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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, umfassend ein Maschinenbett, eine an dem Maschinenbett angeordnete Werkstückträgereinrichtung, und ein Maschinengestell.
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Aus der
DE 10 2004 053 503 A1 ist eine Honanlage zur Honbearbeitung von Werkstücken mit einer Vielzahl von Arbeitsstationen bekannt, wobei jede Arbeitsstation zur Durchführung mindestens eines Arbeitsschritts an einem Werkzeug konfiguriert ist und mindestens ein Teil der Arbeitsstation als Honstation zur Durchführung mindestens einer Honoperation an einem Werkstück eingereichtet ist. Es ist ein Förderungssystem zur Förderung von Werkstücken zu den Arbeitsstationen und von den Arbeitsstationen vorgesehen.
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Aus der
EP 1 511 598 B1 ist eine Maschine zur Feinstbearbeitung von Werkstücken durch Honen mit einer von einem Elektromotor antreibbaren in einem Spindelgehäuse gelagerten Honspindel bekannt, deren Hubbewegung durch einen Linearmotor bewirkt wird, dessen unbewegter Teil am Maschinenrahmen und an dessen bewegten Teil das Spindelgehäuse angeordnet ist.
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Aus der
EP 2 374 574 A1 ist eine Hochgeschwindigkeits-Honmaschine mit einer rotierend andrehbaren Werkzeugspindel zur Aufnahme des Honwerkzeugs und mit einem Werkstückträger bekannt, wobei der Werkstückträger mittels eines Linearmotors oszillierend antreibbar ist.
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Aus der
DE 40 31 284 A1 ist eine Vorrichtung zum Honen, innenschleifen oder Bohren von Bohrungen in Werkstücken bekannt, bei der das Werkzeug am Ende einer von einem Maschinengestell getragenen Spindel aufgenommen ist, die von einem Spindelantrieb antreibbar und von einem Hubtrieb auf- und abbewegbar ist, und bei der die die Werkstücke nacheinander eine oder mehrere Bearbeitungsstationen durchlaufen. Werkzeug, Spindel, Spindelantrieb, Hubantrieb und Zustelleinrichtung sind an einer Lagerschiene, die am Maschinengestell fest angeordnet ist, horizontal verschiebbar und durch Spannmittel fest anpressbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche umfangreiche Einstellmöglichkeiten aufweist und umfangreiche Werkstückbearbeitungsmöglichkeiten aufweist.
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Diese Aufgabe ist bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erster Schlitten vorgesehen ist, welcher mindestens eine erste Werkzeugeinheit mit einer ersten Werkzeugträgereinrichtung hält, ein zweiter Schlitten vorgesehen ist, welcher mindestens eine zweite Werkzeugeinheit mit einer zweiten Werkzeugträgereinrichtung hält, ein dritter Schlitten vorgesehen ist, welcher mindestens eine dritte Werkzeugeinheit mit einer dritten Werkzeugträgereinrichtung hält, ein vierter Schlitten vorgesehen ist, welcher mindestens eine vierte Werkzeugeinheit mit einer vierten Werkzeugträgereinrichtung hält, wobei die Schlitten jeweils in einer ersten Richtung verschieblich sind und die jeweiligen Werkzeugträgereinrichtung relativ zu dem jeweiligen Schlitten in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung verschieblich ist, eine erste Antriebseinrichtung vorgesehen ist, welche dem ersten Schlitten und dem dritten Schlitten zugeordnet ist und deren Verschiebungsbewegung in der ersten Richtung bewirkt, und eine zweite Antriebseinrichtung vorgesehen ist, welche dem zweiten Schlitten und dem vierten Schlitten zugeordnet ist und deren Verschiebungsbewegung in der ersten Richtung bewirkt.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind ist eine Mehrzahl von in der ersten Richtung beweglichen Schlitten vorgesehen, wobei der erste Schlitten und der dritte Schlitten in einer Schlittenkombination miteinander gekoppelt sind und der zweite Schlitten und der vierte Schlitten in einer Schlittenkombination miteinander gekoppelt sind. Grundsätzlich lassen sich die Schlittenkombinationen unabhängig voneinander verfahren, so dass zwei unabhängige Bewegungsachsen in der ersten Richtung vorhanden sind. An jedem Schlitten ist mindestens eine Bewegungsachse für die Verschieblichkeit in der zweiten Richtung (die quer und insbesondere senkrecht zur ersten Richtung ist) vorhanden, so dass hier zusätzliche mindestens vier dynamische Bewegungsachsen vorhanden sind. Dadurch ergibt sich eine hohe Variabilität zur Bearbeitung von unterschiedlichen Werkstücken.
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Der Abstand zwischen dem ersten Schlitten und dem zweiten Schlitten beziehungsweise dem dritten Schlitten und dem vierten Schlitten lässt sich über eine Steuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine durch entsprechende Ansteuerung der ersten Antriebseinrichtung und der zweiten Antriebseinrichtung einstellen und dadurch gewissermaßen ”softwaremäßig” einstellen. Wenn beispielsweise eine Veränderung eines Abstands zwischen Bearbeitungsstellen an einem Werkstück eine Neueinstellung notwendig ist, dann kann diese ohne Umbau der Werkzeugmaschine ”softwaremäßig” durchgeführt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, zwei Werkstücke gleichzeitig zu bearbeiten, wobei ein erstes Werkstück mit der ersten Werkzeugträgereinrichtung und der zweiten Werkzeugträgereinrichtung bearbeitet wird und das zweite Werkstück mit der dritten Werkzeugträgereinrichtung und der vierten Werkzeugträgereinrichtung bearbeitet wird. Durch gleichzeitiges Verfahren der ersten Schlittenkombination und der zweiten Schlittenkombination über die entsprechende erste Antriebseinrichtung und die zweite Antriebseinrichtung lässt sich gleichzeitig an dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück eine Verschiebung einer Werkzeugträgereinrichtung von einer Bearbeitungsstelle zu einer anderen Bearbeitungsstelle erreichen. Wenn die Bearbeitungsstelle beispielsweise eine Bohrung ist, lässt sich eine Verschiebung ”von Bohrung zu Bohrung” erreichen. Beispielsweise ist an dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück jeweils eine erste Bearbeitungsstelle und eine zweite Bearbeitungsstelle vorgesehen. Die erste Bearbeitungsstelle wird zunächst mit der ersten Werkzeugträgereinrichtung bearbeitet. Nach Abschluss dieses Bearbeitungsvorgangs wird durch entsprechende Verschiebung des ersten Schlittens und des zweiten Schlittens die erste Werkzeugträgereinrichtung an die zweite Bearbeitungsstelle gebracht. Bei entsprechend eingestelltem Abstand zwischen dem ersten Schlitten und dem zweiten Schlitten kann dann die zweite Bearbeitungsstelle durch die erste Werkzeugträgereinrichtung bearbeitet werden und die erste Bearbeitungsstelle kann durch die zweite Werkzeugträgereinrichtung (synchron oder asynchron) bearbeitet werden. Durch die Verknüpfung in der ersten Schlittenkombination und der zweiten Schlittenkombination lassen sich diese Bearbeitungsvorgänge dann gleichzeitig an dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück durchführen. Es können so zeitlich nacheinander an der gleichen Bearbeitungsstelle unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge wie Grobbearbeitungsvorgänge und Feinbearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, wobei diese Bearbeitungsvorgänge wiederum gleichzeitig an unterschiedlichen Werkstücken durchführbar sind.
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Insbesondere ist eine Verschiebungsbewegung des ersten Schlittens und des dritten Schlittens über die erste Antriebseinrichtung gekoppelt und/oder synchronisiert. Es lässt sich dadurch die Zahl der nötigen Antriebe gering halten.
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Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn eine Verschiebungsbewegung des zweiten Schlittens und des vierten Schlittens über die zweite Antriebseinrichtung gekoppelt und/oder synchronisiert ist.
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Insbesondere ist ein Abstand in der ersten Richtung zwischen dem ersten Schlitten und dem dritten Schlitten unabhängig von deren Verschiebungsstellung konstant und/oder ist ein Abstand in der ersten Richtung zwischen dem zweiten Schlitten und dem vierten Schlitten unabhängig von deren Verschiebungsstellung konstant. Es lässt sich dadurch die Anzahl der Antriebe gering halten. Dadurch ist der konstruktive Aufwand verringert.
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Ferner ist ein Abstand in der ersten Richtung zwischen dem ersten Schlitten und dem zweiten Schlitten über die erste Antriebseinrichtung einstellbar und/oder ist ein Abstand in der ersten Richtung zwischen dem dritten Schlitten und dem vierten Schlitten einstellbar. Dadurch lässt sich die Werkzeugmaschine auf einfache Weise ohne Umbau anpassen, um beispielsweise für die gleichzeitige Bearbeitung an einem Werkstück Abmessungsänderungen auf einfache Weise einstellen zu können.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung eine Kugelgewindetriebeinrichtung, wobei insbesondere der erste Schlitten und der dritte Schlitten an eine gleiche erste Gewindespindeleinrichtung der ersten Antriebseinrichtung gekoppelt sind und/oder der zweite Schlitten und der vierte Schlitten an eine gleiche zweite Gewindespindeleinrichtung der zweiten Antriebseinrichtung gekoppelt sind. Durch eine Kugelgewindeeinrichtung lässt sich auf einfache Weise eine Kopplung des ersten Schlittens und des dritten Schlittens in einer ersten Schlittenkombination und des zweiten Schlittens und des vierten Schlittens in einer zweiten Schlittenkombination realisieren. Über entsprechende Spindelmuttern sind der erste Schlitten und der dritte Schlitten beziehungsweise der zweite Schlitten und der vierte Schlitten an die gleiche Gewindespindeleinrichtung gekoppelt.
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Günstig ist es, wenn der erste Schlitten und der zweite Schlitten eine gemeinsame Bahnführung aufweisen, welche insbesondere an dem Maschinengestell gehalten ist. Dadurch lässt sich die Werkzeugmaschine auf konstruktiv einfache Weise gestalten.
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Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der dritte Schlitten und der vierte Schlitten eine gemeinsame Bahnführung aufweisen, welche insbesondere an dem Maschinengestell gehalten ist.
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Es ist dann ebenfalls vorteilhaft, wenn der erste Schlitten, der zweite Schlitten, der dritte Schlitten und der vierte Schlitten eine gemeinsame Bahnführung aufweisen, welche insbesondere an dem Maschinengestell gehalten ist. Beispielsweise können dann Führungsleisten für alle Schlitten verwendet werden.
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Günstig ist es, wenn die erste Richtung eine bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontale Richtung ist. Beispielsweise kann eine Bewegung in der ersten Richtung benutzt werden, um ein Werkzeug vor der Werkstückbearbeitung an dem Werkstück zu positionieren.
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Insbesondere ist die zweite Richtung eine bezogen auf die Schwerkraftrichtung vertikale Richtung. Die zweite Richtung ist insbesondere eine Bearbeitungsrichtung; während der Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt eine Bewegung der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung, um die Werkstückbearbeitung durchzuführen. Beispielsweise ist die Bewegung in der zweiten Richtung eine Bearbeitungs-Eintauchbewegung bei einem Feinbohrprozess oder eine Oszillationsbewegung bei einem Honvorgang.
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Insbesondere weist die Werkzeugmaschine eine erste dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung des ersten Schlittens und des dritten Schlittens in der ersten Richtung auf, weist eine zweite dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung des zweiten Schlittens und des vierten Schlittens in der ersten Richtung auf, weist eine dritte dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung der ersten Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung auf, weist eine vierte dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung der zweiten Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung auf, weist eine fünfte dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung der dritten Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung auf, und weist eine sechste dynamische Bewegungsachse für die Verschiebungsbewegung der vierten Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung auf. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Bewegungsmöglichkeiten, so dass insbesondere eine Mehrzahl von Werkstücken gleichzeitig bearbeitbar sind und/oder an einem Werkstück gleichzeitig mehrere Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden können.
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Insbesondere sind der erste Schlitten und der zweite Schlitten benachbart, der zweite Schlitten und der dritte Schlitten benachbart, und der dritte Schlitten und der vierte Schlitten benachbart.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Werkstückträgereinrichtung mindestens einen Werkstückträger, welcher in einer Richtung, die quer zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung liegt, verschieblich ist und/oder dass der mindestens eine Werkstückträger drehbar und/oder schwenkbar ist.
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Dadurch ergibt sich eine optimierte Positionierungsmöglichkeit eines Werkstücks bezüglich eines Werkzeugs.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Werkzeugeinheit eine Hubantriebseinrichtung. Über die Hubantriebseinrichtung lässt sich eine Hubbewegung der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung in einer zweiten Richtung durchführen. Diese Hubbewegung kann für eine Positionierung eines Werkzeugs vor der Werkstückbearbeitung und bei einem Werkstückbearbeitungsvorgang für die Bewegung des Werkzeugs in der zweiten Richtung wie beispielsweise für eine Eintauchbewegung oder eine Oszillationsbewegung verwendet werden.
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Ferner günstig ist es, wenn eine Werkzeugeinheit eine Werkzeugantriebseinrichtung umfasst zum Antreiben eines Werkzeugs insbesondere in einer Rotationsbewegung.
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Bei einer Ausführungsform umfasst eine Werkzeugeinheit eine Werkzeugverstelleinrichtung, durch welche ein Werkzeug oder ein oder mehrere Elemente eines Werkzeugs quer zu einer Werkzeugachse dem Werkstück zustellbar sind, und/oder umfasst eine Drehverteilungseinrichtung für Fluid. Über eine Werkzeugverstelleinrichtung lassen sich beispielsweise Honleisten über ein Verstellelement (wie eine Verstellstange) eines Werkzeugs dem Werkstück zustellen. über eine Drehverteilungseinrichtung lässt sich Fluid wie Kühlmittel, Schmiermittel oder auch Messluft einem Werkzeug zuführen.
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Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Werkzeugmagazin vorgesehen, welches beweglich und insbesondere schwenkbar und/oder verschieblich an dem Maschinenbett oder Maschinengestell angeordnet ist und eine Mehrzahl von Aufnahmeplätzen aufweist, wobei in einer ersten Position das mindestens eine Werkzeugmagazin so positioniert ist, dass ein Werkzeugaustausch an einer oder mehreren Werkzeugeinheiten durchführbar ist und in einer zweiten Position liegt das mindestens eine Werkzeugmagazin außerhalb eines Bearbeitungsbereichs für Werkstücke, wobei insbesondere eine Schwenkachse parallel zur zweiten Richtung orientiert ist oder eine Verschiebungsachse mindestens näherungsweise quer zur ersten Richtung ist. Über ein solches Werkzeugmagazin lässt sich auf einfache und schnelle Weise ein Werkzeugaustausch durchführen. Es ist dann möglich, einen Werkzeugaustausch innerhalb kurzer Zeit auch an mehreren Werkzeugeinheiten durchzuführen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Werkzeugeinheit eine Hon-Werkzeugeinheit. Es ist dadurch möglich, eine Honbearbeitung und insbesondere vertikale Honbearbeitung durchzuführen. Die Verschiebungsbeweglichkeit der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung in der zweiten Richtung kann für eine Oszillationsbewegung während des Honvorgangs genutzt werden.
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Günstigerweise ist die Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum ausgeführt. Dadurch ergeben sich umfangreiche Positionier- und Bearbeitungsmöglichkeiten.
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Insbesondere ist eine Werkzeugachse und insbesondere Rotationsachse einer Werkzeugträgereinrichtung quer und insbesondere senkrecht zum Maschinenbett orientiert. Dadurch lassen sich Schwerkrafteffekte kompensieren. Beispielsweise lässt sich dadurch auf einfache Weise eine vertikale Honbearbeitung durchführen.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine (ohne Verkleidung);
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2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine gemäß 1;
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3 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1;
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4 eine Vorderansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1;
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5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 gemäß 4;
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6 die Werkzeugmaschine gemäß 1 mit Werkzeugmagazinen, welche in einer nichtoperativen Stellung sind;
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7 die gleiche Ansicht wie 6, wobei die Werkzeugmagazine in einer Werkzeugaustauschstellung sind;
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8 die Werkzeugmaschine gemäß 1 mit einer weiteren Ausführungsform von Werkzeugmagazinen; und
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9 schematisch eine Schlittenanordnung der Werkzeugmaschine gemäß 1.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist ein Bearbeitungszentrum. Eine Ausführungsform eines Bearbeitungszentrums, welches in den 1 bis 5 in Teildarstellung schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Maschinenbett 12, an welchem ein Maschinengestell 14 angeordnet ist. Über das Maschinenbett 12 ist die Werkzeugmaschine 10 auf einem Untergrund aufgestellt.
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Das Maschinengestell 14 ist portalartig ausgebildet und ragt in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung g vertikalen Richtung über das Maschinenbett 12 hinaus.
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An dem Maschinenbett 12 sitzt eine Werkstückträgereinrichtung 16. Diese umfasst bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen ersten Werkstückträger 18a und einen zweiten Werkstückträger 18b. Die jeweiligen Werkstückträger 18a, 18b sind in einer Richtung Z (Richtung und Gegenrichtung) linear verschieblich. Die Z-Richtung ist insbesondere bezogen auf die Schwerkraftrichtung g eine horizontale Richtung. Die Werkstückträger 18a, 18b sind an dem Maschinenbett 12 über eine entsprechende Bahnführung 20 gehalten.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Werkstückträger 18a, 18b auch um eine B-Achse 22 drehbar ist. Die B-Achse 22 liegt insbesondere senkrecht zu der Z-Richtung und ist beispielsweise bezogen auf die Schwerkraftrichtung g eine vertikale Achse. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Schwenkbarkeit um eine oder mehrere Achsen vorgesehen sein. Eine Schwenkachse ist beispielsweise eine horizontale Achse senkrecht zu der Z-Richtung.
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Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Steuerungseinrichtung auf, welche mindestens teilweise in einem Schaltkasten angeordnet ist. Über die Steuerungseinrichtung lassen sich Abläufe der Werkstückbearbeitung steuern.
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Das Bearbeitungszentrum 10 hat eine Vorderseite 24 und eine Rückseite 26. Ein Arbeitsraum 27 weist zu der Vorderseite 24 hin. Er ist zu der Rückseite 26 hin durch das Maschinengestell 14 und den daran angeordneten Komponenten (siehe unten) begrenzt.
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An dem Maschinengestell 14 sind mehrere Schlitten 28 gehalten. Insbesondere ist an dem Maschinengestell 14 (vgl. insbesondere 9) ein erster Schlitten 28a, ein zweiter Schlitten 28b, ein dritter Schlitten 28c und ein vierter Schlitten 28d gehalten. Diese Schlitten 28 sind in einer ersten Richtung X nebeneinander angeordnet mit der Reihenfolge (beispielsweise von rechts nach links): Erster Schlitten 28a, zweiter Schlitten 28b, dritter Schlitten 28c, vierter Schlitten 28d. Die Schlitten 28 sind jeder in der ersten Richtung X (Richtung und Gegenrichtung) verschieblich, wobei eine Verschiebungsposition festlegbar ist. Die erste Richtung X ist dabei quer und insbesondere senkrecht zu der Z-Richtung. Die erste Richtung X ist insbesondere eine horizontale Richtung bezogen auf die Schwerkraftrichtung g.
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An dem Maschinengestell 14 ist eine Führungseinrichtung 30 angeordnet. Die Führungseinrichtung 30 umfasst insbesondere vertikal beabstandete Führungsleisten 32a, 32b. Die Führungsleisten 32a, 32b sind parallel zu der X-Richtung (erste Richtung) ausgerichtet und senkrecht dazu in einer zweiten Richtung (Y-Richtung) beabstandet. Über entsprechende Führungsschuhe 34a, 34b sind die Schlitten 28 an den Führungsleisten 32a, 32b gehalten, wobei eine Verschieblichkeit in der ersten Richtung ermöglicht ist.
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Insbesondere sitzen alle Schlitten 28a, 28b, 28c, 28d an den Führungsleisten 32a, 32b, das heißt die Führungseinrichtung 30 bildet eine gemeinsame Führungseinrichtung und damit eine gemeinsame Bahnführung für alle Schlitten 28.
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Die jeweiligen Schlitten 28 sind eigenständige Elemente, welche voneinander getrennt sind und grundsätzlich unabhängig voneinander verfahrbar sind (siehe aber unten). Jeder Schlitten 28 weist eine Basis 36 auf, an welcher die Führungsschuhe 34a, 34b fixiert sind. Diese Basis 36 weist eine Erstreckung in der ersten Richtung auf und eine Erstreckung in der zweiten Richtung Y senkrecht zur ersten Richtung X. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Breite in der X-Richtung kleiner als die Höhe in der Y-Richtung. Die Basis 36 hat beispielsweise mindestens näherungsweise einen rechteckförmigen Querschnitt.
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Der erste Schlitten 28a und der übernächstbenachbarte dritte Schlitten 28c bilden eine erste Schlittenkombination. Der zweite Schlitten 28b und der übernächstbenachbarte vierte Schlitten 28d bilden eine zweite Schlittenkombination. Der ersten Schlittenkombination mit den Schlitten 28a und 28c ist eine erste Antriebseinrichtung 38 zugeordnet. Die erste Antriebseinrichtung 38 treibt eine Verschiebungsbewegung des ersten Schlittens 28a und des dritten Schlittens 28c gekoppelt und synchron an. Der zweiten Schlittenkombination mit den Schlitten 28b und 28d ist eine zweite Antriebseinrichtung 40 zugeordnet. Diese treibt die Schlitten 28b und 28d in der Verschiebungsbewegung in der ersten Richtung X gekoppelt und synchron an. Grundsätzlich ist dabei die Bewegung in der ersten Richtung X der ersten Schlittenkombination 28a, 28c unabhängig von der Verschiebungsbewegung in der ersten Richtung X der zweiten Schlittenkombination 28b, 28d. Innerhalb der jeweiligen ersten Schlittenkombination und zweiten Schlittenkombination ist die Verschiebungsbewegung starr gekoppelt.
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Bei einer Ausführungsform sind die erste Antriebseinrichtung 38 und die zweite Antriebseinrichtung 40 jeweils durch Kugelgewindetriebeinrichtungen gebildet. Die erste Antriebseinrichtung 38 umfasst dann eine erste Gewindespindeleinrichtung 42 mit (mindestens) einer Gewindespindel, welche sich in der ersten Richtung erstreckt. Der erste Schlitten 28a und der dritte Schlitten 28c sind mit einer entsprechenden Spindelmutter 44 beziehungsweise 46 an die erste Gewindeeinrichtung 42 gekoppelt. Eine Drehung der Gewindespindel bewirkt dann eine synchrone Verschiebungsbewegung dieser Schlitten 28a und 28c.
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Entsprechend umfasst die zweite Antriebseinrichtung 40 eine zweite Gewindespindeleinrichtung 48. An eine entsprechende Gewindespindel der zweiten Gewindeeinrichtung 48 sind der zweite Schlitten 28b über eine Spindelmutter 50 und der vierte Schlitten 28d über eine Spindelmutter 52 gekoppelt.
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Bei dieser Anordnung ist der Abstand der Schlitten 28a und 28c in der ersten Schlittenkombination fest. Ferner ist der Abstand zwischen den Schlitten 28b und 28d in der zweiten Schlittenkombination fest. Der Abstand zwischen der ersten Schlittenkombination und der zweiten Schlittenkombination, das heißt der Abstand zwischen dem ersten Schlitten 28a und dem zweiten Schlitten 28b beziehungsweise der Abstand zwischen dem dritten Schlitten 28c und dem vierten Schlitten 28d ist grundsätzlich variabel. Die erste Antriebseinrichtung 38 und die zweite Antriebseinrichtung 40 sind grundsätzlich unabhängig voneinander ansteuerbar durch die Steuerungseinrichtung des Bearbeitungszentrums 10.
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Der Abstand zwischen den Schlitten 28a und 28c beziehungsweise 28b und 28d ist gewissermaßen ”hardwaremäßig” festgelegt. Der Abstand zwischen den Schlitten 28a und 28b beziehungsweise 28c und 28d ist gewissermaßen ”softwaremäßig” festgelegt und ohne Umbau der Werkzeugmaschine variierbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem ersten Schlitten 28a und dem dritten Schlitten 28c gleich wie der Abstand zwischen dem zweiten Schlitten 28b und dem vierten Schlitten 28d.
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Für die Beweglichkeit in der ersten Richtung weist das Bearbeitungszentrum 10 eine erste dynamische Bewegungsachse auf für die Verschiebungsbewegung der ersten Schlittenkombination 28a, 28c in der ersten Richtung X, und weist eine zweite dynamische Bewegungsachse auf für die Verschiebungsbewegung der zweiten Schlittenkombination 28b, 28d in der ersten Richtung X. Bei einer Werkstückbearbeitung können die erste Bewegungsachse und die zweite Bewegungsachse über die Steuerungseinrichtung miteinander gekoppelt sein und beispielsweise miteinander synchronisiert sein. Es ist aber grundsätzlich auch eine unabhängige Verschiebung in der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse möglich (solange Kollisionen vermieden werden).
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An dem jeweiligen Schlitten 28 ist jeweils eine Werkzeugeinheit 54 mit einer jeweiligen Werkzeugträgereinrichtung 56 gehalten. Der erste Schlitten 28a hält eine erste Werkzeugeinheit 54a mit einer ersten Werkzeugträgereinrichtung 56a; der zweite Schlitten 28b hält eine zweite Werkzeugeinheit 54b mit einer zweiten Werkzeugträgereinrichtung 56b; der dritte Schlitten 28c hält eine dritte Werkzeugeinheit 54c mit einer dritten Werkzeugträgereinrichtung 56c; der vierte Schlitten 28d hält eine vierte Werkzeugeinheit 54d mit einer vierten Werkzeugträgereinrichtung 56d.
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Eine Werkzeugeinheit 54 umfasst einen Halter 58, über welchen die Werkzeugeinheit 54 an dem entsprechenden Schlitten 28 fixiert ist. An dem Halter 58 sitzt ein Laschenelement 60 feststellbar verschieblich. Das Laschenelement 60 benachbarter Schlitten 28a, 28b beziehungsweise 28c, 28d ist schräg zur X-Richtung orientiert zu dem nächstbenachbarten Schlitten der anderen Schlittenkombination hin. Dadurch erreicht man eine eng benachbarte Anordnung von benachbarten Werkzeugträgereinrichtungen 56a, 56b beziehungsweise 56c, 56d.
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An dem Laschenelement 60 wiederum sitzt ein Halter 62 der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung 56. Dieser ist insbesondere an dem Gehäuse 63 eines Spindelmotors (siehe unten) fixiert.
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Die Werkzeugträgereinrichtung 56 ist an dem Halter 58 in der zweiten Richtung Y (Richtung und Gegenrichtung) verschieblich geführt. Die zweite Richtung Y ist dabei quer und insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung (X-Richtung). Ferner ist die zweite Richtung Y quer und insbesondere senkrecht zu der Z-Richtung (die Z-Richtung ist eine dritte Richtung). Die zweite Richtung Y ist insbesondere bezogen auf die Schwerkraftrichtung g eine vertikale Richtung. Zur Verschiebungsführung und -bewegung sitzt starr an dem Laschenelement 60 (Befestigungswinkel) ein Schlitten 65, welcher durch eine Führungsrichtung 67 an dem Halter 58 geführt ist.
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Dem Halter 58 ist eine Hubantriebseinrichtung 64 zugeordnet. Durch diese lässt sich eine Verstellbewegung in der zweiten Richtung Y bewirken, wobei insbesondere eine eingestellte Position festgestellt ist.
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Die Hubantriebseinrichtung 64 umfasst beispielsweise einen Kugelgewindetrieb oder einen hydraulischen Antrieb. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst sie einen Linearmotor. Ein Stator 69 sitzt an dem Halter 58. Eine Permanentmagneteinrichtung sitzt an dem Schlitten 65.
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Die Werkzeugträgereinrichtung 56 umfasst eine Werkzeugspindel 66, welche um eine Rotationsachse 68 rotierbar ist. Die Rotationsachse 68 ist insbesondere parallel zu der zweiten Richtung und vorzugsweise in einer vertikalen Richtung orientiert.
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Die Werkzeugträgereinrichtung 56 umfasst eine Werkzeugantriebseinrichtung 70 zum rotativen Antrieb eines Werkzeugs 72 um die Rotationsachse 68. Die Werkzeugantriebseinrichtung 70 ist insbesondere durch einen Spindelmotor mit Gehäuse 63 gebildet. Die Werkzeugantriebseinrichtung 70 wird bei einem Ausführungsbeispiel bei der Verschiebungsbewegung der Werkzeugträgereinrichtung 56 mitverschoben.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Spindelmotor der Werkzeugantriebseinrichtung 70 als Hohlwellenmotor ausgebildet. Es ist beispielsweise eine Werkzeugverstelleinrichtung 71 (mit Verstellmechanik und Verstellantrieb(en)) vorgesehen, um das Werkzeug oder Elemente des Werkzeugs 72 wie Honelemente quer zur Rotationsachse 68 zustellen zu können. Entsprechende Elemente der Verstelleinrichtung sitzen dabei vorzugsweise oberhalb des Spindelmotors und sind durch eine Hohlwelle durchgeführt.
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Die Werkzeugspindel 66 weist eine Schnittstelle 73 für ein Werkzeug oder eine Werkzeugeinrichtung 75 auf. Die Werkzeugeinrichtung 75 umfasst beispielsweise ein Werkzeug 72 und einen Werkzeugknüppel 72'.
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Über die Hubantriebseinrichtung 64 lässt sich ein rotierendes Werkzeug 72 in der zweiten Richtung Y verschieben. Dadurch lässt sich eine Werkstückbearbeitung wie eine Honbearbeitung oder Feinbohrbearbeitung durchführen. Bei der Honbearbeitung lässt sich beispielsweise über die Hubverschieblichkeit der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung 56 eine Oszillationsbewegung in der zweiten Richtung bewirken.
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Bei einer Feinbohrbearbeitung lässt sich beispielsweise über die Verschieblichkeit in der zweiten Richtung Y eine Eintauchbewegung eines entsprechenden Werkzeugs in ein Werkstück durchführen.
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Eine Werkzeugeinheit 54 weist vorzugsweise einen Drehverteiler für Fluid auf. Über den Drehverteiler lässt sich ein Fluid wie ein Kühlmittel, Schmiermittel, Messluft über die Schnittstelle 73 dem Werkzeug 72 zuführen. Insbesondere ist eine Einkopplung durch eine Spindel hindurch möglich, um beispielsweise eine Werkzeuginnenkühlung durchzuführen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel (6, 7) sind an dem Maschinenbett ein erstes Werkzeugmagazin 74a und ein zweites Werkzeugmagazin 74b angeordnet. Das erste Werkzeugmagazin 74a und das Werkzeugmagazin 74b sind grundsätzlich gleich ausgebildet. Die Werkzeugmagazine 74a und 74b sind an gegenüberliegenden Seiten des Maschinenbetts 12 angeordnet. Insbesondere liegen die Werkstückträger 18a und 18b zwischen den Werkzeugmagazinen 74a und 74b.
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Das jeweilige Werkzeugmagazin 74a beziehungsweise 74b umfasst eine Säule 76. Die Säule 76 ist schwenkbar an dem Maschinengestell 12 angeordnet. Eine Schwenkachse 78 ist dabei insbesondere eine vertikale Achse beziehungsweise ist insbesondere parallel zur zweiten Richtung Y. An der jeweiligen Säule 78 sitzt ein Halter 80 mit Aufnahmeplätzen 82 für Werkzeuge 72. Grundsätzlich können dabei Werkzeuge 72 ein Werkzeugkopf und ein Zusatzelement, über welche sie an die Werkzeugspindel 66 ankoppelbar sind, aufweisen.
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Der Halter 80 hat insbesondere eine Reihe von nebeneinander liegenden beabstandeten und getrennten Aufnahmeplätzen 82. Der Halter 80 mit den Aufnahmeplätzen 82 hat eine Rechenform. Brückenelemente zwischen benachbarten Aufnahmeplätzen bilden ”Zinken” des Rechens. Ein Aufnahmeplatz 82 ist zu einer Rückseite hin durch eine Wandung 84 begrenzt. Zu einer gegenüberliegenden Vorderseite hin ist er offen. Über die offene Seite kann ein Werkzeug 72 aus einem Aufnahmeplatz 82 entnommen werden beziehungsweise in diesen eingeschoben werden.
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Das entsprechende Werkzeugmagazin 74a, 74b weist eine erste Schwenkstellung auf (7), in welchem der entsprechende Halter 80 vor einer oder mehreren Werkzeugeinheiten 54 positioniert ist. Er ist dabei insbesondere mindestens näherungsweise parallel zur ersten Richtung ausgerichtet. Durch eine Verfahrbewegung über den entsprechenden Schlitten 28 in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung ist eine Platzierung der entsprechenden Werkzeugeinheit 54 an dem vorgesehenen Aufnahmeplatz 82 möglich, einen Werkzeugaustausch durchzuführen.
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Die Werkzeugmagazine 74a, 74b weisen ferner eine zweite Schwenkposition auf (6), in welcher das Werkzeugmagazin 78a, 78b aus dem Arbeitsraum herausverschwenkt ist. In dieser zweiten Schwenkposition ist der jeweilige Halter 80 seitlich zu dem Arbeitsraum 27 hin angeordnet und beispielsweise mindestens näherungsweise parallel zu einer Maschinenseite orientiert. Insbesondere ist er mindestens näherungsweise parallel zur Z-Richtung orientiert.
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Bei einer Variante eines Ausführungsbeispiels (8) sind ein erstes Werkzeugmagazin 124a und ein zweites Werkzeugmagazin 124b vorgesehen. Die Werkzeugmagazine 124a, 124b weisen entsprechende Halter 126 auf. Ein Halter 126 ist insbesondere in einer Richtung 128 (Verschiebungsrichtung) verschieblich. Die Richtung 128 ist insbesondere parallel zur Z-Richtung. Eine Verschiebungsbahn 130 der jeweiligen Halter 126 liegt dabei zwischen der Werkstückträgereinrichtung 16 und dem Maschinengestell 14.
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Bei einem Bearbeitungsvorgang sind die Werkzeugmagazine 124a, 124b in einer zweiten Position außerhalb des Arbeitsraums 27 an oder in der Nähe des Maschinengestells 14. Für einen Werkzeugwechselvorgang werden sie von dem Maschinengestell 14 weggeschoben und dabei so positioniert, dass beispielsweise durch eine Bewegung in der Y-Richtung der entsprechenden Werkzeugträgereinrichtung 56a usw. der entsprechenden Werkzeugeinheit 54a usw. ein Werkzeug aus dem Halter 126 entnehmbar ist bzw. in einen solchen bringbar ist. Die Ausrichtung in der X-Richtung erfolgt über Positionierung eines Schlittens 28.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Werkzeugmagazine 124a, 124b Aufnahmeplätze 132 auf, welche über geschlossene Ausnehmungen gebildet sind. Eine Entnahme eines Werkzeugs bzw. Einbringen eines Werkzeugs aus einem Aufnahmeplatz 132 bzw. in einen Aufnahmeplatz 132 ist nur in der vertikalen Richtung möglich.
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Es ist auch möglich, dass ein Werkzeugmagazin in eine erste Position (Werkzeugwechselposition) und eine zweite Position (Ruhestellung) und umgekehrt mit einer Kombination von Schwenkbewegung und Verschiebungsbewegung bringbar ist.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10 funktioniert wie folgt:
Über die gemeinsame erste Antriebseinrichtung 38 sind die Schlitten 28a und 28c der ersten Schlittenkombination miteinander gekoppelt. Über die zweite Antriebseinrichtung 40 sind der Schlitten 28b und der Schlitten 28d in der zweiten Schlittenkombination miteinander gekoppelt.
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Die Schlitten 28a, 28c und 28b, 28d der entsprechenden Schlittenkombination werden gemeinsam verfahren. Die Schlittenkombinationen sind grundsätzlich unabhängig voneinander verfahrbar beziehungsweise es ist möglich, einen entsprechenden Abstand zwischen Schlitten der ersten Schlittenkombination 28a, 28c und der zweiten Schlittenkombination 28b, 28d variabel zu gestalten. Gegebenenfalls kann dieser Abstand auch ”softwaremäßig” wie beispielsweise beim Betrieb der Werkzeugmaschine 10 verändert werden.
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Bei einer Werkstückbearbeitung wird insbesondere über eine Werkstückträgereinrichtung 16 das oder die Werkstücke in eine geeignete Position zu den jeweiligen Werkzeugeinheiten 54 gebracht. Über die Verschiebung der jeweiligen Schlittenkombinationen in der ersten Richtung X wird ferner für eine entsprechende Ausrichtung gesorgt. Bei dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang ist insbesondere die Werkstückträgereinrichtung 16 in der Z-Richtung festgestellt und die Schlittenkombinationen sind bezüglich ihrer Verschieblichkeit in der X-Richtung festgestellt. Über eine Hubbewegung in der zweiten Richtung der jeweiligen Werkzeugeinheiten 54 erfolgt die Werkstückbearbeitung wie Feinbohren oder Honen.
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Zusätzlich zu der oben erwähnten ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse der Schlittenkombinationen weist die Werkzeugmaschine 10 noch weitere grundsätzlich voneinander unabhängige Bewegungsachsen auf, nämlich die jeweilige Verschieblichkeit in der zweiten Richtung Y der jeweiligen Werkzeugträgereinrichtung 56. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies vier zusätzliche Bewegungsachsen.
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Bei der Werkzeugmaschine 10 lässt sich beispielsweise mit den Werkzeugen 54a, 54b ein Werkstück beispielsweise an zwei unterschiedlichen Stellen bearbeiten. Mit den Werkzeugeinheiten 54c, 54d lässt sich synchron ein zweites Werkstück bearbeiten. Grundsätzlich ist aber bezüglich unterschiedlichen Schlittenkombinationen und/oder bezüglich unterschiedlichen Werkzeugträgereinrichtungen 56 (in der Verschieblichkeit in der zweiten Richtung Y) auch ein synchrones Bearbeiten möglich.
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Die entsprechende Werkzeugmaschine 10 lässt sich bezüglich des Abstands zwischen der Vorderseite 24 und der Rückseite 26 kompakt ausbilden.
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Wenn als Werkzeugeinheit 54 beispielsweise eine Hon-Werkzeugeinheit verwendet wird, lässt sich eine vertikale Honbearbeitung durchführen. Insbesondere ist dann ein vorgesehenes Honwerkzeug fliegend gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bearbeitungszentrum
- 12
- Maschinenbett
- 14
- Maschinengestell
- 16
- Werkstückträgereinrichtung
- 18a
- Erster Werkstückträger
- 18b
- Zweiter Werkstückträger
- 20
- Bahnführung
- 22
- B-Achse
- 24
- Vorderseite
- 26
- Rückseite
- 27
- Arbeitsraum
- 28a
- Erster Schlitten
- 28b
- Zweiter Schlitten
- 28c
- Dritter Schlitten
- 28d
- Vierter Schlitten
- 30
- Führungseinrichtung
- 32a
- Führungsleisten
- 32b
- Führungsleisten
- 34a
- Führungsschuh
- 34b
- Führungsschuh
- 36
- Basis
- 38
- Erste Antriebseinrichtung
- 40
- Zweite Antriebseinrichtung
- 42
- Erste Gewindespindeleinrichtung
- 44
- Spindelmutter
- 46
- Spindelmutter
- 48
- Zweite Gewindespindeleinrichtung
- 50
- Spindelmutter
- 52
- Spindelmutter
- 54a
- Erste Werkzeugeinheit
- 54b
- Zweite Werkzeugeinheit
- 54c
- Dritte Werkzeugeinheit
- 54d
- Vierte Werkzeugeinheit
- 56a
- Erste Werkzeugträgereinrichtung
- 56b
- Zweite Werkzeugträgereinrichtung
- 56c
- Dritte Werkzeugträgereinrichtung
- 56d
- Vierte Werkzeugträgereinrichtung
- 58
- Halter
- 60
- Laschenelement
- 62
- Halter
- 63
- Gehäuse
- 64
- Hubantriebseinrichtung
- 65
- Schlitten
- 66
- Werkzeugspindel
- 67
- Führungseinrichtung
- 68
- Rotationsachse
- 69
- Stator
- 70
- Werkzeugantriebseinrichtung
- 71
- Werkzeugverstelleinrichtung
- 72
- Werkzeug
- 72'
- Werkzeugknüppel
- 73
- Schnittstelle
- 74a
- Erstes Werkzeugmagazin
- 74b
- Zweites Werkzeugmagazin
- 75
- Werkzeugeinrichtung
- 76
- Säule
- 77
- Drehverteiler
- 78
- Schwenkachse
- 80
- Halter
- 82
- Aufnahmeplätze
- 84
- Wandung
- 124a
- Erstes Werkzeugmagazin
- 124b
- Zweites Werkzeugmagazin
- 126
- Halter
- 128
- Richtung
- 130
- Verschiebungsbahn
- 132
- Aufnahmeplatz