CH701326A1 - Swivelable apparatus for e.g. four-axis machine tool, for processing work-piece, has bearing units designed such that rotation center is excentric to centre of bearing pin and/or bearing borehole - Google Patents
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Abstract
Description
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwenkapparat für eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine mit dem Schwenkapparat, ein Verfahren zur Herstellung des Schwenkapparates sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb der Werkzeugmaschine gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a pivoting apparatus for a machine tool, a machine tool with the pivoting apparatus, a method for producing the pivoting apparatus and method for producing and operating the machine tool according to the preambles of the independent claims.
[0002] Schwenkapparate für Werkzeugzeugmaschinen kommen überall dort zum Einsatz, wo für die Bearbeitung eines Werkstückes mehr als die üblichen drei Achsen benötigt werden oder zur Vermeidung unnötiger Umspannarbeiten auf «Umschlag» gearbeitet wird, d.h. eine Kontur durch Bearbeitung von zwei gegenüberliegenden Seiten erzeugt wird. Swiveling devices for machine tool machines are used wherever more than the usual three axes are required for the machining of a workpiece or to avoid unnecessary transfer work to "envelope", i. E. a contour is created by machining two opposite sides.
[0003] Insbesondere im letztgenannten Fall ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Schwenkachse, des Schwenkapparates exakt mit dem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine zusammenfällt, d.h. exakt parallel zu einer der drei Hauptachsen (X-, Y- und Z-Achsen) der Werkzeugmaschine ausgerichtet ist, da sich bei dieser Bearbeitungsweise etwaige Abweichungen addieren und zu einem Versatz zwischen den Bearbeitungsbahnen führen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Präzision solcher Bearbeitungsmaschinen mit Schwenkapparaten, was oftmals eine Auswahlpaarung der fertig bearbeiteten Bauteile bzw. extrem aufwändige Fertigungsverfahren notwendig macht. Beides führt zu relativ hohen Herstellungskosten. Auch weisen die bekannten Werkzeugmaschinen mit Schwenkapparat den Nachteil auf, dass eine im Laufe der Zeit oder durch elastische Verformung der Schwenkbrücke, z.B. bei besonders schweren Werkstücken, auftretende Lageabweichung nicht korrigiert werden kann, mit dem Resultat, dass in diesen Fällen Abstriche bei der Bearbeitungspräzision gemacht werden müssen. In particular, in the latter case, it is of crucial importance that the pivot axis, the pivoting apparatus coincides exactly with the coordinate system of the machine tool, i. is aligned exactly parallel to one of the three main axes (X, Y and Z axes) of the machine tool, as in this processing add any deviations and lead to an offset between the processing paths. Correspondingly high are the demands on the precision of such processing machines with pivoting devices, which often makes a selection pairing of the finished components or extremely complex manufacturing processes necessary. Both leads to relatively high production costs. Also, the known machine tools with pivoting apparatus have the disadvantage that over time or by elastic deformation of the pivoting bridge, e.g. For particularly heavy workpieces, occurring position deviation can not be corrected, with the result that in these cases, cuts in the machining precision must be made.
[0004] Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Schwenkapparat und eine Werkzeugmaschine mit einem Schwenkapparat sowie Herstellungs- und Betriebsverfahren für diese zur Verfügung zu stellen, welche die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise vermeiden. It therefore has as its object to provide a pivoting apparatus and a machine tool with a pivoting apparatus and manufacturing and operating method for these available, which do not have the disadvantages of the prior art mentioned above or at least partially avoided.
[0005] Diese Aufgabe wird durch den Schwenkapparat, die Werkzeugmaschine und die Herstellungs- und Betriebsverfahren gemäss den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. This object is achieved by the pivoting apparatus, the machine tool and the manufacturing and operating methods according to the independent claims.
[0006] Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung einen Schwenkapparat für eine Werkzeugmaschine, mit einer Schwenkbrücke zum Tragen eines zu bearbeitenden Werkstücks und gegebenenfalls weiterer Hilfsmittel für die Befestigung und Positionierung des zu bearbeitenden Werkstücks, wie z.B. Aufspannmittel und Indexiervorrichtungen, bei bestimmungsgemässer Verwendung des Schwenkapparates auf einer Werkzeugmaschine. Die Schwenkbrücke ist mittels zweier Lagereinheiten schwenkbar um eine Schwenkachse in oder an einer Tragstruktur gelagert, wobei die Lagereinheiten entlang der Schwenkachse voneinander beabstandet sind. Bevorzugterweise sind die Lagereinheiten an beiden Enden der Schwenkbrücke angeordnet, so dass der Bereich der Schwenkbrücke, welcher zur Aufnahme des Werkstücks vorgesehen ist, entlang der Schwenkachse gesehen zwischen den beiden Lagereinheiten angeordnet ist. Jede Lagereinheit dient der Lagerung eines Lagerzapfens in einer Lagerbohrung. Das eigentliche Lager der jeweiligen Lagereinheit kann sowohl als Gleitlager als auch als Wälzlager ausgeführt sein und der Lagerzapfen kann sowohl von der Schwenkbrücke als auch von der Tragstruktur gebildet sein. Dabei ist mindestens eine der beiden Lagereinheiten derartig ausgebildet, dass ihr Rotationszentrum exzentrisch zum Zentrum des Lagerzapfens und/oder zum Zentrum der Lagerbohrung ist. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass Gleit- oder Wälzlager mit gegenüber ihrem Rotationszentrum exzentrischen Aufnahmebohrungen und/oder Aussenumfängen (anspruchsgemässe exzentrische Lager) verwendet werden oder Gleit- oder Wälzlager mit gegenüber ihrem Rotationszentrum konzentrischen Aufnahmebohrungen bzw. Aussenumfängen in Kombination mit Exzenterbüchsen. Accordingly, a first aspect of the invention relates to a pivoting apparatus for a machine tool, comprising a pivoting bridge for supporting a workpiece to be machined and optionally further aids for the attachment and positioning of the workpiece to be machined, such. Clamping and Indexiervorrichtungen, when used as intended the swivel apparatus on a machine tool. The pivoting bridge is pivotally mounted by means of two bearing units about a pivot axis in or on a support structure, wherein the bearing units are spaced apart along the pivot axis. Preferably, the bearing units are arranged at both ends of the pivot bridge, so that the area of the pivot bridge, which is provided for receiving the workpiece, along the pivot axis seen between the two bearing units is arranged. Each storage unit serves to support a journal in a bearing bore. The actual bearing of the respective bearing unit can be designed both as a sliding bearing and as a roller bearing and the bearing pin can be formed both from the pivot bridge and from the support structure. In this case, at least one of the two bearing units is designed such that its center of rotation is eccentric to the center of the journal and / or to the center of the bearing bore. This can e.g. be achieved that sliding or rolling bearings with respect to their rotation center eccentric receiving holes and / or outer circumferences (claims eccentric bearings) are used or sliding or rolling bearing with respect to their center of rotation concentric receiving holes or outer circumferences in combination with eccentric bushes.
[0007] Durch eine gezielte Wahl der Exzentrizität wird es möglich, fertigungsbedingte Lageabweichungen des Lagerzapfens und/oder der Lagerbohrung zu korrigieren, so dass die Verwendung kostengünstiger, grosszügig tolerierter Bauteile möglich wird, und je nach Ausgestaltung auch eine Korrektur von verschleiss- bzw. verformungsbedingten Lageabweichungen. By a specific choice of eccentricity, it is possible to correct production-related positional deviations of the journal and / or the bearing bore, so that the use of cost, generously tolerated components is possible, and depending on the design and a correction of wear or deformation positional deviations.
[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform des Schwenkapparates sind beide Lagereinheiten konstruktiv derartig ausgebildet, dass ihr Rotationszentrum jeweils exzentrisch zum Zentrum des jeweiligen Lagerzapfens und/oder der jeweiligen Lagerbohrung ist. Hierdurch wird es möglich, bei beiden Lagern eine Lageabweichung zu korrigieren. In a preferred embodiment of the pivoting apparatus, both bearing units are structurally designed such that their center of rotation is in each case eccentric to the center of the respective journal and / or the respective bearing bore. This makes it possible to correct a position deviation in both bearings.
[0009] In noch einer bevorzugten Ausführungsform des Schwenkapparates ist bei mindestens einem der Lagereinheiten ein Lager, bevorzugterweise ein Wälzlager, vorhanden, welches mit einer Exzenterbüchse auf dem Lagerzapfen und/oder in der Lagerbohrung angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, kostengünstige kommerziell erhältliche konzentrische Lager zu verwenden und eine fertigungsbedingte Abweichung des Zentrums des Lagerzapfens und/oder der Lagerbohrung durch Auswahl von Exzenterbüchsen mit entsprechender Exzentrizität auf einfache und kostengünstige Weise zu korrigieren und zudem durch Verdrehen der Exzenterbüchsen auf dem Lagerzapfen und/oder in der Lagerbohrung Feinkorrekturen bzw. Nachkorrekturen vorzunehmen. In yet a preferred embodiment of the pivoting apparatus is at least one of the bearing units a bearing, preferably a rolling bearing, provided which is arranged with an eccentric bushing on the bearing journal and / or in the bearing bore. In this way it is possible to use inexpensive commercially available concentric bearings and to correct a production-related deviation of the center of the journal and / or the bearing bore by selecting eccentric bushings with appropriate eccentricity in a simple and cost-effective manner and also by turning the eccentric bushings on the journal and / or to perform fine corrections or post-corrections in the bearing bore.
[0010] Bevorzugterweise kommt dabei auf dem Lagerzapfen und/oder in der Lagerbohrung jeweils genau eine Exzenterbüchse zum Einsatz. Hierdurch ergibt sich als Vorteil ein besonders einfacher, kostengünstiger Aufbau. Preferably, in each case exactly one eccentric bush is used on the bearing journal and / or in the bearing bore. This results in the advantage of a particularly simple, inexpensive construction.
[0011] Für den Fall, dass auf dem Lagerzapfen und/-oder in der Lagerbohrung zwei Lagerbüchsen mit gleicher axialer Orientierung ineinander angeordnet sind, was bevorzugterweise unter direkter Angrenzung der Exzenter-büchsen aneinander erfolgt, ergibt sich der Vorteil, dass sowohl die Grösse der Exzentrizität durch Verdrehen der Exzenterbüchsen relativ zueinander als auch die Lage der Exzentrizität durch gemeinsames Verdrehen der Exzenterbüchsen gegenüber dem Lagerzapfen bzw. der Lagerbohrung in weiten Bereichen einstellbar sind. In the event that on the journal and / or in the bearing bore two bearing bushes are arranged with the same axial orientation into each other, which preferably takes place under direct adjacency of the eccentric bushings together, there is the advantage that both the size of Eccentricity by rotation of the eccentric bushes relative to each other and the position of the eccentricity can be adjusted by common rotation of the eccentric bushes relative to the bearing pin and the bearing bore in wide ranges.
[0012] Sind sowohl auf dem Lagerzapfen als auch in der Lagerbohrung des Lagers Exzenterbüchsen vorhanden, so können fertigungstechnische Abweichungen sowohl der Schwenkbrücke als auch der Tragstruktur unabhängig voneinander korrigiert werden. If eccentric bushings are present both on the bearing journal and in the bearing bore of the bearing, manufacturing deviations of both the pivoting bridge and the supporting structure can be corrected independently of each other.
[0013] Die Umfangspositionen der Exzenterbüchsen auf den Lagerzapfen und/oder in den Lagerbohrungen sind bevorzugterweise durch Formschluss mit dem jeweiligen Lagerzapfen oder der jeweiligen Lagerbohrung festgelegt, so dass sich die Lage und/oder Grösse der Exzentrizität nicht unbeabsichtigt durch Verdrehen der Exzenterbüchsen, z.B. beim Verschwenken der Schwenkbrücke, verändern kann. Dies kann z.B. formschlüssig durch einen radialen Positionierstift oder eine Positionierschraube erfolgen oder auch kraftschlüssig durch Klemmung. The circumferential positions of the eccentric bushings on the bearing journals and / or in the bearing bores are preferably fixed by positive engagement with the respective bearing journal or the respective bearing bore, so that the position and / or magnitude of the eccentricity is not inadvertently caused by twisting of the eccentric bushings, e.g. when pivoting the swing bridge, can change. This can e.g. positively effected by a radial positioning pin or a positioning screw or non-positively by clamping.
[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Umfangsposition zumindest einer der Exzenterbüchsen relativ zu dem Lagerzapfer oder der Lagerbohrung, auf welchem oder in welcher diese angeordnet ist, einstellbar ist, insbesondere mittels eines elektrischen Stellantriebs. Hierzu kann z.B. die Exzenterbüchse an ihrem Aussenumfang als Schneckenrad ausgebildet sein, in welchem die Schnecke eines Stellmotors kämmt. Hierdurch wird es möglich, etwaige durch Verschleiss oder Verformung auftretende Lageabweichungen manuell oder automatisch zu korrigieren, z.B. während der Maschinenwartung oder im Betrieb. In a preferred embodiment, it is provided that the circumferential position of at least one of the eccentric bushes is adjustable relative to the Lagerzapfer or the bearing bore on which or in which these, in particular by means of an electric actuator. For this, e.g. the eccentric bushing be formed on its outer circumference as a worm wheel, in which meshes the worm of a servomotor. This makes it possible to manually or automatically correct any deviations in position due to wear or deformation, e.g. during machine maintenance or during operation.
[0015] In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schwenkapparates weisen die Lagereinheiten Wälzlager, bevorzugterweise Kugellager auf, welche bevorzugterweise vorgespannt sind. Solche Lager sind kostengünstig kommerziell erhältlich und im Falle von vorgespannten Lagern zudem spielfrei. In yet another preferred embodiment of the inventive swivel apparatus, the bearing units rolling bearings, preferably ball bearings, which are preferably biased. Such bearings are inexpensive commercially available and also free of play in the case of preloaded bearings.
[0016] In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schwenkbrücke des Schwenkapparates eine Aufspannfläche auf. In yet another preferred embodiment, the pivoting bridge of the pivoting apparatus on a clamping surface.
[0017] Diese befindet sich mit Vorteil in axialer Richtung gesehen, d.h. in Richtung der Schwenkachse der Schwenkbrücke gesehen, zwischen den beiden Lagereinheiten. Hierdurch werden besonders steife Schwenkbrückenkonstruktionen möglich. This is advantageously seen in the axial direction, i. seen in the direction of the pivot axis of the pivot bridge, between the two bearing units. As a result, particularly stiff swivel bridge constructions are possible.
[0018] Bevorzugterweise ist die Schwenkbrücke derartig ausgebildet, dass die Aufspannfläche, wenn sie nach oben weist und sich dabei in einer horizontalen Ebene erstreckt, unterhalb der Schwenkachse der Schwenkbrücke angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei bestimmungsgemässer Verwendung des Schwenkapparates die Schwenkachse durch das Werkstück verlaufen kann, wodurch sich Platz einsparen lässt und die Verfahrwege des Bearbeitungswerkzeuges minimiert werden können. Preferably, the pivot bridge is designed such that the clamping surface, when it is facing upwards and extending in a horizontal plane, is arranged below the pivot axis of the pivot bridge. This has the advantage that, when the swivel apparatus is used as intended, the pivot axis can run through the workpiece, which saves space and allows the travel paths of the machining tool to be minimized.
[0019] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Schwenkapparates gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung. A second aspect of the invention relates to a method for producing the pivoting apparatus according to the first aspect of the invention.
[0020] Dabei wird in einem ersten Schritt die Schwenkbrücke mit fertig bearbeiteten Lagerzapfen bzw. fertig bearbeiteten Lagerbohrungen und mit einer bevorzugterweise bearbeiteten Referenzfläche bereitgestellt und anschliessend durch Vermessen die Abweichung der Lage der durch die Zentren der Lagerbohrungen bzw. Lagerzapfen definierten Achse von einer Soll-Lage bezüglich der Referenzfläche ermittelt. Als Referenzfläche dient bevorzugterweise eine fertig bearbeitete Aufspannfläche der Schwenkbrücke. In this case, in a first step, the pivot bridge is provided with finished bearing journal or finished bearing bores and with a preferably processed reference surface and then by measuring the deviation of the position of the axis defined by the centers of the bearing bores or bearing pin axis of a target Determined position with respect to the reference surface. As a reference surface is preferably a finished machined clamping surface of the swing bridge.
[0021] Ist die Abweichung von der Soll-Lage bekannt, werden in einem nächsten Schritt in Abhängigkeit von dieser Abweichung exzentrische Lager und/oder Exzenterbüchsen für konzentrische Lager augewählt. Dabei werden die exzentrischen Lager bzw. die Exzenterbüchsen derartig bezüglich ihrer Exzentrizität gewählt, dass bei einer bestimmungsgemässen Lagerung der Schwenkbrücke in der Tragstruktur mit den ausgewählten exzentrischen Lagern und/-oder mit den ausgewählten Exzenterbüchsen in Kombination mit konzentrischen Lagern die ermittelte Abweichung von der Soll-Lage durch deren Exzentrizität verkleinert bzw. aufgehoben werden kann. If the deviation from the desired position known, eccentric bearings and / or eccentric bushes are selected for concentric bearing in a next step in response to this deviation. The eccentric bearings and the eccentric bushes are selected with respect to their eccentricity that at a proper storage of the swivel bridge in the support structure with the selected eccentric bearings and / or with the selected eccentric bushes in combination with concentric bearings the determined deviation from the target Location can be reduced or canceled by their eccentricity.
[0022] Sodann erfolgt die Lagerung der Schwenkbrücke mit den ausgewählten exzentrischen Lagern und/oder mit den ausgewählten Exzenterbüchsen und zugehörigen konzentrischen Lagern derartig in der Tragstruktur, dass die Abweichung der Lage der durch die Zentren der Lagerbohrungen bzw. Lagerzapfen der Schwenkbrücke definierten Achse von der Soll-Lage durch die Exzentrizität der exzentrischen Lager bzw. der Exzenterbüchsen verkleinert oder aufgehoben wird. Then, the bearing of the swivel bridge with the selected eccentric bearings and / or with the selected eccentric bushes and associated concentric bearings such in the support structure that the deviation of the position defined by the centers of the bearing bores or journals of the pivot bridge axis of the Target position is reduced or canceled by the eccentricity of the eccentric bearing or the eccentric bushes.
[0023] Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es möglich, einen hochpräzisen Schwenkapparat mit wenig Arbeitsaufwand kostengünstig aus bezüglich der Bearbeitungstoleranzen relativ grosszügig tolerierten Bauteilen herzustellen. By the inventive method, it is possible to produce a high-precision swivel apparatus with little labor cost from relatively respect to the machining tolerances relatively generously tolerated components.
[0024] Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Schwenkapparat gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. mit einem mit dem Verfahren gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellten Schwenkapparat. A third aspect of the invention relates to a machine tool with a pivoting apparatus according to the first aspect of the invention or with a pivoting apparatus produced by the method according to the second aspect of the invention.
[0025] Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Werkzeugmaschine gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung. A fourth aspect of the invention relates to a method for manufacturing the machine tool according to the third aspect of the invention.
[0026] Dabei wird in einem ersten Schritt die Schwenkbrücke mit der Tragstruktur in der bestimmungsgemässen Position auf einer damit zu bestückenden Werkzeugmaschine montiert, wobei die Schwenkbrücke mit konzentrischen Lagern bzw. Lagereinheiten derartig in bzw. an der Tragstruktur gelagert wird, dass die Rotationszentren der Lager bzw. Lagereinheiten konzentrisch mit den Zentren der sie tragenden Lagerzapfen und Lagerbohrungen sind. In this case, in a first step, the pivoting bridge is mounted with the support structure in the intended position on a machine tool to be equipped therewith, wherein the pivot bridge is stored with concentric bearings or bearing units such or in the support structure that the centers of rotation of the bearing or bearing units are concentric with the centers of bearing trunnions and bearing bores.
[0027] Sodann wird in einem zweiten Schritt eine Abweichung der Schwenkachse der so gelagerten Schwenkbrücke von einer Soll-Lage bezüglich der Werkzeugmaschine, insbesondere vom Koordinatensystem der Werkzeugmaschine, welches durch die drei Hauptachsen (X-, Y- und Z-Achsen) derselben gegeben ist, ermittelt. Da die Schwenkachse der Schwenkbrücke üblicherweise exakt parallel zu einer der drei Hauptachsen der Werkzeugmaschine ausgerichtet sein soll, wird als Abweichung von einer Soll-Lage bzw. vom Koordinatensystem der Werkzeugmaschine üblicherweise die Abweichung der Schwenkachse von einer exakten Parallelität zu einer der drei Hauptachsen der Werkzeugmaschine ermittelt. Then, in a second step, a deviation of the pivot axis of the so-mounted pivot bridge of a desired position with respect to the machine tool, in particular from the coordinate system of the machine tool, which by the three major axes (X, Y and Z axes) given the same is determined. Since the pivot axis of the pivoting bridge is usually to be aligned exactly parallel to one of the three main axes of the machine tool, the deviation of the pivot axis from an exact parallelism to one of the three main axes of the machine tool is usually determined as a deviation from a desired position or from the coordinate system of the machine tool ,
[0028] Nachdem diese Abweichung bekannt ist, werden in einem dritten Schritt in Abhängigkeit von der Abweichung exzentrische Lager und/oder Exzenterbüchsen für konzentrische Lager ausgewählt. Dabei werden die exzentrischen Lager bzw. die Exzenterbüchsen derartig bezüglich ihrer Exzentrizität gewählt, dass bei einer bestimmungsgemässen Lagerung der Schwenkbrücke in bzw. an der Tragstruktur mit den ausgewählten exzentrischen Lagern und/-oder mit den ausgewählten Exzenterbüchsen in Kombination mit konzentrischen Lagern die ermittelte Abweichung von der Soll-Lage bzw. vom Koordinatensystem der Werkzeugmaschine durch deren Exzentrizität verkleinert bzw. aufgehoben werden kann. After this deviation is known, in a third step, depending on the deviation, eccentric bearings and / or eccentric bushes for concentric bearings are selected. In this case, the eccentric bearing or the eccentric bushings are selected with respect to their eccentricity that at a proper storage of the pivoting bridge in or on the support structure with the selected eccentric bearings and / or with the selected eccentric bushes in combination with concentric bearings, the determined deviation from the desired position or the coordinate system of the machine tool can be reduced or canceled by their eccentricity.
[0029] In einem vierten Schritt erfolgt sodann die Neulagerung der Schwenkbrücke in der Tragstruktur unter Verwendung der ausgewählten exzentrischen Lager und/oder der ausgewählten Exzenterbüchsen in Kombination mit konzentrischen Lagern derart, dass die Abweichung durch die Exzentrizität derselben verkleinert oder aufgehoben wird. In a fourth step, then the new bearing of the pivoting bridge in the support structure using the selected eccentric bearings and / or the selected eccentric bushes in combination with concentric bearings is carried out such that the deviation is reduced or canceled by the eccentricity of the same.
[0030] Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugmaschine gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung. A fifth aspect of the invention relates to another method for manufacturing a machine tool according to the third aspect of the invention.
[0031] Dabei wird nach Durchführung des Herstellverfahrens gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung in einem ersten Schritt der aus diesem Verfahren hervorgehende Schwenkapparat in bestimmungsgemässer Position auf der mit dem Schwenkapparat zu bestückenden Werkzeugmaschine montiert. In this case, after carrying out the manufacturing process according to the second aspect of the invention in a first step, the pivoting apparatus resulting from this method is mounted in the proper position on the machine tool to be equipped with the pivoting apparatus.
[0032] Sodann wird in einem zweiten Schritt eine Abweichung der Schwenkachse der Schwenkbrücke von einer Soll-Lage bezüglich der Werkzeugmaschine oder vom Koordinatensystem der Werkzeugmaschine, welches durch deren drei Hauptachsen (X-, Y- und Z-Achsen) gegeben ist, ermittelt. Da die Schwenkachse der Schwenkbrücke üblicherweise exakt parallel zu einer der drei Hauptachsen der Werkzeugmaschine ausgerichtet sein soll, wird als Abweichung von einer Soll-Lage bzw. vom Koordinatensystem der Werkzeugmaschine üblicherweise die Abweichung der Schwenkachse von einer exakten Parallelität zu einer der drei Hauptachsen der Werkzeugmaschine ermittelt. Then, in a second step, a deviation of the pivot axis of the pivot bridge of a desired position with respect to the machine tool or from the coordinate system of the machine tool, which is given by the three major axes (X, Y and Z axes) determined. Since the pivot axis of the pivoting bridge is usually to be aligned exactly parallel to one of the three main axes of the machine tool, the deviation of the pivot axis from an exact parallelism to one of the three main axes of the machine tool is usually determined as a deviation from a desired position or from the coordinate system of the machine tool ,
[0033] Anschliessend werden in einem dritten Schritt, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung, exzentrische Lager und/oder Exzenterbüchsen für konzentrische Lager ausgewählt. Dabei werden die exzentrischen Lager bzw. die Exzenterbüchsen derartig bezüglich ihrer Exzentrizität ausgewählt, dass bei einer bestimmungsgemässen Lagerung der Schwenkbrücke in bzw. an der Tragstruktur mit den ausgewählten exzentrischen Lagern und/oder mit den Exzenterbüchsen in Kombination mit konzentrischen Lagern die ermittelte Abweichung der Schwenkachse durch die Exzentrizität der Lager bzw. Lagereinheiten und/oder der Exzenterbüchsen verkleinert bzw. aufgehoben werden kann. Subsequently, in a third step, depending on the determined deviation, eccentric bearings and / or eccentric bushings are selected for concentric bearings. In this case, the eccentric bearing or the eccentric bushings are selected with respect to their eccentricity that at a proper storage of the pivoting bridge in or on the support structure with the selected eccentric bearings and / or with the eccentric bushes in combination with concentric bearings, the determined deviation of the pivot axis the eccentricity of the bearings or bearing units and / or the eccentric bushes can be reduced or eliminated.
[0034] Danach erfolgt die Neulagerung der Schwenkbrücke in bzw. an der Tragstruktur unter Verwendung der ausgewählten exzentrischen Lager und/oder der ausgewählten Exzenterbüchsen in Kombination mit konzentrischen Lagern derart, dass die Abweichung der Schwenkachse durch deren Exzentrizität verkleinert oder aufgehoben wird. Thereafter, the new bearing of the pivoting bridge takes place in or on the support structure using the selected eccentric bearings and / or the selected eccentric bushes in combination with concentric bearings such that the deviation of the pivot axis is reduced or canceled by their eccentricity.
[0035] Durch die erfindungsgemässen Verfahren gemäss dem vierten und fünften Aspekt der Erfindung wird es möglich, hochpräzise 4- oder 5-achsige Werkzeugmaschinen relativ kostengünstig herzustellen. By the inventive method according to the fourth and fifth aspect of the invention, it is possible to produce high-precision 4- or 5-axis machine tools relatively inexpensively.
[0036] Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb der Werkzeugmaschine gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung, wobei die Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemässen Schwenkapparat ausgerüstet ist, bei welchem mindestens eine der Lagereinheiten eine auf dem Lagerzapfen oder in der Lagerbohrung angeordnete Exzenterbüchse umfasst und welcher zudem derartig ausgebildet ist, dass die Umfangsposition der Exzenterbüchse relativ zu dem Lagerzapfer oder der Lagerbohrung, auf welchem oder in welcher diese angeordnet ist, einstellbar ist. A sixth aspect of the invention relates to a method for operating the machine tool according to the third aspect of the invention, wherein the machine tool is equipped with a pivoting apparatus according to the invention, wherein at least one of the bearing units comprises an eccentric bushing arranged on the bearing journal or in the bearing bore and which is also designed such that the circumferential position of the eccentric bush is adjustable relative to the Lagerzapfer or the bearing bore on which or in which it is arranged.
[0037] Dabei wird in einem ersten Schritt ein Werkstück auf der Schwenkbrücke des Schwenkapparates aufgespannt. In this case, a workpiece is clamped on the pivot bridge of the pivoting apparatus in a first step.
[0038] Sodann wird eine Abweichung der Lage einer Fläche des aufgespannten Werkstücks und/oder einer Fläche der das aufgespannte Werkstück tragenden Schwenkbrücke gegenüber einer Soll-Lage ermittelt. Then, a deviation of the position of a surface of the clamped workpiece and / or a surface of the clamping workpiece carrying the pivoting bridge relative to a desired position is determined.
[0039] Anschliessend wird, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung, die Umfangsposition der Exzenterbüchse relativ zu dem Lagerzapfen oder der Lagerbohrung, auf welchem oder in welcher diese angeordnet ist, verändert, derart, dass die ermittelte Abweichung verkleinert oder aufgehoben wird. Subsequently, depending on the determined deviation, the circumferential position of the eccentric bushing relative to the bearing journal or the bearing bore, on which or in which it is arranged, changed, such that the determined deviation is reduced or canceled.
[0040] Dabei können, insbesondere wenn die Veränderung der Umfangsposition der Exzenterbüchse mittels eines elektrischen Stellantriebs erfolgt, einzelne oder sämtliche Schritte automatisiert durchgeführt werden, z.B. durch die Steuerung der Werkzeugmaschine oder einer übergeordneten Steuerung. In this case, in particular if the change in the circumferential position of the eccentric bushing takes place by means of an electric actuator, individual or all steps can be carried out automatically, e.g. by the control of the machine tool or a higher-level control.
[0041] Durch das erfindungsgemäss Verfahren wird es möglich, etwaige Positionierungsfehler des zu bearbeitenden Werkstücks sowie etwaige durch Verschleiss und/oder Deformation verursachte Abweichungen zu korrigieren. Dies kann für Bearbeitungsserien oder auch einzeln für jeden Bearbeitungslauf erfolgen. By the method according to the invention it is possible to correct any positioning errors of the workpiece to be machined and any deviations caused by wear and / or deformation. This can be done for machining series or individually for each machining run.
[0042] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Draufsicht auf die Bearbeitungszone einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemässen Schwenkapparat; und <tb>die Fig. 2 bis 5<sep>jeweils einen Vertikalschnitt durch die rechte Lageranordnung des Schwenkapparates der Werkzeugmaschine aus Fig. 1 entlang der Linie C-C in Fig. 1 bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsvarianten des Schwenkapparates.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description with reference to the figures. Showing: <Tb> FIG. 1 <sep> a perspective top view of the processing zone of a machine tool according to the invention with a swivel apparatus according to the invention; and FIGS. 2 to 5 each show a vertical section through the right-hand bearing arrangement of the swivel apparatus of the machine tool from FIG. 1 along the line C-C in FIG. 1 in various preferred embodiments of the swivel apparatus.
[0043] Der Grundaufbau einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine 1 mit Schwenkapparat 2, 3, 4, 11 ist aus Fig. 1ersichtlich, welche eine perspektivische Draufsicht von schräg oben auf die Bearbeitungszone einer solchen Maschine 1 zeigt. Wie zu erkennen ist, weist die Bearbeitungsmaschine 1 eine entlang ihrer drei Hauptachsen X, Y, Z (Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine) verfahrbare Maschinenspindel 10 auf, welche der Aufnahme und dem Antrieb des Bearbeitungswerkzeugs (nicht gezeigt) dient. Unterhalb der Maschinenspindel 10 befindet sich die Schwenkbrücke 2 zum Tragen des zu bearbeitenden Werkstücks (nicht gezeigt), welche endseitig mit zwei Lageranordnungen 14 schwenkbar um eine Schwenkachse A auf dem Maschinengestell 11 befestigt ist. Im vorliegenden Fall ist die Schwenkachse A parallel zur X-Achse des Koordinatensystems der Werkzeugmaschine 1 ausgerichtet, es ist aber bei Ausführungsvarianten auch durchaus möglich, dass diese parallel zur Y- oder zur Z-Achse ausgerichtet ist. The basic structure of a machine tool 1 according to the invention with swiveling apparatus 2, 3, 4, 11 is apparent from FIG. 1, which shows a perspective top view obliquely from above onto the processing zone of such a machine 1. As can be seen, the processing machine 1 has a machine spindle 10 which is movable along its three main axes X, Y, Z (coordinate system of the processing machine) and which serves to receive and drive the processing tool (not shown). Below the machine spindle 10 is the pivot bridge 2 for supporting the workpiece to be machined (not shown), which is fixed end with two bearing assemblies 14 pivotally about a pivot axis A on the machine frame 11. In the present case, the pivot axis A is aligned parallel to the X axis of the coordinate system of the machine tool 1, but it is also quite possible in embodiments that it is aligned parallel to the Y or Z axis.
[0044] Die Schwenkbrücke 2 kann ausgehend von der dargestellten Grundposition mittels eines Motors 12 in beiden Richtungen um die Schwenkachse A geschwenkt werden. Angeordnet in axialer Richtung zwischen den Lageranordnungen 14 weist die Schwenkbrücke 2 eine Aufspannfläche 9 zum Tragen des zu bearbeitenden Werkstücks auf, welche hier eine Aufspannvorrichtung 13 für das Werkstück trägt. Die Werkstückaufnahme der Aufspannvorrichtung 13 ist um eine zur Verschwenkachse A der Schwenkbrücke 2 senkrecht verlaufende Achse B drehbar. In der dargestellten Grundposition verläuft die Aufspannfläche 9 in einer horizontalen Ebene unterhalb der Schwenkachse A. The swivel bridge 2 can be pivoted starting from the illustrated basic position by means of a motor 12 in both directions about the pivot axis A. Arranged in the axial direction between the bearing assemblies 14, the pivoting bridge 2 has a clamping surface 9 for supporting the workpiece to be machined, which here carries a jig 13 for the workpiece. The workpiece holder of the jig 13 is rotatable about a pivot axis A of the pivot bridge 2 perpendicular axis B. In the illustrated basic position, the clamping surface 9 extends in a horizontal plane below the pivot axis A.
[0045] Wie in Zusammenschau mit Fig. 2erkennbar wird, welche einen Vertikalschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1durch die rechte Lageranordnung 14 des Schwenkapparates in einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante zeigt, ist die Schwenkbrücke 2 hier mittels eines vorgespannten Kugellagers 3 in einem Lagerbock 4 gelagert, welcher mit dem Maschinengestell 11 der Werkzeugmaschine 1 verbunden ist. As can be seen in conjunction with FIG. 2, which shows a vertical section along the line CC in FIG. 1 through the right-hand bearing arrangement 14 of the swivel apparatus in a first preferred embodiment, the swivel bridge 2 is here in a bearing block 4 by means of a preloaded ball bearing 3 stored, which is connected to the machine frame 11 of the machine tool 1.
[0046] Das Kugellager 3 sitzt auf einem von der Schwenkbrücke 2 gebildeten Lagerzapfen 5 und ist mittels einer Exzenterbüchse 8a in einer Lagerbohrung 6 im Lagerbock 4 gelagert. Die Exzenterbüchse 8a ist bezüglich ihrer Exzentrizität derartig gewählt und bezüglich ihrer umfangsmässigen Ausrichtung derartig in der Lagerbohrung 6 angeordnet, dass eine durch Fertigungs- bzw. Montageungenauigkeiten bedingte Abweichung der Lage des Zentrums der Lagerbohrung 6 von einer Soll-Lage korrigiert wird, also zumindest verkleinert und bestenfalls aufgehoben wird. Die Exzenterbüchse 8a ist mit einem Sicherungsstift (nicht gezeigt) gegen ein Verdrehen in der Lagerbohrung 6 gesichert. The ball bearing 3 is seated on a bearing pin 5 formed by the pivot bridge 2 and is mounted by means of an eccentric bushing 8a in a bearing bore 6 in the bearing block 4. The eccentric bushing 8a is chosen with respect to its eccentricity and arranged with respect to their circumferential orientation such in the bearing bore 6, that caused by manufacturing or assembly inaccuracies deviation of the position of the center of the bearing bore 6 is corrected by a desired position, ie at least reduced and is lifted at best. The eccentric bush 8a is secured against twisting in the bearing bore 6 by a locking pin (not shown).
[0047] Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1 durch die rechte Lageranordnung 14 bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante des Schwenkapparates. Auch hier ist die Schwenkbrücke 2 mittels eines vorgespannten Kugellagers 3 im Lagerbock 4 gelagert. Das Kugellager 3 ist jedoch mittels einer Exzenterbüchse 8b auf dem von der Schwenkbrücke 2 gebildeten Lagerzapfen 5 angeordnet, während es mit seinem Aussenring direkt in der Lagerbohrung 6 im Lagerbock 4 gelagert ist. Hier ist die Exzenterbüchse 8b bezüglich ihrer Exzentrizität derartig gewählt und bezüglich ihrer umfangs-mässigen Ausrichtung derartig auf dem Lagerzapfen 5 angeordnet, dass eine durch Fertigungsungenauigkeiten bedingte Abweichung der Lage des Zentrums des Lagerzapfens 5 von einer Soll-Lage korrigiert wird. Auch hier ist die Exzenterbüchse 8b gegen ein Verdrehen auf dem Lagerzapfen 5 formschlüssig durch nicht dargestellte Sicherungsmittel gesichert. Fig. 3 shows a vertical section along the line C-C in Fig. 1 through the right bearing assembly 14 in a second preferred embodiment of the pivoting apparatus. Again, the swing bridge 2 is mounted by means of a preloaded ball bearing 3 in the bearing block 4. However, the ball bearing 3 is arranged by means of an eccentric bush 8b on the bearing pin 5 formed by the pivot bridge 2, while it is mounted with its outer ring directly in the bearing bore 6 in the bearing block 4. Here, the eccentric bushing 8b is selected with respect to its eccentricity and arranged with respect to their circumferential orientation such on the bearing pin 5 that a conditional deviation due to manufacturing inaccuracies of the position of the center of the bearing pin 5 is corrected by a desired position. Again, the eccentric bush 8b is secured against rotation on the bearing pin 5 positively by securing means, not shown.
[0048] Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1 durch die rechte Lageranordnung 14 bei einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante, welche eine Kombination aus der ersten Ausführungsvariante gemäss Fig. 2 und der zweiten Ausführungsvariante gemäss Fig. 3darstellt. Das Kugellager 3 ist hier mittels einer ersten Exzenterbüchse 8b auf dem von der Schwenkbrücke 2 gebildeten Lagerzapfen 5 angeordnet und mittels einer zweiten Exzenterbüchse 8a in der Lagerbohrung 6 im Lagerbock 4 gelagert. Die Exzentrizitäten und Ausrichtungen der Exzenterbüchsen 8a, 8b sind derartig gewählt, dass durch Fertigungs- und Montageungenauigkeiten bedingte Abweichungen der Lagen des Zentrums des Lagerzapfens 5 und des Zentrums der Lagerbohrung 6 von einer Soll-Lage korrigiert werden. Auch hier sind die Exzenterbüchsen 8a, 8b gegen ein Verdrehen gesichert. Fig. 4 shows a vertical section along the line C-C in Fig. 1 through the right bearing assembly 14 in a third preferred embodiment, which represents a combination of the first embodiment of FIG. 2 and the second embodiment of FIG. The ball bearing 3 is arranged here by means of a first eccentric bushing 8b on the bearing journal 5 formed by the pivoting bridge 2 and mounted in the bearing bore 6 in the bearing block 4 by means of a second eccentric bushing 8a. The eccentricities and orientations of the eccentric bushings 8a, 8b are selected such that deviations of the positions of the center of the bearing journal 5 and of the center of the bearing bore 6 caused by manufacturing and assembly inaccuracies are corrected by a desired position. Again, the eccentric bushes 8a, 8b secured against rotation.
[0049] Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1 durch die rechte Lageranordnung 14 bei einer vierten bevorzugten Ausführungsvariante, welche eine Weiterentwicklung der zweiten Ausführungsvariante gemäss Fig. 3 darstellt. Bei dieser Ausführungsvariante ist das Kugellager 3 mit zwei mit gleicher axialer Orientierung ineinander angeordneten Exzenterbüchsen 8b, 8c auf dem Lagerzapfen 5 der Schwenkbrücke 2 angeordnet. Hier sind die Exzentrizitäten der Lagerbüchsen 8b, 8c und deren umfangsmässige Ausrichtung sowohl relativ zueinander als und bezüglich des Lagerzapfens 5 derartig gewählt, dass eine durch Fertigungsungenauigkeiten bedingte Abweichung der Lage des Zentrums des Lagerzapfens 5 von einer Soll-Lage korrigiert wird. Die Exzenterbüchsen 8b, 8c sind sowohl gegen ein Verdrehen relativ zueinander als auch gegen ein Verdrehen auf dem Lagerzapfen 5 gesichert. Fig. 5 shows a vertical section along the line C-C in Fig. 1 through the right bearing assembly 14 in a fourth preferred embodiment, which is a further development of the second embodiment of FIG. 3. In this embodiment variant, the ball bearing 3 is arranged with two eccentric bushes 8b, 8c, arranged in the same axial orientation, on the bearing journal 5 of the pivoting bridge 2. Here, the eccentricities of the bearing bushes 8b, 8c and their circumferential alignment both relative to each other and with respect to the bearing pin 5 selected such that a conditional by manufacturing inaccuracies of the position of the center of the bearing pin 5 is corrected by a desired position. The eccentric bushes 8b, 8c are secured both against rotation relative to one another and against rotation on the bearing journal 5.
[0050] Die linke Lageranordnung 14 kann bei den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten jeweils identisch ausgeführt sein wie die zugehörige in den Fig. 2bis 5 im Schnitt dargestellte rechte Lageranordnung 14. Sie kann aber auch abweichend von dieser ausgebildet sein. So kann es z.B. aus konstruktiven bzw. montagetechnischen Erwägungen heraus sinnvoll sein, die Schwenkbrücke 2 nicht mit zwei endseitigen Lagerzapfen 5 auszubilden, sondern mit einem Lagerzapfen 5 und einer Lagerbohrung oder mit zwei Lagebohrungen. The left bearing assembly 14 may be carried out identically in each case in the previously described embodiments as the associated in Figs. 2 to 5 in section shown right bearing assembly 14. However, it may also be deviating from this formed. So it can be e.g. be useful for design and assembly considerations, the swing bridge 2 not with two end bearing pin 5 form, but with a bearing pin 5 and a bearing bore or with two positional holes.
[0051] Auch wenn in den vorliegenden Beispielen ausschliesslich Rillenkugellager 3 verwendet werden, ist es ebenso vorgesehen, andere Wälzlagertypen zu verwenden oder auch Gleitlager. Although only deep groove ball bearings 3 are used in the present examples, it is also provided to use other types of bearings or plain bearings.
[0052] Generell ist zu beachten, dass bei den Fig. 2 bis 5die Exzentrizität der Exzenterbüchsen 8a, 8b, 8c zur besseren Erkennbarkeit derselben übertrieben dargestellt wurde. In der Praxis liegt diese bei einfachen Exzenterbüchsen im Bereich der zu korrigierenden Fertigungsungenauigkeiten, d.h. im Bereich von Zehnteln oder Hundertsteln von Millimetern. Bei zwei mit gleicher axialer Orientierung ineinander angeordneten Exzenterbüchsen 8b, 8c können auch grössere Einzelexzentrizitäten je Exzenterbüchse 8b, 8c verwendet werden, da sich diese je nach umfangsmässiger Ausrichtung der Exzenterbüchsen 8b, 8c relativ zueinander ergänzen oder gegenseitig zumindest teilweise aufheben. In general, it should be noted that in FIGS. 2 to 5, the eccentricity of the eccentric bushes 8a, 8b, 8c has been exaggerated for better recognizability. In practice, this is in simple eccentric bushes in the range of manufacturing inaccuracies to be corrected, i. in the range of tenths or hundredths of millimeters. In the case of two eccentric bushings 8b, 8c arranged in the same axial orientation, larger individual eccentricities per eccentric bushing 8b, 8c can also be used, since these complement each other depending on the circumferential orientation of the eccentric bushings 8b, 8c or cancel each other out at least partially.
[0053] Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann. Zudem sind die dargestellten Lagerungsvarianten auch miteinander kombinierbar, sofern einer Kombination aus technischer Sicht nichts entgegensteht bzw. diese nicht unmöglich ist. While preferred embodiments of the invention are described in the present application, it is to be understood that the invention is not limited to these and may be practiced otherwise within the scope of the following claims. In addition, the illustrated storage variants can also be combined with each other, as long as a combination from a technical point of view does not oppose or is not impossible.
Claims (14)
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