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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, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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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.
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In
DE 100 09 574 A1 wird
ein Transportsystem für
Pressen beschrieben, bei der zwei als Lenkergetriebe ausgebildete
Transporteinrichtungen spiegelbildlich an zwei gegenüberliegenden
Ständern
angeordnet sind. Das Werkstück – eine Quertraverse – ist zwischen
beiden befestigt. Der kürzere Lenker
dient als Schwenkantrieb, der mit dem längeren Lenker in Wirkverbindung
steht. Zusätzlich
ist ein Hebeantrieb vorgesehen, der an dem beweglichen Schlittenteil,
auf dem sich der Schwenkantrieb befindet, angreift. Es wird durch
eine Bewegungsüberlagerung
eine Transportkurve bzw. ein Transportschritt bestehend aus Vertikal-
und Horizontalbewegung ausgeführt.
Ein weiterer, einen Zahnriemen aufweisender, Antrieb dient der Schwenkung
der Quertraverse. Bei dieser Transporteinrichtung stand die Aufgabe,
eine möglichst
hohe Anzahl von Freiheitsgraden bzw. Bewegungsachsen sowie eine
optimale Lageveränderung
der Quertraverse zu erzielen.
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Diese
speziell für
den Einsatz an Umformmaschinen vorgesehene Einrichtung zeigt einen platzaufwendigen
Aufbau. Große
horizontale Wechselwege können
damit nicht verwirklicht werden. Zudem kommen auch störanfällige Baugruppen,
wie der Zahnriementrieb, zum Einsatz.
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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 aus dem Werkzeugspeicher an eine Arbeitsspindel und
umgekehrt längs einer
Horizontalen, die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht
schneidet, bewegbar ist, wobei das Geradführungsgetriebe durch wenigstens
zwei miteinander durch ein Lenkergelenk gelenkig verbundene Lenker
gebildet wird, zu schaffen, die bei raumsparender Bauweise stabil
ausgeführt
ist und schwere Werkzeuge über
relativ große horizontale
Wechselwege bewegen kann.
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Erfindungsgemäß ist der
erste Lenker mit seinem Lenkerfuß an dem Schlitten und der
zweite Lenker mit seinem Lenkerfuß an dem Ständer der Zubringereinheit angelenkt,
und das freie, den Lenkerkopf bildende Ende des ersten Lenkers trägt den Greiferkopf,
wobei mittels an dem Lenkerkopf des ersten Lenkers sowie an dem
Schlitten angreifender, in Reihe geschalteter, Arbeitszylinder ein
Drehmoment in den Lenkerfuß des
ersten Lenkers einleitbar ist, wodurch der Greiferkopf längs der
Horizontalen geradlinig in eine Werkzeugwechselposition bewegbar
ist.
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Dabei
erfolgt in Abhängigkeit
von der anzufahrenden Werkzeugwechselposition eine Beaufschlagung
des ersten Arbeitszylinders und/oder des zweiten Arbeitszylinders.
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher
und Zubringereinheit in der Vorderansicht
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2:
eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher
und Zubringereinheit in der Draufsicht
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3:
eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher
und Zubringereinheit in der Seitenansicht
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4a:
Werkzeugwechsel am Werkzeugspeicher
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4b:
Werkzeugwechsel an der Werkzeugmaschine
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5a:
Geradführungsgetriebe
in Wechselposition an der Werkzeugmaschine
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5b:
Geradführungsgetriebe
in Wechselposition am Werkzeugspeicher
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5c:
Geradführungsgetriebe
in Mittelstellung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch
diese Anordnung der Koppelstange 13 wird der Greiferkopf 11 in
einer waagerechten Stellung fixiert, die er während seiner gesamten Bewegung
beibehält.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.