CN104044014A - 呈门架结构形式的、带有集成在机器侧的工具库存储器的立式加工中心 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种呈门架结构形式的、带有集成在机器侧的工具库存储器的立式加工中心，其尤其用于铣削加工、钻孔加工和/或车削加工，带有：具有两个侧壁的、用于容纳承载工具和承载工件的构件的机架；可运动的拾取式工具库存储器，其在机架的两个侧壁中用于以拾取式方法更换工具；和机器外罩，其完全包围加工中心。为了在不影响加工中心的原有的安装面积的情况下扩展机器侧的工具库存储器，设置成：在拾取式工具库存储器下方存在自由空间，在其中还存在至少一个其他的类似于拾取式工具库存储器建造的姐妹库；并且在机器外罩中在机架的接近开口处存在力驱动的转装操纵部，可利用其将加工工具从姐妹库转装到拾取式工具库存储器中并且与之相反地转装。

Description

呈门架结构形式的、带有集成在机器侧的工具库存储器的立式加工中心
技术领域
本发明涉及一种呈门架结构形式的立式加工中心，其尤其用于切削加工的铣削加工、钻孔加工和/或车削加工(Drehbearbeitung)，带有：具有两个侧壁的机架，其用于容纳承载工具和承载工件的构件；可运动的拾取式工具库存储器(Pick-Up-Werkzeugmagazinspeicher)，其在机架的两个侧壁中用于以拾取式方法更换工具；和机器外罩(Maschinenumhausung)，其完全包围加工中心。
背景技术
在文件EP 2 295 199 B1中或在文件DE 10 2009 050 174 B4中说明和描述了开头提到的类型的加工中心。
措辞“呈门架结构形式的立式加工中心”在本发明的意义中理解为5轴加工中心，在其中在工件加工时三个线性的进给运动(X-Y-Z)通过竖直取向的工具主轴来实施，而两个回转的进给运行(C-A)通过可摆动且可旋转的工件台来实施。由此通常可明显更高效且更精确地加工工件，因为在所有五个空间方向(X-Y-Z-C-A)上同步或同时加工时仅必须使加工工具在三个线性的空间方向(X-Y-Z)上运行且仅必须使工件在两个回转的空间方向(C-A)上运动。呈门架结构形式的立式5轴加工中心的使用领域从普遍的机械制造延伸到汽车制造上直至延伸至工具和模具制造以及医药技术。除了铁金属之外，可完全一样地加工非铁金属或塑料。
措辞“集成到机器侧的工具库存储器”在本发明的意义中理解为用于容纳和支承多个加工工具的工具库存储器，其完全布置在加工中心的机架中且因此不需要在机架外部的附加的安装面积。因此，加工中心在两个水平的空间方向(X-Y)上的外部尺寸不必通过完全集成在机架中的工具库存储器增大。所有的这些在用于加工中心的非常昂贵的安装面积的观点下为重要的经济上的观点。根据机架在水平的空间方向(X-Y)上的尺寸来设计完全集成在机架中的、用于容纳大约30至50个加工工具的工具库存储器。机架在其水平的空间方向(X-Y)上越大，工具库存储器可实施成越大。
在措辞“以拾取式方法更换工具”在本发明的意义中理解为特别的工具更换方法，在其中，竖直取向的工具主轴可从工具库存储器直接且在无外部的工具更换装置的辅助的情况下接收加工工具，并且还可再次交付到工具库存储器处。以拾取式方法更换工具为简单的和工艺可靠的方法并且由此通常考虑其他的已知的工具更换方法。
措辞“拾取式工具库存储器”理解为一种工具库存储器，利用其可执行以拾取式方法更换工具。
措辞“机器外罩”在本发明的意义中理解为起分隔作用的保护装置，其在周向侧完全包围加工中心中的工作站。机器外罩保护环境免受飞向四周的削屑、冷却润滑液滴或工具碎屑(其可由于机器碰撞而产生)的影响并且减小出现在机器外罩外部的加工声级。此外，机器外罩防止操作者接近工具主轴的危险的和非常快的进给和主轴运动、工件台的非常快的进给运动以及工具库存储器的非常快的定位运动。为了可接近加工中心的工作站，机器外罩设有一个或多个通道门。此外，机器外罩具有一个或多个观察窗，通过其可从外部看到加工中心的工作站和如有可能维修站。
措辞“工作站”在本发明的意义中理解为加工中心中的空间，在其中发生工件加工；即在其中出现加工削屑的空间。此外，措辞“工作站”同样还理解为在加工中心中的这样的空间，在其中存储加工工具且发生工具转装。在加工中心处可存在一个或多个工作站，所有的工作站必须使得对于操作人员(工人)来说可以人机工程学上有意义的方式接近，即工作站带有操作通道。
在开头提到的类型的加工中心中，通常视作不利的是在加工中心中的工具库存储器的存储能力仍然相对强烈地由机架的尺寸限制，从而使得必需非常频繁地使用安装到加工中心处的附加库(Zusatzmagazin)。尤其在开头提到的类型的更小的和中型的加工中心中，工具库存储器的存储能力通过机架的限制产生非常负面的作用。更小的和中型加工中心可理解为这样的加工中心，在其中，工具主轴在水平的横向方向(X方向)上的移动行程大约处在300mm与800mm之间。在目前待执行的非常复杂且非常费时的加工任务中通常始终需要多个不同的或相同的工具。相同的工具可理解为所谓的姐妹工具(Schwesterwerkzeug)。如果在原有的加工工具处超过确定的磨损极限，那时将姐妹工具从工具库存储器换到工具主轴中，从而使得利用原有的加工工具不再可进行进一步的加工。这种类型的姐妹工具以相同的方式相似于原有的加工工具。多个工具必须通过有足够大的存储能力的工具库存储器来提供。目前，70个加工工具对于普通的加工任务而言不再罕见。
例如在文件EP 2 295 199 B1中示出和说明了开头提到的类型的机器侧的工具库存储器的存储能力的扩展。虽然通过安装在加工中心的机架处的存储器扩展部(Speichererweiterung)可显著增大机器侧的工具库存储器的存储能力，但这以用于加工中心的增大的安装面积为代价。通过安装或附装在机架处的存储器扩展部明显地增大用于机架和因此用于加工中心的安装面积。此外，为了运行存储器扩展部，同样还在存储器扩展部中和因此在加工中心外部必需附加的昂贵地建造的力驱动的工具操纵部，以便加工工具从存储器扩展部中转装到机器侧的工具库存储器中或者与之相反地进行转装。两方面的转装过程由于存储器扩展部的相对很大的尺寸同样还需要很长的时间。
在文件DE 10 2009 050 174 B4中示出和说明了开头提到的类型的机器侧的工具库存储器的存储能力的扩展的另一种类型。在文件DE 10 2009 050 717 B4中，集成在机器侧的工具库存储器几乎完全布置在U形机架外部，从而使得在加工中心中的工具库存储器的存储能力仅还非常小地通过U形机架的尺寸来限制。但该解决方案的缺点为增大了安装面积且使得U形机架的结构复杂化。在这种情况下，U形机架相对于开头提到的机器类型必须有明显改变。
因此可确定典型的目标冲突。一方面，为了获取提高的工具库存储器能力必需更大的安装面积和用于工具转装的昂贵且耗时的工具操纵部。另一方面，附加的安装面积和用于工具转装的附加的昂贵且耗时的工具操纵部花费金钱。此外，通过存储器扩展部使得加工中心的安装不必要地复杂化。此外，由于用于加工工具从存储器扩展部到机器侧的工具库存储器中的转装和与之相反的转装的相对长的时间可能负面地干扰整个加工工艺，例如，在加工时直至来自用于更换过程的附加库中的相应的姐妹工具到工具主轴中可提供可能的等候时间。
发明内容
在该背景下，本发明的目的在于在维持开头提及的加工中心的优点的情况下如此改进该加工中心，即在未增大安装面积的情况下使机器侧的工具库存储器的存储能力变大，也就是说，机器侧的工具库存储器的存储器扩展部应可在未影响加工中心的原有的安装面积的情况下实现。带有和不带有存储器扩展部的安装面积必须保持相同。
此外，存储能力的增大应未显著影响工具更换时间，也就是说工具更换应立即并且因此在无更大的运动过程的情况下实现。
此外，机器侧的工具库存储器的存储能力的增大应在带有在结构上和在制造技术上很少的花费的情况下实现，尤其应未由于存储能力的增大而必需在U形机架处进行更大的结构改变。
对于呈门架结构形式的立式加工中心，其尤其用于切削加工的铣削加工、钻孔加工和/或车削加工，带有：具有两个侧壁的机架，其用于容纳承载工具和承载工件的构件；可运动的拾取式工具库存储器，其在机架的两个侧壁中用于以拾取式方法更换工具；和机器外罩，其完全包围加工中心，根据本发明的目的由此实现，即在该拾取式工具库存储器下方存在自由空间，在其中还存在至少一个其他的类似于拾取式工具库存储器建造的姐妹库(Schwestermagazin)；并且在机器外罩中在机架的接近开口处存在力驱动的转装操纵部(Umladehandling)，可利用其将加工工具从姐妹库转装到拾取式工具库存储器中并且与此相反地进行转装。
在开头提到的类型的加工中心中，机器侧的拾取式工具库存储器的存储能力基于本发明的设计方案可以简单的方法来扩展，此时在拾取式工具库存储器下方的自由空间中还布置有至少一个姐妹库，其中，在机架处的接近开口处带有力驱动的转装操纵部。通过该布置方案在一定程度上提供有带有工具升降器的多层的可运动的拾取式工具库塔。根据本发明的类型的存储器扩展部具有下列优点：
a) 拾取式工具库存储器完全布置在机架中。
b) 至少一个类似于拾取式工具库存储器建造的姐妹库在拾取式工具库存储器下方同样完全布置在机架中。
c) 力驱动的转装操纵部(可利用其将加工工具从机器侧的姐妹库转装到机器侧的拾取式工具库存储器中并且与之相反地来转装)布置在机架的接近开口处。
从从属权利要求中得出有利的改进方案。
根据一种优选的改进方案，拾取式工具库存储器包括圆环形地建造的、马达驱动的、带有可围绕竖直轴线旋转地支承的库环(Magazinring，其带有用于容纳加工工具的工具固定架)的工具库。
根据一种优选的改进方案，拾取式工具库存储器可通过带有减速器的马达来驱动。
根据一种优选的改进方案，减速器包括齿形带级(Zahnriemenstufe)和齿轮级(Zahnradstufe)。
根据一种优选的改进方案，可旋转的库环通过四点接触滚动轴承(Vier-Punkt-W?lzlager)与机架相连接。
此外，根据一种优选的设计方案，四点接触滚动轴承具有内环，通过其使四点接触滚动轴承固定地与机架相连接，优选地拧在一起。
有利地，四点接触滚动轴承具有可旋转的外环，在其处布置有工具固定架和用于马达的减速器的齿轮级的齿圈元件。
有利地，姐妹库通过圆环形的适配件力配合和/或形状配合地与拾取式工具库存储器的可旋转的库环相连接。这具有这样的优点，即不必需用于姐妹库的单独的支承部和单独的驱动器。
根据一种改进方案，在拾取式工具库存储器处和在姐妹库处的工具固定架实施为可弹性变形的U形固定夹。在该类型的工具容纳部中，加工工具的工具固定架可力配合和/或形状配合地由可弹性变形的U形固定夹来容纳和保持。同时，在此类工具容纳部中始终需要一定的力消耗，以便将加工工具利用工具固定架压入到工具容纳部中或从中挤出。
根据另一有利的设计方案，转装操纵部包括：可气动调节的2个轴单元，其带有竖直的竖轴(Hochachse)、垂直于此布置的水平的纵轴；和工具夹具，其带有可气动调节的两个夹爪以用于保持加工工具的标准化的锥形的工具杆。
有利地，竖直的竖轴和水平的纵轴相应由无活塞杆的气压缸形成。
附图说明
本发明的其他的细节、特征和优点由借助附图的下列的说明得出。其中：
图1从侧上方显示了根据本发明的加工中心的透视的局部视图，
图2从后方显示了根据本发明的加工中心的透视的局部视图，
图3显示了转装操纵部的详细视图，以及
图4显示了库环的驱动器的详细视图。
参考标号列表
1 机架
2 工具主轴的工作站
3 工具库存储器的工作站
4 侧壁
5 拾取式工具库存储器
6 侧壁
7 容纳部
8 装载和卸载开口
9 接近开口
10 库环
11 工具固定架
12 加工工具
13 马达
14 分隔壁
15 转装操纵部
16 驱动小齿轮
17 容纳部
18 接近开口
19 机座(Maschinenschuh)
20 从动齿形带轮
21 气压缸
22 气压缸
23 适配件
24 姐妹库
25 外环
26 夹爪
27 夹爪
28 工具杆
29 齿形带
30 内环
31 齿圈元件
32 小齿轮(Zahnradritzel)
33 装载和卸载开口。
具体实施方式
呈门架结构形式的根据本发明的立式加工中心尤其用作用于切削加工的铣削加工、钻孔加工和/或车削加工的多功能的加工中心。
加工中心具有带有两个侧壁4、6的基本上U形的机架1，其通过3点支承支承在在高度方面可调节的机座19上并且用于容纳承载工具和承载工件的组件。承载工具的组件可在三个线性的空间方向(X-Y-Z)上受控制地移动且用于容纳竖直取向的工具主轴。承载工件的组件可在两个回转的空间方向(A-C)上受控制地移动且用于容纳工件台。
在U形机架1的侧壁4、6中布置有用于承载工具的组件的容纳部7、17以及用于削屑输送器的接近开口18。此外，在两个侧壁4、6中支承有用于以拾取式方法更换工具的可运动的拾取式工具库存储器5。
此外，在机架1中设置有力操作的可运动的分隔壁14，其布置在工具主轴的工作站2与工具库存储器的工作站3之间。此外，设置有至工具主轴的工作站2的装载和卸载开口33以及至工具库存储器的工作站3的装载和卸载开口8。通过装载和卸载开口8可实现手动地装载和卸载拾取式工具库存储器5。
此外，机架1围绕有机器外罩，其完全包围加工中心。
在拾取式工具库存储器5下方设置有自由空间，在其中还存在至少一个其他的类似于拾取式工具库存储器5建造的姐妹库24。
拾取式工具库存储器5包括圆环形地建造的、马达驱动的、带有可围绕竖直轴线旋转地支承的库环10(其设有力配合和/或形状配合的工具固定架11以用于容纳加工工具12)的工具库。
拾取式工具库存储器5或其库环10可通过带有减速器的马达13来驱动。减速器包括齿形带级16、20、29和齿轮级31、32，其中，齿形带级包括驱动小齿轮16、从动齿形带轮20和齿形带29，并且其中，齿轮级包括小齿轮32和齿圈元件31。
可旋转的库环10通过所谓的四点接触滚动轴承与加工中心的机架1相连接。四点接触滚动轴承具有内环30和可旋转的外环25。内环30固定地与机架1拧在一起，而在可旋转的外环25处存在用于容纳加工工具12的工具固定架11和用于马达13的减速器的齿轮级的齿圈元件31。
姐妹库24通过圆环形的适配件23力配合和/或形状配合地与拾取式工具库存储器5的可旋转的库环10相连接，从而使得不必需用于姐妹库24的单独的支承部和单独的驱动器。
用于将加工工具12容纳在拾取式工具库存储器6处和在姐妹库24处的工具固定架11实施为可弹性变形的U形固定夹。在这种类型的工具容纳部中，加工工具12力配合和/或形状配合地由可弹性变形的U形固定夹来容纳和保持。同时，在此类工具固定架11中始终需要一定的力消耗，以便将加工工具12利用工具固定架11压入到工具容纳部中或从中挤出。
在机器外罩中在机架1的接近开口9处设置有力驱动的转装操纵部15，可利用其将加工工具12从机器侧的姐妹库24转装到机器侧的拾取式工具库存储器5中并且可与之相反地来转装。
转装操纵部15包括：可气动调节的2个轴单元，其带有竖直的竖轴、垂直于此布置的水平的纵轴；和工具夹具，其带有可气动调节的两个夹爪26、27，该夹爪用于保持加工工具12的标准化的锥形的工具杆28。
竖直的竖轴和水平的纵轴可相应由无活塞杆的气压缸21、22形成。
本发明的先前的说明仅用于说明的目的且并非用于限制本发明的目的。在本发明的范围中可实现不同的变化和修改，而不脱离本发明以及其等效物的范围。

Claims (11)

1. 一种呈门架结构形式的立式加工中心，其尤其用于切削加工的铣削加工、钻孔加工和/或车削加工，带有：具有两个侧壁(4,6)的机架(1)，其用于容纳承载工具和承载工件的构件；可运动的拾取式工具库存储器(5)，其在所述机架(1)的两个侧壁(4,6)中用于以拾取式方法更换工具；以及机器外罩，其完全包围所述加工中心，其特征在于，在所述拾取式工具库存储器(5)下方存在自由空间，在其中还存在至少一个其他的类似于所述拾取式工具库存储器(5)建造的姐妹库(24)；并且在所述机器外罩中在所述机架(1)的接近开口(9)处存在力驱动的转装操纵部(15)，可利用其将加工工具(12)从所述姐妹库(24)转装到所述拾取式工具库存储器(5)中并且与之相反地进行转装。
2. 根据权利要求1所述的立式加工中心，其特征在于，所述拾取式工具库存储器(5)包括圆环形地建造的、马达驱动的工具库，其带有可围绕竖直轴线旋转地支承的库环(10)，该库环带有用于容纳加工工具(12)的工具固定架(11)。
3. 根据权利要求2所述的立式加工中心，其特征在于，所述拾取式工具库存储器(5)可通过带有减速器的马达(13)来驱动。
4. 根据权利要求3所述的立式加工中心，其特征在于，所述减速器包括齿形带级(16,20,29)和齿轮级(31,32)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的立式加工中心，其特征在于，可旋转的所述库环(10)通过四点接触滚动轴承与所述机架(1)相连接。
6. 根据权利要求5所述的立式加工中心，其特征在于，所述四点接触滚动轴承具有内环(30)，通过其使所述四点接触滚动轴承固定地与所述机架(1)相连接，优选地拧在一起。
7. 根据权利要求5或6所述的立式加工中心，其特征在于，所述四点接触滚动轴承具有可旋转的外环(25)，在其处布置有所述工具固定架(11)和用于所述马达(13)的减速器的齿轮级的齿圈元件(31)。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的立式加工中心，其特征在于，所述姐妹库(24)通过圆环形的适配件(23)力配合和/或形状配合地与所述拾取式工具库存储器(5)的可旋转的库环(10)相连接。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的立式加工中心，其特征在于，在所述拾取式工具库存储器(6)处和在所述姐妹库(24)处的工具固定架(11)实施为可弹性变形的U形固定夹。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的立式加工中心，其特征在于，所述转装操纵部(15)包括：可气动调节的2个轴单元，其带有竖直的竖轴、垂直于此布置的水平的纵轴；和工具夹具，其带有可气动地调节的两个夹爪(26,27)以用于保持加工工具(12)的标准化的锥形的工具杆(28)。
11. 根据权利要求10所述的立式加工中心，其特征在于，所述竖直的竖轴和所述水平的纵轴相应由无活塞杆的气压缸(21,22)形成。
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