AT504173B1 - Reinigungsvorrichtung für oberflächen von werkzeugaufnahmen für werkzeuge von werkzeugmaschinen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Reinigungssystem für Oberflächen von Werkzeugaufnahmen (16) für Werkzeuge (5) von Werkzeugmaschinen (2).Um die Standzeiten der Werkzeugaufnahme zu erhöhen und Fertigungsungenauigkeiten zu vermindern ist vorgesehen, dass das Reinigungssystem eine Reinigungseinheit (15) mit einem drehsymmetrischen Reinigungskörper (18) aufweist, dessen Form reziprok zur Oberfläche der Werkzeugaufnahme (16) gestaltet ist und welche dazu ausgebildet ist, bei einem Reinigungsvorgang koaxial mit der Werkzeugaufnahme (16) in mechanischen Kontakt gebracht zu werden, wobei Werkzeugaufnahme (16) und Reinigungskörper (18) relativ zu¬einander verdrehbar sind.
Description
österreichisches Patentamt AT504173B1 2010-10-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für Oberflächen von Werkzeugaufnahmen von Werkzeugen eines Bearbeitungszentrums, welches einen Werkzeugspeicher, einen Werkzeugwechsler und eine Manipulationseinrichtung aufweist, wobei das Reinigungssystem eine Reinigungseinheit mit einem drehsymmetrischen Reinigungskörper aufweist, dessen Form reziprok zur Oberfläche der Werkzeugaufnahme gestaltet ist und welche dazu ausgebildet ist, bei einem Reinigungsvorgang koaxial mit der Werkzeugaufnahme in mechanischen Kontakt gebracht zu werden, wobei Werkzeugaufnahme und Reinigungskörper relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Reinigungskörper über ein Zahnrad oder ein Reibrad verdrehbar ist.
[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Werkzeugaufnahmen.
[0003] Fertigungsfehler und unzureichende Maßhaltigkeit sind bei Werkzeugmaschinen häufig auf Verschmutzungen des Werkzeuges und der Werkzeugaufnahme zurückzuführen. Bereits kleinste Späne und sogar Staubkörner zwischen der Spindel der Werkzeugmaschine und der Werkzeugaufnahme können dazu führen, dass eine Exzentrizität am Werkzeug und Unrundheit am Werkstück außerhalb der Toleranzgrenzen auftreten. Weiters wird die Standzeit des Werkzeugs durch derartige Verunreinigungen wesentlich vermindert.
[0004] Um dies zu vermeiden ist es bekannt, die Werkzeugaufnahme beim Werkzeugwechsel einer manuellen Reinigung zu unterziehen, was allerdings relativ zeitaufwändig ist. Insbesondere bei Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsel ist diese Maßnahme aber nicht ausreichend und/oder nicht anwendbar.
[0005] Weiters ist es bekannt, bei Werkzeugmaschinen automatische Reinigungswerkzeuge zu verwenden, welche über Düsen Werkstücke, Spannvorrichtungen und Maschinenraum einer Werkzeugmaschine mittels Kühlschmiermittel und/oder Druckluft reinigen. Nachteilig ist, dass es durch Abblasen oder Abspülen zu einer ungewünschten Verfrachtung der Verunreinigungen kommen kann. Insbesondere bei Fertigungsprozessen mit häufigen Werkzeugwechseln ist diese Reinigungsmethode unzureichend.
[0006] Aus der AT 501.092 A1 ist ein Verfahren und System zum Be- bzw. Entladen einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugen bekannt, wobei die Werkzeuge in einem Magazin bzw. Speicher gelagert werden und über eine insbesondere entlang mehrerer Achsen bewegbaren Vorrichtung zu einer Übergabeposition an der oder in die Werkzeugmaschine transportiert werden und von einem Einsatz von dieser entfernt werden. Eine geringe Zahl von Werkzeugen wird in einem Zwischenspeicher in der Nähe der Werkzeugmaschine bzw. deren Übergabestation vorbereitet und gespeichert, so dass ein rascher Wechsel von Werkzeugen in der Werkzeugmaschine möglich wird und Stillstandszeiten aus einer Bewegung und einer Übergabevorrichtung zwischen dem Speicher bzw. Magazin und der Werkzeugmaschine vermieden werden können.
[0007] Die EP 1 179 388 A2 offenbart ein Verfahren zum Reinigen von Werkzeugschäften. Die Reinigung findet während des Werkzeugtransportes von einem Werkzeugmagazin in eine Maschinenspindel und/oder von der Maschinenspindel in das Werkzeugmagazin statt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Aufnahme für den Werkzeugschaft auf, in der das Reinigungselement untergebracht ist.
[0008] Die DE 40 12 314 A1 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen von Werkzeughaltern, die in mittels Spindel antreibbaren Werkzeugaufnahmen von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren ersetzbar sind. Dabei wird in die Werkzeugaufnahme eine Reinigungsvorrichtung eingesetzt, die den Werkzeughalter des jeweiligen Werkzeuges reinigt, der in die Reinigungsvorrichtung eingeführt wird.
[0009] Des weiteren offenbart die DE 298 05 321 U1 eine Vorrichtung zum Reinigen der Kegelschäfte von Werkzeugaufnahmen, wobei in einer Ausnehmung des Gehäuses ein drehange-triebenes Reinigungswerkzeug, welches Abstreifelemente aufweist, angeordnet ist. Im Gehäuse 1/8 österreichisches Patentamt AT504173B1 2010-10-15 ist weiters ein mit einem Druckfluid beaufschlagtes Kanalsystem angeordnet, das auf die zu reinigenden Flächen des Kegelschaftes gerichtete Spülkanäle enthält, wobei das Reinigungswerkzeug durch das überdas Kanalsystem zugeführte Druckfluid drehangetrieben ist.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere bei einer Werkzeugmaschine oder bei einem Bearbeitungszentrum Fertigungsungenauigkeiten und Fehler zufolge Verunreinigungen an der Werkzeugaufnahme zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Standzeit von Werkzeugen zu erhöhen.
[0011] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Zahnrad oder Reibrad mit einer Zahnstange oder Reibfläche im Eingriff steht und die Zahnstange oder Reibfläche feststehend ausgebildet ist und die Reinigungseinheit parallel zur Zahnstange oder Reibfläche bewegbar angeordnet und in den Werkzeugwechsler oder in die Manipulationseinrichtung integriert ist, wobei bei einer Bewegung des Werkzeugwechslers bzw. der Manipulationseinrichtung der Reinigungskörper durch die Zahnstange oder Reibfläche drehantreibbar ist.
[0012] Während eines Werkzeugwechsels die Reinigungseinheit der zu reinigenden Werkzeugaufnahme zugeführt oder die Werkzeugaufnahme der Reinigungseinheit zugeführt wird, dass die Werkzeugaufnahme drehsicher gehalten wird und dass die Reinigungseinheit samt Werkzeugaufnahme parallel zu einer feststehenden Zahnstange oder einer Reibfläche geführt wird, so dass der Reinigungskörper der Reinigungseinheit in eine Drehbewegung versetzt wird.
[0013] Das Werkzeug wird dabei von einem automatischen Werkzeugwechsler aus der Spindel des Bearbeitungszentrums genommen und mit dem nachfolgenden Werkzeug, welches sich in der Manipulationseinrichtung des Matrixmagazins in Ladeposition befindet, getauscht. Im Matrixmagazin sind die Werkzeuge rasterartig in einer x-y Bewegungsebene der Manipulationseinrichtung angeordnet. Danach legt die Manipulationseinrichtung das Werkzeug in z-Richtung in einen Speicherplatz eines Speichermoduls ab und nimmt das nächste Werkzeug in z-Richtung aus dem Speichermodul. Das Aufnehmen erfolgt über die z-Achse der Manipulationseinrichtung, welche wahlweise durch Servomotor, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird. Die Klemmung erfolgt durch Federkraft oder wird durch Druck beaufschlagt (hydraulisch, pneumatisch). Im Bewegungsbereich des Manipulationsgerätes ist zwischen der Spindel und dem Speicher eine Reinigungseinheit angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reinigungseinheit fest mit einem Arm der Manipulationseinrichtung und/oder mit einem Wechselkreiskopf des Werkzeugwechselsystems verbunden ist.
[0014] Die Reinigungseinheit weist dabei einen Reinigungskörper mit einer zylindrischen oder konischen Oberfläche auf, dessen Form mit der Form der Werkzeugaufnahme korrespondiert. Der Reinigungskörper kann somit - bei durch Steilkegel gebildete Werkzeugaufnahmen - als Hohlkegel oder - bei durch Hohlsteilkegel gebildete Werkzeugaufnahmen - als Kegel ausgebildet sein. Der Reinigungskörper ist drehbar in einem Gehäuse der Reinigungseinheit gelagert und kann über das Zahnrad oder Reibrad, welches mit der Zahnstange bzw. Reibfläche zusammenwirkt, verdreht werden.
[0015] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zahnstange oder Reibfläche fest mit dem Manipulationsarm der Manipulationseinrichtung verbunden ist. Wird der Kreiskopf samt der Reinigungseinheit parallel längs der Zahnstange oder Reibfläche bewegt, wobei das Zahnrad oder Reibrad mit der Zahnstange bzw. Reibfläche zusammenwirkt, kann der Reinigungskörper in Drehung versetzt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem Reinigungskörper und der festgehaltenen Werkzeugaufnahme wird die Oberfläche der Werkzeugaufnahme durch auf dem Reinigungskörper angeordneten Reinigungsabstreifer, beispielsweise Filzstreifen oder Kunststofflippen, gereinigt. Die Reinigungsabstreifer werden mittels Federkraft gegen die Werkzeugaufnahme gedrückt. Dadurch können auch zylindrische Werkzeugaufnehmer oder kegelförmige Sonderformen (z.B. Capto-Werkzeugaufnahmen) gereinigt werden, wobei der Verschleiß der Reinigungsabstreifer automatisch ausgeglichen werden kann. Nach kompletter Abnutzung der Reinigungsabstreifer können diese ausgetauscht werden.
[0016] Die Reinigung der Werkzeugaufnahmen wird bevorzugt sowohl nach Entnahme aus der 2/8 österreichisches Patentamt AT504173 B1 2010-10-15
Spindel als auch vor dem Einsetzen des Werkzeugs in die Spindel durchgeführt. Die durch den Wechselkreiskopf des Manipulationsarmes gehaltene Werkzeugaufnahme wird dabei in z-Richtung der Manipulationseinrichtung in die Reinigungseinheit eingeführt. Alternativ dazu kann auch die Reinigungseinheit in z-Richtung der Manipulationseinrichtung auf die Werkzeugaufnahme aufgesetzt werden. Während der Bewegung des Wechselkreiskopfes des Werkzeugwechslers zum oder vom Werkzeugspeicher wird die Reinigungseinheit über die mit dem Manipulationsarm fest verbundene Zahnstange oder Reibfläche geführt, wodurch der Reinigungskörper in Drehung versetzt wird und somit die Oberfläche der Werkzeugaufnahme gesäubert wird. Danach wird das Werkzeug wieder aus der Reinigungseinheit entfernt und entweder im Werkzeugspeicher gelagert oder auf die Spindel der Werkzeugmaschine aufgesetzt.
[0017] Um eine Eigendrehung des Werkzeuges während der Reinigung der Werkzeugaufnahme zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Reinigungseinheit eine Verdrehsicherung für die Werkzeugaufnahme aufweist.
[0018] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
[0019] Es zeigen [0020] Fig. 1 ein Bearbeitungszentrum mit einer erfindungsgemäßen Reinigungseinheit in einer Schrägansicht, [0021] Fig. 2 das Bearbeitungszentrum mit der Reinigungseinheit in einer weiteren Schrägan sicht, [0022] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Reinigungseinheit in einer Schrägansicht, [0023] Fig. 4 ein Reinigungskörper der Reinigungseinheit in einem Längsschnitt, [0024] Fig. 5 die Reinigungseinheit in einem Querschnitt und [0025] Fig. 6 die Reinigungseinheit in einem Längsschnitt.
[0026] 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 für Werkzeuge 5 auf, welche in entsprechenden Lager- bzw. Speicherelementen 8 gelagert sind. Im Werkzeugspeicher ist eine Vielzahl von Werkzeugen 5 in einem x-y-Koordinatensystem gelagert.
[0027] Zur Entnahme der Werkzeuge 5 aus dem Werkzeugspeicher 3 und zur Übergabe an den Werkzeugwechsler 6 dient die Manipulationseinrichtung 4, welche entlang mehrerer Achsen x, y, z oder Richtungen bewegbar oder schwenkbar ist, wobei eine Bewegung in horizontaler Richtung mit dem Doppelpfeil 9 und eine Bewegung in vertikaler Richtung 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.
[0028] Im Transportbereich zwischen der Spindel 14 und dem Werkzeugspeicher 3 ist eine Reinigungseinheit 15 für die kegelige oder zylindrische Oberfläche der Werkzeugaufnahmen 16 der Werkzeuge 5 vorgesehen. Im in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reinigungseinheit 15 fest mit der Werkzeugwechselsystem 6 verbunden und kann mit diesem eine durch den Pfeil 9 angedeutete Bewegung in y-Richtung durchführen. Die Reinigungseinheit 15 weist dabei ein Gehäuse 17 auf, in welchem ein Reinigungskörper 18 drehbar gelagert ist. Der Reinigungskörper 18 ist mit einem Zahnrad 19 drehverbunden, dessen Zähne mit einer Zahnstange 20 in Eingriff stehen. Anstelle des Zahnrades 19 kann auch ein auf einer Reibfläche abwälzendes Reibrad verwendet werden. Die Zahnstange 20 ist fest mit dem Manipulationsarm 21' der Manipulationseinrichtung 4 verbunden. 3/8
Claims (10)
- österreichisches Patentamt AT504173 B1 2010-10-15 [0029] Das Werkzeug 5 wird vom Werkzeugwechsler 6 aus der Spindel 14 der Werkzeugmaschine 2 genommen und mit dem nachfolgenden Werkzeug 5, welches sich in der Manipulationseinrichtung 4 in Warteposition befindet, ausgetauscht. Danach wird das Werkzeug von der Manipulationseinrichtung in einen Speicherplatz des Werkzeugspeichers 3 abgelegt und wieder das nächste Werkzeug 5 aus dem Werkzeugspeicher 3 aufgenommen. Das Aufnehmen erfolgt über die z-Achse. Der Antrieb in der z-Achse kann wahlweise durch einen Servomotor, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Die Klemmung erfolgt durch Federkraft oder Druck beaufschlagt (hydraulisch, pneumatisch). [0030] Wie der Fig. 6 entnehmbar ist, kann die Werkzeugaufnahme 16, sobald sie in die Reinigungseinheit 15 eingeführt ist, mittels einer Verdrehsicherung 23 gehalten werden. Das Werkzeug 5 wird über Anzugsbolzen 24 und Klemmkugeln 25 in der Reinigungseinheit 15 gehalten. [0031] Während der y-Bewegung der Manipulationseinrichtung 4 wird die Reinigungseinheit 15 parallel zur feststehenden Zahnstange 20 bewegt, wobei das Zahnrad 19 an der Zahnstange 20 abrollt und somit der Reinigungskörper 18 in Drehung versetzt wird. Durch die Drehbewegung des Reinigungskörpers 18 kann die Oberfläche der Werkzeugaufnahme 16 eines in die Reinigungseinheit 15 eingesetzten Werkzeuges 5 gereinigt werden. Die Reinigung erfolgt dabei mittels mehrerer am Umfang des Reinigungskörpers 18 angeordneter Reinigungsabstreifer 21, welche beispielsweise durch Filzleisten oder Kunststoffleisten gebildet sein können. Die Reinigungsabstreifer 21 werden mittels Federn 22 an die kegelige Oberfläche der Werkzeugaufnahme 16 gepresst. Durch die Federn 22 kann eventueller Verschleiß der Reinigungsabstreifer 21 automatisch ausgeglichen werden. Nach kompletter Abnützung der Reinigungsabstreifer 21 können diese problemlos ausgetauscht werden. Prinzipiell eignet sich die Reinigungseinheit 15 - bei passend geformten Reinigungskörpern 18 - für Werkzeugaufnahmen 16, welche als Steilkegel, als Hohlsteilkegel, als Zylinder geformt sind, oder welche kegelförmige Sonderformen (z.B. Capto-Werkzeugaufnahmen) aufweisen. Die Federn 22 können auch einen nicht drehsymmetrischen Querschnitt einer sogenannten „Captow-Werkzeugaufnahme ausgleichen. [0032] Die Reinigungsabstreifer 21 weisen eine hohe Lebensdauer auf. Durch optimale Anpressung der Reinigungsabstreifer 21 an die Werkzeugaufnahmen 16 kann eine optimierte Reinigung auch nach längerem Einsatz gewährleistet werden. Dadurch sind hohe Standzeiten der Werkzeugaufnahmen 16 realisierbar. [0033] Die Reinigung der Werkzeugaufnahme 16 erfolgt vorteilhafterweise sowohl vor als auch nach der Verwendung des Werkzeugs 5. Die Reinigung der Werkzeugaufnahme 16 erfolgt automatisch durch den rotierenden Reinigungskörper 18, während das Werkzeug 5 in den Werkzeugspeicher 3 oder aus dem Werkzeugspeicher 3 transportiert wird. Durch die integrierte Reinigung im Fahrweg wird der Fertigungsprozess nicht gestört und auch die Werkzeugwechselzeit nicht nachteilig beeinflusst. Die automatische Reinigung steigert die Prozesssicherheit im Fertigungsprozess. Die Reinigung erfolgt nahezu ohne Zeitverlust und hat den Vorteil, dass die Lebensdauer durch die gereinigten Werkzeuge wesentlich erhöht wird. Patentansprüche 1. Reinigungsvorrichtung für Oberflächen von Werkzeugaufnahmen (16) von Werkzeugen (5) eines Bearbeitungszentrums (1), welches einen Werkzeugspeicher (3), einen Werkzeugwechsler (6) und eine Manipulationseinrichtung (4) aufweist, wobei das Reinigungssystem eine Reinigungseinheit (15) mit einem drehsymmetrischen Reinigungskörper (18) aufweist, dessen Form reziprok zur Oberfläche der Werkzeugaufnahme (16) gestaltet ist und welche dazu ausgebildet ist, bei einem Reinigungsvorgang koaxial mit der Werkzeugaufnahme (16) in mechanischen Kontakt gebracht zu werden, wobei Werkzeugaufnahme (16) und Reinigungskörper (18) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Reinigungskörper (18) über ein Zahnrad (19) oder ein Reibrad verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (19) oder Reibrad mit einer Zahnstange (20) oder Reibfläche im Eingriff steht und die Zahnstange (20) oder Reibfläche feststehend ausgebildet ist und die Reinigungseinheit (15) parallel zur Zahnstange (20) oder Reibfläche bewegbar angeordnet und in den Werkzeugwechsler (6) oder in die Manipulationseinrichtung (4) integriert ist, wobei 4/8 österreichisches Patentamt AT504173 B1 2010-10-15 bei einer Bewegung des Werkzeugwechslers (6) bzw. der Manipulationseinrichtung (4) der Reinigungskörper (18) durch die Zahnstange (20) oder Reibfläche drehantreibbar ist.
- 2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (15) fest mit einem Manipulationsarm (21') der Manipulationseinrichtung (4) verbunden ist.
- 3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (15) fest mit einem Wechselkreiskopf (12) des Werkzeugwechslers (6) verbunden ist.
- 4. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskörper (18) drehbar in einem Gehäuse (17) gelagert ist.
- 5. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (15) in einem vorzugsweise linearen Fahrbereich des Werkzeugwechslers (6) und/oder der Manipulationseinrichtung (4) angeordnet ist.
- 6. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (15) eine Verdrehsicherung (23) für den Werkzeugaufnehmer (16) aufweist.
- 7. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskörper (18) mindestens einen Reinigungsabstreifer (21) aufweist, wobei der Reinigungsabstreifer (21) vorzugsweise aus Filz oder Kunststoff besteht.
- 8. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsabstreifer (21) mittels einer Feder an die Werkzeugaufnahme (16) gepresst werden kann.
- 9. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskörper (18) eine kegelige oder hohlkegelige Form aufweist.
- 10. Verfahren zur Reinigung von Werkzeugaufnahmen (16) mit einer Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Werkzeugwechsels die Reinigungseinheit (15) der zu reinigenden Werkzeugaufnahme (16) zugeführt oder die Werkzeugaufnahme (16) der Reinigungseinheit (15) zugeführt wird, dass die Werkzeugaufnahme (16) drehsicher gehalten wird und dass die Reinigungseinheit (15) samt Werkzeugaufnahme (16) parallel zu einer feststehenden Zahnstange (20) oder einer Reibfläche geführt wird, so dass der Reinigungskörper (18) der Reinigungseinheit (15) in eine Drehbewegung versetzt wird. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8
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