DE69901301T2

DE69901301T2 - Kinematische parallelstruktur einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE69901301T2
Application number: DE69901301T
Authority: DE
Inventors: Claude Fioroni
Original assignee: Renault Automation Comau SA
Current assignee: Renault Automation Comau SA
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: AU3832599A; PT1082191E; WO1999061198A2; US20030129036A1; ES2174608T3; DE69901301D1; WO1999061198A3; FR2779080B1; JP2002516186A; EP1082191B1; US6835033B2; EP1082191A2; FR2779080A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und insbesondere Ausgestaltungen, welche es ermöglichen, ein Werkzeug unter optimalen Bedingungen zu verschieben für die herkömmlichen Bearbeitungsvorgänge, wie:
- Lochen
- Senken
- Gewindeschneiden
- Bohren.

Beschreibung des Standes der Technik

Zur Durchführung dieser Bearbeitungsvorgänge werden üblicherweise Werkzeugmaschinen eingesetzt, die ein Drehteil aufweisen, z. B. eine mit einem Werkzeug versehene Spindel, die sowohl eine Verschiebung des Werkzeugs ermöglichen bezüglich eines zu bearbeitenden Werkteils, sodass dieses in die Bearbeitungsstellung überführt wird, als auch eine Bearbeitungsbewegung des Werkzeugs um den Bearbeitungsvorgang durchzuführen.
Wenn für das zu bearbeitende Werkstück mehrere Bearbeitungsschritte erforderlich sind und zur Optimierung der Taktfolge eines derartigen Werkstücks wird üblicherweise eine Spezialmaschine eingesetzt, die mehrere parallel angeordnete und entsprechend positionierte, jeweils mit einem Werkzeug versehene Spindeln aufweist und die letzteren eine Bearbeitungsbewegung in Richtung Werkstück ermöglicht um dieses entsprechend zu bearbeiten. Diese Spezialmaschinen sind nach einem Konzept aufgebaut, das unter der Bezeichnung "Konzept des Multispindelkopfes" bekannt ist, der in Transfermaschinen eingesetzt wird, die auf dem Gebiet der Grossserienherstellung weit verbreitet sind, insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken für Kraftfahrzeuge.
Um den Anforderungen an eine Optimierung des Arbeitstaktes für die zu bearbeitenden Werkstücke zu entsprechen, haben die Entwickler von Werkzeugmaschinen diese Maschinen spezialisiert, was sich bisher als die beste Lösung hinsichtlich Schnelligkeit der Bearbeitung herausgestellt hat. Um jegliche Stillstandszeiten zu vermeiden und insbesondere diejenigen, die für einen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs erforderlich sind, sind die Kinematiken der Werkzeugmaschinen derart ausgelegt, dass sie nur eine Bearbeitungsbewegung durchführen und nur einen Multispindelkopf aufweisen, sodass sie nur einen Bearbeitungsvorgang durchführen. Diese Spezialisierung, die jegliche Kinematik oder jegliches mechanisches Modul vermeidet zur Durchführung anderer Bewegungen oder Werkzeugwechsel und damit die Bearbeitungsgeschwindigkeit und demzufolge den Wirkungsgrad der Maschine erhöht, weist jedoch noch den Nachteil auf, nicht für einen anderen Bearbeitungsvorgang umgerüstet werden zu können, was insbesondere erforderlich ist, wenn das Endprodukt, das das bearbeitete Werkstück enthält, welches mit den Bearbeitungsschritten einer derartigen Werkzeugmaschine hergestellt worden ist, aufgegeben wird und nicht mehr auf dem vorgesehenen Markt angeboten oder überflüssig wird
Die Lebensdauer vieler Produkte, insbesondere derjenigen für Kraftfahrzeuge, verringert sich ständig, sodass die Aufstellung einer vollständigen Transfermaschine, die nur zur Bearbeitung eines einzigen Teiles vorgesehen wird, eine zu hohe Investition darstellt, wenn das es enthaltende Produkt schnell aufgegeben wird
Die Entwicklungen der letzten Zeit hinsichtlich einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung unter Verwendung einer logisch aufgebauten Struktur zur Positionierung mit Parallelarchitektur ermöglichen es, eine Bearbeitung mit einem Monospindelkopf und damit mit einem Monowerkzeug anzustreben, mit Zeiten, die vergleichbar sind denjenigen eines Multispindelkopfes.
Die hauptsächliche Besonderheit einer Parallelstruktur liegt in der Tatsache, dass die Durchführung einer Bewegung des beweglichen Bauteils entlang einer Achse nicht eine Bewegung von Betätigungsteilen und kinematischen Anordnungen erfordert, die für die Bewegungen des Bauteils entlang anderer Achsen erforderlich sind, wodurch die oben erwähnten Bearbeitungszeiten erzielt werden. Die Parallelstruktur verwendet dazu eine Kinematik, die die Positionierung und die Verschiebung eines beweglichen Bauteils gewährleistet und die wenigstens ein feststehendes Teil, wenigstens ein bewegliches Bauteil und wenigstens drei Betätigungsteile aufweist, deren jedes einen feststehenden Abschnitt und einen bewegliche Abschnitt aufweist, wobei der feststehende Abschnitt eines jeden Betätigungsteils mit dem feststehenden Teil verbunden ist und der bewegliche Abschnitt eines jeden Betätigungsteils fest mit dem beweglichen Bauteil verbunden ist mittels eines Verbindungsteils.
Die Anmelderin hat festgestellt, dass die Verwirklichung einer logischen Struktur mit Parallelarchitektur im Hinblick auf den Einsatz einer konkreten Anwendung in der Industrie oder in einer Bearbeitungskette zu zahlreichen Schwierigkeiten führt, welche die Entwickler von Werkzeugmaschinen dazu gebracht haben, das Stadium des Prototyps nicht zu verlassen oder zweifelhafte Kompromisse einzugehen bei der Wahl der erforderlichen Technologien, wobei diese Kompromisse die theoretisch möglichen Kapazitäten einer Werkzeugmaschine mit Parallelstruktur einschränken.
Ein Nachteil einer derartigen Struktur ist in der Vervielfachung der Gelenkanordnungen zu sehen, wobei eine der Folgen darin besteht, dass die am Ende der Positionierarme befestigte Spindel einen nur schwer beherrschbaren erheblichen Hebelarm darstellt bezüglich der Basis der Positionierarme. Die Lösung dieses durch den Hebelarm hervorgerufenen Problems hat bisher darin bestanden, die Spindelachse und damit das Werkzeug senkrecht anzuordnen, damit der Einfluss der Schwerkraft auf den Werkzeugkopf von den Betätigungseinrichtungen für die Positionierarme aufgenommen wird.
Ein anderer Nachteil der Werkzeugmaschinen mit Parallelstruktur ist darin zu sehen, dass sie mit vollständiger Flexibilität geplant wurden, d. h. mit einer Spindel, die gemäss sechs Freiheitsgraden ausrichtbar sein sollte sowie die Möglichkeit bieten sollte, das Werkzeug zu wechseln. Diese Vielzahl von Funktionen einer Werkzeugmaschine verlangsamt die Bearbeitungskapazität bei gleichzeitiger Vervielfältigung der Stillstandszeiten.
Die Veröffentlichung EP-A-1 075 348, die zum Stand der Technik gemäss Artikel 54(3) EPÜ gehört, stellt den nächstliegenden Stand der Technik dar.
Ein Beispiel einer Verwirklichung einer Parallelstruktur auf dem Gebiet der Bearbeitung ist in der Veröffentlichung EP 0 791 438 beschrieben. Diese Veröffentlichung beschreibt eine Möglichkeit der Herstellung einer Werkzeugmaschine mit einer waagrecht angeordneten Hülse für das Werkzeug. Diese Ausgestaltung verwendet einen der oben genannten Kompromisse, da die Bewegung entlang der Hülsenachse nicht mittels der Parallelstruktur ausgeführt wird sondern durch einen unabhängigen Antrieb der einer Manschette für die Werkzeughülse zugeordnet ist, die mit der Parallelstruktur verbunden ist. Das heisst, dass bei dieser möglichen Ausgestaltung die Parallelstruktur die Bewegung der Manschette in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse der Hülse ermöglicht und dass die Manschette für die Werkzeughülse die Translationsbewegung der Hülse entlang der senkrechten Achse in dieser vertikalen Ebene durchführt. Diese besondere Ausgestaltung ist durch die oben erwähnten Schwierigkeiten bedingt, die Steuerung und die eigentliche Bewegung einer Werkzeugträgerhülse zu realisieren, die einer Parallelstruktur zugeordnet ist, welche eine Vielzahl von Gelenkanordnungen aufweist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Ausgehend von diesem Zustand hat die Anmelderin Untersuchungen durchgeführt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Parallelstruktur der Art, bei der jedes der Verbindungsteile einerseits gelenkig mit dem beweglichen Abschnitt des Betätigungsteils verbunden ist und andererseits gelenkig mit dem beweglichen Bauteil verbunden ist und von der Art, bei der der Aufbau derart ausgestaltet ist, dass die Neigung und die räumliche Orientierung des beweglichen Bauteils unverändert bleiben unabhängig von den Bewegungen der beweglichen Abschnitte der Betätigungsteile, sodass ein verformbares Parallelogramm entsteht, bei dem das bewegliche Bauteil aus einem Hülsenträger für eine Werkzeugspindel besteht und die Parallelstruktur derart angeordnet ist, dass die Achse der Spindel horizontal ausgerichtet ist.
Diese Untersuchungen haben zu einer neuen und erfinderischen Verwirklichung einer Parallelstruktur geführt, die alle Vorteile einer Parallelstruktur beibehält unter gleichzeitiger optimaler Anpassung an eine besondere Anwendung auf dem Gebiet der Bearbeitung.
Gemäss einer wesentlichen Besonderheit der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verwirklichung einer Parallelstruktur dadurch ausgezeichnet, dass sie eine Ausgleichsanordnung aufweist, bestehend aus einem Modul zur Führung des Hülsenträgers entlang einer horizontalen Achse das einem Modul zur Stützung zugeordnet ist, bestehend aus einem Druckzylinder, der unter Ermöglichung einer Verschiebung des Moduls zur Führung entlang einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse der Spindel und geradliniger Bewegungen des Hülsenträgers entlang der Achsen X, Y und Z die Anordnung aus Hülsenträger, Spindel und Werkzeug derart trägt, dass das Gewicht der letzteren nicht auf die Parallelstruktur übertragen wird.
Die Begrenzung der Bewegungen der Parallelstruktur gemäss der Erfindung ist gewollt um die Anzahl der zu beherrschenden Parameter zu beschränken im Hinblick auf die von der Anmelderin getroffene Auswahl, die diese kinematische Struktur nur für bestimmte Anwendungen einsetzen will, für die sie besonders geeignet ist.
Diese Ausrichtung ist besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht, die gleichen Bearbeitungen durchzuführen wie diejenigen spezieller Werkzeugmaschinen in Transfermaschinen sodass die Integration einer Werkzeugmaschine mit einer derartigen Struktur in eine herkömmliche Bearbeitungskette erleichtert wird.
Diese Ausrichtung ist neu und entgegengesetzt zu allen Konzepten für Werkzeugmaschinen mit Parallelstruktur da die Werkzeugmaschine mit einer derartigen Struktur auf geradlinige Bearbeitungen beschränkt ist. Diese neue und besonders vorteilhafte Ausrichtung der logischen Struktur der erfindungsgemässen Vorrichtung, welche die geradlinigen Bewegungen eines beweglichen Bauteils mit horizontaler Achse gewährleistet, erfordert spezielle Anordnungen zur Verwirklichung, darunter eine Ausgleichsanordnung.
Im Gegensatz zu der als Stand der Technik genannten Veröffentlichung ermöglicht diese Vorrichtung es der Parallelstruktur, geradlinige Bewegungen der Hülse entlang der drei Bewegungsachsen auszuführen. Damit erlaubt die erfindungsgemässe Vorrichtung die Ausübung aller Möglichkeiten einer Parallelstruktur im Rahmen geradliniger Bewegungen.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Werkzeugmaschine, die eine erfindungsgemässe Vorrichtung aufweist.
Ausgehend von den oben in ihrer grundsätzlichen Form beschriebenen Konzepten der Erfindung werden weitere Einzelheiten und Merkmale deutlich im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung eines nicht begrenzenden Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Verwirklichung einer logischen Struktur mit Parallelarchitektur, zusammen mit der beigefügten Zeichnung.

Kurze Erläuterung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt schematisch den dreidimensionalen Aufbau eines erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verwirklichung einer logischen Struktur,
Fig. 2 zeigt schematisch und perspektivisch eine Einzelheit der Betätigungsteile für die Bewegung und
Fig. 3 schematisch und perspektivisch eine Ansicht des Gestells für die Werkzeugmaschine mit der Anordnung der in Fig. 2 dargestellten Betätigungsteile.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Wie Fig. 1 erkennen lässt, ist die in ihrer Gesamtheit mit S bezeichnete Parallelstruktur von der Art, welche die Positionierung und die Verschiebung eines beweglichen Bauteils 100 ermöglicht und weist wenigstens ein feststehendes Teil auf, wenigstens ein bewegliches Bauteil 100 und wenigstens drei Betätigungsteile 200, deren jedes einen feststehenden Abschnitt 210 und einen beweglichen Abschnitt 220 aufweist, wobei der feststehende Abschnitt (210) eines jeden Betätigungsteils 200 fest mit dem feststehenden Teil verbunden ist und der bewegliche Abschnitt 220 eines jeden Betätigungsteils 200 fest mit dem beweglichen Bauteil 100 verbunden ist mittels eines Verbindungsteils 300, das hier aus einem Paar von Armen 310, 320 besteht. Jedes Verbindungsteil 300 ist einerseits gelenkig mit dem beweglichen Abschnitt 220 des Betätigungsteils 200 verbunden und andererseits gelenkig mit dem beweglichen Bauteil 100.
Der Gesamtaufbau der Parallelstruktur ist dabei derart ausgelegt, dass die Neigung und die räumliche Ausrichtung des beweglichen Bauteils 100 unverändert bleiben d. h. unabhängig sind von den Bewegungen der beweglichen Abschnitte 220 der Betätigungsteile 200, sodass ein verformbares Parallelogramm gebildet wird, bei dem das bewegliche Bauteil 100 aus einem Hülsenträger 110 für eine Werkzeugspindel 111 besteht.
Gemäss einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist diese Parallelstruktur S derart angeordnet, dass die Achse der Spindel 111 horizontal verläuft.
Zur Ermöglichung einer horizontalen Stellung einer derartigen Gelenkstruktur weist die Vorrichtung, mit der dies verwirklicht wird, eine Ausgleichsanordnung M auf, die unter Ermöglichung geradliniger Bewegungen des Hülsenträgers 110 entlang der Achsen X, Y und Z die Anordnung aus Hülsenträger 110, Spindel 111 und Werkzeug derart trägt, dass das Gewicht der letzteren nicht auf die Parallelstruktur S übertragen wird.
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Ausgleichsanordnung M aus einem Modul 400 zur Führung des Hülsenträgers 110 entlang einer horizontalen Achse, das einem Modul 500 zur Stützung zugeordnet ist, das unter Ermöglichung der Verschiebung des Moduls 400 zur Führung entlang einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse der Spindel 111 dieses in dieser Ebene abstützt.
Nach dem dargestellten besonders sinnvollen Ausführungsbeispiel weist der Hülsenträger 110 eine zylindrische Aussenform auf, was zu einer besonders vorteilhaften Eigenschaft der erfindungsgemässen Vorrichtung führt, da das Modul 400 zur Führung hier aus einem Führungsring besteht, der die Funktion eines Gleitlagers für den Zylinder 110 entlang der horizontalen Achse Z gewährleistet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieses Gleitlager ein aerostatisches Lager.
Ein grosser Vorteil der Verwendung eines aerostatischen Lagers besteht darin, dass keine Reibungsverluste bei der von ihm durchgeführten Führung auftreten.
Ausserdem ist das Modul 400 zur Führung des Hülsenträgers fest mit einer Schutzwand 600 verbunden, die den Bearbeitungsbereich vom Antriebsbereich trennt, in dem die Parallelstruktur S angeordnet ist und die den Bewegungen des Moduls 400 zur Führung folgt in der vertikalen Ebene senkrecht zur Achse des Hülsenträgers 110.
Die Verwendung eines aerostatischen Lagers ist deshalb besonders vorteilhaft, da dieses nicht nur den Hülsenträger 400 führt sondern zugleich auch eine optimale Abdichtung zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem Antriebsbereich gewährleistet mittels des ihm eigenen Luftstroms an derjenigen Stelle, an der theoretisch die Abdichtung am geringsten ist.
Wie dargestellt besteht das Modul 500 zur Stützung des Moduls 400 zur Führung aus wenigstens einem Druckzylinder 510, wobei das Ende der Stange 511 gelenkig mit dem Modul 400 zur Führung verbunden ist, während das Gehäuse 512 in gelenkiger Weise mit einer Stelle verbunden ist, die bezüglich des Moduls 400 zur Führung feststeht, d. h. dem nicht dargestellten Gestell der Werkzeugmaschine. Da die Bewegungen des Moduls zur Führung geradlinig sind bestehen die Gelenke, die das Gehäuse 512 des Druckzylinders mit dem Gestell verbinden und das Ende der Stange 511 des Druckzylinders 510 mit dem Modul 400 zur Führung verbinden aus Schwenklagern, deren Achse hierbei parallel zur Achse der Spindel 111 ist. Die Zuordnung dieser beiden Schwenklager zur Translationsbewegung der Stange 511 des Druckzylinders 510 ermöglicht es dem Modul 500 zur Stützung den Ausgleich der Struktur zu gewährleisten indem es den Bewegungen des Moduls 400 zur Führung in der vertikalen Ebene senkrecht zur Achse der Spindel 110 folgt.
Gemäss einem bevorzugten jedoch nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel ist der Druckzylinder ein pneumatischer Druckzylinder.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Innere einer Werkzeugmaschine, die mit der Vorrichtung versehen ist, deren Besonderheiten oben beschrieben wurden. Diese Werkzeugmaschine, von der nur ein Innenteil dargestellt ist, weist eine Schutzwand 600 auf, die den Bearbeitungsbereich vom Antriebsbereich trennt und die dem Verlauf eines beweglichen Bauteils folgt, das hier aus dem Hülsenträger 110 besteht, der sie in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse des beweglichen Bauteils 110 durchsetzt, wobei das bewegliche Bauteil 110 durch ein aerostatisches Lager 400 geführt wird, das fest mit der Schutzwand 600 verbunden ist und dessen im Antriebsbereich angeordneter Abschnitt gelenkig mit dem Ende der Stange 511 des Druckzylinders 510 für den Gewichtsausgleich verbunden ist, dessen Gehäuse 512 gelenkig mit dem Gestell der nicht dargestellten Werkzeugmaschine verbunden ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Betätigungsteile, die die Bewegung der Enden der Positionierarme 310, 320 ermöglichen, mit denen sie verbunden sind, aus Linearmotoren, die an Führungsanordnungen angekoppelt sind, welche fest mit dem Gestell der Werkzeugmaschine verbunden sind. Es sei betont, dass die technische Ausgestaltung nicht begrenzend ist und dass beliebige Betätigungsteile verwendet werden können zur Durchführung von Bewegungen der die Parallelstruktur S bildenden Paare von Armen.
Gemäss einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel besteht jedes der beiden Betätigungsteile aus zwei Linearmotoren, für die von der Anmelderin im Zusammenhang mit dieser Antriebsausgestaltung eine besonders vorteilhafte Anordnung entwickelt wurde, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, bestehen die beiden Linearmotoren aus einem Primärblock 720 und aus einem Sekundärblock 710, wobei die Werkzeugmaschine das Merkmal aufweist, dass diese Motoren sich gegenüberliegend einem symmetrischen Balken 800 zugeordnet sind, dessen Querschnitt wenigstens einen ebenen Abschnitt 810 aufweist zur beidseitigen Aufnahme der Sekundärblöcke 710 der beiden Linearmotoren, wobei er wenigstens einem Hauptführungsteil genannten Führungsteil 211 zugeordnet ist für die auftretende Linearbewegung zwischen dem Primärblock 720 und dem Sekundärblock 710 der Linearmotoren.
Gemäss einem anderen besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind die Primärblöcke der Linearmotoren sich gegenüberliegend und im Abstand voneinander befestigt mittels eines Gehäuses, das mindesten ein Sekundärführungsteil 221 genanntes Führungsteil aufweist, das zusätzlich zum Hauptführungsteil 211 vorgesehen ist, wobei die Anordnung aus Balken 800, Sekundärblöcken 710 und Hauptführungsteil 211 in dieses Gehäuse dergestalt eingesetzt ist, dass die Primärblöcke 720 den ihnen zugeordneten Sekundärblöcken 710 gegenüberliegen und dass die Führung der Verschiebebewegung zwischen den verschiedenen Blöcken der Linearmotoren durch die Zuordnung der Hauptführungsteile 211 und der Sekundärführungsteile 221 gewährleistet ist.
Dieses Antriebskonzept mit Linearmotoren ist besonders innovativ, da es die Funktionen eines elektrischen linearen Druckzylinders hoher Geschwindigkeit erfüllt, wobei der bewegliche Abschnitt entweder der Balken 800 oder das die Primärblöcke 720 der Linearmotoren tragende Gehäuse sein kann.
Ausserdem ist gemäss dem dargestellten nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel das Gehäuse derart vorgeformt, dass es um die feste Anordnung aus Balken 800, den beiden Sekundärblöcken 710 der Linearmotoren und den beiden Hauptführungsteilen 211 und 212 herum angeordnet werden kann. Dadurch bildet das Gehäuse ein Führungs- und Antriebslager für den Balken 800, wobei der Balken das feststehende Teil eines linearen Druckzylinders bildet, dessen bewegliches Teil durch das Gehäuse gebildet wird.
Gemäss einem bevorzugten jedoch nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel ist das die Primärblöcke 720 tragende Gehäuse beweglich und bildet das bewegliche Teil 220 der Betätigungsteile 200 bezüglich des die Sekundärblöcke 710 tragenden Balkens 800, der fest mit dem Gestell der Werkzeugmaschine verbunden ist.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Tragbalkens 800 I - förmig, dessen vertikaler ebener Abschnitt zu beiden Seiten den Sekundärblock 710 der beiden Linearmotoren aufnimmt während die horizontalen ebenen Abschnitte der Hauptführungsteile genannten feststehenden Führungsteile 211 und 212 des beweglichen Teils 220 der Betätigungsteile 200 aufnehmen.
Der Einsatz eines symmetrischen Tragbalkens 800 mit einem ebenen Abschnitt 810 ermöglicht es, die Sekundärblöcke 710 der Linearmotoren derart anzuordnen, dass die Anziehungskräfte der letzteren ausgeglichen sind.
Natürlich weist der durch das Gehäuse gebildete bewegliche Abschnitt 220 eine Anordnung 222 zur Aufnahme der Enden der Armpaare auf. Dieser bewegliche Abschnitt ist daher besonders kompakt und weist ebenfalls eine symmetrische Struktur auf. Diese Symmetrie und diese Kompaktheit sind besonders vorteilhaft da einer der grössten Nachteile einer Parallelstruktur in ihrem erheblichen Raumbedarf für die Bewegungen der Bewegungsarme oder Verbindungsteile 300 samt deren Antrieb zu sehen ist. Die Symmetrie ermöglicht zusätzlich eine Verringerung der Anzahl der verschiedenen Bauteile, die für den Aufbau des Betätigungsteils 200 notwendig sind.
Gemäss einem anderen technisch besonders geeigneten Merkmal ist das Gehäuse für die Primärblöcke 720 der Linearmotoren, das den beweglichen Abschnitt 220 der Betätigungsteile 200 darstellt, einem Messwandler für die Linearposition zugeordnet, dessen beweglicher Abschnitt dem beweglichen Abschnitt 220 der Betätigungsteile 200 und dessen feststehender Abschnitt dem Tragbalken 800 zugeordnet sind. Es ist vorstellbar dass das in Fig. 2 dargestellte Antriebsmodul im Rahmen des Antriebs für eine Parallelstruktur ein selbständiges Bauteil ist in Form einer numerisierten Achse als Bauteil, das für beliebige Anwendungen im Zusammenhang mit einem Antrieb für eine Translation einsetzbar ist.
Wie Fig. 3 erkennen lässt weist das Chassis des Gestells der Werkzeugmaschine, dessen Gesamtheit mit C bezeichnet ist, im wesentlichen die Aussenform eines gleichseitigen Dreiecks auf, in dessen Winkeln die Tragbalken 800 der beweglichen Abschnitte 220 der Betätigungsteile 200 angeordnet sind. Diese Dreieckstruktur ist besonders vorteilhaft, da sie die Kompaktheit der Werkzeugmaschine optimiert.
Gemäss einem weiteren besonders sinnvollen Ausführungsbeispiel im Hinblick auf den bestmöglichen Einsatz einer mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgerüsteten Werkzeugmaschine sind die Bewegungen der logischen Struktur S derart, dass das bewegliche Bauteil 110 den geradlinigen Positionierbewegungen für das Werkzeug und einer geradlinigen Bearbeitungsbewegung parallel zur horizontalen Achse des beweglichen Bauteils 100 folgt, sodass das Werkzeug in der Lage ist, die Bearbeitungsschritte des Lochens, Senkens, Gewindeschneidens und Bohrens auszuführen.
Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft da es in optimaler Weise die Kapazitäten einer Werkzeugmaschine, die eine logische Struktur mit Parallelarchitektur aufweist, welche gemäss der Erfindung ausgestaltet ist, mit der Anwendung einer Transfermaschine vereinigt. Eine derartige Werkzeugmaschine mit begrenzten Bewegungen weist eine höhere Leistungsfähigkeit auf hinsichtlich der Verschiebegeschwindigkeit als eine Multispindelkopf-Werkzeugmaschine für eine vollständige Bearbeitung, sodass äquivalente Bearbeitungszeiten für dieselbe Phase erreicht werden, jedoch ein Werkzeugwechsel sowie ein Wechsel der Positionierung des Werkzeugs ermöglicht wird und damit eine Umwandlung der mit der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine versehenen Transfermaschine.
Diese Werkzeugmaschine lässt sich also in Hochgeschwindigkeitsmaschinen integrieren wie zum Beispiel Transfermaschinen für Teile oder auch Universalbearbeitungsmaschinen für das Lochen, Senken, Gewindeschneiden und Bohren oder aber beliebige andere Anwendungen.
Es sei betont dass die oben beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur Verwirklichung einer Parallelstruktur im Sinne einer nicht begrenzenden, auslegungsfähigen Offenbarung erfolgte.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwirklichung einer Parallelstruktur (S) von der Art welche die Positionierung und die Verschiebung eines beweglichen Bauteils (100) gewährleistet, mit wenigstens einem feststehenden Teil, mit wenigstens einem beweglichen Bauteil (100) und mit wenigstens drei Betätigungsteilen (200), deren jedes einen feststehenden Abschnitt (210) und einen beweglichen Abschnitt (220) aufweist, wobei der feststehende Abschnitt (210) eines jeden Betätigungsteils (200) fest mit dem feststehenden Teil verbunden ist und der bewegliche Abschnitt (220) eines jeden Betätigungsteils (200) fest mit dem beweglichen Bauteil (100) verbunden ist mittels eines Verbindungsteils (300), wobei jedes Verbindungsteil (300) einerseits gelenkig am beweglichen Abschnitt (220) des Betätigungsteils (200) und andererseits gelenkig am beweglichen Bauteil (100) befestigt ist und von der Art bei der der Aufbau derart ausgestaltet ist, dass die Neigung und die räumliche Orientierung des beweglichen Bauteils (100) unabhängig von den Bewegungen der beweglichen Abschnitte (220) der Betätigungsteile (200) beibehalten werden, sodass ein verformbares Parallelogramm gebildet wird, wobei das bewegliche Bauteil (100) aus einem Hülsenträger (110) einer Werkzeugspindel (111) besteht und wobei die Parallelstruktur (S) derart angeordnet ist, dass die Achse der Spindel (111) horizontal verläuft wobei die Vorrichtung eine Ausgleichsanordnung (M) aufweist, bestehend aus einem Modul (400) zur Führung des Hülsenträgers (110) entlang einer horizontalen Achse das einem Modul (500) zur Stützung zugeordnet ist, bestehend aus einem Druckzylinder (510), der unter Ermöglichung einer Verschiebung des Moduls (400) zur Führung entlang einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse der Spindel (111) und geradliniger Bewegungen des Hülsenträgers (110) entlang der Achsen X, Y und Z die Anordnung aus Hülsenträger (110), Spindel (111) und Werkzeug derart trägt, dass das Gewicht der letzteren nicht auf die Parallelstruktur (S) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Hülsenträger (110) eine zylindrische Aussenform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (400) zur Führung aus einem Führungsring besteht, der die Funktion eines Gleitlagers für den Zylinder (110) gewährleistet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (400) zur Führung des Hülsenträgers (110) fest mit einer Schutzwand (600) verbunden ist, die den Bearbeitungsbereich vom Antriebsbereich trennt, in dem die Parallelstruktur angeordnet ist und die den Bewegungen des Moduls (400) zur Führung folgt in der vertikalen Ebene senkrecht zur Achse des Hülsenträgers (110).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (500) zur Stützung des Moduls (400) zur Führung aus wenigstens einem Druckzylinder (510) besteht, wobei das Ende der Stange (511) in gelenkiger Weise dem Modul (400) zur Führung zugeordnet ist und dessen Gehäuse (512) in gelenkiger Weise einer Stelle zugeordnet ist, die bezüglich des Moduls (400) zur Führung feststeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (400), das das Modul zur Führung bildet, ein aerostatisches Lager ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckzylinder (510) pneumatisch ist.

7. Werkzeugmaschine mit der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schutzwand (600) aufweist, die den Bearbeitungsbereich vom Antriebsbereich trennt und dabei den Bewegungen eines horizontalen beweglichen Bauteils (100) folgt welches sie in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Achse des beweglichen Bauteils (100) durchsetzt, wobei das bewegliche Bauteil (100) durch ein aerostatisches Lager (400) geführt wird, das fest mit der Schutzwand (600) verbunden ist und dessen im Antriebsbereich angeordneter Abschnitt gelenkig mit dem Ende der Stange (511) eines Ausgleichsdruckzylinders (510) verbunden ist, dessen Gehäuse (512) gelenkig mit dem Gestell der Werkzeugmaschine verbunden ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsteile, die die Bewegung der Enden der mit ihnen verbundenen Positionierarme (310, 320) gewährleisten, Linearmotoren sind, die an Führungsanordnungen angekoppelt sind, welche fest mit dem Gestell der Werkzeugmaschine verbunden sind.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, bei der die Linearmotoren aus einem Primärblock (720) und einem Sekundärblock (710) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Motoren einem ihnen gegenüberliegenden symmetrischen Balken (800) zugeordnet sind, dessen Querschnitt wenigstens einen ebenen Abschnitt (810) aufweist zur beidseitigen Aufnahme der Sekundärblöcke (710) der beiden Linearmotoren und der wenigstens einem Hauptführungsteil (211) genannten Führungsteil zugeordnet ist zur Erzeugung einer Linearbewegung zwischen dem Primärblock (720) und dem Sekundärblock (710) der Linearmotoren.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärblöcke (720) der Linearmotoren sich gegenüberliegend und im Abstand voneinander angeordnet sind mittels eines Gehäuses, das wenigstens ein Sekundärführungsteil genanntes Führungsteil aufweist, das zusätzlich zum Hauptführungsteil (211) vorgesehen ist, wobei die Anordnung aus Balken (800), Sekundärblöcken (710) und Hauptführungselement (211) in dieses Gehäuse dergestalt eingesetzt ist, dass die Primärblöcke (720) den ihnen zugeordneten Sekundärblöcken (710) gegenüberliegen und dass die Führung der Verschiebebewegung zwischen den verschiedenen Blöcken der Linearmotoren durch die Zuordnung der Hauptführungsteile (211) und der Sekundärführungsteile gewährleistet ist.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Primärblöcke (720) tragende Gehäuse beweglich ist relativ zum die Sekundärblöcke (710) tragenden Balken (800), der feststeht und fest mit dem Gestell der Werkzeugmaschine verbunden ist.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau (C) des Gestells der Werkzeugmaschine in seiner Aussenform im wesentlichen die Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks aufweist, in dessen Winkeln die Tragbalken (800) der beweglichen Abschnitte (220) der Betätigungsteile (200) angeordnet sind.

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl zum Einsatz in einer Hochgeschwindigkeitsmaschine vom Typ Teilezufuhr als auch in einer Universalbearbeitungsmaschine zum Lochen, Senken, Gewindeschneiden und Bohren bestimmt und vollständig umrüstbar für andere Bearbeitungsvorgänge ist.