DE10034973A1

DE10034973A1 - Universalmaschine

Info

Publication number: DE10034973A1
Application number: DE10034973A
Authority: DE
Inventors: Hektor Steinhilber
Original assignee: Individual
Current assignee: Samag Saalfelder Werkzeugmaschinen 07318 Saa GmbH
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DE10034973C2

Abstract

Universalmaschine vorzugsweise in verstärkter Roboterbauweise mit drehbarem und verfahrbarem Werkstückträger. DOLLAR A An der von den Werkstücken abgewandten Rückseite der Werkstückträger ist ein Werkzeugmagazin mit nach außen weisenden Werkzeugkegeln angeordnet, aus dem einer im Arbeitsraum angeordneten Arbeitsspindel Werkzeuge im Pickup-Modus durch Verfahren der Werkstückträger zugeführt oder entnommen werden. DOLLAR A An der schwenkbaren Arbeitsspindel sind am Umfang des Spindelhalses stehende Werkzeuge beispielsweise für Drehbearbeitungen vorgesehen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeugmaschinen und Roboter mit einer drehbaren Werkstückaufnahme. An der von den Werkstücken abgewandten Seite der Oberfläche des Werkstückträgers ist ein Werkzeugmagazin angeordnet.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind beispielsweise Portalroboter bekannt, die Werkstücke handhaben oder an Entgratwerkzeuge heranführen. Die konstruktive Ausführung schneller Werkzeugmaschinen nähert sich in einigen Bereichen dem Design von Robotern in Portalbauweise an. Eine ebenso vielversprechende Entwicklung bei schnellen Werkzeugmaschinen stellt die Realisierung von parallelkinematischen Lösungen mit Gelenkstäben dar. Wobei in diesem Bereich der Design-Unterschied zwischen Roboter und Maschine oftmals nur durch die unterschiedliche Steifigkeit der Bauteile erkennbar ist.

Aus DE 197 36 801 A1 ist eine selbstladende Transferstraße bekannt. Ergänzende Fertigungslinien ohne Werkzeugwechsel verlieren aber aufgrund ihrer eingeschränkten Flexibilität zunehmend an Bedeutung. Das beschriebene Konzept berücksichtigt den Wunsch der Anwender nach gut zugänglichen hochflexiblen Insellösungen in keiner Weise. Außerdem sind Roboter, Bearbeitungszentren und Drehmaschinen mit obenliegenden Gantryachsen seit mehreren Jahren allgemein bekannt.

Aus DE 44 22 416 C1 ist ein selbstladendes Bearbeitungszentrum bekannt bei dem die Werkstückspannvorrichtung als Greifer ausgeführt ist. Zur automatischen Beladung in einer Selbstladefunktion muß die Werkstückspannvorrichtung aber keine Besonderheit aufweisen. Sie kann genauso gestaltet sein wie bei herkömmlichen Maschinen mit Palettenwechsler.

Allerdings eignen sich die meisten kubischen Werkstücke nicht für die Selbstbeladung, da die Außenkonturen meist komplex gestaltet sind. Die hydraulische Spannvorrichtung mit Folgespannzyklen wird entsprechend aufwändig was die Dauer des Ladevorgangs verlängert. Im Vergleich zu Maschinen mit Palettenwechslern ist bei Selbstladern die Ladezeit Stillstandszeit. Ein Fertigungsmix aus Werkstücken mit einfachen Konturen die im Selbstladebetrieb in der dritten Schicht bearbeitet werden und komplexeren Werkstücken, die aus einem kostengünstigen Mehrfachspeicher heraus mit unterschiedlichen Spannvorrichtungen automatisch bearbeitet werden ist mit dieser vorgeschlagenen Lösung nicht möglich.

Weiterhin sind selbstladende Drehmaschinen beispielsweise aus DE 34 16 660 C2 und selbstladende Bearbeitungszentren aus DE 44 35 024 C2 bekannt.

Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit vereinzelt vertikale Bearbeitungszentren umgebaut, indem die Anordnung von Werkstückträger und Arbeitsspindel vertauscht wurden. Auf diese Weise wurde lediglich der von Drehmaschinen her bekannte Selbstladeeffekt erreicht, aber für die Werkzeugbereitstellung waren aufwändige Systeme erforderlich. Ebenso war die Werkstückbereitstellung unbefriedigend gelöst.

Die Kombination von Dreh- und Fräsbearbeitung ist ebenfalls bekannt, jedoch fehlt der Drehmaschine mit zusätzlich angetriebenen Werkzeugen, abgesehen von der fehlenden dritten Linearachse, die Leistung, Schnelligkeit und Flexibilität des Bearbeitungszentrums im Fräsbereich. Bohr- und Fräszentren mit Einzelwerkzeugwechsel und schnell drehenden Tischeinheiten, sind andererseits nicht in der Lage bei Drehoperationen die kurzen Werkzeugwechselzeiten eines bei Drehmaschinen üblichen Werkzeugscheibenrevolvers zu realisieren. Außerdem wirkt sich die Drehbearbeitung mit unterbrochenem Schnitt nachteilig auf die Lagerung der Arbeitsspindel aus, wenn hier Drehwerkzeuge eingewechselt werden und die Arbeitsspindel nicht rotiert.

Die komplette dreidimensionale Bearbeitung und Handhabung rotierender und stehender Werkstücke mit rotierenden und stehenden Werkzeugen ist bisher nur in Sondermaschinen befriedigend gelöst.

Der Erfindung Siegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Universalmaschine zu konzipieren, mit der sowohl stehende als auch rotierende Werkzeuge kompromißlos zum Einsatz gebracht werden können.

Der Werkzeugwechsel, inklusive Öffnung der Werkzeugabdeckung und der Werkstückwechsel sollen möglichst nur mit den schnellen Hauptachsen der Maschine, ohne zusätzliche Hilfsachsen erfolgen. Zum Werkstückwechsel sollen die Werkstückträger wechselbar ausgeführt sein. Außerdem soll auch das Werkzeugmagazin wechselbar ausgeführt sein. Werkstückträger und Werkzeugmagazine für flexiblen Fertigungseinsatz sollen in einem einfachen gemeinsamen Mehrfachspeicher angeordnet sein und ohne Robotereinsatz nur durch die Verfahrbewegungen der Maschine eingewechselt werden.

Alternativ sollen in einer Selbstladefunktion einfache Werkstücke mit dem auf dem Werkstückträger montierten Spannelementen von einem Transportband gegriffen oder abgelegt werden.

Die Maschine soll mindestens von zwei Seiten zugänglich sein und einen geringen Platzbedarf aufweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet.

Die Universalität wird erreicht indem sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück mit hoher Drehzahl rotieren können und eine Lösung für den schnellen und robusten Wechsel von rotierenden und stehenden Werkzeugen sowie für den Wechsel von Werkstücken möglich ist.

Kern der Erfindung ist demnach die neue Anordnung der Werkzeugmagazine für stehende und rotierende Werkzeuge und der weitgehende Verzicht auf bisher benötigten Hilfsachsen oder Werkzeugwechsler. Lediglich für die übergeordnete Speicherung von Werkzeugmagazinen und Werkstückträgern ist ein Speicher mit einer eigenen Drehachse erforderlich.

Je kürzer der Weg des Bearbeitungswerkzeugs von der Bearbeitungsposition am Werkstück hin zum Platz im Werkzeugmagazin ist, desto kürzer wird die Werkzeugwechselzeit, beim Pickup- Werkzeugwechsel. Aus diesem Grund ist ein Werkzeugmagazin am Vorschubschlitten des Werkstückträgers oder an der Drehachse des Werkstückträgers oder direkt am Werkstückträger angeordnet. Die Drehachse des Werkstückträgers kann horizontal oder vertikal angeordnet sein, wobei die Werkstückträger zur Optimierung des Spänefalls vorzugsweise nach unten weisen um eine hängende Bearbeitung zu ermöglichen.

Die Werkzeuge sind vorzugsweise in horizontaler Lage gespeichert, mit den Aufnahmekegeln nach außen zur Arbeitsspindel gerichtet. Sowohl Scheibenmagazine als auch Regalmagazine können verwendet werden. Auch die Mischung beider Varianten zur Speicherung von Standardwerkzeugen und Sonderwerkzeugen ist vorgesehen.

Die Vorschubachse des Werkstückträgers muß im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen verlängert werden, um die Werkzeugplätze außerhalb des Kollisionsbereichs der Werkstücke an der Rückseite des Werkstückträgers am Vorschubschlitten anordnen zu können.

Zum Aufbau einer Universalmaschine kann die neue Anordnung der Werkzeugmagazine auch bei vorhandenen herkömmlichen vertikalen Bearbeitungszentren gewählt werden. Die Werkstückdrehachse wird hierzu in das vormalige Spindelgehäuse montiert und die Arbeitsspindel dagegen auf dem Arbeitstisch angebracht. Das Werkzeugmagazin muß jedoch auch hierbei außerhalb des Kollisionsbereiches der Werkstücke an der den Werkstücken abgewandten Seite des Werkstückträgers am Vorschubschlitten angeordnet sein. Aus diesem Grund ist eine zusätzliche Hilfsachse die auf dem Vorschubschlitten angeordnet ist und das Werkzeugmagazin im Bereich der Arbeitsspindel positioniert notwendig.

Diese Lösung macht jedoch nur bei der Umrüstung vorhandener Maschinen Sinn, da eine Verlängerung des Vorschubschlittens kostengünstiger realisiert werden kann als eine zusätzliche Hilfsachse. Außerdem verursacht jedes zusätzliche mechanische Element auch zusätzliche Störungen. Die Verlängerung des Vorschubschlittens hingegen wirkt sich nicht nachteilig auf die Maschinensteifigkeit während der Bearbeitung aus, da die weit ausgefahrene Position nur zum Werkzeugwechsel erreicht wird.

Auf diese Weise wird auch eine wegabhängige Zwangssteuerung der Abdeckung des Werkzeugmagazins möglich, da die Position des Werkzeugmagazins während der Bearbeitung nie erreicht wird und nur zum Werkzeugwechsel weiter ausgefahren wird. Die Öffnung von Magazintüren an Bearbeitungszentren ist nicht unproblematisch, da sie sehr schnell und robust und vor allem sicher erfolgen muß. Eine Zwangssteuerung stellt hierbei die sicherste und schnellste Lösung dar, da keine Positionsabfragen notwendig sind. Bei herkömmlicher Anordnung des Werkzeugmagazins ist diese Lösung jedoch nur mit aufwändigen Mitteln realisierbar.

Alle linearen Vorschubbewegungen werden vorzugsweise vom Werkstückträger ausgeführt. Zum Werkzeugwechsel im Pickup-Modus wird der Werkstückträger mit seinem Vorschubschlitten und dem Werkzeugmagazin an die Arbeitsspindel geführt. Bei Verwendung eines Scheibenmagazins erfolgt der Werkzeugwechsel, indem durch Drehung der Werkstückdrehachse auch das Scheibenmagazin gedreht wird und somit alle Werkzeuge im Magazin der Spindel zugänglich sind.

Bei Verwendung eines Regalmagazins kann auf die Drehbewegung des Magazins zum Werkzeugwechsel verzichtet werden, es sind dafür aber zusätzliche lineare Positionierbewegungen erforderlich.

Bei beiden Varianten ist jedoch grundsätzlich keine zusätzliche Hilfsachse zum Werkzeugwechsel erforderlich.

Zur Erhöhung der Speicherkapazität können mehrere Scheiben übereinander angeordnet sein.

Bei hochflexiblem Einsatz der Maschine wird bei jedem Werkstückwechsel der Werkstückträger mit dem an seiner Rückseite angeflanschten Werkzeugscheibenmagazin einem Palettenwechsler oder einem Mehrfachspeicher zugeführt und ausgetauscht. Wenn das Werkzeugmagazin in Regalform ausgeführt ist und am Vorschubschlitten des Werkstückträgers mit einer Kupplung wechselbar angeordnet ist, dann ist bei hochflexiblen Einsatz nach dem Wechsel des Werkstückträgers ein zusätzlicher Wechsel des Regalmagazins erforderlich. Die übergeordnete Speicherung von Werkstückträgern und Wekzeugmagazinen kann auch in dieser Ausführung in einem gemeinsamen Mehrfachspeicher erfolgen, sofern die gleiche Kupplung für Werkstückträger und Werkzeugmagazine verwendet wird.

Die Magazine können zusammen mit dem zugehörigen Werkstückträger außerhalb der Maschine umgerüstet werden. Hierzu werden sie beispielsweise manuell aus den Speichertaschen entnommen.

Bei hochproduktiver Anwendung der Maschine, wird das Werkzeugmagazin nicht gemeinsam mit dem Werkstückträger gewechselt.

Bei Werkstücken mit komplexen Werkstückkonturen erfolgt ein kontinuierlichen Wechsel der Werkstückträger aus dem übergeordneten Mehrfachspeicher. Zur mannlosen Bearbeitung befinden sich dann im übergeordneten Mehrfachspeicher keine Werkzeugmagazine mehr sondern nur noch mehrere identische Werkstückträger.

Werkstücke mit einfacheren Konturen werden in einer Selbstladefunktion an einem Zuführband, wie bei Drehmaschinen bekannt, gewechselt.

Zur Verringerung der benötigten Werkzeugplätze und zur Erhöhung der Produktivität können im Arbeitsraum Mehrspindelbohrköpfe oder Sonderstationen im Verfahrbereich des Werkstückträgers angeordnet sein.

Für Drehbearbeitungen wird die Drehzahl der Werkstückdrehachse erhöht. Bei Verwendung eines Scheibenmagazins muß das Magazin vorher von der Werkstückdrehachse entkoppelt werden. Die Drehwerkzeuge sind vorzugsweise am Umfang der Arbeitsspindel, im Bereich des Spindelhalses ringförmig angeordnet. Die Arbeitsspindel für rotierende Werkzeuge läßt sich vorzugsweise um mindestens 90° von der horizontalen Lage in die vertikale Lage schwenken. In vertikaler Position sind alle Drehwerkzeuge im Bereich des Spindelhalses der Arbeitsspindel durch entsprechende Positionierung der drei linearen Vorschubachsen des Werkstückträgers für die Drehbearbeitung erreichbar. Die Drehwerkzeuge können auf einem gemeinsamen Ring angeordnet sein und zusammen ausgetauscht werden.

Wenn Drehwerkzeuge auf dem Schwenkträger der Arbeitsspindel angeordnet sind, dann können diese beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiste angeordnet sein und gemeinsam ausgetauscht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die erwähnten Vorteile und andere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 eine Seitenansicht der Universalmaschine in Portalausführung mit nach unten weisendem Werkstückträger

Fig. 2 eine Ansicht der Universalmaschine in Portalausführung von vorne, mit nach unten weisendem Werkstückträger

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Scheibenmagazins mit vertikal angeordneten Werkzeugen

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Regalmagazins, das am vertikalen Vorschubschlitten, verschiebbar und wechselbar montiert ist

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Scheibenmagazins mit zusätzlichem Antrieb für die Drehbewegung

Fig. 6 eine Ansicht von oben auf ein zweireihiges lineares Magazin, das an der Drehachse des Werkstückträgers montiert ist

Fig. 7 eine Ansicht von oben auf das Scheibenmagazin mit horizontal angeordneten Werkzeugen, welches in Fig. 1 in der Seitenansicht mit dargestellt ist

Fig. 8 eine Ansicht eines Werkzeugscheibenrevolvers mit einer Motorspindel für automatischen Werkzeugwechsel und mehreren Aufnahmen für stehende Werkzeuge

Fig. 9 eine Seitenansicht des Werkzeugscheibenrevolvers

Fig. 10 eine Seitenansicht einer Universalmaschine mit nach oben weisendem Werkstückträger

Fig. 11 eine Seitenansicht einer Universalmaschine mit nach unten weisendem Werkstückträger in Fahrständerbauweise

Fig. 12 eine Vorderansicht der Universalmaschine in Portalausführung mit Zwangssteuerung der Werkzeugabdeckung

Fig. 13 eine Seitenansicht eines Werkstückträgers mit einer Einzelkupplung

Fig. 14 eine Ansicht von vom, eines Werkzeugmagazins in Regalausführung mit einer Einzelkupplung

Fig. 15 eine Ansicht von unten auf ein Werkzeugmagazin in Regalausführung

Fig. 16 eine Ansicht von oben auf einen Mehrfachspeicher für Werkstückträger und Werkzeugmagazine in Regalausführung

Detaillierte Beschreibung

Vorzugsweise sind am U-förmigen Maschinenbett 1 zwei oben liegende Linearführungen 2 vorgesehen. An diesen Führungen wird ein Portalschlitten 3 in Längsrichtung bewegt. Am Portalschlitten 3 ist der Querschlitten 21 verfahrbar angeordnet, an welchem wiederum der Vertikalschlitten 4 geführt wird. Die vertikale Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 ist am unteren Ende des Vertikalschlittens 4 befestigt. Der Werkstückträger 6 mit den Spannelementen 7 für Werkstücke 19 ist hängend an die Drehachse 5 angeflanscht. Vorzugsweise besteht das Werkzeugmagazin aus einem scheibenförmigen Grundkörper 8 der an der Rückseite des Werkstückträgers 6 montiert ist. Der scheibenförmige Grundkörper 8 schützt die gespeicherten Werkzeuge 12 zum Arbeitsraum hin vor Spänen. Die Werkzeugtaschen 9 sind vorzugsweise rechtwinklig auf den Scheibenkörper aufgesetzt und als vorgespannte flexible Kunststoffzangen ohne weitere bewegliche Elemente ausgeführt. Die Werkzeuge 12 werden in ihrer Greiferrille formschlüssig in horizontaler Lage in den Werkzeugtaschen 9 gehalten. Durch Drehung des Werkstückträgers 6 wird auch der scheibenförmige Grundkörper 8 des Werkzeugmagazins gedreht und die am Umfang verteilten Werkzeugtaschen 9 werden neu positioniert.

Im zentralen Bereich des Maschineninnenraums ist mindestens eine Arbeitsspindel 10 vorzugsweise um eine horizontale Drehachse 11 schwenkbar angeordnet. Zum Werkzeugwechsel rotierender Werkzeuge 12 wird die Arbeitsspindel 10 vorzugsweise in die horizontale Lage geschwenkt. Der Werkzeugwechsel erfolgt dann indem der Werkstückträger 6, mit dem angeflanschten Werkzeugmagazin, durch die drei erwähnten Linearachsen der Maschine, im Bereich der Arbeitsspindel 10 positioniert wird. Die ringförmige Abdeckung 13 des darüberliegenden Werkzeugmagazins wird dabei nach oben gezogen. Dies geschieht indem die Abdeckung, die an zwei Stangen befestigt ist, welche am Vertikalschlitten geführt sind, gegen Endanschläge 35 am Querschlitten aufläuft. Anschließend wird das Magazin mit einer freien Werkzeugtasche 9 von unten in die genormte Greiferrille des aktuellen Spindelwerkzeugs 14, geschoben indem die Linearachsen der Maschine entsprechend positioniert werden. Das Werkzeugspannsystem der Arbeitsspindel 10 öffnet, das Werkzeugmagazin wird in horizontaler Richtung zurückgefahren und die Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 mit dem angeflanschten Magazin wird gedreht. Nachdem das nachfolgende Werkzeug 12 positioniert wurde, wird es durch Verfahren der drei linearen Vorschubachsen in die Arbeitsspindel 10 eingeführt. Danach schließt sich die Abdeckung 13 der Werkzeuge 12 wieder indem der Vertikalschlitten 4 aus der Werkzeugwechselposition wieder in die Arbeitsposition zurückfährt und die Innenseite der Abdeckung 13 durch Schwerkrafteinwirkung an Haltern 37 des Vorschubschlittens aufliegt.

Zur Ausführung einer Drehbearbeitung wird das Scheibenmagazin mittels geeigneter Kupplung von der Drehbewegung des Werkstückträgers 6 entkuppelt und still gesetzt. Der Werkstückträger 6 rotiert daraufhin mit höherer Drehzahl. Stehende Werkzeuge 15 sind am Umfang des Spindelhalses 16 angeordnet. Wenn sich die Arbeitsspindel 10 in einer vertikalen Position befindet, können mit dem rotierenden Werkstück 19 alle Werkzeugpositionen rund um den Spindelhals 16 angefahren werden, wobei sich der Werkzeugwechsel durch eine entsprechende Positionierung der drei Linearachsen des Werkstückträgers 6 ergibt.

Wenn stehende Werkzeuge 15 direkt auf dem Schwenkträger 39 der Arbeitsspindel 10 nebeneinander angeordnet sind, dann kann mit dieser Lösung die Werkzeuganzahl für stehende Werkzeuge reduziert werden, da ein Werkzeug sowohl zum Längsdrehen als auch zum Plandrehen eingesetzt werden kann. Zwischen den beiden unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen muß der Schwenkträger um weitere 90° geschwenkt werden.

Eine weitere Ausführung des Scheibenmagazins ist in Fig. 3 dargestellt. Die Werkzeuge 12 sind hierbei in vertikaler Lage parallel zur vertikalen Vorschubachse des Werkstückträgers 6 angeordnet. Zum Werkzeugwechsel befindet sich die Arbeitsspindel 10 ebenfalls in einer vertikalen, nach oben weisenden Position.

In Fig. 4 wird ein Magazin mit mehreren übereinander liegenden Reihen von Werkzeugen 12 gezeigt. Das Werkzeugmagazin ist direkt am Vertikalschlitten 4, auf der, der Arbeitsspindel 10 zugewandten Seite, montiert. Zum Werkzeugwechsel ist keine Drehbewegung des Magazins erforderlich. Zum Erreichen der verschiedenen übereinanderliegenden Reihen muß die Vorschubachse des Vertikalschlittens 4 entsprechend verlängert sein. Um eine zusätzliche Verlängerung der vertikalen Vorschubachse zu vermeiden, kann das Regalmagazin 41 aber auch verschiebbar auf dem Vorschubschlitten 4 angeordnet sein und beispielsweise mit einem Pneumatikzylinder zum Werkzeugwechsel nach unten verschoben werden.

In der untersten Werkzeugwechselposition kann das Regalmagazin 41 über geeignete Kupplungen 40 entkuppelt und beispielsweise im Bereich des Palettenwechslers 16 oder in einem übergeordneten Mehrfachspeicher wie in Fig. 16 gezeigt, abgelegt werden. Der Mehrfachspeicher ist in diesem Fall an Stelle des Palettenwechslers angeordnet. Als Kupplung 40 kann beispielsweise ein großer Steilkegel SK 60, sowohl für Werkstückträger 6 als auch für Regalmagazine 41 vorgesehen werden.

Der Mehrfachspeicher ist als Scheibe 42 oder Kette ausgeführt und weist ein vertikale Drehachse auf. Die Werkstückträger 6 und Werkzeugmagazine sind mit nach oben weisender Kupplung 40 im Mehrfachspeicher abgelegt. Wegen der vertikalen Anordnung der Drehachse können die Speichertaschen für Werkstückträger 6 und Regalmagazine 41 ohne Verriegelung ausgeführt werden. Einfache formschlüssige, vorgespannte Kunststofftaschen 43 in der entsprechenden Größe sind ausreichend. Bei Verwendung von scheibenförmigen Werkzeugmagazinen, die an die Rückseite des Werkstückträgers 6 aufgeschraubt sind, ist kein zusätzlicher separater Platz im Mehrfachspeicher für das Scheibenmagazin erforderlich. Es wird einfach zusammen mit dem Werkstückträger 6 abgelegt. Das in Fig. 5 dargestellte Scheibenmagazin weist eine zusätzliche horizontale Drehachse 25 auf, die am Vertikalschlitten 4 montiert ist. Zum Werkzeugwechsel ist eine Drehbewegung des Magazins erforderlich.

Fig. 6 zeigt ein Werkzeugmagazin mit zwei gegenüberliegenden Reihen von Werkzeugen 12. Zum Werkzeugwechsel muß das Magazin lediglich ein Mal gedreht werden, wenn alle Werkzeuge 12 während eines Programmdurchlaufs aus einer Werkzeugreihe in die Arbeitsspindel 10 eingewechselt wurden und dann der Zugriff auf die zweite Reihe notwendig wird.

Die Werkzeugaufnahmen für stehende Werkzeuge 15 können auch kreisförmig um das Zentrum der Schwenkachse 11 der Arbeitsspindel 10 angeordnet sein, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt. Die Arbeitsspindel 10 stellt in diesem Fall eine Kombination aus einem Werkzeugscheibenrevolver für stehende Werkzeuge 12 und einem Winkelfräskopf für automatischen Werkzeugwechsel dar, wobei die Arbeitsspindel jedoch als Motorspindel ausgeführt ist und nicht über ein Winkelgetriebe mit dem Motor der Schwenkachse 11 angetrieben werden muß. Durch Drehung der Arbeitsspindel 10 um die Schwenkachse 11 können auch feststehende Bearbeitungswerkzeuge 15 oder Greifwerkzeuge 23, die an der Arbeitsspindel 10 angeordnet sind, beispielsweise für eine Drehbearbeitung oder eine Honoperation oder eine Handhabungsaufgabe eingesetzt werden.

Zur Reduzierung der benötigten Werkzeugspeicherplätze im Werkzeugmagazin und zur Erhöhung der Produktivität und Flexibilität können im Arbeitsraum Sondereinheiten vorgesehen werden, wie zum Beispiel Mehrspindelköpfe 20, stehende Aufnahmen für Räumwerkzeuge oder Stationen mit Schleifspindeln.

Zum Werkstückwechsel wird der Werkstückträger 6 im Bereich eines Palettenwechslers 16 mit horizontaler Drehachse 17 positioniert. Der Werkstückträger 6 wird mit geeigneten Maschinenelementen beispielsweise hydraulisch an den Wechslerarm 24 gekuppelt, anschließend wird der Werkstückträger 6 von der Drehachse 5 am Vertikalschlitten 4 entkoppelt und durch eine 180°-Drehung des Palettenwechslers 16 ausgetauscht. Diese Lösung ist für schwere und große Werkstückträger geeignet.

Alternativ können die Werkstücke 19 auch ohne einen Wechsel des Werkstückträgers 6 direkt auf einem Speicherplatz 18 oder einem Rollenband durch Öffnen der Spannelemente 7, die das Werkstück 19 auf dem Werkstückträger 6 halten, abgelegt werden. Hierzu müssen die Spannelemente 7 nicht als spezielle Greifer ausgeführt werden, es muß lediglich auf einem geeigneten Transportband ein bei automatisierten Werkstücktransportsystemen allgemein bekannter Halter zum Ablegen der Werkstücke bereitstehen.

Abhängig von der geforderten Umrüsthäufigkeit ist das Werkzeugmagazin entweder an der Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 oder direkt an der Rückseite des Werkstückträgers 6 befestigt. Bei direkter Befestigung am Werkstückträger 6 wird bei jedem Wechsel des Werkstückträgers 6 auch das dazugehörige Werkzeugmagazin gewechselt, was beispielsweise bei Einzelfertigungen sinnvoll ist. Auch Kombinationen beider Varianten sind möglich wie in Fig. 2 dargestellt indem das untere Magazin am Werkstückträger befestigt ist und das obere kleinere Magazin 34 für Standardwerkzeuge 33 nicht wechselbar am Vertikalschlitten angeordnet ist.

Die Realisierung der Erfindung ist mit eingeschränkter Flexibilität auch mit herkömmlichem Maschinenbett 28, wie in Fig. 10 gezeigt möglich. Hierbei wird die Querbewegung von einem Fahrständer 27 und die Längsbewegung vom Werstückschlitten 26 auf dem der Werkstückträger 6 nach oben gerichtet ist, ausgeführt. Sofern die Arbeitsspindel 10 nicht schwenkbar vorgesehen ist, müssen die stehenden Werkzeuge 15 für Drehbearbeitungen in einer ringförmigen drehbaren Aufnahme am Umfang des Spindelhalses 16 angeordnet sein.

Auch mit dem Umbau von vertikalen Bearbeitungszentren ergeben sich die Funktionen einer Universalmaschine, wie in Fig. 11 gezeigt indem die Position von Werkstückträger 6 und Arbeitsspindel 10 vertauscht wird und mit den beschriebenen Magazinen ergänzt werden. Da die Vertikalachse bei diesem konstruktiven Aufbau relativ kurz ist, muß die Werkzeugscheibe 38 so ausgeführt werden, daß die Werkzeugtaschen 9 nach unten gerichtet sind und die Abdeckung des Magazins seitlich auseinandergezogen wird. Diese Öffnungsbewegung kann jedoch ebenfalls über die Vorschubbewegung des Vertikalschlittens 4 zwangsgesteuert werden, da die Position der Werkzeuge auf der Rückseite des Werkstückträgers 6 liegt und während der Werkstückbearbeitung nicht erreicht wird. Bei umgebauten vertikalen Bearbeitungszentren kann auch die in Fig. 4 dargestellte Regalvariante sinnvoll sein, da eine nachträgliche Verlängerung der Vorschubachse des Werkstückträgers 6 zu aufwändig wäre.

Auch Knickarmroboter oder Maschinen mit Parallelkinematiken können zu universellen Einrichtungen ausgebaut werden, indem ein Magazin für rotierende Werkzeuge an der Rückseite des rotierenden Werkstückträgers angeordnet ist und ein Magazin für stehende Werkzeuge an einer rotierenden Arbeitsspindel, im Bereich des Spindelhalses vorgesehen ist.

Claims

1. Universalmaschine mit mindestens drei linearen Vorschubachsen und einem oder mehreren, verfahrbaren und drehbaren Werkstückträgern 6 für kubische oder rotationssymmetrische Werkstücke 19 dadurch gekennzeichnet, daß an der von den Werkstücken 19 abgewandten Seite der Oberfläche des Werkstückträgers 6, direkt am Werkstückträger 6 oder am Umfang der Drehachse des Werkstückträgers 6 oder am Vorschubschlitten des Werkstückträgers 6, in einer oder mehreren Ebenen, eine oder mehrere Reihen Werkzeugtaschen 9 zur Speicherung von Werkzeugen 12 für rotierenden Einsatz ortsfest oder wechselbar sowie drehbar oder verschiebbar angeordnet sind und eine oder mehrere im Arbeitsraum schwenkbar angeordnete Arbeitsspindeln 10 für rotierende Werkzeuge 12 im Bereich des Spindelhalses 16 oder auf dem Schwenkträger 39 der Arbeitsspindeln 10 Aufnahmen für nicht rotierende, stehende Werkzeuge 15 aufweisen.

2. Universalmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung 13 der gespeicherten Werkzeuge 12 für rotierenden Einsatz parallel zur Vorschubachse des Werkstückträgers 6 verschiebbar angeordnet ist und durch Verfahren des Vorschubschlittens 4 des Werkstückträgers 6 in die Werkzeugwechselposition, die Abdeckung 13 mit Endanschlägen 35 am Querschlitten 21 aufläuft und öffnet.

3. Universalmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitsspindel 10 für rotierende Werkzeuge 12 und Pickup-Wechsel, zusammen mit Aufnahmen für stehende Werkzeuge 15 in einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet ist, wobei das Schwenken der Arbeitsspindel 10 von der horizontalen Lage in die Vertikale Lage durch Drehung des Grundkörpers realisiert wird.

4. Universalmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Werkstückträger 6 und Werkzeugmagazine fest verbunden sind und gemeinsam wechselbar sind oder über die gleiche Kupplung 40 verfügen und ein gemeinsamer Mehrfachspeicher 42 für Werkstückträger 6 und Werkzeugmagazine im Verfahrbereich des Vorschubschlittens 4 des Werkstückträgers 6 angeordnet ist.