Konus ausgebildet mit zum freien Ende der Arbeitsspindeln geneigten Seitenwänden zum Zusammenwirken in der
Arbeitsposition mit einem an der jeweiligen Arbeitsspindel ausgebildeten Spindelkonus. Dadurch wird eine präzise Zentrierung und Festlegung der axialen Lage der Arbeitsspindel in der Arbeitsposition erreicht.
Zur Kühlung des Werkzeuges und/oder Werkstückes und/oder zur Schmierungng ist ein über Kühlmittelanschlüsse zugeführtes Kühlmedium vorgesehen, wobei in konstruktiv einfachster Anordnung der Spindelträger, die Druckmittelanschlüsse sowie der Spindelantrieb axial gestaffelt angeordnet sind. Eine kompaktere Bauweise mit deutlich reduziertem Platzbedarf erreicht man, wenn die Kühlmittelanschlüsse in den Spindelträger integriert sind.
Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivsche Darstellung der isolierten Bearbeitungseinheit mit einer ersten der
Arbeitsspindeln in Arbeitsstellung,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einer gegenüber Fig. 1 anderen Arbeitsspindel in Arbeitsstellung,
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform, bei der das Verteilergetriebe ersetzt ist durch autarke Spindelantriebe,
Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der Ausführungsform aus Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Spindelträger .
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung zur dreidimensionalen Verfahrbarkeit der Bearbeitungseinheit, gezeigt ohne das Maschinengehäuse,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der
Bearbeitungseinheit mit den Kühlmittelanschlüssen, Fig. 8 eine Ansicht des Gegenstandes aus Fig. 7 aus einer anderen Perspektive,
Fig. 9 eine Seitenansicht des Gegenstandes aus Fig. 8, teilweise im Schnitt dargestellt,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer
Bearbeitungseinheit mit 6 Arbeitsspindeln, und
Fig. 11 eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung der Bearbeitungseinheit aus Fig. 10.
In der Zeichnung ist zur Erhöhung der Übersichtlichkeit von einer Werkzeugmaschine nur der für die Erläuterung der Erfindung erforderliche Teil gezeigt mit einer dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit, der ein Spindelträger 1 mit einer Mehrzahl, in den gezeigten Ausführungsbeispielen vier bzw. 6, von jeweils eine Werkzeugaufnahme 2 aufweisenden Arbeitsspindeln 3 zugeordnet ist, wobei die Arbeitsspindeln 3 parallel zueinander angeordnet sind und jede der Arbeitsspindeln 3 in dem Spindelträger 1 in Spindelaufnahmen 4 in Längsrichtung ihrer Spindelachse verstellbar gelagert ist. In den Spindelaufnahmen 4 ist ein Anschlag 7 zur Festlegung der axialen Lage der in der Arbeitsposition 5 dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit 10, der ein in den Spindelaufnahmen 4 jeweils ein Konus 8 ausgebildet ist mit zum freien Ende der Arbeitsspindeln 3 geneigten Seitenwänden zum Zusammenwirken in der Arbeitsposition 5 mit einem an der jeweiligen
Arbeitsspmdel 3 ausgebildeten Spindelkonus 9, um eine Zentrierung der Arbeitsspindel 3 in der Spindelaufnahme 4 zu bewirken. Die Figuren 3 und 4 zeigen dabei eine Ausführungsform, bei Festlegung der axialen Lage der in der Arbeitsposition ist, die an dem Spindelträger 1 gehalten sind. Demgegenüber zeigen die Figuren 1 und 2 ein Beispiel, bei dem die Arbeitsspindeln 3 über ein Verteilergetriebe 6 mit einem Spindelantrieb 5 gekoppelt sind, das mit dem Spindelantrieb 5 an dem Spindelträger 1 gehalten ist.
Bei diesen Ausführungsbeispielen ist in jeder Arbeitsspindel 3 ein nur in der Fig. 6 dargestelltes
Werkzeug fest eingespannt und der Werkzeugwechsel bei der Bearbeitung des Werkstückes in der Arbeitsposition erfolgt über das lineare, axiale Zurückfahren der einen Arbeitsspindel 3 bei gleichzeitigem Vorfahren einer anderen Arbeitsspindel 3, wobei zur axialen Verstellung der Arbeitsspindeln ein über Druckmittelanschlüsse zugeführtes Druckmedium vorgesehen ist . Da die Arbeitsspindeln in dem Spindelträger auf den Gitterplätzen eines Kreuzgitters angeordnet sind, sind die Arbeitsspindeln relativ zueinander seitlich und in der
Werkzeug 11 fest eingespannt und der Werkzeugwechsel bei der Bearbeitung des Werkstückes 12 in der Arbeitsposition erfolgt dreidimensional verfahrbare Bearbeitungseinheit ausgenutzt und eingesetzt, um diese Arbeitsspindel korrekt gegenüber dem Werkstück zu positionieren. Da die Arbeitsspindeln 3 in dem Spindelträger 1 auf den Gitterplätzen eines Kreuzgitters angeordnet sind, sind die Arbeitsspindeln 3 relativ zueinander seitlich und in der Höhe versetzt. Damit die eingewechselte Arbeitsspindel 3 das Werkstück 12 an der selben Stelle bearbeiten kann, wird die auf Führungen 14 dreidimensional verfahrbare Bearbeitungseinheit 10 ausgenutzt und eingesetzt, um diese Arbeitsspindel 3 korrekt gegenüber dem Werkstück 12 zu positionieren.
Bei dem in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Spindelträger 1, die Kühlmittelanschlüsse 13 sowie der Spindelantrieb 5 axial gestaffelt angeordnet, während das Ausfuhrungsbeispiel gemäß den Fig. 10 und 11 eine Baueinheit mit 6 Arbeitsspindeln 3 zeigt, bei der die
Kühlmittelanschlüsse 13 in dem Spindelträger 1 integriert sind.

Claims

Patentansprüche :
1. Werkzeugmaschine mit einem Maschinengehäuse und einer dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungseinheit (10) , dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungseinheit ein Spindelträger (1) mit einer Mehrzahl von jeweils eine Werkzeugaufnahme (2) aufweisenden Arbeitsspindel (3) zugeordnet ist, daß die Arbeitsspindeln (3) parallel zueinander angeordnet sind, und daß jede der Arbeitsspindel (3) in dem Spindelträger (1) in Längsrichtung ihrer Spindelachse verstellbar gelagert ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindeln (3) in Spindelaufnahmen (4) des Spindelträgers (1) axial verstellbar gelagert sind.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitsspindel (3) ein Spindelantrieb (5) zugeordnet ist.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelantriebe (5) an dem Spindelträger (1) gehalten sind.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindeln (3) über ein Verteilergetriebe (6) mit einem Spindelantrieb (5) gekoppelt sind.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergetriebe (6) und der Spindelantrieb (5) an dem Spindelträger (1) gehalten ist.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspindeln (3) in dem Spindelträger (1) auf den Gitterplätzen eines Kreuzgitters angeordnet sind.
8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier oder sechs Arbeitsspindeln (3) vorhanden sind.
9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Spindelaufnahmen (4) ein Anschlag (7) zur Festlegung der axialen Lage der in der Arbeitsposition (5) befindlichen Arbeitsspindel (3) vorgesehen ist.
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Spindelaufnahmen (4) jeweils ein Konus (8) ausgebildet mit zum freien Ende der Arbeitsspindeln (3) geneigten Seitenwänden zum Zusammenwirken in der
Arbeitsposition (5) mit einem an der jeweiligen Arbeitsspindel (3) ausgebildeten Spindelkonus (9) .
11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Werkzeuges und/oder Werkstückes und/oder zur Schmierung ein über Kühlmittelanschlüsse (13) zugeführtes Kühlmedium vorgesehen ist.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelträger (1) , die Kühlmittelanschlüsse (13) sowie der Spindelantrieb (5) axial gestaffelt angeordnet sind.
13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelanschlüsse (13) in dem Spindelträger (1) integriert sind.
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