DE102004030936A1

DE102004030936A1 - Werkzeugwechseleinrichtung an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE102004030936A1
Application number: DE102004030936A
Authority: DE
Inventors: Achim Dipl.-Ing. Pönisch; Heino Dipl.-Ing. Kemter
Original assignee: StarragHeckert GmbH
Current assignee: StarragHeckert GmbH
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: DE102004030936B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher (3), einer längs der Teilspeicher verfahrbaren Zubringereinheit (Z), die einen in horizontaler Richtung verfahrbaren Ständer (4) und einen an dem Ständer (4) in vertikaler Richtung bewegbaren Schlitten (7) sowie einen von einem Geradführungsgetriebe geführten Greiferkopf (11) aufweist, der zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen (14) längs einer Horizontalen (h), die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht schneidet, bewegbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Geradführungsgetriebe durch wenigstens zwei miteinander durch ein Lenkergelenk (10) gelenkig verbundene Lenker (8, 9) gebildet, die an Ständer (4) und Schlitten (7) der Zubringereinheit (Z) angelenkt sind, wobei das freie, den Lenkerkopf (8.2) bildende Ende des ersten Lenkers (8) den Greiferkopf (11) trägt, der unter dem Einfluss eines in den Lenkerfuß (8.1) eingeleiteten Drehmomentes längs der Horizontalen (h) geradlinig in einer Werkzeugwechselposition bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher, einer längs der Teilspeicher verfahrbaren Zubringereinheit, die einen in horizontaler Richtung verfahrbaren Ständer und einen an dem Ständer in vertikaler Richtung bewegbaren Schlitten sowie einen von einem Geradführungsgetriebe geführten Greiferkopf aufweist, der zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen längs einer Horizontalen, die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht schneidet, bewegbar ist.

Eine gattungsgemäße Werkzeugmaschine ist aus der DE 195 10 498 C2 bekannt. Die hier beschriebene Werkzeugmaschine weist einen aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher und einen längs der Teilspeicher verfahrbaren Wechslerständer auf. Am Wechslerständer ist wiederum ein Greiferschlitten mit einem Greiferkopf vertikal verfahrbar. Letzterer ist zwischen dem Werkzeugspeicher und einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine oder einer der Arbeitsspindel zugeordneten Handhabungseinrichtung in horizontaler Richtung zum Zwecke des Werkzeugwechsels bewegbar. Dabei wird der Greiferkopf von einem Geradführungsgetriebe geführt, das aus einem bezüglich der Achsabstände gleichschenkligen Knickarm besteht. Die beiden Schenkel des Knickarms sind aneinandergelenkt, wobei der eine außerdem am Greiferschlitten angelenkt ist und der andere den Greiferkopf drehbar aufnimmt. Diese bekannte Werkzeugwechseleinrichtung ist einfach in eine Werkzeugmaschine integrierbar und ermöglicht ein relativ genaues und schnelles Wechseln. Allerdings lässt ihr Aufbau nur den Wechsel von leichten Werkzeugen und das Zurücklegen von relativ kurzen horizontalen Wechselwegen zu. Durch die Verwendung eines Antriebes mit Zahnriemen und Zahnscheiben ist sie zudem störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher, einer längs der Teilspeicher verfahrbaren Zubringereinheit, die einen in horizontaler Richtung verfahrbaren Ständer und einen an dem Ständer in vertikaler Richtung bewegbaren Schlitten sowie einen von einem Geradführungsgetriebe geführten Greiferkopf aufweist, der zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen längs einer Horizontalen, die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht schneidet, bewegbar ist, zu schaffen, die bei raumsparender Bauweise stabil ausgeführt ist und schwere Werkzeuge über relativ große horizontale Wechselwege bewegen kann.

Erfindungsgemäß wird das Geradführungsgetriebe durch wenigstens zwei miteinander durch ein Lenkergelenk gelenkig verbundene Lenker gebildet, die an Ständer und Schlitten der Zubringereinheit angelenkt sind, wobei das freie, den Lenkerkopf bildende Ende des ersten Lenkers den Greiferkopf trägt, der unter dem Einfluss eines in den Lenkerfuß eingeleiteten Drehmomentes längs der Horizontalen geradlinig in eine Werkzeugwechselposition bewegbar ist. Der auf dem Lenkerfuß gelenkig gelagerte erste Lenker stützt sich an dem Schlitten und der auf einem Lenkerfuß gelenkig gelagerte zweite Lenker an dem Ständer ab, wobei die beiden Lenkerfüße sich auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers parallelen Ebene befinden. Der Lenkerkopf des zweiten Lenkers greift an dem Leitergelenk an. Die Abmessung des am Ständer angelenkten Lenkers beträgt die Hälfte der Länge des am Schlitten angelenkten Lenkers.

Unter dem Einfluss des auf den Lenkerfuß wirkenden Drehmomentes sind zwangsläufig der Schlitten geradlinig vertikal und der Greiferkopf geradlinig horizontal bewegbar. Dabei ist das auf den Lenkerfuß wirkende Drehmoment mittels hydraulischer Arbeitszylinder hervorrufbar. Der eine Arbeitszylinder greift an dem den Lenkerfuß des ersten Lenkers tragenden Schlitten und der andere Arbeitszylinder an dem den Greiferkopf tragenden Lenkerkopf an. Vor Einleitung des Drehmomentes liegen der den Greiferkopf tragende Lenkerkopf, das Lenkergelenk, der Lenkerfuß des ersten Lenkers sowie der Lenkerfuß des zweiten Lenkers auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers parallelen Ebene.

Parallel zu dem ersten Lenker ist außerdem eine den Greiferkopf fixierende Koppelstange angeordnet, die einerseits an dem den Greiferkopf tragenden Lenkerkopf und andererseits an dem den Lenkerfuß tragenden Schlitten angelenkt ist.

Zudem ist der Greiferkopf entlang der Horizontalen von einer Werkzeugwechselposition am Werkzeugspeicher in eine Werkzeugwechselposition an eine Arbeitsspindel und umgekehrt bewegbar, ohne eine ruhende Mittelstellung einzunehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher und Zubringereinheit in der Vorderansicht

2: eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher und Zubringereinheit in der Draufsicht

3: eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher und Zubringereinheit in der Seitenansicht

4a: Werkzeugwechsel am Werkzeugspeicher

4b:Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine

5a: Geradführungsgetriebe in Wechselposition an der Werkzeugmaschine

5b: Geradführungsgetriebe in Wechselposition am Werkzeugspeicher

5c: Geradführungsgetriebe in Mittelstellung

Eine Werkzeugmaschine 1, die vorzugsweise durch ein Fräsbearbeitungszentrum gebildet wird, weist eine horizontale Arbeitsspindel 2 auf. Seitlich von der Werkzeugmaschine 1 ist ein Werkzeugspeicher 3, der sich in diesem Ausführungsbeispiel aus vier Teilspeichern zusammensetzt, angeordnet. Eine Zubringereinheit Z weist einen Ständer 4 auf, der in horizontaler Richtung längs des Werkzeugspeichers 3 und achsparallel (z-Achse) zu der Arbeitsspindel 2 verfahrbar ist. Zu diesem Zweck sind zwei parallele, auf Fuß- bzw. Kopfhöhe des Ständers 4 an dem Werkzeugspeicher 3 angebrachte Führungsschienen 5.1, 5.2 vorhanden. An dem Ständer 4 befindet sich außerdem eine vertikale Führung 6 (y-Achse), längs der ein Schlitten 7 bewegbar ist. Außerdem weist die Zubringereinheit Z ein Geradführungsgetriebe auf, das aus zwei Lenkern 8, 9 besteht, die miteinander durch ein Lenkergelenk 10 verbunden sind.

Aus den Zeichnungen, insbesondere 4 und 5, ist zu erkennen, dass die Ausführung der beiden miteinander verbundenen Lenker 8, 9 an den griechischen Buchstaben „lambda" erinnert. Dieses Lambda-Getriebe weist einen längeren ersten Lenker 8, der mit seinem einen Ende auf einem Lenkerfuß 8.1 gelenkig gelagert ist, und einen zweiten kürzeren Lenker 9, der mit einem Ende auf einem Lenkerfuß 9.1 gelenkig gelagert ist, auf. Der Lenkerfuß 8.1 stützt sich wiederum an dem Schlitten 7 und der Lenkerfuß 9.1 an dem Ständer 4 ab, wobei sie auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers 4 parallelen Ebene liegen.

Das andere Ende des ersten Lenkers 8 ist unbefestigt und bildet den Lenkerkopf 8.2, der einen der Werkzeugaufnahme bzw. -übergabe dienenden Greiferkopf 11 trägt, der im Ausführungsbeispiel als Doppelgreifer ausgebildet ist.

Das andere, dem Lenkerfuß 9.1 gegenüberliegende, Ende des zweiten Lenkers 9 greift an dem mittig auf dem ersten Lenker 8 angeordneten Lenkergelenk 10 an. Die Abmessung des am Ständer 4 angelenkten Lenkers 9 beträgt dabei die Hälfte der Länge L des am Schlitten 7 angelenkten Lenkers 8.

In der Zubringerposition, in der der Ständer 4 entlang der Teilspeicher des Werkzeugspeichers 3 bewegbar ist, liegen der den Greiferkopf 11 tragende Lenkerkopf 8.2, der Lenkerfuß 8.1, das Lenkergelenk 10 und der am Ständer 4 befestigte Lenkerfuß 9.1 auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers 4 parallelen Ebene. Sie befinden sich in der Mittelstellung.

Es sind des Weiteren zwei hydraulische Arbeitszylinder 12.1, 12.2 vorgesehen, von denen der erste Arbeitszylinder 12.1 an dem den Lenkerfuß 8.1 aufnehmenden Schlitten 7 und der zweite Arbeitszylinder 12.2 an dem den Greiferkopf 11 tragenden Lenkerkopf 8.2 des Lenkers 8 angreift. Achsparallel zu dem Lenker 8 ist außerdem eine Koppelstange 13 angeordnet, die ebenfalls am Schlitten 7 und am Lenkerkopf 8.2 angelenkt ist.

Durch diese Anordnung der Koppelstange 13 wird der Greiferkopf 11 in einer waagerechten Stellung fixiert, die er während seiner gesamten Bewegung beibehält. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:
In der in 1 und 5c gezeigten Mittelstellung befinden sich die beiden Lenker 8, 9 in vertikaler Stellung, wobei der ständernahe kürzere Lenker 9 von dem ständerfernen längeren Lenker 8 verdeckt wird. Der den Greiferkopf 11 tragende Lenkerkopf 8.2 des Lenkers 8 liegt dabei in z-Richtung auf einer gemeinsamen Achse mit dem Lenkerfuß 9.1 des Lenkers 9. Der Schlitten 7 befindet sich in einer unteren Stellung bezüglich der vertikalen Führung 6. In dieser Mittelstellung des Lambda-Getriebes bewegt sich der Ständer 4 der Zubringereinheit Z auf den längs des Werkzeugspeichers 3 angeordneten Führungsschienen 5.1, 5.2 in z-Richtung, bis er in eine entsprechende Werkzeugwechselposition kommt. Befindet sich der an dem Lenker 8 befestigte Greiferkopf 11 auf Höhe des zu wechselnden Werkzeuges 14 an einem Teilspeicher des Werkzeugspeichers 3, erfolgt über den Arbeitszylinders 12.1 eine Einleitung eines Drehmomentes in den Lenkerfuß 8.1 derart, dass die Kolbenstange des Arbeitszylinders 12.1 eingefahren wird. Diese "Verkürzung" des Arbeitszylinders 12.1 – im Zusammenhang mit der über das Leitergelenk 10 vorhandenen Verbindung der Lenker 8, 9 – führt zwangsweise dazu, dass der Schlitten 7 entlang der Führung 6 am Ständer 4 vertikal nach oben bewegt wird und gleichzeitig der den Greiferkopf 11 tragende Lenkerkopf 8.2 um die gleiche Größe eine geradlinige Bewegung längs der Horizontalen h in Richtung der Wechselposition am Werkzeugspeicher 3 durchführt.

Nachdem der Greiferkopf 11 mit seiner Greiferzange in an sich bekannter Weise ein Werkzeug 14 aus dem Werkzeugspeicher 3 entnommen hat, erfolgt eine Beaufschlagung des Arbeitszylinders 12.1 in die andere Richtung. Dadurch wird dessen Kolbenstange ausgefahren – und damit eine vertikale Bewegung des Schlittens z nach unten bewirkt, bis sich die Lenker 8, 9 wieder in der Mittelstellung befinden.

Befindet sich die Zubringereinheit Z in z-Richtung auf gleicher Höhe mit der Arbeitsspindel 2 der Werkzeugmaschine 1 kann das Einwechseln des Werkzeuges 14 in die Arbeitsspindel 2 durch eine Beaufschlagung des zweiten Arbeitszylinders 12.2 beginnen. Bei noch nicht vorhandener Wechselposition wird der Ständer 4 in z-Richtung weiter bewegt, bis sich der Greiferkopf 11 auf gleicher Höhe mit der Arbeitsspindel 2 befindet. Nun erfolgt die Beaufschlagung des zweiten Arbeitszylinders 12.2 derart, dass seine Kolbenstange ausgefahren wird. Diese „Verlängerung" des Arbeitszylinders 12.2 bewirkt wiederum eine vertikale Bewegung des Schlittens 7 entlang der Führung 6 nach oben und die gleichzeitige geradlinige Bewegung des Lenkerkopfes 8.2 mit dem Greiferkopf 11 entlang der Horizontalen h in die Wechselposition an der Arbeitsspindel 2. Während der gesamten Bewegung wird der Greiferkopf 11 durch die an dem Lenker 8 angelenkte und mit diesem ein Parallelogramm bildende Koppelstange 13 in einer waagerechten Stellung gehalten.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kommt eine horizontale Arbeitsspindel zum Einsatz. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Werkzeugwechseleinrichtung an vertikalen Arbeitsspindeln einzusetzen. Ebenso ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Geradführungsgetriebes (Lambda-Getriebe) im Zusammenhang mit weiteren Zwischenspeichern oder mit einer zwischen der Arbeitsspindel 2 der Werkzeugmaschine 1 und der Zubringereinheit Z angeordneten Handhabungseinrichtung möglich. Dann erfolgt die Übernahme/Übergabe der Werkzeuge 14 von der Zubringereinheit Z an die Zwischenspeicher bzw. an die Handhabungseinrichtung.

Die erfindungsgemäße Werkzeugwechseleinrichtung ermöglicht eine „freihändige" Überbrückung des Werkzeugwechselweges aus einer Mittelstellung, in der keine Beaufschlagung über die Arbeitszylinder 12.1, 12.2 stattfindet und somit kein Drehmoment auf das Lambda-Getriebe wirkt, in die Werkzeugwechselpositionen am Werkzeugspeicher 3 und an der Arbeitsspindel 2. Dabei gestattet der stabile, störunanfällige Aufbau der Einrichtung die Überbrückung eines relativ großen Werkzeugwechselweges entlang der Horizontalen h auch mit schweren Werkzeugen.

Bei dieser Anordnung ist es möglich, dass der Greiferkopf entlang der Horizontalen von einer Werkzeugwechselposition am Werkzeugspeicher in eine Werkzeugwechselposition an der Arbeitsspindel und umgekehrt bewegbar ist, ohne dass die weiter oben beschriebene Mittelstellung eingenommen wird. Das kann über eine entsprechende Beaufschlagung der Arbeitszylinder 12.1, 12.2 erreicht werden. Der Werkzeugwechsel kann mit einer hohen Geschwindigkeit stattfinden. Außerdem stellt die erfindungsgemäße Lösung eine mit relativ geringem baulichen Aufwand zu verwirklichende Alternative zu den platzaufwändigen bzw. instabilen Einrichtungen des Standes der Technik dar. Insbesondere dort, wo aus Platzgründen keine separate Werkzeugwechseleinrichtung eingesetzt werden kann, ist sie eine optimale Lösung. Um die Werkzeugspeicherkapazität zu erhöhen, können ohne großen Aufwand weitere Teilspeicher angeordnet werden. Dazu muss nur der Verfahrweg des Ständers 4 verlängert werden. Die Anordnung dieser Teilspeicher des Werkzeugspeichers 3 kann dabei außerhalb der Werkzeugmaschine 1 auf einem gesonderten Gestell erfolgen, wodurch während der Bearbeitung auftretende Schwingungen der Werkzeugmaschine 1 keinen Einfluss auf den Werkzeugwechsel haben.

Claims

Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher (3), einer längs der Teilspeicher verfahrbaren Zubringereinheit (Z), die einen in horizontaler Richtung verfahrbaren Ständer (4) und einen an dem Ständer (4) in vertikaler Richtung bewegbaren Schlitten (7) sowie einen von einem Geradführungsgetriebe geführten Greiferkopf (11) aufweist, der zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen (14) längs einer Horizontalen (h), die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht schneidet, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Geradführungsgetriebe durch wenigstens zwei miteinander durch ein Lenkergelenk (10) gelenkig verbundene Lenker (8, 9) gebildet wird, die an Ständer (4) und Schlitten (7) der Zubringereinheit (Z) angelenkt sind, wobei das freie, den Lenkerkopf (8.2) bildende Ende des ersten Lenkers (8) den Greiferkopf (11) trägt, der unter dem Einfluss eines in den Lenkerfuß (8.1) eingeleiteten Drehmomentes längs der Horizontalen (h) geradlinig in eine Werkzeugwechselposition bewegbar ist.
Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Lenkerfuß (8.1) gelenkig gelagerte erste Lenker (8) sich an dem Schlitten (7) und der auf einem Lenkerfuß (9.1) gelenkig gelagerte zweite Lenker (9) sich an dem Ständer (4) abstützen, wobei die beiden Lenkerfüße (8.1, 9.1) sich auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers (4) parallelen Ebene befinden.
Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkerkopf des zweiten Lenkers (9) an dem Leitergelenk (10) angreift.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung des am Ständer (4) angelenkten Lenkers (9) die Hälfte der Länge (L) des am Schlitten (7) angelenkten Lenkers (8) beträgt.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Einfluss des auf den Lenkerfuß (8.1) wirkenden Drehmomentes zwangsläufig der Schlitten (7) geradlinig vertikal und der Greiferkopf (11) geradlinig horizontal bewegbar sind.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Lenkerfuß (8.1) wirkende Drehmoment mittels hydraulischer Arbeitszylinder (12.1, 12.2) hervorrufbar ist.
Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Arbeitszylinder (12.1) an dem den Lenkerfuß (8.1) tragenden Schlitten (7) und der andere Arbeitszylinder (12.2) an dem den Greiferkopf (11) tragenden Lenkerkopf (8.2) angreift.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Einleitung des Drehmomentes der den Greiferkopf (11) tragende Lenkerkopf (8.2), das Lenkergelenk (10), der Lenkerfuß (8.1) des ersten Lenkers (8) sowie der Lenkerfuß (9.1) des zweiten Lenkers (9) auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers (4) parallelen Ebene liegen.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Lenker (8) eine den Greiferkopf (11) fixierende Koppelstange (13) angeordnet ist, die einerseits an dem den Greiferkopf (11) tragenden Lenkerkopf (8.2) und andererseits an dem den Lenkerfuß (8.1) tragenden Schlitten (7) angelenkt ist.
Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferkopf (11) entlang der Horizontalen (h) von einer Werkzeugwechselposition am Werkzeugspeicher (3) in eine Werkzeugwechselposition an einer Arbeitsspindel (2) und umgekehrt bewegbar ist, ohne eine ruhende Mittelstellung einzunehmen.