CS785587A3 - Tool magazine - Google Patents

Description

7‘Vír-WX Zásobník nástrojů

Oblast techniky

Vynález se týká zásobníku nástrojů pro obráběcí stroje,zejména pro číslicově řízené obráběcí stroje, který je určenýk ukládání a k odebírání nástrojů a jejich vrácení zpět pomo-cí manipulátoru.

Dosavadní stav techniky Zásobníková zařízení nástrojů se především používají uobráběcích strojů pro číslicově řízené opracování obrobků, zej-ména v obráběcích centrech a jsou známa v různých provedeních.Známé základní provedení zásobníkového zařízení nástrojů jetalířový zásobník ve tvaru kotouče, na jehož obvodu jsou uspo-řádané nástroje, většinou spolu s nástrojovým držákem jako nabubnu nebo hvězdicovitě. U hvězdicového uspořádání nástrojůse může dosáhnout zvýšení počtu zásobních míst tím, že se nasebe naskládá více takových talířovitých zásobníků, jak jeto např. řešeno v DE patentu 1 912 369. V tomto nástrojovémzásobníku jsou nástroje uložené v axiálně posuvných blocích,s jejichž pomocí jsou nástroje přistavitelné do polohy propředávání nástrojů, v níž mohou být pomocí výměnného zařízenínástrojů ze zásobníku vyjmuty nebo do něho uloženy zpět. Ne-výhodou jsou však poměrně vysoké náklady na posuvné uloženíbloků a posuvový mechanismus.

Tyto náklady lze sice zmenšit tím, že jsou nástroje uspo-řádané v několika patrech osově na otočném bubnu a svojí po-délnou osou jsou uloženy tangenciálně ke kruhové dráze soustředné s válcem bubnu, takže mohou být odebírány a ukládány po-dávacím zařízením. Nevýhodou však je, že počet nástrojů umístě-ných na obvodu bubnu je u tohoto uspořádání poměrně malý, vizšvýcarský patent č. 556 712.

Druhá základní forma provedením zásobníku nástrojů je ře-tězový zásobník, v němž jsou nástroje uloženy rovnoběžně nebo 2 kolmo k osám otáčení obíhajícího řetězového pohonu. Neposta-čuje-li však počet míst pro nástroje takovéhoto řetězovéhozásobníku, musí se k obráběcímu stroji postavit další zásob-níky. Nedostatkem je přitom poměrně velký nárok na prostor apoměrně velké náklady na odebírání a vracení nástrojů. Dále jsou známé takzvané plošné zásobníky, u kterýchjsou nástroje uspořádané na rovinné, většinou svislé ploše ajsou odebírány a vraceny zpět portálovým nakladačem. Tak lzedosáhnout velké zásobní kapacity nástrojů a navíc lze portá-lovým nakladačem každý nástroj poměrně rychle dosáhnout, anižby se muselo pohybovat celá hmota nástrojů, jako např. u ta-lířového nebo řetězového zásobníku. Nevýhodou je však velmivysoká spotřeba místa, protože každý nástroj vyžaduje kroměvlastni úložné plochy ještě přídavné nevyužité přístupovéplochy pro portálový zakladač, takže vznikají velké průjezdovécesty pro portálový nakladač. Toto řešení je navíc stěží použitelné pro několikavřetenové obráběcí stroje, protože je problematické současně odebírat více nástrojů z plošného zásobníku. Základ vynálezu tvoří úkol dále zdokonalit zásobník ná-strojů tak, aby se mohlo dosáhnout velkého počtu nástrojů nanejmenši ploše při rychlém zakládání a uchopení.

Podstata vynálezu Výše uvedené nedostatky odstraňuje a vytčený úkol řešízásobník nástrojů, zejména pro číslicově řízené obráběcí stro-je, pro ukládání nástrojů uspořádaných v nástrojových kazetácha pro odebírání a vracení nástrojů pomocí manipulátoru, podlevynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vzájemně dosedajícínástrojové kazety jsou opatřeny horním pojezdovým ústrojím aspodním pojezdovým ústrojím, jimiž jsou posuvně uchyceny vkruhovém horním vedení a spodním vedení, která jsou uspořádánapo obvodu na koncích rotoru, který je otočně uložený na svis-lém sloupu, který je ve své spodní části nepohyblivě upevněn 3 a zevně obklopen pevným stojanem, přičemž mezi nástrojovýmikazetami je vytvořený volný nakládací a vykládací sektor ná-strojových kazet na rotor a výběr nástrojů.

Podle vynálezu je výhodné, jsou-li k nástrojovým kazetámpřiřazena dvě podávači zařízení, z nichž první podávači zaří-zení pro upevnění nástrojové kazety na okraji sektoru je při-pevněno nehybně ke stojanu a druhé podávači zařízení na hle-dání, upevnění a přizvednutí nástrojové kazety je upevněnok prvnímu podávacímu zařízení na rotoru.

Další výhodné provedení zásobníku nástrojů spočívá v tom,že se první podávači zařízení skládá ze dvou zdvihacích jed-notek, které mají na svých koncích chapadla, která jsou přidopravě nástrojových kazet do nakládací a vykládací polohy vzáběru s úchytnými deskami na koncích nástrojových kazet.

Jedna z výhodných forem provedení zásobníku nástrojů po-dle vynálezu je charakteristické tím, že druhé podávači za-řízení sestává z nosné tyče, na jejíchž koncích jsou uspořá-dány horní podávači vidlice a spodní podávači vidlice, a kteráje spojena se zdvihacím ústrojím umístěným na rotoru pro zdvihdruhého podávacího zařízení do záchytné polohy nástrojové ka-zety na rotor. Přehled obrázků na výkrese

Jeden příklad provedení zásobníku nástrojů podle vynálezuje zobrazený na výkresech, na kterých představuje:obr. 1 - schematický boční pohled na zásobník nástrojů,obr. 2 - schematický půdorys na zásobník nástrojů z obr. 1,obr. 3 - podélný řez zásobníku nástrojů podle obr. 1 s nástro-jovou kazetou drženou prvním podávacím zařízením v zakládacía vykládací poloze, obr. 4 - je schematicky znázorněný podélnýřez zásobníku nástrojů podle obr. 1, ve kterém je znázorněnafunkce druhého podávacího zařízení pro upevnění nástrojovékazety na rotoru, obr. 5 - znázornění úchopných zařízení unástrojové kazety, obr. 6 - schematicky zobrazený půdorys zá-sobníku nástrojů podle obr. 1 pro objasnění jeho provozu, obr. 7 - řez nástrojovou kazetou s uloženým nástrojem a obr. 8zásobník nástrojů podle obr. 1 s vykloněnou nástrojovou ka-zetou . Příklady provedeni vynálezu Zásobník nástrojů zobrazený na obr. 1 a 2 má válcovýsloup _1, kolem něhož je uspořádáno několik nástrojových kazet2^, přiléhajících na sebe prstencovitě kolem osy 3. sloupu.Nástrojové kazety 2^ jsou umístěny axiálně rovnoběžně s osou 3.sloupu a mají několik míst 4_ pro nástroje ležících vedle sebe,ve kterých jsou uloženy nástroje _5 s nástrojovými držáky vradiální poloze, jak bude ještě popsáno za pomoci obr. 6. Nakoncích nástrojových kazet jsou umístěny úchytné deskykteré se mohou použít také pro kódování. Z obr. 2 je zřejmé, že je vedle sebe uspořádáno prsten-covitě jen tolik nástrojových kazet 2_, že se může vytvořitvolný sektor _8 bez zásobníků, který může vykazovat úhel asi60 až 90°. Sloup _1 má základ 10 , který může být vytvořenýjako pata nebo jako konstrukce začleněná do lože obráběcíhostroje. Sloup _1 může být se základem 10 spojený v ucelenémtvaru, např. svařováním nebo přičepováním nebo silově sevře-ním. V posledně jmenovaném případě vzniká výhoda plynuléhoradiálního nastavení celého zásobníku nástrojů na dané obvo-dové eventuality. Z obr. 3 je zřejmé, že sloup _1 je nosič válcového roto-ru 11, který se skládá z horního a dolního kruhového vedení12 a 13 a souosého válce 14 spojujícího tato vedení 12 a 13a je na sloupu 1_ uložený otočně pomocí ložisek 15 a 16.

Rotor 11 se uvádí do pohybu motorickým pohonem 17, např.hydromotorem 18 a redukční převodovkou 19, přičemž hnacípastorek 20 je v záběru s ozubeným kolem uspořádaným koaxiál-ně s osou 2 sloupu a upevněným ke spodnímu vedení 13 . Pohon17 se může otáčet ve směru nebo proti směru hodinových ruči-ček a může být stupňovitě nebo plynule regulován. 5 Nástrojové kazety 2^, z nichž každá nese několik nástrojůkteré jsou v kazetě fixované v definované poloze, jsou otočněpodepřeny dvěma pojezdovými ústrojími 22 a 23 na horním aspodním vedení 12 a 13 , která v podstatě sestávají z pojezdo-vých kladek a podpěrných válečků a umožňují relativní pohybna rotoru 11. Nástrojové kazety 2_ jsou přitom umístěny nahorním a spodním vedení 12 a 13 rotoru 11 zavěšené po obvodu. Z obr. 3 je dále zřejmé první podávači zařízení 2 5 , kte-ré v podstatě sestává ze dvou protilehlých zdvihacích jedno-tek 26 a. 27, např. pneumatických nebo hydraulických válců,uspořádaných v podélném směru zásobníku, které jsou nehybněuspořádané na stojanu 28 zásobníku nástrojů. Zdvihací jednot-ky 26 a 27 mají na konci chapadla 29 a 22, jimiž se uchopíprávě předložená nástrojová kazeta 2_, vystředí se a předložívýměnnému zařízení nástrojů ve vhodné výšce. Zdvihacími jed-notkami 26 a 27 se může realizovat řada zdvihových poloh.

Zatímco první podávači zařízení 25 je nehybně upevněnona stojanu 28 zásobníku nástrojů, je z obr. 4 zřejmé druhépodávači zařízení 35 , které je uložené na rotoru 11 a jímžse může vyhledávat určitá nástrojová kazeta 2_ a upevnit na rotoru 11. Na obr. 4 jsou znázorněna dvě druhá podávači zaří-zení 35, avšak je to totéž zařízení, které je ale znázorněnéve dvou různých polohách, viz obě šipky 33 a 34. Druhé podá-vači zařízení 35 se skládá z nosné tyče 36 a horní a spodnípodávači vidlice 37 a 38 a je zdviháno zdvihacím ústrojím 39,které je umístěno na řídícím prstenci 40 uloženém na rotoru11, viz šipku 34. V této poloze druhého podávacího zařízení35 fixují horní a spodní podávači vidlice 37 a 38 horní aspodní pojezdové ústrojí 22 a 23 zvolené nástrojové kazetytakže ta se při otáčení rotoru 11 otáčí společně s ním.

Na obr. 4 jsou zobrazeny některé možnosti uchopení. Kru-hová konstrukce zásobníku nástrojů a libovolně uspořádanývolný sektor bez zásobníků umožňují volbu uchopení nástrojena celém obvodu zásobníku. Protože je výhodné ukládat nástroj blízko pracovního vřetena, aby zůstaly pro vlastní výměnu ná-strojů jen krátké úseky, lze zde uskutečnit možnost uchopenínástroje v jedné nakládací a vykládací stanici 42 zakládacímramenem 41. U vhodného uspořádání je možné také vynechat za-kládací rameno 41 a výměnu nástrojů provést přímo nakládacía vykládací stanicí 42 . Druhé zakládací rameno 43 slouží kruční výměně jednotlivého nástroje ve vedlejším čase. Vlast-ní funkce zásobníku nástrojů je přitom zajištěna i přesto aobráběcí stroj může pokračovat ve výrobě. Aby se mohl pro-vést postup zakládání a vyjímání, nachází se první podávačizařízení 25 na místě předání společně s nakládací a vykláda-cí stanicí 42.

Popisovaný zásobník nástrojů má vysokou úložnou kapaci-tu. Je-li např. do každé nástrojové kazety j? nasazeno 10 ná-strojů a je-li na obvodu navrženo 22 nástrojových kazet 2_ prokužel ISO 45, vzniká maximální úložná kapacita 220 nástrojů.Tuto plnou kapacitu zásobníku však není nutné využívat a jemožné navrhnout jen právě potřebný počet nástrojů. Tím sezpůsob funkce zásobníku nijak neovlivní. Naopak jsou pak menšíhmotnosti, které se musí pohybovat a urychlovat.

Pracovní postup zásobníku nástrojů bude popsán za pomociobr. 6. Ve výchozí poloze se rotor 11 osadí nástrojovými ka-zetami 2 nakládací a vykládací stanicí 42 . Nástrojové kazety2^ nesou identifikační kód, který se načte do řízení stroje.Každá kazeta se postupně čísluje. Toto číslo obsahuje v říze-ní křížový odkaz k identifikačnímu kódu a tím i k obsahu ka-zety.

Pracovní cyklus probíhá tak, žeprvní podávači zařízení 2 5 , které není zobrazeno, uchopí ná-strojovou kazetu 2 s číslem 101, načež strojní program vyvolápředlohu některé nástrojové kazety, např. číslo 115. Pohonrotoru 11 s druhým podávacím zařízením 3^5 obdrží příkazovýimpuls k otáčení ve smyslu hodinových ručiček, který je zná-zorněný šipkou. Kazeta číslo 101 je zvenku pevně držená avšechny zbývající nástrojové kazety 2 jsou k němu přitlačeny. 7

Protože se rotor 11 otáčí, pohybují se pojezdová ústrojí 22.a 22 relativně vůči rotoru 11, avšak aniž by se nástrojové ka-zety 2 pohybovaly.

Druhé podávači zařízení 35 se nyní pohybuje s rotorem11 od kazety 101 ke kazetě 115 zvýšenou rychlostí. Během to-hoto pojíždění odpočítává indikátor 50 kazety a hlásí to ří-zení, přičemž zde se počítá rozdíl mezi 122 a 115. U před-poslední kazety, zde je to č. 116, se přeřadí z rychlého Cho-du na polohovací rychlost. Při dosažení kazety č. 115 se dru-hé podávači zařízení 35 odstaví a polohuje se. Přitom se dru-hým podávacím zařízením kazeta č. 115 pevně tvarově spojís rotorem 11. Po uvolnění kazety č. 101 oddělením prvního po-dávacího zařízení 25 se rotor 11 opět zrychlí. Nyní se uvedoudo nuceného pohybu všechny nástrojové kazety 2j které se nachá-zejí ve směru otáčení před kazetou č. 116, tj. v tomto přípa-dě kazety č. 101 až 115 včetně. Kazety č. 116 až 122 se urychlu-jí pouze třením, což je výhodné, protože v průřezu nemusí ro-tační pohon vyvodit celkový vrcholný náběhový moment. Mezitímdohoní nejvíc urychlená kazeta č. 101 kazetu č. 122 a volnýsektor bez nástrojových kazet 2 nyní vznikne mezi kazetamič. 115 & 116. Kazeta č. 115 se přiblíží předacímu místu sprvním podávacím zařízením 2 5, přičemž se rychlost pohonu zmen-ší na polohovací rychlost. Všechny nástrojové kazety 2 kroměkazety č. 115 si ponechávají setrvačností svou rychlost, pří-padně se trochu zpomalí vlivem tření a vytvoří samostatně vžádaném místě volný sektor 2 bez kazet pro nástrojový manipu-látor, jako ve výchozí poloze. Když rotor 11 a tím i kazetač. 115 dosáhne předávací polohu, uzavřou se první a druházdvihací jednotka 26 a 27 prvního podávacího zařízení 25 azdvihnou kazetu č. 115 do požadované výšky. Nyní se mohou ná-stroje odebrat manipulátorem z různých poloh kazety. Pracov-ní cyklus může nyní opět začít u první operace. U zásobníku nástrojů se přisuzuje značný význam rychlémupředložení nástrojů a jejich uchopení. To je zejména důležité, následují-li za sebou operace s krátkými časy obrábění. Protento případ nemohou být nástroje připravovány ve vedlejšímčase. K vlastnímu času výměny u nástrojového manipulátoru sedodatečně přičítá čas zakládání, což znovu zmenšuje dispozi-bilitu stroje. U zásobníků nástrojů s vysokou až velmi vy-sokou úložnou kapacitou účinkuje tento projev obzvlášt ne-příznivě.

Popsaný zásobník nástrojů má k dispozici dvourozměrnéukládací pole, takže při zakládáni jedné nástrojové kazety 2_se všechny její nástroje zakládají současně.

Vychází-li se ze shora popsaného příkladu z deseti ná-strojů na jednu kazetu, založí se na každých 80 mm pojezdurotoru 11 vždy znoru 10 nových nástrojů. Aby se založilovšech 220 nástrojů, potřebuje zásobník nástrojů jedno otočení,což odpovídá dráze asi 2,5 m.

Ale také doba cyklu popsaného zásobníku nástrojů se mů-že optimalizovat. Toho se dosahuje relativním pohybem mezikazetami a rotorem 1_1. Zakládá-li se podle programového vyvo-láni jedna kazeta zafixovaná prvním podávacím zařízením 25,vyhledává rotor 11 ihned příští vyvolávanou nástrojovou ka-zetu 2^ aniž by bránil nástrojovému manipulátoru v současnémprovádění odběru nástrojů. Tak se nechají uskutečnit velmirychlé zakládací operace kazety, které navíc umožňují pevnérozmístění nástrojů a podstatně snižují náklady na řízení.

Zakládací a vyjímací stanicí lze optimalizovat zakládá-ní a vyjímání jednotlivých nástrojů ručně nebo portálovýmzakladačem. Aby se během takovéto výměny nástrojů ze zásobní-ku nástrojů neblokoval jednak obráběcí stroj a jednak obslu-ha, případně portálový zakladač, poskytuje zakládací a vyjí-mací stanice účelnou možnost vyklopení příslušné nástrojovékazety _2. To se provádí s výhodou během vhodného sledu ope-rací pomocí zakládacího a vyjímacího ramena, které uvádí kaze-tu z pracovní oblasti zásobníku nástrojů do zakládací a vyjí-mací polohy. Zde se mohou nástroje vyměnit obsluhou nebo portá-lovým zakladačem bez překážky hlavního strojového času s vlast-ním pracovním rytmem. V dalším lze řízením stroje stanovit nejvhodnější oka-mžik pro výměnu celých nástrojových kazet 2_, aby se mohlyjednotlivé kazety vykládat a zakládat bez ovlivňování hlav-ního strojového času i mezi operacemi.

Je nutno se ještě zmínit o tom, že není potřebné, abyměly všechny kazety stejnou šířku. Jsou-li nasazeny nástrojeo poměrně velkém průměru, mohou se použít odpovídající ka-zety o větší šířce.

Na obr. 7 je zobrazen řez nástrojovou kazetou 2 s nástro-jem _5. Nástroj _5 je držený v držáku 51 nástroje, který má ná-strojový upínák 52 , manipulační kroužek 53 se záběrovým žláb-kem 54 a nástrojovým kuželem 5_5. nástrojový kužel 55 má přídržný čep 56 s krčkem 57., kte-rý je ohraničený koncovou přírubou 58 a do něhož zasahujearetační čep 59 s pružinou 61 vedený v přídržném kroužku 60.

Na větším průměru nástrojového kužele 55 je držák 51 nástrojepružně vedený elastickým 0-kroužkem 62 drženým v nástrojovékazetě 2^ a navíc je polohován dorazovým kolíkem 63 . Tímtouspořádáním je držák 51 nástroje držený v nástrojové kazetě 2tvarovým stykem, avšak lze jej po překonání síly aretační pru-žiny 6_1 na manipulačním kroužku 53 uchopit a vyjmout. U shora popsaných příkladů provedení se předpokládalo,že se zakládání nástrojů děje ve svislém uspořádání nástrojo-vých kazet 2^. Není-li možné přímé uchopení výměnným zaříze-ním nástrojů, např. pro nedostatek místa, anebo je výhodnějšípředkládat nástroj 5 obráběcímu stroji v blízkosti pracovníhovřetena, nasazuje se na to zakládací rameno 41. Nepostačuje-liu určitých obráběcích strojů první podávači zařízení 25 vytvo-řené u zásobníku nástrojů jako posuvné zařízení zdvihu kaze-ty, může být zakládací rameno 4.1 vybaveno např. zdvihacím nebovyklápěcím mechanismem. Vyklápěcí mechanismus dovoluje vyklo-pit nástrojovou kazetu 2_ kolem kyvné osy S, viz obr. 8. Vyklá-pění nástrojové kazety v radiálním směru k zásobníku nástro-jů je většinou žádoucí u obráběcích strojů se svislým pracov- 10 ním vřetenem. U zásobníku nástrojů je však také možné kvůlivolnému sektoru bez kazet uspořádat kyvnou osu S_ radiálněk zásobníku nástrojů, takže se nástrojová kazeta 2_ může vy-klápět v tangenciálním směru. Nástrojová kazeta 2^ a osy ná-strojů _5 pak leží ve vodorovné poloze. Podstatné však je, žetaké při takovém nasazení nemusí být zásobník nástrojů měněn,nýbrž může být zachován ve svém standartním provedení.

Průmyslová využitelnost Zásobník nástrojů podle vynálezu je vhodný pro použitízejména u obráběcích strojů uspořádaných ve výrobních linkáchnebo integrovaných úsecích v hromadné nebo sériové výrobě.

Claims (7)

1. paten tové Nároky

   1. Zásobník nástrojů, zejména pro číslicově řízené obráběcístroje, pro ukládání nástrojů uspořádaných v nástrojovýchkazetách a pro odebírání a vracení nástrojů pomocí manipu-látoru, vyznačující se tím, že vzájemně dosedající nástrojovékazety (2) jsou opatřeny horním pojezdovým ústrojím (22) aspodním pojezdovým ústrojím (23), jimiž jsou posuvně uchy-ceny v kruhovém horním vedení (12) a spodním vedení (13),která jsou uspořádána po obvodu na koncích rotoru (11),který je otočně uložen na svislém sloupu (1), který je vesvé spodní části nepohyblivě upevněn, a zevně obklopen pev-ným stojanem (28), přičemž mezi nástrojovými kazetami (2) je vytvořen volný nakládací a vykládací sektor (8) nástrojo-vých kazet (2) na rotor (11) a výběr nástrojů (5).
2. 2. Zásobník nástrojů podle bodu 1, vyznačující se tím, že knástrojovým kazetám (2) jsou přiřazena dvě podávači zařízení(25,35), z nichž první podávači zařízení (25) pro upevněnínástrojové kazety (2) na okraji sektoru (8) je připevněno ne-hybně ke stojanu (28) a druhé podávači zařízení (35) na hle-dání, upevnění a přizvednutí nástrojové kaz\ty (2) jeupevněno k prvnímu podávacímu z ař í zen ίΛ'Χ 2 5 ) na rotoru (11). \ / v v - 2 -
3. 3. Zásobník nástrojů podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím,že se první podávači zařízení (25) skládá ze dvou zdviha-cích jednotek (26, 27), které mají na svých koncích cha-padla (29, 30), která jsou při dopravě nástrojových kazet(2) do nakládací a vykládací polohy v záběru s úchytnýmideskami (7) na koncích nástrojových kazet (2). ¢. Zásobník nástrojů podle bodu 2 nebo 3, vyznačující se tím,že druhé podávači zařízení (35) sestává z nosné tyče (36),na jejíchž koncích jsou uspořádány horní podávači vidlice(37)a spodní podávači vidlice (38) a která je spojena sezdvihacím ústrojím (39) umístěným na rotoru (11) pro zdvihdruhého podávacího zařízení (35) do záchytné polohy nástro<-jové kazety (2) na rotor (11).
4. 5. Zásobník nástrojů podle některého z bodů 1 až A·, vyznačují-cí se tím, že v nástrojových kazetách (2) je uspořádánoněkolik nástrojů (5) v jedné řadě.
5. 6. Zásobník nástrojů podle některého z bodů 1 až 5, vyznačují-cí se tím, že nástrojové kazety (2) mají různou šířku.
6. 7. Zásobník nástrojů podle některého z bodů 1 až 6, vyznaču-jící se tím, že rotor (11) je připojen k motorovému pohonu(17) a je uložen otočně jak ve smyslu hodinových ručiček tak i opačně a jeho pohon (17) má stupňovitou nebo plynulouregulaci.
7. 8. Zásobník nástrojů podle bodů 1 až 7, vyznačující se tím,že nástrojová kazeta (2), která je v místě odběru, je přivýměně'nástrojů (5) natočena v radiálním nebo tangenciál-ním směru vůči rotoru (11) do vodorovné polohy. Zástupce: t ε · c b π í " i e h o Sscí.PRáÍÍa Á.H Áí 1 (49)