DE10354706B3 - Werkzeugmaschine mit Transportvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken, mit zwei oder mehreren an einem Maschinengestell (6, 7) angeordneten und rotatorisch antreibbaren vertikalen Arbeitsspindeln (16), mindestens einem jeder Arbeitsspindel (16) zugeordneten und über jeweils einen Kreuzschlitten (24, 25) verfahrbar angeordneten Werkzeughalter (22), einer Transporteinrichtung (3) zum automatischen Werkstückwechsel an den vertikalen Arbeitsspindeln (16) und einer Arbeitsraumverkleidung (11, 14) mit einer vorderen Arbeitsraumabdeckung (11) zur Abtrennung eines Arbeitsraums (10). Um einen schnellen Werkstückwechsel mit reduzierten Maschinenstillstandszeiten zu ermöglichen, enthält die Transporteinrichtung (3) einen zwischen den Arbeitsspindeln (16) und der vorderen Arbeitsraumabdeckung (11) horizontal verfahrbaren Laufwagen (27) mit mindestens einer quer zur Bewegungsrichtung des Laufwagens (27) motorisch bewegbaren Greiferanordnung (31).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Werkzeugmaschinen mit mehreren nebeneinander angeordneten vertikalen Arbeitsspindeln und einer Transporteinrichtung zum automatischen Werkstückwechsel sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Vielfach sind an jeder der Arbeitsspindeln gesonderte Werkstückwechseleinrichtungen vorgesehen, die eine Entnahme der fertig bearbeiteten Werkstücke und Einwechslung von noch zu bearbeitenden Werkstücken ermöglichen. Dies ist jedoch in der Regel mit einem hohen konstruktiven und technischen Aufwand verbunden.
• Aus der EP 0 215 209 A2 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die eine an einem Spindelstock in der Z-Achse vertikal verfahrbare Arbeitsspindel aufweist. Der Spindelstock ist auf einem ständerartigen Teil eines Maschinenbetts in der Y-Achse verfahrbar geführt. Auf dem Maschinenbett ist ferner ein Maschinentisch in der X-Achse horizontal verfahrbar angeordnet. Der horizontal verfahrbare Maschinentisch ist in einen Bearbeitungsbereich und einen Vorratsbereich zur Bereitstellung unbearbeiteter Werkstücke unterteilt. Auf dem Bearbeitungsbereich des Maschinentischs ist ein Werkzeughalter befestigt. Bei dieser bekannten Werkzeugmaschine erfolgt der Werkstückwechsel in einer ersten Ausführung nach dem sogenannten Pick-up-Prinzip, indem der Arbeitstisch mit den darauf angeordneten unbearbeiteten Werkstücken unter die Arbeitsspindel verfahren und diese zum Werkstückwechsel in der Z-Achse bewegt wird. In einer weiteren Ausführung kann seitlich an dem Spindelstock ein in der Vertikalachse beweglicher Träger mit einem einseitigen Greifer vorgesehen sein, durch welche Werkstücke vom Vorratsbereich entnommen und in einer Spannvorrichtung abgelegt werden.
• Aus der EP 0 255 612 A1 ist ein Portalsystem zur mehrdimensionalen Bewegung von Transport- und Arbeitsmitteln bekannt, das ein Portal und einen an diesem verfahrbaren Schlitten mit einer in mehreren Richtungen linear und rotatorisch bewegbaren Handhabungseinheit enthält. Zum Werkstückwechsel an einer Bearbeitungsmaschine kann die Handhabungseinheit z.B. als Doppelgreifer ausgeführt sein. Beim Einsatz eines derartigen Portalsystems an einer Werkzeugmaschine ergibt sich jedoch die Problematik, dass zur Durchführung eines Werkstückwechsels die den Arbeitsraum üblicherweise abtrennende Arbeitsraumverkleidung auf der Bedienerseite geöffnet werden muß. Da hierbei in der Regel auch die Arbeitseinheiten stillgesetzt werden müssen, treten besonders bei mehrstufigen Bearbeitungsvorgängen unerwünschte Maschinenstillstände auf.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und schnellen Werkstückwechsel mit reduzierten Maschinenstillstandszeiten ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist die Transporteinrichtung in der Werkzeugmaschine integriert und im wesentlichen innerhalb des Arbeitsraums angeordnet. Für einen Werkstückwechsel muß die vordere Arbeitsraumabdeckung nicht geöffnet werden, so dass ein Werkstückwechsel an einer der Arbeitsspindeln auch dann vorgenommen werden kann, wenn noch eine Bearbeitung an den anderen Arbeitsspindeln erfolgt. Durch die Transporteinrichtung kann der Anwendungsbereich der Werkzeugmaschine erheblich erweitert werden. So ist beispielsweise außer der mehrstufigen Bearbeitung von Werkstücken an aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen auch eine simultane Parallelbearbeitung möglich.
• In einer besonders zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist der Laufwagen an der Oberseite des Arbeitsraums über eine Führungsbahn zwischen den Arbeitsspindeln und der vorderen Arbeitsraumabdeckung verfahrbar angeordnet. Die Führungsbahn enthält z.B. Führungsschienen, die an einem Querträger angeordnet sind. An den Führungsschienen ist der Laufwagen über entsprechende Führungsschuhe oder dgl. geführt.
• Der Querträger mit den entsprechenden Führungsschienen kann auf der Oberseite eines gemeinsamen Maschinengestells angeordnet sein, das die zwei oder mehreren nebeneinander angeordneten Arbeitsspindeln trägt. Der Querträger kann aber auch über mehrere nebeneinander angeordnete Gestellelemente verlaufen, die jeweils eine vertikale Arbeitsspindel tragen.
• Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Werkstückzuführung und die Werkstückablage seitlich neben der Werkzeugmaschine angeordnet. Die Führungsbahn für den Laufwagen ragt dabei seitlich aus den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine heraus, damit die Werkstücke aus der Werkstückzuführung entnommen und in der Werkstückablage wieder abgelegt werden können. Hierzu weist die Arbeitsraumverkleidung z.B. seitliche Türen oder Durchlässe auf, die bei Bedarf geöffnet werden können. Der Abstand der seitlichen Öffnungen von den Arbeitsstationen ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass die Arbeitsspindeln bzw. Antriebseinheiten während des Werkstückwechsels nicht stillgesetzt werden müssen. Alternativ kann auch eine Schleuse mit jeweils zwei Schließeinheiten vorgesehen sein.
• Die Greiferanordnung enthält in einer vorteilhaften Ausführung mindestens einen Werkzeuggreifer, der zum Aufnehmen, Bewegen und Ablegen der Werkstücke, insbesondere von wellenförmigen Teilen, dient. Der Werkstückgreifer ist in zweckmäßiger Weise um eine Rotationsachse drehbar. Dadurch können die Werkstücke geschwenkt oder gewendet werden. Wellenförmige Teile können so z.B. senkrecht zu ihrer Längsachse verschwenkt werden, um diese aus der vertikalen in eine horizontale Lage zu bewegen.
• Eine weitere Dreh- oder Schwenkachse, ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung des Laufwagens, ermöglicht eine Bewegung der Werkstücke in den Wirkbereich der Arbeitsspindeln. In einer konstruktiv einfachen und nur einen geringen Platzbedarf erfordernden Ausführung kann dies z.B. durch einen Träger erfolgen, der über ein Parallelkurbelgetriebe an dem Laufwagen angelenkt ist. Das Parallelkurbelgetriebe kann aus jeweils zwei an den beiden Seiten des Trägers und entsprechend an der Unterseite des Laufwagens angelenkten Gelenkstäben bestehen, die über einen geeigneten Antrieb verschwenkbar sind. Die Gelenkstangen sind an den beiden Seite des Laufwagens zweckmäßigerweise derart beabstandet angeordnet, dass sie bei einer Werkzeugwechselstellung seitlich der Arbeitsspindel angeordnet sind, so dass es bei der Einschwenkbewegung des Trägers zu keinen Kollisionen mit der Arbeitsspindel kommen kann.
• Zum Aufnehmen, Einsetzen oder Ablegen der Werkstücke kann an der Transportvorrichtung bei Bedarf eine weitere Bewegungsachse vorgesehen sein.
• Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
• 1 eine Werkzeugmaschine mit mehreren vertikalen Bearbeitungsstationen und einer Transporteinrichtung in einer schematischen Vorderansicht und
• 2 ein Maschinengestell der in 1 dargestellten Werkzeugmaschine mit der Transporteinrichtung in einer schematischen Seitenansicht.
• In 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 mit zwei nebeneinander liegenden Bearbeitungsstationen 1a und 1b zur Vertikalbearbeitung wellenförmiger Werkstücke 2 und einer Transportvorrichtung 3 zum Transport der Werkstücke 2 von einer Werkstückzuführungsstation 4 zu den Bearbeitungsstationen 1a bzw. 1b und einer Werkstückablagestation 5 gezeigt. Die Werkstückzuführungsstation 4 und die Werkstückablagestation 5 sind auf den beiden Seiten der Werkzeugmaschine 1 angeordnet.
• Die Werkzeugmaschine 1 enthält ein in 2 in einer Seitenansicht dargestelltes formsteifes Maschinengestell, das ein breiteres unteres Gestellteil 6 und ein von diesem in Art einer Wand nach oben ragendes schmaleres oberes Gestellteil 7 mit einer vertikalen vorderen Wandfläche 8 aufweist. Von der vorderen Wandfläche 8, dem nach vorne vorstehenden Bereich des unteren Gestellteils 6 und einem auf der Oberseite des oberen Gestellteils 7 angeordneten und nach vorne vorstehenden Querträger 9 wird ein Arbeitsraum 10 begrenzt, der nach vorne durch eine als Schiebetür oder dgl. ausgeführte vordere Arbeitsraumabdeckung 11 abgeschlossen ist. Die als Schiebetür ausgeführte vordere Arbeitsraumabdeckung 11 ist zwischen einer am vorderen Ende des unteren Gestellteils 6 befestigten unteren Führungsschiene 12 und einer an vorderen Ende des Querträgers 9 angeordneten oberen Führungsschiene 13 verschiebbar geführt. Auch zur Seite wird der Arbeitsraum 10 durch in 1 dargestellte seitliche Abdeckungen 14 in Form von Schiebetüren o.ä. abgetrennt. An der Rückseite des Maschinengestells ist ein Schalt- oder Steuerschrank 15 befestigt. Das Maschinengestell ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Monoblock-Bauweise z.B. aus Polymerharzbeton hergestellt. Ein derartiges Maschinengestell zeichnet sich durch hervorragende Dämpfungseigenschaften, gutes Wärmeverhalten und hohe Formstabilität aus. Das Maschinengestell kann aber auch als Stahlgussteil oder als Schweißkonstruktion ausgeführt sein.
• Wie aus 1 hervorgeht, sind an der vorderen Wandfläche 8 des wandförmigen oberen Gestellteils 7 zwei voneinander seitlich beabstandete, vertikale Arbeitsspindeln 16 mit jeweils einem zugehörigen Reitstock 17 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Arbeitsspindeln 16 an der Oberseite der Wandfläche 8 angeordnet und sind als ortsfeste Motorspindeln ausgeführt. Sie weisen ein geeignetes Spannfutter 18 zum automatischen Spannen der Werkstücke 2 auf. Die bei der dargestellten Ausführung an der Unterseite der Wandfläche 8 angeordneten Reitstöcke 17 mit den zugehörigen Reitstockspitzen 19 sind über vertikale Führungsschienen 20 an der Wandfläche 8 vertikal verschiebbar geführt. Die Arbeitsspindeln 16 können aber in entsprechender Weise auch an der Unterseite und die Reitstöcke 17 an der Oberseite der Wandfläche 8 angeordnet sein. An den vertikalen Führungsschienen 20 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner Lünetten 21 zur Abstützung der Werkstücke 2 angebracht.
• An der vorderen Wandfläche 8 sind außerdem drei als Sternrevolver ausgeführte Werkzeugträger 22 über je einen Kreuzschlitten vertikal und horizontal verfahrbar angeordnet. Die Werkzeugträger 22 können aber auch als Vierkantrevolver, Scheibenrevolver o.ä. ausgebildet sein. Die drei Kreuzschlitten sind derart angeordnet, dass sich auf den beiden Seiten der Arbeitsspindeln 16 jeweils ein Werkzeugträger 22 befindet. Die Kreuzschlitten bestehen aus jeweils einem über vertikale Führungsschienen 23 an der Wandfläche 8 in Längsrichtung der Werkstücke 2 verschiebbar geführten und motorisch verfahrbaren Vertikalschlitten 24 sowie einem motorisch verfahrbaren Horizontalschlitten 25, der über horizontale Führungsschienen 26 an der Vorderseite des Vertikalschlittens 24 quer zur Längsrichtung der Werkstücke 2 verschiebbar geführt ist.
• Die Transportvorrichtung 3 enthält einen Laufwagen 27, der innerhalb des Arbeitsraumes 10 an dessen Oberseite zwischen den Arbeitsspindeln 16 und der vorderen Arbeitsraumabdeckung 11 parallel zur vorderen Wandfläche 8 in einer Horizontalachse 28 (1) motorisch verfahrbar angeordnet ist. Der Laufwagen 27 ist hierzu über Führungsschienen 29 und entsprechende Führungsschuhe 30 an der Unterseite des Querträgers 9 verfahrbar geführt. Der Querträger 9 mit den Führungsschienen 29 ragt gegenüber den oberen und unteren Gestellteilen 6 und 7 an beiden Seiten aus dem Arbeitsraum 10 seitlich vor, so dass der Laufwagen 27 auch über die Werkstückzuführungsstation 4 und die Werkstückablagestation 5 verfahren werden kann. An dem Laufwagen 27 ist eine quer zu dessen Verfahrrichtung bewegliche Greiferanordnung 31 mit einem um eine Horizontalachse 32 drehbaren Werkstückgreifer 33 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführung ist der Werkstückgreifer 33 durch einen Stellmotor 34 um die Horizontalachse 32 drehbar. Der Stellmotor 34 mit dem Werkstückgreifer 33 ist über eine Halterung 35 mittels einer Führungsstange 36 vertikal beweglich und durch eine über einem Motor 37 drehangetriebene Antriebsspindel 38 in der Höhe verfahrbar an einem Träger 39 geführt. Der Träger 39 ist zur Bewegung in Richtung der Arbeitsspindel 16 bzw. von dieser weg über eine Art Parallelkurbelgetriebe 40 mit vier parallel beweglichen Gelenkstangen 41 verschwenkbar an dem Laufwagen 27 angelenkt.
• Durch geeigneten Antrieb der Gelenkstangen 41 kann der Träger 39 mit dem daran angeordneten Werkstückgreifer 33 zum Einwechseln und Auswechseln eines Werkstücks an der Arbeitsspindel 16 zu dieser hin oder von dieser wegbewegt werden. Der Träger 39 kann aber auch über einen quer zum Laufwagen 27 verfahrbaren Schlitten oder dgl. an dem Laufwagen 27 angeordnet sein. Der Werkstückgreifer 33 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Einfachgreifer ausgeführt. Ggf. kann der Werkstückgreifer 33 auch als Doppelgreifer ausgeführt und der Stellmotor 34 auch noch um die Führungsstange 36 drehbar ausgeführt sein.
• Für die zum Kreuzschlitten und zum Revolverkopf führenden elektrischen Leitungen, Hydraulik-, Kühlmittel-, Druckluft- oder sonstigen Steuer- und Versorgungsleitungen ist eine in 2 dargestellte Energieführungseinrichtung vorgesehen. Diese umfaßt einen z.B. in Form einer Lanze ausgeführten starren Führungskanal 42, der mit seinem unteren Ende auf dem Vertikalschlitten 24 befestigt und mit diesem in Vertikalrichtung verfahrbar ist. Dieser Führungskanal 42 verläuft entlang der vorderen Wandfläche 8 nach oben und steht auch in der untersten Stellung des Vertikalschlittens 24 über das obere Ende des wandförmigen oberen Gestellteils 7 nach oben vor. Der Führungskanal 42 ist hinter einer oberen Abdeckung 43 angeordnet, durch welche die Führungsschienen vor den bei der Bearbeitung anfallenden Spänen, Kühlschmierstoffen und dgl. geschützt werden. Bei der gezeigten Ausführung besteht die Abdeckung 43 aus einem auf dem Vertikalschlitten 24 angeordneten und mit diesem vertikal beweglichen festen Abdeckblech, das in unmittelbarer Nähe der Führungsschienen 23 angeordnet ist. Dadurch sind die in dem Führungskanal 42 angeordneten Steuer- und Versorgungsleitungen ohne Einschränkung des Arbeitsbereichs vollständig verdeckt und optimal geschützt. An dem oberen Ende des Führungskanals 42 ist eine über das obere Gestellsteil 7 nach hinten verlaufene Brücke 44 vorgesehen. Zwischen der Brücke 44 und dem an der Hinterseite angeordneten Steuerschrank 15 verläuft eine Energieführungs- bzw. Schleppkette 45, die in einem Zwischenraum 46 zwischen einer hinteren Wandfläche 47 des oberen Gestellteils 7 und der Rückseite 48 des Steuerschranks 15 untergebracht ist.
• An der Unterseite des Kreuzschlittens ist ferner ein zwischen dem Vertikalschlitten 24 und dem Horizontalschlitten 25 angeordneter flexibler Führungskanal 49 für die zwischen dem Vertikalschlitten 24 und dem Horizontalschlitten 25 verlaufenden Steuer- und Versorgungsleitungen vorgesehen. Dieser Führungskanal 49 ist hinter einer unteren Abdeckung 50 angeordnet, die bei der gezeigten Ausführung in An eines Rolladens ausgebildet ist. Die obere und untere Abdeckung 43 bzw. 50 können aber ebenso aus gegeneinander verschiebbaren starren Elementen bestehen oder als Faltenbalg- bzw. Lamellenabdeckung und dgl. ausgeführt sein.
• Bei der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine kann ein automatischer Werkzeugwechsel an einer der beiden vertikalen Arbeitsspindeln 16 mit Hilfe der gemeinsamen Transporteinrichtung 3 besonders schnell und einfach selbst dann erfolgen, wenn das Werkstück in der anderen Arbeitsspindel noch bearbeitet wird. Die Transporteinrichtung 3 kann ohne Beeinträchtigung der Bearbeitung in eine Werkstückwechselstellung vor der Arbeitsspindel 16 verfahren und dort für einen Werkzeugwechsel bereitstehen. Über eine entsprechende Schwenk- oder Verfahrbewegung des Trägers 39 mit dem Werkzeuggreifer 33 kann dann ein fertig bearbeitetes Werkstück 2 an der Arbeitsspindel 16 entnommen und zu der Ablagestation 5 transportiert werden. Anschließend kann dann ein neues Werkstück aus der Werkstückzuführungsstation 4 entnommen und zu der Arbeitsspindel 16 transportiert werden.

Claims (12)

1. Werkzeugmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken, mit zwei oder mehreren an einem gemeinsamen Maschinengestell (6, 7) oder getrennten Gestellelementen nebeneinander angeordneten und rotatorisch antreibbaren vertikalen Arbeitsspindeln (16) zur Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke (2), mindestens einem jeder Arbeitsspindel (16) zugeordneten und am Maschinengestell (6, 7) bzw. den Gestellelementen über jeweils einen Kreuzschlitten (24, 25) horizontal und vertikal verfahrbar angeordneten Werkzeughalter (22), einer Transporteinrichtung (3) zum automatischen Werkstückwechsel an den vertikalen Arbeitsspindeln (16) und einer Arbeitsraumverkleidung (11, 14) mit einer vorderen Arbeitraumabdeckung (11) zur Abtrennung eines Arbeitsraums (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (3) einen zwischen den Arbeitsspindeln (16) und der vorderen Arbeitsraumabdeckung (11) horizontal verfahrbaren Laufwagen (27) mit mindestens einer quer zur Bewegungsrichtung des Laufwagens (27) motorisch bewegbaren Greiferanordnung (31) enthält.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufwagen (27) an der Oberseite des Arbeitsraums (10) über eine Führungsbahn (9, 29) verfahrbar angeordnet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (9, 29) einen Querträger (9) mit Führungsschienen (29) umfaßt.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (9) an der Oberseite des gemeinsamen Maschinengestells (6, 7) bzw. den voneinander getrennten Gestellelementen angeordnet ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufwagen (27) parallel zu einer vorderen vertikalen Wandfläche (8) eines oberen Gestellteils (7) des Maschinengestells (6, 7) verfahrbar ist.
6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (9, 29) seitlich aus dem Arbeitsraum (10) über eine Werkstückbereitstellungsstation (4) und eine Werkstückablagestation (5) herausragt.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferanordnung (31) mindestens einen Werkzeuggreifer (33) enthält.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Werkzeuggreifer (33) durch einen Stellmotor (34) um eine Horizontalachse (32) verdrehbar ist.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuggreifer (33) in der Höhe verstellbar an einer Halterung (35) angeordnet ist.
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferanordnung (31) über ein Parallelkurbelgetriebe (40) bewegbar an dem Laufwagen (27) angeordnet ist.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallelkurbelgetriebe (40) einen über parallele Gelenkstangen (41) verschwenkbar an dem Laufwagen (27) angeordneten Träger (39) enthält.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückgreifer (33) über die Halterung (35) mittels einer Führungsstange (36) vertikal beweglich und durch eine über einen Motor (37) drehangetriebene Antriebsspindel (38) in der Höhe verfahrbar an dem Träger (39) geführt ist.