DE69225021T2

DE69225021T2 - Spanabhebende Bearbeitungseinheit

Info

Publication number: DE69225021T2
Application number: DE69225021T
Authority: DE
Inventors: Marco Martinis
Original assignee: Comau SpA
Current assignee: Comau SpA
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2012-06-03
Also published as: ITTO910132U1; ITTO910132V0; EP0517168A2; ATE164793T1; DE69225021D1; EP0517168B1; EP0517168A3; IT223203Z2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spanabhebende Bearbeitungseinheit der in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
In den meisten Fällen sind spanabhebende Bearbeitungseinheiten dem Arbeitstisch benachbart angeordnet, dem vorzugsweise mittels einer Beschickungsvorrichtung, die Werkstücke nacheinander zugeführt werden. Die Bearbeitungseinheit weist einen Werkzeugkopf auf, der sich in Bezug auf das Werkstück entlang von wenigstens drei senkrecht zueinander stehenden Achsen und mit Hilfe von drei Supports oder Schlitten bewegt, die verbunden sind und normalerweise von einer Antriebsvorrichtung relativ zueinander bewegt werden. Von der Konstruktion her unterscheiden sich die bekannten Bearbeitungseinheiten grundlegend im Hinblick auf die gegenseitige Anordnung der Schlitten, und sie können in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt werden.
Wie zum Beispiel in der EP-A-0 152 081, die den nächsten Stand der Technik darstellt, oder der DE 29 02 920 gezeigt und beschrieben, weisen die Einheiten einer ersten Gruppe einen ersten Schlitten auf, der sich in einer Hauptrichtung entlang einer im Maschinenbett vorgesehenen Gleitführung zu dem Werkstück hin und von diesem weg bewegt und der einen sich senkrecht zu der Hauptrichtung bewegenden zweiten Schlitten trägt sowie einen Ständer, an dem die Gleitführung für den Werkzeugträger ausgebildet ist.
Bei der zweiten Gruppe bewegt sich der ersten Schlitten senkrecht zur Hauptrichtung und trägt einen Ständer, an dem die Gleitführung für den Werkzeugträger vorgesehen sind und mit dem ersten Schlitten durch Gleitführungen gekoppelt ist, die eine Bewegung des Ständers zusammen mit dem ersten Schlitten in der Hauptrichtung zu dem Werkstück hin und von diesem weg ermöglichen.
Obwohl die bekannten Einheiten der vorgenannten Art allgemein verwendet werden, haben sie verschiedene Nachteile. Während diejenigen in der ersten Gruppe einerseits einen problemlosen Zugang zu dem Arbeitsbereich ermöglichen, und zwar aufgrund der Tatsache, daß der erste Schlitten beim Zurückfahren vom Werkstück im wesentlichen die gesamte Einheit zurückfährt, insbesondere den Werkzeugkopf, wodurch eine problemlose Wartung ermöglicht wird; sind diese Einheiten andererseits in hohem Maße instabil, insbesondere wenn der ersten Schlitten mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird, um den Produktionsausstoß zu steigern. Unter diesen Bedingungen wird die der gesamten Masse der Gleitführungen entsprechende sich bewegende Masse tatsächlich stark beschleunigt, insbesondere in der Position am Ende der Schlittenbewegung, was hohe Trägheitskräften zur Folge hat. Da der Schwerpunkt der sich bewegenden Masse normalerweise in einem beträchtlichen Abstand von der Gleitführung des ersten Schlittens liegt, ist dieser ferner Beanspruchungen durch Drehmomenten ausgesetzt, die nicht nur zu einer erhöhten Belastung der Gleitführung führen, sondern außerdem Schwingungen der Struktur der Einheit erzeugen, die unter diesen Bedingungen mit Frequenzen schwingen, welche die dynamische Stabilität der Einheit ernsthaft beeinträchtigen.
Während die Einheiten in der zweiten Gruppe eine bessere Verteilung der sich bewegenden Massen und somit eine Verringerung der Trägheitskräfte und sowohl der statischen als auch der dynamischen Belastung ermöglichen, erlauben sie nur einen begrenzten Zugriff auf den Arbeitsbereich und behindern auf diese Weise Wartungsarbeiten und manuelle Werkzeugwechselvorgänge.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungseinheit zur Verfügung zu stellen, die derart konzipiert ist, daß sie die vorgenannten Nachteile beseitigt, d.h. welche geometrische Eigenschaften aufweist, die einen Hochgeschwindigkeitsantrieb jedes Schlittens ermöglichen, und welche einen problemlosen Zugang sowohl zum Werkzeugkopf als auch zum Werkstück schafft.
Erfindungsgemäß wird eine spanabhebende Bearbeitungseinheit geschaffen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine im wesentlichen in Blöcken dargestellte Draufsicht einer Arbeitsstation zeigt, die eine spanabhebende Bearbeitungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Einheit gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 eine Vorderansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 2 zeigt.
Die Bezugsziffer 1 in den beigefügten Zeichnungen bezeichnet eine spanabhebende Bearbeitungseinheit.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Einheit 1 in einer Arbeitsstation neben einer Beschickungseinheit 2 angeordnet, die nacheinander Werkstücke 3 (von denen nur eines dargestellt ist) einem insgesamt mit 4 bezeichneten Arbeitstisch zuführt.
Wie in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist, umfaßt die Einheit 1 ein Bett 5 und eine Einheit 6 zum Bewegen des Werkzeugkopfes 7 der Einheit 1 in bezug auf das Bett 5 und das auf dem Tisch 4 (Fig. 1) befindliche Werkstück 3.
Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, weist die Einheit 6 einen ersten Schlitten 8 auf, der in Längsrichtung verschiebbar auf zwei (nicht beschriebenen) fest mit der Grundplatte 5 verbundenen bekannten Gleitführungen 9 angeordnet ist, und sich zum Werkstück 3 hin und von diesem weg entlang einer Achse 10 bewegen kann, die parallel zur Bezugsachse Z verläuft (Fig. 2, 3, 4) und in einer (parallel zur Zeichenebene der Fig. 2 verlaufenden Ebene B (Fig. 3) liegt. Genauer gesagt, wird der erste Schlitten 8 mit Hilfe eines Spindeltriebs 11, dessen Spindel 12 parallel zu den Gleitführungen 9 und oberhalb von diesen verläuft, entlang der Achser 10 bewegt, so daß sie in der Nähe des Schwerpunktes G der Einheit 6 (Fig. 3) liegt. Die Spindel 12 wird von einem Elektromotor 13 angetrieben, der koaxial zur Spindel 12 angeordnet ist und an ein in Fig. 1 schematisch dargestelltes bekanntes Steuersystem 14 angeschlossen ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Einheit 6 außerdem einen auf einer (nicht beschriebenen) bekannten Gleitführung 16 geführten zweiten Schlitten 15 auf. Die fest mit dem ersten Schlitten 8 verbundene Gleitführung 16 verläuft im wesentlichen auf der den auf dem Bett 5 gebildeten Gleitführungen 9 entgegengesetzten Seite der Spindel 12 und führt den zweiten Schlitten 15 entlang einer Achse 17, die parallel zur X-Achse verläuft und in einer Ebene C (Fig. 3) liegt, die in Richtung des Werkstücks 3 nach unten geneigt ist und mit den Gleitführungen 9 und der die Achse 10 enthaltenen Ebene B einen Winkel von ungefähr 45º bildet. Genauer gesagt wird der zweite Schlitten 15 entlang der in der Ebene C liegenden Achse 17 von einem Spindeltrieb 19 (Fig. 2 bis 4) bewegt, dessen Spindel 20 oberhalb der den ersten Schlitten 8 steuernden Spindel 12 verläuft und diese kreuzt, und die von einem Elektromotor 21 (Fig. 2 und 4) angetrieben wird, der koaxial zur Spindel 20 angeordnet ist und ebenfalls an das Steuersystem 14 angeschlossen ist.
Wie in Fig. 3 und insbesondere in Fig. 4 gezeigt ist, weist der zweite Schlitten 15 einen Ständer 22 auf, der mit einer bekannten Gleitführung 23 (Fig. 2 und 4) versehen ist, die derart ausgebildet ist, daß sie dem Werkstück 3 gegenüberliegt, und auf der ein dritter Schlitten 24 gehaltert ist, der den Werkzeugkopf 7 trägt, welcher vorzugsweise ein elektromagnetisches Spannfutter ist, dessen Rotationsachse 25 parallel zur Z-Achse liegt. Der dritte Schlitten 24 ist mit einem Spindeltrieb 26 verbunden (Fig. 2, 3, 4), so daß er sich entlang einer parallel zur Y-Achse verlaufenden Achse 27 bewegen kann, die in einer Ebene D liegt, welche die die Achse 10 enthaltende Ebene B unter Bildung eines rechtwinkligen Flächenwinkels schneidet. Genauer gesagt, verläuft die die Achse 17 enthaltende Ebene C innerhalb dieses Flächenwinkels und bildet außerdem mit der die Achse 27 enthaltenden Ebene D einen Winkel von ungefähr 45º.
Die Betätigungsvorrichtung 26 umfaßt eine Spindelmutter 28, die fest mit dem dritten Schlitten 24 verbunden ist; und eine Steuerspindel 29, die senkrecht zur Achse 25 und in der Nähe des Werkzeugkopfes 7 verläuft. Die Spindel 29 wird von einem Elektromotor 30 angetrieben, der mit dem dritten Schlitten 24 fest verbunden und zwischen dem Schlitten 24 und dem Bett 5 angeordnet (Fig. 3 und 4) und mit dem Steuersystem 14 gekoppelt ist. (Fig. 1).
Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, wird jede Gleitführung 9, 16 und 23 jeweils von beweglichen Abdeckeinrichtungen 31 geschützt, welche eine Verschmutzung der Gleitführungen durch Bearbeitungsspäne verhindert und außerdem auch eine Verschiebung der jeweiligen Schlitten 8, 15 und 24 mit hoher Geschwindigkeit zulassen.
Die Vorteile der Bearbeitungseinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus der vorstehenden Beschreibung.
Insbesondere stellt die den Werkzeugkopf 7 steuernde Einheit 6 aufgrund der Anordnung des zweiten Schlittens 15 eine außergewöhnlich kompakte, relativ leichte Struktur dar, welche zusätzlich zur Verbesserung der statischen Eigenschaften der Einheit 1 außerdem die dynamische Stabilität der Einheit 6 insgesamt verbessert, insbesondere wenn diese relativ zum Bett 5 mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Tatsächlich bietet die Anordnung und infolgedessen die Gewichtsverteilung der Schlitten 8, 15 und 24 der Einheit 6 die Möglichkeit, daß der Schwerpunkt G der Einheit 6 entscheidend näher an das Bett 5 und insbesondere an die Gleitführungen 9 des ersten Schlittens 8 verlegt wird. Da Trägheitskräfte bekanntermaßen am Schwerpunkt der sich bewegenden Struktur angreifen, ermöglicht es die obige Ausbildung, das trägheitsbedingte Drehmoment und infolgedessen die Belastung der Gleitführung des ersten Schlittens 8 zu verringern.
Außerdem werden die dynamischen Eigenschaften der Einheit 6 bei hohen Geschwindigkeiten des ersten Schlittens 8 dadurch weiter verbessert, daß die Antriebskraft des ersten Schlittens 8 entlang einer nahe dem Schwerpunkt G verlaufenden Linie ausgeübt wird.
Die Ausbildung der Einheit 1 sorgt dafür, daß alle Schlitten der Einheit 6 und der Werkzeugkopf 7 aus dem Arbeitsbereich heraus in einem einzigen Arbeitsvorgang zurückgefahren werden können, wodurch ein problemloser Zugang zum Werkstück 3, eine problemlose Wartung des Arbeitstisches 4 und ein problemtoser manueller Werkzeugwechsel durch Zurückfahren der Einheit 6 ermöglicht werden.
Schließlich ermöglicht die spezielle Anordnung der Spindel 29 eine Verstärkung des mit dem zweiten Schlitten 15 fest verbundenen Ständers 22.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die beschriebene und dargestellte Einheit 1 im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert und weitergebildet werden kann. Beispielsweise kann die Art der Bewegung der Schlitten 8, 15 und 24 in bezug auf die zugehörigen Führungsbahnen 9, 16 und 23 geändert werden; oder der Winkel der die Achse 17 enthaltenden Ebene C zu den Ebenen B und D kann verändert werden, wobei die Ebenen einen anderen Winkel als einen rechten Winkel einschließen können.

Claims

1. Spanabhebende Bearbeitungseinheit (1) mit einem Schlitten (8), der sich entlang einer ersten Achse (10) in einer ersten Ebene (B) bewegt; einem Schlitten (15), der sich in Bezug auf den sich entlang der ersten Achse (10) bewegenden Schlitten (8) entlang einer zweiten Achse (17) bewegt, die senkrecht zu der ersten Achse (10) verläuft und in einer zweiten Ebene (C) liegt; und einem weiteren Schlitten (24), der sich entlang einer dritten Achse (27) bewegt, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten und der zweiten Achse (10, 17) verläuft und in einer dritten Ebene (D) liegt, welche die erste Ebene (B) unter Bildung eines rechtwinkligen Flächenwinkels schneidet; wobei die zweite Ebene (C) innerhalb des rechtwinkligen Flächenwinkels verläuft und unter einen Winkel von ungefähr 45º zu der ersten oder der dritten Ebene (B, D) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der sich entlang der ersten Achse (10) bewegende Schlitten (8) von einer Antriebsvorrichtung (11) angetrieben wird, deren Kraft in Richtung einer Geraden ausgeübt wird, welche parallel und in vorgegebenem Abstand zu der ersten Ebene (B) verläuft, und zwar zumindest in der Nähe des Schwerpunktes (G) der Schlitten (8, 15, 24); wobei der Abstand der Geraden von dem Schwerpunkt (G) kleiner als der Abstand zwischen der Geraden selbst und der ersten Ebene (B) ist.

2. Bearbeitungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich entlang der dritten Achse (27) bewegende Schlitten (24) einen Werkzeugkopf (7) trägt und von einer Antriebsvorrichtung (26) angetrieben wird, deren Kraft in Richtung einer Geraden ausgeübt wird, die parallel zu der dritten Ebene (D) und in der Nähe des Werkzeugkopfes (7) verläuft.