DE69107152T2 - Werkzeugmaschine mit Kabinenform und Schalenstruktur. - Google Patents

Description

• Diese Neuentwicklung schlägt eine Werkzeugmaschine vor, im vorliegenden Fall eine Maschine zur 3D- Modellrealisierung, welche über eine geschloßene Schalenbauweise verfügt.
• Die Erfindung betrifft eine gekapselte Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von 3D-Modellen in folgender Bauweise konzipiert, bestehend aus kastenförmigen Elementen aus Stahlblech mit geeigneter Stärke, welche, einander geschweißt, einen kastenförmigen Körper in einzigem Stück bilden; in der o.g. Struktur sind sämtliche Kanten beständig, alle Maschinengeräte - besonders die Teile, die das Werkzeug sowie das Werkstück tragen und bewegen - sind im Innere der Struktur positioniert und mit ihr direkt verbunden, diese Struktur bildet auch die Maschinenkabine, auf einer Seite dieser Struktur befinden sich auch zwei vertikale Ständer und auf der gegenüberliegenden Seite ein Säulenpaar mit zwei Traversen, jede Traverse wird durch einen vertikalen Ständer und eine Säule getragen und den Traversen entlang bewegt sich ein Schieber eines Bearbeitungskopfes. In diesem Struktur sind die o.g. vertikalen Ständer größer als die Säulen und sind so dimensionert, daß die Querkräfte größtenteils abgefangen werden, die Hauptfunktion der o.g. Säulen ist das Tragen der Traversen.
• Dank dieser Eingenschaft ist es möglich der Maschine eine so besondere Form zu geben, daß die Wendigkeit sowie die Sichtbarkeit bei der Arbeitszone verbessert werden, wie in der folgenden detailierten Beschreibung angegeben.
• Dank dieser Besonderheit resultiert die Maschine gemäß der Neuentwicklung sehr geeignet für den Einsatz in Büros, wie Entwürfsbüros und ähnliches.
• Es sind automatische Werkzeugmaschinen oder Roboter bekannt, die in der Lage sind, auch komplizierte Bearbeitungen unter Steuerung eines Computerssystems komplett automatisch durchzuführen.
• Mehrere von diesen Maschinen verfügen über einen beweglichen Support längs einem Dreier kartesischer Koordinaten, auf welchem ein Werkzeughalterkopf angebracht ist, der zwei oder mehr Graden Freiheit hat, in welchem die für die verschiedenen Bearbeitungen jeweilig notwendigen Werkzeuge eingespannt werden.
• Selbstverständlich handelt es sich hier um Maschinen, die wegen Abmessungen und Gewicht für den Einsatz in einem Büro nicht geeignet sind.
• Die italienische Patentanmeldung 44804 A/90 beschreibt eine Werkzeugmaschine für die 3D-Modellrealisierung, in welcher verschiedene Werkzeugtype eingespannt werden können, um das Modell aus einer über ein CAD-System definierte Oberfläche zu erzeugen.
• Das Erfordernis ein teoretischer Entwurf in der Praxis umzusetzen tritt immer häufiger z.B. bei Entwurf- oder Designbüros ein, wobei nachdem eine Zeichnung durchgeführt wird, wird dann die schnelle Ausführung eines Modelles zu niedrigen Kosten benötigt, um festzustellen, wie dies in Wirklichkeit aussieht.
• Nachdem alle notwendige Änderungen auf dem Modell ausgeführt werden, müßen diese auf der CAD-Oberfläche für die folgende Produktionssphase, Werkzeug- und Formenherstellung usw. übertragen werden.
• Durch die Entwicklung der Technik, welche dem Anwender Softwareverwaltunggsysteme, die auch auf Microcomputer laufen können, zur Verfügung stellt, ist der Anwendungsbereich dieser Geräte noch mehr erweitert worden.
• Damit sie aber in einem Designbüro vorteilhaft eingesetzt werden, brauchen diese Maschinen nicht nur kleine, geräuschlose und schnell zu sein, sonder müßen sie auch eine ausreichende Genauigkeit garantieren, um Bearbeitungen innerhalb Toleranzen von wenigen Micron durchzuführen.
• Es handelt sich um Erfordernisse, die sich mit einander nicht gut abfinden, da mit einer leichtmöglichsten Tragstruktur die Hochbeschleunigungen, die aus einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung resultieren, ohne Ausdehnungen ertragen werden müßen.
• Während, was den mechanischen sowie elektronischen Teil betrifft, man erfolgreiche Ergebnisse bereits erreicht hat, bleiben dagegen verschiedene Beschränkungen was die Tragstruktur der Maschine anbelangt.
• Das Dokument SU-A-1380915, das den Gegenstand des vorcharakterisiertenden Teils des Anspruchs 1 darstellt, betrifft eine Maschine zur gleichzeitigen Ausführung von verschiedenen Bearbeitungen auf einem Werkstück.
• Zu diesem Zweck wird das Werkstück durch verschiedene Manipulatoren 8 gehalten, die an seitlichen Säulen 1 eines parallelepipedförmigen Rahmens angebracht und nach innen gerichtet werden. Das Werkstück wird durch Spindel bearbeitet, deren Achsen senkrecht zu den Maschinenseiten liegen.
• Diese Neuentwicklung schlägt eine Werkezeugmaschine zur 3D-Modellrealisierung vor, welche aus einer Schalenbauweise charakterisiert ist.
• Diese Eigenschaft ermöglicht die Erleichterung des Maschinengewichtes mit unveränderter Steifigkeit. Es ist außerdem möglich, die Abmessungen einiger Teile zu reduzieren, oder einige Kanten zu entfernen usw, damit eine bessere Sichbarkeit des Maschinenarbeitsraumes erreicht wird.
• Die folgende als Beispiel dienende Beschreibung beschreibt ausführlich diese und weitere Eigenschaften mit besonderem Bezug auf die beil iegenden Abbildungen in welchen:
• die Abbildung 1 die perspektivische Ansicht einer Maschine gemäß der Neuentwicklung darstellt;
• die Abbildungen 2 und 3 die perspektivischen Ansichten der Maschinentragstruktur sind;
• die Abbildungen 4 und 5 Schnitte der Schalenbauweise darstellen;
• die Abbildung 6 ein Detail der Tür-Schließsysteme darstellt;
• die Abbildung 7 ein Detail des Bildschirm-Supports in einer Maschine gemäß der Innovation darstellt.
• Mit Bezug auf die Abbildung 1 enthält die Maschine gemäß der Innovation ein Untergestell 1, in seinem Innere befindet sich ein beweglicher Tisch 2, der zum Tragen des zu bearbeitenden Werkstückes dient, dessen Struktur oben aus zwei Führungsbahnen besteht, entlang welchen ein Schieber 4 läuft. Am unteren Ende des Schiebers ist ein Werkzeughalterkopf 5 angebracht.
• In der Abbildung werden die Achsen X, Y und Z dargestellt, längs welchen sich die Bewegungen des Schiebers bzw. des Tisches 2 sowie des Kopfsupports 5 entwickeln. Der Kopf verfügt dann über zwei weitere oder mehr Freiheitsgraden.
• Sämtliche Bewegungen werden durch eine numerische Steuerung gesteuert (CNC), wie zum Beispiel in der oben genannten Anmeldung 44804 A/90 beschrieben, auf welche man für weitere Informationen verweist.
• An einer Seite der Maschine gibt es eine Abteilung, die insgesamt mit der Nummer 6 gekennzeichnet wird, in welcher sich sämtliche Steuersysteme enthalten sind.
• Das Arbeitsraum ist von zwei Seiten durch die Türe 7 und 8 zugänglich.
• Die Maschinenbauweise verfügt über ein Auflage- Untergestell 9 bestehend aus einem kastenförmigen Element zweckmäßiger Abmessungen, an welchem an einer der kleineren Seiten zwei Säulen 10 und 11 und an der gegenüberligenden Seite zwei Ständer 12 und 13 größerer Abmessungen geschweißt sind.
• Zwei Traversen 14 und 15 verbinden die Säule 10 zum Ständer 12 sowie Ständer 11 zum Körper 13.
• Alle diese Elemente, Säulen 10 und 11, Ständer 12 und 13 sowie Traversen 14 und 15 bestehen aus kastenförmigen Elementen aus Stahlblech zweckmäßiger Dicke, die einander so geschweißt sind, daß zusammen mit dem Untergestell 9 eine geschloßene monolitische oder Schalenbauweise bilden.
• Der Innenteil dieser Struktur räpresentiert das Arbeitsraum der Maschine. An den Traversen 14 und 15 sind Führungsbahnen 3 längs welcher der Schieber 4 läuft.
• Der untere Teil des Schiebers 4 mit dem Werkzeughalterkopf 5 ragt also unter den Traversen hinaus und bewegt sich längs der X und Z Achsen.
• Die Ständer begrenzen eine Zone, die zwischen den Ständern eingeschlossen ist, welche als Sitz der Maschinenelektronik sowie der verschiedenen für ihren Betrieb notwendigen Geräte dient.
• Selbstverständlich wird diese Zone mittels Abdeckungen oder ähnliches zweckmäßig geschutzt.
• Die Maschine wird auch an der Traverse 15 geschlossen, während bleibt sie an der zwei restlichen Seiten geöffnet, damit der Zutritt zum Innenteil möglich ist.
• In dieser Zone erfolgt die Schließung durch Türe, die geöffnet werden können, die später beschrieben werden.
• Eine der Traversen - auf den spezifischen Fall die Vordertraverse 14- hat eine Schrägwand, damit eine bessere Sichbarkeit im Innenteil der Maschine ermöglicht wird.
• An der oberen Seite des Ständers 12 ist eine Vertiefung 16 vorhanden als Sitz für eine Tafel bestehend aus Bildschirm und Druckknopftafel.
• Damit eine bessere Sichbarkeit innerhalb der Maschine aus verschiedenen Seiten garantiert wird, wurden die Vertikalständer 12 und 13 so dimensioniert, daß sie ein hohes Trägheitsmoment haben, damit die von der Bewegungen des Schiebers 4 entlang der X-Achse verursachten Querkräfte größtenteils durch die Vertikalständer 12 und 13 ohne erhebliche Ausdehungen in ihrer Struktur abgefangen werden, und die Säulen 10 und 11 (besonders die Säule 10) kleinstmöglich sind, damit die beste Sichtbarkeit im Innere der Maschine garantiert wird.
• Hier, in der inneren Zentralzone befindet sich ein Gittermast 17, der der einzige Teil der Maschine mit Gittermasten ist und es gibt 4 geschliffene Supporten 18, die die Auflageflächen für den gleitenden Tisch 2 bilden.
• Zwei seitlich der Struktur 17 positioniert zusammengefaltete Blechen bilden die Rutschbahnen für die Späne, die während der Bearbeitung an die Seiten des Tisches fallen und durch ein bekanntes Gerät mittels einer Leitung, die unter den o.g. Wänden 19 positioniert ist, abgesaugt werden.
• Die Türe 7 und 8 aus durchsichtiges Stoff können getrennt sein oder vorzugsweise, wie im beschriebenen Beispiel, einen einzigen Körper bilden.
• Die Abbildung 6 stellt das System zur Öffnung der Türe dar.
• Die Tür 7 ist an zwei Armen 20 aufklappbar - nur ein Arm wird in der Abbildung dargestellt - welche über eine auf den Trägern 22 angebrachte Welle 21 steif verbunden werden. Die Träger sind an der Vordertraverse 14 geschweisst.
• Der untere Teil der Tür ist an zwei Führungspleueln 23 aufklappbar.
• Die Tür öffnet sich also durch die Bewegung längs eines Kreisbogens, so daß sie sich aus der Maschine zuerst leicht entfernen kann und dann kann sie aufstehen.
• Damit die Bewegungen der Tür gedämpft werden, werden Stoßdämpfer mit Gas 24 oder ähnliches eingesetzt.
• Zu einer besseren akustischen Isolierung der Maschine werden dafür geeignete Auflagedichtungen den ganzen Umfang den Türen entlang aufgestellt.
• Der Schrank, der den Bildschirm sowie die Steuerbedientafel enthält - in Abbildung 1 mit Nr. 25 gekennzeichnet - ist so vorgesehen, damit er komplett im Sitz 16 des Ständers 12 enthalten wird und gedreht werden kann, um die Arbeit des Bedieners zu erleichtern, der sich normalerweise vor der Tür 7 befindet, um die Maschinenbewegungen anzusehen.
• Zu diesem Zweck ist ein an der Maschinenstruktur befestigter Träger 27 vorhanden, an deren Enden ein Pleuelpaar 28 aufklappbar ist, auf dem ebensoviele Arme 29 (Abbildung 6) angebracht sind. Da wird der Schrank 25 besfestigt.
• Dieses System ermöglicht die Rototranslation des Schrankes, dank welcher er sich aus den Wänden des Sitzes 16 leicht entfernen kann und danach bis auf die für den Bediener bequemmöglichste Position gedreht werden kann.
• Aus der gelieferten Beschreibung geht es klar hervor, daß die Schalenbauweise eine beträchtliche Erleichterung des Maschinengewichts ermöglicht, ohne die Steifigkeitseigenschaften zu gefährden.
• Es ist außerdem möglich, auf die Form der kastenförmigen Elementen zu wirken, damit die beste Sichtbarkeit des Arbeitsraumes erlaubt wird.
• Selbstverständlich können die Abinessungen sowie das verwendete Material je nach den Einsatzerfördernissen verschieden sein.

Claims (7)

1.Gekapselte Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von 3D- Modellen in folgender Bauweise bestehend aus Elementen, welche einen kastenförmigen Körper in einzigem Stück bilden, insbesondere einen parallelepipedförmigen Körper. In der o.g. Struktur sind sämtliche Kanten beständig, alle Maschinengeräte - besonders die Teile (2, 5), welche das Werkzeug sowie das Werkstück tragen und bewegen - befinden sich innerhalb der Struktur, alle Geräte (2, 5), die das Werkzeug sowie das Werkstück bewegen, sind zur Struktur direkt verbunden, diese Struktur bildet auch die Maschinenstruktur, auf dieser Struktur befinden sich auf einer Seite zwei vertikale Elemente (12, 13) sowie auf der anderen Seite ein Säulenpaar (10, 11) mit einem Traversenpaar (14, 15), jede Traverse durch eine Säule und ein vertikales Eleinent getragen und den Traversen entlang sich ein Support-Schieber (4) eines Bearbeitungskopfes (5) bewegt. Die für die o.g. Maschine kennzeichnenden Bestandteile sind die o.g. vertikalen Elementen (12, 13), welche größer als die Säulen (10, 11) sind, sie sind so dimensioniert, daß die Querkräfte größtenteils abgefangen werden, die o.g. Säulen (10, 11), welche die Hauptfunktion haben, die Traversen zu tragen, der Raum zwischen den o.g. vertikalen Elementen (12, 13), welcher die elektronischen- und Steuergeräte der Maschine enthält, und die Elemente, welche den kastenförmigen Körper in einzigem Stück bilden, welche kastenförmigen Elementen in Metallblech-Konstruktion mit geeigneter Dicke und einander geschweißt sind.

2.Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, charakterisiert aus einer Traverse (14), welche sich an der Bedienerseite befindet, mit einer Schrägwand, die entworfen wurde, um eine bessere Sichtbarkeit in den Arbeitsraum zu ermöglichen.

3.Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, charakterisiert aus klemmbaren Türen (7, 8), welche an, an der Maschinenstruktur festen Kurbelstangenpaaren angebracht sind, damit die Bewegungen der o.g. Tür einem Kreisbogen entlang auf eine vertikale Ebene durchgeführt werden können. Es sind Stoßdämpfer vorhanden, um die o.g. Bewegungen zu dämpfen.

4.Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 3, charakterisiert aus einer an einem Kurbelstangenpaar befestigten Tür. Das Kurbelstangenpaar ist an einer Welle fest, die parallel zur Support-Traverse der o.g. Tür ist. Ein weiteres am unteren Teil der Tür befestigte Führungs- Kurbelstangenpaar ist vorhanden.

5.Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, charakterisiert aus seitlich der Arbeitsebene positionierten Schrägwänden, welche zur Späne-entfernung dienen. Diese Rutsche ist zu Späneabsaugssysteme verbunden.

6.Werkzeugmaschine gemäß den vorherigen Ansprüchen, charakterisiert aus einer Steuereinheit bestehend aus einem Bildschirm und einer Steuerdruckknopftafel, welche sich in einem Sitz im oberen Teil eines der zwei Ständer befindet. Es sind Mittels vorhanden, um eine Rototranslationsbewegung des o.g. Schrankes zu erlauben.

7.Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 6, charakterisiert aus einem Support des o.g. Schrankes, welcher ein Kurbelstangenpaar enthält, das auf einer Seite an der Maschinenstruktur befestigt ist und auf der anderen Seite am Ende eines mit diesem Schrank einteiligen C- Supportes befestigt ist.