AT504171B1 - Verfahren zum be- und entladen einer werkzeugmaschine mit werkzeugen - Google Patents

Description

ästeifcscfistiiö patent AT 504 171 B1 2009-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be- und Entladen einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugen, wobei die Werkzeuge in einem Werkzeugspeicher gelagert werden und über eine insbesondere entlang mehrerer Achsen bewegbaren Manipulationsvorrichtung zu einer Übergabeposition an der Werkzeugmaschine oder in die Werkzeugmaschine transportiert werden und nach einem Einsatz von dieser entfernt werden, wobei die Werkzeuge durch eine Greifvorrichtung entlang zumindest einer Bahn in einer ersten Hauptbewegungsrichtung und in zumindest einer durch zwei voneinander beabstandete Reihen gebildeten, zur ersten Hauptbewegungsrichtung geneigten Fahrgasse transportiert werden, wobei eine Greifvorrichtung der Manipulationseinrichtung zwischen einer Belade- und Entladeposition des Werkzeugs entlang zumindest einer stetig verlaufenden, zumindest abschnittsweise gekrümmten Bahn bewegt wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Im Zusammenhang mit einem insbesondere automatisierten Be- und Entladen einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Fräsmaschine, ist es bekannt, mit Hilfe von insbesondere automatisierten und entlang mehreren Achsen bewegbarer Vorrichtungen jeweils ein vorbereitetes Werkzeug durch eine mit einer Greifvorrichtung versehenen Manipulationseinrichtung aufzunehmen, worauf nach einem Bewegen der Manipulationseinrichtung zwischen einem Magazin, bzw. Speicher zu einer Übergabeposition an der oder in die Werkzeugmaschine das zugeführte Werkzeug in der Werkzeugmaschine abgelegt, bzw. angeordnet wird und üblicherweise über eine entsprechende Wechselvorrichtung von der Aufnahme - bzw. Übergabestation - in die Werkzeugmaschine eingebaut wird. Gleichzeitig wird einer Aufnahme eines neuen Werkzeuges durch die Wechselvorrichtung der Werkzeugmaschine ein in einem unmittelbar vorangehenden Arbeitsschritt verwendetes Werkzeug an der Aufnahme, bzw. Übergabestation, bzw. -position abgelegt und in weiterer Folge durch die insbesondere entlang mehrerer Achsen bewegbare Manipulationseinrichtung aufgenommen und wiederum zu einem Speicher, bzw. Magazin rückgeführt. Die Bewegung der Greifvorrichtung erfolgt üblicherweise über einfache Linearachsen (Zahnstangen, Spindel- oder Riemengetrieben). Eine Manipulationseinrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der AT 501 092 A1 bekannt.

[0003] Die CH 531 391 A5 beschreibt eine Werkzeugwechselvorrichtung an einer Werkzeugmaschine, wobei die Greiferführungen gekrümmt sind. Die gekrümmte Bahn wird dabei durch die Geometrie der Hebelführungsbahn (Kurvenbahn) erreicht und nicht durch Interpolation zweier im Winkel von 90° zueinander stehenden Linearachsen, wie beim Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

[0004] Das Herausnehmen aus einem Werkzeugspeicher entlang einer gekrümmten Bahn, wie dies in der CH 531 391 A5 beschrieben ist, ist allgemein bekannt, lässt sich aber in einem Matrixmagazin zum Erreichen von (300 und mehr) Positionen nicht einsetzen. In der CH 531 391 A5 wird nur das Herausnehmen eines Werkzeuges aus einem Speicher, der weitere Transport zur Maschine allerdings nicht beschrieben. Mit der geoffenbarten Apparatur ist es nicht möglich, die Kreuzung von der vertikalen in die horizontale Bahn als Kurve auszuführen. Weiters ist die aus der CH 531 391 A5 geoffenbarte Vorrichtung gar nicht zur Anwendung in einem Matrixmagazin geeignet, da sich das Einspeichern nur von einer Seite bewerkstelligen lässt. Würde solch eine Greifereinheit in einem Matrixmagazin eingesetzt werden, würde sich der Platzbedarf etwa auf das Zehnfache erhöhen, was zu unakzeptabel hohen Transferzeiten führen würde.

[0005] Die DE 10 2005 006 722 A1 beschreibt eine Werkstückbearbeitungsanlage, wobei in einem Werkzeugmagazin Werkzeuge gespeichert sind und die Werkzeuge durch einen Schwenkhebel aus einem Werkzeugrevolver herausgenommen werden. Dabei wird das Transportieren des Werkzeuges durch einen Roboter mit mehreren Rotationsachsen beschrieben. Lineare Bewegungsachsen sind nicht vorgesehen.

[0006] Es war bisher bekannt, Roboter mit Rotationsachsen zu benutzen, um kurvige, runde Bewegungen zu erzielen. In einem Matrixmagazin sind jedoch (aufgrund der Vielzahl) die 1/6

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Werkzeuge auf einer Fläche relativ weit voneinander entfernt angeordnet, wodurch ein solcher Roboter relativ lange Hebel aufweisen müsste. Diese Hebel würden einen sehr großen Raumbedarf zur Folge haben. Außerdem müsste ein solcher Roboter mindestens drei Servoachsen (= drei Gelenke) aufweisen, um alle Achsen eines Matrixspeichers zu erreichen. Die Steuerung solcher Roboter ist ebenfalls komplizierter als die von Robotern mit zwei Linearachsen.

[0007] Bekannte Verfahren zum Be- und Entladen weisen zwischen dem Aufnehmen eines Werkzeuges und dem Ablegen eines Werkzeuges, insbesondere beim Richtungswechsel, zumindest eine Position auf, bei der die Greifvorrichtung auf die Geschwindigkeit Null abgebremst und wieder aus dieser beschleunigt werden muss. Dieser Abbrems- und Beschleunigungsvorgang hat den Nachteil, dass die Fahrdauer der Manipulationseinrichtung verzögert wird, was sich nachteilig auf die Werkzeugwechselzeiten auswirkt.

[0008] Bei bekannten Matrixmagazinen sind die Speicherplätze in einem rechteckigen Raster angeordnet. Zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Reihen von Speicherplätzen ist dabei eine Fahrgasse für die Manipulationseinrichtung freigestellt, welche rechtwinkelig zu einer Hauptbewegungsrichtung der Manipulationseinrichtung angeordnet ist. Um Werkzeug aus den Speicherplätzen zu entnehmen oder auf die Speicherplätze abzulegen, muss die Manipulationseinrichtung zuerst eine Bewegung in der Hauptbewegungsrichtung und dann eine weitere rechtwinkelig dazu gerichtete Bewegung in Richtung der Fahrgasse durchführen. Dabei wird die Manipulationseinrichtung im Bereich des Richtungswechsels abrupt abgebremst und gleich darauf - nach Vollziehen des Richtungswechsels - wieder beschleunigt. Dieser Abbrems- und Beschleunigungsvorgang hat allerdings den Nachteil, dass die Fahrdauer der Manipulationseinrichtung verzögert wird, was sich nachteilig auf die Werkzeugwechselzeiten auswirkt.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Werkzeugwechselzeiten zu verkürzen.

[0010] Erfindungsgemäß wird die dadurch erreicht, dass die Greifvorrichtung mit im Wesentlichen stetig verlaufender Geschwindigkeit bewegt wird, wobei die Greifvorrichtung zwischen Aufnehmen eines Werkzeuges und Ablegen des Werkzeuges, bzw. zwischen Ablegen eines Werkzeuges und Aufnehmen eines Werkzeuges fortwährend bewegt wird.

[0011] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Speicherplätze einer Reihe - in einer Seitenansicht betrachtet - vorzugsweise entlang einer gekrümmten Linie versetzt zueinander angeordnet sind.

[0012] Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Fahrgasse in einem Winkel <90° zur ersten Hauptbewegungsrichtung der Manipulationseinrichtung geneigt ist.

[0013] Die Bewegung der Greifvorrichtung der Manipulationseinrichtung verläuft während des Werkzeugwechsels entlang von stetig gekrümmten Bahnen, wodurch abrupte Geschwindigkeitswechsel vermieden werden. Die Manipulationseinrichtung muss somit nicht während des Werkzeugwechsel abrupt abgebremst oder beschleunigt werden. Dadurch können Totzeiten vermieden und die Werkzeugwechselzeiten verringert werden.

[0014] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0015] Es zeigen Fig. 1 ein Bearbeitungszentrum mit einem erfindungsgemäßen System zum Be- und Entladen einer Werkzeugmaschine in einer Schrägansicht, Fig. 2 ein Detail des Werkzeugspeichers in einer Seitenansicht in einer Ausführungsvariante und Fig. 3 ein Detail des Werkzeugspeichers in einer weiteren Ausführungsvariante.

[0016] Das Bearbeitungszentrum 1 besteht aus einer Werkzeugmaschine 2, einem im Ausführungsbeispiel durch ein Matrixmagazin gebildeten Werkzeugspeicher 3, einer Manipulationseinrichtung 4 für Werkzeug 5 und einem Werkzeugwechsler 6. Der Werkzeugspeicher 3 weist eine Anzahl von Öffnungen 7 in entsprechenden Lager- bzw. Speicherelementen zur Aufnahme von Werkzeugen 5 auf. Im Werkzeugspeicher 3 ist eine Vielzahl von Werkzeugen 5 in einem x-y-Koordinatensystem gelagert.

[0017] Zur Entnahme der Werkzeuge 5 aus dem Werkzeugspeicher 3 und zur Übergabe an den Werkzeugwechsler 6 dient die Manipulationseinrichtung 4, welche entlang mehrerer Ach- 2/6

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1. äiterrssÄSits patenst AT 504 171 B1 2009-09-15 sen x, y, z oder Richtungen bewegbar oder schwenkbar ist, wobei eine erste Hauptbewegung in horizontaler Richtung x mit dem Doppelpfeil 9 und eine zweite Hauptbewegung in einer dazu geneigten Richtung y mit dem Doppelpfeil 10 angedeutet ist. Die Manipulationseinrichtung 4 übergibt, bzw. übernimmt Werkzeug 5 zum, bzw. vom Werkzeugwechsler 6, welcher einen um eine Achse 11 schwenkbaren Wechselkreiskopf 12 mit zwei gegenüberliegenden Greifern 13 aufweist. Der Werkzeugwechsler 6 setzt das Werkzeug 5 auf die Spindel 14 der Werkzeugmaschine 2 auf, bzw. löst das Werkzeug 5 von dieser. Um dies zu ermöglichen, kann der Wechselkreiskopf 12 des Werkzeugwechslers 6 Schubbewegungen in z-Richtung durchführen. [0018] Jede Öffnung 7 definiert einen Speicherplatz 20 für Werkzeug 5. Mehrere Speicherplätze 20 sind jeweils in einer Reihe 21 übereinander angeordnet. Jeweils zwei Reihen von zueinander zugewandten Speicherplätzen 20 sind voneinander beabstandet und spannen eine freie Fahrgasse 22 für die Greifvorrichtung 41 der Manipulationseinrichtung 4 auf. Die Greifvorrichtung 41 kann somit in vertikaler Richtung y zwischen jeweils zwei Reihen 21 durch die Fahrgassen 22 geführt werden. Dies ermöglicht es, durch Fahrbewegungen in x-Richtung und y-Richtung jeden Speicherplatz 20 anzusteuern. Bei dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Matrixmagazin ist es allerdings erforderlich, dass die Greifvorrichtung 41 beim Übergang von der x-in die y-Bewegung und umgekehrt von der y- in die x-Bewegung abrupt abgebremst und ebenso plötzlich wieder beschleunigt wird. Dieses Abbremsen und Beschleunigen wirkt sich allerdings nachteilig auf die Werkzeugwechselzeiten aus. Abgesehen davon fördern eine große Anzahl von abrupten Brems- und Beschleunigungsbewegungen bzw. abrupten Richtungsänderungen den Verschleiß der Manipulationseinrichtung 4. [0019] Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die Speicherplätze 20 nicht linear übereinander, sondern zumindest im Bereich zumindest eines Endes 23 der Reihen 21 leicht versetzt entlang einer gekrümmten Linie L zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht eine möglichst runde Verfahrbewegung entlang einer stetig verlaufenden Bahn 24 der Greifvorrichtung 41, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Die Greifvorrichtung 41 kann somit ohne anzuhalten, entlang einer stetig gekrümmten Kurve in verlaufendem Übergang von der x-Richtung in die y-Richtung in die Fahrgasse 22 und aus dieser wieder herausgeführt werden. Dadurch können Werkzeugwechselzeiten verkürzt und der Verschleiß der Manipulationseinrichtung 4 verringert werden. [0020] Alternativ oder zusätzlich zu seitlich in Richtung der x-Achse versetzten Speicherplätzen kann auch vorgesehen sein, dass die Reihen 21 geneigt zur x-Richtung angeordnet sind. Die Reihen 21 können auch V-förmig zueinander angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In diesem Fall kann die Greifvorrichtung 41 in x-Richtung, in y-Richtung, sowie in y'-Richtung verfahren werden. Dadurch, dass die Reihen 21 unter einem Winkel a<90° zur x-Richtung geneigt sind, ist auch in diesem Fall eine runde Verfahrbewegung entlang der Bahn 24 möglich. Patentansprüche 1. Verfahren zum Be- und Entladen einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugen, wobei die Werkzeuge in einem Werkzeugspeicher gelagert werden und über eine insbesondere entlang mehrerer Achsen bewegbaren Manipulationsvorrichtung zu einer Übergabeposition an der Werkzeugmaschine oder in die Werkzeugmaschine transportiert werden und nach einem Einsatz von dieser entfernt werden, wobei die Werkzeuge durch eine Greifvorrichtung entlang zumindest einer Bahn in einer ersten Hauptbewegungsrichtung und in zumindest einer durch zwei voneinander beabstandete Reihen gebildeten, zur ersten Hauptbewegungsrichtung geneigten Fahrgasse transportiert werden, wobei eine Greifvorrichtung der Manipulationseinrichtung zwischen einer Belade- und Entladeposition des Werkzeugs entlang zumindest einer stetig verlaufenden, zumindest abschnittsweise gekrümmten Bahn bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung mit im Wesentlichen stetig verlaufender Geschwindigkeit bewegt wird, wobei die Greifvorrichtung zwischen Aufnehmen eines Werkzeuges und Ablegen des Werkzeuges, bzw. zwischen Ablegen eines Werkzeuges und Aufnehmen eines Werkzeuges fortwährend bewegt wird. 3/6 ästeifcscfistiiö patenuimt AT504171 B1 2009-09-15
2. 2. Vorrichtung zum Be- und Entladen einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugen, wobei die Werkzeuge (5) in einem Werkzeugspeicher (3) gelagert sind und über eine insbesondere entlang mehrerer Achsen (x, y, z) bewegbaren Manipulationseinrichtung (4) zu einer Übergabeposition an der Werkzeugmaschine (2) oder in die Werkzeugmaschine (2) transportierbar sind und nach einem Einsatz in der Werkzeugmaschine (2) aus dieser entfernbar sind, wobei der Werkzeugspeicher (3) als Matrixspeicher ausgebildet ist und zumindest zwei Reihen (21) von Speicherplätzen (20) aufweist, wobei die Werkzeuge (5) durch eine Greifvorrichtung (41) entlang zumindest einer Bahn (24) in einer ersten Hauptbewegungsrichtung (x) und in zumindest einer durch zwei voneinander beabstandete Reihen (21) gebildeten, zur ersten Hauptbewegungsrichtung geneigten Fahrgasse (22) transportierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (24) der Greifvorrichtung (41) stetig verlaufend und zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherplätze (20) einer Reihe - in einer Seitenansicht betrachtet - vorzugsweise entlang einer gekrümmten Linie (L) versetzt zueinander angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgasse in einem Winkel (a)<90° zur ersten Hauptbewegungsrichtung (x) der Manipulationseinrichtung (4) geneigt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6