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Dokumentenidentifikation DE102004058891B4 22.02.2007
Titel Präzisionswerkzeugmaschine mit zwei Arbeitsspindeln
Anmelder TFD Teilefertigung Dresden GmbH, 01239 Dresden, DE
Erfinder Franzki, Michael, 78166 Donaueschingen, DE
DE-Anmeldedatum 30.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004058891
Offenlegungstag 01.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse B23Q 39/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand aus.

Bekannter Stand der Technik bei spanenden Werkzeugmaschinen ist die Ausstattung mit zwei und mehr Arbeitsspindeln, um durch gleichzeitige Mehrteile-Bearbeitung produktiver fertigen zu können.

Bohrmaschinen und Bohr-Fräs-Bearbeitungszentren sind mit vertikal oder horizontal gerichteten, parallel nebeneinander angeordneten Arbeitsspindeln und/oder mit parallelen Werkzeugführungen ausgebildet.

Beispielhaft ist in DE 102 35 873 A1 eine Mehrspindel-Werkzeugmaschine beschrieben, deren zwei Werkzeugspindeln entlang der X-Achse gemeinsam aber entlang einer Y-Achse nicht beweglich sind. Die aus DE 19948822 A1 bekannte, in Monoblockbauweise ausgebildete Zweispindel-Werkzeugmaschine, verfügt über in der Y-Achse einzeln getrennt bewegliche Werkzeugspindeln und durch den jeweiligen Maschinentisch konstant gleich groß bestimmte Arbeitsfelder.

Daneben verfügen insbesondere werkstückspezifisch strukturierte Sonderwerkzeugmaschinen über Spindelköpfe mit mehreren einschwenkbaren oder in räumlichen Winkelstellungen angeordneten Arbeitsspindeln.

Anderseits ist es üblich, Werkzeugmaschinen für die Finishbearbeitung mit nur einer genau geführten Arbeitsspindel auszustatten.

Beispielsweise sind Präzisionswerkzeugmaschinen wie Bohrwerke mit nur einer horizontal oder vertikal gerichtet angeordneten Arbeitsspindel ausgestattet.

Aus DE 19963863 A1 ist weiterhin eine spanende Werkzeugmaschine in Gantry-Bauweise mit zwei vertikalen Arbeitsspindeln bekannt. mit der Freiformflächen an Grundkörpern und an anderen Werkstücken des Form-, Gesenk-, Vorrichtungs- und Modellbaus auf einem Maschinentisch positioniert und gespannt sind.

Auf beiderseits des Maschinentisches angeordneten längsgerichteten Maschinenrahmen sind, hintereinander liegend und in X-Richtung verfahrbar, zwei Traversen angeordnet. Auf jeder der Traversen ist ein in Y-Richtung verfahrbarer Schlitten für je einen in Z-Richtung beweglichen Spindelstock mit aufgenommenen Werkzeug vorhanden.

In einem ersten Spindelstock ist eine Arbeitsspindel mit einem Werkzeug für eine grobspanende Werkstückvorbearbeitung, in einem zweiten Spindelstock ist eine Arbeitsspindel mit einem hochtourigen Werkzeug für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung des Werkstückes aufgenommen.

Kennzeichnend für diese Werkzeugmaschinenstruktur ist die Einzel- und Getrenntbeweglichkeit jedes Spindelstockes. Damit ist jeder der beiden Arbeitsspindeln eine Traverse für eine eigenständige von der anderen Traverse unabhängigen Tragebewegung des Werkzeuges über den Werkstücken auf dem Maschinentisch zugeordnet.

Nachteilig ist bei den beschriebenen Ausbildungen von spanenden Werkzeugmaschinen in Mehrspindelstruktur, dass die Erwartungen der Anwender an eine hohe wiederholbare Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität mehrerer spanend zu fertigender Werkstücke nur durch aufwändige Maschinenstrukturen entsprochen werden kann. Die Regel ist, jedem Spindelstock und damit jeder Arbeitsspindel einen gesonderten Querträger oder eine gesonderte bewegliche Traverse zuzuordnen. Diese Werkzeugmaschinen sind dann aber auch durch eine größere Anzahl von toleranzvergröbernden Schnitt- und Kontaktstellen der Stütz- und Lagerkomponenten zwischen Werkstückpositionierung und Werkzeuglagerung und -führung gekennzeichnet. Durch DE 199 48 822 A1 ist bekannt, das Maschinenbett dieser Werkzeugmaschinen durch drei Abstützpunkte in seiner Auflage zu bestimmen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Doppelspindel-Struktur an spanenden Präzisionswerkzeugmaschinen vorzuschlagen, um eine hochgenaue spanende Fertigung von Regel- und Freiformflächen an einem, an zwei Stück oder an einer mehrfachen Anzahl von zwei Stück beliebig kubischer metallischer Werkstücke, auch aus hochfestem Stahl bestehend, mit identischer Grundrissstruktur ausgebildet, fertigen zu können, wobei wahlweise eine Einspindelfertigung realisiert werden soll und unterschiedliche Längenausdehnungen der beiden Arbeitsspindeln ausgleichbar sein sollen.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Eine wahlweise anwendbare Doppel- und Einzelmaschinenstruktur wird durch zwei gemeinsam auf einem Querträger in X-Richtung beweglich nebeneinander angeordneten und positionierbaren Arbeitsspindeln, die gemeinsam zwei Z-Achsen bilden, gelöst. Diese Arbeitspindeln sind wahlweise

  • – gemeinsam gleichgerichtet und zueinander längs abgestimmt oder
  • – jede einzeln
längsbeweglich in Funktion.

Wenn die erste Arbeitsspindel allein im gesamten Arbeitsraum in Funktion ist, ist die zweite Arbeitsspindel in einer oberen Endstellung außerhalb des Arbeitsraumes außer Funktion geparkt.

Weitere Ausbildungen der Erfindungen sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die Höhenjustierbarkeit der Präzisionswerkzeugmaschine ist durch drei einstellbare Auflagen gewährleistet.

Die durch Antasten ermittelten Positions- und Messwerte sind mittels eines Informationsmoduls nach einem Informationstransfer in der Maschinensteuerung auswertbar.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in den Figuren vereinfacht dargestellt und im folgenden Teil der Beschreibung beispielhaft näher erläutert: Es zeigen

1 eine Ansicht der gemeinsamen gleichgerichteten Anwendung mit zwei Arbeitsspindeln

2 eine Ansicht der Einzelanwendung einer Arbeitsspindel

3 eine Draufsicht nach 1

Die Präzisionswerkzeugmaschine besteht aus den funktionswesentlichen Komponenten Maschinenbett 12 mit Maschinentisch 11, den sich in Y-Richtung gegenüberstehenden Maschinenständer 1 und Maschinenständer 2. Beide Maschinenständer sind über den Querträger 3 miteinander verbunden.

Am Querträger 3 ist ein Schlitten 4, in Y-Richtung beweglich, angeordnet. Auf dem Schlitten 4 sind nebeneinander die zwei Spindelstöcke 5 und 7, in denen die Arbeitsspindeln 6 und 8 gelagert sind, gehaltert.

Die beiden parallel zueinander und senkrecht gerichteten Arbeitsspindeln 6 und 8 bilden gemeinsam zwei Z-Achsen.

Insgesamt sind dabei nur wenige Schnitt- und Kontaktstellen bebildet.

In 1 ist die Anordnung der zwei Arbeitsspindeln 6 und 8 in Z-Achsen-Richtung gleich und in einer koordinierten Längenabstimmung der Höhenlage der Schneiden der Werkzeuge 17 zueinander über den zwei Werkstücken 15 und 16 dargestellt. In der Struktur einer Doppelmaschine werden durch die erste Arbeitsspindel 6 im ersten Arbeitsraum 9 das Werkstück 15 und durch die zweite Arbeitsspindel 8 im zweiten Arbeitsraum 10, der in Y-Richtung an den ersten Arbeitsraum 9 unmittelbar anschließt das Werkstück 16 mittels je einem Werkzeug 17, beispielsweise durch Fräsen, spanend bearbeitet.

In 2 ist die Höhenanordnung und die längsgerichtete Beweglichkeit der zwei Arbeitsspindeln 6 und 8 in Z-Achsen-Richtung funktionsabhängig unterschiedlich.

Das Werkzeug 17 der ersten Arbeitsspindel 6 ist in einer unteren Arbeitsstellung mit der spanenden Bearbeitung eines groß dimensionierten Werkstückes 15 befasst.

Dabei erreicht die erste Arbeitsspindel 6 den gesamten Arbeitsraum 9, der in seiner Längs- und Querausdehnung der Summe der Arbeitsräume 9 und 10 nach 1 entspricht.

Währenddessen befindet sich die zweite Arbeitsspindel 8 in einer oberen Z-Achsen-Position außerhalb des Arbeitsraumes 9. Sie ist zwischenzeitlich in dieser Stellung außer Funktion geparkt.

Vereinfacht dargestellt ist das am Maschinenständer 2 angeordnete Informationsmodul 14.

Die vom Werkstück 15 ermittelten Positions- und Messwerte und die Messwerte veränderter Werkzeuggeometrie sind, nach einem Informationstransfer. in der Maschinensteuerung auswertbar.

In 3 sind die insgesamt drei unter dem Maschinenbett 12 angeordneten einstellbaren Auflagen 13 als höhenjustierbare Dreipunktauflage für die Genauausrichtung der Präzisionswerkzeugmaschine dargestellt.

1
Maschinenständer
2
Maschinenständer
3
Querträger
4
Schlitten
5
erster Spindelstock
6
erste Arbeitsspindel
7
zweiter Spindelstock
8
zweite Arbeitsspindel
9
erster Arbeitsraum
10
zweiter Arbeitsraum
11
Maschinentisch
12
Maschinenbett
13
einstellbare Auflagen
14
Informationsmodul
15
Werkstück
16
Werkstück
17
Werkzeuge


Anspruch[de]
Präzisionswerkzeugmaschine mit zwei senkrecht gerichteten nebeneinander angeordneten, einzeln längsgerichtet beweglichen Arbeitsspindeln, als eine Doppelmaschine

in Zweiständerbauweise mit verbindenden Querträger höhenjustierbar strukturiert und für eine gleichzeitige spanende Bearbeitung von Regel- und Freiformflächen an ein, zwei oder mehr in ihrer Grundrisskontur identischen, kubischen, nebeneinander auf den Maschinentisch positionierten und gespannten metallischen Werkstücken ausgebildet,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zwei Spindelstöcke (5 und 7) für die Arbeitsspindeln (6 und 8) auf einem Schlitten (4) des Querträgers (3) in der Y-Achse gemeinsam beweglich und positionierbar, und für zwei aneinanderliegende Arbeitsräume (9 und 10) unabhängig voneinander steuerbar und agierend, angeordnet sind und während der spanenden Fertigung nur eines großdimensionierten Werkstückes (15) die erste Arbeitsspindel (6), den gesamten Arbeitsraum (9 und 10) über dem Maschinentisch (11) erreichend, angeordnet und die zweite Arbeitsspindel (8) zwischenzeitlich in einer oberen Z-Achsen-Position, außerhalb des Arbeitsraumes, außer Funktion geparkt ist.
Präzisionswerkzeugmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Maschinenbett (12) angeordnete einstellbare Auflagen (13) eine höhenjustierbare Dreipunktauflage bilden. Präzisionswerkzeugmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Messtastern von den Werkstücken (15 und 16) ermittelte Positions- und Messwerte und die Ermittlungsergebnisse veränderter Geometrie der Werkzeuge (17) mittels im Maschinenständer (2) angeordnetem Informationsmodul (14), nach Informationstransfer, in der Maschinensteuerung auswertbar sind.






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