WO1998057777A1

WO1998057777A1 - Hochflexible werkzeugmaschine

Info

Publication number: WO1998057777A1
Application number: PCT/DE1998/001629
Authority: WO
Inventors: Frank Baumbusch; Walter Bauer
Original assignee: Witzig and Frank GmbH; Witzig and Frank Turmatic GmbH
Current assignee: Witzig and Frank GmbH; Witzig and Frank Turmatic GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 1998-12-23
Anticipated expiration: 1999-12-17
Also published as: EP0989923B1; EP0989923A1; US6298531B1; DE59810350D1; ES2207850T3

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (1) weist weningstens eine, vorzugsweise aber zwei Bearbeitungseinheiten (13, 14) auf, die zwei Werkstückaufnahmen (8, 9) zugeordnet sind. Die Bearbeitungseinheiten (13, 14) sind in drei Achsen (X, Y, Z) verstellbar, wobei sie jeweils beide Werkstückaufnahmen (8, 9) erreichen können. Die Bearbeitungseinheiten (13, 14) sind so orientiert, dass ihre Arbeitsspindeln (11, 12) in einem vorzugsweise rechten Raumwinkel zueinander stehen. Sie können dadurch aneinander vorbeibewegt werden, ohne miteinander zu kollidieren. Ausserdem können sie zugleich an einem Werkstück arbeiten. Die Werkstückaufnahmen sind unabhängig voneinander um eine vorzugsweise, aber nicht zwingend gemeinsame Schwenkachse (S) positionierbar. Ausserdem sind die Werkstücke um eine zu der Schwenkachse rechtwinklige Achse (V) drehbar. Diese Anordnung ermöglicht eine flexible Bearbeitung der Werkstücks aus beliebigen Raumrichtungen heraus. Weil jede Bearbeitungseinheit (13, 14) prinzipiell jede Seite des Werkstücks jeder Werkstückaufnahme (8, 9) bearbeiten kann, können beide Bearbeitungseinheiten (13, 14) gleichmässig ausgelastet werden. Leerlauf- und Verlustzeiten werden daduch minimiert.

Description

Hochflexible Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesonde- re zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.

Zur Bearbeitung kompliziert geformter Werkstücke, die zu ihrer Herstellung eine größere Anzahl unterschiedlicher spanender Bearbeitungsvorgänge durchlaufen müssen, insbesondere zur Serienbearbeitung oder -herstellung solcher Werkstücke, werden häufig Werkzeugmaschinen verwendet, die an einem Werkstück hintereinander unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge aus unterschiedlichen Richtungen ausführen. Ein Beispiel für eine solche Maschine ist aus der DE 43 01 393 C2 ersichtlich. Die hier geoffenbarte Werkzeugmaschine ist als Rundtakt-Werkzeugmaschine ausgeführt und weist einen innerhalb eines käfigartigen Grundrahmens angeordneten kreuzförmigen Werkstückträger auf. An den Seitenflächen der Arme des kreuzförmigen Werkstückträgers sind Werkstückaufnahmeeinrichtungen angeordnet. Während der Werkstückträger um eine Vertikalachse dreh- und schaltbar ist, sind die einzelnen Werkstückaufnahmen jeweils um Horizontalachsen drehbar, die tangential zu einem gedachten Kreis angeordnet sind. Beim Weiterschalten des Werkstückträgers durchlaufen die Werkstücke nacheinander unterschiedliche Arbeitsstationen. Diese werden durch Bearbeitungseinheiten definiert, die an dem Grundgestell in mehreren Richtungen verstellbar gehalten sind. Jede Bearbeitungseinheit weist eine Arbeitsspindel auf, die mit einem Revolverkopf versehen ist. Der Revolverkopf ist als Kronenrevolver ausgebildet. Seine Spindeln sind gemeinsam von der Arbeitsspindel angetrieben. Durch Drehung des Revolverkopfs kann jeweils ein gewünschtes Werkzeug in eine gerade Verlängerungsposition der Arbeitsspindel überführt werden, womit es in Bearbeitungsposition ist. Dabei sind alle Spindeln des Revolverkopfs zugleich angetrieben und sie laufen auch während des Drehens oder Weiterschaltens des Revolverkopfs weiter.

Mit dieser Rundtakt-Werkzeugmaschine ist eine Fünf- Seiten-Bearbeitung der Werkstücke möglich, wobei eine hohe Effektivität erreicht wird. Jedoch können Schräg-flächen oder Schrägbohrungen, d.h. Bohrungen, die mit der Drehachse (Horizontalachse) des Werkstücks keinen rechten Winkel einschlie- ßen, bei der Bearbeitung ein gewisses Problem darstellen. Außerdem ist es in Spezialfällen, bei denen aufgrund der Werkstückgestaltung in einzelnen Arbeitsstationen unterschiedliche Bearbeitungszeiten erforderlich sind, möglich, dass die Bearbeitungseinheiten unterschiedlicher Arbeitsstationen unter- schiedlich lange arbeiten. Die Taktzeit wird von der längsten erforderlichen Bearbeitungszeit bestimmt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, hier abzuhelfen und eine Werkzeugmaschine zu schaffen, mit der auch bei Werkstücken, deren einzelne Seiten unterschiedlich lange bearbeitet werden müssen, ein möglichst unterbrechungsarmer Betrieb einzelner Arbeitsspindeln und somit eine hohe Auslastung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Werkzeugmaschine mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ermöglicht die Minimierung der Nebenzeiten der Maschine und eine gleichmäßige Auslastung der vorhandenen Arbeitsspindeln. In ihrer einfachsten Bauform weist die Maschine eine Bearbeitungseinheit auf, die zwei Werkstückaufnahmen bedient. Jede Werkstückaufnahme ist so ausgebildet, dass sie das Werkstück wenigstens in eine Bestückungs- oder Entnahmeposition sowie in wenigstens eine festgelegte, vorzugsweise aber in mehrere wahlweise festlegbare Arbeitspositionen schwenken kann. Die Schwenkachse verläuft dabei vorzugsweise quer durch das Werkstück und im Idealfall durch sein Zentrum. Vorzugsweise berührt oder schneidet die Schwenkachse die Werkstückaufspannfläche nicht, sondern verläuft im Abstand zu dieser etwa parallel.

Beide Werkstückaufnahmen sind in unmittelbarer Nachbar- schaft zueinander angeordnet, und die Bearbeitungseinheit kann mittels der Führungs- und VerStelleinrichtung so verfahren werden, dass sie entweder das eine oder das andere Werkstück bearbeitet. Nachdem die zum Werkstückwechsel erforderliche Zeit in der Regel wesentlich kürzer ist als die Bearbeitungs- zeit, gelingt es somit, die Arbeitsspindel praktisch ständig arbeiten zu lassen. Inaktive Zeiten, wie sie ansonsten auftreten könnten, wenn auf andere Arbeitsspindeln oder bei Werk- stückwechsel gewartet werden muß, können vermieden werden.

Während die Arbeitsspindel in Seitenrichtung entlang eines Weges verstellbar ist, der beide Werkstückaufnahmen überspannt, ist sie in einer zusätzlichen Richtung rechtwinklig zu der Seitenrichtung und zu ihrer Drehachse verstellbar. Außerdem ist sie in Richtung ihrer Drehachse verstellbar, um eine Zustellbewegung zu ermöglichen. Diese drei Achsen ermöglichen eine flexible Bearbeitung der Werkstücke.

Alle NC-Achsen (X-, Y-, und Z-Achse sowie Schwenkachse S und Verstellachse V) dienen der Positionierung bei der Werk- Stückbearbeitung. Damit erfolgt zugleich der Werkstücktransport aus der Beladeposition in die Arbeitsposition, so daß keine zusätzlichen Transportachsen/Bewegungen erforderlich sind. Bedarfsweise kann aber auch eine zusätzliche Transport- achse vorgesehen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind wenigstens zwei Bearbeitungseinheiten vorgesehen, deren Arbeitsspindein, bspw. in einem rechten Winkel zueinander stehen. Beide Bearbeitungseinheiten sind in Seitenrichtung soweit verstellbar, dass sie abwechselnd beide Werkstücke bearbeiten können. Dabei können die Bearbeitungseinheiten sowohl an einem Werkstück, als auch an unterschiedlichen Werkstücken arbeiten. In Verbindung mit der möglichen Verschwenkung der Werkstücke um die Schwenkachse wird dadurch ein Ausgleich der für unterschiedliche Seiten möglicherweise unterschiedlich langen Bearbeitungszeiten möglich. Ist bspw. die Bearbeitung der Stirnfläche des Werkstücks, die seiner Aufspannfläche gegen- überliegt, besonders arbeitsintensiv, können dazu beide Bearbeitungseinheiten herangezogen werden. Während die erste Bearbeitungseinheit das erste Werkstück an seiner Stirnseite bearbeiten kann, kann die zweite Bearbeitungseinheit, die anders orientiert ist, das entsprechend geschwenkte andere Werk- stück an seiner Stirnseite bearbeiten. Ist die Bearbeitung von Seitenflächen weniger arbeitsintensiv, kann diese bspw. von einer einzigen Bearbeitungseinheit übernommen werden, die dazu entsprechend seitlich zu dem einen oder dem anderen Werkstück verfahren wird.

Die Vorzüge der neuartigen Werkzeugmaschine treten insbesondere zu Tage, wenn die Arbeitsspindeln mit Revolverköpfen bspw. Kronenrevolvern versehen sind. Sind bei diesen Revolverköpfen die daran vorhandenen Spindeln, die jeweils für sich ein Werkzeug tragen, von der zentralen Arbeitsspindel her dauernd angetrieben und erfolgt das Weiterschalten des Kronenrevolvers bei laufenden Spindeln, werden extrem kurze Wechsel- zeiten erreicht, die geringer sind als eine Sekunde. Damit kann praktisch unterbrechungsfrei gearbeitet werden. Die hohe Flexibilität, die die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hinsichtlich der Aufteilung der einzelnen Arbeitsgänge auf einzelne Bearbeitungseinheiten und Werkzeuge bietet, ermöglicht es hier, dass die vorhandenen Arbeitsspindeln gleichmäßig ausgelastet werden und die Nebenzeiten der Maschinen sehr gering gehalten werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Werkstückaufnahmen nebeneinander einander benachbart angeordnet, wobei die Schwenkachse horizontal orientiert ist. Dies hat den Vorzug, dass die Werkstücke jeweils in gleicher Höhe zu wechseln sind und dass ein flacher Maschinenrahmen verwendet werden kann, der auf unproblematische Weise steif ausge- legt werden kann. Dies kommt der Bearbeitungsgenauigkeit zugute .

Die beiden Bearbeitungseinheiten sind in vorzugsweise unterschiedlichen Raumrichtungen orientiert. Bspw. ist die erste Arbeitsspindel horizontal und die zweite Arbeitsspindel vertikal angeordnet. Dies ermöglicht es, dass beide Bearbeitungseinheiten zugleich an einem Werkstück arbeiten. Die Werkzeugmaschine kann dadurch sehr flexibel programmiert werden und es ist möglich, auch Werkstücke ohne Stillstand oder Leerlauf einzelner Arbeitsspindeln zu bearbeiten, die an verschiedenen Seiten sehr unterschiedliche Bearbeitungszeiten erfordern. Außerdem können die Arbeisspindeln aneinander vorbei gefahren werden, ohne miteinander zu kollidieren (bspw. die erste vom ersten zum zweiten Werkstück und die zweite vom zweiten zum ersten Werkstück) .

Eine Höhenverstellung des Werkstücks bezüglich seiner Werkstückaufnahme, d.h. eine vorgesehene Verstellung des Ab- Standes des Zentrums des Werkstücks von der Werkstückaufnahme ermöglicht es, dass beim Schwenken unterschiedlich aufgespannter Werkstücke deren jeweiliges Zentrum auf der Schwenkachse bleibt. Dies vereinfacht nicht nur die Programmierung der Werkzeugmaschine, sondern vermindert darüberhinaus die erfor- derlichen Verfahrwege der Bearbeitungseinheit, was wiederum die Nebenzeiten vermindert .

Wenn die Werkstückaufnahme darüber hinaus eine Drehpositioniereinrichtung aufweist, mittels derer das Werkstück um eine Verstellachse rechtwinklig zu der Schwenkachse gedreht werden kann, ist mit der Werkzeugmaschine schon mit einer einzelnen Bearbeitungseinheit eine echte 5-Seiten-Bearbeitung möglich. Ist bspw. eine einzelne liegende Arbeitsspindel vorhanden, kann mit dem Werkzeug die Stirnfläche des Werkstücks bearbeitet werden, wenn es in horizontaler Schwenkposition ist, in der die Verstellachse horizontal orientiert ist, und es können die Seitenflächen bearbeitet werden, wenn das Werkstück so geschwenkt ist, dass die Verstellachse vertikal orientiert ist. Um so mehr kommt dieser Vorteil zum Tragen, wenn wenigstens zwei Bearbeitungseinheiten vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist besonders fle- xibel, wenn die Positioniereinheiten zum Verschwenken der Träger der Werkstückaufnahmen praktisch beliebig positionierbar sind. Bei einer solchen Werkzeugmaschine ist das Einbringen von Schrägbohrungen, das Bearbeiten von Schrägflächen und dgl . problemlos möglich, ohne dass dazu Winkelbohrköpfe oder ähn- liehe teure Spezialeinrichtungen erforderlich wären. Insbesondere können die Winkel der Schrägbohrungen oder Schrägflächen zu der Verstellachse der Werkstücke auf einfache Weise durch Programmieren der Werkzeugmaschine eingestellt werden. Zusätzliche Anbauten oder dgl. (Hardware) sind nicht erforderlich. Die Bearbeitungseinheiten führen bei jedem Bearbeitungsvorgang lediglich eine einfache Zustellbewegung parallel zu der Drehachse der Arbeitsspindel aus. Dies minimiert den Steueraufwand im Vergleich zu der Führung von Winkelbohrköpfen die eine gleichzeitige Verstellung zweier Achsen erfordern, um eine Vorschubbewegung zu erzielen. Dabei kann praktisch jede Bearbeitungsrichtung gewählt werden, was über die herkömmliche 5- Seiten-Bearbeitung hinausgeht.

Bedarfsweise kann die Werkzeugmaschine als Zwil- lingsmaschine mit zwei Werkstückaufnahmen und durchgehendem Maschinengestell aufgebaut werden. Es ist auch möglich, das Maschinengestell so werkstückaufnahmenweise aufzuteilen, so daß Einzeleinheiten mit jeweils einer Werkstückaufnahme erhalten werden. Diese sind dann kaskadierbar, so daß durch Verbin- den zweier Einheiten miteinander eine Zwillingsmaschine und durch Verbindung dreier Einheiten miteinander eine Drillings- maschine erhalten wird.

Der konstruktive Aufwand ist, wenn eine Werkzeugmaschine gemäß Patentanspruch 1 mit doppelten Aufspannplätzen und doppelten Spindeln versehen wird, deutlich geringer als der Aufbau der doppelten Anzahl von entsprechend kleineren Werkzeug- maschinen mit jeweils einzelnen Aufspannplätzen. Auch dies ergibt eine Kosteneinsparung.

Schliesslich ist eine Umrüstung vorhandener Werk- zeugmaschinen möglich, indem auf vorhandene Aufspannplätze oder Träger doppelte oder mehrfache Werkstückaufspannplätze ggfs ohne Planetentische montiert werden. Gleiches gilt für die Spindeln, die mit entsprechenden Zusatzeinrichtungen gedoppelt werden können. Damit können in der Grundform auch zur Bearbeitung größerer komplizierter Werkstücke geeignete Werkzeugmaschinen auf die Zwillings- oder Mehrfachbearbeitung von kleineren Werkstücken umgerüstet werden, wodurch der Teilaus- stoss mit geringem Aufwand und ohne Qualitätseinbußen verdoppelt oder vervielfacht werden kann.

Die einzelnen Werkstückaufspannplätze können bedarfsweise mit separaten Drehpositioniereinrichtungen verbunden sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Drehpositioniereinrichtungen jedoch einen gemeinsamen Antrieb auf, womit beide Aufspannplätze automatisch synchron bewegt werden. Die Verstellachsen der einzelnen Werkstückaufnahmeeinrichtungen sind dabei wie bei einer Werkzeugmaschine mit Einzelaufspannplätzen vorzugsweise rechtwinklig zu der Schwenkachse des Trägers festgelegt .

Die Bearbeitungseinheiten weisen vorzugsweise nicht lediglich ein einziges Spindelpaar, sondern einen mit mehreren Spindelpaaren bestückten Revolverkopf auf . Durch Drehung des Revolverkopfs wechseln die Spindeln paarweise ihre Position, die Bearbeitung der beiden an benachbarten Aufspannplätzen gehaltenen Werkstücke erfolgt deshalb vollständig synchron und gleichberechtigt. Der jeweils Zwillingsspindeln oder vier Spindeln je Revolverstation aufweisende Revolverkopf ist vorzugsweise ein Kronenrevolver. Die Spindeln können in einem an einem herkömmlichen Kronenrevolver aufzusetzenden Aufsatz gelagert sein, was die Umrüstung von Werkzeugmaschinen von Einfachspindel je Station auf Doppelspindel oder vier Spindeln erleichtert . Die Werkzeugmaschine weist in ihrer bevorzugten Aus- führungsform zwei Träger und zwei Bearbeitungseinheiten auf, deren Hauptachsen oder Arbeitsspindeln im rechten Winkel zueinander stehen. Hier gelten die bei einer Werkzeugmaschine mit einfachen (nicht doppelten) Spindeln und Werkstückaufnahmen vorhandenen Vorteile entsprechend.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten ergeben sich aus Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnun- gen. In der Zeichnung ist zur Veranschaulichung ein einzelnes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in einer perspektivischen vereinfachten Darstellung, in der die äußere Maschinenabdeckung zum Zwecke der Veranschaulichung durchsichtig dargestellt ist;

Fig. 2 die Werkzeugmaschine nach Figur 1, in einem anderen Maßstab, Fig. 2a die Werkzeugmaschine nach Figur 2, in einem anderen Betriebszustand,

Fig. 3 die Werkzeugmaschine nach den Figuren 1 und 2, in einer gleichen Arbeitsposition in perspektivischer Darstel- lung, aus einer anderen Raumrichtung gesehen,

Fig. 4 die Werkzeugmaschine nach den Figuren 1 bis 3, mit in abweichenden Arbeitspositionen befindlichen Bearbeitungseinheiten, dargestellt mit einer Blickrichtung, die mit den Figuren 1 und 2 übereinstimmt,

Fig. 4a die Werkzeugmaschine nach Figur 4, in einem anderen Betriebszustand, der sich durch die Schwenkstellungen der Werkstückaufnahmen von dem Betriebszustand nach Fig. 4 unter- scheidet,

Fig. 4b die Werkzeugmaschine nach Figur 4, in einem weiteren Betriebszustand, Fig. 5 die Werkzeugmaschine nach den Figuren 1 bis 4, mit in unterschiedliche Bearbeitungspositionen geschwenkten Werkstücken,

Fig. 6 die Werkzeugmaschine nach den Figuren 1 bis 5, in der in Figur 5 veranschaulichten Arbeitsposition aus einer anderen Blickrichtung,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform der Werkzeugmaschine in einer perspektivischen Gesamtansicht, in der die Werkzeugmaschine zur Veranschaulichung schematisiert und teilweise durchsichtig dargestellt ist, mit einem Werkzeugträger in Ladeposition,

Fig. 8 die Werkzeugmaschine nach Figur 7, in einer perspektivischen schematisierten Ansicht, und mit beiden Werkstückträgern in Arbeitsposition, und

Fig. 9 die Werkzeugmaschine nach Figur 7, in der Arbeits- position nach Figur 1, in einer anderen Perspektivansicht .

In Figur 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 veranschaulicht, die einen von einem Gehäuse 2 umschlossenen Arbeitsraum 3 aufweist. Dieser ist von der Umgebung getrennt, und erforderliche Bedienelemente 4 sind außerhalb des Arbeitsraumes 3 angeordnet. An seiner Vorderseite ist das Gehäuse 2 mittels zweier Schwenk- oder Schiebetüren 5,6 bedarfsweise zu öffnen, um in den Arbeitsraum 3 zu gelangen. In diesem sind zwei Werkstückaufnahmen 8, 9 sowie Arbeitsspindeln 11, 12 angeordnet. Die Arbeitsspindeln 11, 12 gehören zu Bearbeitungseinheiten 13, 14, die entsprechende Antriebseinrichtungen für die Arbeitsspindeln 11, 12 umfassen.

Aus der etwas größeren Darstellung in Figur 2 geht her- vor, wie die Werkstückaufnahmen 8, 9 und die Arbeitsspindeln 11, 12 angeordnet und ausgebildet sind. Die Werkstückaufnahme 8 weist einen u-förmigen Träger 16 auf, an dessen Steg 17 zwischen zwei sich von dem Steg 17 wegerstreckenden Schenkeln 18, 19 eine Werkstückaufnahmeeinrichtung 21 angeordnet ist. Diese ist mit Spannmitteln zum lösbaren Halten eines Werkstücks 22 versehen. Darüberhinaus ist die Werkstückaufnahmeeinrichtung 21 so ausgebildet, dass sie das Werkstück 22 um eine Verstell- achse V drehen kann, die sich parallel zu den Schenkeln 18, 19 erstreckt und rechtwinklig zu dem Steg 17 steht. Dazu dient eine zwischen dem Steg 17 und der Spanneinrichtung angeordnete Versteileinrichtung 23. Die Drehung um die Verstellachse V ist in Figur 2 auf der rechten Seite im Zusammenhang mit der Werk- Stückaufnahme 9 durch einen Pfeil P_v veranschaulicht.

Der gesamte Träger 16 ist um eine Schwenkachse S schwenkbar. Dazu sind die Schenkel 18, 19 des Trägers 16 an ihren von dem Steg 17 abliegenden Enden an einem Maschinengestell 24 gelagert, das zu diesem Zweck sich vertikal nach oben erstrek- kende Säulen 26, 27 aufweist. In der Säule 26 ist eine Positioniereinheit 28 angeordnet, die eine Verschwenkung des Trägers 16 um wenigstens 90 vorzugsweise 180 oder mehr Grad gestattet. Außerdem ist die Positioniereinrichtung so ausgebil- det, dass sie sowohl die in Figur 2 veranschaulichte Position festlegen kann, in der die Verstellachse V horizontal ausgerichtet ist, als auch andere festlegbare Positionen. Diese sind vorzugsweise fein abgestuft oder beliebig festlegbar. Die Positioniereinheit ist dazu mit einer NC-Achse versehen. Al- ternativ kommt auch eine Positioniereinheit in Frage, die mit einer Hirthverzahnung gekoppelt ist, die diskrete, eng beieinanderliegende vorgegebene Positionen definiert.

Die Werkstückaufnahme 9 ist bezüglich einer zwischen der Werkstückaufnahme 8 und der Werkstückaufnahme 9 gedachten vertikalen Mittelebene spiegelsymmetrisch zu der Werkstückaufnahme 8 ausgebildet, und stimmt ansonsten mit dieser überein. Ohne erneute Bezugnahme und Erläuterung werden deshalb die im Zusammenhang mit der Werkstückaufnahme 8 vergebenen Bezugszei- chen bei der Werkstückaufnahme 9 verwendet, wobei sie zur Kenntlichmachung und Unterscheidung jeweils mit einem Apostroph versehen sind. Entsprechendes gilt für die Säule 26 und die Positioniereinheit 28. Zwischen den Werkstückaufnahmen 8, 9 ist eine feste oder bewegliche Trennwand 10 angeordnet, die insbesondere den Übertritt von Kühlmittel und Spänen zwischen den Werkstückaufnahmen 8 , 9 unterbindet .

Weder der Werkstückaufnahme 8 noch der Werkstückaufnahme 9 ist eine der Bearbeitungseinheiten 13, 14 fest zugeordnet. Vielmehr sind diese für beide Werkstückaufnahmen 8, 9 gleichermaßen vorgesehen. Eine Führungs- und Versteileinrichtung 30 ermöglicht dazu die gezielte Verstellung der Arbeitsspindel 11 in drei zueinander Bauweise rechtwinkligen Raumrichtungen

X, Y, Z, wobei eine der Raumrichtungen mit der Drehachse übereinstimmt. Die Bearbeitungseinheit 13 ist dazu über eine Linearführung 31 geführt, deren Führungsschienen 32, 33 in Figur 2 schematisch angedeutet sind. Die Linearführung 32 gehört zu einer NC-Achse, die in Seitenrichtung X wirkt. Diese Richtung ist in Figur 2 durch einen Pfeil X veranschaulicht und parallel zu der Schwenkachse S orientiert . Die Arbeitsspindel 11 der Bearbeitungseinheit 13 ist zusätzlich in einer dazu rechtwinkligen Richtung Y verstellbar, wozu ebenfalls eine entspre- chende Linearführung und eine NC-Achse dienen. Während jedoch der Verstellweg der Linearführung 31 in X-Richtung so groß ist, dass die Arbeitsspindel sowohl an das Werkstück 22 als auch an das Werkstück 22' herangeführt werden kann, ist der Verstellweg in Y-Richtung wesentlich kleiner. Hier genügt ein Verstellweg, der den Abmessungen des Werkstücks 22 entspricht.

Die Bearbeitungseinheit 13 weist zusätzlich eine weitere NC-Achse auf, mittels derer die Arbeitsspindel 11 in Z-Rich- tung verstellt werden kann. Die Z-Richtung ist rechtwinklig zu der X-Richtung und zu der Y-Richtung orientiert und somit rechtwinklig zu der Schwenkachse S. Die Z-Richtung bildet für die Arbeitsspindel 11 die Zustellrichtung.

An ihrem dem Werkstück 22 zugewandten Ende ist die Ar- beitsspindel 11 mit einem als Kronenrevolver ausgebildeten

Revolverkopf 40 versehen. Dieser weist mehrere Spindeln 41 bis 46 auf, deren Drehachsen auf einem gedachten Kegelmantel angeordnet sind. Der Revolverkopf 40 ist über eine nicht weiter dargestellte Einrichtung programmgesteuert um eine schräg orientierte Schaltachse in mehrere Arbeitspositionen drehbar, wobei in jeder Arbeitsposition eine der Spindeln 41 bis 46 mit der Arbeitsspindel 11 fluchtet. Alle Spindeln 41 bis 46 sind von der Arbeitsspindel 11 her angetrieben, und laufen unabhängig von der jeweiligen Schwenkposition mit. Jede Spindel 41 bis 46 ist mit einem Futter zur Aufnahme eines Werkzeugs zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks 22 versehen. Das jeweils in Arbeitsposition befindliche Werkzeug dreht dabei jeweils um eine vertikale Drehachse, die mit der Arbeitsspindelachse übereinstimmt. Die anderen Werkzeuge gehen an dem Werkstück 22 vorbei und laufen somit leer.

Wie insbesondere aus Figur 3 hervorgeht, ist die Arbeits- spindel 12 ebenfalls mittels dreier NC-Achsen in den Richtungen X, Y und Z verstellbar, während hier jedoch die Y-Richtung die Zustellrichtung bildet. Die Arbeitsspindel 12 ist horizontal in Y-Richtung orientiert . Linearführungen und Achsen der Bearbeitungseinheit 14 stimmen prinzipiell mit Führungen und Achsen der Bearbeitungseinheit 13 überein und sind somit mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch im übrigen sind die Bearbeitungseinheiten 13, 14 baugleich, und insbesondere ist die Arbeitsspindel 12 an ihrer im Werkstück 22 zugewandten Seite mit einem Revoiverkopf 40' versehen, der mit dem Revolverkopf 40 der Bearbeitungseinheit 13 übereinstimmt, so dass dessen

Beschreibung entsprechend gilt . Soweit die Elemente der Bearbeitungseinheit 14 mit denen der Bearbeitungseinheit 13 übereinstimmen, sind gleiche, zur Unterscheidung jeweils mit einem Apostroph versehene Bezugszeichen verwendet. Dabei ermöglicht jede Versteileinrichtung 30, 30' somit eine Verstellung der jeweiligen Arbeitsspindel 11, 12 in Seitenrichtung X in einer zusätzlichen Verstellrichtung Y bzw Z und in einer Zustellrichtung Z bzw. Y.

Die Arbeitsweise der insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine 1 ist wie folgt : Als Beispiel wird angenommen, dass die Werkstückaufnahmen 8 , 9 der Werkzeugmaschine 1 zunächst in der Figur 1 veranschaulichten Schwenkposition befindlich sind. Die Werkstückaufnahme 9 ist dabei so geschwenkt, dass der Steg 17' an der von der Tür 6 weg weisenden Seite der Schwenkachse S befindlich ist. Das Werkstück 22' ist von der Tür 6 her zugänglich. Es kann nun bspw. ein Werkstückwechsel erfolgen, indem das zuvor fertig bearbeitete Werkstück 22' entnommen und ein neuer Rohling in die Werkstückaufnahmeeinrichtung 21' eingesetzt wird.

Während die Werkstückaufnahme 9 in eine zum Werkstückwechsel geeignete Position geschwenkt ist, befindet sich die Werkstückaufnahme 8 in einer Arbeitsposition. Im speziel- len sind beide U-förmigen Träger 16, 16' mit ihren Schenkeln 18, 19, 18', 19' waagerecht orientiert, wobei der Steg 17 der Werkstückaufnahme 8 zu der Tür 5 hinweist . Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, stehen beide Bearbeitungseinheiten 13, 14 bei der das Werkstück 22 haltenden Werkstück- aufnähme 8. Weil die Arbeitsspindeln 11, 12 der Bearbeitungseinheit 13, 14 miteinander einen rechten Winkel einschliessen, können beide gleichzeitig aktiv sein. Bspw. wird mit dem Werkzeug der Spindel 42 eine Seitenfläche des lediglich beispielhaft als Würfel dargestellten Werkstücks 22 bearbeitet, wäh- rend das Werkzeug der Spindel 41' seine Stirnseite bearbeitet. Das dabei jeweils gewünschte oder erforderliche Werkzeug wird durch Drehung des jeweiligen Revolverkopfs 40, 40' in Bearbeitungsposition gebracht. Die jeweilige Drehbewegung ist in Figur 3 durch Pfeile D angedeutet. Die Drehung der Revolverköpfe 40, 40' erfolgt ohne Stillstand der jeweiligen Arbeitsspindel 11, 12 die alle Spindeln des Revolverkopfs 40, 40' synchron antreibt .

Durch Drehung des Werkstücks 22, um seine Verstellachse V durch entsprechende Ansteuerung der Versteileinrichtung 23 kann eine andere Seitenfläche nach oben gebracht und somit von der Bearbeitungseinheit 13 bearbeitet werden. Aufeinander folgend können so alle vier Seiten des Werkstücks 22 bearbeitet werden. Bedarfsweise können auch Zwischenpositionen eingestellt werden.

Die Werkzeugmaschine 1 gestattet eine gleichmäßige Aus- lastung der Bearbeitungseinheiten 13, 14. Erfordert das Werkstück 22 bspw. von jeder seiner fünf Seiten her eine ungefähr gleich lange Bearbeitungszeit und entspricht die Bearbeitungs- zeit einer Seite etwa der für den Werkstückwechsel erforderlichen Zeit, wird die Werkstückaufnahme 9 aus der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Werkstückwechselposition in eine Vertikalposition (Fig. 4b) geschwenkt, in der sich die Schenkel 18', 19' und somit die Verstellachse V des Werkstücks 22' in Vertikalrichtung erstrecken. Die Bearbeitungseinheit 14 wird nun in X-Richtung zu der Werkstückaufnahme 9 verfahren und kann eine erste Seitenfläche des Werkstücks 22' bearbeiten.

Ist dies erfolgt und das Werkstück 22 zwischenzeitlich fertig bearbeitet, kann die Werkstückaufnahme 9 in eine Horizontalposition geschwenkt werden, wie sie in Figur 2a veran- schaulicht ist. (Wärenddessen kann die Werkstückaufnahme 8 auch vertikal geschwenkt werden, Fig. 4a.) In der Horizontalposition der Werkstückaufnahme 9 ist der Steg 17' auf der bei der Tür 6 liegenden Seite der Schwenkachse S gehalten. Während die Bearbeitungseinheit 14 nun die Stirnfläche des Werkstücks 22' bearbeiten kann, wird die Bearbeitungseinheit 13 zu dem

Werkstück 22' herübergefahren und kann nacheinander die restlichen drei Seitenflächen bearbeiten. Somit entfallen auf die Bearbeitungseinheit 13 drei zu bearbeitende Flächen, während die Bearbeitungseinheit 14 zwei Flächen zu bearbeiten hat.

Dies gilt entsprechend für die Bearbeitung des Werkstücks 22 in der Werkstückaufnahme 8. Auch hier kann die Bearbeitung der Stirnfläche und der vier Seitenflächen so unter den Bearbeitungseinheiten 13, 14 aufgeteilt werden, dass beide Bear- beitungseinheiten 13, 14 praktisch dauernd aktiv sind. Nebenoder Verlustzeiten, in denen eine Arbeitsspindel 11 oder 12 im Leerlauf dreht, während sie letztlich darauf wartet, dass die jeweils andere Arbeitsspindel ihren Bearbeitungsvorgang been- w U> to to in o in o in

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Z stimmt vorzugsweise mit der Drehachse der Arbeitsspindel 111 überein.

Dazu ist die Bearbeitungseinheit 113 über eine zu der Versteileinrichtung 130 gehörende Linearführung 131 mit Führungsschienen 132, 133 geführt. Die Linearführung 131 wird durch eine NC-Achse in X-Richtung betätigt. Eine entsprechende Linearführung 134 und NC-Achse dienen der Verstellung der Bearbeitungseinheit 113 in Y-Richtung. Der Verstellweg in X- Richtung überstreicht beide Werkstückaufnahmen 108, 109, während der Verstellweg in Y- oder Z-Richtung deutlich geringer ist.

Die Z-Richtung wird ebenfalls über eine NC-Achse 135 be- tätigt und dient als Zustellrichtung.

Die Arbeitsspindel 111 ist an ihrer dem Werkstück 122a, 122b zugewandten Seite als Kronenrevolver ausgebildet, der einen Revolverkopf 140 aufweist. Der Revolverkopf 140 weist insgesamt zehn Spindelpaare 141 bis 150a auf, zu denen jeweils zwei Spindeln 141a, 141b bis 150a, 150b gehören. Alle Spindeln 141a bis 150b sind von der Arbeitsspindel 111 her angetrieben. Entsprechendes gilt für die Spindeln 141a' bis 150b' , die von der Arbeitsspindel 112 her angetrieben sind. Die Abstände zwi- sehen zwei zu einem Spindelpaar 141 bis 150 gehörigen Arbeitsspindeln 141a, 141b bis 150a, 150b stimmen alle mit dem Abstand zwischen den Verstellachsen Va, Vb der Werkstückaufnahme 108 bzw. 109 überein. Gegebenenfalls können an der Werkstückaufnahme 108, 109 Justiermittel vorgesehen sein, um dies fein einzustellen. Die Spindeln 141a, 141b bis 145a, 145b sind parallel zu einer gedachten Mittellinie angeordnet, die die Hauptrichtung des Spindelpaars 141 bis 145 definiert und in Arbeitsstellung der betreffenden Spindeln 141a, 141b bis 150a, 150b jeweils parallel zu den Verstellachsen Va, Vb gerichtet ist. Die Mittellinien liegen auf einem gedachten Kegel relativ großen Öffnungswinkels. Die übrigen Spindelpaare 146 bis 50 weisen Mittellinien auf, die auf dem Mantel eines Kegels mit weniger großer Öffnung angeordnet sind. Somit sind in Umfangs- richtung des Revolverkopfs 140 die Spindelpaare 140 bis 150 jeweils abwechselnd auf dem inneren oder dem äußeren Kegel angeordnet. Dieses Konstruktionsprinzip kann auch bei Revolverköpfen Anwendung finden, die anstelle der Spindelpaare Einfachspindeln oder vier Spindeln aufweisen.

An den Spindeln 141a bis 150b sind Werkzeuge angeordnet, wobei jeweils an zwei zu einem Spindelpaar 141 bis 150 gehörigen Spindeln gleiche Werkzeuge angeordnet sind.

Die Revolverköpfe 140, 140' sind untereinander baugleich, so dass die Beschreibung entsprechend gilt. Lediglich zur Unterscheidung sind die Bezugszeichen des Revolverkopfs 140' mit einem Apostroph versehen.

Die Arbeitsweise der insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine 100 ist wie folgt:

Es wird angenommen, dass die Bearbeitungseinheiten 113, 114 und die Werkstückaufnahmen 108, 109 der Werkzeugmaschine 100 zunächst die in Figur 1 dargestellte Position einnehmen. Beide Bearbeitungseinheiten 113, 114 befassen sich mit den in der Werkstückaufnahme 108 angeordneten Werkstücken. Die Werkstückaufnahme 109 ist zugänglich. Die Tür 106 kann geöffnet werden und es können die Werkstücke 122a' , 122b' gewechselt werden. Dazu steht der Träger 116' der Werkstückaufnahme 109 in Horizontalposition, d.h., seine Schenkel 118', 119' sind horizontal. Zum Werkstückwechsel kann der Werkstückträger 116' auch vertikal stehen.

Der Werkstückträger 116 befindet sich in einer zur Bearbeitung seiner Werkstücke 122a, 122b geeigneten Schwenkposition. Dies kann beispielsweise die in Figur 1 veranschaulichte Horizontalposition sein. Beide Bearbeitungsein- heiten 113, 114 können aktiv sein. Sobald der Werkstückwechsel an der Werkstückaufnahme 109 beendet ist, kann, wie aus Figur 2 hervorgeht, eine der Bearbeitungseinheiten, im vorliegenden Fall die Bearbeitungseinheit 114, zu der Werkstückaufnahme 109 verfahren werden. Es kann nun die Bearbeitung der Werkstücke 122a' , 122b' unter dem entsprechendem Winkel mit den gewünschten Werkzeugen vorgenommen werden. Bedarfsweise kann auch die Bearbeitungseinheit 113 zu der Werkstückaufnahme 109 verfahren werden, so dass nur diese oder auch beide Bearbeitungseinheiten 113, 114 an der Werkstückaufnahme 109 arbeiten. In diesem Fall ist die Werkstückaufnahme 108 für den Werkzeugstückwechsel frei. Durch Drehung der Werkstücke um die Verstellachse Va, Vb, sowie durch Verschwenkung um die Schwenkachse S, kön- nen die Werkstücke 122a, 122b; 122a' , 122b' in die erforderlichen Bearbeitungspositionen gebracht werden, wobei eine echte 5 -Seiten-Bearbeitung mit jeder Bearbeitungsstation möglich ist. Die Bearbeitung der Werkstücke 122a, 122b; 122a', 122b' erfolgt durch die Spindeln der Spindelpaare 141 bis 150 syn- chron, so dass in der Taktzeit für ein Werkstück jeweils zwei Werkstücke fertig werden.

Der Wechsel des jeweils aktiven Werkzeugs erfolgt durch Drehung des Revolverkopfs 140, 140' wobei das jeweils ge- wünschte Spindelpaar in Aktivposition gebracht wird, in der die Drehachsen mit der YX- bzw. Y-Achse, d.h. den Achsen der Arbeitsspindeln 111, 112 fluchten. Die Drehung des Revolverkopfs erfolgt bei laufender Arbeitsspindel 111, 112, d.h., bei laufenden Spindeln 141a bis 150b.

Claims

Patentansprüche :

1. Werkzeugmaschine (1), insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (22, 22'),

mit wenigstens zwei Vorrichtungen (8, 9) zur Werkstückaufnahme, die jeweils wenigstens einen um eine Schwenkachse (S) schwenkbar gelagerten Träger (16, 16', 116, 116') aufweisen, der mit einer Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') versehen ist,

wobei jedem Träger (16, 16', 116, 116') eine Positionier- einheit (23, 23') zugeordnet ist, mittels der der Träger (16, 16') um die Schwenkachse (S) in unterschiedliche Positionen verschwenkbar und in der jeweiligen Position fixierbar ist,

mit wenigstens einer ersten Bearbeitungseinheit (13), die wenigstens eine um eine Drehachse drehend antreibbare erste Arbeitsspindel (11) aufweist, die mit wenigstens einer Werkzeugaufnahme (41) versehen ist,

mit einer ersten Führungs- und Versteileinrichtung (30) , mittels der die Arbeitsspindel (11) wenigsten in einer zu der Drehachse übereinstimmenden Zustellrichtung (Z) und in einer parallel zu der Schwenkachse (S) orientierten Seitenrichtung (X) verstellbar ist,

wobei der Verstellweg der Führungs- und Versteileinrichtung (30) in Seitenrichtung (X) parallel zu der Schwenkachse (S) so lang bemessen ist, dass ein von der Werkzeugaufnahme (41) gehaltenes Werkzeug wahlweise mit den Werkstücken (22, 22') der beiden Werkstückaufnahmen (8, 9) in Eingriff bringbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Träger (116, 116') zwei Werkstückaufnahmeeinrichtungen (121a, 121b) aufweist und

dass wenigstens die erste Bearbeitungseinheit (113) we- nigstens ein Spindelpaar (141) aufweist, zu dem die Spindel (141a) und wenigstens eine weitere Spindel (141b) gehören.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg (X) der ersten Führungs- und Ver- Stelleinrichtung (30) rechtwinklig zu der Zustellrichtung (Z) orientiert ist und dass die erste Arbeitsspindel (11) mittels der ersten Führungs- und Versteileinrichtung (30) in einer zusätzlichen Verstellrichtung (Y) verstellbar ist, die vorzugsweise sowohl zu der Seitenrichtung (X) als auch zu der Zustellrichtung (Z) rechtwinklig orientiert ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,

dass sie eine zweite Bearbeitungseinheit (14) aufweist, die wenigstens eine um eine Drehachse drehend antreibbare zweite Arbeitsspindel (12) aufweist, die mit wenigstens einer Werkzeugaufnahme (41') versehen ist,

dass sie eine zweite Führungs- und Verstelleinrichtung

(30') aufweist, mittels derer die zweite Arbeitsspindel (12) wenigsten in einer mit der Drehachse übereinstimmenden Zustellrichtung (Y) und in einer parallel zu der Schwenkachse (S) orientierten Seitenrichtung (X) verstellbar ist,

wobei der Verstellweg der zweiten Führungs- und VerStelleinrichtung (30') in Seitenrichtung (X) parallel zu der Schwenkachse (S) so lang bemessen ist, dass ein von der Werkzeugaufnahme gehaltenes Werkzeug wahlweise mit beiden Werk- stücken (22, 22') der beiden Werkstückaufnahmen (8, 9) in Eingriff bringbar ist, wobei der Verstellweg der zweiten Führungs- und Verstell- einrichtung (30') vorzugsweise rechtwinklig zu der Zustellrichtung (Y) orientiert und die zweite Arbeitsspindel (12) mittels der zweiten Führungs- und Versteileinrichtung (30') in einer zusätzlichen Verstellrichtung (Z) verstellbar ist, die vorzugsweise sowohl zu der Seitenrichtung (X) als auch zu der Zustellrichtung (Y) rechtwinklig orientiert ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeich- net, dass jede Arbeitsspindel (11, 12) jeweils mit einem Revolver (40, 40') versehen ist, der mehrere angetriebene Spindeln (41, 42, 43, 44, 45, 46; 41', 42', 43', 44', 45', 46) aufweist, die jeweils gesonderte Werkzeuge tragen, wobei die Drehachse Arbeitsspindeln (11, 12) in unterschiedlichen Rich- tungen, vorzugsweise rechtwinklig zueinander orientiert sind.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (16, 16') der Werkstückaufnahme (8, 9) U- förmig ausgebildet und nebeneinander angeordnet sind und zwei endseitig jeweils über einen Steg (17, 17') verbundene Schenkel (18, 19; 18', 19') aufweisen, an dem die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') angeordnet ist, und dass die von dem Steg (17, 17') abliegenden Enden der Schenkel (18, 19; 18', 19') mit der die Schwenkachse (S) definierenden Positionier- einheit (28, 28') verbunden sind, wobei die Schwenkachsen (S) beider Träger (16, 16') miteinander übereinstimmen.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21', 121a, 121b) eine Drehpositioniereinrichtung (23, 23') aufweist, mittels derer das gespannte Werkstück (22, 22') um eine Verstellachse (V) gezielt verstellbar ist, die zu der Schwenkachse (S) vorzugsweise rechtwinklig ausgerichtet ist und die Schwenkachse (S) schneidet.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinrichtung (21, 21') eine Auf- spannebene festlegt, deren Abstand zu der Schwenkachse (S) einstellbar ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeich- net, dass die Drehpositioniereinrichtungen (123a, 123b) synchron zueinander betätigbar sind.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpositioniereinrichtungen (123a, 123b) einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (141a bis 150b) jedes Spindelpaars (141 bis 150) synchron angetrieben sind, wobei die Spindeln (141a, 141b; 141' a, 141'b) jedes Spindelpaars (141, 141') vorzugsweise eine gemeinsame Antriebsquelle (111, 112) aufweisen.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (141a, 141b; 141' a, 141'b) als Paare jeweils an einem Revolver (140, 140') vorgesehen sind, der mehrere angetriebene Spindeln (141a bis 150b; 141a' bis 150b') aufweist, die jeweils gesonderte Werkzeuge tragen, wobei die Spindeln (141a, 150b) der Spindelpaare (141 bis 150) jeweils parallel zu einer mittig zwischen ihnen liegenden Mit- tellinie angeordnet sind, die auf dem Mantel eines gedachten Kegeis liegt.

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (141a bis 150b) der Spindeipaare (141 bis 150) jeweils parallel zu einer mittig zwischen ihnen liegenden Mittellinie angeordnet sind, die abwechselnd auf dem Mantel eines gedachten Kegels mit größerem Öffnungswinkel und eines gedachten Kegels mit kleinerem Öffnungswinkel liegt.