DE19806085B4

DE19806085B4 - Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE19806085B4
Application number: DE19806085A
Authority: DE
Inventors: Georg Hanrath; Gerald Stengele
Original assignee: Cross Hueller GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-02-14
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2018-02-15
Also published as: KR19990036640A; DE19806085A1; KR100472216B1; DE59803973D1

Abstract

Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken,
– mit einem einen Rahmen (1) aufweisenden Maschinengestell;
– mit nur zwei im Wesentlichen parallel zueinander an Rahmenwangen (2, 3) angeordneten, gestellfesten Führungen (18, 19);
– mit nur je einem in jeder Führung (18, 19) verstellbaren Schlitten (4, 5);
– mit je einem Antrieb für jeden Schlitten (4, 5), wobei die Antriebe unabhängig voneinander betätigbar sind;
– mit zwei Koppeln (8, 9),
– von denen nur je eine Koppel (8, 9) an jedem Schlitten (4, 5) mittels eines Gelenks (7) angeschlossen ist, und
– die im Bereich ihrer den Schlitten (4, 5) abgewandten Enden mittels eines gemeinsamen Gelenks (10) miteinander verbunden sind,
– wobei die Achsen der Gelenke (7, 10) parallel zueinander und orthogonal zu einer X-Y-Ebene ausgerichtet sind, und wobei die Koppeln (8, 9), betrachtet in der Projektion auf die X-Y-Ebene, zwischen den Führungen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken.

Aus dem Prospekt „Dyna-M" des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen, September 1997, ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der jede von zwei Koppeln über eine weitere Koppel mit einem Maschinengestell verbunden ist, sodass die insgesamt vier Koppeln in einer Projektion ein W bzw. M bilden. Die Antriebe sind als schwenkbar am Maschinengestell gelagerte Vorschubeinheiten ausgebildet, die schwenkbar am Werkzeugträger gelagert sind. Durch Verstellen einer oder beider Vorschubeinheiten kann der Werkzeugträger innerhalb einer in der X-Y-Ebene liegenden Arbeitsfläche verstellt werden. Durch Verstellung des auf dem Werkzeugträgers angeordneten Schlittens in Z-Richtung entsteht ein Arbeitsraum. Diese Werkzeugmaschine besitzt einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau. Sie benötigt auch verhältnismäßig viel Raum. Nachteilig ist auch, dass die Koppeln so angeordnet sind, dass sie bei in der X-Y-Ebene wirkenden und an dem auskragenden Z-Schlitten angreifenden Belastungen stets auf Torsion beansprucht sind. Das ist für die Koppeln ein sehr ungünstiger Lastfall, dem nur durch eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit entgegengewirkt werden kann.

Aus der US 4,962,676 ist eine Werkzeugmaschine im weitesten Sinne zur 2-achsigen Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Sie weist ein Gestell auf, das in Form eines Rahmens ausgebildet ist. Innerhalb des Rahmens sind zwei Führungsstangen angeordnet, auf denen Schlitten verschiebbar angeordnet sind, die jeweils mittels parallel zu den Führungen verlaufender Gewindespindeln antreibbar sind. An den Schlitten sind Koppeln angelenkt, wobei eine Koppel aus einem Arm besteht, während die andere Koppel zweiarmig ausgebildet ist. Die zweiarmige Koppel ist nach Art eines Parallelogrammlenkers ausgebildet, wobei an dessen die beiden langen Parallelogrammarme verbindenden kurzen Parallelogrammarm ein Werkzeug angebracht ist, bei dem es sich um ein Schweißgerät, einen Montageansatz, eine Maleinrichtung oder dergleichen handeln kann. Dieses Werkzeug wird außerhalb des Rahmens parallel zu sich in der durch die Führungen definierten X-Y-Ebene verschoben. Bedingt durch die vorgegebene Ausgestaltung des Werkzeuges greifen an diesem keine nennenswerten Kräfte an. Soweit überhaupt Kräfte angreifen, wirken diese in der X-Y-Ebene. Eine 3-achsige Bearbeitung von Werkstücken, bei der erhebliche Kräfte in Z-Richtung auftreten können, ist hiermit nicht möglich.

Aus der DE 197 01 830 A1 ist eine Vorrichtung zur Bewegung eines Körpers im Raum bekannt, die auch zum Bewegen eines Werkzeugträgers an einer Werkzeugmaschine einsetzbar ist. Hierbei sind Kinematiken vorhanden, die zueinander parallele Führungen aufweisen, auf denen jeweils zwei Schlitten angebracht sind, die mittels Linear-Antrieben unabhängig voneinander verfahrbar sind. An jedem Schlitten einer Führung ist ein Hebel mittels eines mindestens zweiachsigen Gelenks angebracht, wobei die beiden Hebel spitzwinklig zueinander in einem Punkt zusammengeführt sind und auch dort mittels eines mindestens zweiachsigen Gelenks miteinander verbunden sind. Drei derartige Hebelsysteme dienen zur räumlichen Führung eines Punktes, beispielsweise eines Werkzeugträgers. Anstelle der jeweils an zwei Schlitten auf einer Führung angelenkten Hebel können auch Scherenkinematiken eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die sich durch einfachen und kompakten Aufbau sowie durch große Steifigkeit des Koppelsystems auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Koppeln und die beiden Schlitten mit ihren Führungen lassen sich auf verhältnismäßig kleinem Raum unterbringen, ohne dass dadurch die vom Werkzeugträger erreichbare Arbeitsfläche in der X-Y-Ebene eingeschränkt wird. Der konstruktive Aufbau ist einfach und übersichtlich. Hinzu kommt, dass beim Einsatz von nur zwei Koppeln auch die Steifigkeit des Koppelsystems erheblich verbessert wird. Die Arbeitsfläche wird in der X-Y-Ebene maximiert. Der Werkzeugträger verdreht sich bei der Verstellung der Koppeln zusammen mit seiner Koppel um die eigene Achse. Die Ausgestaltung ist außerordentlich robust und kann auch in Z-Richtung wirkende Kräfte aufnehmen. Die Zahl der Gelenke ist minimiert.

Im Übrigen können die Koppeln gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 unterschiedliche Längen besitzen. Insbesondere können die unterschiedlichen Längen der Koppeln derart eingerichtet sein, dass gemäß Anspruch 3 die Koppeln bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel im Bereich von 90° bilden. Dies trägt wesentlich zur Verstärkung des Koppelsystems bei. Es ist aber auch gemäß Anspruch 4 ein geringerer Winkel von z. B. 60° möglich.

Im Folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt
1 schematisch und teilweise das Maschinengestell einer Werkzeugmaschine mit einem darin angeordneten Koppelsystem und
2 bis 4 andere Funktionsstellungen des Gegenstandes nach 1.
Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine dient zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken. Sie besitzt ein Maschinengestell, von dem nur ein Rahmen 1 dargestellt ist, dessen in einer X-Y-Ebene liegende Rahmenwangen 2, 3 einander gegenüberliegende und zueinander parallele Führungen 18, 19 für daran verschiebbare Schlitten 4, 5 aufweisen. Jeder Schlitten 4 bzw. 5 weist einen nicht dargestellten Antrieb auf, mit dem der Schlitten 4. bzw. 5 in Richtung des Doppelpfeils 6 längs seiner Führung verstellbar ist. Die Antriebe sind unabhängig voneinander betätigbar.
Jeder Schlitten 4 bzw. 5 trägt ein Gelenk 7 für eine daran gelagerte Koppel 8 bzw. 9. Die beiden Koppeln 8 bzw. 9 sind im Bereich ihrer schlittenabgewandten Enden über ein weiteres Gelenk 10 miteinander verbunden. Die Achsen der Gelenke 7, 10 sind parallel zueinander und im Wesentlichen orthogonal zu der von den Rahmenwangen 2, 3 bzw. den daran angeordneten Führungen definierten X-Y-Ebene ausgerichtet.
Im Bereich des schlittenabgewandten Endes der Koppel 9 ist auf der dem Gelenk 10 abgewandten Seite der Koppel 9 ein Werkzeugträger 11 befestigt. Der Werkzeugträger 11 weist einen Schlitten 12 auf, der orthogonal zur X-Y-Ebene, also in Z-Richtung mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebs verstellbar ist. Der Schlitten trägt ein nicht dargestelltes Werkzeug.
Die Koppeln 8, 9 weisen unterschiedliche Längen auf, wobei die Längen der Koppeln 8, 9 derart eingerichtet sind, dass die Koppeln 8, 9 bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel bilden, der im Bereich von 90° liegt.
Aus einem Vergleich der 1 bis 4 entnimmt man, dass der Werkzeugträger 11 durch unabhängige Verstellung der Schlitten 4, 5 innerhalb einer in den Figuren wiedergegebenen Arbeitsfläche 13 in der X-Y-Ebene verstellt werden kann. Durch Verstellung des Schlittens 12 in Z-Richtung ergibt sich ein entsprechender Arbeitsraum.

1: Rahmen
2: Rahmenwange
3: Rahmenwange
4: Schlitten
5: Schlitten
6: Doppelpfeil
7: Gelenk
8: Koppel
9: Koppel
10: Gelenk
11: Werkzeugträger
12: Schlitten
13: Arbeitsfläche
18: Führung
19: Führung

Claims

Werkzeugmaschine zur 3-achsigen Bearbeitung von Werkstücken, – mit einem einen Rahmen (1) aufweisenden Maschinengestell; – mit nur zwei im Wesentlichen parallel zueinander an Rahmenwangen (2, 3) angeordneten, gestellfesten Führungen (18, 19); – mit nur je einem in jeder Führung (18, 19) verstellbaren Schlitten (4, 5); – mit je einem Antrieb für jeden Schlitten (4, 5), wobei die Antriebe unabhängig voneinander betätigbar sind; – mit zwei Koppeln (8, 9), – von denen nur je eine Koppel (8, 9) an jedem Schlitten (4, 5) mittels eines Gelenks (7) angeschlossen ist, und – die im Bereich ihrer den Schlitten (4, 5) abgewandten Enden mittels eines gemeinsamen Gelenks (10) miteinander verbunden sind, – wobei die Achsen der Gelenke (7, 10) parallel zueinander und orthogonal zu einer X-Y-Ebene ausgerichtet sind, und wobei die Koppeln (8, 9), betrachtet in der Projektion auf die X-Y-Ebene, zwischen den Führungen (18, 19) liegen, und – mit einem Werkzeugträger (11), – der an einer Koppel (9) im Bereich ihres dem Schlitten (5) abgewandten Endes befestigt ist und – der innerhalb einer Arbeitsfläche (13) in der X-Y-Ebene innerhalb des Rahmens (1) verstellbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeln (8, 9) unterschiedliche Länge besitzen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeln (8, 9) bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel im Bereich von 90° bilden.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeln (8, 9) bei allen Betriebsstellungen zwischen sich einen Winkel im Bereich von 60° bilden.