【課題を解決するための手段】
【0016】
この課題は、請求項1の構成要件を有する、工作機械で工作物を好ましくは切削加工する方法によって解決される。
【0017】
モータで作動するスピンドルおよびこれに取り付けられた受容部を有する工作機械で工作物を好ましくは切削加工する本発明の方法は、さらに工作機械が、複数のアダプタが中に受容された搬送マガジンと、複数の工作物が中に受容された工作物備蓄部と、工具および/または工作物を受容するための加工テーブルとを有しており、事前設定された軌道に沿って搬送マガジンの中でアダプタが案内されることと、工具備蓄部に貯蔵されている工作物がそれぞれ1つのアダプタに供給されることと、工作物がアダプタによって保持されるようにそれぞれ1つの工作物がそれぞれ1つのアダプタと接合されることと、アダプタがこれにより保持される工作物とともに搬送マガジンの中で事前設定された軌道に沿って再搬送されることと、アダプタがこれによって保持される工作物とともにスピンドルで保持されるように、アダプタがこれによって保持される工作物とともに搬送マガジンからスピンドルへ引き渡されることと、スピンドルにある工作物が好ましくは加工テーブルの上で工具保持部材に保持される工具に対するスピンドルの移動と回転によって加工されることと、加工後に加工テーブルの上で保持される工具によって工作物がアダプタから解放されることと、工作物が加工テーブルの上の工作物保持部材に据え置かれること、または、工作物が次の加工のために後置されたステーションへ引き渡されることと、空のアダプタがスピンドルから搬送マガジンへ戻るように引き渡されることと、空のアダプタが事前設定された軌道に沿って搬送マガジンの中で再搬送されることとを有する。
【0018】
本発明による方法では、工作物は時間的にその加工の前にそのつどアダプタで受容される。このときそれぞれ1つのアダプタが1つの工作物を受容し、それにより引き続いて工作物とアダプタが固定的に結合される。工作物は、それがアダプタに受容された後、アダプタに対して相対的なその姿勢に関して規定されている。工作物とアダプタの間の結合は、アダプタに対する工作物の並進と回転の両方の自由度を制約する。
【0019】
工作物がアダプタに保持されれば、工作物の取扱いがただちに簡易化される。工作物の取扱いは、結合後にはアダプタを通じて行うことができる。工作物そのものをクランプしなくてよくなる。このように、工作物の取扱いがアダプタを通じて間接的に行われる。このような工作物の間接的な取扱いによって、工作物を容易に、かつ特に迅速にその姿勢に関して変更し、移動させることができる。このように、取扱いプロセスの簡易化が副時間の削減につながる。
【0020】
アダプタへの工作物の供給は、時間的に工作機械での工作物の加工の前に行われる。それに伴い、工作物とアダプタの接合は、工作物加工の副時間からも主時間からも分断される。したがって、この工作物取扱いのクリティカルなプロセスを、以後の各ステップに対して時間的にほぼ依存することなく行うことができる。工作物は繊細なジオメトリーや表面を有することがあるので、工作物の取扱いプロセスは特別な注意を払って行わなければならない。それに伴い、主時間中または副時間中の工作物の取扱いのような時間的にクリティカルなプロセスが、工作物の保全的な取扱いと相反する。
【0021】
このように、主時間および副時間から工作物の取扱いが時間的に分断されることで、たとえば工作物のすでに加工済みの領域の表面品質など、工作物の当初の性質を維持することができる。工作物の品質が、副時間の削減にもかかわらず確保されたままに保たれる。
【0022】
搬送マガジンの中での搬送が事前設定された軌道に沿って行われるので、アダプタへ工作物が引き渡された後、工作物に関する正確な位置情報と姿勢情報が常時存在する。工作物がその姿勢に関して未決定のまま支承されて受容されるべきであるケースで該当するように、高いコストをかけて引渡プロセスを制御しなくてよくなり、事前設定された正確な座標によって制御式に行うことができる。
【0023】
工作物はアダプタを介して、従来式の工作機械では工具を保持する、工作機械のモータで駆動されるスピンドルで受容される。加工テーブルの上で定置に保持される工具に対してスピンドルが移動することで、スピンドルで回転駆動される工作物を切削加工することができる。このとき工作物を初回の加工の後に引き続いて工作機械から、そのために設けられた受容装置へとアウトプットすることができる。あるいは別案として、工作物を次の加工のために工作機械の加工テーブルの上に据え置くこともできる。
【0024】
加工テーブルはそのために種々の保持装置とクランプ装置を有しており、それにより、加工テーブルの上で工具に加えて工作物も加工中に保持することができる。スピンドルから加工テーブルの上へ工作物が引き渡されることで、工作物の他の表面が、厳密にはアダプタによってそれ以前には覆われていた工具の表面が、加工のために露出する。それに伴い、工作物が初回の加工後にスピンドルから加工テーブルの上に据え置かれることによって、工作物を加工プロセスから取り出して新たにアライメントしてからあらためて加工プロセスに取り入れることなしに、以後の加工を実行することが直接的に可能である。このように加工プロセスのフレキシビリティが顕著に向上し、ブランクから最終的に製造される工作物までに必要な加工時間が時間的に有意に低減される。
【0025】
結果的に、搬送マガジンによる作業空間への工作物の供給、ならびにアダプタとの結合による工作物そのものの取扱いの分断は、工作機械のフレキシビリティを低下させることなく、副時間の短縮につながる。
【0026】
本発明による方法の1つの実施形態では、工作物保持部材と工具保持部材が加工テーブルの上で回転可能に構成されていてよく、さらに本方法は、工作物保持部材で保持される工作物または工具保持部材で保持される工具がスピンドルの回転と同時に、またはその代替として、工作物を加工するために回転することを有することができる。
【0027】
本発明による方法では、スピンドルに保持される工作物に加えて、加工テーブルの上で保持される工具も回転させることができる。このように、工作物をスピンドルで回転不能に保持し、そのようにして工具テーブルの上の回転する工具に対して移動させて、工作物をたとえば旋削加工またはフライス加工することが可能になるという利点がある。しかしながら、加工テーブルの上で工具を回転駆動するだけでなく、スピンドルに保持された工作物も並行してスピンドルによって回転させることが可能であるという利点もある。それによって可能な加工プロセスの数が大幅に増える。特に、工作物と工具を同時に互いに同じ向きの方向に回転させることができ、それによって工作物と工具の間の相対速度が低減される。あるいは反対向きの回転運動も可能であり、それによって工作物と工具の間の相対速度を増大させることができる。
【0028】
それに伴って加工の速度そのものを、すなわち主時間を短縮することができる。単位時間あたりにいっそう多くの材料を削ることができるからである。さらに工具または工作物の回転を、それぞれ他方の部材の回転の後にも行うことができる。それにより、ひいては個々の加工ステップの間の速度を、すなわち副時間を短縮することができる。再クランプ、位置決め、およびアライメントが不要になるからである。工作物をチャックでたとえば旋削加工、およびフライス加工することができる。
【0029】
本方法の別の実施形態では、スピンドルは、アダプタおよびこれに保持される工作物に代えて、工具を直接的に、または工具アダプタを介して受容することができるように構成されていてよく、工作機械は工具が直接的に、または工具アダプタの中で受容される第2のマガジンを有しており、アダプタから工作物が解放されて加工テーブルの上で工作物保持部材に工作物が据え置かれるステップの後に、工作物が工作物保持部材によって加工テーブルの上で保持され、スピンドルが搬送マガジンへと戻るように移動して、空になったアダプタをスピンドルから搬送マガジンへと引き渡してから、工具を第2のマガジンから、または加工テーブルの上の工具保持部材から、直接的に、または工具アダプタを用いたうえでスピンドルに受容する。
【0030】
このとき工作物を加工する方法は、さらに、スピンドルがこれに保持された工具とともに加工テーブルへと向かう方向へ、加工テーブルの上の工作物保持部材に保持されている工作物の工具による再加工のために移動することと、スピンドルにより直接または工具アダプタを介して保持される工具が工作物の再加工の後にスピンドルから第2のマガジンへ、または加工テーブルの上の工具保持部材へ戻るように据え置かれることと、加工テーブルの上で保持される工作物が工作物保持部材からの工作物の解除後に後置されたステーションへとアウトプットされることとを有する。
【0031】
工作物がアダプタを介して工作機械のスピンドルで保持されるので、スピンドルの受容部の構成が工作物ジオメトリーに依存しない。したがって、複雑なスピンドルを設ける必要がない。むしろスピンドルは簡単な仕方で、アダプタのほかに工具または工具アダプタも受容できるように構成されていてよく、このことはアダプタの相応の適合化によって、すでに従来から工作機械に含まれているスピンドルによって本発明の方法を実施することができる程度まで簡易化できるという利点がある。
【0032】
このような構成によって設備変更プロセスが不要となり、それによって副時間を短く保つことができ、それと同時にフレキシビリティを高く保つことができる。加工テーブルの上だけでなく第2のマガジンでも工具が追加的に準備されることで、工作物を加工するために利用できる工具の数を増やすことができる。このとき工具は搬送マガジンとは別個に設けられる第2のマガジンで、またはこれに加えてアダプタと工作物が準備される同じマガジンすなわち搬送マガジンでも、用意しておくことができる。
【0033】
工作物をスピンドルで工具によって加工テーブルの上で加工できるだけでなく、工作物そのものを加工テーブルの上に据え置くことができ、そこでスピンドルに受容された工具によって加工されることによって、加工プロセスのフレキシビリティが大幅に高くなる。一方では、それぞれ異なる工作物の側を異なる工作物クランプによって、加工テーブルとスピンドルで加工のためにアクセス可能にすることができる。さらに、そのつど回転する部材に依存して工作物と工具を移動させることで、工作物での加工をさまざまに異なる回転軸の間で迅速に変更することができる。
【0034】
スピンドルに受容することができる工具と工作物をそれぞれ加工テーブルの上に据え置くことができ、もしくはこれにより受容することができ、または搬送マガジンと第2のマガジンに据え置くことができ、もしくは受容することができるので、スピンドルの移動経路をさまざまに異なる基準に従って設定することができる。たとえば、スピンドルが工作物を加工テーブルの上に据え置いて、わずかな移動経路の後に工具を加工テーブルから受容して、いま据え置いたばかりの工作物をさらに加工することによって、移動経路を非常に短く抑えることができる。
【0035】
スピンドルができる限りまっすぐな区間を方向変化なしに進むべきときには、移動経路を最速の移動経路に準じて選択することもできる。工具を加工テーブルの上にも第2のマガジンにも据え置くことができるので、スピンドルの移動経路をさまざまに異なる基準に従って設計し、それに応じて最適化することができる。このとき第2のマガジンは搬送マガジンの一部として構成されていてよく、それは、搬送マガジン内のスペースの空き状況に応じて工作物または工具に割り当てられることによる。
【0036】
本方法の別の実施形態では、スピンドルは、アダプタおよびこれに保持される工作物に代えて工具を直接的に、または工具アダプタを介して受容できるように構成されていてよく、工作機械は工具が直接または工具アダプタに受容される第2のマガジンを有しており、加工テーブルの上にアダプタを受容するためのアダプタマガジンが構成される。
【0037】
アダプタから工作物が解放されて加工テーブルの上の工作物保持部材に工作物が据え置かれるステップの後、工作物は加工テーブルの上で工作物保持部材によって保持され、アダプタは加工テーブルの上のスピンドルによってアダプタマガジンの中へ据え置かれる。このとき工作物を加工する方法は、さらに、加工テーブルの上の工具保持部材から、または第2のマガジンから、工具が直接または工具アダプタを用いてスピンドルに受容されることと、スピンドルがこれに受容された工具とともに加工テーブルの上で工作物保持部材に保持されている工作物へと向かう方向に移動して工作物をさらに加工することと、工具が工作物の加工後にスピンドルから第2のマガジンへ、または加工テーブルの上の工具保持部材へ戻るように据え置かれることとを有することができる。
【0038】
上に説明した態様に準じて、この実施形態でも工作機械で可能な加工プロセスのフレキシビリティをいっそう向上させることができる。工作物を初回の加工後に加工テーブルの上に据え置くことができる。そのために工作物がアダプタからアウトプットされて、加工テーブルの上の工具保持部材に受容される。
【0039】
スピンドルに残されたアダプタを、引き続き、スピンドルの短い移動によって加工テーブルの上のアダプタマガジンに据え置くことができる。工具の性質と種類に応じて、アダプタとともに、またはアダプタなしで受容が可能であってよい。それにより、スピンドルに受容可能な工具の数を明らかに増やすことが可能である。スピンドル受容部と適合する工具だけでなく、アダプタによって初めてスピンドルに取付可能になる工具も、スピンドルによって受容することができるからである。
【0040】
本方法の別の実施形態では、工作物保持部材に保持された工作物が加工され、工具が据え置かれた後に、スピンドルがアダプタをアダプタマガジンから受容し、これを用いて、工具保持部材に保持されている工作物をあらためてスピンドルで受容して、スピンドルのあらためての移動と回転によって、および/または加工テーブルの上で工具保持部材に保持されている工具の回転によって工作物をさらに加工し、または工作物を後置されたステーションへとアウトプットする。
【0041】
上で説明したとおり、実行可能なさまざまな加工プロセスの幅広いバリエーション可能性により、工作機械の高いフレキシビリティが実現される。ここで説明した発展例により、さらに、さまざまに異なる加工ステップの順序が決められないまま保留される。アダプタマガジンが加工テーブルの上に構成されているので、スピンドルを搬送マガジンへ戻るように移動させることなく、アダプタを加工テーブルから直接的に取り出すことができ、短い移動の後に、いま受容したアダプタに工作物を工作物保持部材から取り出すことができる。それにより、移動経路が大幅に短縮されるばかりでなく、それに加えて、どのような加工順序でも可能になるので、加工方法が最高度のフレキシビリティを実現する。
【0042】
本方法の1つの発展例では、加工テーブルは工作物の加工中にスピンドルの回転軸に対して相対的な姿勢に関して調節することができる。
【0043】
この発展例では、加工のためにスピンドルに受容される工作物または工具と、加工テーブルの上で受容される工作物または工具との間の自由度が高くなる。加工テーブルの姿勢を変更することで、工作物と工具の間で形成される角度を可変的に調節可能である。加工テーブルの角度位置が工作物の加工中に変更されれば、それによってたとえば円形のプロフィルなど、さらに別の形状を製作することができる。あるいは加工テーブルの角度位置を、工作物と工具との係合の後または前に変更することもでき、その結果、工作物の加工され得る面が拡大される。
【0044】
本方法の別の実施形態では、加工テーブルの上に複数の異なる種類の工具を工作物の加工のために準備しておくことができ、本方法は、さらに、スピンドルがアダプタによって保持された工作物とともに第1の工具による工作物の初回の加工後に加工テーブルの上で工具保持部材によって保持されている第2の工具へと向かう方向に移動することと、アダプタによってスピンドルに保持されている工作物が加工テーブルの上で保持されている第2の工具によって再加工されることと、加工テーブルの上で保持されている別の工具へとスピンドルが工作物の再加工のために、または加工テーブルの上の工作物保持部材もしくは後置されたステーションに工作物を据え置くために移動することとを有することができる。
【0045】
この発展例では、工作物や工具の再クランプを必要とすることなく、工作物にそれぞれ異なる加工ステップを実行することが可能である。加工テーブルの上に、それぞれ個別に回転可能である複数の異なる種類の工具がクランプ固定されている。第1の工具から第2の工具へのスピンドルの単純な移動によって、工作物にそれぞれ異なる加工を施すことができる。たとえば幾何学的に規定された切れ刃を有する第1の工具によって材料を削り、幾何学的に規定されない切れ刃を有する第2の工具によって表面をラッピング加工することができる。
【0046】
本方法の別の実施形態では、加工テーブルは、それぞれ異なる種類の工具を工作物の加工のために保持することができる複数の領域を有することができ、この加工テーブルは、1つの領域で加工テーブルの上に保持されている工具を交換することができると同時に他の領域で工具保持部材に保持されている工具が、または工作物保持部材に保持されている工作物が、工作物の加工に関与し得るように変更可能である。
【0047】
工作物を加工する方法は、さらに、アダプタによってスピンドルに保持される工作物がスピンドルの移動および回転によって、ならびに/または工具保持部材で加工テーブルの第1の領域に保持されている工具の回転によって加工されることと、スピンドルが加工テーブルの1つの操作領域から工作物の初回の加工後に移動することと、第1の領域が加工位置から出るように移動するとともに第2の領域が加工位置へ入るように移動するように加工テーブルが調節され、それにより第2の領域で保持されている工具が工作物の加工のために準備されることと、加工テーブルの調節プロセスが完了した後にスピンドルが加工テーブルに向かって移動することと、アダプタによってスピンドルに保持されている工作物がスピンドルの移動および回転によって、ならびに/または工具保持部材で加工テーブルの第2の領域に保持されている工具の回転によって、再加工されることとを有することができる。
【0048】
本方法のこの発展例では、加工テーブルは、それぞれ工具を準備しておくことができる異なる領域を有する。このとき加工テーブルは、加工テーブルの異なる領域を加工位置へと移すことができるように調節可能である。ここでは加工位置は、加工テーブルの上で受容されている工具および/または工作物が工作物加工に関与し得る領域を定義する。
【0049】
ちょうどいま加工位置にあるのではない領域で受容されている工具は、その間に他の工具または同種類の工具と交換することができる。それにより、工作機械の可能な加工プロセスのフレキシビリティをいっそう高めることができる。加工テーブルを調節することで、別の工具を加工のために利用可能にすることができるからである。さらに、加工位置から外へ移動した領域で保持されている工具を、工作機械の外部から供給される別の工具と取り替えることができる。
【0050】
このとき工具の交換プロセスを主時間と並行して行うことができ、それによって工具の交換のための製造プロセスの中断を回避し、そのようにして副時間を明らかに短縮することができる。それに伴い、フレキシビリティと引き換えに加工時間が増えるのではなく、高いフレキシビリティのままで短く抑えることができる。
【0051】
本方法の1つの発展例では、工作機械は測定装置と制御装置をさらに有することができ、スピンドルを工作物の加工中に測定装置の検出領域へと移動させることができ、スピンドルでアダプタによって保持されている工作物をそのジオメトリーに関して計測することができ、検出された測定データを制御装置へ伝送することができる。
【0052】
この発展例では、スピンドルで保持されている工作物を、工作機械からアウトプットすることなく、スピンドルで直接的にそのジオメトリーに関して測定することができる。そのためにスピンドルが相応に測定装置の検出領域へと移動する。このことは、たとえば主時間と並行する加工プロセスの追従制御を可能にする。さらに、不具合のある工作物を測定によって認識して選別し、後続する加工プロセスのために測定データを利用することができる。このようなプロセスによって不良率を低減し、製作される工作物の品質を改善することができる。全体として、ロットサイズあたりの必要な加工時間が低い不良率によって短縮される。
【0053】
本発明のさらに別の態様は、請求項10に基づき、工作物の好ましくは切削加工をするための工作機械であり、その好ましい実施形態は従属請求項の対象である。本発明に基づく工作機械により、上に説明した好ましい効果を実現することが可能である。
【0054】
本発明の一例としての実施形態の構成要件と利点、および技術的、経済的な意義について、添付の図面を参照しながら以下に説明する。